본 연구에서는 작은 삽입손실을 구현하기 위해 적용되는 SPUDT 중에서 현재 가장 널리 사용되고 좋은 성능을 가지는 DART와 EWC/SPUDT형 SAW 필터에 대해서 그 효용성을 Smith 등가회로 해석법을 이용하여 분석하였다. 그리고 apodization weighting된 SAW 필터에 단순히 SPUOT를 적용하였을 때 발생하는 일부 특성열화를 보상하기 위한 방법으로, 이 두 종류 SPUDT의 폭이 넓은 전극에 대한 weighting을 독립적으로 행하였고 전극두께를 조절하여 성능변화를 보았다. 그 결과로 동일 전극길이를 갖는 경우에는 EWC/SPUDT형 SAW 필터가 DART형 SAW 필터보다 삽입손실이 더 작으나 리플이 크고, apodization weighting된 SAW필터에 SPUDT를 적용한 경우에는 전반적으로 DART형 SAW 필터가 EWC/SPUDT형 SAW 필터보다 우수한 성능을 가지는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 특정 형태의 SAW 필터에 SPUDT를 적용하는 문제에 있어서 적절한 SPUDT의 타입을 결정하는데 도움을 주리라 기대된다.
본 논문에서는 위드로월 (withdrawal) 가중형 SAW필터를 자동으로 최적화할 수 있는 설계도구의 개발 내용을 제시하였다. SAW 공진기에 위드로월 가중법이 적용될 경우, 향상된 대역폭 및 천이대역 특성을 구현할 수 있으며, 이러한 위드로월 가중효과를 이용하여 사다리형 위드로월 SAW필터의 최적화도구를 완성하였다. 본 설계방법의 유효성을 검증하기 위하여 RF 대역 CDMA용 TX 및 RX SAW 필터를 본 설계도구를 이용하여 최적화하였으며 실제 실험 결과, 이론과 매우 잘 일치함을 알 수 있었다.
일반적 인 SAW 필터에서 발생하는 선형성의 한계 및 천이대역의 특성을 개선하기 위한 새로운 구조의 이중구조 사다리형 SAW 필터의 최적 설계 방법을 제시하고 그 가능성을 확인하였다. 이중구조 SAW 필터는 일반적인 사다리형 필터의 구조를 바탕으로 하되, 두 개의 서로 다른 필터가 각각 주어진 대역사양을 반반씩 만족시켜 전체의 필터특성이 구현될 수 있도록 하였다. 특히 고주파 대역에서 만족시키기 어려운 정재파비 및 뛰어난 천이대역 특성을 만족시킬 수 있는 장점을 가지며, 이를 위해 withdrawal 가중기법 및 기판상에 encp화된 마이크로 스티 립라인 인덕터를 이용하였다. 우선 이중 구조 필터구조를 결정한 후, microstrip 라인 인덕터의 위치 및 인덕턴스 변화에 따른 필터특성 변화를 살펴보았으며, 필터의 각종 형상변수의 변화에 따른 필터 특성변화를 조사하였다. 이상의 결과를 바탕으로 새로운 방법의 이중구조 SAW 필터의 설계방법을 제시하였으며 그 타당성을 검증하기 위해 1.8 GHz 대역의 RF 필터에 대한 설계 결과를 나타내었다.
주 연구에서는 압전체에서의 IDT 변환기, 음향 반사기에 대한 전기 음향 모드의 결합 모드 방정식을 유도, 정리함으로써 SAW 공진기 필터의 결합 모드를 수학적으로 분석할 수 있는 모델링 방법을 소프트웨어 설계 모듈화하고, SAW 공진기 필터를 구성하고 있는 각 구성 요소에 대한 회로적인 결합 방법의 제안을 통하여 SAW 결합 모드 공진기 필터의 설계 및 시뮬레이션 방법을 제안하였다. 또한, 제작된 소프트웨어 설계 모듈을 시뮬레이션 소프트웨어 패키지화함으로써 설계자가 손쉽게 이동통신기기용 결합 모드 공진기 필터를 설계할 수 있도록 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 SAW 결합 모드 공진기 필터의 설계 시뮬레이터를 구현하였으며 이를 통하여 이동통신기기에서 사용할 수 있는 결합 모드 공진기 필터를 모의 설계하고 주파수 특성을 해석함으로써 그 응용 타당성을 제시하였다.
고주파화로 진행되고 있는 이동통신에서 사용주파수대가 고주파화로 향해감에 따라, 시스템은 소형화, 고기능화가 요구된다. 이러한 요구상황에 SAW 필터가 부응하기 위해서는 삽입손실 개선, Submicron 전극제작기술, 소형화를 위한 면실장기술 등이 앞으로 해결해 나아가야할 과제라고 생각된다. 이상으로 SAW 필터는 그 우수한 특성으로 앞으로 이동통신용 핵심부품으로 발전해 갈 것으로 생각된다. 이에 발맞추어 새로운 기술 향상과 신규시장에 대응하는 시기 적절한 상품화가 주된 관건이며, 국내업체는 위에 기술한 상황에 신속한 대응이 있어야만 세계 시장경쟁에서 살아남을 수 있을 것이라 생각된다.
본 연구에서는 SPUDT 중에서도 현재 가장 일반적으로 사용되면서 동시에 좋은 성능을 가지는 DART와 EWC/SPUDT형 SAW 필터에 대해서 그 효용성을 Smith 등가회로 해석법을 이용하여 분석하였고, apodization weighting을 하였을 때 각각 어떠한 차이를 보이는지를 정량적으로 평가하였다. 그리고 단순히 apodization weighting된 SAW 필터에 SPUDT를 적용하였을 때 생기는 특성열화를 보상하기 위한 방법으로 이 두 종류의 SPUDT에 대해서 폭이 넓은 전극(wide electrode)에 대한 weighting을 독립적으로 행하였다. 그리고 전극두께 및 전극개수에 따른 SPUDT의 성능변화를 DART 및 EWC/SPUDT형 SAW 필터에 대하여 비교하여 분석하였다. 본 연구의 결과는 특정 형태의 SAW 필터에 SPUDT를 적용하는 문제에 있어서 적절한 SPUDT의 타입을 결정하는데 도움을 주리라 기대된다.
본 논문에서는 단일 SAW 공진기의 불규칙적인 전극배열에 대한 주파수 특성을 계산할 수 있도록 기존의 Smith 등가회로를 이용한 집중소자 해석법을 한 단계 발전시켜 불규칙적인 전극배열까지 해석할 수 있는 수정된 집중소자 해석법을 처음으로 유도, 제시하였다. 이를 위해 단일전극에 대한 Smith 등가회로의 y-파라미터를 유도하고 이를 전체 IDT로 조합한 경우의 총 전류를 계산함으로써 전극단에서의 어드미턴스 값을 수식으로 유도하였다. 이 수식을 통해 위드로월 (withdrawal) 가중이 부여된 SAW공진기의 집중소자해석이 가능하며 그 예로서 여섯 개의 공진기를 결합한 사다리 필터를 구성하고 이 때 각 공진기의 위드로월 가중에 따른 필터 특성변화를 조사하였다. 그 결과 SAW 공진기에 위드로월 가중법을 적용할 경우 기존의 단순공진기 필터에 비해 더욱 개선된 대역폭과 천이대역의 특성을 구현할 수 있었다. 본 해석법은 공진기형 SAW필터의 설계 및 분석도구로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
사다리형 SAW 필터의 개발을 위해서 종래에는 설계변수 하나하나를 변화시켜 시행착오식으로 사양을 만족시키는 값을 찾아야만 하였다. 본 연구에서는 주어진 사양을 만족시킬 수 있는 사다리형 SAW 필터의 패턴을 자동으로 설계하는 최적 설계법을 개발하였다. 우선 Smith 등가회로 해석법을 이용하여 사다리형 SAW 필터용 해석 프로그램을 제작하였으며, 그 프로그램에 의한 시뮬레이션 결과를 실제 제작된 시작품의 성능과 비교해 봄으로써 타당성을 검증하였다. 이 해석 프로그램을 바탕으로 설계변수의 조정에 따른 성능변수의 변화 경향을 분석함으로써 최적 설계 알고리즘을 개발하였으며. 그 타당성 및 효용성을 기 상용화된 제품들에 대해 시험 설계해 봄으로써 증명하였다.
SAW(Surface Acoustic Wave) 필터는 탄성표면파를 응용한 신호처리 기능 소자로, 각종 통신 기기의 고주파 회로의 대역 통과 필터로 이용된다. 기본적인 구성은 압전체 기판의 표면에 전기 신호와 표면파를 서로 교환하기 위한 입/출력 IDT(interdigital transducer) 한 쌍으로 이루어진다. 그 주파수 특성은 입/출력 IDT의 간격과 각각의 길이에 의해 결정되어지며, 대역 통과 필터의 특성을 지닌다. 본 논문은 이런 SAW 필터의 수치 설계 방법론에 관한 것이다. 입력 IDT의 전극의 길이를 변수로 정하고, 중심 주파수, 통과 대역의 폭과 정지 대역의 감소치가 주어졌을 때 적응/최적화 알고리즘을 이용하며 필터를 설계한다. 설계하고자 하는 필터 특성과 임의의 시간에 만들어진 필터와의 오차를 목적 함수로 정하고, 이 목적 함수를 최소화하는 것으로 필터의 설계가 가능하게 된다. SAW 필터의 계산 모델로는 델타 함수 모델과 등가 회로 모델을 사용하였으며, 최적화 알고리즘으로는 유전자 알고리즘을 사용하였다.
고주파 마그네트론 스펏터링법을 이용하여 ZnO막을 제조하고 유리기판 위에 ZnO-SAW필터를 제작하였다. ZnO막의 제조 조건은 고주파 전력 150W, 기판온도 $200^{\circ}C$, 분위기압 5mTorr 및 O2/(Ar+O2)비 50%였다. 한편 IDT(Inter-digital transducer)전극은 전극 폭을 2.56mm, 전극 거리를 2,936mm, λ/8폭을 $8mu$m로 설계하였다. 제작된 ZnO-SAW필터의 주파수 응답을 측정하기 위해 소자는 mount(TO8)에 고정시켰다. ZnO SAW필터의 통과 대역(3 dB대역폭)은 345.2~44.8 MHz로 9.6MHz의 대역 폭을 나타내었으며 중심주 파수는 40 MHz를 나타내었다. 또한 삽입 손실은 39 dB, 통과 대역에서의 리플(ripple)은 $\pm$ 0.8 dB 및 rejection은 17 dB를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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