JP2850122B2 - 2ポートsaw共振子 - Google Patents

2ポートsaw共振子

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JP2850122B2
JP2850122B2 JP62119394A JP11939487A JP2850122B2 JP 2850122 B2 JP2850122 B2 JP 2850122B2 JP 62119394 A JP62119394 A JP 62119394A JP 11939487 A JP11939487 A JP 11939487A JP 2850122 B2 JP2850122 B2 JP 2850122B2
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孝夫 森田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はSAW共振子、殊に高周波領域でQの高い2ポ
ートSAW共振子に関する。 (従来技術) 従来、VHF〜UHF帯の高周波領域に於いて基本波による
直接発振が得られ、且つ、Qの高い安定な共振子として
SAW共振子が広く使われてきた。中でも2ポートSAW共振
子は1ポートSAW共振子に比べて外部容量の影響を受け
にくいので発振器を構成し易く、周波数偏差も小さいの
で製造歩留りが良い等の利点があり、殊にUHF帯の高周
波領域に於いて有利である。 2ポートSAW共振子は基本的に第1図に示す水晶等の
圧電基板1の表面上に励振用の入力IDT2と受信用の出力
IDT3を置きその両側にグレーティングによる反射器4、
4′を配して構成し、入力IDTによって励振したSAWの振
動エネルギーを反射器間に閉じ込め定在波を生じさせて
共振を起こし、その振動エネルギーを出力IDTによる受
信して取り出すものであるが、Qの高い2ポートSAW共
振子を得るには、通常、入出力IDTと反射器との間の距
離l1及び入出力IDT間の距離l2はIDTの周期Lに対して、 l1=L/2(m=1、2、3・・・・・) l2=L/2+L/4(n=1、2、3、・・・・・) とするのが一般的であった。例えばm=1、n=1でl1
=L/2、l2=3L/4の場合のIDTと反射器に対する励起した
波の位置関係は第2図に示す如きものであった。 第2図から明らかなように、このような位置関係のと
き反射器4、4′の端における反射面5、5′の間に定
在波が立ち易く、且つ、入出力IDTの各々の電極指の中
心が定在波の腹の部分の中心に対してL/8だけずれてい
る為、等価インダクタンスが上昇しQが高くなる。又、
定在波の腹の変位最大の部分から電極指がずれているこ
とにより、IDTの電極膜厚の変動の影響も受け難くなり
製造時の周波数バラツキが小さくなって製造歩留まりも
良くなることが知られている。 ところがこのように入出力IDT間の距離l2をl2=nL/2
+L/4(n=1、2、3、・・・・・)とすると共振抵
抗も大きくなってしまい挿入損失が増加するという欠点
があった。一方、この挿入損失の増加を補うため入出力
IDTの対数を増やしたり交叉長を広くとると、電極容量
が増しチップサイズが大きくなるのみならずIDT対数、
交叉長の増大はQの低下を招くという問題があった。即
ち、電極容量やチップサイズに制約があるときは挿入損
失の増大は避けられず、反射器の本数を減らしてチップ
サイズを小さくしていくしていくとQは減少の一途を辿
り電子部品の小型化への厳しい要求に応じ難いという欠
点があった。 (発明の目的) 本発明は上述の如き従来の2ポートSAW共振子の挿入
損失が大きい欠点を解消するためになされたものであっ
て、高周波領域に於いて挿入損失が小さくしかもQの高
い2ポートSAW共振子を提供することを目的とする。 (発明の概要) 上述の目的を達成する為、本発明においては、圧電基
板表面に周期Lの入出力インタディジタルトランスジュ
ーサ(IDT)電極を設け、その両側に反射器を配した2
ポート弾性表面波(SAW)共振子に於いて、1つの共振
ピークのみが鋭い特性を示すと共に該共振周波数に於け
るQが大きくなるよう前記入出力IDT電極と前記反射器
との間の距離l1及び前記入出力IDT間の距離l2が、 l1=mL/2(m=1、2、3、・・・・・) (nL/2)+(L/4)<l2<(nL/2)+(3L/8)(n=
1、2、3、・・・・・) をそれぞれ満足する値となるよう設定したものである。 (発明の実施例) 以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に
説明する。 実施例の説明に先立って本発明の理解を助ける為、従
来の2ポートSAW共振子のIDT配列と励起した波との関係
を再度検討するに、第2図に示す如くl1=L/2、l2=3L/
4の場合、IDTの電極指の位置が定在波の腹の部分に対し
て入出力IDT各々においてL/8だけ内側に寄っている。こ
の電極指の位置のずれが共振抵抗を大きくし挿入損失増
大の原因となっていたと考えられること前述の通りであ
る。 この問題を解決する為、本発明の2ポートSAW共振子
は第3図に示す如き構成をとる。即ち、l1=L/2はその
ままとしてl2のみを入出力IDT夫々についてL/32だけ外
側へ移動しl2=13L/16とする。斯くすることによって入
出力IDTの電極指の位置が定在波の腹の部分に近接する
ため共振抵抗が減少し挿入損失が改善されるであろう。 尚、上述の如き手法を用いると等価インダクタンスも
減少するが共振抵抗の減少の方が優勢であるから共振子
のQは上昇するはずである。 そこで上述した如く構成した2ポートSAW共振子を試
作しその特性を測定したところ下表に示す如き結果を得
た。 この試作した2ポートSAW共振子は圧電基板としてST
カット水晶を用い共振周波数は310MHz、L=l1=10.12
μm、入出力IDTは夫々50対でcos型の重みづけがしてあ
り、反射器は両側夫々300本、IDT交叉長は50μm、電極
はアルミニウムでその膜厚は0.2μmである。 尚、本発明に係る2ポートSAW共振子はl2の値として
従来のl2=5L/4=12.65μmからl2=21L/16=13.28μm
に変化させたのみで他の条件は全て同一である。 上記表より明らかな如くl1=L/2はそのままとして、l
2の値をわずかに変化させたのみで1つの共振モードの
みが強勢に励起され、該共振周波数に於ける挿入損失は
3dB余り減少しQ値の向上していることが理解されよ
う。 次にl1の値をl1=Lに固定してl2の値を5L/4から3L/2
の間の種々の値に変えてl2と挿入損失及びQ値との関係
を詳細に調べた結果、5L/4<l2<11L/8にとると、1つ
の共振ピークのみが鋭い特性を示すと共に挿入損失が良
くなりQ値も大きくなることが判明した。 又、l2が11L/8<l2<3L/2の範囲では、挿入損失は良
くなるがQは逆に低下してしまい、2ポートSAW共振子
としては不適当であることも明らかとなった。 以上の実験結果を総合勘案するに2ポートSAW共振子
に於いて、単一の共振モードのみを強勢に励起し、挿入
損失を良くしてQ値も大きくするための条件はl1=mL/2
(m=1、2、3、・・・・・)とし、且つ、(nL/2)
+(L/4)<l2<(nL/2)+(3L/8)(n=1、2、
3、・・・・・)とすれば良い。 もっとも上述したような関係にIDTと反射器を配置す
れば挿入損失が良くなりQも大きくなるが、反射器の間
に閉じ込められる振動エネルギーは共振子の中央で最大
となるほぼcos形状をした分布となる為、上記構成の2
ポートSAW共振子において徒らにmの値を大きくとり入
出力IDT間を離してしまうと、中央部が振動エネルギー
分布最大となる為その部分にIDTがないということは受
信される振動エネルギーの効率が悪くなり挿入損失が低
下する。 第4図は前述した実験例と同じ条件において、l2の値
をl2=21L/16とした場合とl2=101L/16とした場合との
周波数特性を比較したもので、実線はl2=21L/16の場
合、破線はl2=101L/16の場合であり、l1の値は共にL
である。本図より明らかなように、l2=101L/16の場合
よりもl2=21L/16の場合の方が挿入損失が若干良く、ス
プリアス抑圧量も大きいことが判る。従ってこれらの条
件は両者共従来のl2=nL/2+L/4(n=1、2、3、・
・・・・)とするよりも挿入損失が良くなることは前述
の通りであるが、nL/2+L/4<l2<nL/2+3L/8の条件に
おいてnの値を1乃至4の間にとり入出力IDTの間隔を
近づけた方が更に挿入損失が良くスプリアス抑圧量も大
きくなって一層効果的である。 ところで、本願発明と同じ技術分野の先願として特願
昭60−31963(特開昭61−192112)があるが、この出願
は入出力IDTの間隔を本発明における記号を用いて表す
なら、l2の値を(nL/2)+(L/4)<l2<(nL/2)+(L
/2)(n=0、1、2、・・・)の範囲にとると共に、
複数の共振モードが反射器間に存在するようIDTと反射
器との間隔を適宜選択して、通過帯域の広いバンドパス
フィルタを実現しようとしたものである。 これに対し、本発明はIDTと反射器との間隔l1をmL/2
(m=1、2、3、・・・・・)とした上で、入出力ID
Tの間隔l2の値を(nL/2)+(L/4)<l2<(nL/2)+
(3L/8)(n=1、2、3、・・・)の範囲にとること
により1つの共振ピークのみを強勢に励振する共振器を
実現したものであって、明らかに目的及びこれを達成す
る為の構成が異なるのである。 両者はいずれも2つの反射器間に2つのIDT電極を配
置した点で同様の構成をとるにも拘わらず、斯の如く両
者に差異が生じた理由を検討するに、本発明がIDTと反
射器との間隔l1をmL/2(m=1、2、3、・・・・・)
に設定したことを前提としているのに対して、上記先願
ではそのような値に選択されていないことに起因するも
のと認められる。 即ち、本発明は、IDTと反射器との境界にて電極の周
期性が維持されるよう両者の間隔l1がL/2の整数倍とな
るよう配置した上でIDTの間隔l2を上記の範囲に設定す
ることによって、主共振モードのみを強勢に励起し、Q
値の高い共振器を実現しているのに対し、上記先願の発
明は、主共振モードのQ値を低下せしめると共に、IDT
の内部反射等による他の共振モードを励起し、主共振を
含むこれら複数の共振モードを利用して広帯域のバンド
パスフィルタを実現したものと推測される。つまり、本
発明はl1を上記特定の値にとることによって、先願発明
の内部反射等による共振モードが励起されずに主共振モ
ードのみが強勢励起されるものである。 また、本発明は、VHF〜UHF帯の高周波領域において基
本波による発振器を得る為に必要な共振子、つまり単一
で鋭い共振ピークを呈するものを提供することを目的と
している。これとは逆に前記先願の発明は、広帯域バン
ドパスフィルタに用いるべくブロードな共振特性を得ん
として複数の共振モードを励起するものであって、発振
器には到底利用できるものではなく、そもそも本発明と
はその目的及び作用効果が異なることは明らかである。 以上説明したように、本発明はIDTと反射器との間隔l
1をmL/2とした上でIDTの間隔l2を上述した範囲に設定す
ることによって、単一の共振モードの定在波のみを反射
器間に強勢に励起し、そのQ値を向上せしめた2ポート
共振器であって、前記先願発明のように、複数の共振モ
ードの定在波を反射器間にほぼ同じ強さで励起し、広帯
域且つ平坦な通過帯域を呈するバンドパスフィルタを実
現したのとは目的、構成、作用及び効果のいずれの点に
おいても大きな差異が存するのである。 以上、水晶基板を用いた2ポートSAW共振子について
のみ説明したが、圧電基板としては水晶以外のものでも
良く、又、本発明はSAW以外の他のIDTによって励振され
る波、例えばリーキーSAW、SSBW等にも適用可能である
ことは自明であろう。 (発明の効果) 本発明は以上説明したように構成するので高周波領域
で安定な2ポートSAW共振子の挿入損失を小さくしQを
高める上で著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る2ポートSAW共振子の電極構成を
示す平面図、第2図は従来の2ポートSAW共振子のIDTと
反射器の位置関係を説明する断面図、第3図は本発明の
IDTと反射器の位置関係を説明する断面図、第4図は本
発明に於ける入出力IDTの間隔の相違に基づく共振特性
の差異を示す実験結果の図である。 1……圧電基板、2……入力IDT、3……出力IDT、4、
4′……反射器、5、5′……反射器の反射面

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.圧電基板表面に周期Lの入出力インタディジタルト
    ランスジューサ(IDT)電極を設けその両側に反射器を
    配した2ポート弾性表面波(SAW)共振子に於いて、1
    つの共振ピークのみが鋭い特性を示すと共に該共振周波
    数に於けるQが大きくなるよう前記入出力IDT電極と前
    記反射器との間の距離l1及び前記入出力IDT間の距離l2
    が、 l1=mL/2(m=1、2、3、・・・・・) (nL/2)+(L/4)<l2<(nL/2)+(3L/8)(n=
    1、2、3、・・・) をそれぞれ満足する値に設定されていることを特徴とす
    る2ポートSAW共振子。 2.前記nの値が1乃至4であることを特徴とする特許
    請求の範囲(1)記載の2ポートSAW共振子。
JP62119394A 1987-05-15 1987-05-15 2ポートsaw共振子 Expired - Lifetime JP2850122B2 (ja)

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