JP3132109B2 - 2ポートsaw共振子 - Google Patents

2ポートsaw共振子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波を用いた2ポ
ートSAW共振子の電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の2ポートSAW共振子の電極構造
としては、例えば、米国特許3886504号公報、又
は特開昭61−281612号公報等に記載されてい
る。これらはいずれも弾性表面波を励振し又検出する2
つのくし歯状変換器(以降IDTと呼ぶ)と、その両側
に配置したグレーティング反射器とからなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では2ポートSAW共振子を発振回路に組み込んでS
AW発振器を実現するに際して、2ポートSAW共振子
の出力(検出)ポートの終端条件によっては2ポート共
振子の共振条件が変化して共振現象が不安定となり易い
という問題点があった。そこで本発明はこのような問題
点を解決するもので、その目的とするところは、共振安
定性の優れた2ポートSAW共振子を作成し周波数安定
性の優れたUHF帯のSAW発振器を市場に提供するこ
とにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の2ポートSAW
共振子は、圧電体平板上にくし歯状変換器とこのくし歯
状変換器を挟む一対の反射器を形成した2ポートSAW
共振子において、前記反射器と前記くし歯状変換器は周
期的に配置された金属導体ストリップにより形成され、
前記反射器と前記くし歯状変換器の最も近接した前記金
属導体ストリップの間隔を前記くし歯状変換器のスペー
ス幅にほぼ等しくし、前記くし歯状変換器の放射コンダ
クタンスの最大値を与える周波数と前記反射器の反射中
心周波数をほぼ一致させ、前記くし歯状変換器のトータ
ル反射係数を0.8以上とし、前記くし歯状変換器を二
つ以上の入力側くし歯状変換器と二つ以上の出力側くし
歯状変換器とに分割するとともに、前記入力側くし歯状
変換器と前記出力側くし歯状変換器とを交互に配置した
ことを特徴とする。また、前記反射器のライン幅対スペ
ース幅比をほぼ1とし、前記くし歯状変換器のライン幅
対スペース幅比を1以上としたことを特徴とする。さら
に、前記入力側くし歯状変換器の接地電位側に属する電
極指と前記出力側くし歯状変換器の接地電位側に属する
電極指とを弾性表面波の伝搬路を横断する接続導体によ
り接続し、この接続導体の幅を前記くし歯状変換器のラ
イン幅の整数倍とし、かつ、前記接続導体の両側のスペ
ース幅を前記くし歯状変換器のスペース幅の整数倍とし
たことを特徴とする。
【0005】
【実施例】図1は本発明の2ポートSAW共振子がもつ
電極構造の実施例を示す平面図である。図1により本発
明の構成を詳しく説明する。まず最初に図1中の各部位
の名称を列記すると、100は圧電体平板、101は交
流電源、102と103は2ポートSAW共振子の入力
端子、104と105は出力端子、106は出力端子に
接続した終端負荷となる抵抗、107と108は金属導
体ストリップを多数平行配置して両端を接続してなる反
射器(グレーティング反射器)、109と110はID
Tの接地電位側導体、112は接続導体、113は入力
側IDT、114は出力側IDTである。
【0006】100の圧電体平板は、水晶、LiTaO
3 、LiNbO3 、等に代表される圧電材料の表面を鏡
面研磨仕上げ状態として用いられる。101の交流電源
は前記励振用IDTの正電極と負電極に接続して弾性表
面波(SAW)を発生させる。106の終端負荷抵抗
は、前記2ポートSAW共振子の出力端に接続するトラ
ンジスタの入力インピーダンス等を代表する。107及
び108、113、112、114等の導体パターン
は、前記100上に、Al、Au、Ag、Cu等の金属
薄膜を蒸着又はスパッタ等の手段で形成した後、フォト
リソグラフィー等の手段で微細パターンを形成してな
る。本発明の2ポートSAW共振子にあっては、前記反
射器107、108及びIDTを次の1ポートSAW共
振子の構成とした後、修正して作成する。まず反射器1
07と108の導体ストリップの配列周期PR は発生す
る弾性表面波の波長λのほぼ1/2とする(図1中のP
R =SR+lR )。さらに導体幅lR と導体間隔SR
比lR /SR をほぼ1とする。一方前記IDTの導体配
列周期PTは、前記反射器が作る弾性表面波の反射特性
の最大値を与える周波数とIDTの放射コンダクタンス
特性の最大値が一致するよう設定される(図1中のPT
=lT +ST である。)例えば、圧電体平板100がS
Tカット水晶板であり、反射器とIDTの導体金属がA
lである場合には前記PR とPT の比として、PR /P
T=1.002〜1.02程度にとられる。さらに又前
記IDTの導体幅lT と導体間の間隔をST として、反
射器とIDTの最も近接した導体間の距離を前記ST
なるようにして1ポートSAW共振子を構成する。又、
T /ST の比は1以下でも良いが1以上である方が、
1ポートSAW共振子の直列共振抵抗を低減できる。さ
らに又前記1ポートSAW共振子は、一体であるIDT
の総対数Mと反射器の導体数Nの比M/Nを1.0〜
2.0として、Q値を最大としている他、IDTの正電
極と負電極を1対としてM対とした時に一体化したID
Tのトータルな反射係数Γを次式のように定義した上で
0.8以上としたいわゆるエネルギー閉込型SAW共振
子を実現する。
【0007】
【数1】
【0008】但しここで、MはIDT対数、aは電極1
本当たりの弾性表面波の反射係数、Hは導体膜厚、λは
弾性表面波の波長である。例えば前記STカット水晶板
でAl導体で形成されたIDTであればMが80以上あ
れば充分に良好なQ値をもつ1ポートSAW共振子を構
成できる。このときのΓ=2.448程度である。本発
明の2ポートSAW共振子にあっては、前述の1ポート
SAW共振子のIDT電極を電極の座標配置をそのまま
にして、複数個の入力と出力IDTに分割した上で、接
地電位側の電極群を接続導体で接続して2ポートSAW
共振子を構成している。前記IDTの分割の仕方につい
て種々の条件で試作して、共振周波数の安定性を検討し
た結果、入力及び出力IDTの数を各々2つ以上の複数
個の多数とする方が良く、その配列は、反射器側から順
に入力IDT、出力IDT、入力IDT・・・が又はこ
の逆の出力IDT、入力IDT、出力IDT・・・の順
に交互に配置する。この際に前述した通りIDTの電極
指の位置座標は前述の1ポートSAW共振子の位置を保
つものとする。次にこのように分割された多数のIDT
の接地側に属する電極指を導体109、110等で接続
した後、さらに、弾性表面波の伝播路を横断して形成し
た接続導体112を用いて109と110等を相互に接
続する。この接続導体は、1ポートSAW共振子として
形成された際のIDTの電極指位置を保つように、もと
の電極指の位置を左右にずらして1ヶ所に集めて形成す
る方法をとるため、接続導体の幅がIDTのライン幅l
T の整数倍のnlT の寸法をもち、又、接続導体の両側
に存在するスペースはIDTのスペース幅ST の整数倍
mST とkST を有する。(但し以上のn、m、kは整
数)。
【0009】次に以上の構成により得られる本発明の2
ポートSAW共振子の共振特性(伝送特性)を図2に示
した。図2の2ポートSAW共振子は、2つの反射器と
4つの入力IDTと3つの出力IDTより構成したもの
で、共振周波数を130MHzとしている。図2中の横
軸は周波数であり縦軸は、動作減衰量SB (201)と
伝送位相量(202)φを同一図中に表示した。図2の
例にあっては、φが0度を中心に±90°変化する同相
型を示したが、180°中心に±90°変化する逆相型
も入力IDTと出力IDTの接続の仕方により実現でき
ることも付け加える。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、2ポ
ートSAW共振子に於て、弾性表面波を励振する入力I
DTが、多数一様に共振子の長手方向に分布して存在し
ているため、出力IDTの終端負荷条件の多少の変化に
対して、出力IDTの電極指が弾性表面波を反射する程
度が多少変化しても、大きく共振振幅が変化することが
ないため、安定な共振現象が維持できUHF帯の発振器
に使用して周波数の安定性が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の2ポートSAW共振子の一実施例を示
す平面図。
【図2】本発明の2ポートSAW共振子が示す伝送特性
を示す特性図。
【符号の説明】
100 圧電体平板 107、108 反射器 113 入力IDT 114 出力IDT 112 接続導体 101 交流電源 106 終端負荷抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/25

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体平板上にくし歯状変換器とこのく
    し歯状変換器を挟む一対の反射器を形成した2ポートS
    AW共振子において、 前記反射器と前記くし歯状変換器は周期的に配置された
    金属導体ストリップにより形成され前記反射器と前記
    くし歯状変換器の最も近接した前記金属導体ストリップ
    の間隔を前記くし歯状変換器のスペース幅にほぼ等しく
    前記くし歯状変換器の放射コンダクタンスの最大値
    を与える周波数と前記反射器反射中心周波数をほぼ一
    させ前記くし歯状変換器のトータル反射係数を0.
    8以上とし、前記くし歯状変換器を二つ以上の入力側く
    し歯状変換器と二つ以上の出力側くし歯状変換器とに分
    割するとともに、前記入力側くし歯状変換器と前記出力
    側くし歯状変換器とを交互に配置したことを特徴とする
    2ポートSAW共振子。
  2. 【請求項2】 前記反射器のライン対スペース
    ほぼ1とし前記くし歯状変換器のライン対スペース
    1以上としたことを特徴とする請求項1記載の2
    ポートSAW共振子。
  3. 【請求項3】 前記入力側くし歯状変換器の接地電位側
    に属する電極指と前記出力側くし歯状変換器の接地電位
    側に属する電極指を弾性表面波の伝搬路を横断する
    続導体により接続し、この接続導体の幅を前記くし歯状
    変換器のライン幅の整数倍とし、かつ前記接続導体
    両側のスペースを前記くし歯状変換器のスペース幅の
    整数倍としたことを特徴とする請求項1又は2記載の2
    ポートSAW共振子。
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1989年電子情報通信学会春季講演論文集[分冊1],1989年3月、p.1−223

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