JP4705571B2 - 音響表面波レゾネータを備えた発振器 - Google Patents
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Description
(1)所定の長さの基板によって形成された遅延線はきわめて小さな位相急峻性しか有さず、発振器の安定性が不充分となる。
(2)発振器周波数の絶対値|S21|はきわめて強く温度に依存しているため、フィードバック部内の増幅器の増幅領域が大きくなりすぎ、望ましくない非線形の効果が生じたり、増幅器の制御に高いコストがかかったりする。
(3)文献[1]に記載されている温度補償方法は広帯域の周波数決定素子に対してしか適用できない。
(4)文献[1]で使用されている2つの遅延線の結合体の記述モデルは、この結合体の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスがソース抵抗または負荷抵抗に比べて格段に大きく、全てのトランスデューサで反射がない場合の近似である。こうしたモデルによって得られる教説は、例えば上述の補助遅延線での1次の同期周波数の温度係数の関数のように、ほとんどのケースに適用できず、反射が重要な役割を果たす周波数決定素子に敷衍することができない。
−所定の長さの基板での周波数決定素子の位相急峻性、ひいては発振器の安定性を高め、
−そのつどの温度のもとで生じる発振器周波数の絶対値|S21|の温度依存性を小さくし、
−周波数決定素子の帯域を狭くし、
−温度依存性の発振器の構造について文献[1]に記載されているような近似に基づかない教説を提示し、反射が重要な役割を果たす周波数決定素子へ適用可能にする
ことである。
V(f1(T),f2(T))=−(δψ/δf2)/(δψ/δf1)
ここでV=(df1/dT)/(df2/dT)|T=T1
または
を満足するように選定される。このときψはダブルゲート表面波レゾネータの結合体の位相であり、f1,2,maxは観察している温度領域での第1のダブルゲート表面波レゾネータおよび第2のダブルゲート表面波レゾネータの最大同期周波数であり、f1,2,minは観察している温度領域での第1のダブルゲート表面波レゾネータおよび第2のダブルゲート表面波レゾネータの最小同期周波数であり、T1,2,max,T1,2,minは同期周波数の相応の極値の発生する温度であり、T1は観察している温度領域内の所定の温度である。
図1に示されている発振器は周波数決定素子としてのレゾネータ結合体と、図示されていない増幅器を含む結合体の出力側から入力側へのフィードバック部とから成る。フィードバック部の位相は0に等しいと前提される。以下にこのレゾネータ結合体の特性を説明する。
V=(df1/dT)/(df2/dT)|T=T1=−(δψ/δf2)/(δψ/δf1)
により計算される。ここでf1,f2はダブルゲート表面波レゾネータ2,3の同期周波数であり、T1は所定の温度である。
この実施例は図2に示されている発振器に関連する。この発振器は周波数決定素子としてのレゾネータ結合体と図示されていない増幅器を含む結合体の出力側から入力側へのフィードバック部とから成る。フィードバック部の位相は0に等しいと前提される。以下にこのレゾネータ結合体の特性を説明する。
この実施例は図3に示されている2つの別個の基板を備えた発振器に関する。ここで第1の基板10上には表面波レゾネータ2が配置されており、これはリフレクタ21,22およびインターディジタルトランスデューサ24から成る。さらに表面波レゾネータ2にはトランスデューサ24とリフレクタ21とのあいだに結合トランスデューサ23が配置されている。第2の基板1上には表面波レゾネータ3が配置されており、これはリフレクタ31,32およびインターディジタルトランスデューサ34から成る。さらに表面波レゾネータ3にはトランスデューサ34とリフレクタ31とのあいだに結合トランスデューサ33が配置されている。2つの表面波レゾネータ2,3が1つのレゾネータ結合体を形成している。基板1,10はともにSTカット水晶である。この場合、表面波レゾネータ2の伝搬方向、つまり結合トランスデューサ23およびトランスデューサ24の櫛歯およびリフレクタ21,22のストリップに垂直な方向は、水晶の結晶X軸に対して角度α2=30゜傾いている。したがって表面波レゾネータ2の同期周波数の1次の温度係数は正である。表面波レゾネータ3の伝搬方向、つまり結合トランスデューサ33およびトランスデューサ34の櫛歯およびリフレクタ31,32のストリップに垂直な方向は、水晶の結晶X軸に対して角度α3=47.5゜傾いている。したがって表面波レゾネータ3の同期周波数の1次の温度係数は負である。
Claims (29)
- 2つの周波数決定素子(2;3)から成る結合体と、該結合体の出力側(9)から入力側(8)への、増幅器を含むフィードバック部とが設けられており、
各周波数決定素子は音響表面波に対する少なくとも1つのインターディジタルトランスデューサ(24;34)を有しており、それぞれ同期周波数の温度依存性により相互に区別される、
発振器において、
各周波数決定素子はダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)であり、
該ダブルゲート音響表面波レゾネータは波のフィールドを相互に結合するトランスデューサ(23;33)を含むかまたは該トランスデューサに並列接続されており、
2つのダブルゲート音響表面波レゾネータのそれぞれのレゾネータの同期周波数の1次の温度係数が0でなく互いに異なる符号を有するか、あるいは、それぞれのレゾネータの同期周波数の2次の温度係数が0でなく、設定された温度に対する1次の温度係数が0である
ことを特徴とする発振器。 - 各トランスデューサのアパーチャ比、および、トランスデューサの櫛歯とリフレクタのストリップとに対して垂直な方向で見た各トランスデューサの長さの比が、所定の温度領域における発振器周波数の変化を最小とするように選定されている、請求項1記載の発振器。
- 各周波数決定素子(2;3)は音響表面波に対する2つのインターディジタルトランスデューサ(23,24;33,34)を有しており、ここでインターディジタルトランスデューサは結合体により並列回路として相互に接続されたオブジェクトである、請求項1記載の発振器。
- 各周波数決定素子(2;3)はそれぞれ2つのリフレクタ(21,22;31,32)間に2つのインターディジタルトランスデューサ(23,24または33,34)を配置したダブルゲート表面波レゾネータであり、該ダブルゲート表面波レゾネータはアパーチャ(26;36)およびインターディジタルトランスデューサ間の空間(25;35)により区別され、ダブルゲート表面波レゾネータにおける前記アパーチャ、前記インターディジタルトランスデューサ間の空間および同期波長は発振器周波数が所定の温度のもとで設定周波数に相応するように定められている、請求項1記載の発振器。
- 各周波数決定素子(2;3)はそれぞれ2つのリフレクタ(21,22;31,32)間に1つのインターディジタルトランスデューサ(24;34)を配置したダブルゲート音響表面波レゾネータであり、各トランスデューサのアパーチャ比、および、トランスデューサの櫛歯とリフレクタのストリップとに対して垂直な方向で見た各トランスデューサの長さの比が、所定の温度領域における発振器周波数の変化を最小とするように選定されている、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)の基板は同じ結晶タイプに属する、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)の基板は異なる結晶タイプに属する、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)は同一のタイプの結晶カット上でそれぞれ異なる音響表面波の伝搬方向を有する、請求項6記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)は別々の基板上に配置されている、請求項1または7記載の発振器。
- 2つのダブルゲート音響表面波レゾネータ(2;3)の電極構造体は共通の基板(1)上に配置されている、請求項1記載の発振器。
- 音響表面波に対するダブルゲート表面波レゾネータの結晶タイプ、結晶カットおよび伝搬方向は第1のダブルゲート表面波レゾネータの同期周波数f1 の温度依存性f1(T)および第2のダブルゲート表面波レゾネータの同期周波数f2の温度依存性f2(T)が式
V(f1(T),f2(T))=−(δψ/δf2)/(δψ/δf1)
ここでV=(df1/dT)/(df2/dT)|T=T1
または
を満足するように選定されており、このときψはダブルゲート表面波レゾネータの結合体の位相であり、f1,2,maxは観察している温度領域での第1のダブルゲート表面波レゾネータおよび第2のダブルゲート表面波レゾネータの最大同期周波数であり、f1,2,minは観察している温度領域での第1のダブルゲート表面波レゾネータおよび第2のダブルゲート表面波レゾネータの最小同期周波数であり、T1,2,max,T1,2,minは同期周波数の相応の極値の発生する温度であり、T1は観察している温度領域での所定の温度である、請求項1記載の発振器。 - 少なくとも1つのダブルゲート表面波レゾネータの各インターディジタルトランスデューサ間に中間リフレクタが配置されている、請求項1記載の発振器。
- 1つのインターディジタルトランスデューサがその極性によって他のインターディジタルトランスデューサから区別される、請求項1記載の発振器。
- 2つのダブルゲート表面波レゾネータにおいて同期周波数の同じ次数の温度係数が支配的である、請求項1記載の発振器。
- 2つのダブルゲート表面波レゾネータにおいて同期周波数の1次の温度係数が支配的である、請求項1記載の発振器。
- 2つのダブルゲート表面波レゾネータにおいて同期周波数の2次の温度係数が支配的である、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート表面波レゾネータは類似した同期周波数の温度依存性を有し、つまり第1のダブルゲート表面波レゾネータの同期周波数の温度依存性は第2の音響表面波レゾネータの同期周波数の温度依存性に一定の係数を乗算したものに近似であり、観察している全温度領域でのこれらの同期周波数の温度依存性の差は2つのダブルゲート表面波レゾネータのそれぞれの温度依存性よりも小さい、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート表面波レゾネータの同期波長はこれらのダブルゲート表面波レゾネータが異なる位相速度を有するにもかかわらず同じ共振周波数を有するように選定されている、請求項1記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータは結合トランスデューサ(23;33)を有しており、第1のダブルゲート音響表面波レゾネータの結合トランスデューサと第2のダブルゲート音響表面波レゾネータの結合トランスデューサとは2つの電気線路(5;6)を介して相互に接続されている、請求項1記載の発振器。
- 各結合トランスデューサのアパーチャは異なっており、櫛歯数は等しい、請求項19記載の発振器。
- 各結合トランスデューサの櫛歯数は異なっており、アパーチャは等しい、請求項19記載の発振器。
- 各結合トランスデューサの櫛歯は当該の結合トランスデューサの属するダブルゲート音響表面波レゾネータのトランスデューサの櫛歯よりも多い、請求項19記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータの結合トランスデューサを接続する電気線路のあいだに結合インダクタンスと称されるインダクタンス(7)が接続されている、請求項19記載の発振器。
- 各ダブルゲート音響表面波レゾネータの結合トランスデューサを接続する電気線路のあいだに結合キャパシタンスと称されるキャパシタンスが接続されている、請求項19記載の発振器。
- 少なくとも1つの結合トランスデューサは、整数個の同じ極性の連続する櫛歯から成る少なくとも1つの櫛歯グループを有する、請求項19記載の発振器。
- 前記結晶カットはSTカット水晶であり、トランスデューサの櫛歯とリフレクタのストリップとに対して垂直な方向の軸線が第1のダブルゲート音響表面波レゾネータでは結晶X軸に対して角度0゜〜45゜であり、第2のダブルゲート音響表面波レゾネータでは結晶X軸に対して角度45゜より大きい、請求項1記載の発振器。
- 2つのダブルゲート音響表面波レゾネータの各トランスデューサは1つのマルチストリップカプラを形成している、請求項1記載の発振器。
- ダブルゲート音響表面波レゾネータにおいて、トランスデューサの櫛歯ピッチ、リフレクタのストリップピッチ、トランスデューサ間の距離、トランスデューサからリフレクタまでの距離、および、電極層の厚さは、設定温度での共振が設定周波数間隔で起こるように選定されている、請求項1記載の発振器。
- 前記設定周波数間隔は0である、請求項28記載の発振器。
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