JPH07122964A - 弾性表面波共振子 - Google Patents
弾性表面波共振子Info
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- JPH07122964A JPH07122964A JP19975194A JP19975194A JPH07122964A JP H07122964 A JPH07122964 A JP H07122964A JP 19975194 A JP19975194 A JP 19975194A JP 19975194 A JP19975194 A JP 19975194A JP H07122964 A JPH07122964 A JP H07122964A
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- acoustic wave
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/0538—Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements
- H03H9/0542—Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements consisting of a lateral arrangement
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、水晶ＳＴカット等のＳＡＷ共振子
の周波数可変幅を大幅に改善するとともに周波数安定度
の高いＳＡＷ共振子を用いた可変周波数発振器を提供す
る。 【構成】 いわゆるエネルギー閉込型１ポートＳＡＷ共
振子及び１ポートＳＡＷ共振子の弾性表面波を励振検出
するＩＤＴを分割して構成される２ポートＳＡＷ共振子
に於いて、１ポートＳＡＷ共振子のＩＤＴに接続するイ
ンダクタンス、あるいは２ポートＳＡＷ共振子の検出用
ＩＤＴに接続するインダクタンスを同一チップ上に一体
形成した上で、前記インダクタンスと外付けされる可変
容量素子の並列接続回路が全体で誘導性で動作できるよ
うに前記インダクタンスの値を設定して、ＳＡＷ共振子
の発振周波数を大幅に変化させたことを特徴とする。
の周波数可変幅を大幅に改善するとともに周波数安定度
の高いＳＡＷ共振子を用いた可変周波数発振器を提供す
る。 【構成】 いわゆるエネルギー閉込型１ポートＳＡＷ共
振子及び１ポートＳＡＷ共振子の弾性表面波を励振検出
するＩＤＴを分割して構成される２ポートＳＡＷ共振子
に於いて、１ポートＳＡＷ共振子のＩＤＴに接続するイ
ンダクタンス、あるいは２ポートＳＡＷ共振子の検出用
ＩＤＴに接続するインダクタンスを同一チップ上に一体
形成した上で、前記インダクタンスと外付けされる可変
容量素子の並列接続回路が全体で誘導性で動作できるよ
うに前記インダクタンスの値を設定して、ＳＡＷ共振子
の発振周波数を大幅に変化させたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は弾性表面波を用いた弾性
表面波共振子（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wav
e）共振子と略す）において、電圧制御発振器用に周波
数可変幅を大幅に広げたＳＡＷ共振子に関する。
表面波共振子（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wav
e）共振子と略す）において、電圧制御発振器用に周波
数可変幅を大幅に広げたＳＡＷ共振子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＳＡＷ共振子の電極構造として
は、例えば米国特許４７１６１６号公報、又は米国特許
３８８６５０４号公報、又は特開昭６１ー２８１６１２
号公報等に記載されている。前記電極構造を水晶単結晶
からなる圧電体平板の内、特にＳＴカットＸ伝搬板に形
成してなるいわゆるＳＴカットＳＡＷ共振子は、零温度
係数となって周波数安定性の面では優れている。
は、例えば米国特許４７１６１６号公報、又は米国特許
３８８６５０４号公報、又は特開昭６１ー２８１６１２
号公報等に記載されている。前記電極構造を水晶単結晶
からなる圧電体平板の内、特にＳＴカットＸ伝搬板に形
成してなるいわゆるＳＴカットＳＡＷ共振子は、零温度
係数となって周波数安定性の面では優れている。
【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、１ポート型及び２ポート型水晶ＳＴカットＳＡ
Ｗ共振子であっても、電圧制御発振器に組み込んで、周
波数を可変させた場合には、その周波数可変幅が１００
〜３００ｐｐｍ程度であって大幅な周波数可変幅を得る
ことはできないという課題があった。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、周波数安定性に優れかつ従来になく大幅に周波数
の可変できるＳＡＷ共振子を用いた電圧制御発振器を提
供することにある。
術では、１ポート型及び２ポート型水晶ＳＴカットＳＡ
Ｗ共振子であっても、電圧制御発振器に組み込んで、周
波数を可変させた場合には、その周波数可変幅が１００
〜３００ｐｐｍ程度であって大幅な周波数可変幅を得る
ことはできないという課題があった。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、周波数安定性に優れかつ従来になく大幅に周波数
の可変できるＳＡＷ共振子を用いた電圧制御発振器を提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】（１） 本発明の弾性表
面波共振子は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
すだれ状電極と１対の反射器とからなる弾性表面波共振
子において、前記弾性表面波共振子は、前記すだれ状電
極のもつトータル反射係数Гを１０＞Γ＞０．８とした
エネルギー閉込型であり、前記すだれ状電極の放射コン
ダクタンスの最大を与える周波数と前記反射器のもつ反
射中心周波数をほぼ一致させ、前記反射器と前記すだれ
状電極の間隔をすだれ状電極の構成要素である励振電極
の導体が存在しないスペース部分の幅とし、前記すだれ
状電極の入力端子の一方に直列に接続して所定のインダ
クタンス値を与える導体パターンを前記圧電体平板上に
形成したことを特徴とする。
面波共振子は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
すだれ状電極と１対の反射器とからなる弾性表面波共振
子において、前記弾性表面波共振子は、前記すだれ状電
極のもつトータル反射係数Гを１０＞Γ＞０．８とした
エネルギー閉込型であり、前記すだれ状電極の放射コン
ダクタンスの最大を与える周波数と前記反射器のもつ反
射中心周波数をほぼ一致させ、前記反射器と前記すだれ
状電極の間隔をすだれ状電極の構成要素である励振電極
の導体が存在しないスペース部分の幅とし、前記すだれ
状電極の入力端子の一方に直列に接続して所定のインダ
クタンス値を与える導体パターンを前記圧電体平板上に
形成したことを特徴とする。
【０００５】（２） 本発明の弾性表面波共振子は、圧
電体平板上に、弾性表面波を励振するすだれ状電極と１
対の反射器とからなる弾性表面波共振子において、前記
弾性表面波共振子は、前記すだれ状電極のもつトータル
反射係数Гを１０＞Γ＞０．８としたエネルギー閉込型
であり、前記反射器と前記すだれ状電極の間隔をすだれ
状電極の構成要素である励振電極の導体が存在しないス
ペース部分の幅とし、前記すだれ状電極を２つ以上の複
数に分割して、励振用すだれ状電極と検出用すだれ状電
極の２群に接続して２ポート弾性表面波共振子とし、前
記検出用すだれ状電極の出力端子に並列にインダクタン
スを与える導体パターンを前記圧電体平板上に形成した
ことを特徴とする。
電体平板上に、弾性表面波を励振するすだれ状電極と１
対の反射器とからなる弾性表面波共振子において、前記
弾性表面波共振子は、前記すだれ状電極のもつトータル
反射係数Гを１０＞Γ＞０．８としたエネルギー閉込型
であり、前記反射器と前記すだれ状電極の間隔をすだれ
状電極の構成要素である励振電極の導体が存在しないス
ペース部分の幅とし、前記すだれ状電極を２つ以上の複
数に分割して、励振用すだれ状電極と検出用すだれ状電
極の２群に接続して２ポート弾性表面波共振子とし、前
記検出用すだれ状電極の出力端子に並列にインダクタン
スを与える導体パターンを前記圧電体平板上に形成した
ことを特徴とする。
【０００６】（３） （１）において、前記反射器の構
成要素である相隣りあう複数の導体ストリップ群を一体
として直列に接続し、インダクタンスを形成する導体パ
ターンの一部としたことを特徴とする。
成要素である相隣りあう複数の導体ストリップ群を一体
として直列に接続し、インダクタンスを形成する導体パ
ターンの一部としたことを特徴とする。
【０００７】（４） （２）において、前記反射器のも
つ相隣りあう複数の導体ストリップ群を一体として直列
に接続し、インダクタンスの一部としたことを特徴とす
る。
つ相隣りあう複数の導体ストリップ群を一体として直列
に接続し、インダクタンスの一部としたことを特徴とす
る。
【０００８】（５） （１）または（２）において、信
号を増幅する増幅器が、入力端子からみて負性抵抗と弾
性表面波共振子の負荷容量として等価に表現でき、前記
増幅器の入力端子にインダクタンスを一体形成した弾性
表面波共振子の入力端子を接続し、前記インダクタンス
に結合コンデンサを介して並列に可変容量素子を接続
し、前記可変容量素子の容量と前記インダクタンスが構
成する並列回路が誘導性領域で動作するように、前記一
体形成されたインダクタンスの値を設定して、前記可変
容量素子に入力する制御電圧によって弾性表面波共振子
の発振周波数を可変できるようにしたことを特徴とす
る。
号を増幅する増幅器が、入力端子からみて負性抵抗と弾
性表面波共振子の負荷容量として等価に表現でき、前記
増幅器の入力端子にインダクタンスを一体形成した弾性
表面波共振子の入力端子を接続し、前記インダクタンス
に結合コンデンサを介して並列に可変容量素子を接続
し、前記可変容量素子の容量と前記インダクタンスが構
成する並列回路が誘導性領域で動作するように、前記一
体形成されたインダクタンスの値を設定して、前記可変
容量素子に入力する制御電圧によって弾性表面波共振子
の発振周波数を可変できるようにしたことを特徴とす
る。
【０００９】（６） （１）または（２）において、前
記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＳＴカットであるこ
とを特徴とする。
記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＳＴカットであるこ
とを特徴とする。
【００１０】（７） （１）または（２）において、前
記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＬＳＴカットである
ことを特徴とする。
記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＬＳＴカットである
ことを特徴とする。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２、図
５、図８により説明する。図１と図２、図８は本発明の
ＳＡＷ共振子の一実施例であり、図５は、図１と図２、
図８を用いた電圧制御発振器の構成例である。まず最初
に図１より順に説明する。図１中各部位の名称は、１０
０は圧電体平板、１０１はすだれ状電極（以下、ＩＤＴ
(Interdigital Transducer）と略す）、１０２と１０
３は反射器、１０８は反射器の導体ストリップ、１０４
は反射器の導体ストリップを直列接続してできる導体パ
ターンでインダクタンスを構成する。１０５と１０６及
び１０７は接続用パッドであってＡｌ線により外部に接
続する。前記圧電体平板１００は水晶単結晶より切出さ
れるＳＴカット水晶板あるいはＬＳＴカット水晶板等の
基板よりなる。又前記ＩＤＴ１０１と反射器１０２、１
０３さらにインダクタンスを形成する導体パターン１０
４は、圧電体平板上に、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の導体金属
膜を蒸着及びスパッタ等の薄膜形成手段により形成した
上で、フォトリソグラフィ技術によりパターン形成して
得られる。前記ＩＤＴ１０１と１対の反射器１０２と、
１０３全体でＳＡＷ共振子を構成する。前記ＳＡＷ共振
子を構成する際の要点は、まずＩＤＴ１０１は、ＩＤＴ
の正電極と負電極を１対としてＭ対とした時に、ＩＤＴ
の電極全体でのトータル反射係数Гを次式の通り定義し
た上で、１０＞Г＞０．８としたいわゆるエネルギー閉
込型ＳＡＷ共振子を実現している（参考文献：エネルギ
ー閉じ込め弾性表面波共振子，信学技法ＵＳ８７−３
６，ｐｐ９−１６（１９８７．９．）。
５、図８により説明する。図１と図２、図８は本発明の
ＳＡＷ共振子の一実施例であり、図５は、図１と図２、
図８を用いた電圧制御発振器の構成例である。まず最初
に図１より順に説明する。図１中各部位の名称は、１０
０は圧電体平板、１０１はすだれ状電極（以下、ＩＤＴ
(Interdigital Transducer）と略す）、１０２と１０
３は反射器、１０８は反射器の導体ストリップ、１０４
は反射器の導体ストリップを直列接続してできる導体パ
ターンでインダクタンスを構成する。１０５と１０６及
び１０７は接続用パッドであってＡｌ線により外部に接
続する。前記圧電体平板１００は水晶単結晶より切出さ
れるＳＴカット水晶板あるいはＬＳＴカット水晶板等の
基板よりなる。又前記ＩＤＴ１０１と反射器１０２、１
０３さらにインダクタンスを形成する導体パターン１０
４は、圧電体平板上に、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の導体金属
膜を蒸着及びスパッタ等の薄膜形成手段により形成した
上で、フォトリソグラフィ技術によりパターン形成して
得られる。前記ＩＤＴ１０１と１対の反射器１０２と、
１０３全体でＳＡＷ共振子を構成する。前記ＳＡＷ共振
子を構成する際の要点は、まずＩＤＴ１０１は、ＩＤＴ
の正電極と負電極を１対としてＭ対とした時に、ＩＤＴ
の電極全体でのトータル反射係数Гを次式の通り定義し
た上で、１０＞Г＞０．８としたいわゆるエネルギー閉
込型ＳＡＷ共振子を実現している（参考文献：エネルギ
ー閉じ込め弾性表面波共振子，信学技法ＵＳ８７−３
６，ｐｐ９−１６（１９８７．９．）。
【００１２】
【数１】
【００１３】但しここで、Ｍは前記ＩＤＴの対数、ａは
電極１本当たりの弾性表面波の反射係数、Ｈは前記導体
の膜厚、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、
ａ＝０．２５５，Ｈ／λ＝０．０３としてＭ＝８０対と
すれば、十分に図１の１ポートＳＡＷ共振子を構成でき
る。このときΓ＝２．４４８程度となる。
電極１本当たりの弾性表面波の反射係数、Ｈは前記導体
の膜厚、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、
ａ＝０．２５５，Ｈ／λ＝０．０３としてＭ＝８０対と
すれば、十分に図１の１ポートＳＡＷ共振子を構成でき
る。このときΓ＝２．４４８程度となる。
【００１４】図７には１ポート型における、ＩＤＴ対数
に対する前記１ポートＳＡＷ共振子の共振振幅の変化の
ようすを示した。このときの反射器本数は２Ｍ本とし
た。前記共振振幅は電極膜厚に対する弾性表面波波長の
比Ｈ／λが大きくなれば増加するが、電極膜に粘性ロス
が存在するために最大値をとり徐々に減少する。この場
合の条件として、Ｈ／λが０．０６、Ｍ＝１６０となっ
た。従って前記Γの最大値としては１０程度の値にな
る。また、共振子として使用するためには振幅がとれな
ければならない訳であるが、図７より前記Γが０．８の
ところから振幅が立ち上がるので、前記Γの最小値とし
ては０．８程度の値になる。
に対する前記１ポートＳＡＷ共振子の共振振幅の変化の
ようすを示した。このときの反射器本数は２Ｍ本とし
た。前記共振振幅は電極膜厚に対する弾性表面波波長の
比Ｈ／λが大きくなれば増加するが、電極膜に粘性ロス
が存在するために最大値をとり徐々に減少する。この場
合の条件として、Ｈ／λが０．０６、Ｍ＝１６０となっ
た。従って前記Γの最大値としては１０程度の値にな
る。また、共振子として使用するためには振幅がとれな
ければならない訳であるが、図７より前記Γが０．８の
ところから振幅が立ち上がるので、前記Γの最小値とし
ては０．８程度の値になる。
【００１５】反射器１０２と１０３は多数の導体ストリ
ップを平行に配置してなり、その導体幅Ｌと導体間の間
隔Ｓの比をほぼ１としている。一方ＩＤＴの前記Ｌ／Ｓ
の比は１程度から１以上が良く、さらに前記反射器の最
もＩＤＴよりの導体とＩＤＴの最も反射器よりの導体の
間隔は、ＩＤＴのスペース幅Ｓに対応している。さらに
前記反射器の反射中心周波数と前記ＩＤＴの放射コンダ
クタンスの中心周波数をほぼ一致せしめて共振先鋭度を
向上させている。前記放射コンダクタンスとは、前記Ｉ
ＤＴの有する励振可能な弾性表面波の周波数と振幅を示
すものであって、前記中心周波数で振幅がピーク値をも
つ特性となる。
ップを平行に配置してなり、その導体幅Ｌと導体間の間
隔Ｓの比をほぼ１としている。一方ＩＤＴの前記Ｌ／Ｓ
の比は１程度から１以上が良く、さらに前記反射器の最
もＩＤＴよりの導体とＩＤＴの最も反射器よりの導体の
間隔は、ＩＤＴのスペース幅Ｓに対応している。さらに
前記反射器の反射中心周波数と前記ＩＤＴの放射コンダ
クタンスの中心周波数をほぼ一致せしめて共振先鋭度を
向上させている。前記放射コンダクタンスとは、前記Ｉ
ＤＴの有する励振可能な弾性表面波の周波数と振幅を示
すものであって、前記中心周波数で振幅がピーク値をも
つ特性となる。
【００１６】本発明にあつては以上に述べた１ポートＳ
ＡＷ共振子の構造の他に、インダクタンスの役割をはた
す導体パターン１０４を形成している。インダクタンス
１０４は、前記反射器１０３の導体ストリップ１０８を
兼用して作成されている。もちろん、圧電体平板１００
上の導体が形成されていない余白部に、前記インダクタ
ンスを形成することも可能である。ただこの場合には、
ＳＡＷ共振子のチップサイズが大きくなるという欠点が
ある。図１に於いてインダクタンスは、反射器の導体ス
トリップの複数本を導体ストリップの両端部において連
結して１本の導体となし、さらにこれらをまた複数本直
列に接続して構成される。これにより形成されるインダ
クタンスの値は、約１ｍｍあたり１ｎＨ程度が得られ
る。前記に一体として連結される導体ストリップの本数
は、弾性表面波によって反射器導体ストリップ上に正負
交互に電荷が発生するために、これらがキャンセルされ
るように偶数本が望ましい。前記インダクタンスを形成
する導体パターンの一端はＩＤＴの出力端子２に接続し
ている。前記インダクタンスの値は、導体寸法精度で決
まるが、フォトリソ加工のため充分な精度が出せる。
ＡＷ共振子の構造の他に、インダクタンスの役割をはた
す導体パターン１０４を形成している。インダクタンス
１０４は、前記反射器１０３の導体ストリップ１０８を
兼用して作成されている。もちろん、圧電体平板１００
上の導体が形成されていない余白部に、前記インダクタ
ンスを形成することも可能である。ただこの場合には、
ＳＡＷ共振子のチップサイズが大きくなるという欠点が
ある。図１に於いてインダクタンスは、反射器の導体ス
トリップの複数本を導体ストリップの両端部において連
結して１本の導体となし、さらにこれらをまた複数本直
列に接続して構成される。これにより形成されるインダ
クタンスの値は、約１ｍｍあたり１ｎＨ程度が得られ
る。前記に一体として連結される導体ストリップの本数
は、弾性表面波によって反射器導体ストリップ上に正負
交互に電荷が発生するために、これらがキャンセルされ
るように偶数本が望ましい。前記インダクタンスを形成
する導体パターンの一端はＩＤＴの出力端子２に接続し
ている。前記インダクタンスの値は、導体寸法精度で決
まるが、フォトリソ加工のため充分な精度が出せる。
【００１７】図８には前記インダクタンスの他の実施例
を示す。図中の各部位の名称は、８００は圧電体平板、
８０１は反射器、８０３は導体ストリップ、８０２は渦
巻状のインダクタンスである。図８のインダクタンスは
渦巻き形状に形成され、その一部は反射器導体ストリッ
プの一部を兼用している。この実施例の場合には２ｍｍ
×２ｍｍサイズのチップ上に最大約２０ｎＨのインダク
タンスが導通抵抗を数Ωと小さくして構成できる。こう
して作成されたインダクタンスの特性については、数百
ＭＨｚの高周波において誘電損失の少ない水晶基板上に
平面的にパターン形成し、Ｎ2 中に封止することより空
心のインダクタンスが形成され、損失の少ないものがで
きる。さらに、用いた水晶基板の線膨張係数が１×１０
ー5程度と充分小さく温度変化の少ないものが得られる。
を示す。図中の各部位の名称は、８００は圧電体平板、
８０１は反射器、８０３は導体ストリップ、８０２は渦
巻状のインダクタンスである。図８のインダクタンスは
渦巻き形状に形成され、その一部は反射器導体ストリッ
プの一部を兼用している。この実施例の場合には２ｍｍ
×２ｍｍサイズのチップ上に最大約２０ｎＨのインダク
タンスが導通抵抗を数Ωと小さくして構成できる。こう
して作成されたインダクタンスの特性については、数百
ＭＨｚの高周波において誘電損失の少ない水晶基板上に
平面的にパターン形成し、Ｎ2 中に封止することより空
心のインダクタンスが形成され、損失の少ないものがで
きる。さらに、用いた水晶基板の線膨張係数が１×１０
ー5程度と充分小さく温度変化の少ないものが得られる。
【００１８】次に図２の実施例につき説明する。各部位
の名称を列記すると、２００は圧電体平板、２０１と２
０２及び２０３はＩＤＴ、２０４と２０５の破線枠内は
反射器、反射器導体ストリップ２１０、２１１を用いて
構成される２０６と２０７はインダクタンスを形成する
導体パターン、２０８および２０９等はワイヤーボンデ
ィング線の引き出し用パッドである。前記ＩＤＴと反射
器の全体で２ポートＳＡＷ共振子を形成している。構成
方法の詳細は、特開平５ー１６０６６５に詳述されてい
る。この資料に示された２ポートＳＡＷ共振子の構成方
法につき概説すると、前記２ポートＳＡＷ共振子は前述
の図１の１ポートＳＡＷ共振子のＩＤＴを２つ以上の複
数に分割して、励振電極用ＩＤＴと検出用ＩＤＴの２群
に接続して２ポートＳＡＷ共振子としている。さらに本
発明に於いては、前記２ポートＳＡＷ共振子の検出側Ｉ
ＤＴ２０２，２０３の２，２′出力端子間をインダクタ
ンスを形成する導体パターンで接続する。前記導体パタ
ーンは前記反射器の導体ストリップを兼ねて形成され
る。図２に於いては、前記インダクタンスは反射器の平
行に配列された導体ストリップの複数を図１の実施例同
様に、一体化して直列に接続して形成される。図２の２
０６と２０７が形成されたインダクタンスである。図２
の２０６と２０７はいずれか一方の構成でも良い。図２
に於いては、インダクタンス２０６と２０７は並列に接
続されている。
の名称を列記すると、２００は圧電体平板、２０１と２
０２及び２０３はＩＤＴ、２０４と２０５の破線枠内は
反射器、反射器導体ストリップ２１０、２１１を用いて
構成される２０６と２０７はインダクタンスを形成する
導体パターン、２０８および２０９等はワイヤーボンデ
ィング線の引き出し用パッドである。前記ＩＤＴと反射
器の全体で２ポートＳＡＷ共振子を形成している。構成
方法の詳細は、特開平５ー１６０６６５に詳述されてい
る。この資料に示された２ポートＳＡＷ共振子の構成方
法につき概説すると、前記２ポートＳＡＷ共振子は前述
の図１の１ポートＳＡＷ共振子のＩＤＴを２つ以上の複
数に分割して、励振電極用ＩＤＴと検出用ＩＤＴの２群
に接続して２ポートＳＡＷ共振子としている。さらに本
発明に於いては、前記２ポートＳＡＷ共振子の検出側Ｉ
ＤＴ２０２，２０３の２，２′出力端子間をインダクタ
ンスを形成する導体パターンで接続する。前記導体パタ
ーンは前記反射器の導体ストリップを兼ねて形成され
る。図２に於いては、前記インダクタンスは反射器の平
行に配列された導体ストリップの複数を図１の実施例同
様に、一体化して直列に接続して形成される。図２の２
０６と２０７が形成されたインダクタンスである。図２
の２０６と２０７はいずれか一方の構成でも良い。図２
に於いては、インダクタンス２０６と２０７は並列に接
続されている。
【００１９】次に前記図１と図２のＳＡＷ共振子の等価
回路を各々図３と図４に示す。図３は図１の１ポート型
に、図４は図２の２ポート型に対応する。まず図３に於
いて各部位の名称は、３０１は直列等価抵抗、３０２は
等価直列インダクタンス、３０３は等価直列容量、３０
４はＩＴＤのくし歯状をなす電極間の容量で並列容量、
３０５は本発明に於いて新たに加えたインダクタンスで
ある。また１と１′、２と２′は各々入力端子と出力端
子である。３０１と３０２、３０３の直列アームはＳＡ
Ｗ共振子が共振状態に於て示す等価回路である。次に図
４に於いて各部位の名称は、４０１は等価直列抵抗、４
０２は等価直列インダクタンス、４０３は等価直列容
量、４０４と４０５はそれぞれ励振用ＩＤＴ及び検出用
ＩＤＴがつくる静電容量（並列容量）である。４０６は
本発明に於いて新たに検出用ＩＤＴ間に加えたインンダ
クタンスである。１と１′は入力端子、２と２′は出力
端子である。４０１と４０２及び４０３は２ポートＳＡ
Ｗ共振子の共振状態での電気的等価回路を示したもので
ある。図３の３０５、図４の４０６で示すインダクタン
スは、次の図５の電圧制御発振器に組み込んで使用でき
るように適度な値に設定する。図９には前記電圧制御発
振器の周波数可変幅が１０００ｐｐｍを取る場合の前記
ＳＡＷ共振子等価定数Ｃ1と前記インダクタンス値L0の
対応関係を横軸に周波数をとって示した。図９の関係は
後述の式（３）と（４）の関係より求めた。 次に図５
の電圧制御発振器において本発明のＳＡＷ共振子の具体
的使用例につき説明する。まず最初に図５中の各部位の
名称を列記すると、５０１は図５の電圧制御発振器に入
力する制御電圧信号源、５０２は抵抗、５０３は可変容
量素子、５０４は容量値の大きな値をとる結合コンデン
サ、５０５は前述の図１、図２で説明した本発明のＳＡ
Ｗ共振子であつて端子番号１と１′及び２と２′は各
々、図１と図２の入力と出力端子番号に対応する。５０
６と５０７及び５１０は直流バイアス用抵抗、５０８と
５０９はコンデンサで５０５のＳＡＷ共振子の負荷容量
を構成する。５１１はＮＰＮタイプトランジスタ、５１
２は直流電圧源、５１３はパスコンである。図５の電圧
制御発振器に於いて５０１の制御電圧Ｖc を可変して、
５０３の可変容量素子の容量Ｃx を変化させた時の、電
圧制御発振器の発振周波数ｆoscの周波数変化率Δｆ／
ｆを図示したものが図６である。図中の横軸は可変素子
の容量値、縦軸は発振周波数の変化率である。曲線６０
１、６０２、６０３は本発明のＳＡＷ共振子に形成され
たインダクタンスＬ0 の値がそれぞれ２ｎＨ，３ｎＨ，
４ｎＨの場合の周波数可変特性である。但しこの場合公
称周波数は４５０ＭＨｚであり図２の２ポート型を用い
ている。前記２ポート型ＳＡＷ共振子の等価定数として
は、Ｒ1 ＝１０Ω、Ｌ1 ＝４１．７ｎＨ、Ｃ1 ＝３ｆＦ
を用いた。図６の特性図を見ればわかる通りＣx が５か
ら２０ｐＦで１０００〜１５００ｐｐｍの周波数可変幅
がとれることがわかる。この理由につき説明すると、Ｓ
ＡＷ共振子のインダクタンスＬ0 に結合コンデンサＣc
（図５の５０４）を介して可変容量素子の容量Ｃx が並
列に接続する。結合コンデンサＣc の容量はＣx 及び並
列容量Ｃ0 ＝Ｃ02より充分大きくとるため全体のインピ
ーダンスＺx はＬ0 とＣ0 ＋Ｃx の並列回路と考えて良
い。前記インダクタンスＬ0 を前記インピーダンスＺx
が誘導性となる適正値を選択する（図９参照）。
回路を各々図３と図４に示す。図３は図１の１ポート型
に、図４は図２の２ポート型に対応する。まず図３に於
いて各部位の名称は、３０１は直列等価抵抗、３０２は
等価直列インダクタンス、３０３は等価直列容量、３０
４はＩＴＤのくし歯状をなす電極間の容量で並列容量、
３０５は本発明に於いて新たに加えたインダクタンスで
ある。また１と１′、２と２′は各々入力端子と出力端
子である。３０１と３０２、３０３の直列アームはＳＡ
Ｗ共振子が共振状態に於て示す等価回路である。次に図
４に於いて各部位の名称は、４０１は等価直列抵抗、４
０２は等価直列インダクタンス、４０３は等価直列容
量、４０４と４０５はそれぞれ励振用ＩＤＴ及び検出用
ＩＤＴがつくる静電容量（並列容量）である。４０６は
本発明に於いて新たに検出用ＩＤＴ間に加えたインンダ
クタンスである。１と１′は入力端子、２と２′は出力
端子である。４０１と４０２及び４０３は２ポートＳＡ
Ｗ共振子の共振状態での電気的等価回路を示したもので
ある。図３の３０５、図４の４０６で示すインダクタン
スは、次の図５の電圧制御発振器に組み込んで使用でき
るように適度な値に設定する。図９には前記電圧制御発
振器の周波数可変幅が１０００ｐｐｍを取る場合の前記
ＳＡＷ共振子等価定数Ｃ1と前記インダクタンス値L0の
対応関係を横軸に周波数をとって示した。図９の関係は
後述の式（３）と（４）の関係より求めた。 次に図５
の電圧制御発振器において本発明のＳＡＷ共振子の具体
的使用例につき説明する。まず最初に図５中の各部位の
名称を列記すると、５０１は図５の電圧制御発振器に入
力する制御電圧信号源、５０２は抵抗、５０３は可変容
量素子、５０４は容量値の大きな値をとる結合コンデン
サ、５０５は前述の図１、図２で説明した本発明のＳＡ
Ｗ共振子であつて端子番号１と１′及び２と２′は各
々、図１と図２の入力と出力端子番号に対応する。５０
６と５０７及び５１０は直流バイアス用抵抗、５０８と
５０９はコンデンサで５０５のＳＡＷ共振子の負荷容量
を構成する。５１１はＮＰＮタイプトランジスタ、５１
２は直流電圧源、５１３はパスコンである。図５の電圧
制御発振器に於いて５０１の制御電圧Ｖc を可変して、
５０３の可変容量素子の容量Ｃx を変化させた時の、電
圧制御発振器の発振周波数ｆoscの周波数変化率Δｆ／
ｆを図示したものが図６である。図中の横軸は可変素子
の容量値、縦軸は発振周波数の変化率である。曲線６０
１、６０２、６０３は本発明のＳＡＷ共振子に形成され
たインダクタンスＬ0 の値がそれぞれ２ｎＨ，３ｎＨ，
４ｎＨの場合の周波数可変特性である。但しこの場合公
称周波数は４５０ＭＨｚであり図２の２ポート型を用い
ている。前記２ポート型ＳＡＷ共振子の等価定数として
は、Ｒ1 ＝１０Ω、Ｌ1 ＝４１．７ｎＨ、Ｃ1 ＝３ｆＦ
を用いた。図６の特性図を見ればわかる通りＣx が５か
ら２０ｐＦで１０００〜１５００ｐｐｍの周波数可変幅
がとれることがわかる。この理由につき説明すると、Ｓ
ＡＷ共振子のインダクタンスＬ0 に結合コンデンサＣc
（図５の５０４）を介して可変容量素子の容量Ｃx が並
列に接続する。結合コンデンサＣc の容量はＣx 及び並
列容量Ｃ0 ＝Ｃ02より充分大きくとるため全体のインピ
ーダンスＺx はＬ0 とＣ0 ＋Ｃx の並列回路と考えて良
い。前記インダクタンスＬ0 を前記インピーダンスＺx
が誘導性となる適正値を選択する（図９参照）。
【００２０】即ちＺx ＝ｊｗＬとなる。このときＳＡＷ
共振子の周波数はＬ1´＝Ｌ1 ＋Ｌの共振子と等価とな
り、さらに電圧制御発振器の発振周波数ｆoscは、ＳＡ
Ｗ共振子の１と１′端子から発振回路の増幅器側を見た
際の負荷容量ＣL＝（１／Ｃ1＋１／Ｃ2 ）ー1として
共振子の周波数はＬ1´＝Ｌ1 ＋Ｌの共振子と等価とな
り、さらに電圧制御発振器の発振周波数ｆoscは、ＳＡ
Ｗ共振子の１と１′端子から発振回路の増幅器側を見た
際の負荷容量ＣL＝（１／Ｃ1＋１／Ｃ2 ）ー1として
【００２１】
【数２】
【００２２】で与えられる。さらにＬ1′＞＞Ｌであれ
ば（２）式は、
ば（２）式は、
【００２３】
【数３】
【００２４】但し、ｆ0´は、
【００２５】
【数４】
【００２６】で与えられる。ここでＣ0 ＝Ｃ02 であ
る。（３）式よりｆoscはＬの変化によりＳＡＷ共振子
の直列共振周波数ｆ0＝１／２π√Ｌ1Ｃ1より小さくな
つて大幅に変化することができる。何故ならば、（４）
式に於ける負荷容量ＣLによる周波数上昇量１／（２
（Ｃ0＋ＣL））が＋１００〜３００ｐｐｍに対して、
（３）式の第２項Ｌ／（２Ｌ1）が−１０００〜−１５
００ｐｐｍと大きい為である。又、前記インダクタンス
を含むトータルなＱ値は、Ｑ＝ω（Ｌ1＋Ｌ）／Ｒ1より
インダクタンスのない場合のＱ＝ωＬ1／Ｒ1よりωＬ／
Ｒ1分だけ増加して良好な発振動作が確保できる。さら
に、水晶ＳＴカットであれば２次関数の周波数温度特性
が、ＬＳＴカットであれば３次関数の優れた周波数温度
特性が得られ安定な電圧制御発振器が得られる。図６の
特性は、図１の１ポートＳＡＷ共振子の場合でも又その
共振周波数が異なっても同様に成り立つことは言うまで
もない。
る。（３）式よりｆoscはＬの変化によりＳＡＷ共振子
の直列共振周波数ｆ0＝１／２π√Ｌ1Ｃ1より小さくな
つて大幅に変化することができる。何故ならば、（４）
式に於ける負荷容量ＣLによる周波数上昇量１／（２
（Ｃ0＋ＣL））が＋１００〜３００ｐｐｍに対して、
（３）式の第２項Ｌ／（２Ｌ1）が−１０００〜−１５
００ｐｐｍと大きい為である。又、前記インダクタンス
を含むトータルなＱ値は、Ｑ＝ω（Ｌ1＋Ｌ）／Ｒ1より
インダクタンスのない場合のＱ＝ωＬ1／Ｒ1よりωＬ／
Ｒ1分だけ増加して良好な発振動作が確保できる。さら
に、水晶ＳＴカットであれば２次関数の周波数温度特性
が、ＬＳＴカットであれば３次関数の優れた周波数温度
特性が得られ安定な電圧制御発振器が得られる。図６の
特性は、図１の１ポートＳＡＷ共振子の場合でも又その
共振周波数が異なっても同様に成り立つことは言うまで
もない。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、同一
の圧電体平板上に形成したインダクタンスと外付けの可
変容量素子によって、全体のインダクタンスを可変する
ことにより、Ｑ値が高くかつ周波数温度特性に優れた水
晶ＳＴカット，ＬＳＴカットＳＡＷ共振子を用いて、従
来になく大幅に周波数が可変できる電圧制御発振器が実
現できる。さらには、前記ＳＡＷ共振子の等価定数に対
応させて前記インダクタンスを精度良く作成できるため
所望の周波数可変幅をもつ電圧制御発振器が容易に実現
でき今後多大の利点が得られる。
の圧電体平板上に形成したインダクタンスと外付けの可
変容量素子によって、全体のインダクタンスを可変する
ことにより、Ｑ値が高くかつ周波数温度特性に優れた水
晶ＳＴカット，ＬＳＴカットＳＡＷ共振子を用いて、従
来になく大幅に周波数が可変できる電圧制御発振器が実
現できる。さらには、前記ＳＡＷ共振子の等価定数に対
応させて前記インダクタンスを精度良く作成できるため
所望の周波数可変幅をもつ電圧制御発振器が容易に実現
でき今後多大の利点が得られる。
【図１】 本発明の一実施例の１ポート型のＳＡＷ共振
子を示す平面図。
子を示す平面図。
【図２】 本発明の他の実施例である２ポート型のＳＡ
Ｗ共振子の平面図。
Ｗ共振子の平面図。
【図３】 前記図１のＳＡＷ共振子の電気的等価回路
図。
図。
【図４】 前記図２のＳＡＷ共振子の電気的等価回路
図。
図。
【図５】 本発明のＳＡＷ共振子を用いた電圧制御発振
器の回路図。
器の回路図。
【図６】 前記図５の電圧制御発振器が示す周波数変化
特性図。
特性図。
【図７】 Гに対する共振振幅の関係を示す特性図。
【図８】 本発明インダクタンスの他の実施例を示す平
面図。
面図。
【図９】 周波数に対するインダクタンスＬ0の適正値
を示す特性図。
を示す特性図。
１００ 圧電体平板 １０１ ＩＤＴ １０２ 反射器 １０３ 反射器 １０４ インダクタンスを形成する導体パターン
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
すだれ状電極と１対の反射器とからなる弾性表面波共振
子において、 前記弾性表面波共振子は、前記すだれ状電極のもつトー
タル反射係数Гを１０＞Γ＞０．８としたエネルギー閉
込型であり、 前記すだれ状電極の放射コンダクタンスの最大を与える
周波数と前記反射器のもつ反射中心周波数をほぼ一致さ
せ、 前記反射器と前記すだれ状電極の間隔をすだれ状電極の
構成要素である励振電極の導体が存在しないスペース部
分の幅とし、 前記すだれ状電極の入力端子の一方に直列に接続して所
定のインダクタンス値を与える導体パターンを前記圧電
体平板上に形成したことを特徴とする弾性表面波共振
子。 - 【請求項２】圧電体平板上に、弾性表面波を励振するす
だれ状電極と１対の反射器とからなる弾性表面波共振子
において、 前記弾性表面波共振子は、前記すだれ状電極のもつトー
タル反射係数Гを１０＞Γ＞０．８としたエネルギー閉
込型であり、 前記反射器と前記すだれ状電極の間隔をすだれ状電極の
構成要素である励振電極の導体が存在しないスペース部
分の幅とし、 前記すだれ状電極を２つ以上の複数に分割して、励振用
すだれ状電極と検出用すだれ状電極の２群に接続して２
ポート弾性表面波共振子とし、 前記検出用すだれ状電極の出力端子に並列にインダクタ
ンスを与える導体パターンを前記圧電体平板上に形成し
たことを特徴とする弾性表面波共振子。 - 【請求項３】 前記反射器の構成要素である相隣りあう
複数の導体ストリップ群を一体として直列に接続し、イ
ンダクタンスを形成する導体パターンの一部としたこと
を特徴とする請求項１記載の弾性表面波共振子。 - 【請求項４】 前記反射器のもつ相隣りあう複数の導体
ストリップ群を一体として直列に接続し、インダクタン
スの一部としたことを特徴とする請求項２記載の弾性表
面波共振子。 - 【請求項５】 信号を増幅する増幅器が、入力端子から
みて負性抵抗と弾性表面波共振子の負荷容量として等価
に表現でき、 前記増幅器の入力端子にインダクタンスを一体形成した
弾性表面波共振子の入力端子を接続し、前記インダクタ
ンスに結合コンデンサを介して並列に可変容量素子を接
続し、 前記可変容量素子の容量と前記インダクタンスが構成す
る並列回路が誘導性領域で動作するように、前記一体形
成されたインダクタンスの値を設定して、前記可変容量
素子に入力する制御電圧によって弾性表面波共振子の発
振周波数を可変できるようにしたことを特徴とする請求
項１または請求項２記載の弾性表面波共振子。 - 【請求項６】 前記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＳ
Ｔカットであることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の弾性表面波共振子。 - 【請求項７】 前記圧電体平板の材料が水晶単結晶のＬ
ＳＴカットであることを特徴とする請求項１または請求
項２記載の弾性表面波共振子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19975194A JPH07122964A (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-24 | 弾性表面波共振子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21755393 | 1993-09-01 | ||
| JP5-217553 | 1993-09-01 | ||
| JP19975194A JPH07122964A (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-24 | 弾性表面波共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122964A true JPH07122964A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=26511732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19975194A Pending JPH07122964A (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-24 | 弾性表面波共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122964A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6160339A (en) * | 1997-07-17 | 2000-12-12 | Seiko Epson Corporation | Two-port saw resonator |
| US8928419B2 (en) | 2012-06-13 | 2015-01-06 | Seiko Epson Corporation | Resonating element, resonator, electronic device, electronic apparatus, and moving body |
| CN106452386A (zh) * | 2015-08-05 | 2017-02-22 | Handy国际株式会社 | 声表面波器件 |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP19975194A patent/JPH07122964A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6160339A (en) * | 1997-07-17 | 2000-12-12 | Seiko Epson Corporation | Two-port saw resonator |
| WO2004102797A1 (ja) * | 1997-07-17 | 2004-11-25 | Michiaki Takagi | ２ポートsaw共振子 |
| US8928419B2 (en) | 2012-06-13 | 2015-01-06 | Seiko Epson Corporation | Resonating element, resonator, electronic device, electronic apparatus, and moving body |
| CN106452386A (zh) * | 2015-08-05 | 2017-02-22 | Handy国际株式会社 | 声表面波器件 |
| CN106452386B (zh) * | 2015-08-05 | 2019-06-28 | 威盛日本株式会社 | 声表面波器件 |
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