JP2005204042A - 弾性表面波共振子および弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】弾性表面波共振子および共振子型のＳＡＷフィルタにおいて、縦高次モードスプリアスを抑圧した共振子および、縦高次モードスプリアスによる帯域外減衰量の増大を抑圧したＳＡＷフィルタを提供する。
【解決手段】 圧電体平板上の伝播方向ｘに弾性表面波を励振する1個のすだれ状電極とその伝播方向両側に配置した1対の反射器とからなる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の領域内に、少なくとも１つの制御領域を設けて、前記制御領域に区分されたすだれ状電極の配列周期長ＰＴ２と、前記制御領域以外のすだれ状電極の配列周期長ＰＴ１の関係を、ＰＴ２＞ＰＴ１の関係に設定し、素子の縦方向ｘに複数のエネルギ閉じ込め状態の変位関数を生じさせて、複数の共振子が縦に接続した状態となして高次縦モードスプリアスを抑圧したことを特徴とする弾性表面波共振子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶等の圧電体平板上に、レイリー型とかＳＴＷ（Surface Transversal Wave）型の弾性表面波を利用して、縦高次モードスプリアスの無い弾性表面波共振子（以降省略して、SAW共振子と称する）、および前記の弾性表面波共振子を横に複数個近接配置してなる横多重モード型ＳＡＷフィルタ（以降省略して、ＳＡＷフィルタと称する）に関する。

従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成するＳＡＷ共振子は、その周波数温度特性が零温度係数をもち精度が良いために、各種高速ネットワーク系のデータ伝送用水晶発振器の発振素子として使用されているが、これはジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性かつ低コストに容易に得られるという長所があるためである。

前記のＳＴカット水晶板については、すでによく知られているものであり、水晶結晶の基本軸である電気軸Ｘ,機械軸Ｙ,光軸Ｚからなる直交座標系において、機械軸Ｙに直交するＹ板を電気軸Ｘ回りにθ度（特に零温度係数が得られるθ＝３１度から４２度）回転した基板において、電機軸方向Ｘに伝播するレイリー型弾性表面波を利用したものである。

前記のＳＴ基板を利用したＳＡＷ共振子については、例えば金属アルミニウムからなる多数の平行導体の電極指を周期的に配置したすだれ状電極(以下略してＩＤＴ：Interdegital Transducerと称す)を形成し、さらにその両側に一対の反射器を多数のストリップ形状からなる電極導体を平行にかつ周期的に配置して構成し、１ポート型のＳＡＷ共振子を形成できる。より詳細には、前記ＩＤＴを構成する際の要点として、正電極と負電極を１対としてＭ対としたときに、ＩＤＴの電極指全体でのトータル反射係数Гを次式（１）の通り定義した上で、１０＞Г＞０.８とすれば、振動エネルギーが共振子の中央に集中した、いわゆるエネルギー閉込型ＳＡＷ共振子（非特許文献１：エネルギー閉じ込め弾性表面波共振子，信学技法ＵＳ８７−３６，ｐｐ９−１６（１９８７.９.））を実現できることが知られている。

〔数１〕
Г ＝ ４ＭｂＨ／λ （１）
但し、ここでＭは前記ＩＤＴの対数、ｂは電極１本当たりの弾性表面波の反射係数率、Ｈは前記導体の膜厚、λは利用する弾性表面波の波長である。

例えば、ＳＴカット水晶板で前記アルミニウム導体で形成されたＩＤＴであれば、ｂ＝０.２５５、Ｈ／λ＝０.０３（３％）としてＭ＝８０対とすれば、ＱおよびＣＩ特性が良好な従来型の１ポート型ＳＡＷ共振子を構成できる。このとき前記Γ＝２.４４８程度となる。なお一般的に言われている電極1本当りの反射係数γは、このＳＴカット水晶板の場合、前述の式（１）からγ＝ｂ（Ｈ／λ）＝Г／（４Ｍ）＝０.００７６５（０.７６％）となる（特許文献１：特開昭５７−７３５１３公報）。

特開昭５７−７３５１３公報 信学技法ＵＳ８７−３６，ｐｐ９−１６（1987.9）

しかしながら、前述の従来技術を使用し、同一のＳＡＷ共振子の構成をとった場合において、主共振モードの下側に縦高次モード（Ａ０，Ｓ１，Ａ１，・・・）のスプリアスが発生しこれらが、ＳＡＷ共振子を使用した発振器あるいは周波数可変型の電圧制御発振器を製作する場合において、周波数ジャンプ現象となって問題となる。あるいはまた、従来のＳＡＷ共振子を用いてＳＡＷフィルタを構成した場合には、フィルタの通過特性において、通過帯域の近傍の減衰領域に無視できないスプリアスが発生して通信品質劣化の原因となることがあった。

そこで本発明は、“周波数ポテンシャル設計手法”を活用して、このような問題点を解決するものである。前記“周波数ポテンシャル設計手法”を簡単に言えば、周波数ポテンシャル関数ＦＰ（Ｘ）、弾性表面波の速度Ｖｓ、素子の空間波長２Ｐ（Ｘ）の関係式 ＦＰ（Ｘ）＝Ｖｓ／{２Ｐ（Ｘ）} を振動変位の制御に利用するものである。

その目的とするところは、ＳＴ基板等を利用し、周波数温度特性が優れかつ材料のＱ値が優れた水晶基板を用いてＳＡＷ共振子を構成し、さらにこれを用いて小型で高Ｑ値かつスプリアスの無いＳＡＷ共振子を実現して、これ等を使用した低ジッタかつ低位相ノイズなクロック信号源であるＳＡＷ発振器および電圧制御型ＳＡＷ発振器をギガビット系の高速有線通信市場に提供すること、
さらには、前記のＳＡＷ共振子をＳＡＷフィルタ等に応用して、最近とみに各種通信方式が導入された結果として電波干渉による通信品質の劣化対策が求められる状況にあって、フィルタの通過特性の改善が要求される状況に対応して、通過帯域の近傍の減衰領域の抑圧特性を向上することにある。

（１）本発明の弾性表面波共振子は、圧電体平板上の伝播方向ｘに弾性表面波を励振する1個のすだれ状電極とその伝播方向両側に配置した1対の反射器とからなる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の領域内に、少なくとも１つの制御領域を設けて、
前記制御領域に区分されたすだれ状電極の配列周期長ＰＴｃと、前記制御領域以外のすだれ状電極の配列周期長ＰＴ、さらに反射器の配列周期長ＰＲの寸法の関係を、ＰＴｃ＞ＰＴの関係に設定し、ＰＴｃ／ＰＴの比Ｒが、１.０＜Ｒ＜１.０４の範囲であり、ＰＲ／ＰＴは１.０から１.０２の範囲であり、
前記制御領域のすだれ状電極の対数Ｍｃと、全体の対数Ｍとの比であるＭｃ／Ｍが０.１から０.３の範囲であることを特徴とする。

上記（１）の構成によれば、従来の弾性表面波共振子において、主共振振動周波数ｆｓの下側数１０００ｐｐｍ範囲に発生していた高次縦モードスプリアスを十分に小さく抑圧あるいは消滅できる。これによって、本発明の弾性表面波共振子を用いて電圧制御発振器を構成するに際して、伸張コイルをもちいて周波数可変範囲を伸張する必要がある場合において、不要なスプリアス発振現象を回避することができるという効果がある。

（２）本発明の弾性表面波フィルタは、前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ０，ψ０）と斜対称（ψ０，-ψ０）の２つの基本波モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを構成したことを特徴とする。

上記（２）の構成であれば、縦高次モードスプリアスが存在しない弾性表面波共振子を用いて、横２重モード型の共振子フィルタを構成しているために、通過帯域の下側数％範囲のスプリアスを大幅に抑圧でき、最近とみに各種通信方式が導入された結果として電波干渉による通信品質の劣化がすすんでいる狭帯域通信器のS／Ｎ向上が実現できる。

（３）本発明の弾性表面波フィルタは、前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ１，ψ１）と斜対称（ψ１，-ψ１）の２つの1次モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを構成したことを特徴とする。

上記（３）の構成であれば、基本波モードを用いたものより、通過帯域幅が３割（３００ｐｐｍ）広くでき、周波数温度係数が水晶ＳＴカットより悪いが電気機械結合係数ｋ²の大きなＬｉＴａＯ₃基板等を利用した低挿入損失なＳＡＷフィルタにおいて、縦高次モードスプリアスが存在しない弾性表面波共振子を用いて、横２重モード型の共振子フィルタを構成しているために、通過帯域の下側数％範囲のスプリアスを大幅に抑圧でき、最近とみに各種通信方式が導入された結果として電波干渉による通信品質の劣化がすすんでいる狭帯域通信器のＳ／Ｎ向上が実現できる。

（４）本発明の弾性表面波フィルタは、前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ１，ψ１）と斜対称（ψ１，-ψ１）の２つの1次モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを、ＷＡＶＥ電極により動作させる構成したことを特徴とする。

上記（４）の構成とすれば、各電極指間を接続する電極パターンの形状が単純となるため設計コストの低減の他、シンプルで均整の取れたＳＡＷフィルタのため、複数の素子の集積化が容易であるとか、電極パターンの酸化絶縁処理が容易であるという効果を有する。

（５）本発明の弾性表面波共振子は、前記圧電体平板は、水晶回転Ｙ板を電気軸（Ｘ軸）回りに反時計方向に回転角θ＝３１度から４２度回転したＳＴカット水晶板において、すだれじょう電極の全対数Ｍが１００から１４０対の範囲である請求項１記載の弾性表面波共振子であることを特徴とする。

上記（５）の構成とすれば、1次モード（Ｓ１）以上の縦高次モードスプリアスのカットオフ領域にて使用することが可能となりこれらのスプリアスが存在しなくなる。これによって、本発明の弾性表面波共振子を用いて電圧制御発振器を構成するに際して、伸張コイルをもちいて周波数可変範囲を伸張する必要がある場合において、不要なスプリアス発振現象を回避することができるという効果がある。

水晶からなる圧電体材料から前述のＳＴカットを切り出して、その表面を鏡面研磨した後、レイリー型あるいはＳＴＷ型弾性表面波の位相伝搬方向ｘに対して直交して、例えば金属アルミニウムからなる多数の平行導体の電極指を周期的に配置したＩＤＴを形成し、さらには、その両側に一対の反射器を多数のストリップ形状からなる電極導体を平行にかつ周期的に配置して構成し、１ポート型のＳＡＷ共振子を形成する。

以下本発明の１ポート型のＳＡＷ共振子の実施の形態について、まず理解を容易ならしめるために、図１によって具体的な実施例の構成を説明した後、図６、図７、図８、図９、図１０において、本発明のＳＡＷ共振子が有する特性を詳細に説明する。

さらに、前記本発明のＳＡＷ共振子を利用したＳＡＷフィルタの例を、横２重モード型について、図２と図３に具体的な実施例の構成をもちいて説明した後、図４と図５にその特性を詳細に説明する。

図１は請求項１と請求項５の発明に係わるＳＡＷ共振子（以下略して本素子と称す）の一実施例について、圧電体平板上に形成した電極パターンを図示したものである。

図１中の各部位の名称は、１００は水晶、ＬｉＴａＯ₃等からなる圧電体平板、圧電体平板上の１０９１は本素子に利用する弾性表面波の伝播方向であるｘ軸（１０９１）である。破線で区分された区間において形成された電極パターンの全体からなる各々の部位は、左側の１０１と右側の１０３は本素子の反射器１と反射器２であり、１０２はすだれ状電極(以下略してＩＤＴ：Interdegital Transducerと称す)を構成する。前記のＩＤＴは３個の領域に区分されており、１０２１は端部ＩＤＴ１、１０２３を端部ＩＤＴ２、１０２２を制御ＩＤＴと呼ぶことにする。反射器１と反射器２およびＩＤＴにおける、１０４０と１０４１、１０４、１０５等はアルミニウム金属からなる電極導体ストリップ群であって、摂動効果により弾性表面波を反射する役目を果たす。前記ＩＤＴにおける、１０４、１０５等は正負の電極指であって、正極と負極を１対として全体でＭ対、制御ＩＤＴではＭｃ対、端部ＩＤＴ１と端部ＩＤＴ２では各々（Ｍ-Ｍｃ）／２対が形成されている。前記３個のＩＤＴ １０２１、１０２２、１０２３の電極指群１０４、１０５等を縦に一体化して接続する１０６は給電導体（ブスバー）と呼ばれるものである。

また図１中の記号ＰＲは、反射器１、反射器２の導体ストリップの配列周期長であり、導体ストリップの幅ＬＲと導体ストリップ間のすきま長ＳＲの和、ＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲである。また、寸法記号ＬＴとＳＴは、各々前記ＩＤＴにおける電極指の線幅ＬＴとそれらの間隙長（スペース）ＳＴである。さらに、ＰＴとＰＴｃで指定される配列周期長は、ＰＴが端部ＩＤＴ１およびＩＤＴ２であり、ＰＴｃが制御ＩＤＴの配列周期長であり、それらは前記電極指の線幅ＬＴとそれらの間隙長（スペース）ＳＴの和となる。 つぎに本素子における前記記号ＰＲ、ＰＴ、ＰＴｃで表わされるの寸法値の適正な設定について説明する。図１の本素子の下部に配置して図示した横軸Ｘと縦軸Ｐ（Ｘ）からなる図は、本素子のｘ座標位置に対応した前記配列周期長Ｐ（Ｘ）の関数関係、すなはちＰＲ、ＰＴ、ＰＴｃ、ＰＴ、ＰＲに各々対応するの寸法比較特性線１０８０、１０９０、１１０あるいは１１１、１０９１、１０８１を表している。寸法長ＰＲ、ＰＴ、ＰＴｃは各区間において一定であり、従ってＰ（Ｘ）は階段状の関数で表される。また、すだれ状電極の線幅Ｌについては、前記の寸法ＬＴ／ＳＴ比もＩＤＴの３区間とも一定値とする場合には、すだれ状電極の各線幅Lは各区間内では加工バラツキを除けば対応した一定値をとる。さらに特別には、線幅比ＰＴｃ／ＰＴが1に近いことから、線幅ＬをＩＤＴの３区間とも一定とすることもできる。前記ＩＤＴの線幅Ｌは、電極１本当りの反射係数率ｂが最大となるような値に設定することが多い。さらには面内回転ＳＴカット水晶板については、全ＩＤＴと反射器ともＬＴ／ＳＴ比は０．４２から０．６７範囲とすることがある。弾性表面波の波長λの１／４また膜厚Ｈも加工バラツキを除けば同様に一定値に設定する。

具体的な構成条件としては、前記すだれ状電極（ＩＤＴ）の配列周期長ＰＴ、ＰＴｃ、反射器の配列周期長ＰＲの寸法を、ＰＴｃ＞ＰＴの関係に設定し、ＰＴｃ／ＰＴの比Ｒが１.０＜Ｒ＜１.０４の範囲であり、ＰＲ／ＰＴは１.０から１.０２の範囲であり、前記中央に配置したすだれ状電極の対数をＭｃとし、全体の対数Ｍとの比であるＭｃ／Ｍが０.１から０.３の範囲とする。この構成条件の根拠については、後述の特性図において示す。

ここで、本発明の実現性を判断する要因である‘前記線幅比Ｒ＝ＰＴｃ／ＰＴが１.０＜Ｒ＜１.０４の範囲’についての加工の可否につき言及する。素子周波数ｆ（ＭＨｚ）と前記寸法ＰＴ，ＰＴｃ（μｍ）の間には、たとえば利用する弾性表面波の速度Ｖｓを５０００ ｍ／ｓ(水晶ＳＴＷカット)として、ＰＴｃおよびＰＴ＝Ｖｓ／（２ｆ）の関係がある。本発明がことに高周波数において加工上不利であることは明らかである。一例として、ｆ＝１ＧＨｚにすると、ＰＴが２.５μｍ、ＰＴｃはＰＴの１.０２として２.５５μｍとなる。両者の差は０.０５μｍとなる。この加工精度分解能は、５倍に縮小露光可能な投影機に使用するマスク精度に換算すると、０.２５μｍとなって、電子ビーム露光機の現行分解能０.０１μｍに対して十分な大きさとなって実現可能である。寸法ＰＴｃの制御ＩＤＴ領域の対数Ｍｃが２０対であれば、該当する領域の５倍となるマスク寸法差は０.０５×２０×２×５＝１０μｍとなって現行の計測器にて十分に識別可能である。

さらに詳細に構成条件を規定すれば、つぎのように言える。前記すだれ状電極と反射器はアルミニウム金属からなり、また前記すだれ状電極は正負電極指を１対としてＭ対として、Ｍが１００から１４０対の範囲であり、
前記電極１本当りの弾性表面波の反射係数γが０.０１から０．０３の範囲として、すだれ状電極全体が有するトータル反射係数Гを１０＞Γ＞０.８であり、
前記反射器と前記すだれ状電極間の最も近接した平行導体間の距離は、すだれ状電極の１周期長が有するラインＬＴとスペースＳＴのうちスペースＳＴからなり、
前記すだれ状電極の配列周期長ＰＴ、ＰＴｃ、反射器の配列周期長ＰＲの寸法を、ＰＴｃ＞ＰＴの関係に設定し、ＰＴｃ／ＰＴの比Ｒが１.０＜Ｒ＜１.０４の範囲であり、ＰＲ／ＰＴは１.０から１.０２の範囲であり、前記中央に配置した制御用すだれ状電極の対数をＭｃとし、全体の対数Ｍとの比であるＭｃ／Ｍが０.１から０.３の範囲である。

またあらためて、前記圧電体平板の条件として、水晶Ｙ板を電気軸（Ｘ軸）回りに反時計方向に回転角θ＝３１度から４２度回転し、かつ弾性表面波の伝播方向を、前記電気軸（Ｘ軸）より０度としたＳＴカット、あるいは４０度から４６度の範囲で面内回転した回転ＳＴカット水晶板を使用する。

つぎに、本発明の図１が示すＳＡＷ共振子の動作および特性につき図６、図７、図８、図９、図１０を用いて詳細に説明する。

まず図６は、本発明のＳＡＷ共振子における素子の縦方向ｘ座標に対する振動変位の包絡線振幅Ｕ（Ｘ）の相対形状を図示したものである。図中の曲線６００はＰＴｃ／ＰＴの比Ｒが１.０の場合のＵ（Ｘ）であり、従来品の相対変位に対応する。また、曲線６０１は、Ｒが１.０２の場合におけるＵ（Ｘ）であり、曲線６０２はＲが１.０４の場合のＵ（Ｘ）である。さらに、図の下部に配置した図は電極周期長関数Ｐ（Ｘ）の相対値とＸ座標関係を示しており、６０４と６０８が反射器１と反射器２の領域のＰ（Ｘ）であり、６０５と６０７は端部ＩＤＴ１とＩＤＴ２のＰＴであり、６０６０、６０６１、６０６２は制御ＩＤＴのＰＴｃである。６０６２はＵ（Ｘ）曲線６００に対応しており、６０６１はＵ（Ｘ）曲線６０１（Ｒ＝１.０２）に対応しており、６０６０はＵ（Ｘ）曲線６０２（Ｒ＝１.０４）に対応している。見てのとおり比Ｒが大きくなるほど、Ｕ（Ｘ）は左右のエネルギ閉じこめ状態が分離した双方の変位分布を呈することとなる。ただし、Ｍｃ／Ｍは０．２とした。さらに複数の制御ＩＤＴが存在する場合には、複数のピークをもつ変位状態となることがわかった。

つぎに図７において、ＰＴｃ＝ＰＴとした従来品のＳＡＷ共振子が有するアドミタンスＹ（ｆ）の周波数特性(共振特性)を示す。上段は従来品の構成条件がＩＤＴの対数Ｍ＝１２０対、反射器本数Ｎ＝１００本であり、下段は従来品の構成条件がＩＤＴの対数Ｍ＝６０対、反射器本数Ｎ＝１００本である。同図の横軸は周波数であるが、周波数変化率ｄｆ／ｆ(ppm単位)で表示してあり、縦軸はＳＡＷ共振子のアドミタンスＹ（ｆ）の対数表示（２０ＬＯＧ₁₀Ｙ（ｆ））である。まず、上段の従来品において７００がＹ（ｆ）特性、Ｙ（ｆ）の最大ピークの共振周波数が基本波モードＬＳ０であり、この下側９０００ppmにあるモードＬＳ１は、１次の高次縦モードである。

また、下段の従来品においては、７０１がＹ（ｆ）特性、Ｙ（ｆ）の最大ピークの共振周波数が基本波モードＬＳ０であり、この下側４００００ppm範囲には顕著な縦高次モードが存在しないことがわかる。

前述のような確認をＩＤＴの対数Ｍに対して、基本波ＬＳ０および対称な高次縦モードＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３の発生周波数配置状況を調査して図示したものが図８である。縦軸は１０の４乗ｐｐｍの単位で示した。図中、８００がＬＳ０モード、８０１がＬＳ１モード、８０２がＬＳ２モード、８０３がＬＳ３モードである。２点鎖線で囲まれた領域８０４は、前記ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３モードが消滅するＭの範囲である。図８に示すとおり、Ｍが７０以下であればこれら縦高次モードは消滅する。従ってこの事実を本発明に利用すると、本発明は複数の共振振幅を縦方向Ｘに従属に接続してなるものと解釈できるから、制御ＩＤＴが１個の場合には、ＩＤＴの適切な対数としては、Ｍが７０の２倍である１４０以下であればスプリアスを消滅できることになる。かつＭは大きい程挿入損失が小さいから経験的にみてＭ＝１００以上が望ましいことになる。

図８において、図７のＳＡＷ共振子はＭ＝６０と１２０に該当する。ちなみに反射器１と反射器２の本数Ｎは１００本の場合である。

つぎに、図９および図１０は本発明の図１において、構成条件としてＩＤＴ対数Ｍ＝１２０対、反射器本数Ｎ＝７５本、ＥＴＡ＝Ｍｃ／Ｍ＝０.１、Ｒ＝ＰＴｃ／ＰＴ＝１.０１とした場合のアドミタンス特性Ｙ（ｆ）である。 同図の横軸は、周波数であるが周波数変化率ｄｆ／ｆ(ppm単位)で表示してあり、縦軸はＳＡＷ共振子のアドミタンスＹ（ｆ）の対数表示（２０ＬＯＧ₁₀Ｙ（ｆ））である。図中の９００は主共振状態Ａであり、Ａより１５００ｐｐｍ下側に存在する９０１のＢは高次縦モードではないと見なされる特異な共振現象である。また、前記のＥＴＡとしては、０.１から０．３の範囲で十分な変位の制御効果が得られる。

さらに図１０は、図９中の共振Ａに対応する相対振動変位Ｕ（Ｘ）の計算結果である(曲線１０００)。変位Ｕ（Ｘ）は中央位置Ｘ＝２００において、極小な２山な形状を呈していることがわかる。

以上は本発明になる弾性表面波共振子に関する説明であるが以降は、この応用例であるＳＡＷフィルタについての説明を行う。

まず図２に本発明になる図１の弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ０，ψ０）と斜対称（ψ０，-ψ０）の２つの基本波モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタの構成を示したものである。図中の２００は圧電帯平板、２０１と２０２は前記の本発明になる弾性表面波共振子の電極パターンの構成を示す平面図である。さらに、下段に示した関数Ｐ（Ｘ）は、反射器１とＩＤＴが有する電極周期長Ｐ（Ｘ）の状態２０３である。前記の２個のＳＡＷ共振子は２０４で示される数波長(ほぼ１波長＝２ＰＲ)のＧａｐ間隔をもって平行に配置される。

本ＳＡＷフィルタは、対称な２０５の振動変位状態（ψ０，ψ０）と斜対称な２０６の振動変位状態（ψ０，-ψ０）の２つの基本波モードの合成で動作する。

さらに図３に本発明になる他のＳＡＷフィルタの一実施例を示す。本発明は斜対称基本波モードＴＡ０にて動作する弾性表面波共振子のＩＤＴに、前述のＰ（Ｘ）なる関数にて電極周期長を規定したものである。ＳＡＷフィルタの構成方法は、前記の弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ１，ψ１）と斜対称（ψ１，-ψ１）の２つの斜対称基本波モードで動作する、Ｏ／Ｔ駆動横２重モード型の共振子フィルタである（Ｏ／Ｔ駆動：インハーモニック高調波駆動の意味）。

図中の３００は圧電帯平板、３０１と３０２は前記の本発明になるＳＡＷ共振子の電極パターンの構成を示す平面図である。さらに、下段に示した関数Ｐ（Ｘ）は、反射器１および反射器２とＩＤＴが有する電極周期長Ｐ（Ｘ）の状態３０３である。前記の２個の共振子は３０４で示される数波長(ほぼ１波長＝２ＰＲ)のＧａｐ間隔をもって平行に配置される。

本ＳＡＷフィルタは、対称な３０５の振動変位状態（ψ１，ψ１）と斜対称な３０６の振動変位状態（ψ１，-ψ１）の２つの斜対称基本波モードで動作する。

ちなみに図３にみられるとおり、ＩＤＴの電極パターンが波（Wave）のようにみえるので“ＷＡＶＥ電極”と呼ぶことにした。前記のＷＡＶＥ電極は、１個のＳＡＷ共振子内における隣接するトラック間のＩＤＴ電極の正負極性を反転するために便利な電極パターンの構成方法を提供するものである。

つぎに、図４と図５は本発明の実施例３が有する３００ＭＨｚのＳＡＷフィルタの５０（Ω）終端伝送特性である(実験値)。まず図４の特性は、従来技術によるＰＴｃ＝ＰＴの場合であって、横軸は周波数軸で中心周波数ｆ０からのオフセット周波数にて表示されており、縦軸は減衰量Ｓｂの対数表示（ｄＢ）である。図中のうすい曲線３００は伝送特性の計算結果、濃い実線３０１は実測値である。ＳＡＷフィルタの通過帯域を構成する３０４の下側３０２(実測)および３０３（計算）が問題の１次の高次縦モードＬＳ１が作るスプリアスであり、-４０ｄＢに近づくほどに大きなものであり無視できない。

つぎに、図５は本発明の実施例３によるＳＡＷフィルタの伝送特性を示したものである。その構成条件は、前記圧電体平板は、水晶回転Ｙ板を電気軸（Ｘ軸）回りに反時計方向に回転角θ＝３１度から４２度回転したＳＴカット水晶板を利用して、すだれじょう電極の全対数Ｍが１４０とした。また同図の横軸は周波数軸で中心周波数ｆ０からのオフセット周波数にて表示されており、縦軸は減衰量Ｓｂ（ｄＢ）である。図中のうすい曲線５００は特性の計算結果、濃い実線５０１は実測値である。ＳＡＷフィルタの通過帯域を構成する５０４の下側の周波数領域に配置した５０３(実測)および５０２（計算）は、ｆ０-１ＭＨｚ（−３０００ｐｐｍ）に存在しており、高次縦モードではなく、図９に示した特異なスプリアスＢに該当すると推測される（弾性表面波共振子として換算するとＭ＝７０対に該当するためスプリアス発生周波数は通過帯域から遠ざかる）。ちなみにこの場合の３ｄＢ通過帯域幅は、本フィルタがＯ／Ｔ駆動方式であり基本波利用に対して広帯域幅が確保できるため１０００から１２００ｐｐｍとなっている。

以上のとおり、本発明が水晶のみからなる基板について、レイリー型及びＳＴＷ型の弾性表面波を利用した弾性表面波共振子の構成および特性につき説明したが、前記基板が水晶以外の材料からなるものでも、また基板表面にＳｉＯ₂、ＺｎＯ等の薄膜が本素子の特性を損なわない程度に形成されても、本発明の構成条件が満足される範囲であれば有効であることを付け加える。

本発明の弾性表面波共振子および弾性表面波フィルタは、ＳＴ基板等を利用し、周波数温度特性が優れかつ材料のＱ値が優れた水晶基板を用いてＳＡＷ共振子を構成し、さらにこれを用いて小型で高Ｑ値かつスプリアスの無いＳＡＷ共振子を実現して、これ等を使用した低ジッタかつ低位相ノイズなクロック信号源であるＳＡＷ発振器および電圧制御型ＳＡＷ発振器をギガビット系の高速有線通信市場に利用することができる。

さらには、前記のＳＡＷ共振子をＳＡＷフィルタ等に応用して、最近とみに各種通信方式が導入された結果として電波干渉による通信品質の劣化対策が求められる状況にあって、フィルタの通過特性の改善が要求される状況に対応して、通過帯域の近傍の減衰領域の抑圧特性を向上に供することができる。

本発明の弾性表面波共振子の一実施例が有する電極パターンを示す平面図。 本発明の弾性表面波共振子を用いて構成したＳＡＷフィルタの一実施例が有する電極パターンの平面図。 本発明の弾性表面波共振子を用いて構成したＳＡＷフィルタの他の実施例が有する電極パターンの平面図。 従来のSAWフィルタが有する伝送特性図。 本発明のSAWフィルタが有する伝送特性図。 本発明の弾性表面波共振子が有する振動変位を示す変位図。 従来の弾性表面波共振子が有するアドミタンス特性図。 従来の弾性表面波共振子が有する特性図。 本発明の弾性表面波共振子が有する他の特性図。 本発明の弾性表面波共振子およびＳＡＷフィルタが有する振動変位を示す変位図。

符号の説明

１００ 圧電体平板
１０１ 反射器１
１０３ 反射器２
１０２１ 端部ＩＤＴ１
１０２２ 制御ＩＤＴ
１０２３ 端部ＩＤＴ２
１１０ 周波数ポテンシャル関数

Claims (5)

1. 圧電体平板上の伝播方向ｘに弾性表面波を励振する1個のすだれ状電極とその伝播方向両側に配置した1対の反射器とからなる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の領域内に、少なくとも１つの制御領域を設けて、
   前記制御領域に区分されたすだれ状電極の配列周期長ＰＴｃと、前記制御領域以外のすだれ状電極の配列周期長ＰＴ、さらに反射器の配列周期長ＰＲの寸法の関係を、ＰＴｃ＞ＰＴの関係に設定し、ＰＴｃ／ＰＴの比Ｒが、１.０＜Ｒ＜１.０４の範囲であり、ＰＲ／ＰＴは１.０から１.０２の範囲であり、
   前記制御領域のすだれ状電極の対数Ｍｃと、全体の対数Ｍとの比であるＭｃ／Ｍが０.１から０.３の範囲であることを特徴とする弾性表面波共振子。
2. 前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ０，ψ０）と斜対称（ψ０，-ψ０）の２つの基本波モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを構成したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
3. 前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ１，ψ１）と斜対称（ψ１，-ψ１）の２つの1次モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを構成したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
4. 前記制御領域に区分されたすだれ状電極を有する弾性表面波共振子を、弾性表面波共振子の長手軸Ｘをほぼ平行にして２個平行に近接配置して、前記弾性表面波共振子の幅方向に定在する対称（ψ１，ψ１）と斜対称（ψ１，-ψ１）の２つの1次モードで動作する、横２重モード型の共振子フィルタを、ＷＡＶＥ電極により動作させる構成したことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
5. 前記圧電体平板は、水晶回転Ｙ板を電気軸（Ｘ軸）回りに反時計方向に回転角θ＝３１度から４２度回転したＳＴカット水晶板において、すだれじょう電極の全対数Ｍが１００から１４０対の範囲であることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波共振子。
   

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