JP3360541B2 - 弾性表面波装置及びその設計方法 - Google Patents
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Description
て、周波数の安定化と制御に供する弾性表面波装置にお
いて、周波数温度特性を著しく改善した弾性表面波装置
に関する。
安定化と周波数制御に使われるものとしては、1ポート
型及び2ポート型のSAW共振子がよく知られている。
中でも基板に水晶STカットを用いたものは、常温に零
温度係数を有しており精度の良いものである。しかしな
がら、移動通信用途に用いるに際しては、前記STカッ
トの2次温度係数βが−3.3×10-8/℃2であるた
めに、前記の移動通信装置の使用温度範囲である−35
℃から85℃の範囲において、約±60ppmの周波数
温度特性を持つことになり、はなはだ不十分で使用でき
ない。これに対して従来から弾性表面波装置の周波数温
度特性改善の方法として、2個の弾性表面波装置を並列
に電気的接続して用いる方法が知られている(特開昭5
5−121729及び特公平1−24366)。
においては、弾性表面波装置の外付け素子であるコンデ
ンサの値、いわゆる負荷容量CLの値によって、2個の
弾性表面波装置の結合度が決定されて周波数温度特性が
実現するため、発振回路を構成した場合には、同一の前
記CLにより周波数も決定される結果、周波数調整の自
由度が無い。またフィルタとして用いた場合には、終端
インピーダンスの設定に自由度が無く、はなはだ不便な
ものであった。
るもので、その目的とするところは、弾性表面波素子そ
のものの周波数温度特性を改善し、周波数精度が優れ、
かつ利便性の良い弾性表面波装置を市場に提供すること
にある。
波装置は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する少な
くとも1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反射器
とからなる弾性表面波共振子を複数近接して配置した弾
性表面波装置において、前記複数の弾性表面波共振子の
周波数温度特性を互いに異ならせるとともに、横弾性結
合させて単一の共振子を構成したものである。
に弾性的に結合して振動するような変位を有する。
弾性結合の状態が、角周波数をω、対応する領域の素子
角周波数(rad/s)をω0、幅方向の表面波変位の
振幅をV(Y)、表面波の波長で規格化した弾性表面波
装置のY座標をY、パラメータをaとしたとき、次式
数の弾性表面波共振子が、各々の変位が逆相で横弾性結
合して振動する斜対称モードである。
対称モードが基本波モードA0である。
す。
性表面波共振子が1ポート型である。
性表面波共振子が2ポート型である。
を図2に示す。
波数温度特性が、それぞれ異なる頂点温度を有する上に
凸のほぼ2次関数からなる。
数の弾性表面波共振子が有する周波数温度特性の頂点温
度差ΔΘが30℃から80℃の範囲である。
数の弾性表面波共振子が有する周波数温度特性の頂点温
度差ΔΘを電極の膜厚を異ならしめて実現したものであ
る。
数の弾性表面波共振子が有する周波数温度特性の頂点温
度差ΔΘを電極の線幅を異ならしめて実現したものであ
る。
性表面波共振子が有するすだれ状電極に、第1のすだれ
状電極と第2のすだれ状電極とを備えるとともに、これ
らを並列接続して相互に逆相に励振したものである。
性表面波共振子が有するすだれ状電極に、第1のすだれ
状電極と第2のすだれ状電極とを備えるとともに、これ
らを直列接続して相互に逆相に励振したものである。
電体平板がKカットである。
性表面波共振子の横モード周波数を決定する定数aが
0.01から0.02の範囲である。
数の弾性表面波共振子間の距離が弾性表面波の1から5
波長である。
性表面波共振子の電極指交差幅が弾性表面波の10から
30波長である。
電体平板がSTカットである。
性表面波共振子の横モード周波数を決定する定数aが
0.03から0.04の範囲である。
数の弾性表面波共振子間の距離が弾性表面波の1から1
5波長である。
性表面波共振子の電極指交差幅が弾性表面波の10から
30波長である。
は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する少なくとも
1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反射器とから
なる第1及び第2の弾性表面波共振子を近接して配置
し、前記第1及び第2の弾性表面波共振子を横弾性結合
させることにより、単一の共振子を構成する弾性表面波
装置の設計方法であって、前記弾性表面波装置の共振周
波数fを定める第1のステップと、前記第1の弾性表面
波共振子及び第2の弾性表面波共振子の頂点温度を異な
らせるように、電極膜厚みをそれぞれ決定する第2のス
テップと、前記電極膜厚みに基づき前記第1の弾性表面
波共振子の頂点温度における第1の共振周波数と、前記
第2の弾性表面波共振子の頂点温度における第2の共振
周波数との差Δを求める第3のステップと、この差Δを
なくすように、前記第1の弾性表面波共振子の電極ピッ
チ、前記第2の弾性表面波共振子の電極ピッチをそれぞ
れ設定する第4のステップを備えるものである。
は、圧電体平板上に、弾性表面波を励振する少なくとも
1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反射器とから
なる第1及び第2の弾性表面波共振子を近接して配置
し、前記第1及び第2の弾性表面波共振子を横弾性結合
させることにより、単一の共振子を構成する弾性表面波
装置の設計方法であって、前記弾性表面波装置の共振周
波数fを定める第1のステップと、前記第1の弾性表面
波共振子及び第2の弾性表面波共振子の頂点温度を異な
らせるように、電極指の線幅をそれぞれ決定する第2の
ステップと、前記電極指の線幅に基づき前記第1の弾性
表面波共振子の頂点温度における第1の共振周波数と、
前記第2の弾性表面波共振子の頂点温度における第2の
共振周波数との差Δを求める第3のステップと、この差
Δをなくすように、前記第1の弾性表面波共振子の電極
ピッチ、前記第2の弾性表面波共振子の電極ピッチをそ
れぞれ設定する第4のステップを備えるものである。
は、前記第4のステップにおいて、Vsを弾性表面波の
音速、fを共振周波数、Δを前記第1の共振周波数と前
記第2の共振周波数との差としたとき、
1から順を追って説明する。本発明の実施の形態1の装
置は、いわゆるKカット素子である。
の形態である横弾性結合1ポート型SAW共振子の平面
パターン図である。図1中の各部位の名称は次の通りで
ある。100は圧電体平板、101と102はすだれ状
電極(以下、IDT(Interdigital Tr
ansducer)と略す)、103、104、10
5、106は反射器、107と108のWcは電極指の
交差幅、109のGはSAW共振子間の距離、110と
112はワイヤーボンディングのためのパッドである。
113と114等は、接続のための導体パターンであ
る。
ル酸リチウム等の圧電性を有する単結晶およびZnO等
の圧電性薄膜を形成した基板等からなる。前記の100
上に形成された101,102からなるIDTおよび1
03,104,105,106等の反射器は、アルミニ
ウムおよび金等の導電性を有する金属膜を蒸着、スパッ
タ等の手段により薄膜形成した後、フォトリソグラフィ
技術によりパターン形成して作られる。
Tにより全体で第一の1ポートのSAW共振子が形成さ
れており、104と106の反射器と102のIDTに
より第二のSAW共振子が形成される。前記IDTと反
射器の電極指および導体ストリップは利用する弾性表面
波(レーリー波及びリーキー波等)の位相進行方向に対
して直交して、平行かつ周期的に多数配置される。前記
第一と第二のSAW共振子は相互に斜対称モードで弾性
的に結合して振動する変位を有するものとする。
例である横弾性結合2ポート型SAW共振子につき説明
する。図中の200は圧電体平板、201,202,2
05,206は反射器、203,204,207,20
8はIDT、209、210,211,212、21
3,214はワイヤーボンデング用電極パッド、215
と216の1−1´は入力端子、217と218の2−
2´は出力端子である。
び、207と208のIDTは第一の2ポートSAW共
振子を構成し、201と202の反射器及び203と2
04のIDTで第二の2ポートSAW共振子を構成して
いる。第一と第二の2ポートSAW共振子は相互に幅方
向に斜対称モードで弾性的に結合して振動する変位を有
するものとする。
おいては、前記のIDTが1個と反射器が1対の1ポー
トSAW共振子でも、また前記のIDTが2個または3
個の複数と反射器が1対の2ポートSAW共振子でも、
さらには、IDTが2個だけ使用したトランスバーサル
型SAWフィルタを第一及び第二の弾性表面波装置の構
成要素としても良い。
面波装置が呈する横あるいは幅方向即ち、Y方向の振動
変位の振幅の様子を示した。同図は前記弾性表面波装置
の横断面図を示したものである。図中、300は圧電体
平板、301と302はIDT即ち、SAW共振子の横
断面、303は基本波斜対称モードA0、304は1次
斜対称モードA1である。前記斜対称モードの変位振幅
303と304のいずれも、2つのSAW共振子間の中
央位置O点に関して、ほぼ点対称な振動変位を呈してい
ることが特徴である。本発明の実施の形態においては、
基本波斜対称モードA0を使用するのがよい。
体的な応用例として水晶Kカットの場合について説明す
る。図4は水晶Kカットの切り出し方位を示す図であ
る。図中の401は水晶の電気軸、402は機械軸、4
03は光軸で右手系の直交座標系を構成する。404は
水晶板であって、402のY軸に垂直なYカットを、電
気軸401回りに反時計方向にθ=6.51±1度回転
して得られる。弾性表面波素子405は、前記の水晶板
の電気軸401からY′軸(407)回りにψ=32.
43±2度回転して得られるX′軸(406)方向に弾
性表面波の位相伝搬方向が一致するように方位が設定さ
れる。
平板500の表面に形成された電極パターンの概念図を
図5に示す。図中の501と503,504と506は
反射器、502と505はIDTである。同図は全体で
横弾性結合1ポート型SAW共振子を構成している。図
中のWcは共振子の幅寸法即ち、IDTが有する電極指
の交差幅寸法、またGは両共振子間の距離である。50
1,502,503からなる第一の共振子と、504、
505、506からなる第二の共振子は弾性表面波の位
相の伝搬方向(図4のX′軸方向)に対して角度δ=3
±2度だけ共振子の形成方向を傾けて構成してある。こ
うすることによって、弾性表面波のパワーの伝搬方向と
共振子の形成領域を一致させて、共振子のQ値を向上す
ることができる。同図中のY軸は、前記の位相の伝搬方
向であるX′軸に対して直交してとられている。
1等を励振するためのIDTの構成を説明する。
電極配置である。図中、601は第一の共振子が持つI
DT、602は第2の共振子が持つIDTであり、60
3から608は電極指であり、609は正極の信号入力
端子、610は負極の信号入力端子、611は第一と第
二のIDTの正極どうしを接続するための導体またはワ
イヤー導線、612は信号源である。図中の矢印は励振
電界の方向を示すベクトルである。特記すべきはこの場
合においては、共振子の長手方向のほぼ同位置にある電
極指、604と605の作る電界と、606と607の
作る電界の方向が逆である。これにより基本波斜対称モ
ードA0が励振される。
に接続して配置し、斜対称モードを励振する場合の電極
指パターンの構成につき説明する。図中の701は第一
のIDT、702は第二のIDTであり、703、70
4、705、706、707、708等は電極指、70
9は正極性の信号入力端子、710は負極性の信号入力
端子である。712は信号源である。この場合は、二つ
の共振子の相隣接する側の電極指は相互に共通導体71
1により接続されている。この場合も、第一と第二のI
DTが有する電極指の配置は、共振子の長手方向に、ほ
ぼ同位置に形成される。
合共振子のインピーダンスが小さく、逆に直列型のID
Tの場合には、共振子のインピーダンスが大きくなるが
電極パターンは簡潔であるという特徴がある。
て実現される種々の弾性表面波装置の周波数温度特性に
ついて説明する。
波数温度特性である。図中の横軸は周囲温度T(℃)、
縦軸は周波数変化率Δf/f(単位ppm)である。8
01と802のほぼ上にトツの2次関数である曲線は、
弾性的結合が無い場合の、各々第一と第二の共振子が有
する周波数温度特性である。曲線801は頂点温度Θm
ax1、802は頂点温度Θmax2をもつ。前記周波
数温度特性801、802の関数形を次式に示す。
は3次温度係数である。本発明の実施の形態1において
はγに係わる項は無視できる程小さい場合が多い。
子が基本波斜対称モードA0で結合した際の周波数温度
特性である。804と805の曲線の形の相違は、前記
第一と第二の共振子の周波数温度特性の組み合わせΔΘ
=Θmax2−Θmax1によって異なる他、両共振子
間の距離G、共振子の幅Wcに依存する。曲線804は
弾性結合が弱い場合、曲線805は弾性結合が強い場合
である。結合した状態における周波数温度特性を平坦と
するための最適組み合わせ条件は、圧電体平板の材質、
および切り出し方位により異なる。この原因は、前記第
一と第二の共振子間の弾性結合状態の程度を決定する定
数である実行的せん断剛性定数aの大きさが異なるこ
と、また単一の共振子を構成したときに、周波数温度特
性が異なるためである。前記の水晶Kカットの場合にお
いては、通常の設計条件では、a=0.01から0.0
2の程度の値をとる。aは次式の斜対称、対称モード等
の共振子の横モード変位を支配する微分方程式のパラメ
ータである。
0は該当する領域の素子角周波数(rad/s)、V
(Y)は幅方向の表面波変位の振幅、Yは表面波の波長
で規格化した前記図3のY座標である。なお、この式の
導出及び上記の条件については、後に詳述する。
は、共振子の電極指の交差幅Wcは、弾性表面波の波長
にして、10から30波長がよく、共振子間の距離Gは
1から5波長がよく、周波数温度特性の頂点温度差ΔΘ
は30℃から80℃の範囲が良い。これにより−30℃
から90℃温度範囲において最良で20ppm、最悪値
70ppmの周波数精度が実現する。最良時のΔΘは7
0℃で、頂点温度Θmax1=−10℃、Θmax2=
60℃であった。Kカット共振子単体の温度特性は、2
次温度係数βが β=−2.5×10-8/℃2であるか
ら、−30℃から90℃の範囲で−90ppmであるた
め、最良で4.5倍改善できる。またことに、使用温度
範囲の中心温度30±30℃(常温)において、周波数
変化率Δf/fを±3ppm以内にすることも、前述の
パラメータの範囲の組み合わせで可能である(このとき
のΔΘ=50℃)。
合時の周波数温度精度(−30℃から90℃の温度範囲
における周波数変化)を、横軸にGをとって、パラメー
タWc、ΔΘ、aを変えて図示した。また、図14に結
合時の周波数温度精度を、横軸にWcをとって、パラメ
ータG、ΔΘ、aを変えて図示した。
波装置の具体的設計方法につき、図11と図12を用い
て説明する。設計に当たっては、第一と第二の弾性表面
波素子(共振子等のこと)の頂点温度Θmax2及びΘ
max1における周波数を可能な限り一致させることが
必要である。そのための方法を図11に示した。図11
の横軸は弾性波素子の電極膜の厚みH、縦軸は、左側が
周波数、右側が頂点温度Θmaxであり、直線1101
が周波数変化特性、1102は頂点温度Θmaxの変化
特性である。例えば、図1の1ポート型でf=152.
05MHzの共振子を設計する場合を例にとると、二つ
の共振子の頂点温度を異ならせるために第一の共振子の
電極膜厚H1をH1=5000Å、第二の共振子の電極
膜厚H2をH2=6500Åとして前記頂点温度の差Δ
Θを約55℃に設定している。このとき共振子の周波数
は1101の直線で変化するため各々の膜厚にたいし
て、152.400MHzと151.7MHzとなり約
Δ=4600ppmの差となる。この周波数差を無くす
目的で共振子の電極ピッチP(図6、図7参照)を、第
一の共振子にたいして、
波の音速である。こうすれば、第一と第二の共振子の周
波数が一致することは明瞭である。何故ならば、共振子
の周波数fはf=Vs/2Pで決まるからである。
性表面波装置の設計周波数fは、152.055MHz
の例で示した。図中横軸は、弾性表面波電極指の線幅
L、縦軸は共振周波数fおよび頂点温度θmaxであ
る。曲線1201は共振子の周波数特性、曲線1202
は頂点温度θmaxの特性である。線幅L1=4.62
0μm、L2=6.140μmに対して頂点温度θma
xは約50℃と−5℃であり、周波数は、おのおの15
2.370MHz、151.740MHzとなり、約4
100ppmの周波数差Δがある。この周波数差は弾性
表面波装置の電極指のピッチPを図11の場合と同様に
して式(3)、(4)により設定し、修正して一致させ
ることができる。
の形態2を説明する。本発明の実施の形態2の装置は、
いわゆるSTカット素子である。以下の説明において、
図15〜図23とともに、発明の実施の形態1の図1、
図2、図6、図7、及び、式(1)〜(4)も用いる。
波装置が呈する横あるいは幅方向即ち、Y方向の振動変
位の振幅の様子を示した。同図は前記弾性表面波装置の
横断面図を示したものである。図中、300は圧電体平
板、301と302はIDT即ち、SAW共振子の横断
面、303は基本波斜対称モードA0、304は1次斜
対称モードA1である。前記斜対称モードの変位振幅3
03と304のいずれも、2つのSAW共振子間の中央
位置O点に関して、ほぼ点対称な振動変位を呈している
ことが特徴である。本発明の実施の形態においては、基
本波斜対称モードA0を使用するのがよい。
示す図である。図中の401は、水晶の電気軸、402
は機械軸、403は光軸で右手系の直交座標系を構成す
る。404は水晶板であって、402のY軸に垂直なY
カットを、電気軸回りに反時計方向にθ=31から42
度回転して得られる。弾性表面波素子405は、前記の
電気軸(401)方向に弾性表面波の位相伝搬方向が一
致するように方位が設定される。
装置が示す周波数温度特性である。図中の横軸は周囲温
度T(℃)、縦軸は周波数変化率Δf/f(単位pp
m)である。801と802のほぼ上にトツの2次関数
である曲線は、弾性的結合が無い場合の、各々第一と第
二の共振子が有する周波数温度特性である。曲線801
は頂点温度Θmax1、802は頂点温度Θmax2を
もつ。前記周波数温度特性801、802の関数は式
(1)と同じである。本発明の実施の形態2においては
γに係わる項は無視できる程小さい場合が多い。
が、基本波斜対称モードA0で結合した際の周波数温度
特性である。804と805の曲線の形の相違は、前記
第一と第二の共振子の周波数温度特性の組み合わせΔΘ
=Θmax2−Θmax1によって異なる他、両共振子
間の距離G、共振子の幅Wcに依存する。曲線804は
弾性結合が弱い場合、曲線805は弾性結合が強い場合
である。結合した状態における周波数温度特性を平坦と
するための最適組み合わせ条件は、圧電体平板の材質、
および切り出し方位により異なる。この原因は、前記第
一と第二の共振子間の弾性結合状態の程度を決定する定
数である実効的せん断剛性定数aの大きさが異なるこ
と、また単一の共振子を構成したときに、周波数温度特
性が異なるためである。前記の水晶STカットの場合に
おいては、通常の設計条件では、a=0.03から0.
04の程度の値をとる。aは次式の斜対称、対称モード
等の共振子の横モード変位を支配する微分方程式のパラ
メータである。この微分方程式は式(2)と同じであ
る。
は、共振子の電極指の交差幅Wcは、弾性表面波の波長
にして、10から30波長がよく、共振子間の距離Gは
1から15波長がよく、周波数温度特性の頂点温度差Δ
Θは30℃から80℃の範囲が良い。これにより−30
℃から90℃温度範囲において最良で30ppm、最悪
値90ppmの周波数精度が実現する。最良時のΔΘは
70℃で、頂点温度Θmax1=−10℃、Θmax2
=60℃であった。STカット共振子単体の温度特性
は、2次温度係数βが β=−3.3×10-8/℃2で
あるから、−30℃から90℃の範囲で約±60ppm
であるため、最良で4倍改善できる。
結合時の周波数温度精度(−30℃から90℃の温度範
囲における周波数変化)を、横軸にGをとって、パラメ
ータWc、ΔΘ、aを変えて図示した。また、図23に
結合時の周波数温度精度を、横軸にWcをとって、パラ
メータG、ΔΘ、aを変えて図示した。
設計方法につき、図20と図21を用いて説明する。設
計に当たっては、第一と第二の弾性表面波素子(共振子
等のこと)の頂点温度の周波数を可能な限り一致させる
ことが必要がある。そのための方法を図20に示した。
図20(a)(b)の横軸は弾性波素子の電極膜の厚み
H、縦軸は、図20(a)が周波数、図20(b)が頂
点温度Θmaxであり、直線1101が周波数変化特
性、1102は頂点温度Θmaxの変化特性である。例
えば、図1の1ポート型でf=144.975MHzの
共振子を設計する場合を例にとると、二つの共振子の頂
点温度を異ならせるために第一の共振子の電極膜厚H1
をH1=4800Å、第二の共振子の電極膜厚H2をH
2=6800Åとして前記頂点温度の差ΔΘを約30℃
に設定している。このとき共振子の周波数は1101の
直線で変化するため各々の膜厚に対して、145.37
MHzと144.58MHzとなり約Δ=2725pp
mの差となる。この周波数差を無くす目的で共振子の電
極ピッチPを、第一の共振子に対して式(3)に基づ
き、第二の共振子に対して式(4)に基づき設定する。
こうすれば、第一と第二の共振子の周波数が一致する。
表面波装置の設計周波数fは、144.97MHzの例
で示した。図中横軸は、弾性表面波電極指の線幅L、縦
軸は、図21(a)が共振周波数f、図21(b)が頂
点温度θmaxである。曲線1201は共振子の周波数
特性、曲線1202は頂点温度θmaxの特性である。
線幅L1=4.400μm、L2=6.400μmに対
して頂点温度θmaxは約40℃と10℃であり、周波
数は、おのおの145.360MHz、144.580
MHzとなり、約2690ppmの周波数差Δがある。
この周波数差は弾性表面波装置の電極指のピッチPを図
20(a)(b)の場合と同様にして式(3)、(4)
により設定し、修正して一致させることができる。
いて詳細に説明する。
を前提として、SAW共振子における横モード周波数特
性の計算式を、波動論的手法でなく、つぎに述べる方法
により導く。
ようにおく。今、SAW共振子の横断面変位の状態を考
えるものとして、その振動変位は特定の連続関数v
(y)と書ける。この変位v(y)がy軸方向になめら
かに変化する場合においては、せん断応力が発生するこ
とが考えられる。この事を考慮して以下の展開を行う。
いては、全エネルギーは共振子各部の運動エネルギーと
歪みエネルギーの和で表される。水晶の密度をρ、場所
(x,y,z)での変位をU(x,y,z)、変位の時間微分であ
る粒子速度をU(x,y,z),tとおき(,tはtにかんす
る微分を表す)、さらに応力をT(x,y,z)、歪みをS
(x,y,z)、バネ定数(弾性定数)をkとすれば、 微小部分の運動エネルギー dK;
K+Eは、振動の全領域に渡って積分して得られる。
式を扱う場合において、ラグランジェの方法が有名であ
る。この方法に従い、横モードの支配方程式を導くこと
にする。
an)は、運動エネルギーKから歪みエネルギーE(広義
の位置エネルギー)を引いたものであるから、
搬する長手方向 xについて積分を実行すると、
れて集中化された変位V(y)とそのy座標微分をあて
る事ができる。
る。従って式(9)は、
(y)V(y),yの項は、
て良いからである。従って、(12)式は、
ランジェの運動方程式を用いる。即ち、
り、SAW共振子の幅方向変位が一定の場合の角周波数
に対応する。また定数aは幅方向の実効的せん断定数
(無次元)とみなされる係数である。
/∂y=∂/λ∂Yの関係を用いると、
間的に変化するものと考えてよいから、最終的な式とし
て次式が得られる。
カットに対して、その横モード群の共振周波数が相対的
に一致するように、定数aを決定する。このような方法
で得られた、式(21)による共振周波数の計算値と実
際の値との一致度はきわめて良い。さらに、STカット
(a=0.033)とKカット(a=0.014)間で、a定数に差
があり水晶の異方性が歴然と現れている。
度特性計算方法について説明する。
26に示す。この図のように、共振子1と共振子2とは
平行に近接して配置されており、各領域の周波数ω
0(X)として電極の存在する領域下をωm、電極の存在
しない自由表面下をωfとして、水晶に於いて、
共振子の周波数降下値を与える。ω00は共振子1と共振
子2の公称周波数である。
変化率で表示)を設定する。
度、β1、β2 は2次温度係数(-2.5×10-8/℃2),
γ1,γ2 は3次温度係数(3×10-11/℃3)である。
θmax1,θmax2は頂点温度であって両者の間に数十度の
温度差をつける。P01,P02 (P01=P02)は頂点
温度における周波数変化量である。ω00 は共振子の公
称周波数である。
波の波長で規格化した規格化波数Kf と 領域2,4
における規格化波数Km1,Km2を下式のように定義す
る。
Y=Y1,Y2,Y3,Y4で連続性が成り立つとした
境界条件式をたてると、次の(8X8)行の行列方程式
となる。
る係数である。
波数は、前記(25)から(27)式に各共振子1と2
の温度θにおける角周波数ωm1,ωm2を与え(式(2
3),(24))、波数を求めた後Cij(ω)を計算し
て、式(28)から得られる行列式
振周波数である。
体平板上に、弾性表面波を励振する少なくとも1個のす
だれ状電極と、少なくとも1対の反射器とからなる弾性
表面波共振子を複数近接して配置し、前記複数の弾性表
面波共振子の周波数温度特性を互いに異ならせるととも
に、横弾性結合させて単一の共振子を構成したので、単
一の素子では実現できない優れた周波数温度特性が実現
できる。このことにより、周波数精度が要求される携帯
型移動通信装置への使用が可能となって、前記装置の小
型化、省力化、高性能化が達成されるので、今後多大な
利点が期待できる。
共振子が有するすだれ状電極に、第1のすだれ状電極と
第2のすだれ状電極とを備えるとともに、これらを並列
接続して相互に逆相に励振したので、共振子のインピー
ダンスを小さくできる。
共振子が有するすだれ状電極に、第1のすだれ状電極と
第2のすだれ状電極とを備えるとともに、これらを直列
接続して相互に逆相に励振したので、電極パターンが簡
単になる。
波装置の平面図である。
表面波装置の平面図である。
動変位を示す図である。
いられるKカット水晶板の切り出し方位図である。
性表面波装置の平面図である。
置に用いられる並列型のIDTを示す電極パターン図で
ある。
置に用いられる直列型のIDTを示す電極パターン図で
ある。
波数温度特性図である。
性図である。
特性図である。
膜厚特性図である。
線幅特性図である。
特性図である。
特性図である。
振動変位を示す図である。
用いられるSTカット水晶板の切り出し方位図である。
周波数温度特性図である。
特性図である。
特性図である。
膜厚特性図である。
線幅特性図である。
特性図である。
特性図である。
ための弾性表面波装置の座標系を示す図である。
ための弾性表面波装置の座標系を示す図である。
ための弾性表面波装置の横断面構造図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
少なくとも1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反
射器とからなる弾性表面波共振子を複数近接して配置し
た弾性表面波装置において、 前記複数の弾性表面波共振子の周波数温度特性を互いに
異ならせるとともに、横弾性結合させて単一の共振子を
構成し、 前記複数の弾性表面波共振子が有する周波数温度特性の
頂点温度差ΔΘが30℃から80℃の範囲である ことを
特徴とする弾性表面波装置。 - 【請求項2】 前記複数の弾性表面波共振子が有する周
波数温度特性の頂点温度差ΔΘを電極の線幅を異ならし
めて実現したことを特徴とする請求項1記載の弾性表面
波装置。 - 【請求項3】 前記圧電体平板がKカットであることを
特徴とする請求項1又は2に記載の弾性表面波装置。 - 【請求項4】 前記弾性表面波共振子の横モード周波数
を決定する定数aが0.01から0.02の範囲である
ことを特徴とする請求項3記載の弾性表面波装置。 - 【請求項5】 前記複数の弾性表面波共振子間の距離が
弾性表面波の1から5波長であることを特徴とする請求
項3記載の弾性表面波装置。 - 【請求項6】 前記弾性表面波共振子の電極指交差幅が
弾性表面波の10から30波長であることを特徴とする
請求項3記載の弾性表面波装置。 - 【請求項7】 圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
少なくとも1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反
射器とからなる第1及び第2の弾性表面波共振子を近接
して配置し、前記第1及び第2の弾性表面波共振子を横
弾性結合させることにより、単一の共振子を構成する弾
性表面波装置の設計方法であって、 前記弾性表面波装置の共振周波数fを定める第1のステ
ップと、 前記第1の弾性表面波共振子及び第2の弾性表面波共振
子の頂点温度差ΔΘが30℃から80℃の範囲となるよ
うに、電極膜厚みをそれぞれ決定する第2のステップ
と、 前記電極膜厚みに基づき前記第1の弾性表面波共振子の
頂点温度における第1の共振周波数と、前記第2の弾性
表面波共振子の頂点温度における第2の共振周波数との
差Δを求める第3のステップと、 この差Δをなくすように、前記第1の弾性表面波共振子
の電極ピッチ、前記第2の弾性表面波共振子の電極ピッ
チをそれぞれ設定する第4のステップとを備えることを
特徴とする弾性表面波装置の設計方法。 - 【請求項8】 圧電体平板上に、弾性表面波を励振する
少なくとも1個のすだれ状電極と、少なくとも1対の反
射器とからなる第1及び第2の弾性表面波共振子を近接
して配置し、前記第1及び第2の弾性表面波共振子を横
弾性結合させることにより、単一の共振子を構成する弾
性表面波装置の設計方法であって、前記弾性表面波装置
の共振周波数fを定める第1のステップと、 前記第1の弾性表面波共振子及び第2の弾性表面波共振
子の頂点温度を異ならせるように、電極指の線幅をそれ
ぞれ決定する第2のステップと、 前記電極指の線幅に基づき前記第1の弾性表面波共振子
の頂点温度における第1の共振周波数と、前記第2の弾
性表面波共振子の頂点温度における第2の共振周波数と
の差Δを求める第3のステップと、 この差Δをなくすように、前記第1の弾性表面波共振子
の電極ピッチ、前記第2の弾性表面波共振子の電極ピッ
チをそれぞれ設定する第4のステップとを備えることを
特徴とする弾性表面波装置の設計方法。
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