JPH02194714A - リーキーｓａｗ共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＳＡＷ共振子、殊に高周波領域で温度特性が優
れたリーキーＳＡＷ共振子に関する。

（従来技術） 従来、ＶＨＦ〜ＬＩＨＦ　帯の高周波領域において基本
波による直接発振を得るには一般にＳＴカット水晶基板
を用いたＳＡＷ共振子が広く用いられている。

ＳＡＷ共撫子はＩＤＴの電極周期によって周波数が決ま
るため微細加工技術の進歩によシ高周波化が容易であシ
、又、Ｑが高く小型化が可能且つ量産性にも優れている
。

しかしながらＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷ＃ｃｉ
子は温度特性が２次曲線となるのみならずその２次温度
係数は−３，４Ｘ　１０−”　／”Ｃ”と大きく一２０
〜＋８０℃の温度範囲では８５ｐｐｍも周波数が変化し
、この温度特性は発揚器に使われている一般的なＡＴカ
ット水晶掻動子に比べてかなシ劣っているため、８Ｔカ
ツト水晶によるＳＡＷ共振子の用途は限定されてい次。

これに対して、１ｓＡＷと同様にＩＤＴによって励振で
き基板内部にエネルギーを放射しながら伝播するリーキ
ー波については、　−７４，３°回転Ｙカット付近の水
晶基板を用いると極めて温度特性が優れていることが清
水ら〔文献（１）、電子通信学会論文誌、Ｖｏｌ、Ｊ６
８　　Ｃ＝Ｎｎ８−ｐ。

６１３（１９８５）、ノ　によって発見され、このよう
なカットの水晶基板を用いたリーキー１ＳＡＷ共掘子は
一２０〜＋８０℃　の温度範囲で±１０ｐｐｍ以下の周
波数安定度を有し、ＡＴカット水晶振動子並の温度特性
が得られることが判明している。

しかしながら、とのり−キーＳＡＷ共振子は基板内部に
エネルギーを放射しながら伝播する波を利用する為０反
射器間にエネルギーが閉じ込もシ難く、従来からＱが高
くならないという欠点があった。清水らは１８０ＭＨｚ
でＱ＝２２，０００を得タカ〔文献（２）　、　ＩＢＥ
Ｅ　　ＬｌｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍｐ、　　Ｐｒｏ
ｃ、、　　ｐｐ、　　２３３−２３６（１９８７）、〕
、容量比γが３，５００と大きい為、フィギュア・オプ
・メリッ？（Ｑ／ｒ）が約６と小さく発振素子として用
いるには不十分であシ、又、Ｔ、Ｎ、　０１ｉｖｅｒら
は３３０ＭＨｚ　　２ボート共振子で挿入損失１５ｄＢ
、Ｑ＝４０００　　の特性を報告しているが〔文献（３
）　、　４０ｔｈ　Ｆｒｅｑ、　　Ｃｏｎｔ。

Ｓｙｍｐ、、ｐｐ、２６９−２７４（１９８６）、Ｊ、
未だ実用に耐え得る特性には至っていなかった。

−万、このリーキーＳＡＷ共振子の温度特性は、清水ら
により文献（１）に、−７５，３°回転Ｙカット（オイ
ラー角１４．７°）を用い、−２０〜＋８０℃で±１０
　ｐ　ｐｍ以下の温度特性が得られることが示されてい
る。しかし、箪者らが同じ切断角度にて追実験を行った
ところ−７５，３°回転Ｙカットでは９周波数温度特性
は温度係数が正のはソ直線的に変化する特性を示し、−
２０〜＋８０℃の温度範囲では１００９９ｍ以上の変化
となった。

又、清水、護送による特開昭６１−８４１０５において
は−７４，３°回転Ｙカクト（オイラー角１５．７８）
を用い０．６　ｐ　ｐｍ／’Ｃ（−２０〜＋８０℃で６
０ｐｐｍの変化量）の特性が得られることを示している
が。

この周波数変化量ではむしろＳＴカッ）ＳＡＷの温度特
性に近（、Ａ’ｌ’カット水晶並の優れ次温度特性には
とうてい及ばないものであった。

即ち、リーキーＳＡＷ共伽子においてその基板の切断角
度と温度特性との関係や、温度特性に及ぼす電極膜厚の
影ｌ＃は未だ実験的に明らかにされておらず、メ、ＡＴ
カット水晶並の優れた温度特性は得られていなかった。

従ってリーキーＳＡＷ共伽子の用途は限定され、高安定
な発掘源として実用に諭し得るものではなかつ次。

（発明の目的） 本発明は上述の如き従来のリーキーＳＡＷ共伽子のＱが
悪くフィギュア・オブ・メリットが小さく、且つ温度特
性が未だ不十分であるという欠点を解消するためになさ
れたものでおって。

高周波領域に於いてＱもフィギュア・オプ・メリットも
高く、且つ、その温度特性がＡＴカット水晶並に優れた
リーキーＳＡＷ共伽子ｅｌ供することを目的とする。

（発明の概要） 上述の目的を達成する為９本発明は水晶基板の切断角度
θを一７３°５５′±１０’とし、且つ。

共掘子ｔ＆をＨ／λ＝ｏ、ｏｏｓ±０．００１（電極膜
厚Ｈ９波長λ）とするものである。

（発明の実施例） 以下１本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は１ボートのリーキーＳＡＷ共振子のパターンを
示した構成図であって１回転Ｙカット水晶基板１（切断
角度ａ）の表面にリーキー波を励振するためのＩＤＴ２
とリーキー波を閉じ込めて共畿子を形成する為の反射器
３とを波の進行方向に沿って配置する。

本図においてＩＤＴ２の周期はＬ〒、対数Ｎ。

反射器３０周期はＬＲ，本数は両側共Ｍ本であシ、を極
（ＡＩ）の膜厚はＨである。

先ず、リーキーＳＡＷ共伽子のＱを高めフィギュア・オ
ブーメリッｌ−Ｑ大きくする為に、従来公知の一７４°
回転Ｙカット水晶を基板として用い共振子のＱと容量比
りに大きく影替を写える電極膜厚とＩＤＴ対数および反
射器本数について実験によシ詳細に調べた。実験に用い
次サンプルは共振周波数ｚｓｘＭＨｚで、ＩＤＴＫは高
次横モードを抑圧するためＣＯ８型の重みづけが施して
あシ、交叉長は４０λである。

第２図はＩＤＴ対数Ｎ＝１５０対１反射器本数Ｍ＝５５
０本（両側共）に固定し、電極膜厚を変えてＱ及び容量
比γの変化を示したものである。

本実験によシ基準化膜厚Ｈ／λは０．４〜０．６％が適
当であろうと推定された。

因みに膜厚０．３％以下ではｔ＆の表面抵抗が大きくな
＃）Ｑが低下し、又、膜厚０．７チ以上では基板内部へ
のバルク放射が太きくなシやはシＱが低下する。

次に実験データの提示は省略するが、電極膜厚を上記実
験によって最適と推定されたＨ／λ＝０．００５に固定
しＩＤＴ対数対数尺射器本数Ｍとを加え次実効対数Ｎ’
（Ｎ＋Ｍ）　　とＱとの関係を調べると　Ｎ　Ｉの増加
と共にＱが上昇し　Ｎ　Ｉが約７００対で飽和すること
が分った。前述のように、膜厚を厚くして音響的反射を
大きくしようとしても、バルク放射が大きくなシＱは逆
に低下してしまう為、ＩＤＴ対数を多くして反射を大き
くすることが必要である。

第３図は実効対数Ｎ′が７００対で十分であるのでこれ
を一定とし、そのうちＩＤＴ対数Ｎ′を変えてＱとｒの
変化を示した図である。

第３図よシ明らかなようにＱは１２５対で最大となシ、
γは対数の増加と共に減少する。従ってフィギ為ア・オ
ブ・メリットはＮ＝１５０〜２５０対で十分太きく、Ｑ
及びフィギュア・オブ・メリットを大きくするにはＩＤ
Ｔ対数対数尺２５対以上とすると良いことが分かりた。

更に共振子のＱを高める次めにＩＤＴ周期Ｌ〒し反射器
周期Ｌｎを変えて両者の周波数を合わせろことを試み友
。その結果、この補正率（Ｌτ／ＬＲ）はＨ／λ＝０．
５９６　、　Ｎ＝１５０では０．９９８が最適であった
。

以上の結果をもとに、−７４°回転Ｙカット水晶基板を
用いて共振周波数２８１ＭＨｚ（Ｌ〒＝１３゜９６０＃
ｍ、ＬＲ＝１３．９８８ｐｍ）、Ｌ〒／Ｌｉ＝０．９９
８、Ｎ＝１５０　、Ｍ＝５５０　、Ｗ＝４０λ、Ｈ／λ
＝０．５％の条件で試作したリーキーＳＡＷ共振子の実
測例を次光に示す。表には前述の文献（２）に記されて
いる共振子の特性例を比較の為併せて示した。

この結果より、従来の共振子に比べ共振周波数が１００
ＭＨｚ高いにもかかわらすＱははソ同じで、容量比が丁
と小さい為、フィギュア・オプ・メリットは３倍大きい
値が得られた。

即ち、電極膜厚Ｈ／λはｏ、ｏｏｓ±ｏ、ｏｏｉとする
のがフィギュア・オプ・メリットＱ／ｒを高める上で最
適であることが判った。

以上、共振子のＱを高めるための電極構成について述べ
たが９次にこれを利用した共振子の温度特性について述
べろ。

温度特性の測定に用いたサンプルは、共振周波ｆｉ２８
１ＭＨｚ、Ｎ＝１５０．Ｍ＝５５０．Ｗ＝４０λでＩＤ
ＴにはＣＯ８型の重みづけがしてあｐ　、　ＬＴ／ＬＲ
＝０．９９８であシ、Ｑの大きいものを選んだ。

第４図は共振子を最適基準化膜厚Ｈ／λ＝０．５％（７
００Ａ）とし、水晶基板の切断角度を変えて温度特性を
測定した結果を示し友ものである。

本実験の結果切断角度０が一７３°４６′〜−７４゜０
９′の範囲で周波数変化が小さく、明らかに３次温度特
性を示すことが判明した。

メ、変曲点は約−５℃、θが約−７４°で３重根を示し
１周波数変化量はθ＝−７３°５４″では−２０〜＋５
０℃の温度範囲でわずか±３ｐｐｍとＡＴカット水晶並
の優れ次温度特性が得られた。

以上の結果をまとめた第５図は３次曲線における極大、
極小の２つの頂点温度Ｔｐを切断角度に対してプロット
したものであシ、その中点が変曲点温度Ｔｉ　である。

試作したり−キーＳＡＷ共振子は基板の表面状態、ＡＩ
電極の膜厚および膜質、共振子のＱ等によってその温度
特性も変化しバラツキがあったが、第５図から明らかに
３次温度特性を示すことがわかる。

そして、一般によく用いられる温度範囲一２０〜＋６０
℃において共振子の周波数変化量を±１０ｐｐｍ以下と
するには、その切断角度θはθ＝−７３°５５′±１０
’ とするとよいことが判り次。

次に、第６図は電極膜厚による温度特性の！化を示した
もので、水晶基板切断角度θを前記最適値−７３°５５
′に固定して膜厚を変化させた。

場合の実験データである。

第６図から明らかなように、膜厚を厚くすることと基板
切断角度を深くすることとは対応するがこれら相互の変
化率は非常に大きく９例えば０．０５％λ（７０Ａ）の
膜厚変化が基板切断角度で５〜１０′の変化に相当する
。従って、所望の優れた温度特性を再現良く得るには、
基板切断角度の精度のみでなく膜厚も高精度にコントロ
ールすることが必要である。

以上述べてきたように、リーキーＳＡＷ共振子のＱを高
め、且つ優れ次温度特性を得るには。

膜厚をＨ／λ＝０．００５±０．００１とし、且つ、水
晶基板の切断角度を一７３°５５′±１０’とすること
が必要であることが明らかとなった。

尚９本発明を１ボートのリーキーＳＡＷ共振子について
のみ説明し友が、２ボートのリーキー　ＳＡＷ共振子に
も適用可能である。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成するので。

リーキーＳＡＷ共振子のＱを高め、フイギーア・オプ・
メリットを大きくシ、且つ、優れ次温度特性を得る上で
著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリーキーＳＡＷ共振子の電極構成
を示す図、第２図は電極膜厚とＱ及び容量比との関係を
示す図、第３図はＩＤＴ対数とＱ及び容量比との関係を
示す図、第４図は水晶基板の切断角度による周波数温度
特性の変化を示す図、第５図は温度特性における切断角
度と頂点温度との関係を示す図、第６図は電極膜厚によ
る周波数温度特性の変化を示す図である。 １・−・・・・・・・水晶基板、　　　２・・・・・・
・・・ＩＤＴ電極。 ３・・・・・・・・・反射器。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 ＸＭＣとノ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転Ｙカット水晶基板上に，基板内部にエネルギ
   ーを放射しながら伝播するリーキー（ｉｅａｋｙ）ＳＡ
   Ｗ波を励振するための少なくとも１対のインタディジタ
   ルトランスジューサ （ＩＤＴ）電極と，該リーキーＳＡＷを閉じ込めて共振
   子を構成するための反射器をもつリーキーＳＡＷ共振子
   において，該水晶基板の切断角度θを θ＝−７３゜５５’±１０’ とし，且つ，該電極の膜厚Ｈを励起したリーキーＳＡＷ
   の波長λに対して， Ｈ／λ＝０．０　０５±０．０　０１ としたことを特徴とするリーキーＳＡＷ共振子。
2. （２）前記ＩＤＴの対数Ｎが１２５対以上であることを
   特徴とする請求項（１）記載のリーキーＳＡＷ共振子。