縦型多重モードＳＡＷ共振子
【課題】圧電体ＳＡＷ共振子分野において、１個のＳＡＷ共振素子で複数の周波数が提供できる多重モードＳＡＷ共振子を実現する。
【解決手段】アルミで形成された電極指１１６をそれぞれ有するゲイトＩＤＴ１０３と主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４と、アルミ電極導体１１９を有する反射器１０１，１０５とを備えるＳＡＷ共振素子１２０を有しており、電極指は、膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲、電極指１本の有する反射係数ｒが約０．０６であり、主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指の対数が４０以上６０以下、ゲイトＩＤＴの電極指の対数が２０±２、反射器のアルミ電極導体の本数が７０以上８０以下であり、且つ主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指周期長ＰＴに対して、ゲイトＩＤＴの電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１程度に設定し、主ＩＤＴと副ＩＤＴの極性をＳＷ回路にて切り換えて、複数の発振周波数を使用する。
【解決手段】アルミで形成された電極指１１６をそれぞれ有するゲイトＩＤＴ１０３と主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４と、アルミ電極導体１１９を有する反射器１０１，１０５とを備えるＳＡＷ共振素子１２０を有しており、電極指は、膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲、電極指１本の有する反射係数ｒが約０．０６であり、主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指の対数が４０以上６０以下、ゲイトＩＤＴの電極指の対数が２０±２、反射器のアルミ電極導体の本数が７０以上８０以下であり、且つ主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指周期長ＰＴに対して、ゲイトＩＤＴの電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１程度に設定し、主ＩＤＴと副ＩＤＴの極性をＳＷ回路にて切り換えて、複数の発振周波数を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶を用いたＳＡＷ共振子に関し、１個のＳＡＷ共振素子で複数の発振周波数を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（水晶基板の一例）を用いたＳＡＷ共振素子で構成される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く、且つ所望の周波数を直接発振させることが可能であるために、各種無線系のＳＡＷ発振器に使用されている。また、このＳＡＷ共振子は、ジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性、且つ低コストに容易に得られるという長所がある。
これらの理由から近年、一例として乗用車のドアの自動開閉にはＳＡＷ共振子を用いた微弱無線機（キーレスエントリー装置）が多数使用されるようになっている。この微弱無線機には周波数が可変できるＳＡＷ発振器を構成したＦＳＫ変調器が使われている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２５２０１６号公報
【特許文献２】特開２００６−４１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の従来技術のＳＡＷ共振子を使用したＦＳＫ変調器は、ＦＳＫ変調するための２つの周波数の発生手段として、伸張コイルと切換電圧発生回路と可変容量ダイオード等の素子を使用することが必要である（例えば、特許文献１参照）。このためこれら部品によりコストアップとなり、さらには、各素子の特性のバラツキが重なって周波数調整の際に歩留まりが低下するなどの不具合を生じることがあった。また近年、ＳＡＷ共振子が使用される装置の小形化要請が強まりＦＳＫ変調器の小形化、あるいは電波事情の輻輳に対して発振周波数精度の向上による通信品質の改善も必要になって来た。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するもので、その目的とするところは、外付け素子である伸張コイル、可変容量ダイオード等を用いない、小型、且つ低コストなＦＳＫ変調器が実現可能な、ＳＨ波（特許文献２参照）を用いた縦型多重モードＳＡＷ共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子は、水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、光軸であるＺ軸回りに反時計方向に０±１°の範囲であり、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向に２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、新たに生成されたＺ'軸回りに、前記Ｘ軸を起点として反時計方向に９０±２°の範囲である方向を弾性表面波の位相伝搬方位とするＳＨ波を使用する水晶基板と、前記水晶基板上に形成され、アルミ（Ａｌ）で形成された電極指をそれぞれ有するゲイトＩＤＴと該ゲイトＩＤＴを挟む両側の内の一方側に設けられた主ＩＤＴおよび他方側に設けられた副ＩＤＴと、アルミ（Ａｌ）で形成されたアルミ電極導体を有し、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの外側に１対で形成された反射器とを有するＳＡＷ共振素子と、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を切り換えるスイッチ回路と、を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子であって、前記ＳＡＷ共振素子は、前記電極指の厚さＨが、前記ＳＡＷ共振素子のＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲内、且つ前記電極指１つの有する反射係数ｒが０．０６±０．０２、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指の対数（正負極性で１対とする）が、４０対以上６０対以下、前記ゲイトＩＤＴの対数が２０±４対、および前記反射器のアルミ電極導体の本数が７０本以上８０本以下、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指周期長ＰＴに対して、前記ゲイトＩＤＴの前記電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２の範囲内で形成されており、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴとの極性を前記スイッチ回路により同符号に接続して、縦対称Ｓ０モードである第１の振動状態で第１の発振周波数ＦＳ０を励振させ、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路により逆符号に接続して、縦斜対称Ａ０モードである第２の振動状態を励振して前記第１の発振周波数ＦＳ０と僅かに異なる第２の発振周波数ＦＡ０を発生させ、前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路にて開放状態として、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードとが合成された縦ＳＡ０モードである第３の振動状態で、前記第１の発振周波数ＦＳ０と前記第２の発振周波数ＦＡ０の中間周波数である第３の発振周波数ＦＳＡ０を発生させていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子によれば、前述の方位のＳＨ波を使用した結果、従来のＳＴカットを使用した場合と比較して、周波数−温度特性が約半分となることから２倍の精度が実現できる。
さらに、反射係数ｒが２倍大きなＳＨ波を使用した結果、２個のＳＡＷ共振子を並列使用して２つのモードを発生している先願技術に対して、１個のＳＡＷ共振素子内に形成したゲイトＩＤＴの効果とあわせて、ＩＤＴの総対数を少なくしても所望の２つの振動状態を発生させることが可能であるため、ＩＤＴの総対数（Ｍ）が１００対から１４０対程度とすることができＳＴ基板程度に素子の小形化が可能である。
また、主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指周期長ＰＴに対して、ゲイトＩＤＴの電極指周期長ＰＧの比であるＰＧ／ＰＴを１より大幅に大きく設定することにより、従来の縦型では不可能であった２つの発生周波数差が１００ｐｐｍ程度に接近した多周波数を発生できる。これによって、ＦＳＫ変調器用途のＳＡＷ共振素子を提供できる。
さらにまた、水晶基板を用いたＳＡＷ共振素子で本願の構成をとることにより、より高度に基板表面に集積化された弾性波素子の周波数精度を数ｐｐｍ以内に維持して複数集積可能とするものである。これは著しく小型化は可能ながら寸法加工精度の制約がある、ＭＥＭＳ（micro-electromechanical system）素子では実現できない周波数精度である。
【０００８】
また、前記ＳＡＷ共振素子と、トランジスタあるいはＣ−ＭＯＳにより形成された１個または２個の前記スイッチ回路を内蔵したＩＣ素子と、少なくとも前記ＳＡＷ共振素子および前記ＩＣ素子が収納された収納容器とを有していることが望ましい。
【０００９】
このようにすれば、１個の収納容器内にＳＡＷ共振素子とスイッチ回路を内蔵しているため、周波数シフトの要因となるスイッチ回路に寄生する浮遊容量を含んでＳＡＷ共振子の単体の周波数調整が可能となる。これにより、発振回路とＳＡＷ共振子間の対応性を大幅に改善できる。また、１個の収納容器内にＳＡＷ共振素子とスイッチ回路を内蔵しているため、全体で１個の素子として扱え、周波数検査において著しく作業性が向上できる。従来から多重モードのフィルタ素子は存在するが、これらにおいては、周波数精度は１００ｐｐｍ程度のばらつきを有する。本発明の端子構成をとり各モードを独立に励振すれば、それらの周波数精度を数ｐｐｍ範囲内に調整できるという効果が得られる。
【００１０】
また、前記副ＩＤＴには、前記電極指の１対に対応して１対の浮き電極指が形成されていることが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードと縦ＳＡ０モードの各モードの等価抵抗値を略均等にすることができ、いずれのモードの発振条件を良好に保つことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子の実施形態について、図１と図２によって具体的素子の実施例を説明した後、図３には本発明で使用される圧電基板の具体的な方位を図示し、さらに図４から図９の特性図を用いてその動作状態を詳細に解説する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明に係る縦型多重モードＳＡＷ共振子の一実施例を示したもので、ＳＡＷ共振子の電極パーンの配置を示す平面図である。図１に示すように、縦型多重モードＳＡＷ共振子１２２は、水晶基板１００の上面１１５に縦型多重モードＳＡＷ共振素子１２０（以下、「ＳＡＷ共振素子」という）が形成されている。
【００１４】
水晶基板１００は、後述する所定角度で切り出された略平板状の基板である。水晶基板１００の上面１１５には反射器１０１，１０５、主ＩＤＴ１０２、副ＩＤＴ１０４、ゲイトＩＤＴ１０３、主ＩＤＴ１０２への正負極性の入力端子１０６（一対）、副ＩＤＴへの正負極性の入力端子１０７（一対）が形成されている。なお、主ＩＤＴ１０２は主すだれ状電極、副ＩＤＴ１０４は副すだれ状電極、ゲイトＩＤＴ１０３はゲイトすだれ状電極ともいう。
【００１５】
主ＩＤＴ１０２、副ＩＤＴ１０４、およびゲイトＩＤＴ１０３は、ＩＤＴの正負極性からなる電極指１１６群への給電導体部１１４（バスバーともいう）と接続されている。給電導体部１１４は、いずれもアルミニウム等の金属で形成されている。また、副ＩＤＴ１０４には、給電導体部１１４など他の電極と接続されていない浮き電極１０９が設けられている。反射器１０１，１０５は、並列状態に設けられたアルミ電極導体１１９が接続電極によって接続されて形成されている。説明した反射器１０１，１０５、主ＩＤＴ１０２、ゲイトＩＤＴ１０３、副ＩＤＴ１０４の全体で１個のＳＡＷ共振素子１２０を構成している。
次に、各部位について詳細に説明する。
【００１６】
先ず、図３を用いて水晶基板１００について説明する。図３は、水晶基板１００が有する方位角を示す図である。図３に示すように、水晶基板１００は、面内回転ＳＨカット水晶板でありＳＨ型表面波（基板の主面に平行な成分を有する表面集中型すべり波）で動作するものである。
【００１７】
水晶基板１００は、水晶結晶の基本軸において、電気軸であるＸ軸と機械軸であるＹ軸の２軸が作る面を主面とするＺ板をＸ軸回りに反時計方向にθ°（特に、零温度係数が得られるθ＝２９．２°から４０．７°が好ましい）回転した基板である。そして、この水晶基板１００は、主面の垂線であるＺ'軸回りにＸ軸を起点として面内の回転角Ψが９０±２°である方位をＳＨ型弾性表面波の位相伝播方位軸としたものである。ＳＡＷデバイスでよく使用されるオイラー角表示（φ，θ，ψ）では、φが０±１°範囲であり、θが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、ψが９０±２°の範囲である。
【００１８】
次に、ＳＡＷ共振素子１２０の電極構成について図１に戻り説明する。鏡面研磨された水晶基板１００の主表面である上面１１５に、ＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向軸に直交して、例えば金属アルミニウム（Ａｌ）からなる多数の平行導体の電極指１１６（図１では、副ＩＤＴ１０４に代表して付番している）を周期的に配置した少なくとも１個のＩＤＴ（すだれ状電極とも呼ぶ）が形成されている。本例では、主ＩＤＴ１０２、ゲイトＩＤＴ１０３、および副ＩＤＴ１０４が形成されている。その両側に１対の反射器１０１，１０５を形成して１個のＳＡＷ共振子１２２が形成されている。
【００１９】
ＳＡＷ共振素子１２０のそれぞれのＩＤＴを構成する電極指１１６の電極の膜厚Ｈは、ＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲であり、電極１本の有する反射係数ｒが約０．０６±０．０２に設定されている。さらに、主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の対数（正負極性で１対とする）が４０対以上６０対以下、ゲイトＩＤＴ１０３の電極指１１６の対数が１５対以上２５対以下、反射器１０１，１０５のアルミ電極導体１１９の本数が７０本以上８０本以下であれば十分な特性が得られる。さらに限定すれば、主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の対数が６０対、ゲイトＩＤＴ１０３の電極指１１６の対数が２０±２対、反射器１０１，１０５のアルミ電極導体１１９の本数が８０本であれば最良な特性が得られる。
【００２０】
ＳＡＷ共振素子１２０は、表面波にて動作して３つの定常振動を形作るが、これらの振動は１個のＳＡＷ共振素子１２０内において相互に弾性的に結合するように設計することが必要である。この状態を効果的に形成するために、ゲイトＩＤＴ１０３が必要である。前述のＳＨカットの場合においては、このゲイトＩＤＴ１０３の電極指周期長Ｐ（ｘ）を、主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４が有する電極指周期長ＰＴのいずれに対しても、著しく大きく設定することにより振動の変位状態を制御して、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードを効果的に発生させることができる。ちなみに、図１には記載しないが前記の電極指周期長Ｐ（ｘ）とは各ＩＤＴを構成する電極指１１６の電極幅（ライン）と電極指導体間の距離（スペース）と通常定義されるものである。主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４においては、電極指周期長をＰＴ（１１１，１１２）とし、ゲイトＩＤＴ１０３においては電極指周期長をＰＧ（１１３）と表示した。本例においては、前記寸法比ＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２範囲内に設定することが最適であるが、ＰＧ／ＰＴ＝１．００５以上１．０４以下の範囲でも素子の構成は可能である。図１に示す階段状の線１０８はＳＡＷ共振素子１２０の縦方向（すなわち、弾性表面波の位相伝搬方向）に関して、電極指１１６の電極指周期長Ｐ（ｘ）を図示したものである。
【００２１】
次に、本例のＳＡＷ共振素子１２０が有する振動状態を図６の概念図を用いて詳細に説明する。縦対称Ｓ０モードとは、主電極領域６０４の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）が副ＩＤＴ領域６０６の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）と同位相の状態６０１である。また、前記縦斜対称Ａ０モードとは、主電極領域６０４の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）が副ＩＤＴ領域の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）と逆位相の状態６０２のことである。ただし、図６の６０３と６０７は反射器領域であり、６０５はゲイトＩＤＴである。
【００２２】
次に、図２に本例に係る第２の構成を示し説明する。図２に示す各部位は、縦型多重モードＳＡＷ共振素子（以下、「ＳＡＷ共振素子」という）２００、ＳＡＷ共振素子２００に接続する１対の端子２０１，２０２、スイッチ回路素子２０４，２０５（以下、「ＳＷ回路素子」という）にモード切換信号を入力するモード切換信号端子２０３、およびＳＡＷ共振素子２００とＳＷ回路素子２０４，２０５を収納するセラミックスあるいは金属等からなる収納容器２２０である。なお、収納容器２２０は、樹脂モールド材等で構成されていてもよい。ＳＡＷ共振素子２００は、図１に示す主ＩＤＴ１０２の領域に対応する部位２０１１と副ＩＤＴ１０４の領域に対応する部位２０１２の構成からなり、２端子対構成をとる。また、ＳＷ回路素子２０４，２０５は、それぞれが図２に示す端子１と端子２と端子３との接続状態を有している。この接続状態による前記モード切換信号のＬ（Ｌｏｗ）、Ｈ（Ｈｉｇｈ）およびＭ（Ｍｉｄｌｅ）の電位状態により、各々の励振状態となる。即ち、状態１（端子１との接続状態）により縦対称ＳＯモードが励振され、状態２（端子２との接続状態）により縦斜対称Ａ０モードが励振され、状態３（端子３との接続状態）で縦ＳＡ０モードが励振される。詳述すると、縦対称Ｓ０モードを選択する場合には、図１に示す主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の極性を同一符号（＋）とし、縦斜対称Ａ０モードの選択の場合には、主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の極性を逆符号（＋／−）の関係に設定する。
【００２３】
なお、ＳＷ回路素子２０４，２０５はバイポーラあるいはＭＯＳトランジスタからなる能動素子で形成されてもよく、さらに収納容器２２０に形成された配線パターン（図示せず）の接続部位から構成されていてもかまわない。この場合には配線パターンをレーザ加工などにより切断することにより励振のモードの選択が可能となる。
【００２４】
次に、本例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が実現する動作特性について図４に沿って詳細に説明する。図４は一体のＩＤＴ（対数Ｍ＝１６０対）からなる従来の１ポート型ＳＡＷ共振子が有するアドミタンス特性を示す。同図縦軸は２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）、且つ単位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数変化率ｄｆ／ｆ、単位は１０-6のｐｐｍにより表示した場合である。図中４０３で示すピークＦＳ０が縦対称Ｓ０モード（基本波）であり、図中４０１で示す共振ピークＦＳ１が縦１次対称Ｓ１モードである。両者の周波数差は約３０００ｐｐｍ存在している。ただし、縦斜対称Ａ０モード（周波数ＦＡ０）は観測されないが、図示のＳ０とＳ１との中間点４０２近辺に存在する。ここで、縦対称Ｓ０モードと縦１次対称Ｓ１モードとの周波数差は約１５００ｐｐｍとなり、従来の構成方法で２つの発振周波数ＦＳ０とＦＡ０の周波数差を１００ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下とするためには、ＩＤＴの総対数Ｍを相当大きくとることが必要であった。縦型の２ポートＳＡＷ共振子においても同様な状況である。
【００２５】
次に、図５（Ａ）は本実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子のアドミタンス特性Ｙ（ｆ）である。同図の縦軸は、２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）、且つ単位はシーメンスにて表示し、横軸は、周波数変化率ｄｆ／ｆ、単位は１０-6のｐｐｍにより表示している。図中の曲線５０１Ａが縦対称縦対称Ｓ０モードであり、曲線５０２Ａが縦斜対称Ａ０モードである。両者の共振周波数ＦＳ０とＦＡ０との差（ＦＳ０−ＦＡ０）／ＦＳ０は、１００ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下と近接させることが可能である。また、図中の曲線５０３Ａの共振曲線で表される縦ＳＡ０モード（仮称）は、前記縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードの合成モードである。
【００２６】
また、図５（Ｂ）は、各モードに対応する位相特性である。図中の曲線５０１Ｂが縦対称Ｓ０モード、曲線５０２Ｂが縦斜対称Ａ０モード、曲線５０３Ｂが縦ＳＡ０モードの曲線である。また、試作で得られた各モードの等価定数は、縦対称Ｓ０モードがＲ１＝１７Ω、Ｑ＝１６０００、縦斜対称Ａ０モードがＲ１＝１５Ω、Ｑ＝１６０００、縦ＳＡ０モードがＲ１＝２０Ω、Ｑ＝１０７００であった。各モードの等価定数値を等しくするために、前述の図１に示すの浮き電極１０９を副ＩＤＴ１０４領域に１対配置した。浮き電極１０９を用いなければ、縦対称Ｓ０モードがＲ１＝１１Ω、Ｑ＝１２０００、縦斜対称Ａ０モードがＲ１＝１１Ω、Ｑ＝１２０００、縦ＳＡ０モードがＲ１＝２７Ω、Ｑ＝８０００である。ただし、電極指１１６の交差幅は３５波長とした。
【００２７】
次に、共振周波数ＦＳ０と共振周波数ＦＡ０との差が１００ｐｐｍ〜２００ｐｐｍと極めて接近しているため、実際に発生している振動変位状態がどのようなものかを検証する目的で変位計算を行った結果を図７に示した。図７（Ａ）は、縦対称Ｓ０モードの状態を示し、図７（Ｂ）は、縦斜対称Ａ０モードの状態を示している。図７は、横軸７０２Ａ，７０２Ｂに縦型多重モードＳＡＷ共振素子のＸ軸方向（図１参照）をとり、振動変位の包絡線振幅を縦方向にＵ（Ｘ）（７０４Ａと７０４Ｂ）とし、斜め上方に素子の動作周波数（矢印７０３Ａと矢印７０３Ｂ）をとって描いたものである。極めて近接したＦＳ０とＦＡ０の周波数関係にありながら、はっきりと縦対象Ｓ０モード（７０１Ａ）と縦斜対称Ａ０モード（７０１Ｂ）が独立分離して動作していることがわかる。両者間に結合現象が認められない。このことは、前記縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードの共振周波数精度の作りこみを保障するものである。
【００２８】
次に、図１の電極指周期長寸法ＰＴとＰＧとの比ＰＴＧを横軸として、縦型多重モードＳＡＷ共振子の共振周波数ＦＳ０とＦＡ０およびＦＳＡ０との関係を縦軸としてみたものを図８および図９に示す。一例として、図８（Ａ）は、ゲイトＩＤＴ１０３の対数ＭＧ（以下、「ＭＧ」という）が２０対の場合であり、図８（Ｂ）は、ＭＧが１８対の場合である。図８に示す８０１Ａと８０１ＢがＳ０モードの特性であり、８０２Ａと８０２ＢがＳＡ０モード、８０３Ａと８０３ＢがＡ０モードの特性である。さらに、図９にＳ０モードとＳＡ０モード間の周波数差特性を示した。図９において、曲線９０１は、ＭＧが１８対の場合であり、曲線９０２は、ＭＧが２０対の場合であり、曲線９０３は、ＭＧが２２対の場合である。このＭＧの値を一旦設定すれば、周波数差はＭＧには依存せず、前記ＰＴＧのみに依存すると考えてよい。同図から前記ＰＴＧ＝１．０１±０．００１に設定すれば、Ｓ０とＳＡ０間の周波数差は１００ｐｐｍ±５％に収めることが可能である。実際の電極パターン加工においては、縮小投影露光を用いれば、露光マスク寸法比がそのまま、電極パターン寸法比として転写されると考えられるため、１００ｐｐｍのモード間の周波数差精度はさらに良く実現可能である。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融合してＦＳＫ変調器の部品点数を減らすことが可能であり、今後ＦＳＫ変調器を利用したセンサーシステム分野におおいに貢献できると思われる。また、本発明の前記素子に関して、１個を例にとりに説明したが、複数個を１チップ上に形成しても本発明の趣旨が損なわれないことを付け加える。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子の電極パターンの実施例を示す平面図。
【図２】本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子に係る実施例を示す概略図。
【図３】本発明の水晶基板が有する方位角図。
【図４】従来のＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図５】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図６】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が有する変位状態の概念図。
【図７】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が示す周波数−変位特性図。
【図８】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子の示す周波数特性図。
【図９】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が示す他の周波数特性図。
【符号の説明】
【００３１】
１００…水晶基板、１０１，１０５…反射器、１０２…主ＩＤＴ、１０３…ゲイトＩＤＴ、１０４…副ＩＤＴ、１０６，１０７…入力端子、１０９…浮き電極、１１１，１１２…電極指周期長ＰＴ、１１３…電極指周期長ＰＧ、１１４…給電導体部、１１５…上面、１１６…電極指、１１９…アルミ電極導体、１２０…ＳＡＷ共振素子、１２２…縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶を用いたＳＡＷ共振子に関し、１個のＳＡＷ共振素子で複数の発振周波数を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（水晶基板の一例）を用いたＳＡＷ共振素子で構成される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く、且つ所望の周波数を直接発振させることが可能であるために、各種無線系のＳＡＷ発振器に使用されている。また、このＳＡＷ共振子は、ジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性、且つ低コストに容易に得られるという長所がある。
これらの理由から近年、一例として乗用車のドアの自動開閉にはＳＡＷ共振子を用いた微弱無線機（キーレスエントリー装置）が多数使用されるようになっている。この微弱無線機には周波数が可変できるＳＡＷ発振器を構成したＦＳＫ変調器が使われている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２５２０１６号公報
【特許文献２】特開２００６−４１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の従来技術のＳＡＷ共振子を使用したＦＳＫ変調器は、ＦＳＫ変調するための２つの周波数の発生手段として、伸張コイルと切換電圧発生回路と可変容量ダイオード等の素子を使用することが必要である（例えば、特許文献１参照）。このためこれら部品によりコストアップとなり、さらには、各素子の特性のバラツキが重なって周波数調整の際に歩留まりが低下するなどの不具合を生じることがあった。また近年、ＳＡＷ共振子が使用される装置の小形化要請が強まりＦＳＫ変調器の小形化、あるいは電波事情の輻輳に対して発振周波数精度の向上による通信品質の改善も必要になって来た。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するもので、その目的とするところは、外付け素子である伸張コイル、可変容量ダイオード等を用いない、小型、且つ低コストなＦＳＫ変調器が実現可能な、ＳＨ波（特許文献２参照）を用いた縦型多重モードＳＡＷ共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子は、水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、光軸であるＺ軸回りに反時計方向に０±１°の範囲であり、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向に２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、新たに生成されたＺ'軸回りに、前記Ｘ軸を起点として反時計方向に９０±２°の範囲である方向を弾性表面波の位相伝搬方位とするＳＨ波を使用する水晶基板と、前記水晶基板上に形成され、アルミ（Ａｌ）で形成された電極指をそれぞれ有するゲイトＩＤＴと該ゲイトＩＤＴを挟む両側の内の一方側に設けられた主ＩＤＴおよび他方側に設けられた副ＩＤＴと、アルミ（Ａｌ）で形成されたアルミ電極導体を有し、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの外側に１対で形成された反射器とを有するＳＡＷ共振素子と、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を切り換えるスイッチ回路と、を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子であって、前記ＳＡＷ共振素子は、前記電極指の厚さＨが、前記ＳＡＷ共振素子のＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲内、且つ前記電極指１つの有する反射係数ｒが０．０６±０．０２、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指の対数（正負極性で１対とする）が、４０対以上６０対以下、前記ゲイトＩＤＴの対数が２０±４対、および前記反射器のアルミ電極導体の本数が７０本以上８０本以下、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指周期長ＰＴに対して、前記ゲイトＩＤＴの前記電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２の範囲内で形成されており、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴとの極性を前記スイッチ回路により同符号に接続して、縦対称Ｓ０モードである第１の振動状態で第１の発振周波数ＦＳ０を励振させ、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路により逆符号に接続して、縦斜対称Ａ０モードである第２の振動状態を励振して前記第１の発振周波数ＦＳ０と僅かに異なる第２の発振周波数ＦＡ０を発生させ、前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路にて開放状態として、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードとが合成された縦ＳＡ０モードである第３の振動状態で、前記第１の発振周波数ＦＳ０と前記第２の発振周波数ＦＡ０の中間周波数である第３の発振周波数ＦＳＡ０を発生させていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子によれば、前述の方位のＳＨ波を使用した結果、従来のＳＴカットを使用した場合と比較して、周波数−温度特性が約半分となることから２倍の精度が実現できる。
さらに、反射係数ｒが２倍大きなＳＨ波を使用した結果、２個のＳＡＷ共振子を並列使用して２つのモードを発生している先願技術に対して、１個のＳＡＷ共振素子内に形成したゲイトＩＤＴの効果とあわせて、ＩＤＴの総対数を少なくしても所望の２つの振動状態を発生させることが可能であるため、ＩＤＴの総対数（Ｍ）が１００対から１４０対程度とすることができＳＴ基板程度に素子の小形化が可能である。
また、主ＩＤＴおよび副ＩＤＴの電極指周期長ＰＴに対して、ゲイトＩＤＴの電極指周期長ＰＧの比であるＰＧ／ＰＴを１より大幅に大きく設定することにより、従来の縦型では不可能であった２つの発生周波数差が１００ｐｐｍ程度に接近した多周波数を発生できる。これによって、ＦＳＫ変調器用途のＳＡＷ共振素子を提供できる。
さらにまた、水晶基板を用いたＳＡＷ共振素子で本願の構成をとることにより、より高度に基板表面に集積化された弾性波素子の周波数精度を数ｐｐｍ以内に維持して複数集積可能とするものである。これは著しく小型化は可能ながら寸法加工精度の制約がある、ＭＥＭＳ（micro-electromechanical system）素子では実現できない周波数精度である。
【０００８】
また、前記ＳＡＷ共振素子と、トランジスタあるいはＣ−ＭＯＳにより形成された１個または２個の前記スイッチ回路を内蔵したＩＣ素子と、少なくとも前記ＳＡＷ共振素子および前記ＩＣ素子が収納された収納容器とを有していることが望ましい。
【０００９】
このようにすれば、１個の収納容器内にＳＡＷ共振素子とスイッチ回路を内蔵しているため、周波数シフトの要因となるスイッチ回路に寄生する浮遊容量を含んでＳＡＷ共振子の単体の周波数調整が可能となる。これにより、発振回路とＳＡＷ共振子間の対応性を大幅に改善できる。また、１個の収納容器内にＳＡＷ共振素子とスイッチ回路を内蔵しているため、全体で１個の素子として扱え、周波数検査において著しく作業性が向上できる。従来から多重モードのフィルタ素子は存在するが、これらにおいては、周波数精度は１００ｐｐｍ程度のばらつきを有する。本発明の端子構成をとり各モードを独立に励振すれば、それらの周波数精度を数ｐｐｍ範囲内に調整できるという効果が得られる。
【００１０】
また、前記副ＩＤＴには、前記電極指の１対に対応して１対の浮き電極指が形成されていることが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードと縦ＳＡ０モードの各モードの等価抵抗値を略均等にすることができ、いずれのモードの発振条件を良好に保つことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子の実施形態について、図１と図２によって具体的素子の実施例を説明した後、図３には本発明で使用される圧電基板の具体的な方位を図示し、さらに図４から図９の特性図を用いてその動作状態を詳細に解説する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明に係る縦型多重モードＳＡＷ共振子の一実施例を示したもので、ＳＡＷ共振子の電極パーンの配置を示す平面図である。図１に示すように、縦型多重モードＳＡＷ共振子１２２は、水晶基板１００の上面１１５に縦型多重モードＳＡＷ共振素子１２０（以下、「ＳＡＷ共振素子」という）が形成されている。
【００１４】
水晶基板１００は、後述する所定角度で切り出された略平板状の基板である。水晶基板１００の上面１１５には反射器１０１，１０５、主ＩＤＴ１０２、副ＩＤＴ１０４、ゲイトＩＤＴ１０３、主ＩＤＴ１０２への正負極性の入力端子１０６（一対）、副ＩＤＴへの正負極性の入力端子１０７（一対）が形成されている。なお、主ＩＤＴ１０２は主すだれ状電極、副ＩＤＴ１０４は副すだれ状電極、ゲイトＩＤＴ１０３はゲイトすだれ状電極ともいう。
【００１５】
主ＩＤＴ１０２、副ＩＤＴ１０４、およびゲイトＩＤＴ１０３は、ＩＤＴの正負極性からなる電極指１１６群への給電導体部１１４（バスバーともいう）と接続されている。給電導体部１１４は、いずれもアルミニウム等の金属で形成されている。また、副ＩＤＴ１０４には、給電導体部１１４など他の電極と接続されていない浮き電極１０９が設けられている。反射器１０１，１０５は、並列状態に設けられたアルミ電極導体１１９が接続電極によって接続されて形成されている。説明した反射器１０１，１０５、主ＩＤＴ１０２、ゲイトＩＤＴ１０３、副ＩＤＴ１０４の全体で１個のＳＡＷ共振素子１２０を構成している。
次に、各部位について詳細に説明する。
【００１６】
先ず、図３を用いて水晶基板１００について説明する。図３は、水晶基板１００が有する方位角を示す図である。図３に示すように、水晶基板１００は、面内回転ＳＨカット水晶板でありＳＨ型表面波（基板の主面に平行な成分を有する表面集中型すべり波）で動作するものである。
【００１７】
水晶基板１００は、水晶結晶の基本軸において、電気軸であるＸ軸と機械軸であるＹ軸の２軸が作る面を主面とするＺ板をＸ軸回りに反時計方向にθ°（特に、零温度係数が得られるθ＝２９．２°から４０．７°が好ましい）回転した基板である。そして、この水晶基板１００は、主面の垂線であるＺ'軸回りにＸ軸を起点として面内の回転角Ψが９０±２°である方位をＳＨ型弾性表面波の位相伝播方位軸としたものである。ＳＡＷデバイスでよく使用されるオイラー角表示（φ，θ，ψ）では、φが０±１°範囲であり、θが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、ψが９０±２°の範囲である。
【００１８】
次に、ＳＡＷ共振素子１２０の電極構成について図１に戻り説明する。鏡面研磨された水晶基板１００の主表面である上面１１５に、ＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向軸に直交して、例えば金属アルミニウム（Ａｌ）からなる多数の平行導体の電極指１１６（図１では、副ＩＤＴ１０４に代表して付番している）を周期的に配置した少なくとも１個のＩＤＴ（すだれ状電極とも呼ぶ）が形成されている。本例では、主ＩＤＴ１０２、ゲイトＩＤＴ１０３、および副ＩＤＴ１０４が形成されている。その両側に１対の反射器１０１，１０５を形成して１個のＳＡＷ共振子１２２が形成されている。
【００１９】
ＳＡＷ共振素子１２０のそれぞれのＩＤＴを構成する電極指１１６の電極の膜厚Ｈは、ＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲であり、電極１本の有する反射係数ｒが約０．０６±０．０２に設定されている。さらに、主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の対数（正負極性で１対とする）が４０対以上６０対以下、ゲイトＩＤＴ１０３の電極指１１６の対数が１５対以上２５対以下、反射器１０１，１０５のアルミ電極導体１１９の本数が７０本以上８０本以下であれば十分な特性が得られる。さらに限定すれば、主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の対数が６０対、ゲイトＩＤＴ１０３の電極指１１６の対数が２０±２対、反射器１０１，１０５のアルミ電極導体１１９の本数が８０本であれば最良な特性が得られる。
【００２０】
ＳＡＷ共振素子１２０は、表面波にて動作して３つの定常振動を形作るが、これらの振動は１個のＳＡＷ共振素子１２０内において相互に弾性的に結合するように設計することが必要である。この状態を効果的に形成するために、ゲイトＩＤＴ１０３が必要である。前述のＳＨカットの場合においては、このゲイトＩＤＴ１０３の電極指周期長Ｐ（ｘ）を、主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４が有する電極指周期長ＰＴのいずれに対しても、著しく大きく設定することにより振動の変位状態を制御して、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードを効果的に発生させることができる。ちなみに、図１には記載しないが前記の電極指周期長Ｐ（ｘ）とは各ＩＤＴを構成する電極指１１６の電極幅（ライン）と電極指導体間の距離（スペース）と通常定義されるものである。主ＩＤＴ１０２および副ＩＤＴ１０４においては、電極指周期長をＰＴ（１１１，１１２）とし、ゲイトＩＤＴ１０３においては電極指周期長をＰＧ（１１３）と表示した。本例においては、前記寸法比ＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２範囲内に設定することが最適であるが、ＰＧ／ＰＴ＝１．００５以上１．０４以下の範囲でも素子の構成は可能である。図１に示す階段状の線１０８はＳＡＷ共振素子１２０の縦方向（すなわち、弾性表面波の位相伝搬方向）に関して、電極指１１６の電極指周期長Ｐ（ｘ）を図示したものである。
【００２１】
次に、本例のＳＡＷ共振素子１２０が有する振動状態を図６の概念図を用いて詳細に説明する。縦対称Ｓ０モードとは、主電極領域６０４の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）が副ＩＤＴ領域６０６の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）と同位相の状態６０１である。また、前記縦斜対称Ａ０モードとは、主電極領域６０４の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）が副ＩＤＴ領域の振動振幅の包絡線変位Ｕ（Ｘ）と逆位相の状態６０２のことである。ただし、図６の６０３と６０７は反射器領域であり、６０５はゲイトＩＤＴである。
【００２２】
次に、図２に本例に係る第２の構成を示し説明する。図２に示す各部位は、縦型多重モードＳＡＷ共振素子（以下、「ＳＡＷ共振素子」という）２００、ＳＡＷ共振素子２００に接続する１対の端子２０１，２０２、スイッチ回路素子２０４，２０５（以下、「ＳＷ回路素子」という）にモード切換信号を入力するモード切換信号端子２０３、およびＳＡＷ共振素子２００とＳＷ回路素子２０４，２０５を収納するセラミックスあるいは金属等からなる収納容器２２０である。なお、収納容器２２０は、樹脂モールド材等で構成されていてもよい。ＳＡＷ共振素子２００は、図１に示す主ＩＤＴ１０２の領域に対応する部位２０１１と副ＩＤＴ１０４の領域に対応する部位２０１２の構成からなり、２端子対構成をとる。また、ＳＷ回路素子２０４，２０５は、それぞれが図２に示す端子１と端子２と端子３との接続状態を有している。この接続状態による前記モード切換信号のＬ（Ｌｏｗ）、Ｈ（Ｈｉｇｈ）およびＭ（Ｍｉｄｌｅ）の電位状態により、各々の励振状態となる。即ち、状態１（端子１との接続状態）により縦対称ＳＯモードが励振され、状態２（端子２との接続状態）により縦斜対称Ａ０モードが励振され、状態３（端子３との接続状態）で縦ＳＡ０モードが励振される。詳述すると、縦対称Ｓ０モードを選択する場合には、図１に示す主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の極性を同一符号（＋）とし、縦斜対称Ａ０モードの選択の場合には、主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４の電極指１１６の極性を逆符号（＋／−）の関係に設定する。
【００２３】
なお、ＳＷ回路素子２０４，２０５はバイポーラあるいはＭＯＳトランジスタからなる能動素子で形成されてもよく、さらに収納容器２２０に形成された配線パターン（図示せず）の接続部位から構成されていてもかまわない。この場合には配線パターンをレーザ加工などにより切断することにより励振のモードの選択が可能となる。
【００２４】
次に、本例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が実現する動作特性について図４に沿って詳細に説明する。図４は一体のＩＤＴ（対数Ｍ＝１６０対）からなる従来の１ポート型ＳＡＷ共振子が有するアドミタンス特性を示す。同図縦軸は２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）、且つ単位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数変化率ｄｆ／ｆ、単位は１０-6のｐｐｍにより表示した場合である。図中４０３で示すピークＦＳ０が縦対称Ｓ０モード（基本波）であり、図中４０１で示す共振ピークＦＳ１が縦１次対称Ｓ１モードである。両者の周波数差は約３０００ｐｐｍ存在している。ただし、縦斜対称Ａ０モード（周波数ＦＡ０）は観測されないが、図示のＳ０とＳ１との中間点４０２近辺に存在する。ここで、縦対称Ｓ０モードと縦１次対称Ｓ１モードとの周波数差は約１５００ｐｐｍとなり、従来の構成方法で２つの発振周波数ＦＳ０とＦＡ０の周波数差を１００ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下とするためには、ＩＤＴの総対数Ｍを相当大きくとることが必要であった。縦型の２ポートＳＡＷ共振子においても同様な状況である。
【００２５】
次に、図５（Ａ）は本実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子のアドミタンス特性Ｙ（ｆ）である。同図の縦軸は、２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）、且つ単位はシーメンスにて表示し、横軸は、周波数変化率ｄｆ／ｆ、単位は１０-6のｐｐｍにより表示している。図中の曲線５０１Ａが縦対称縦対称Ｓ０モードであり、曲線５０２Ａが縦斜対称Ａ０モードである。両者の共振周波数ＦＳ０とＦＡ０との差（ＦＳ０−ＦＡ０）／ＦＳ０は、１００ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下と近接させることが可能である。また、図中の曲線５０３Ａの共振曲線で表される縦ＳＡ０モード（仮称）は、前記縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードの合成モードである。
【００２６】
また、図５（Ｂ）は、各モードに対応する位相特性である。図中の曲線５０１Ｂが縦対称Ｓ０モード、曲線５０２Ｂが縦斜対称Ａ０モード、曲線５０３Ｂが縦ＳＡ０モードの曲線である。また、試作で得られた各モードの等価定数は、縦対称Ｓ０モードがＲ１＝１７Ω、Ｑ＝１６０００、縦斜対称Ａ０モードがＲ１＝１５Ω、Ｑ＝１６０００、縦ＳＡ０モードがＲ１＝２０Ω、Ｑ＝１０７００であった。各モードの等価定数値を等しくするために、前述の図１に示すの浮き電極１０９を副ＩＤＴ１０４領域に１対配置した。浮き電極１０９を用いなければ、縦対称Ｓ０モードがＲ１＝１１Ω、Ｑ＝１２０００、縦斜対称Ａ０モードがＲ１＝１１Ω、Ｑ＝１２０００、縦ＳＡ０モードがＲ１＝２７Ω、Ｑ＝８０００である。ただし、電極指１１６の交差幅は３５波長とした。
【００２７】
次に、共振周波数ＦＳ０と共振周波数ＦＡ０との差が１００ｐｐｍ〜２００ｐｐｍと極めて接近しているため、実際に発生している振動変位状態がどのようなものかを検証する目的で変位計算を行った結果を図７に示した。図７（Ａ）は、縦対称Ｓ０モードの状態を示し、図７（Ｂ）は、縦斜対称Ａ０モードの状態を示している。図７は、横軸７０２Ａ，７０２Ｂに縦型多重モードＳＡＷ共振素子のＸ軸方向（図１参照）をとり、振動変位の包絡線振幅を縦方向にＵ（Ｘ）（７０４Ａと７０４Ｂ）とし、斜め上方に素子の動作周波数（矢印７０３Ａと矢印７０３Ｂ）をとって描いたものである。極めて近接したＦＳ０とＦＡ０の周波数関係にありながら、はっきりと縦対象Ｓ０モード（７０１Ａ）と縦斜対称Ａ０モード（７０１Ｂ）が独立分離して動作していることがわかる。両者間に結合現象が認められない。このことは、前記縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードの共振周波数精度の作りこみを保障するものである。
【００２８】
次に、図１の電極指周期長寸法ＰＴとＰＧとの比ＰＴＧを横軸として、縦型多重モードＳＡＷ共振子の共振周波数ＦＳ０とＦＡ０およびＦＳＡ０との関係を縦軸としてみたものを図８および図９に示す。一例として、図８（Ａ）は、ゲイトＩＤＴ１０３の対数ＭＧ（以下、「ＭＧ」という）が２０対の場合であり、図８（Ｂ）は、ＭＧが１８対の場合である。図８に示す８０１Ａと８０１ＢがＳ０モードの特性であり、８０２Ａと８０２ＢがＳＡ０モード、８０３Ａと８０３ＢがＡ０モードの特性である。さらに、図９にＳ０モードとＳＡ０モード間の周波数差特性を示した。図９において、曲線９０１は、ＭＧが１８対の場合であり、曲線９０２は、ＭＧが２０対の場合であり、曲線９０３は、ＭＧが２２対の場合である。このＭＧの値を一旦設定すれば、周波数差はＭＧには依存せず、前記ＰＴＧのみに依存すると考えてよい。同図から前記ＰＴＧ＝１．０１±０．００１に設定すれば、Ｓ０とＳＡ０間の周波数差は１００ｐｐｍ±５％に収めることが可能である。実際の電極パターン加工においては、縮小投影露光を用いれば、露光マスク寸法比がそのまま、電極パターン寸法比として転写されると考えられるため、１００ｐｐｍのモード間の周波数差精度はさらに良く実現可能である。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融合してＦＳＫ変調器の部品点数を減らすことが可能であり、今後ＦＳＫ変調器を利用したセンサーシステム分野におおいに貢献できると思われる。また、本発明の前記素子に関して、１個を例にとりに説明したが、複数個を１チップ上に形成しても本発明の趣旨が損なわれないことを付け加える。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子の電極パターンの実施例を示す平面図。
【図２】本発明の縦型多重モードＳＡＷ共振子に係る実施例を示す概略図。
【図３】本発明の水晶基板が有する方位角図。
【図４】従来のＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図５】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図６】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が有する変位状態の概念図。
【図７】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が示す周波数−変位特性図。
【図８】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子の示す周波数特性図。
【図９】本発明に係る実施例の縦型多重モードＳＡＷ共振子が示す他の周波数特性図。
【符号の説明】
【００３１】
１００…水晶基板、１０１，１０５…反射器、１０２…主ＩＤＴ、１０３…ゲイトＩＤＴ、１０４…副ＩＤＴ、１０６，１０７…入力端子、１０９…浮き電極、１１１，１１２…電極指周期長ＰＴ、１１３…電極指周期長ＰＧ、１１４…給電導体部、１１５…上面、１１６…電極指、１１９…アルミ電極導体、１２０…ＳＡＷ共振素子、１２２…縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、光軸であるＺ軸回りに反時計方向に０±１°の範囲であり、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向に２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、新たに生成されたＺ'軸回りに、前記Ｘ軸を起点として反時計方向に９０±２°の範囲である方向を弾性表面波の位相伝搬方位とするＳＨ波を使用する水晶基板と、
前記水晶基板上に形成され、アルミ（Ａｌ）で形成された電極指をそれぞれ有するゲイトＩＤＴと該ゲイトＩＤＴを挟む両側の内の一方側に設けられた主ＩＤＴおよび他方側に設けられた副ＩＤＴと、アルミ（Ａｌ）で形成されたアルミ電極導体を有し、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの外側に１対で形成された反射器とを有するＳＡＷ共振素子と、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を切り換えるスイッチ回路と、を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子であって、
前記ＳＡＷ共振素子は、前記電極指の厚さＨが、前記ＳＡＷ共振素子のＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲内、且つ前記電極指１つの有する反射係数ｒが０．０６±０．０２、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指の対数（正負極性で１対とする）が、４０対以上６０対以下、前記ゲイトＩＤＴの対数が２０±４対、および前記反射器のアルミ電極導体の本数が７０本以上８０本以下、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指周期長ＰＴに対して、前記ゲイトＩＤＴの前記電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２の範囲内で形成されており、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴとの極性を前記スイッチ回路により同符号に接続して、縦対称Ｓ０モードである第１の振動状態で第１の発振周波数ＦＳ０を励振させ、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路により逆符号に接続して、縦斜対称Ａ０モードである第２の振動状態を励振して前記第１の発振周波数ＦＳ０と僅かに異なる第２の発振周波数ＦＡ０を発生させ、
前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路にて開放状態として、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードとが合成された縦ＳＡ０モードである第３の振動状態で、前記第１の発振周波数ＦＳ０と前記第２の発振周波数ＦＡ０の中間周波数である第３の発振周波数ＦＳＡ０を発生させていることを特徴とする縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【請求項２】
前記ＳＡＷ共振素子と、
トランジスタあるいはＣ−ＭＯＳにより形成された１個または２個の前記スイッチ回路を内蔵したＩＣ素子と、
少なくとも前記ＳＡＷ共振素子および前記ＩＣ素子が収納された収納容器とを有していることを特徴とする請求項１に記載の縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【請求項３】
前記副ＩＤＴには、前記電極指の１対に対応して１対の浮き電極指が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【請求項１】
水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、光軸であるＺ軸回りに反時計方向に０±１°の範囲であり、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向に２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、新たに生成されたＺ'軸回りに、前記Ｘ軸を起点として反時計方向に９０±２°の範囲である方向を弾性表面波の位相伝搬方位とするＳＨ波を使用する水晶基板と、
前記水晶基板上に形成され、アルミ（Ａｌ）で形成された電極指をそれぞれ有するゲイトＩＤＴと該ゲイトＩＤＴを挟む両側の内の一方側に設けられた主ＩＤＴおよび他方側に設けられた副ＩＤＴと、アルミ（Ａｌ）で形成されたアルミ電極導体を有し、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの外側に１対で形成された反射器とを有するＳＡＷ共振素子と、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を切り換えるスイッチ回路と、を有する縦型多重モードＳＡＷ共振子であって、
前記ＳＡＷ共振素子は、前記電極指の厚さＨが、前記ＳＡＷ共振素子のＳＨ弾性表面波の波長λと比較した膜厚比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の範囲内、且つ前記電極指１つの有する反射係数ｒが０．０６±０．０２、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指の対数（正負極性で１対とする）が、４０対以上６０対以下、前記ゲイトＩＤＴの対数が２０±４対、および前記反射器のアルミ電極導体の本数が７０本以上８０本以下、且つ、前記主ＩＤＴおよび前記副ＩＤＴの前記電極指周期長ＰＴに対して、前記ゲイトＩＤＴの前記電極指周期長ＰＧの比をＰＧ／ＰＴ＝１．０１±０．００２の範囲内で形成されており、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴとの極性を前記スイッチ回路により同符号に接続して、縦対称Ｓ０モードである第１の振動状態で第１の発振周波数ＦＳ０を励振させ、
前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路により逆符号に接続して、縦斜対称Ａ０モードである第２の振動状態を励振して前記第１の発振周波数ＦＳ０と僅かに異なる第２の発振周波数ＦＡ０を発生させ、
前記副ＩＤＴの極性を前記スイッチ回路にて開放状態として、縦対称Ｓ０モードと縦斜対称Ａ０モードとが合成された縦ＳＡ０モードである第３の振動状態で、前記第１の発振周波数ＦＳ０と前記第２の発振周波数ＦＡ０の中間周波数である第３の発振周波数ＦＳＡ０を発生させていることを特徴とする縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【請求項２】
前記ＳＡＷ共振素子と、
トランジスタあるいはＣ−ＭＯＳにより形成された１個または２個の前記スイッチ回路を内蔵したＩＣ素子と、
少なくとも前記ＳＡＷ共振素子および前記ＩＣ素子が収納された収納容器とを有していることを特徴とする請求項１に記載の縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【請求項３】
前記副ＩＤＴには、前記電極指の１対に対応して１対の浮き電極指が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型多重モードＳＡＷ共振子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１４１２９９（Ｐ２００８−１４１２９９Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３１１８（Ｐ２００６−３２３１１８）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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