(57)【要約】【課題】Ｑ値が向上したＳＡＷ共振子及びこのＳＡＷ共振子を備えたＳＡＷ発振器の提供。【解決手段】ＳＡＷ共振子１は、水晶基板１０と、水晶基板１０の主面１１に設けられた、隣り合う２つのＩＤＴ電極２０，２１と、２つのＩＤＴ電極２０，２１の両側に設けられた反射器３０，３１とを備え、２つのＩＤＴ電極２０，２１間のギャップをＤとし、ＩＤＴ電極２０，２１の電極指２０ａ，２１ａ，２１ａ，２１ｂのピッチをＬｔとし、反射器３０，３１の電極指３０ａ，３１ａのピッチをＬｒとしたときに、（１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）、（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、の２つの関係式を満たすことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板と、前記水晶基板の主面に設けられた隣り合う２つのＩＤＴ電極と、前記２つのＩＤＴ電極の両側に設けられた反射器とを備え、
前記２つのＩＤＴ電極間のギャップをＤとし、前記２つのＩＤＴ電極の電極指のピッチをＬｔとし、前記反射器の電極指のピッチをＬｒとしたときに、
（１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）
（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６
の２つの関係式を満たすことを特徴とするＳＡＷ共振子。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＡＷ共振子において、前記水晶基板のオイラー角が、（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））であることを特徴とするＳＡＷ共振子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子を励振する発振回路とを備えたことを特徴とするＳＡＷ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷ共振子及びＳＡＷ共振子を備えたＳＡＷ発振器に関し、特にＳＡＷ共振子のＱ値に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数個のグレーティング反射器（以下、反射器という）と、該反射器の間に配置された少なくとも１つの励振用交叉指状電極及び受信用交叉指状電極（以下、ＩＤＴ電極という）とが圧電基板（以下、水晶基板という）上に形成され、ＩＤＴ電極の電極周期がＬである弾性表面波装置において、２つのＩＤＴ電極の距離ｌ１が（２ｎ＋１）Ｌ／４＜ｌ１＜（ｎ＋１）Ｌ／２：ｎ＝０，１，２，…）に設定された弾性表面波装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記弾性表面波装置は、２つのＩＤＴ電極の距離ｌ１が上記のように設定されることで、共振モードが複数存在し、弾性表面波装置としてのＳＡＷフィルタに用いた場合、通過帯域の広帯域化が可能になる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１９２１１２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、上記弾性表面波装置は、通過帯域の広帯域化と引き換えに、Ｑ値が低下する。これにより、上記弾性表面波装置の構成を弾性表面波装置としてのＳＡＷ共振子に適用した場合には、例えば、ＧＨｚ帯の高精度のＳＡＷ発振器などに用いられる際の要求仕様である２０００以上のＱ値が得られない。
このことから、上記ＳＡＷ共振子を用いたＳＡＷ発振器は、ＳＡＷ共振子のＱ値に大きく依存する位相ノイズ特性が向上せず、所望の性能を満足できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかるＳＡＷ共振子は、水晶基板と、前記水晶基板の主面に設けられた隣り合う２つのＩＤＴ電極と、前記２つのＩＤＴ電極の両側に設けられた反射器とを備え、前記２つのＩＤＴ電極間のギャップをＤとし、前記２つのＩＤＴ電極の電極指のピッチをＬｔとし、前記反射器の電極指のピッチをＬｒとしたときに、（１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、の２つの関係式を満たすことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、ＳＡＷ共振子は、（１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）、（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、の２つの関係式を満たす。
【０００８】
この２つの関係式を満たすことにより、ＳＡＷ共振子は、例えば、挿入損失が９ｄＢ以下、スプリアスレベルが１０ｄＢｃ以上であって、Ｑ値を２０００以上とすることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかるＳＡＷ共振子は、前記水晶基板のオイラー角が、（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））であることが好ましい。
【００１０】
これによれば、ＳＡＷ共振子は、水晶基板のオイラー角が、（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））であることから、水晶基板の２次温度係数を小さくすることができる。
このことから、ＳＡＷ共振子は、周囲の温度変化に伴う周波数の変動が少ない、優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００１１】
［適用例３］本適用例にかかるＳＡＷ発振器は、適用例１または２に記載のＳＡＷ共振子と、前記ＳＡＷ共振子を励振する発振回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
これによれば、ＳＡＷ発振器は、適用例１または２に記載のＳＡＷ共振子と、ＳＡＷ共振子を励振する発振回路とを備えていることから、発振時の位相ノイズ特性が向上し、所望の性能を満足することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、ＳＡＷ共振子及びＳＡＷ発振器の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施形態）
図１は、本実施形態のＳＡＷ共振子の主要構成を示す模式平面図である。
図１に示すように、ＳＡＷ共振子１は、平面形状が略矩形で平板状の水晶基板１０と、水晶基板１０の主面１１に設けられた、隣り合う２つのＩＤＴ電極２０，２１と、２つのＩＤＴ電極２０，２１の両側に設けられた反射器３０，３１とを備えている。
【００１５】
水晶基板１０は、オイラー角が（０°，１２７°，４５°）となるように、所定の厚みに研磨された水晶ウエハなどから形成されている。なお、水晶基板１０のオイラー角は（０°，１２７°，４５°）に限定する必要はなく、（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））の範囲内から選択できる。この範囲内であれば、２次温度係数の小さい良好な周波数温度特性のＳＡＷ共振子１が得られる。
ＩＤＴ電極２０，２１及び反射器３０，３１は、水晶基板１０の主面１１に導体金属を蒸着またはスパッタなどにより薄膜状に形成した後に、フォトリソグラフィ技術などを用いて形成されている。なお、導体金属には、アルミ、アルミ合金などの金属が用いられているが、他にも金，銀，銅，タンタル，タングステンなどの金属やそれらの何れかを主成分とした合金を用いることが可能である。
また、ＩＤＴ電極２０，２１及び反射器３０，３１は、図示しない厚みをｔとしたときに、ｔ／λ（ＳＡＷ（弾性表面波）の波長）＝０．０５となるように形成されている。なお、ｔ／λ＝０．０５は一例であり、ｔ／λは０．０５以外の値であってもよい。
【００１６】
ＩＤＴ電極２０，２１は、互いにかみ合う複数対の櫛歯状の電極指２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂからなり、電極指２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂは、延在方向（長手方向）の一端側がそれぞれ共通接続されている。
また、反射器３０，３１は、複数の電極指３０ａ，３１ａからなり、電極指３０ａ，３１ａは、延在方向の両端がそれぞれ共通接続されている。ただし、共通接続される箇所は電極指３０ａ，３１ａの延在方向両端でなくてもよく、例えば延在方向の何れか一端のみであってもよいし、延在方向の中心で共通接続されていてもよい。
【００１７】
ここで、ＳＡＷ共振子１は、２つのＩＤＴ電極２０，２１間のギャップをＤとし、ＩＤＴ電極２０，２１の電極指２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂのピッチをＬｔとし、反射器３０，３１の電極指３０ａ，３１ａのピッチをＬｒとしたときに、
（１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）、
（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、
の２つの関係式を満たす構成となっている。
なお、ギャップＤは、ＩＤＴ電極２０，２１の隣り合う電極指２０ｂ，２１ａの延在方向に沿ったそれぞれの中心線間の距離Ｌ１から、片側Ｌｔ／４ずつ、合計でＬｔ／２減じた距離である。
【００１８】
また、ＩＤＴ電極２０と反射器３０との隣り合う電極指２０ａ，３０ａの延在方向に沿ったそれぞれの中心線間の距離Ｌ２、及びＩＤＴ電極２１と反射器３１との隣り合う電極指２１ｂ，３１ａの延在方向に沿ったそれぞれの中心線間の距離Ｌ３は、（Ｌｔ＋Ｌｒ）／４となっている。
【００１９】
ここで、ギャップＤ、Ｌｔ／Ｌｒの設定過程について図面を参照して説明する。
発明者らは、シミュレーション、試作サンプル確認などの方法を用いて、以下の手順でギャップＤ、Ｌｔ／Ｌｒを設定した。なお、シミュレーションに当たっては、上記（１）の関係式におけるｎを０とした。
【００２０】
設定の前提条件となる、例えば、ＧＨｚ帯の高精度のＳＡＷ発振器などに用いられるＳＡＷ共振子に対する要求仕様は、次のとおりである。
・Ｑ値：２０００以上。
・挿入損失：９ｄＢ以下。
・スプリアスレベル：１０ｄＢｃ以上。
【００２１】
まず、Ｌｔ／Ｌｒを０．９９９に固定して、ギャップＤと挿入損失及びスプリアスレベルとの関係をシミュレーションにより把握した。
図２は、ギャップＤと挿入損失及びスプリアスレベルとの関係を示したグラフである。図２（ａ）は、ギャップＤと挿入損失との関係を示したグラフであり、図２（ｂ）は、ギャップＤとスプリアスレベルとの関係を示したグラフである。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、挿入損失９ｄＢ以下を満足するギャップＤの値は、−０．１Ｌｔ〜＋０．０６Ｌｔとなっている。また、図２（ｂ）に示すように、スプリアスレベル１０ｄＢｃ以上を満足するギャップＤの値は、−０．１Ｌｔ〜＋０．１２Ｌｔとなっている。
【００２３】
次に、ギャップＤを＋０．０３Ｌｔに固定して、Ｌｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係をシミュレーションにより把握した。
図３は、Ｌｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係を示したグラフである。図３（ａ）は、Ｌｔ／Ｌｒと挿入損失との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）は、Ｌｔ／ＬｒとＱ値との関係を示したグラフである。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、挿入損失は、Ｌｔ／Ｌｒが１に近づくに連れて増大し、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９５を超えると、９ｄＢ以上となる。
また、図３（ｂ）に示すように、Ｑ値は、Ｌｔ／Ｌｒが１に近づくに連れて増大し、１近傍で２０００以上となる。
【００２５】
次に、ギャップＤを０Ｌｔから＋０．０９Ｌｔに変化させたときの、Ｌｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係をシミュレーションにより把握した。
図４は、各ギャップＤのＬｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係を示したグラフである。図４（ａ）は、各ギャップＤのＬｔ／Ｌｒと挿入損失との関係を示したグラフであり、図４（ｂ）は、各ギャップＤのＬｔ／ＬｒとＱ値との関係を示したグラフである。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、挿入損失は、ギャップＤが０Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９６を超えると、９ｄＢ以上となり、ギャップＤが＋０．０１５Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９７を超えると、９ｄＢ以上となり、ギャップＤが＋０．０３Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９５を超えると、９ｄＢ以上となる。
さらに、挿入損失は、ギャップＤが＋０．０４５Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９３を超えると、９ｄＢ以上となり、ギャップＤが＋０．０６Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９２を超えると、９ｄＢ以上となる。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、Ｑ値は、ギャップＤが０Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９９２を超えると、２０００以上となり、ギャップＤが＋０．０１５Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９８８を超えると、２０００以上となり、ギャップＤが＋０．０３Ｌｔの時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９８２を超えると、２０００以上となる。
さらに、Ｑ値は、ギャップＤが＋０．０４５Ｌｔ以上の時には、Ｌｔ／Ｌｒが０．９９８０で、２０００を超えている。
【００２８】
次に、上述した内容に基づき、ＳＡＷ共振子１における上記の要求仕様を満足するギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの範囲を設定した。
図５は、図４に基づくギャップＤとＬｔ／Ｌｒとの関係を示した説明図である。図５（ａ）は、ギャップＤとＬｔ／Ｌｒとの関係を示したグラフであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における、ギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの範囲を設定する基準となる各点Ａ，Ｂ，Ｃ，ＥのギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの値を示した表である。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、ギャップＤが０Ｌｔから＋０．０６Ｌｔの範囲においては、折れ線Ｆと折れ線Ｇとに挟まれた領域が、上記の要求仕様を満足するギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの範囲となる。
そして、その中の各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅを結ぶ破線で囲まれた（ハッチングを施した）領域内が、上記（１）、（２）の２つの関係式を満足する範囲となる。
ここで、破線Ｈは、Ｌｔ／Ｌｒ＝−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、で表され、破線Ｉは、Ｌｔ／Ｌｒ＝−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２で表される。
【００３０】
これにより、ＳＡＷ共振子１は、ギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒがこの破線で囲まれた領域内であれば、
・Ｑ値：２０００以上。
・挿入損失：９ｄＢ以下。
・スプリアスレベル：１０ｄＢｃ以上。
の要求仕様を十分満足できるというシミュレーション結果が得られた。
【００３１】
次に、上記のギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの範囲の設定の裏付けとして、従来技術を用いたＳＡＷ共振子の試作サンプルと、本実施形態のＳＡＷ共振子１の試作サンプル（ギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒが図５（ａ）の点Ｊで示した値のサンプル）との比較試験を行った。
以下、比較試験結果について図面を参照して説明する。
【００３２】
図６は、従来技術及び本実施形態のＳＡＷ共振子の試作サンプルの比較試験結果についての説明図である。図６（ａ）は、周波数特性図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＫ部の拡大図であり、図６（ｃ）は、性能比較表である。なお、図６（ａ）では、実線が本実施形態の試作サンプルを表しており、破線が従来技術の試作サンプルを表している。
なお、２つの試作サンプルは、ギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒ以外は共通の仕様である。
【００３３】
図６に示すように、本実施形態の試作サンプルは、Ｑ値が２２３０、挿入損失が７．７ｄＢ、スプリアスレベルが２０ｄＢｃと、要求仕様を十分満足している。
これに対して、従来技術の試作サンプルは、挿入損失が６．１ｄＢ、スプリアスレベルが２２ｄＢｃと、挿入損失、スプリアスレベルに関して要求仕様を満足しているものの、Ｑ値が、９００であって要求仕様に対して大きな乖離があり、要求仕様を満足できていない。
【００３４】
これに関して、図６（ｂ）に示すように、本実施形態の試作サンプルでは、ギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒを上記の範囲内に設定することで、従来技術の試作サンプルと比較して、ピーク部の周波数帯域が狭帯域化されていることから、Ｑ値が従来技術の試作サンプルの約２．５倍となり、格段に向上している。
上記の比較試験結果により、ＳＡＷ共振子１におけるギャップＤ及びＬｔ／Ｌｒの範囲の設定の妥当性が裏付けられた。
【００３５】
上述したように、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、２つのＩＤＴ電極２０，２１間のギャップをＤとし、ＩＤＴ電極２０，２１の電極指２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂのピッチをＬｔとし、反射器３０，３１の電極指３０ａ，３１ａのピッチをＬｒとしたときに、  （１）：ｎ×（Ｌｔ／２）＜Ｄ＜０．０４５×Ｌｔ＋ｎ×（Ｌｔ／２）（但し、ｎは０以上の整数）、
（２）：−０．０２６６７×Ｄ＋０．９９９２≦Ｌｔ／Ｌｒ≦−０．００６６７×Ｄ＋０．９９９６、
の２つの関係式を満たす構成となっている。
【００３６】
これにより、ＳＡＷ共振子１は、挿入損失が９ｄＢ以下、スプリアスレベルが１０ｄＢｃ以上であって、Ｑ値を２０００以上とすることができる。なお、ＳＡＷ共振子１は、（１）の関係式におけるｎが１以上であっても、弾性表面波の特性により同様の効果を奏することができる。
【００３７】
また、ＳＡＷ共振子１は、水晶基板１０のオイラー角が、（０°，１１３°〜１３５°，±（４０°〜４９°））の範囲内であることから、水晶基板１０の２次温度係数を小さくすることができる。
このことから、ＳＡＷ共振子１は、周囲の温度変化に伴う周波数の変動が少ない、優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００３８】
（ＳＡＷ発振器）
上述したＳＡＷ共振子１と、ＳＡＷ共振子１を励振する発振回路とを備えることにより、ＳＡＷ発振器を構成することができる。なお、発振回路は、公知の技術を用いたものでよい。
【００３９】
これによれば、ＳＡＷ発振器は、挿入損失が９ｄＢ以下、スプリアスレベルが１０ｄＢｃ以上、Ｑ値が２０００以上のＳＡＷ共振子１を備えていることから、ＳＡＷ共振子１のＱ値に大きく依存する発振時の位相ノイズ特性が格段に向上する。加えて、ＳＡＷ発振器は、ＳＡＷ共振子１のＱ値の向上によりジッタを低減することができる。
これらのことから、ＳＡＷ発振器は、例えば、ＧＨｚ帯の高精度のＳＡＷ発振器として、所望の性能を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態のＳＡＷ共振子の主要構成を示す模式平面図。
【図２】ギャップＤと挿入損失及びスプリアスレベルとの関係を示したグラフ。
【図３】Ｌｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係を示したグラフ。
【図４】各ギャップＤのＬｔ／Ｌｒと挿入損失及びＱ値との関係を示したグラフ。
【図５】図４に基づくギャップＤとＬｔ／Ｌｒとの関係を示した説明図。
【図６】従来技術及び本実施形態のＳＡＷ共振子の試作サンプルの比較試験結果についての説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＳＡＷ共振子、１０…水晶基板、１１…水晶基板の主面、２０，２１…ＩＤＴ電極、２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ…ＩＤＴ電極の電極指、３０，３１…反射器、３０ａ，３１ａ…反射器の電極指、Ｄ…ＩＤＴ電極間のギャップ、Ｌｔ…ＩＤＴ電極の電極指のピッチ、Ｌｒ…反射器の電極指のピッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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