(57)【要約】【課題】使用温度範囲が広く、周波数温度特性が優れる高精度で小型の結合型ＳＡＷ共振子を提供する。【解決手段】結合型ＳＡＷ共振子１０は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で表されるＳＨカットの水晶基板１００の主面上に、特定の方位に主ＩＤＴ電極１２１、副ＩＤＴ電極１２２と反射器１２３，１２４とを配設した２ポート型の第１共振子１２０と、主ＩＤＴ電極１３１、副ＩＤＴ電極１３２と反射器１３３，１３４と、を配設した２ポート型の第２共振子１３０とを近接して設け、且つＳＨ波の伝搬方向に平行に並設し、第１共振子１２０を縦方向のＬＳ０モードで動作させ、第２共振子１３０を縦方向のＬＡ０モードで動作させ、ＩＤＴ電極の線幅Ｌ１，Ｌ２を異ならせてＬＳ０モードとＬＡ０モードの基本周波数を略一致させたうえで、ＬＳ０モードとＬＡ０モードとを弾性結合状態で動作させる。このことにより、温度特性カーブを平坦化することができる。【選択図】図２
2008228144.tif 000002
【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）で表されるＳＨカットの水晶基板の主面上に、特定の方位に２個のＩＤＴ電極と前記ＩＤＴ電極の前記特定の方位の両側に設けられる反射器と、を配設した２ポート型のＳＡＷ共振子を複数近接して設け、且つ前記特定の方位方向に平行に並設し、
一方の前記ＳＡＷ共振子を縦方向の対称基本波モードで動作させ、
他方の前記ＳＡＷ共振子を縦方向の斜対称基本波モードで動作させ、
前記ＩＤＴ電極の線幅を異ならせて前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードの基本周波数を略一致させたうえで、
前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードを結合状態で動作させることを特徴とする結合型ＳＡＷ共振子。
【請求項２】
請求項１に記載の結合型ＳＡＷ共振子において、
前記ＩＤＴ電極の線幅を調整して、前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの頂点温度差を設けていることを特徴とする結合型ＳＡＷ共振子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の結合型ＳＡＷ共振子において、
前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの結合が、弾性結合であることを特徴とする結合型ＳＡＷ共振子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の結合型ＳＡＷ共振子において、
前記複数のＳＡＷ共振子それぞれの前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの周波数差が略一致していることを特徴とする結合型ＳＡＷ共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合型ＳＡＷ共振子に関し、２モード型ＳＡＷ共振子を近接配設して弾性結合状態で動作する結合型ＳＡＷ共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶基板の表面に電極としてアルミニウム，銅，チタン，タングステン等の金属を用いて、蒸着等の成膜形成手段により電極パターンを形成しＳＡＷ共振子を構成している。また、水晶基板の圧電基板方位としては、水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まず光軸であるＺ軸まわりに反時計方向に０°±１°の範囲であり、次に電気軸であるＸ軸回りに反時計方向にθが２９．２°〜４０．７°の範囲であり、次に新たに生成したＺ’軸まわりに圧電体平板内において、電気軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°範囲である方向が弾性表面波の位相伝搬方位とするＳＨカットがある。
【０００３】
前述のＳＨカット基板において、ＳＡＷ共振子として利用する弾性表面波はＳＨ波である。ＳＨ波は、従来からＡＴカット水晶振動子に使用されているバルク振動モードと同一であり、電極の質量により表面波速度が低下して、水晶基板の表面付近に振動エネルギを集中させ基板の深さ方向に閉じ込めて利用するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、周波数零温度係数を有する水晶基板に二つのＳＡＷ共振子を構成し、外付けの集中素子を用いて二つのＳＡＷ共振子を結合して駆動し、平坦な周波数温度特性を実現する結合型ＳＡＷ共振子というものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、水晶基板上に二つのＳＡＷ共振子を形成して、それぞれの表面波の伝搬方位を異なるように配設して二つのＳＡＷ共振子を結合して周波数温度特性を改善するというものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００５／０９９０８９  Ａ１
【特許文献２】米国特許第４１９３０４５号明細書
【非特許文献１】G.Martin, B. Wall:“Temperature Stable One-port SAW Resonators,”IEEE Ultrasonics 2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特許文献１において用いられるＳＨカット水晶基板は、従来から用いられるＳＴカット水晶基板を使用して製作したＳＡＷ共振子の周波数温度特性に対して２倍の周波数精度が得られるものであるが、最近の電子機器における精度要求に対しては不十分である。特に屋外使用において要求される使用温度範囲が−３５℃〜＋８５℃範囲において、±２５ｐｐｍの精度の実現が困難である。具体的には、特許文献１によるＳＡＷ共振子が有する周波数温度特性の二次温度係数は−１．６×１０-8／℃2であって、仮にその頂点温度を使用温度範囲の中央に配置すると、温度変化による周波数変動量は約５８ｐｐｍとなり、他の周波数変動量を加味すると±２５ｐｐｍの精度は実現できないという課題がある。
【０００８】
また、特許文献２では二つのＳＡＷ共振子の結合方法として外付けの収中素子を用いる構成であり、実装部品数が増加し小型化が難しい他、コスト増となることが考えられる。
【０００９】
また、非特許文献１によれば、それぞれの表面波の伝搬方位が異なるように二つのＳＡＷ共振子を配設して構成しているので、共振子の平面積が大きくなるという課題を有する。さらに、二つのＳＡＷ共振子の振動モード（共振周波数）が異なるため共振周波数及び周波数温度特性のばらつきが出やすいことが予測される。
【００１０】
本発明の目的は、使用温度範囲が広く、周波数温度特性が優れる高精度で小型の結合型ＳＡＷ共振子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の結合型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）で表されるＳＨカットの水晶基板の主面上に、特定の方位に２個のＩＤＴ電極と前記ＩＤＴ電極の前記特定の方位の両側に設けられる反射器と、を配設した２ポート型のＳＡＷ共振子を複数近接して設け、且つ前記特定の方位方向に平行に並設し、一方の前記ＳＡＷ共振子を縦方向の対称基本波モードで動作させ、他方の前記ＳＡＷ共振子を縦方向の斜対称基本波モードで動作させ、前記ＩＤＴ電極の線幅を異ならせて前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードの基本周波数を略一致させたうえで、前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードを結合状態で動作させることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、二次温度係数が小さいＳＨカット水晶基板を用いて、結合振動子を構成していることから、広い使用温度範囲に対して平坦な周波数温度特性を実現する結合型ＳＡＷ共振子を提供することができる。
【００１３】
また、対称基本波モード（以降、ＬＳ０モードあるいはＬＳ０と表すことがある）と、斜対称基本波モード（以降、ＬＡ０モードあるいはＬＡ０と表すことがある）を使用していることから、結合状態においても低インピーダンスが実現でき、数１００ＭＨｚ帯発振回路の構成が容易にできる。
【００１４】
また、ＬＳ０モードとＬＡ０モードの基本周波数をＩＤＴ電極の線幅を変更、調整して略一致させている。線幅はフォトリソグラフィ技術等により高精度で形成できることから、ばらつきが小さく高精度な周波数設定が可能で、周波数温度特性（温度特性カーブ）のつくり込みが容易である。
【００１５】
さらに、２ポート型のＳＡＷ共振子を複数近接して設け、且つ特定の方位方向に平行に並設していることから、前述した非特許文献１のように、表面波の伝搬方位を異ならせたものに比べ、平面サイズを小型化することができる。なお、特定の方位方向とは、ＳＨ波の伝搬方向である。
【００１６】
また、本発明の結合型ＳＡＷ共振子は、前記ＩＤＴ電極の線幅を調整して、前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの頂点温度差を設けていることを要旨とする。
【００１７】
このようにすれば、頂点温度差の大小によって、結合状態における周波数温度特性の平坦度を調整することができ、所望の温度特性カーブをつくり込み易いという効果がある。
【００１８】
また、本発明では、前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの結合が、弾性結合であることを要旨とする。
【００１９】
従って、特許文献２のように二つのＳＡＷ共振子の結合方法として外付けの集中素子を用いる構成に対して弾性結合であるために、外付けの集中素子が不要であり、実装部品数が少なく小型化、コスト低減が可能となる。
【００２０】
また、前記複数のＳＡＷ共振子それぞれの前記対称基本波モードと前記斜対称基本波モードとの周波数差が略一致していることが望ましい。
【００２１】
このようにすれば、複数のＳＡＷ共振子それぞれの温度特性カーブが、横軸である温度軸方向に平行移動した関係となり、結合状態における温度特性カーブを平坦にし易くなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る水晶基板の方位角図、図２〜図８は結合型ＳＡＷ共振子の構成、駆動及び特性説明図を示している。
（実施形態）
【００２３】
まず、図１を用いて水晶基板１００について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る水晶基板が有する方位角を示す説明図である。図１に示すように、水晶基板１００は、面内回転ＳＨカット水晶基板であり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。
【００２４】
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°〜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共振子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。このような水晶基板１００をＳＨカット水晶基板と呼称する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る結合型ＳＡＷ共振子について図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る結合型ＳＡＷ共振子の一実施例を示す平面図である。図２において、結合型ＳＡＷ共振子１０は、上述したＳＨカット水晶基板１００（以降、単に水晶基板１００と表す）の主面に、ＳＨ波の伝搬方向に並列配設される第１共振子１２０、第２共振子１３０と、制御電極（ゲート電極と呼称することがある）１４０とから構成されている。
【００２６】
第１共振子１２０は、Ａｌ等の金属からなる主ＩＤＴ電極１２１と副ＩＤＴ電極１２２と、主ＩＤＴ電極１２１と副ＩＤＴ電極１２２の間のゲート電極１４０と、主ＩＤＴ電極１２１と副ＩＤＴ電極１２２それぞれのＳＨ波伝搬方向の両側に設けられる反射器１２３，１２４とから構成されている。
また、主ＩＤＴ電極１２１と副ＩＤＴ電極１２２は、複数のすだれ状の交差指電極とから構成されており、また、反射器１２３，１２４は、格子状の電極で構成されている。
【００２７】
第２共振子１３０は、Ａｌ等の金属化からなる主ＩＤＴ電極１３１と副ＩＤＴ電極１３２と、主ＩＤＴ電極１３１と副ＩＤＴ電極１３２の間のゲート電極１４０と、主ＩＤＴ電極１３１と副ＩＤＴ電極１３２それぞれの両側に設けられる反射器１３３，１３４とから構成されている。
また、主ＩＤＴ電極１３１と副ＩＤＴ電極１３２は、複数のすだれ状の交差指電極とから構成されており、また、反射器１３３，１３４は、複数の格子状の電極（格子電極）で構成されている。
【００２８】
ゲート電極１４０は、第１共振子１２０及び第２共振子１３０において共通に設けられている。図２に示すように、第１共振子１２０と第２共振子１３０は、Ｙ’軸に平行な中心軸線Ｒに対して対称配列であり、第１共振子１２０と第２共振子１３０それぞれは、Ｘ’軸に平行な中心軸線Ｐに対して対称形である。なお、上述した各ＩＤＴ電極及び各反射器を構成する交差指電極や格子電極の本数は図示の都合上減らして表している。同様に、ゲート電極１４０の電極構成数も図示の本数に限らない。
【００２９】
ここで、各電極の本発明に係る主たる寸法について説明する。主ＩＤＴ電極１２１，１３１、副ＩＤＴ電極１２２，１３２それぞれの電極ピッチをＰＴ、電極長さをＷとし、ゲート電極１４０の電極ピッチをＰＧとし、反射器１２３，１２４，１３３，１３４それぞれの格子電極の電極ピッチをＰＲとする。
また、第１共振子１２０の各交差指電極の線幅Ｌ１、第２共振子１３０の各交差指電極の線幅Ｌ２とし、それぞれの線幅をＬ１＞Ｌ２とする。
また、第１共振子１２０と第２共振子１３０とのＸ’軸方向の距離（交差指電極間距離）をギャップＧで表す。
【００３０】
次に、第１共振子１２０及び第２共振子１３０の接続配線について説明する。図２に示すような配線とし、ＧＮＤ端子とＩＮ／ＯＵＴ端子に励振信号を印加することにより、第１共振子１２０と第２共振子１３０との同時動作状態をつくる。なお、ゲート電極１４０は電気的に浮き電極である。
【００３１】
このように構成される結合型ＳＡＷ共振子１０は２ポート型ＳＡＷ共振子であって、縦２重モード（ＬＳ０モード、ＬＡ０モードが存在する）と横２重モード（ＴＳ０モード、ＴＡ０モードが存在する）の結合状態を構成する。従って、縦２重モードと横２重モードにおける基本共振周波数は一致する。また、ＬＳ０モードとＬＡ０モードそれぞれの共振周波数を一致させるように、線幅を変え、且つ交差指電極の線幅比Ｌ２／Ｌ１を設定する。
【００３２】
また、第１共振子１２０と第２共振子１３０との共振子間の良好な結合状態をつくるために、ギャップＧは表面波の１波長〜５波長とし、交差指電極の電極長さＷは１０波長〜２０波長の範囲に設定する。
【００３３】
続いて、本発明に利用する振動モードについて図面を参照して説明する。
図３は、本発明に利用する振動モードの１例について模式的に図示した説明図である。下方のグラフ表示は矢印Ｕ（Ｘ）方向から視認した状態を表し、横軸は結合型ＳＡＷ共振子１０の振動領域、縦軸には変位振幅を示している。また右方向のグラフ表示は矢印Ｖ（Ｙ）方向から視認した状態を表し、横軸に変位振幅、縦軸に振動領域を示している。
【００３４】
図中のＬＳ０（縦方向の対称基本モード）は第１共振子１２０における共振モード振幅の包絡線変位状態を図示したものである。一方、ＬＡ０（縦方向の斜対称基本波モード）は第２共振子１３０における、共振モード振幅の包絡線変位状態について図示したものである。なお、第１共振子１２０及び第２共振子１３０それぞれにＬＳ０、ＬＡ０が存在するが、第１共振子１２０がＬＳ０のとき第２共振子１３０はＬＡ０となり、第１共振子１２０がＬＡ０のとき第２共振子１３０はＬＳ０となるように、励振信号の極性に対応して交互に繰り返す。なお、領域ＢはＳＨ波の基本励振領域、領域Ａは、反射波領域である。
【００３５】
図示した変位振幅の状態からいずれも電気的な駆動電圧により励振可能であることもわかる。従って、ＬＳ０、ＬＡ０両モードが結合動作した場合にも全体の共振子のインピーダンスは低く実現できる。なお、ＩＤＴ電極の電極ピッチＰＴと反射器の電極ピッチＰＲとの比をＰＴ／ＰＲ＝０．９９５に設定した。両モードの周波数調整については、ゲート電極１４０の電極ピッチＰＧの設定と導体対数により行うことができる。
【００３６】
次に、第１共振子１２０と第２共振子１３０の結合について図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態における結合モードと周波数温度特性の関係について表す説明図である。図４において、励振信号の入力による第１共振子１２０及び第２共振子１３０の共振状態において、ＬＳ０及びＬＡ０の２個の共振が同時に存在している。各々の共振は、その周波数温度特性が異なる。具体的には頂点温度が異なって出現する。
この状態において、第１共振子１２０と第２共振子１３０の間で弱い結合が存在すれば、図４に示すような結合状態の周波数温度特性となり、温度特性カーブは平坦に近くなり周波数温度特性は著しく改善される。
【００３７】
第１共振子１２０と第２共振子１３０との結合は、両共振子間のギャップＧ（図２、参照）領域に生じるひずみエネルギによる弾性結合である。
図５は、弾性結合について模式的に表す等価回路図である。図５において、等価回路は、第１共振子１２０と第２共振子１３０とコンデンサ１５０とが並列接続されて構成されており、コンデンサ１５０が結合部を示している。
【００３８】
また、図４にて示す第１共振子１２０の頂点温度は、交差指電極の線幅Ｌ１と線幅Ｌ２とがＬ１＞Ｌ２に設定されているため低温側に出現し、第２共振子１３０の頂点温度は高温側に出現する。この際、結合状態における周波数温度特性は、第１共振子１２０と第２共振子１３０間の頂点温度差によって影響される。つまり、頂点温度差が大きい場合には、結合部の落ち込みが大きくなり平坦度が悪くなり、頂点温度差が小さい場合には、使用温度範囲が狭まることになる。
【００３９】
次に、頂点温度差の設定方法について図面を参照して説明する。
図６は、本実施形態における第１共振子と第２共振子の周波数配置を示す説明図である。図６における例示は、第１共振子１２０の交差指電極の質量が第２共振子１３０の交差指電極の質量よりも相対的に大きく設定されている。つまり、第１共振子１２０の線幅Ｌ１と第２共振子１３０の線幅Ｌ２との関係をＬ１＞Ｌ２となるように設定する。従って、第１共振子１２０の方が共振周波数が低めに出現し、基本波モードがＬＳ０であり共振周波数をｆ１０、ＬＡ０モードの共振周波数をｆ１１とする。
【００４０】
一方、第２共振子１３０は共振周波数が高めに出現し、ＬＡ０モードの共振周波数をｆ２１、ＬＳ０モードの共振周波数をｆ２０とする。
【００４１】
なお、交差指電極の質量調整には電極膜厚を調整することも可能であるが、電極パターンをフォトリソグラフィ技術等で形成する場合には、線幅調整の方がばらつきを抑制しやすい。
【００４２】
また、第１共振子１２０と第２共振子１３０とが、図２においてＹ’軸に平行な中心軸線Ｒに対して対称形（配置と線幅Ｌ１を含む形状が対称）の場合には、ｆ１１＝ｆ２１、ｆ１０＝ｆ２０となり、頂点温度差は出現しない。
従って、線幅Ｌ２と線幅Ｌ１の比Ｌ２／Ｌ１を調整して、第２共振子のＬＡ０モードの共振周波数ｆ２１を第１共振子のＬＳ０モードの共振周波数ｆ１０に一致させる。図６では、ｆ１０＝ｆ２１＝Ｆ００（基準周波数）と表している。なお、第１共振子１２０のＬＳ０とＬＡ０の周波数差Ｄは、第２共振子１３０のＬＳ０とＬＡ０の周波数差Ｄは略等しくなるように設定されている。
【００４３】
続いて、ＩＤＴ電極の線幅と頂点温度と周波数変化との関係について説明する。
図７は、本実施形態における結合型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の線幅と頂点温度と周波数変化量の関係を表す説明図である。図７において、結合型ＳＡＷ共振子１０は、カット角子θ＝３３°のＳＨカット水晶、表面波の速度Ｖｓ＝３１５０ｍ／ｓｅｃ、共振周波数ｆ＝１５２ＭＨｚ、Ｌ００＝５．１μｍとしたときの計算結果を表している。横軸には線幅を規格化した線幅比Ｌ１／Ｌ００、左縦軸には共振周波数変化量Ｆ（ｐｐｍ）、右縦軸には頂点温度変化量Θを表し、図中実線表示は周波数変化、破線は頂点温度を表す。
【００４４】
なお、Ｌ００とは、規格化の基準となる線幅であって、Ｌ００（μｍ）＝Ｖｓ（表面波速度（ｍ／ｓｅｃ）／（使用周波数ｆ（ＭＨｚ）／４）で与えられる。
【００４５】
図７において、共振周波数は、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝１をＦ００（基準周波数）としたときに、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝０．８５でＦ００＋２０００（ｐｐｍ）、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝１．１５でＦ００−２０００（ｐｐｍ）となる。つまり、線幅比｜Ｌ１／Ｌ００｜≦０．１５の範囲で±２０００ｐｐｍ変化することを示している。
【００４６】
また、頂点温度は、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝１のときを頂点温度Θを中心頂点温度（Θ＝０）としたときに、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝０．８５で頂点温度Θ＝＋２５℃、線幅比Ｌ１／Ｌ００＝１．１５で頂点温度Θ＝−２５℃となる。つまり、線幅比Ｌ｜１／Ｌ００｜≦０．１５の範囲で５０℃の頂点温度差ができることを示している。
【００４７】
次に、本実施形態のＬＳ０モードとＬＡ０モードの周波数配置について図面を参照して説明する。ＩＤＴ電極の電極ピッチＰＴ、ゲート電極の電極ピッチＰＧとを規格化したＰＧ／ＰＴをＰＴＧと表し説明する。
図８は、本実施形態のＰＧＴとＬＳ０モード及びＬＡ０モードとの共振周波数差の関係について示す説明図である。横軸にＰＧＴ、縦軸に周波数差δ（ｄｆ／ｆ）とする。
なお、ここではＳＨカット水晶においてｆ＝１５２ＭＨｚ、ＩＤＴ電極を１４０対、ゲート電極を導体対数ＭＧ＝２０（対）として計算した。
【００４８】
周波数差δに対応するＬ１／Ｌ００を選択すれば第１共振子１２０と第２共振子１３０の共振周波数を一致させて結合状態を実現できる。
例えば、周波数変化率δ＝ｄｆ／ｆ＝４００（ｐｐｍ）である条件ＰＴＧ＝１．０５と選択した場合は、第１共振子１２０と第２共振子１３０について、周波数差δの１／２の２００ｐｐｍに対して線幅比は１／１０の±１．５％となる。線幅比をＬ２／Ｌ１＝（１−０．０１５）／（１＋０．０１５）＝０．９７０と設定すれば第１共振子１２０のＬＳ０と、第２共振子１３０のＬＡ０の共振周波数を一致させることができる。つまり、第１共振子１２０のＬＳ０モードの周波数を降下させ、第２共振子１３０のＬＡ０モードの周波数を上昇させることで、第１共振子１２０のＬＳ０（ｆ１０）に第２共振子１３０のＬＡ０（ｆ２１）を一致させることができる。
また、このとき、両方の共振子の頂点温度差は５℃程度となる（図７、参照）。
【００４９】
さらに、頂点温度差を広げる場合には、両共振子のＩＤＴ電極の対数を少なくするか、ゲート電極（制御領域）の導体対数ＭＧを少なくする条件を選択すれば、２倍〜４倍（δ＝１６００ｐｐｍの場合）の頂点温度差を確保することが可能となる。
【００５０】
従って、２０℃程度の頂点温度差が確保できて、使用温度−３５℃〜＋８５℃の範囲において、１．６×１０-8×｛（８５＋３５−２０）／２｝2＝４０ｐｐｍ、すなわち±２０ｐｐｍ程度の精度を実現できる。頂点温度差５０℃（周波数差δ＝４０００ｐｐｍの場合）であれば、同様な計算から±１０ｐｐｍ程度の精度を実現できる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の第１の重要ポイントは、第１共振子１２０のＬＳ０モードの共振周波数と、第２共振子１３０のＬＡ０モードの共振周波数を一致させた場合の周波数差δのばらつきが重要になる。また、第２の重要ポイントは、共振周波数差ｆ２１−ｆ１０＝０とするために、ＩＤＴ電極の線幅比Ｌ２／Ｌ１を使用することである。また、第１共振子１２０と第２共振子１３０間に結合状態を形成しているために、もし線幅が一致するＬ１＝Ｌ２の条件下であれば、両者の周波数は一致する。つまり、共振周波数ｆ１０＝ｆ２０（ＬＳ０）、ｆ１１＝ｆ２１（ＬＡ０）となる。
【００５２】
線幅Ｌ１，Ｌ２を変化させると、第１共振子１２０と第２共振子１３０の周波数配置は相互にシフトする。また、周波数差ｄｆ＝ｆ１０−ｆ１１あるいは周波数差ｄｆ＝ｆ２０−ｆ２１を変化させる要因は電極膜厚Ｈと線幅Ｌである。この周波数差ｄｆは、両共振子が電極幅以外の条件を同一とすれば（ＩＤＴ電極の対数が同一）、１本の交差指電極の質量ｍに依存すると考えられる。すなわち、電極による反射係数ｒは質量ｍの関数であり、反射係数ｒの大小により前述の周波数差ｄｆが決定される。
【００５３】
また、第１共振子の交差指電極の線幅Ｌ１と、第２共振子の交差指電極Ｌ２の設定が重要であり、これら設定条件の考え方を数式により説明する。周波数変化量をｄｆ、ａを周波数の特性定数とする。
従って、第１共振子において、ＬＳ０とＬＡ０の周波数差ｄｆ1は、
ｄｆ1（ｍ1）＝ａ1ｍ1＋ａ2ｍ12＋・・・≒ａ1・ｍ1          （１）
またＬＳ０モードの周波数ｆ１０は、
ｆ１０＝ｂ1ｍ1                                            （２）
ただし、ｂ１は図７の周波数特性の傾斜である。
第２共振子において、ＬＳ０とＬＡ０の周波数差ｄｆ2は、
ｄｆ2（ｍ2）＝ａ1ｍ2＋ａ2ｍ22＋・・・≒ａ1・ｍ2          （３）
これらの周波数変化量ｄｆ1とｄｆ2は、小さければ図７に示すように直線で近似できる。
第２共振子のＬＡ０モードの周波数ｆ２１は、
ｆ２１＝ｆ２０＋ｄｆ2 
＝ｂ1・ｍ2＋ｄｆ2＝ｂ1・ｍ2＋ａ1・ｍ2                （４）
ここで、第１の共振子と第２共振子の周波数を等しくおくと、
ｆ１０＝ｆ２１                                （５）
であるから、式（２）と式（４）を式（５）に代入して、
ｂ1ｍ1＝ｂ1・ｍ2＋ａ1・ｍ2 
ｍ1／ｍ2＝１＋ａ1／ｂ1                                （６）
で表すことができる。
ここで、電極指の質量ｍ1＝ρＨＬ１、ｍ2＝ρＨＬ２（ρは電極の密度、Ｈは電極膜厚で共通）となり、電極膜厚Ｈの第１共振子１２０と第２共振子１３０がギャップＧで近接しているため同一と考えることができる。式（６）に代入すると、
ｍ1／ｍ2＝ρＨＬ１／ρＨＬ２＝Ｌ１／Ｌ２
従って、                              
Ｌ１／Ｌ２＝１＋ａ1／ｂ1＞１（なおｂ１＜０、ａ１＜０）  （７）
このようにして線幅比Ｌ２／Ｌ１を決定することができ、Ｌ１＞Ｌ２と設定すればよい。
【００５４】
従って、線幅比Ｌ２／Ｌ１のみが周波数変化要因とみなせる。周波数が近接していれば第１共振子１２０と第２共振子１３０とは結合状態となって、図７に示すような１個のみの共振周波数を有する。
【００５５】
従って、前述した実施形態によれば、二次温度係数が小さいＳＨカット水晶基板を用いて、結合振動子を構成していることから、広い使用温度範囲に対して略平坦な周波数温度特性を実現する結合型ＳＡＷ共振子を提供することができる。
【００５６】
また、振動モードとしてＬＳ０モードと、ＬＡ０モードを使用していることから、結合状態においても低インピーダンスが実現でき、数１００ＭＨｚ帯発振回路の構成が容易にできる。
【００５７】
また、第１共振子１２０のＩＤＴ電極の線幅Ｌ１と第２共振子１３０のＩＤＴ電極の線幅Ｌ２とを変更、調整してＬＳ０モードとＬＡ０モードの基本周波数を略一致させている。線幅はフォトリソグラフィ技術等により高精度で形成できることから、ばらつきが小さく高精度な周波数設定が可能で、温度特性カーブのつくり込みが容易である。
【００５８】
さらに、２ポート型のＳＡＷ共振子を２個近接して設け、且つ、ＳＨ波の伝搬方向に平行に並設していることから、前述した非特許文献１のように、表面波の伝搬方位を異ならせたものに比べ、平面サイズを小型化することができる。
【００５９】
また、本発明の結合型ＳＡＷ共振子１０は、第１共振子１２０と第２共振子１３０それぞれのＩＤＴ電極の線幅Ｌ１，Ｌ２を調整して、ＬＳ０モードとＬＡ０モードとの頂点温度差を設けている。頂点温度差の大小を調整することによって、結合状態における周波数温度特性の平坦度を調整することができ、所望の温度特性カーブをつくり込み易いという効果がある。
【００６０】
また、本発明では、ＬＳ０モードとＬＡ０モードとの結合が、弾性結合であるため、前述した特許文献２のように二つのＳＡＷ共振子の結合方法として外付けの集中素子を用いる構成対して外付けの集中素子が不要であり、実装部品数が少なく小型化、コスト低減が可能となる。
【００６１】
また、ＬＳ０モードとＬＡ０モードの周波数差が略一致していることから、第１共振子１２０及び第２共振子１３０それぞれの温度特性カーブが、基準周波数Ｆ００に対して略対称形となり、結合状態における温度特性カーブを平坦にし易くするという効果がある。
【００６２】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態では、第１共振子１２０と第２共振子１３０の２個の共振子を用いる場合を例示して説明したが、共振子数はもっと多くてもよい。仮に、３個の共振子を用いて本発明の条件を適合し、第１共振子１２０と第２共振子１３０の間に第３共振子を設けることで、なお一層、温度特性カーブの平坦性を高めることができる。
【００６３】
あるいは、第１共振子１２０または第２共振子１３０の外側に第３共振子を設ければ、使用温度範囲をさらに広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る水晶基板が有する方位角を示す説明図。
【図２】本発明の実施形態に係る結合型ＳＡＷ共振子の一実施例を示す平面図。
【図３】本発明に利用する振動モードの１例について模式的に図示した説明図。
【図４】本発明の実施形態における結合モードと周波数温度特性の関係について表す説明図。
【図５】本発明の実施形態における弾性結合について模式的に表す等価回路図。
【図６】本発明の実施形態における第１共振子と第２共振子の周波数配置を示す説明図。
【図７】本発明の実施形態における結合型ＳＡＷ共振子のＩＤＴ電極の線幅と頂点温度と周波数変化量の関係を表す説明図。
【図８】本発明の実施形態のＰＧＴとＬＳ０モード及びＬＡ０モードとの共振周波数差の関係について示す説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…結合型ＳＡＷ共振子、１００…水晶基板、１２０…第１共振子、１２１，１３１…主ＩＤＴ電極、１２２，１３２…副ＩＤＴ電極、１２３，１２４，１３３，１３４…反射器、１３０…第２共振子。
【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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【図７】
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【図８】
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