(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体平板上に形成された２個の振動状態を有するＳＡＷ共振子と、増幅器とＳＷ回路とからなるＦＳＫ変調器において、
前記ＳＡＷ共振子は、1個のＩＤＴを３つあるいは４つに分割して主ＩＤＴとゲイトＩＤＴおよび副ＩＤＴを構成し、前記1個のＩＤＴ両側に1対の反射器を配置した２ポート型のＳＡＷ共振子からなり、かつ前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記ＳＷ回路にて同符号として発振器の増幅器に接続して、第１の振動状態を励振して第１の発振周波数ｆＨを発生し、
また、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記のＳＷ回路にて逆符号として発振器の増幅器に接続して、第２の振動状態を励振して前記第１と若干異なる第２の発振周波数ｆＬを発生する構成としたことを特徴とするＦＳＫ変調器。
【請求項２】
前記ＳＡＷ共振子が有する２個の振動状態が縦の対称モードＳ０および縦の斜対称モードＡ０からなることを特徴とする請求項１記載のＦＳＫ変調器。
【請求項３】
前記ＳＡＷ共振子が有する２個の振動状態は縦の対称モードＳ０および縦の斜対称モードＡ０からなり、副ＩＤＴに接続して配置したＩＤＴの極性を正負に切り替えるＳＷ回路により発振モードを選択して２つの周波数を位相連続して出力可能とする構成であることを特徴とする請求項１記載のＦＳＫ変調器。
【請求項４】
前記副ＩＤＴが１部に給電導体の接続端にて電極指との接続を切離した弾性表面波の励振に寄与しない浮き電極を有する構成であることを特徴とする請求項１記載のＦＳＫ変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶等の安定な周波数を発生できる圧電体ＳＡＷ共振子を使用してＦＳＫ変調を直接に行うことができるＦＳＫ変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成する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かつ、所望の周波数を直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されているが、これはジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性かつ低コストに容易に得られるという長所があるためである。
【０００３】
この理由から近年、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）が多数使用されるに至っている。この微弱無線機には周波数可変できるＳＡＷ発振器を構成したＦＳＫ変調器が使われている。
【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、前述の従来技術を使用したものはいずれもＦＳＫ変調するための２つの周波数の発生手段として、伸張コイルと切り換え電圧発生回路と可変容量ダイオード等の素子を付加して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る他、周波数調整の際に各素子のバラツキが重なって生産上で歩留まりが低下するという不具合を生じることがあった。また最近になって、前記装置の小形化要請が強まりＦＳＫ変調器の小形化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、ＳＡＷ共振子のみで振幅変動の少ない２周波数信号の発生を実現することにより、外付け素子である伸張コイル，可変容量ダイオード等を無くして、低ジッタ，小形かつ低コストなＦＳＫ変調器を市場に提供することにある。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２５２０１６号公報
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  本発明のＦＳＫ変調器は、圧電体平板上に形成された２個の振動状態を有するＳＡＷ共振子と、増幅器とＳＷ回路からなるＦＳＫ変調器において、前記２個の振動状態を有するＳＡＷ共振子は、1個のＩＤＴを３つあるいは４つに分割して主ＩＤＴとゲイトＩＤＴおよび副ＩＤＴを構成し、その両側に1対の反射器を配置した１個の２ポート型のＳＡＷ共振子からなり、かつ前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記ＳＷ回路にて同符号として発振器の増幅器に接続して、第１の振動状態を励振して第１の発振周波数ｆＨを発生し、また、前記主ＩＤＴと前記副ＩＤＴの極性を前記のＳＷ回路にて逆符号として発振器の増幅器に接続して、第２の振動状態を励振して前記第１と若干異なる第２の発振周波数ｆＬを発生する構成としたことを特徴とする。
【０００８】
この回路構成によれば、先出願技術は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たものが、１個のＳＡＷ共振子内に形成したゲイトＩＤＴにより、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、素子の小形化および生産性面において有利となるという効果がある。
【０００９】
（２）本発明のＦＳＫ変調器は、前記ＳＡＷ共振子が有する２個の振動状態が縦の対称モードＳ０および縦の斜対称モードＡ０からなる構成としても良い。
【００１０】
上記（２）の構成であれば、２つの発生周波数差が１００ｐｐｍ程度に接近したＦＳＫ変調器を実現できる他、ＩＤＴの電極指交叉幅に制約が無いため２つの振動状態でのＳＡＷ共振子の等価回路定数をほぼ等しく設定することが可能であり、周波数の切り替え時において、発振回路系の負性抵抗マージンが同一に確保できる結果、ＦＳＫ変調器の出力信号の振幅の変化が軽減でき、ＡＭジッタの発生を抑制できるという効果がある。
【００１１】
（３）本発明のＦＳＫ変調器は、前記２ポート型のＳＡＷ共振子が有する２個の振動状態が縦の対称モードＳ０および縦の斜対称モードＡ０からなり、副ＩＤＴに接続して配置したＩＤＴの正負極性を切り替えるＳＷ回路により発振モードを選択して２つの周波数を位相連続して出力可能とする構成であっても良い。
【００１２】
上記（３）の構成であれば、伸張コイル、可変容量ダイオード等の外付け素子を使わなくとも、直接に送信データ（ＮＲＺ信号）に対応してＳ０モード状態の発振周波数をｆＨ、Ａ０モード状態の発振周波数をｆＬを発生することが可能となりＦＳＫ変調信号を送出できるという効果がある。さらに、縦のＳ０とＡ０モードを使用するために、共振子を構成するＩＤＴの総対数Ｍを比較的少なくして２つの振動モードが発生できるという効果があり、小形化がはかれる。
【００１３】
（４）本発明のＦＳＫ変調器は、前記２ポート型のＳＡＷ共振子が有する副ＩＤＴが１部に弾性表面波の励振に寄与しない浮き電極を有する構成であっても良い。
【００１４】
上記（４）の構成であれば、振動状態の切り替えに際して発生する出力信号振幅の変動を極力押さえることが可能となり、振幅変調成分の少ない安定なＦＳＫ変調信号を送出できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明のＦＳＫ変調器の実施形態について、図２と図３によって具体的回路の実施例をブロック図にて説明した後、図１には本発明で使用される２固の振動状態が実現できる２モード型ＳＡＷ共振子の具体的な電極パターンの構成を図により説明し、さらに図４と図５図６をもちいてその動作状態を詳細に解説する。
【００１６】
図２は請求項１の本発明に係わるＦＳＫ変調器の一実施例について、その構成をブロック図にて図示したものである。
【００１７】
図２中の各部位の名称は、２００は前記の２モード型ＳＡＷ共振子、２０１は増幅器、２０２と２０３はバイポーラあるいはＭＯＳトランジスタからなるＳＷ（スイッチ）回路、２０５はＦＳＫ変調器への入力データ信号端子、２０４はＦＳＫ変調器の出力信号端子である。さらに、２００の２モード型ＳＡＷ共振子は表面波が伝搬する１つのトラックからなり、２０１１が主ＩＤＴが形成された部分であり、２０１２は周波数切り替え制御側の副ＩＤＴが形成された部分である。副ＩＤＴへの正負極性の端子接続は、前記の切り替えＳＷ回路２０２と２０３およびＦＳＫ変調器への入力信号端子２０５へのＨ（＋１），Ｌ（０）信号により設定できる。例えば、入力信号がＨ（＋１）に状態においては、ＳＷ回路２０２と２０３はいずれも端子２の状態に接続する。この状態においては、主ＩＤＴ２０１１の位相と副ＩＤＴ２０１２は同一位相電圧が加えられて励振される。また、入力信号がＬ（０）の場合においては、ＳＷ回路２０２と２０３はいずれも端子１の状態に接続する。この状態においては、主ＩＤＴ２０１１の位相と副ＩＤＴ２０１２の位相は１８０°異なる位相にて増幅器２０1に接続されて励振される。
【００１８】
つぎに図２のブロック図が示す回路につき動作状態の説明を図３を用いて行う。図３は本発明の図２に対応したＦＳＫ変調器の動作波形を示すものである。横軸Ｔは、時間を意味する。図中の上段の３０１は入力信号端子２０５の電位である。中段の３０２は出力信号端子２０５の電位、下段の３０３は前記ＲＦ信号が有する発振周波数ｆの変化である。図２と図３の状態では入力信号データのＨ（＋１）に対応してＳ０モード（ｆＨ）が、０に対応してＡ０（ｆＬ）モードが動作する。
【００１９】
つぎに、図２の２モード型ＳＡＷ共振子２００につき図１をもちいて説明する。図１は２モード型ＳＡＷ共振子２００の電極パーンの配置を示す平面図である。２モード型ＳＡＷ共振子２００に使用する圧電体平板（１００）を説明する。前圧電体平板１００は、例えば面内回転ＳＴカット水晶板でありレイリー型表面波で動作するもので、水晶結晶の基本軸である電気軸Ｘと光軸Ｚの２軸が作る面を主面とするＹ板を電気軸Ｘの回りに反時計方向にθ度（特に零温度係数が得られるθ＝３１度から４２度）回転した基板において、さらに前記基板の法線軸の回りに前記電気Ｘ軸からの面内の回転角Ψが±（４０〜４６）度である方位を弾性表面波の位相伝播方位軸としたものである。あるいはまた、前記の圧電体平板はＳＨ型表面波で動作する水晶基板であってもよい。つぎに前記圧電体平板の表面を鏡面研磨した後、レイリー型あるいはＳＨ型等の弾性表面波の位相伝搬方向軸に対して直交して、例えば金属アルミニウムからなる多数の平行導体の電極指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）を構成し、その両側に1対の反射器１０１、１０５を形成して１個のＳＡＷ共振子を構成することができる。
【００２０】
図１において、１００は前述の圧電体平板であり、１０１と１０５は反射器、１０２は主ＩＤＴ（主すだれ状電極）、１０４は副ＩＤＴ（副すだれ状電極）、１０３はゲイトＩＤＴ、１０６は主ＩＤＴへの正負極性の入力端子、１０７は副ＩＤＴへの入力端子である。またＩＤＴ領域中の斜線で形成された部位１１１はＩＤＴの正負極性からなる電極指群への給電導体部位であり、いずれも前述のアルミニウム電極等の金属で形成されている。１０１と１０２，１０３，１０４，１０５の全体で１個の２モード型ＳＡＷ共振子を構成している。
【００２１】
前記ＳＡＷ共振子は表面波にて動作して２つの定常振動を形つくるが、両者は１個のＳＡＷ共振子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、１０３のゲイトＩＤＴが必要である。ＳＴカットの場合においては、このゲイトＩＤＴの電極周期長Ｐ（Ｘ）を、左右両側の主ＩＤＴ１０２と副ＩＤＴ１０４が有する電極周期長ＰＴ０のいずれにに対しても、大きく設定することにより振動の変位状態を制御して、対称モードＳ０と斜対称モードＡ０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周期長とは各ＩＤＴを構成する電極指の電極幅（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。また、前記対称モードＳ０とは主電極領域の振動振幅の包絡線変位が副ＩＤＴ領域の振動振幅の包絡線変位と同位相の状態であり、前記斜対称モードＡ０とは主電極領域の振動振幅の包絡線変位が副ＩＤＴ領域の振動振幅の包絡線変位とが逆位相の状態のことである(詳細は図６の説明を参照のこと)。この場合の電極周期長比Ｐ（Ｘ）／ＰＴ０が１．０２以上から１．０４程以下程度に設定すれば十分な効果が期待できる。図１中の階段状の線１０８はＳＡＷ共振子の縦方向（すなわち、弾性表面波の位相伝搬方向）に関して、電極指の周期長Ｐ（ｘ）を図示したものである。端子１０６に接続する主ＩＤＴ１０２は常にＦＳＫ変調器の増幅回路に接続されて、Ｓ０およびＡ０モードの振動変位の片側部分を励振する。一方１０４の副ＩＤＴは、Ｓ０とＡ０モードを選択して励振できるように、ＩＤＴに加える駆動電圧の極性を設定するように制御する。Ｓ０モードを選択する場合には、主ＩＤＴと副ＩＤＴの電極指の極性を同一符号（+）とし、Ａ０モードの選択の場合には、主ＩＤＴと副ＩＤＴの電極指の極性を逆符号（+／−）の関係に設定する。前記３個のＩＤＴ(主ＩＤＴ，副ＩＤＴ，ゲイトＩＤＴ)はひとつのＩＤＴを３つに分割して形成することができる。前記の分割は給電導体を３つ区間に分離して例えば主ＩＤＴ１０２の給電導体１１１を形成するものである。さらにまた、副ＩＤＴの電極指の一部を給電導体から分離した浮き電極としても、前記のＳ０およびＡ０モードの選択が可能であり、この浮き電極の割合は副ＩＤＴの電極対数の7、8割となっても十分に周波数切り替え機能を果している。また２つの発振周波数差は浮き電極の対数の多少により大きく変化しない。この浮き電極の対数の大小により２つのモード間の切り替え時間の大小が決定される他、浮き電極により、Ｓ０とＡ０の切り替え時における電極上の発生電荷の打ち消し量が軽減できＳＡＷ共振子電流の変動が少なくなり、結果としてＦＳＫ変調器のＲＦ信号の振幅変化を押さえることができる。本発明の図１の２モード型ＳＡＷ共振子の構成条件の１例を示すと前述の水晶ＳＴカットあるいは回転ＳＴカットにおいて、アルミ電極の膜厚みｈに対する利用する弾性表面波の波長λの比ｈ／λが０．０２から０．０３であり、ＩＤＴの総対数Ｍ＝１６０対，主ＩＤＴが８０対，副ＩＤＴが３０から８０対，浮き電極が０から５０対、ゲイトＩＤＴは２０から４０対で電極周期比が１．０２から１．０４，ＩＤＴの交叉幅が４０波長，反射器は９０本である。
【００２２】
つぎに、本発明のＦＳＫ変調器に発生するＳ０とＡ０モードの振動モードにつき図４と図５，図６でさらに詳しく説明する。まず図４は一体のＩＤＴ（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）かつ単位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数変化率df/f0，単位は10-6のｐｐｍにより表示した場合である。図中の４０３のピークが縦対称モードＳ０(基本波)であり、４０１の共振ピークが縦１次対称モードＳ１である。両者の周波数差は約３０００ｐｐｍ存在している。ただし斜対称モードＡ０は観測されないが、Ｓ０とＳ１の中間点４０２に存在する。Ｓ０とＡ１の周波数差は約１５００ｐｐｍとなり、従来の構成方法でＦＳＫ変調器のもつ２つの発振周波数ｆＨとｆＬの周波数差を１００〜２００ｐｐｍ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。つぎに図５は本発明による図１の構成にて実現する２モード型ＳＡＷ共振子のアドミタンス特性Ｙ（ｆ）の場合であり、同図縦軸は２０log10（Ｙ（ｆ））（ｄB）かつ単位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数変化率df/f0，単位は10-6のｐｐｍにより表示した場合である。図中の５０１が前記Ｓ０モード，５０２がＡ０モードである。両者の共振周波数ｆＬ，ｆＨの差（ｆＨ-ｆＬ）／ｆＬは１００〜２００ｐｐｍと近接させることが可能である。つぎに、図６は本発明の図１の構成にてＳＷ回路(図２の２０２と２０３)により副ＩＤＴに加えられる正負極性の電圧によって実現する振動変位の状態図である。図中の実線６０１が対称モードＳ０であり、破線６０２は斜対称モードである。また同図の下部に示すＳＡＷ共振子の配置図とあわせて表示した。６０３と６０７が反射器、６０４が主ＩＤＴ，６０５がゲイトＩＤＴ，６０６０が副ＩＤＴの励振電極領域，６０６１が副ＩＤＴ領域の浮き電極領域である。ゲイトＩＤＴ領域において、Ｓ０とＡ０モードの変位がゼロ近くに減少することがわかる。これによって、少ない総対数Ｍにより２個の振動モードが実現できる。
【００２３】
以上説明したように本発明のＦＳＫ変調器はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融合して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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のＦＳＫ変調の構成要素である２モード型ＳＡＷ共振子の電極パターンの一実施例を示す平面図。
【図２】本発明のＦＳＫ変調器の回路構成の一実施例を示すブロック図。
【図３】本発明のＦＳＫ変調器の動作状態を示す状態図。
【図４】従来のＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図５】本発明の２モード型ＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図６】本発明の２モード型ＳＡＷ共振子が有する変位状態図。
【符号の説明】
【００２５】
１０２  主ＩＤＴ
１０３  ゲイトＩＤＴ
１０４  副ＩＤＴ
１０１，１０５  反射器
【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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