(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に複数の電極指が所定のピッチで形成されて、電気信号を弾性表面波に変換する第１のすだれ状電極と、
複数の電極指が所定のピッチで形成されて、前記第１のすだれ状電極の両端側にそれぞれ所定の間隔を有しており、前記第１のすだれ状電極から伝搬する弾性表面波を電気信号に変換する第２のすだれ状電極及び第３のすだれ状電極と、
複数の電極指が所定のピッチで形成されて、前記第２のすだれ状電極及び前記第３のすだれ状電極から所定の距離を有しており、弾性表面波のエネルギーを閉じこめるための第１反射器及び第２反射器と
から構成されていて、
前記第１のすだれ状電極と前記第２のすだれ状電極の間隔をＳＰ１、前記第１のすだれ状電極と前記第３のすだれ状電極の間隔をＳＰ２、第２のすだれ状電極と第１反射器の距離をＬ１、第３のすだれ状電極と第２反射器の距離をＬ２、弾性表面波の波長をλとしたとき、
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ（ｎは自然数）
もしくは
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ−１／２λ（ｎは自然数）
かつ
Ｌ１＝Ｌ２＝１／４λ
を満たすように形成されており、
前記第１のすだれ状電極及び前記第２のすだれ状電極及び前記第３のすだれ状電極と前記第１反射器及び第２反射器は、放射コンダクタンスが最大となる周波数と前記第１反射器及び前記第２反射器の有する反射係数が最大となる周波数がほぼ一致するように形成されているとともに、
前記圧電基板は、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２０゜〜１３０゜、０゜）または、（０゜、１２３゜、４２．９５゜）または、（０゜、１２７．５゜、４４゜）または、（０゜、９６．５１゜、３２．４３゜）のいずれかのカットで形成された水晶板からなることを特徴とする２ポート弾性表面波共振子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波装置及び２ポート弾性表面波共振子の改良、特に、弾性表面波装置の温度特性を改善し、温度変化に対して安定して動作する弾性表面波装置及び２ポート弾性表面波共振子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やテレビ受像機等の電子部品や通信部品において、共振器や帯域フィルタとして弾性表面波装置が使用されている。ここで、図７は従来の弾性表面波共振子を示す平面図であり、図７を参照して弾性表面波共振子１について説明する。
【０００３】
図７の弾性表面波共振子１は、圧電基板２、すだれ状電極（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下「ＩＤＴ」と略す）３、反射器４、４等を有している。圧電基板２はたとえば水晶板から形成されていて、圧電基板２上にＩＤＴ３、反射器４、４が蒸着あるいはスパッタリング等の薄膜形成手段により導体金属膜を形成した上で、フォトリソグラフィ技術により形成されている。ＩＤＴ３は複数の電極指を所定のピッチＰＴで形成されているくし型電極３ａ、３ｂを有しており、ＩＤＴ３は外部端子５に電気的に接続されている。ＩＤＴ３の矢印Ｘ方向の両側には反射器４、４が所定のピッチＰＲで複数の電極指により形成されて、反射器４、４はＩＤＴ３から所定の距離Ｌ１、Ｌ２だけ設けられて形成されている。反射器４、４は伝搬した弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを反射器４、４内に閉じこめるものである。
【０００４】
ＩＤＴ３に電気信号が供給されると、圧電効果により矢印Ｘ方向に弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）が伝搬する。そして、弾性表面波は、反射器４、４により多段反射されて、ＩＤＴ３、反射器４、４の電極指のピッチに応じた共振周波数を得ることができる。
【０００５】
ところで、図７に示す弾性表面波共振子１の共振周波数は、ＩＤＴ３及び反射器４、４の電極指のピッチ及びＩＤＴ３と反射器４、４の間隔等に依存する。従って、弾性表面波共振子１について所定の共振周波数を得る場合は上述したパラメータを変化させることにより行う。
【０００６】
図８はＩＤＴ３における放射コンダクタンスと反射係数を示すグラフ図である。図８のＩＤＴ３の正規化された反射係数｜ΓIDT ｜におけるストップバンドの下限の周波数はｆl、ストップバンドの上限の周波数はｆu であって、反射係数｜ΓIDT ｜はストップバンドの中心周波数にて最大となる。一方、ＩＤＴ３の規格化された放射コンダクタンスＧa ／ＧN が最大となる周波数ｆTlはストップバンド内のうち、下側ストップバンド周波数ｆl の付近に形成されている。
【０００７】
図９は図７の弾性表面波共振子１において最も挿入損失が小さくなるように、ＩＤＴ３及び反射器４、４を設定する設計手法を示すグラフ図である。なお、はじめにＩＤＴ３における電極指のピッチＰＴは反射器４、４の電極指のピッチＰＲとほぼ等しく形成されていて（ＰＴ＝ＰＲ）、ＩＤＴ３と反射器４、４との距離Ｌ１、Ｌ２はそれぞれλ／４（λは弾性表面波の波長）に設定されている。
【０００８】
まず、図９（Ａ）において、ＩＤＴ３はｆTlにおいて規格化放射コンダクタンスＧa ／ＧNが最大になるように設定されている。一方、反射器４、４の反射係数｜ΓRef ｜は図９（Ｂ）になるように設定されており｜ΓRef ｜が最大となる周波数をｆRとする。ここで、反射器４、４の電極指のピッチ、幅及び膜厚はＩＤＴ３とほぼ同一の設定になっているため、反射器４、４の反射係数｜ΓRef ｜はＩＤＴの反射係数｜ΓIDT ｜とほぼ同一のものとなる。従って、図９（Ｃ）に示すように、ｆTlは反射器４、４の反射係数｜ΓRef ｜における下側ストップバンドｆl 付近に設定される。
【０００９】
その後、挿入損失を小さくするため、ｆTlとｆR とをほぼ一致させるように、ＩＤＴ３もしくは反射器４、４の設定を変更する。具体的には、たとえばＩＤＴ３のピッチＰＴを小さくして、放射コンダクタンスが最大となる周波数ｆTlを高くしたり、あるいは反射器４、４のピッチＰＲを大きくして周波数ｆR を下げることにより、ｆTlとｆR をほぼ一致させるようにする（ｆTl＝ｆR ）。これにより、弾性表面波共振子１の挿入損失を最小限に抑えることができる。
【００１０】
ところで、一般的に弾性表面波共振子の温度特性は、式（１）で示される。
【００１１】
Δｆ＝ａ（Ｔ−Ｔo ）＋ｂ（Ｔ−Ｔo ）2 ・・・（１）ここで、Δｆは温度Ｔと頂点温度Ｔo 間の周波数変化量（ｐｐｍ）、ａは１次温度係数（ｐｐｍ／℃）、ｂは２次温度係数（ｐｐｍ／℃2 ）、Ｔは温度、Ｔo は周波数が最大となる温度（頂点温度）を意味する。
【００１２】
圧電基板２がいわゆるＳＴカット（オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２０゜〜１３０゜、０゜））の水晶板で形成されている場合、１次定数ａ＝０．０、２次定数ｂ＝−０．０３４となり、グラフに示すと図１０のようになる。図１０において、温度特性は上に凸の放物線（２次曲線）を描いている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すような弾性表面波共振子１は、温度の変化に対してその周波数特性が安定していることが望まれていて、温度変化に対する周波数変化量Δｆを小さくすることが必要となる。従って、図１０に示す２次温度係数ｂをより０に近づけて、弾性表面波共振子１が実際に使用される際の温度（動作温度）の変化に対する周波数変化量Δｆが０に近づくように、弾性表面波共振子を改良する必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、上記課題を解消して、弾性表面波装置の温度特性を改善し、温度変化に対して安定して動作する弾性表面波装置及び２ポート弾性表面波共振子を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、圧電基板上に複数の電極指が所定のピッチで形成されて、電気信号を弾性表面波に変換する第１のすだれ状電極と、
複数の電極指が所定のピッチで形成されて、前記第１のすだれ状電極の両端側にそれぞれ所定の間隔を有しており、前記第１のすだれ状電極から伝搬する弾性表面波を電気信号に変換する第２のすだれ状電極及び第３のすだれ状電極と、
複数の電極指が所定のピッチで形成されて、前記第２のすだれ状電極及び前記第３のすだれ状電極から所定の距離を有しており、弾性表面波のエネルギーを閉じこめるための第１反射器及び第２反射器と
から構成されていて、
前記第１のすだれ状電極と前記第２のすだれ状電極の間隔をＳＰ１、前記第１のすだれ状電極と前記第３のすだれ状電極の間隔をＳＰ２、第２のすだれ状電極と第１反射器の距離をＬ１、第３のすだれ状電極と第２反射器の距離をＬ２、弾性表面波の波長をλとしたとき、
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ（ｎは自然数）
もしくは
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ−１／２λ（ｎは自然数）
かつ
Ｌ１＝Ｌ２＝１／４λ
を満たすように形成されており、
前記第１のすだれ状電極及び前記第２のすだれ状電極及び前記第３のすだれ状電極と前記第１反射器及び第２反射器は、放射コンダクタンスが最大となる周波数と前記第１反射器及び前記第２反射器の有する反射係数が最大となる周波数がほぼ一致するように形成されているとともに、
前記圧電基板は、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２０゜〜１３０゜、０゜）または、（０゜、１２３゜、４２．９５゜）または、（０゜、１２７．５゜、４４゜）または、（０゜、９６．５１゜、３２．４３゜）のいずれかのカットで形成された水晶板からなることを特徴とする２ポート弾性表面波共振子により達成される。
【００１６】
上記構成によれば、２ポート弾性表面波共振子の温度特性における２次温度係数を０に近づけることができ、２ポート弾性表面波共振子の温度変化に対する周波数特性の変化量を小さくすることができる。
さらに、前記第１のすだれ状電極及び前記第２のすだれ状電極及び前記第３のすだれ状電極の放射コンダクタンスが最大となる周波数と前記第１反射器及び前記第２反射器の有する反射係数が最大となる周波数をほぼ一致させるように、第１のすだれ状電極及び反射器が形成されている。これにより、放射コンダクタンスが最大となる周波数において、ＩＤＴから励振される弾性表面波を反射器が最も強く反射するため、挿入損失を小さくすることができる。
さらには、上記特定のカットで形成された水晶板からなることにより、２次温度係数を０に近づけることができ、２ポート弾性表面波共振子の温度変化に対する周波数特性の変化量を小さくすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１には本発明の２ポート弾性表面波共振子の好ましい実施の形態を示す平面図であり、図１を参照して２ポート弾性表面波共振子１０について詳しく説明する。
【００３０】
図１の弾性表面波共振子１０は、圧電基板１１、第１ＩＤＴ１２、第２ＩＤＴ１３、第３ＩＤＴ１４、反射器１５等から構成されている。圧電基板１１はたとえばいわゆるＳＴカット水晶板（３０゜〜４０゜回転Ｙ板のＸ軸伝搬カット）からなっている。圧電基板１１の上には各ＩＤＴ１２、１３、１４及び反射器１５、１５が蒸着あるいはスパッタリング等の薄膜形成手段によりＡｌ（アルミニウム）を形成した上で、フォトリソグラフィ技術により形成されている。
【００３１】
第１ＩＤＴ１２は、複数の電極指からなるくし型電極１２ａ、１２ｂからなっていて、くし型電極１２ａ、１２ｂは所定のピッチＰＴで形成されている。くし型電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ入力端子と電気的に接続されていて、入力端子から電気信号が供給される。入力端子から電気信号が供給されると、第１ＩＤＴ１２は圧電効果による弾性表面波を矢印Ｘ方向に向かって出力する。
【００３２】
第１ＩＤＴ１２の弾性表面波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）の両側にそれぞれ所定の間隔ＳＰ１、ＳＰ２を開けて、第２ＩＤＴ１３及び第３ＩＤＴ１４が形成されている。第２ＩＤＴ１３は複数の電極指からなるくし型電極１３ａ、１３ｂからなっていて、くし型電極１３ａ、１３ｂは所定のピッチＰＴで形成されている。同様に、第２ＩＤＴ１４は複数の電極指からなるくし型電極１４ａ、１４ｂからなっていて、くし型電極１４ａ、１４ｂは所定のピッチＰＴで形成されている。従って、第１ＩＤＴ１２乃至第３ＩＤＴ１４のピッチＰＴはほぼ同一になるように形成されている。くし型電極１３ａとくし型電極１４ａ及びくし型電極１３ｂとくし型電極１４ｂはそれぞれ電気的に接続されていて、出力端子に接続されている。第２ＩＤＴ１３と第３ＩＤＴ１４は、矢印Ｘ方向に伝搬している弾性表面波を電気信号に変換して出力するものである。
【００３３】
第２ＩＤＴ１３と第３ＩＤＴ１４を挟むように、反射器１５、１５が形成されている。第２ＩＤＴ１３と反射器１５の間は距離Ｌ１だけ離れており、第３ＩＤＴ１４と反射器１５の間は距離Ｌ２だけ離れている。反射器１５、１５は、複数の電極指が所定のピッチＰＲで形成されている。反射器１５、１５は矢印Ｘ方向に伝搬している弾性表面波を反射して、反射器１５、１５間にそのエネルギーを閉じこめる。
【００３４】
ここで、間隔ＳＰ１と間隔ＳＰ２は式（２）〜式（４）になるように形成される。なお、λは弾性表面波の波長、ｎは自然数（０を含まない正の整数）を意味する。
【００３５】
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ                ・・・（２）
もしくは
ＳＰ１＝ＳＰ２＝ｎλ−１／２λ      ・・・（３）
また、距離Ｌ１と距離Ｌ２は以下の式を満たすように形成される。
Ｌ１＝Ｌ２＝１／４λ                ・・・（４）
【００３６】
図２は、式（２）〜式（４）に設定した弾性表面波共振子１０の放射コンダクタンスと反射係数｜ΓIDT ｜を示すグラフ図である。図２（Ａ）において、第１ＩＤＴ１２等のピッチＰＴと反射器１５のピッチＰＲをほぼ同じにしたとき（ＰＴ＝ＰＲ）、放射コンダクタンスは周波数ｆTl、ｆTuでそれぞれピークＰ１、Ｐ２を形成している。一方、第１ＩＤＴ１２の反射係数｜ΓIDT ｜は、周波数ｆl から周波数ｆu の間で最大周波数をｆ０としたストップバンドが形成されている。
【００３７】
一方、図２（Ｂ）に示すように、反射器１５、１５の反射係数｜ΓRef ｜は、第１ＩＤＴ１２の反射係数｜ΓRef ｜とほぼ同一のものとなる。これは、第１ＩＤＴ１２乃至第３ＩＤＴのピッチＰＴと反射器１５、１５のピッチＰＲがほぼ同じ（ＰＴ＝ＰＲ）に形成されているからである。従って、反射器１５、１５のストップバンド内の下端側の周波数（下側ストップバンド周波数）ｆl 近傍に放射コンダクタンスにおけるピークＰ１の周波数ｆTlが形成され、反射器１５、１５のストップバンド内の上端側の周波数（上側ストップバンド周波数）ｆu 近傍に放射コンダクタンスにおけるピークＰ２の周波数ｆTuが形成される。
【００３８】
しかし、放射コンダクタンスのピークＰ１、Ｐ２が反射器１５、１５が弾性表面波を最大に反射する領域であるストップバンドの両端近傍に形成されていると、第１ＩＤＴ１２から放出される弾性表面波を効率的に反射せず、挿入損失が大きくなってしまう。そこで、たとえばピークＰ１の共振を抑圧して、ピークＰ２の共振のみを強く励振させるようにする。
【００３９】
すなわち、図２（Ｃ）に示すように、第１ＩＤＴ１２、第２ＩＤＴ１３、第３ＩＤＴ１４の放射コンダクタンスのピークＰ２における周波数ｆTuが、反射器１５、１５のストップバンドの最大周波数ｆR とほぼ同じになるように設定する（ｆTu＝ｆR ）。具体的には、まず、一般的に弾性表面波の波長λ及び周波数ｆは以下の式（５）と式（６）で与えられる。
【００４０】
λ＝２Ｐ                            ・・・（５）
ｆ＝Ｖ／２Ｐ                        ・・・（６）
ここで、Ｐは各ＩＤＴもしくは反射器のピッチ、Ｖは弾性表面波の速度である。式（５）と式（６）により、各ＩＤＴ１２、１３、１４及び反射器１５、１５のピッチＰＴ、ＰＲが大きくなれば周波数が小さくなり、ピッチＰＴ、ＰＲが小さくなれば周波数が大きくなる。従って、第１ＩＤＴ１２乃至第３ＩＤＴ１４のピッチＰＴが反射器１５、１５のピッチＰＲより小さくなるように（ＰＴ＜ＰＲ）、各ＩＤＴ１２、１３、１４が形成される。すると、図２（Ｃ）に示すように、放射コンダクタンスのピークＰ２における周波数ｆTuが反射器１５、１５のストップバンドの最大周波数ｆR とほぼ同じになり、（ｆTu＝ｆR ）、挿入損失を小さく抑えることができる。なお、ピッチＰＲを変更させて、反射器１５、１５のストップバンドの最大周波数ｆR を小さくして、ｆTuとｆR を一致させるようにしても良い。
【００４１】
一方、放射コンダクタンスのピークＰ１はストップバンドの外側の領域に形成されるので、ピークＰ１における周波数ｆTlの弾性表面波は反射しないようにすることができる。図３は図１の２ポート弾性表面波共振子１０の挿入損失−周波数特性を示すグラフ図であるが、図３に示すように、周波数ｆTuにおいて挿入損失が最小になっており、周波数ｆTlにおいては挿入損失は大きくなっていることがわかる。これにより、共振周波数を周波数ｆTuのみとした２ポート弾性表面波共振子１０を作製することができる。
【００４２】
図５は図１に示す２ポート弾性表面波共振子１０の温度特性を示すグラフ図である。なお、圧電基板１１として、いわゆるＳＴカット（オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２０゜〜１３０゜、０゜））水晶板を用いている。式（２）〜式（４）のように設定すると、その温度係数が１次温度係数ａ＝０、２次温度係数ｂ＝−０．０２９（ｐｐｍ／℃2 ）にすることができる。よって、弾性表面波共振子１０は、従来の弾性表面波共振子１に比べて、温度変化に対して安定した動作を行うことができる。
【００４３】
図１乃至図５における２ポート弾性表面波共振子１０は圧電基板１１としていわゆるＳＴカット水晶板を使用しているが、他の水晶板を用いればさらに２次温度係数を０に近づけて、より温度変化による周波数特性の変化を防止させることができる。図６は、その圧電基板１１の材料と２次温度係数の関係を示す表である。
【００４４】
図６において、θ＝３３゜ＳＴカット、Ｘ軸からψ＝４２．７５゜面内回転（オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２３゜、４２．７５゜））により形成された水晶板を圧電基板１１とした場合、２ポート弾性表面波共振子１０の２次温度係数ｂはｂ＝−０．０１０５（ｐｐｍ／℃2 ）となる。
【００４５】
また、θ＝３７．５゜回転Ｙカット、Ｘ軸からψ＝４４゜面内回転（オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、１２７．５゜、４４゜））により形成された水晶板を圧電基板１１としたとき、その２次温度係数ｂはｂ＝−０．００７４（ｐｐｍ／℃2 ）となる。
【００４６】
さらに、θ＝６．５１゜回転Ｙカット（Ｋカット）、Ｘ軸からψ＝３２．４３゜面内回転（オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０゜、９６．５１、３２．４３゜））により形成された水晶板を圧電基板１１としたとき、２ポート弾性表面波共振子１０の２次温度係数ｂはｂ＝−０．０１６（ｐｐｍ／℃2 ）となる。よって、上述した材料から圧電基板１１を形成することにより、より温度変化に対して安定した弾性表面波共振子を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の２ポート弾性表面波共振子の好ましい実施の形態を示す平面図。
【図２】  本発明の２ポート弾性表面波共振子の周波数に対する放射コンダクタンス及び反射係数を示すグラフ図。
【図３】  本発明の２ポート弾性表面波共振子の周波数に対する放射コンダクタンス及び反射係数を示すグラフ図。
【図４】  本発明の２ポート弾性表面波共振子における周波数−挿入損失特性を示すグラフ図。
【図５】  本発明の２ポート弾性表面波共振子における周波数−温度特性を示すグラフ図。
【図６】  本発明の２ポート弾性表面波共振子における別の圧電基板の種類を示す表。
【図７】  従来の弾性表面波共振子の一例を示す平面図。
【図８】  図７の弾性表面波共振子の周波数に対する放射コンダクタンス及び反射係数を示すグラフ図。
【図９】  図７の弾性表面波共振子の共振周波数を最適化する様子を示すグラフ図。
【図１０】  従来の弾性表面波共振子における温度特性を示すグラフ図。
【符号の説明】
１０・・・弾性表面波共振子
１１・・・圧電基板
１２・・・第１ＩＤＴ（第１のすだれ状電極）
１３・・・第２ＩＤＴ（第２のすだれ状電極）
１４・・・第３ＩＤＴ（第３のすだれ状電極）
１５・・・反射器
ＳＰ１・・・第１ＩＤＴと第２ＩＤＴの間隔
ＳＰ２・・・第１ＩＤＴと第３ＩＤＴの間隔
Ｌ１・・・第２ＩＤＴと反射器の距離
Ｌ２・・・第３ＩＤＴと反射器の距離
【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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【図９】
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【図１０】
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