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Aus der Druckschrift
EP 0995265 B1 ist ein als Reaktanzfilter ausgebildetes Oberflächenwellenbauelement bekannt.
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Aus der Druckschrift
DE 102005027457 A1 ist ein in seiner Frequenz abstimmbares Oberflächenwellenbauelement bekannt.
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Aus der Druckschrift
DE 19634621 A1 ist ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitender Resonator bekannt, wobei mit einem externen LCR-Impedanznetzwerk verschaltete Wandler die Selektion einer resonanten Welle ermöglichen.
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Aus der Druckschrift
US 5932950 A sind auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnete, abstimmbare Strukturen bekannt.
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Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Oberflächenwellenbauelement anzugeben, das derart ausgebildet ist, dass es elektrisch getrimmt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Oberflächenwellenbauelements sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Es wird ein Oberflächenwellenbauelement angegeben, das strukturierte Metallisierungen aufweist. Die strukturierten Metallisierungen umfassen wenigstens zwei Reflektoren und wenigstens einen in lateraler Richtung zwischen den Reflektoren angeordneten Wandler sowie wenigstens eine Trimmelektrode. Die Trimmelektrode ist vorzugsweise in einer akustischen Spur angeordnet, wobei die akustische Spur wenigstens durch den einen Wandler und angrenzende Bereiche der Reflektoren definiert ist. Die Trimmelektrode ist mit wenigstens einem Trimmkondensator elektrisch leitend verbunden.
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Die akustische Spur umfasst vorzugsweise den gesamten Reflektor. Die akustische Welle klingt innerhalb der akustischen Spur in einem begrenzten Frequenzbereich, dem so genannten Stopband ab. Außerhalb des begrenzten Frequenzbereiches kann sich die Welle im Reflektor jedoch weiter ausbreiten und diesen sogar durchdringen.
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Die Trimmelektrode ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Einfluss auf den Stopbandbereich des Oberflächenwellenbauelements ausüben kann.
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In einer Ausführungsform kann die Trimmelektrode auch mehrere als Fingerelektroden ausgebildete Einzelelektroden umfassen, die eine Trimmstruktur bilden.
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In einer Ausführungsform ist der Trimmkondensator außerhalb der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements und insbesondere vertikal (transversal) gegen die akustische Spur versetzt angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Trimmkondensator auch innerhalb der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet sein. Ein Trimmkondensator, der innerhalb der akustischen Spur angeordnet ist, hat insbesondere den Vorteil, dass das Oberflächenwellenbauelement gegenüber einem vergleichbaren aber nicht trimmbaren Oberflächenwellenbauelement relativ Platz sparend auf nur geringfügig erhöhter Chipfläche hergestellt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist der Trimmkondensator nicht auf dem Substrat des Oberflächenwellenbauelements angeordnet, sondern beispielsweise auf einem Gehäuse oder einer Abdeckung über den Metallisierungsstrukturen der akustischen Spur. Dies hat den Vorteil, dass der Trimmkondensator besonders leicht zugänglich ist und entsprechend einfach getrimmt werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Trimmkondensator mehrere Kondensatorelektroden auf, wobei die Kondensatorelektroden vorzugsweise parallel zu der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Kondensatorelektroden des Trimmkondensators auch senkrecht zu der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet sein.
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In einer einem Wandler ähnlichen Elektrodenstruktur eines Trimmkondensators könnten möglicherweise Hochfrequenz-Schwingungen entstehen, die sich auf die akustische Spur des Oberflächenwellenbauelements auswirken könnten.
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Der Trimmkondensator ist daher vorzugsweise derart ausgebildet, dass er keine akustische Anregung in dem relevanten Frequenzbereich des Oberflächenwellenbauelements aufweist. Dazu weist er einen Pitch (= Abstand der Elektrodenfinger) auf, der sich deutlich von dem des Wandlers unterscheidet und mit dem auch sonst keine Anregung bei störenden Frequenzen erfolgen kann. Dadurch wird verhindert, dass durch den Trimmkondensator eine unerwünschte Anregung erzeugt wird, die sich in der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements ausbreiten könnte und so zu Störungen in dem relevanten Frequenzbereich des Oberflächenwellenbauelements führen.
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In einer Ausführungsform ist der Trimmkondensator wenigstens mit einem der Reflektoren des Oberflächenwellenbauelements oder mit einer geeigneten Masse elektrisch leitend verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsanordnung ist der Trimmkondensator innerhalb eines Reflektorbereichs des Oberflächenwellenbauelements und vorzugsweise an dem Ende eines der Reflektoren angeordnet, das zum Wandler hin weist. Hierbei können die Kondensatorelektroden des Trimmkondensators von dem Metallisierungsstrukturen des Reflektorbereichs elektrisch getrennt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Trimmkondensator jedoch auch mit der Metallisierungsstrukturen des Reflektorbereichs elektrisch verbunden sein. Die Kondensatorelektroden können im Bezug zu der Metallisierungsstruktur des Reflektorbereichs floatend angeordnet sein, wobei aber eine Elektrode des Trimmkondensators eine elektrisch leitende Verbindung zu der Trimmelektrode beziehungsweise zur Trimmstruktur aufweist.
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Die Trimmelektrode ist vorzugsweise im Bereich der maximalen Energiedichte der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet.
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In einer Ausführungsform kann die Trimmelektrode auch mehrere elektrisch verbundene aber von einander beabstandete Elektrodenfinger aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann neben einer ersten Trimmelektrode auch eine weitere Trimmelektrode in der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet sein, wobei die einzelnen Trimmelektroden vorzugsweise in Bereichen der akustischen Spur angeordnet sind, die eine relativ hoher Energiedichte aufweisen. Bevorzugt sind Bereiche mit einem relativen oder absoluten Maximum der Energiedichte.
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In einer Ausführungsform können die erste und die zweite Trimmelektrode oder weitere zusätzliche Trimmelektroden eine identische Struktur bezüglich ihrer Form und/oder Länge aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass die einzelnen Trimmelektroden eine unterschiedliche Struktur aufweisen.
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Die einzelnen Trimmelektroden können alle mit dem gleichen Trimmkondensator oder auch mit unterschiedlichen Trimmkondensatoren verbunden sein.
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Sind mehrere Trimmkondensatoren vorhanden, so können diese elektrisch parallel und vorzugsweise gegen Masse geschaltet sein.
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Das Oberflächenwellenbauelement ist vorzugsweise auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet.
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Als Material für ein piezoelektrisches Substrat werden beispielsweise LiTaO3-42YX, LiNbO3, Quarz oder andere geeignete Materialien verwendet.
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Zum Trimmen eines wie zuvor beschriebenen Oberflächenwellenbauelements können einzelne Kondensatorelektroden des Trimmkondensators – beispielsweise mittels eines Lasers – in ihrer Struktur verändert werden, wodurch sich die Kapazität des Trimmkondensators und somit auch die elektrische Anbindung der Trimmelektrode beziehungsweise der Trimmstruktur verändert.
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In einer Ausführungsform können einzelnen Kondensatorelektroden des Trimmkondensators teilweise beziehungsweise vollständig durchtrennt werden.
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Durch eine Änderung der Trimmkapazität des Trimmkondensators wird die Trimmelektrode beziehungsweise die Trimmstruktur elektrisch variabel angeschlossen. Dadurch lassen sich die Eigenschaften der Trimmelektrode beziehungsweise der Trimmstruktur innerhalb der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements verändern.
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Die maximale Änderung der elektrischen Eigenschaften des Oberflächenwellenbauelements mit Hilfe einer Veränderung des Trimmkondensators entspricht dem Unterschied zwischen einer voll angeschlossenen, also kurzgeschlossenen Trimmelektrode beziehungsweise Trimmstruktur und einer überhaupt nicht angeschlossenen, also floatenden Trimmelektrode beziehungsweise Trimmstruktur. Dieser Maximalunterschied, aber auch alle Zwischenstufen, bewirkt eine maximale Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Reflexion der Welle durch die Trimmelektrode beziehungsweise Trimmstruktur und damit im Ergebnis eine Veränderung der Frequenz, die bei gegebener Metallisierungsstruktur von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle abhängt.
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Bereits durch einen Trimmkondensator mit einer geringen Kapazität lassen sich somit Frequenzverschiebungen von über 1000 ppm realisieren. Der Trimmkondensator weist dabei vorzugsweise eine Kapazität im Bereich von wenigen Pikofarad auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Trimmkondensator eine Kapazität von ca. 1 Pikofarad auf.
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Vorzugsweise findet eine Veränderung der Struktur der Kondensatorelektroden des Trimmkondensators nach dem Einhäusen des Oberflächenwellenbauelements statt.
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Eine Veränderung der Struktur der Kondensatorelektroden nach dem Einhäusen hat besonders den Vorteil, dass auch noch so genannte Aufbaushifts, also Frequenzshifts, die erst durch das Verbauen des Bauteils wie zum Beispiel durch Kleben oder Löten und so weiter zu Stande kommen, kompensiert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren bei GBAW-Bauteilen (guided bulk acoustic wave), da bei diesen Bauteilen nach Aufbringen einer dicken Passivierungsschicht beziehungsweise eines Deckelwafers die akustische Spur des Bauteils nicht mehr durch mögliche Massenbe- oder -entlastung veränderbar ist und daher ein Trimmen auf herkömmliche Weise nicht mehr möglich ist.
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Durch eine elektrische Anbindung einer Trimmelektrode beziehungsweise Trimmstruktur ist somit ein Trimmverfahren realisierbar, bei dem sich einzelne Bauelement individuell voneinander behandeln und bezüglich der Arbeitsfrequenz korrigieren lassen.
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Das zuvor beschriebene Verfahren sowie das zuvor beschriebene Oberflächenwellenbauelement haben besonders den Vorteil, dass nach dem Verschließen des Bauteils ein Trimmen des Bauelements weiterhin möglich ist, wobei die entsprechenden elektrischen Anschlüsse vorzugsweise frei zugänglich, also beispielsweise durch Herausführen aus dem Gehäuse oder durch ein Freilegen der in diesen Bereichen aufgebrachten Passivierungsschichten, sind.
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Die oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen, vielmehr können die Darstellungen in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements mit einer Trimmelektrode,
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements mit zwei Trimmelektroden,
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3 zeigt beispielhaft die Frequenzverschiebung in Abhängigkeit von der Kapazität des Trimmkondensators,
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4 zeigt eine Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements als DMS-Filter mit zwei Trimmelektroden.
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In der 1 ist eine Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements mit einer Trimmelektrode 3 dargestellt. Das Oberflächenwellenbauelement weist strukturierte Metallisierungen auf, die einen Wandler 1 umfassen. Der Wandler 1 ist in lateraler Richtung zwischen zwei Reflektoren 2, 2' angeordnet. Der Wandler 1 ist in der dargestellten Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements als einfache Interdigitalstruktur dargestellt. Das Oberflächenwellenbauelement kann dabei weitere Wandler umfassen und z. B. als DMS Filter (Double Mode Surface), Eintor-Resonator, Mehrtor-Resonator oder als ein solche Resonatoren umfassendes Bauelement ausgeführt sein. In der dargestellten Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements ist zwischen dem Wandler 1 und einem ersten Reflektor 2 eine zusätzliche Trimmelektrode 3 eingebracht. Die Trimmelektrode 3 ist vorzugsweise in dem Bereich der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements mit der maximalen Energiedichte angeordnet.
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Die Trimmelektrode 3 weist in der dargestellten Ausführungsform einen einzigen Trimmfinger auf. Der Trimmkondensator 4 weist in der dargestellten Ausführungsform keinen direkten elektrischen Kontakt zu dem Wandler 1 oder den Reflektoren 2, 2' des Oberflächenwellenbauelements auf. In einer weiteren Ausführungsform kann der Trimmkondensator 4 mit einem der Reflektoren 2, 2' oder mit Masse elektrisch leitend verbunden sein. Die Trimmelektrode 3 ist mit einem Trimmkondensator 4 elektrisch leitend verbunden. Der Trimmkondensator 4 ist in der dargestellten Ausführungsform außerhalb der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Trimmkondensator 4 innerhalb eines Reflektors 2, 2' angeordnet ist. Der Trimmkondensator 4 weist vorzugsweise mehrere Kondensatorelektroden auf, die parallel oder senkrecht zur akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet sein können. Der Trimmkondensator 4 weist in dem relevanten Frequenzbereich des Oberflächenwellenbauelements vorzugsweise keine Aktivität bzw. Anregung auf, die zu Störungen im Frequenzbereich des Oberflächenwellenbauelements führen können.
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Durch teilweises oder vollständiges Durchtrennen einzelner Kondensatorelektroden des Trimmkondensators 4, z. B. mittels eines Laserverfahrens, lässt sich die Kapazität des Trimmkondensators 4 beeinflussen. Durch eine Änderung der Kapazität des Trimmkondensators 4 ist die Trimmelektrode 3 somit variabel an den Rest des Reflektors 2 angeschlossen. Durch eine Änderung der Kapazität des Trimmkondensators 4 können die Eigenschaften der Trimmelektrode 3 im akustischen Pfad des Oberflächenwellenbauelements und somit der Einfluss auf die akustischen Eigenschaften des Oberflächenwellenbauelements beeinflusst werden. Durch die Anpassung der Kapazität des Trimmkondensators 4 können somit die Ausbreitungseigenschaften, wie Geschwindigkeit und Reflexion der elektroakustischen Welle im Bereich der Trimmelektrode 3 in der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements verändert werden.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements mit zwei Trimmelektroden 3, 3'. Das Oberflächenwellenbauelement weist strukturierte Metallisierungen auf, die einen Wandler 1 umfassen. Der Wandler 1 ist in lateraler Richtung zwischen zwei Reflektoren 2, 2' angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements ist zwischen dem Wandler 1 und einem ersten Reflektor 2 eine erste Trimmelektrode 3 eingebracht. Zwischen dem Wandler 1 und dem zweiten Reflektor 2' ist eine weitere Trimmelektrode 3' angeordnet. Die beiden Trimmelektroden 3, 3' sind vorzugsweise in dem Bereich der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements mit der maximalen Energiedichte angeordnet. Die Trimmelektroden 3, 3' sind mit einem Trimmkondensator 4 elektrisch leitend verbunden. Der Trimmkondensator 4 ist in der dargestellten Ausführungsform außerhalb der akustischen Spur des Oberflächenwellenbauelements angeordnet.
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In der 3 ist beispielhaft die Frequenzverschiebung in Abhängigkeit von der Kapazität des Trimmkondensators dargestellt. Auf der X-Achse des Diagramms in 3 ist die Kapazität eine Trimmkondensators in pF (Piko-Farad) aufgetragen. Die Y-Achse zeigt die prozentuale Frequenzverschiebung der linken Flanke des Passbandes bei etwa 2 GHz eines als Bandpassfilters ausgebildeten Oberflächenwellenbauelements in ppm (parts per million). Es zeigt sich an diesem Diagramm, dass das System hier bereits mit einem Kapazitätswert von nur 0,5 pF nahe am Kurzschluss ist. Auf einem Chip lässt sich eine Kapazität dieser Größe gut als Interdigitalstruktur realisieren. Es ist also keine höhere Kapazität erforderlich, um nahezu das maximale Regelungsintervall auszunutzen.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Oberflächenwellenbauelements als DMS-Filter mit einer Trimmelektrode 3. Das DMS-Filter (Double Mode Surface Acoustic Wave) weist mehrere Eingangs- und Ausgangswandler 1 auf. Das DMS-Filter weist eine Mittenfrequenz des Passbandes von etwa 2 GHz auf, dessen Abhängigkeit von der Kapazität des Trimmkondensators 4 in 3 dargestellt ist.
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Wie in der 3 gezeigt ist, fällt die Frequenzverschiebung mit steigender Kapazität des Trimmkondensators nahezu exponential ab. Die Kurve weist bei einer Kapazität des Trimmkondensators von 0 pF ihr Maximum bei einer Frequenzverschiebung von etwa 1300 ppm auf. Es lässt sich somit zeigen, dass sich hier durch die Verwendung einer Trimmelektrode zusammen mit einer kleinen Kapazität von z. B. nur 0,5 pF eine ausreichende Verschiebung der linken Flanke des Passbandes eines Oberflächenwellenbauelements um über 1000 ppm erreichen lässt.
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Mit der Erfindung lassen sich theoretisch alle Typen von Oberflächenwellenbauelementen trimmen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei mit Resonatoren arbeitenden Bauelementen wie DMS Filtern oder Reaktanzfiltern aus mit Oberflächenwellen arbeitenden Resonatoren. Bei so genannten Laddertype oder Lattice-Type Filtern kann durch gezieltes Trimmen entweder der parallelen Resonatoren oder seriellen Resonatoren selektiv die linke bzw. rechte Flanke des Passbandes verschoben werden. Auf diese Weise ist mit der Erfindung ein weiterer Trimmfreiheitsgrad erreichbar.
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Es ist prinzipiell möglich, dass auch mehrere Trimmelektroden gemeinsam oder an unterschiedlichen Bereichen in der akustischen Spur eines Oberflächenwellenbauelements angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wandler
- 2, 2'
- Reflektor
- 3, 3'
- Trimmelektrode
- 4
- Trimmkondensator
