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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Oberflächenwellenresonator
und ein Oberflächenwellenfilter,
einen Duplexer und eine Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung
desselben, insbesondere bezieht sie sich auf einen Oberflächenwellenresonator,
der eine akustische Oberflächenwelle
verwendet, die eine SH-Welle als die Hauptkomponente umfasst.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Üblicherweise
werden Oberflächenwellenresonatoren
bisher weit verbreitet in Bandpassfiltern oder dergleichen einer
mobilen Kommunikationsausrüstung
eingesetzt. Als ein Beispiel eines derartigen Oberflächenwellenresonators
kennt man einen Oberflächenwellenresonator
oder ein Oberflächenwellenfilter,
der/das eine Konfiguration aufweist, bei der ein Interdigitalwandler
(im Folgenden als IDT bezeichnet), der eine kammförmige Elektrode
aufweist, auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist. Da
eine akustische Oberflächenwelle,
die eine SH-Welle als die Hauptkomponente umfasst, wie z. B. eine
Love-Welle, eine Leck-Welle, eine BGS-Welle oder dergleichen, die
Kantenreflexion in einem derartigen Oberflächenwellenresonator oder Oberflächenwellenfilter
nutzen kann, wird diese praktischerweise in einem Resonator oder
Oberflächenwellenfilter mit
kleiner Größe verwendet,
wo kein Reflektor benötigt
wird. Ferner wird ein piezoelektrischer Einkristall, wie z. B. Lithium-Niobat,
Lithium-Tantalat oder dergleichen, als das Material für das piezoelektrische
Substrat eines Oberflächenwellenresonators
oder eines Oberflächenwellenfilters
verwendet. Zu dieser Zeit muss, damit eine akustische Oberflächenwelle,
die eine SH-Welle als die Hauptkomponente umfasst, angeregt wird,
ein 41°-Y-Schnitt-X-Ausbreitungssubstrat
oder ein 64°-Y-Schnitt-X-Ausbreitungssubstrat
in dem Fall von Lithium- Niobat
ausgewählt
werden und ein 36°-Y-Schnitt-X-Ausbreitungssubstrat
muss in dem Fall von Lithium-Tantalat ausgewählt werden. Hier entspricht
die 41°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung
einer Anzeige des Eulerschen Winkels von (0°, 131°, 0°), die 64°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung entspricht
einer Anzeige des Eulerschen Winkels von (0°, 154°, 0°) und die 36°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung entspricht
einer Anzeige des Eulerschen Winkels von (0°, 126°, 0°).
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Der
Temperaturkoeffizient der Gruppenlaufzeit-Temperatur-Charakteristik (im
Folgenden als TCD bezeichnet) dieser piezoelektrischen Einkristalle
jedoch ist relativ schlecht. Insbesondere beträgt die TCD eines 41°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Litium-Niobat-Substrats
80 ppm/°C,
die TCD eines 64°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithium-Niobat-Substrats
beträgt
81 ppm/°C
und die TCD eines 36°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithium-Tantalat-Substrats
beträgt
32 ppm/°C.
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Im
Allgemeinen wird, um gute Charakteristika stabil in einem Oberflächenwellenresonator
zu erhalten, ein Material mit einer guten TCD benötigt. Dies
bedeutet, dass ein Material mit einer kleinen Frequenzcharakteristikveränderung
mit einer Temperaturveränderung
benötigt
wird. Deshalb entsteht, wenn ein Oberflächenwellenresonator zum Anregen
einer akustischen Oberflächenwelle,
die eine SH-Welle als die Hauptkomponente umfasst, mit Lithium-Niobat
oder Lithium-Tantalat versehen ist, das als das Substratmaterial
verwendet wird, wie oben erwähnt
wurde, dahingehend ein Problem, dass sich die Frequenzcharakteristik
drastisch verschiebt. Ferner beinhaltet, obwohl Lithium-Tantalat
eine bessere TCD als diejenige von Lithium-Niobat aufweist, dies
ebenso das gleiche Problem bei der Frequenzcharakteristikverschiebung.
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In
einem Oberflächenwellenresonator
z. B., der eine Mittenfrequenz von 100 MHz aufweist, wird für eine 50°C-Temperaturveränderung
eine 400-KHz-Frequenzcharakteristikverschiebung in dem Fall eines 41°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung- Lithium-Niobat-Substrats
erzeugt, eine 405-KHz-Frequenzcharakteristikverschiebung wird in
dem Fall eines 64°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithium-Niobat-Subtstrats
erzeugt und eine 161-KHz-Frequenzcharakteristikverschiebung wird
in dem Fall eines 36°-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithium-Tantalat-Substrats erzeugt.
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Um
eine derartige Frequenzcharakteristikverschiebung einzuschränken, kommt
es in Betracht, eine Temperaturkompensationsschaltung oder dergleichen
mit einem Oberflächenwellenresonator
zu verbinden. Es entsteht jedoch dahingehend ein Problem, dass die
Vorrichtung als ganzes, die den Oberflächenwellenresonator umfasst,
aufgrund der hinzugefügten
Temperaturkompensationsschaltung voluminös wird, so dass es schwierig
ist, eine kleine Größe zu erzielen.
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Ein
Oberflächen-Transversalwellen-Resonator,
der Langasit-Einkristall-Substrat
verwendet und ein niedrige TCD aufweist, ist aus „Surface
Transverse Waves on Langasite",
von J. Koskela u. a., Applied Physics Letters, Bd. 72, Nr. 21, 25.
Mai 1998, Seiten 2.665 – 2.667,
American Institute of Physics, New York, U.S.A., bekannt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Angesichts
dieser Probleme richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine
Oberflächenwellenresonator,
der unter Verwendung einer SH-Welle als Hauptkomponente arbeitet
und eine exzellente TCD aufweist. Die Erfindung ist in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert.
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Der
Oberflächenwellenresonator
weist ein piezoelektrisches Substrat und zumindest einen Interdigitalwandler
auf, der zumindest ein Paar kammförmiger Elektroden aufweist,
die so gebildet sind, um in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat
zu stehen, und verwendet eine akustische Oberflächenwelle, die eine SH-Welle
als die Hauptkomponente um fasst, wobei ein Langasit-Einkristall
als das piezoelektrische Substrat verwendet wird.
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Da
der Langasit-Einkristall als das piezoelektrische Substrat verwendet
wird und die SH-Welle wie oben erwähnt verwendet wird, kann ein
Oberflächenwellenresonator
mit großem
Kopplungsgrad erhalten werden.
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Der
Langasit-Einkristall weist vorzugsweise den Eulerschen Winkel (Φ, θ, φ) von 0° ≤ Φ ≤ 30°, 0° ≤ θ ≤ 25° und φ = –1,07 Φ + 90° ± 5° auf und
weist noch bevorzugter den Eulerschen Winkel (Φ, θ, φ) von 11° ≤ Φ ≤ 24° und 17° ≤ θ < 24° auf.
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Alternativ
weist vorzugsweise der Langasit-Einkristall den Eulerschen Winkel
(Φ, θ, φ) von 0° ≤ Φ ≤ 30°, 153° ≤ θ ≤ 180° und φ = 1.05 Φ + 28° ± 5° auf und
weist noch bevorzugter den Eulerschen Winkel (Φ, θ, φ) von 5° ≤ Φ ≤ 30° und 153° ≤ θ ≤ 158,5° auf.
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Gemäß dem bevorzugen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist ein Oberflächenwellenresonator eine bessere
TCD auf als diejenige, die ein Lithium-Niobat-Substrat oder ein
Lithium-Tantalat-Substrat aufweist. Es ist möglich, einen TCD-Wert von |10|
ppm/°C oder
weniger und |5| ppm/°C
oder weniger zu erhalten.
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Ferner
kann, da die Schallgeschwindigkeit verglichen mit anderen Materialien
gering ist, eine kleine Größe erzielt
werden, und da die Kantenreflexion einer SH-Welle genutzt werden
kann, wird kein Reflektor benötigt,
so dass eine weitere kleine Größe erzielt
werden kann.
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Zu
Zwecken einer Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen
mehrere Formen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden, wobei
jedoch darauf verwiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten
Anordnungen und Instrumentalitäten
eingeschränkt
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenwellenresonators zur Erklärung des
ersten Ausführungsbeispiels.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Vertikalkopplungstyp-Oberflächenwellenfilters
zur Erklärung
des zweiten Ausführungsbeispiels.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Lateralkopplungstyp-Oberflächenwellenfilters
zur Erklärung
des dritten Ausführungsbeispiels.
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4 ist
ein Blockdiagramm zur Erklärung
eines Duplexers des vierten Ausführungsbeispiels
und einer Kommunikationsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen detailliert erläutert.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenwellenfilters gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird ein Oberflächenwellenresonator 1 durch
Bilden eines Interdigitalwandlers 3 auf einem piezoelektrischen
Substrat 2, das aus einem Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14) hergestellt
ist, bereitgestellt.
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Der
Interdigitalwandler 3 ist mit einem Elektrodenmaterial,
wie z. B. Al, Au oder dergleichen, derart gebildet, dass ein Paar
kammförmiger
Elektroden 3a, 3b so angeordnet ist, um ineinanderzugreifen.
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Als
nächstes
wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. 2 ist
eine perspektivische Ansicht eines longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird das longitudinal gekoppelte
Oberflächenwellenfilter 11 durch
Bilden zweier Interdigitalwandler 13 auf einem piezoelektrischen
Substrat 12, das aus einem Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14)
hergestellt ist, bereitgestellt.
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Die
Interdigitalwandler 13 sind mit einem Elektrodenmaterial,
wie z. B. Al, Au oder dergleichen, derart gebildet, dass ein Paar
kammförmiger
Elektroden 13a, 13b so angeordnet ist, um ineinanderzugreifen.
Ferner sind die Interdigitalwandler 13, 13 parallel
in der Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle
mit einer bestimmte Entfernung angeordnet.
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Weiter
wird ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. 3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Lateralkopplungstyp-Oberflächenwellenfilters
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird das transversal gekoppelte
Oberflächenwellenfilter 21 durch
Bilden eines Interdigitalwandlers 23 auf einem piezoelektrischen
Substrat 22, das aus einem Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14)
hergestellt ist, bereitgestellt.
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Der
Interdigitalwandler 23 ist mit einem Elektrodenmaterial,
wie z. B. Al, Au oder dergleichen, derart gebildet, dass kammförmige Elektroden 23a, 23b und 23c so
angeordnet sind, um ineinanderzugreifen.
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Dann
werden ein viertes und fünftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. 4 ist
ein Blockdiagramm eines Duplexers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird die Kommunikationsvorrichtung 31 durch
ein Verbinden eines Antennenanschluss eines Duplexers 34,
der ein Oberflächenwellenfilter 32 für einen
Empfänger
und ein Oberflächenwellenfilter
für einen
Sender 33 aufweist, mit einer Antenne 35, ein
Verbinden eines Ausgangsanschluss mit einer Empfangschaltung 36 und
ein Verbinden eines Eingangsanschluss mit einer Sendeschaltung 37 bereitgestellt.
Für das
Empfangs-Oberflächenwellenfilter 32 und
das Sende-Oberflächenwellenfilter 33 des
Duplexers 34 werden die Oberflächenwellenfilter 11, 21 gemäß dem zweiten
und dritten Ausführungsbeispiel
verwendet.
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Charakteristika,
die von einem Schnittwinkel des Materials hergeleitet werden, das
für das
Substrat des Oberflächenwellenresonators
verwendet wird, der für
die oben erwähnten
Anwendungen verwendet wird, sind in Tabelle 1 gezeigt. Diejenigen,
die mit * vor der Probennummer markiert sind, liegen außerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
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P
in der Verschiebungsverteilung bezieht sich auf eine Longitudinalwelle,
SH auf eine Transversalwelle, die eine Verschiebung in der Horizontalrichtung
aufweist, d. h. eine SH-Welle, und SV auf eine Transversalwelle,
die eine Verschiebung in der Vertikalrichtung aufweist. Ferner ist
die Verschiebungsverteilung mit der größten Welle als 1 und den anderen
Wellen in dem Verhältnis
in Bezug auf die größte Welle
angezeigt. Tabelle
1
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, wird in dem Fall, bei dem ein Langasit-Einkristall
(La3Ga5SiO14) verwendet wird, die TCD verglichen mit
einem herkömmlichen
Lithium-Niobat-Kristall dramatisch verbessert und wird ebenso verglichen
mit Lithium-Tantalat verbessert.
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Ferner
ist, wie in Tabelle 1 zu sehen ist, in den Oberflächenwellenresonatoren,
die einen Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14) verwenden,
eine Verschiebungsverteilung SH 1 zu finden, d. h. die SH-Welle
kann die größte dort
sein, und so erkennt man, dass die SH-Welle effektiv genutzt werden
kann.
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Insbesondere
erkennt man aus Tabelle 1, dass die Verschiebungsverteilung SH innerhalb
des Bereichs 1 sei kann, bei dem der Eulersche Winkel (Φ, θ, φ) (0° ≤ Φ ≤ 30°, 0° ≤ θ ≤ 25° und φ = –1,07 Φ + 90° ± 5°) beträgt, d. h.
innerhalb des Bereichs der Probennummern 4, 5, 7 bis 13, 15 bis
23, 25 bis 30, 32, 33 und 35 bis 39. φ = –1.07 Φ + 90° ± 5° ist die Formel, die aus den
Experimentwerten der in Tabelle 1 gezeigten Proben herausgefunden
wurde.
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Ferner
erkennt man, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, dass die TCD in einem
Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14), da der TCD-Wert innerhalb des Bereichs |10| ppm/°C oder weniger
ist, bei dem der Eulersche Winkel desselben (11° ≤ Φ ≤ 24° und 17° ≤ θ ≤ 24°) ist, d. h. innerhalb des Bereichs
der Probennummern 15 bis 23, 25 bis 30, 32 und 33, verglichen mit
den anderen Teilen in Tabelle 1 besonders gut ist.
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Deshalb
wird durch ein Verwenden eines Langasit-Einkristalls (La3Ga5SiO14)
mit dem oben erwähnten Eulerschen
Winkel in den piezoelektrischen Substraten 2, 12, 22 des Oberflächenwellenresonators
aus 1 und der Oberflächenwellenfilter der 2, 3,
da die TCD z. B. in dem Fall eines Oberflächenwellenresonators mit einer
Mittenfrequenz von 100 MHz |10| ppm/°C oder weniger ist, nur eine
Frequenzcharakteristikverschiebung von etwa 50 KHz durch eine 50°C-Temperaturveränderung
erzeugt und so kann dies ausreichend mit der Verwendung in einer
Umgebung mit einer großen
Temperaturveränderung
zurecht kommen.
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Charakteristika,
die von einem Schnittwinkel hergeleitet sind, der sich von denjenigen
aus Tabelle 1 unterscheidet, des Materials, das für das Substrat
des Oberflächenwellenresonators
verwendet wird, sind in Tabelle 2 gezeigt. Diejenigen, die mit *
vor der Probennummer markiert sind, liegen außerhalb des Bereichs der vorliegenden
Erfindung. Wie in Tabelle 1 bezieht sich P in der Verschiebungsverteilung
auf eine Longitudinalwelle, SH auf eine Transversalwelle, die eine
Verschiebung in der Horizontalrichtung aufweist, d. h. eine SH-Welle,
und SV auf eine Transversalwelle, die eine Verschiebung in der Vertikalrichtung
aufweist. Ferner ist die Verschiebungsverteilung mit der größten Welle
als 1 und den anderen Wellen im Verhältnis in Bezug auf die größte Welle
angezeigt. Tabelle
2
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Wie
in Tabelle 2 gezeigt ist, wird in dem Fall, bei dem ein Langasit-Einkristall
(La3Ga5SiO14) verwendet wird, die TCD verglichen mit
einem herkömmlichen
Lithium-Niobat-Kristall dramatisch verbessert und wird auch verglichen
mit Lithium-Tantalat
verbessert.
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Ferner
ist, wie in Tabelle 2 zu sehen ist, in den Oberflächenwellenresonatoren,
die einen Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14) verwenden,
eine Verschiebungsverteilung SH 1 zu finden, d. h. die SH-Welle
kann die größte dort
sein, und so ist zu erkennen, dass die SH-Welle effektiv genutzt
werden kann.
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Ferner
ist aus Tabelle 2 zu erkennen, dass die Verschiebungsverteilung
SH innerhalb des Bereichs 1 sein kann, bei dem der Eulersche Winkel
(Φ, θ, φ) (0° ≤ φ ≤ 30°, 153° ≤ θ ≤ 180° und φ = 1.05 Φ + 28° ± 5°) beträgt, d. h.
innerhalb des Bereichs der Probennummern 43 bis 47, 49, 50, 53 bis
56, 59 und 61 bis 67. φ = 1,05 Φ + 28° ± 5° ist die
Formel, die aus den Experimentwerten der in Tabelle 2 gezeigten
Proben gefunden wird.
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Ferner
ist zu erkennen, dass in einem Langasit-Einkristall (La3Ga5SiO14), da der TCD-Wert
innerhalb des Bereichs |5| ppm/°C
oder weniger ist, bei dem der Eulersche Winkel desselben (5° ≤ Φ ≤ 30° und 153° ≤ θ ≤ 158,5°) beträgt, d. h.
innerhalb des Bereichs der Probennummern 49, 50, 53 bis 55 und 61
bis 64, die TCD verglichen mit den anderen Teilen in den Tabellen
1 und 2 besonders gut ist.
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Deshalb
wird durch ein Verwenden eines Langasit-Einkristalls (La3Ga5SiO14)
mit dem oben erwähnten Eulerschen
Winkel in den piezoelektrischen Substraten 2, 12, 22 des in 1 gezeigten
Oberflächenwellenresonators
und der in den 2, 3 gezeigten
Oberflächenwellenfilter,
da die TCD z. B. in dem Fall eines Oberflächenwellenresonators mit einer
Mittenfrequenz von 100 MHz |5| ppm/°C oder weniger ist, nur eine
Frequenzcharakteristikverschiebung von 25 KHz durch eine 50°C-Temperaturverschiebung
erzeugt, und so kann dies ausreichend mit der Verwendung in einer
Umgebung mit einer großen
Temperaturveränderung
zurecht kommen.
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Obwohl
Beispiele eines Oberflächenwellenresonators,
eines longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters und eines
transversal gekoppelten Oberflächenwellenfilters
in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erklärt
wurden, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Ein Transversaltyp-Oberflächenweilenfilter
mit mehreren Sätzen
von Interdigitalwandlern oder ein Oberflächenwellenresonator, der in
einem Leitertyp-Filter mit Oberflächenwellenresonatoren, die
wie eine Leiter angeordnet sind, verwendet werden soll, oder dergleichen
können
z. B. übernommen
werden und die gleiche Wirkung kann in einem Oberflächenwellenresonator
mit einer beliebigen Art von Struktur erhalten werden.
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Ferner
ist, obwohl Oberflächenwellenresonatoren
ohne einen Reflektor in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert
wurden, die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, sondern kann in einem
Oberflächenwellenresonator
mit einem Reflektor übernommen
werden.
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Während bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der
hierin offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs der
folgenden Ansprüche
erachtet. Deshalb wird darauf verwiesen, dass der Schutzbereich
der Erfindung nicht eingeschränkt
sein soll, mit Ausnahme davon, wie anderweitig in den Ansprüchen dargelegt
ist.