CN1164006C - 介质滤波器、复合介质滤波器、天线共用器和通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供不用平衡-不平衡变压器能进行2端子型或平衡型信号输入输出的介质滤波器、复合介质滤波器及应用它们的通信装置。其特征在于,在介质块内部设置谐振线路(5a~5d),并依次作梳状线耦合。在介质块外表面设置外部端子(6,7)分别与谐振线路(5a,5c)电容耦合,并设置从谐振线路(5d)一端延伸的外部端子(8)。外部端子(7,8)对谐振线路(5c)作电容耦合及电感耦合,因此可进行平衡型信号输入输出。
Description
技术领域
本发明涉及高频波段中使用的介质滤波器,复合介质滤波器,天线共用器和使用它们的通信装置。
背景技术
图12示出一种采用介质块的介质滤波器,主要应用于微波波段。图12中,(B)是介质滤波器站立状态的正视图,(A)是顶视图,(C)是底视图,(D)是左视图,(E)是右视图。图12中,1是介质块,其内部设有2a,2b,2c所示的谐振线路用孔,同时在这些孔内设置内导体形成谐振线路5a,5b,5c。在介质块1的外表面形成接地电极3,在规定处设有外部端子6,7,与接地电极3呈绝缘状态。外部端子6与谐振线路5a电容耦合,外部端子7与谐振线路5c电容耦合。这样构成的介质滤波器具有由3级谐振器构成的带通特性。
但是,在图12所示的已往介质滤波器中,外部端子6,7分别以接地电极为基准电位进行不平衡的信号输入输出,故为了对如平衡输入型放大电路提供信号,不得不采用不平衡-平衡变压器(不平衡-平衡变换器),结果,在电路板上加大了滤波器电路部分的占用面积,这种情况成了阻碍小型化的原因之一。
发明内容
本发明的目的在于,提供不采用上述不平衡-平衡变压器而能进行2端子型或平衡型的信号输入输出的介质滤波器、复合介质滤波器及应用它们的通信装置。
本发明的介质滤波器,在介质块、介质板内或介质板上排列分别具有开路端和接地端的多个谐振线路,并设有多个输入输出单元,分别与这些谐振线路中规定的谐振线路耦合,在这样的介质滤波器中,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子,和从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且所述第1、第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°。按照该结构,可获得采用不同相的2端子进行输入输出的介质滤波器。尤其是,通过使第1与第2外部端子的相位差约180°,能作成平衡型输入输出端子。
通过使所述谐振线路形成的谐振器耦合在上述多个输入输出单元中规定的输入输出单元与其它多个输入输出单元之间,构成具有多个滤波器的复合滤波器。按照该结构,在单一的介质块内、单一的介质板内或单一的介质板上构成多个滤波器,而不必另外设置不平衡-平衡变压器,故能使装置整体进一步小型化。例如,设置发送信号输入端子、接收信号输出端子及天线端子作为多个输入输出单元,并在所述发送信号输入端子与所述天线端子间设置发送滤波器,在所述接收信号输出端子与所述天线端子间设置接收滤波器,从而构天线共用器。
本发明在高频电路中设置上述介质滤波器或复合介质滤波器构成通信装置。由此可获得小型轻量的通信装置。
下面参照附图详细说明本发明实施例。
附图说明
图1为第一实施例介质滤波器的投影图。
图2为图1介质滤波器的等效电路图;
图3为第二实施例介质滤波器的投影图;
图4为第三实施例介质滤波器的投影图;
图5为第四实施例介质滤波器的投影图;
图6为图5介质滤波器的等效电路图;
图7为第五实施例介质滤波器的投影图;
图8为第六实施例介质滤波器的投影图;
图9为第七实施例介质滤波器的投影图;
图10为第八实施例介质滤波器的投影图;
图11为表示通信装置结构的框图;
图12为已有技术介质滤波器的投影图。
具体实施方式
参照图1和图2说明本发明第一实施例介质滤波器的结构。
图1为介质滤波器的投影图,其中,(A)为顶视图,(B)为正视图,(C)为底视图,(D)为左视图。但该图中正面是对电路板的安装面。
该介质滤波器是通过对长方体形的介质块1形成规定形状的孔和电极而构成的。也即,2a、2b、2c为谐振线路用孔,其内分别形成谐振线路5a、5b、5c。20为外部耦合线路用孔,其内形成外部耦合线路25。谐振线路用孔2a~2c及外部耦合线路用孔20分别为图中上半部和下半中内径不同的阶梯孔。在各谐振线路的阶梯孔内径大的一侧端部附近,设有用g表示的非电极形成部,该部分作为开路端。在介质块1的外表面形成外部端子8和外部端子6、7,外部端子8连接外部耦合线路25的一端,外部端子6、7分别与谐振线路5a、5c间形成静电电容。除了这些外部端子部分,几乎在所有的面(六面)上都形成接地电极3。
通过上述结构,首先谐振线路5a、5b、5c依次作梳状线耦合,外部端子6、7,分别电容性耦合(下面称为:“C耦合”)谐振线路5a、5b。再就是,外部耦合线路25与谐振线路5c进行梳状线耦合,并通过电感耦合(下面称为“L耦合”)从外部端子8输出信号。外部耦合线路25不起确定滤波器带通特性的谐振器的作用,而用作外部耦合用线路。因此,该介质滤波器起依次耦合3级谐振器所得滤波电路的作用。
图2为图1所示介质滤波器的等效电路图。这里,Z1ea,Z1eb是谐振线路5a的阻抗。这样在等效电路上用两个线路表示一个谐振线路,是因为谐振线路用孔是阶梯孔,且阻抗随其内径不同而不同。同样Z2ea,Z2eb是谐振线路5b的阻抗,Z3ea,Z3eb是谐振线路5c的阻抗。进而,Z4ea,Z4eb是外部耦合线路25的阻抗。Cs1,Cs2,Cs3是谐振线路5a,5b,5c的非电极形成部g部分形成的静电电容,Cs4是外部端子8与接地电极3间形成的静电电容。ZK120是谐振线路5a与5b间进行梳状线耦合的奇模特性阻抗,ZK12e是该耦合的偶模特性阻抗。ZK230是谐振线路5b与5c间的奇模特性阻抗,ZK23e是其偶模特性阻抗,同样,ZK340是谐振线路5c与外部耦合线路25间的奇模特性阻抗,ZK340是其偶模特性阻抗。Cfi是外部端子6与接地电极3间的静电电容,Cei是外部端子6与谐振线路5a间的静电电容,Cfo是外部端子7与接地电极3间的静电电容,Cex是外部端子7与谐振线路5c间的静电电容。
图2中,A所示部分构成不平衡-平衡变换电路。从该等效电路可见,图中上侧的OUT端子是L耦合输出,下侧的OUT端子是C耦合输出。因此,通过对构成上述变换电路各元件的值进行适当的设定,就能使两输出信号的相位差为180°。
上文按外部端子6用作不平衡输入端子,外部输出端子7、8用作平衡输出端子进行说明,但也可与此相反,将外部端子6用作不平衡输出端子,将外部输出端子7,8用作平衡输入端子。
下面根据图3说明第二实施例介质滤波器的结构。图3中,(A)为顶视图,(B)为正视图,(C)为底视图,(D)为左视图,(E)为后视图。该图中的背面是对电路板的安装面。
图3中,21是介质板,其上面分别形成谐振线路11a、11b、11c及外部耦合线路26。在这些谐振线路中的11a、11b、11c的规定部位形成无电极的间隙部作为开路端。介质板21上表面形成耦合电极12。从介质板21的正面经上表面至背面形成外部端子15。从介质板21的正面经左侧面至背面形成外部端子13。再在介质板21的背面形成外部端子14。除了这些外部端子附近外,介质板的外表面几乎都形成接地电极10。
谐振线路11a、11b、11c分别依次作梳状线耦合。耦合电极12与谐振线路11a电容耦合,外部端子14与谐振线路11c电容耦合。谐振线路11c与外部耦合线路26进行梳状线耦合。因此,所构成的介质滤波器的等效电路与图2所示的相同,外部端子13用作不平衡输入端子,外部端子14、15用作平衡输出端子。
图4为第三实施例介质滤波器的投影图。这就是将图3所示结构的介质滤波器作成“三层面组合”型。也即,该结构具有2块介质板21a、21b,一块介质板21a上形成与图3所示相同的谐振线路11a~11c、外部耦合线路26及耦合电极12,另一块介质板21b上形成与这些谐振线路、外部耦合线路及耦合电极呈镜象对称关系的谐振线路、外部耦合线路及耦合电极,再将两块介质板的谐振线路及耦合电极彼此相贴合。按照该结构,由于各谐振线路四周由接地电极10包围,故向外界无泄漏电磁场和与外部电路无电磁场耦合,能获得特性稳定的介质滤波器。
下面,参照图5和图6说明第四实施例介质滤波器的结构。
该介质滤波器是一种使图1所示介质滤波器的外部端子8的位置发生变化的介质滤波器。也即,将外部端子8形成在与谐振线路的非电极形成部g一侧的面相反的面上。利用该结构使谐振线路5c与外部耦合线路25实现叉指状(inter digital)耦合。其它结构与图1所示基本上相同。该介质滤波器的等效电路如图6所示。由于谐振线路5c与外部耦合线路25进行叉指状耦合,故耦合方法与图2的不同。在图6中,ZK34oa,ZK34ea,ZK34ob,ZK34eb,表示形成于具有阶梯的外部耦合线路用孔中的外部耦合线路25与谐振线路5c的叉指状耦合部分的特性阻抗。用这样的结构可获得取图5中外部端子7,8为平衡输出端子的介质滤波器。
下面,参照图7说明第五实施例有关的双工器(天线共用器)的结构。图7中的(A)为顶视图,(B)为正视图,(C)为底视图。该图中的正面是对电路板的安装面。
2a,2b,2c,2d和2e为谐振线路用孔,在它们里面分别形成谐振线路5a,5b,5c,5d,5e。20a,20b,20c是外部耦合线路用孔,它们里面分别形成外部耦合线路25a,25b,25c。这些谐振线路用孔2a~2e及外部耦合线路用孔20a,20b,20c分别为图中上半部下半部内径不同的阶梯孔。各谐振线路在阶梯孔内径大的一侧端部附近设有用g表示的非电极形成部,该部分作为开路端。介质块1的外表面,形成分别连接外部耦合线路25a,25b,25c一端的外部端子8,6,9,和在与谐振线路5a间形成静电电容的外部端子7,除这些外部端子外,几乎所有的面上(六面)都形成接地电极10。
图7所示双工器的作用如下。首先谐振线路5a,5b,5c依次作梳状线耦合,而且谐振线路5a与外部端子7电容耦合。谐振线路5a又与外部耦合线路25a进行梳状线耦合,谐振线路5c又与外部耦合线路25b进行梳状线耦合。按照该结构,将外部端子7,8用作平衡输出端子,构成的滤波器具有在外部端子6和7、8之间由3级谐振器构成的带通特性。此外,外部耦合线路25b、谐振线路5d,5e和外部耦合线路25c也依次作梳状线耦合。这样构成的滤波器在外部端子6和9之间具有由2级谐振器构成的带通特性。这里,前一滤波器用作接收滤波器,后一滤波器用作发送滤波器,外部端子9用作发送信号的输入端子,外部端子7,8用作接收信号的输出端子,外部端子6用作天线连接端子。
下面参照图8说明第六实施例涉及的双工器的结构。图8中,(A)为顶视图,(B)为正视图,(C)为底视图,(D)为后视图。该图中的背面是对电路板的安装面。
图8中,21a,21b是介质板,在介质板21a上表面分别形成谐振线路11a~11e及外部耦合线路26a,26b,26c。在这些谐振线路11a~11e的规定处形成无电极的间隙部作为开路端。从介质板21a的上表面至背面,分别形成从外部耦合线路26a,26b,26c延伸的外部端子15,13,16。除这些外部端子外,在介质板外表面几乎形成接地电极。在介质板21a的背面形成外部端子14。
图8所示双工器的作用如下。首先,谐振线路11a,11b,11c依次作梳状线耦合,而且谐振线路11a和外部端子14电容耦合。谐振线路11a又和外部耦合线路26a进行梳状线耦合,谐振线路11c又和外部耦合线路26b进行梳状线耦合。由此构成的滤波器以外部端子14,15作为平稳输出端子,并在外部端子13与14、15间具有由3级谐振器构成的带通特性。此外,外部耦合线路26b、谐振线路11d,11e和外部线路26c也依次作梳状线耦合。这样构成的滤波器在外部端子13与16之间具有由2级谐振器构成的带通特性。这里,前一滤波器用作接收滤波器,后一滤波器用作发送滤波器,外部端子16用作发送信号的输入端,外部端子14,15用作接收信号的输出端,外部端子13用作天线连接端子。
下面,参照图9说明第七实施例中双工器的结构。
图9中,(A)为顶视图,(B)为正视图,(C)为低视图。与图7所示双工器不同,此例中以叉指耦合取出平衡输出端子的一个端子。即,在图中介质块的底面设置外部端子8,并使谐振线路5a与外部耦合线路25a叉指耦合。又将外部耦合线路用孔20a取为介质块图中底面侧内径大的阶梯孔。其他结构与图7所示的大致相同。
下面,参照图10说明第八实施例介质滤波器的结构。至此为止所示的介质滤波器,是在介质块内,介质板内或介质板上构成谐振线路并在其局部设有非电极形成部,但也可将谐振线路的开路端设在介质块或介质板的外面。
在图10中,1是介质块,设有相互平行贯通的谐振线路用2a,2b,2c及外部耦合线路用孔20,同时在其内部形成内导体,设置谐振线路。这些谐振线路用孔2a~2c及外部耦合线路用孔20的断面为随圆形,是内径不变的直通孔。在介质块1的图中底面和四周面的几乎全部都形成接地电极10。形成在谐振线路用孔2a~2c里面的谐振线路及形成在外部耦合线路用孔20里面的外部耦合线路连接到图中介质块1底面中的接地电极10。在介质块1的图中上表面设有从谐振线路延伸的耦合电极12a,12b,12c,并使相邻谐振线路间电容耦合。在介质块1的图中上表面及图中左方前侧面形成外部端子6,7,8。外部端子6,7与形成在谐振线路用孔2a,2c中的谐振线路电容耦合。外部端子8从外部耦合线路用孔20的端部直接延伸。
根据图10所示结构,将外部端子6作为不平衡输入输出端子,将外部端子7,8用作平衡输入输出端子。
作为谐振线路间的耦合形态,除上文所述外,还可采用这样的结构:在相邻谐振线路用孔的中间位置处设置规定深度的耦合用孔,使得偶模与奇模的谐振频率有差别而进行耦合。
下面,参照图11说明采用上述介质滤波器或双工器的通信装置的结构。图11中,ANT为收发信天线,DPX为双工器,BPFa,BPFb,BPFc分别为带通滤波器,AMPa,AMPb分别为放大电路,MIXa,MIXb分别为混频器,OSC为振荡器,DIV为分频器(合成器)。MIXa用调制信号对DIV输出的频率信号进行调制,BPFa仅让发送频率的频带通过,AMPa对其进行功率放大后,经DPX从ANT发射。BPFb仅让DPX输出信号中的接收频率的频带通过,AMPb对其放大。MIXb对BPFc输出的频率信号和接收信号进行混频,输出中频信号IF。
图11所示的双工器DPX部分可采用图7~图9所示结构的双工器。带通滤波器BPFa,BPFb,BPFc可采用图1~图6所示构成的或图10所示构成的介质滤波器。这样,可构成整机小型化的通信装置。
本发明的介质滤波器,包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°。由此,可获得采用两端子输入输出相互不同相位信号的介质滤波器,并且由于第1与第2外部端子信号的相位差大致为180°,故能构成平衡型输入输出。
本发明的复合介质滤波器,包含多个滤波器,其中,所述多个滤波器中至少一个介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,而且一个包含谐振线路的谐振器在所述多个输入输出单元中的一个输入输出单元与其它输入输出单元之间进行耦合。由此,在单一介质块内、单一介质板内或单一个介质板上可构成多个滤波器,而且不必另外设置平衡-不平衡变压器,故能使装置整体可进一步小型化。
本发明的通信装置,包含介质滤波器,所述介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,各介质滤波器设置在高频电路部分中。由此,可得到较小型的通信装置。
Claims (6)
1.一种介质滤波器,包含:
多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及
多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,
至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,
其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,
并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°。
2.一种复合介质滤波器,包含多个滤波器,其中,所述多个滤波器中至少一个介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,
而且一个包含谐振线路的谐振器在所述多个输入输出单元中的一个输入输出单元与其它输入输出单元之间进行耦合。
3.一种天线共用器,包含复合介质滤波器,所述复合介质滤波器包含多个滤波器,
其中,所述多个滤波器中至少一个介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,
而且一个包含谐振线路的谐振器在所述多个输入输出单元中的一个输入输出单元与其它输入输出单元之间进行耦合。
其中,所述多个输入输出单元包含发送信号输入端子、接收信号输出端子及天线端子,而且所述多个滤波器包含设置在所述发送信号输入端子与所述天线端子间的发送滤波器,和设置在所述接收信号输出端子与所述天线端子间的接收滤波器。
4.一种通信装置,包含介质滤波器,所述介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,
各介质滤波器设置在高频电路部分中。
5.一种通信装置,包含复合介质滤波器,
所述复合介质滤波器包含多个滤波器,其中,所述多个滤波器中至少一个介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,
而且一个包含谐振线路的谐振器在所述多个输入输出单元中的一个输入输出单元与其它输入输出单元之间进行耦合,
各复合介质滤波器设置在高频电路部分中。
6.一种通信装置,包含天线共用器,
所述天线共用器包含复合介质滤波器,所述复合介质滤波器包含多个滤波器,
其中,所述多个滤波器中至少一个介质滤波器包含:多个谐振线路,在介质块、介质板内或介质板上排列并且分别具有开路端和接地端;以及多个输入输出单元,分别与所述多个谐振线路耦合,并且,至少一个所述输入输出单元包含与所述多个谐振线路中的一个谐振线路电容耦合的第1外部端子以及从外部耦合线路的一端延伸出来的第2外部端子,其中,所述外部耦合电路与所述多个谐振线路中的、上述与所述第1外部端子电容耦合的一个谐振线路耦合,并且,所述第1外部端子与所述第2外部端子是平衡端子,从所述多个谐振线路中所述第1外部端子与其电容耦合的所述一个谐振线路出发,所述第1与第2外部端子的信号的相位差为180°,
而且一个包含谐振线路的谐振器在所述多个输入输出单元中的一个输入输出单元与其它输入输出单元之间进行耦合。
其中,所述多个输入输出单元包含发送信号输入端子、接收信号输出端子及天线端子,而且所述多个滤波器包含设置在所述发送信号输入端子与所述天线端子间的发送滤波器,和设置在所述接收信号输出端子与所述天线端子间的接收滤波器,
各天线共用器设置在高频电路部分中。
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