JP2000357938A

JP2000357938A - ラダー型フィルタおよびそれを用いた通信機

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Publication number: JP2000357938A
Application number: JP2000023706A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 隆山本; Tsuyoshi Nimata; 剛志二俣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2000-12-26
Also published as: EP1045517A3; EP1045517A2

Abstract

(57)【要約】【課題】部品点数を少なくすることができるラダー型
フィルタ、および回路コストの低減と占有空間の縮小を
図ることができるラダー型フィルタと、それを用いた通
信機を得る。【解決手段】ラダー型フィルタ１００は、広帯域フィ
ルタ８０と狭帯域フィルタ８２とを含み、スイッチ９６
で広帯域フィルタ８０の出力端を出力端子側と狭帯域フ
ィルタ８２側とに切り換える。通信機の信号処理回路９
０において、混合回路９２の出力信号をラダー型フィル
タ１００の広帯域フィルタ８０に入力する。スイッチ９
６を切り換えることにより、広帯域フィルタ８０の出力
信号を直接出力端子から出力させたり、狭帯域フィルタ
８２を介して出力させたりする。広帯域フィルタ８０と
狭帯域フィルタ８２とは、１つの基板上に形成すること
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はラダー型フィルタ
およびそれを用いた通信機に関し、特にたとえば、通信
機の信号処理回路に用いられるラダー型フィルタと、そ
れを用いた通信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来のラダー型フィルタの一例を
示す図解図である。ラダー型フィルタ１は、ケース２を
含み、ケース２内に４つの圧電共振子３が配置される。
これらの圧電共振子は、図１０に示すように、直列およ
び並列にラダー型に接続される。このようなラダー型フ
ィルタ１に用いられる圧電共振子としては、たとえば拡
がり振動をする圧電共振子が用いられている。そして、
ケース２から外側に延びるように、入力端子４ａ，出力
端子４ｂおよび接地端子４ｃが導出される。

【０００３】このようなラダー型フィルタ１は、たとえ
ば図１１に示すような通信機の中間周波段の信号処理回
路に用いられる。受信した信号は、混合回路５に入力さ
れる。さらに、混合回路５には、局部発振回路６で発生
した信号が入力され、受信した信号と混合される。ここ
で、受信した信号の周波数をｆｓとし、局部発振回路６
で発生した信号の周波数をｆｏとすると、混合回路５か
らはｆｃ（＝｜ｆｓ−ｆｏ｜）という周波数を有する中
間周波信号が出力される。中間周波信号の周波数ｆｃ
は、どんな値でもかまわないが、４５０ｋＨｚに選ぶの
が一般的である。この中間周波信号は、フィルタ回路７
に入力され、不要信号を除去して主信号のみを取り出
し、この主信号が次の低周波処理回路に送られる。

【０００４】ここで、主信号の近傍には、図１２に示す
ように、隣接妨害信号が存在するのが普通であり、これ
を効率的に除去するには、狭帯域フィルタが使用され
る。狭帯域フィルタを用いると、隣接妨害信号を除去す
ることができるが、同時に主信号成分も除去されること
になる。そのため、最終的に、受信信号に対して歪んだ
信号が再生されてしまう。これを避けるためには、広帯
域フィルタを使用する必要があるが、広帯域フィルタを
使用すると、隣接妨害信号を十分に除去できないことに
なる。

【０００５】このような状況に対する解決策として考案
され、設計の主流となっているのが、受信状態によっ
て、広帯域フィルタと狭帯域フィルタとを使い分ける手
法である。たとえば、図１３に示すように、フィルタ回
路７が２つのラダー型フィルタ１で構成された広帯域フ
ィルタと２つのラダー型フィルタ１で構成された狭帯域
フィルタとで構成され、手動または自動のスイッチ８で
切り換えられるものである。このようなフィルタ回路７
を用いれば、スイッチ８を切り換えることにより、受信
状態に合わせたフィルタ特性を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな通信機のフィルタ回路では、多くのラダー型フィル
タが必要であり、部品点数が多くなり、回路コストが高
くなるとともに、占有空間が大きくなって、通信機の小
型化を図ることが困難であった。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、部
品点数を少なくすることができるラダー型フィルタを提
供することであり、さらに、広帯域フィルタと狭帯域フ
ィルタとを１つの部品とし、回路コストの低減と占有空
間の縮小を図ることができるラダー型フィルタを提供す
ることである。また、この発明の目的は、上述のような
ラダー型フィルタを用いた小型の通信機を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の圧電
共振子を直列および並列にラダー型に接続した広帯域フ
ィルタと、複数の圧電共振子を直列および並列にラダー
型に接続し広帯域フィルタとほぼ同じ中心周波数を有す
る１つの狭帯域フィルタと、広帯域フィルタの出力信号
を直接または狭帯域フィルタを介して出力させるように
切り換えるためのスイッチとを含み、広帯域フィルタか
ら狭帯域フィルタを介して信号を出力させることにより
全体として狭帯域フィルタ機能を有する、ラダー型フィ
ルタである。このようなラダー型フィルタにおいて、広
帯域フィルタと狭帯域フィルタとは１つの基板上に形成
されることが望ましい。また、このようなラダー型フィ
ルタにおいて、広帯域フィルタおよび狭帯域フィルタに
用いられる圧電共振子として、複数の圧電体層と内部電
極とを交互に長手方向に積層した基体を有し、圧電体層
は基体の長手方向に分極され、隣接する内部電極間に電
界を印加することによって基体の長手方向に振動する圧
電共振子を用いることができる。このような積層型の圧
電共振子は、複数の内部電極に交互に接続される同一面
上に形成された２つの外部電極を含み、２つの外部電極
が基板上に形成されたパターン電極に接続される。ま
た、広帯域フィルタは４つの圧電共振子をラダー型に接
続することにより構成され、狭帯域フィルタは２つの圧
電共振子をラダー型に接続することにより構成すること
ができる。また、この発明は、ラダー型フィルタを有す
る通信機であって、上述のいずれかのラダー型フィルタ
が用いられた、通信機である。

【０００９】スイッチを切り換えることにより、全体と
して広帯域フィルタとして使用することができるととも
に、狭帯域フィルタとしても使用することができる。こ
のラダー型フィルタを全体として狭帯域フィルタとして
用いるとき、広帯域フィルタの出力信号を１つの狭帯域
フィルタを介して出力させることができ、広帯域フィル
タを通さずに狭帯域フィルタのみを通して信号を出力さ
せる場合に比べて、狭帯域フィルタの段数を減らすこと
ができる。このようなラダー型フィルタにおいて、広帯
域フィルタと狭帯域フィルタとを１つの基板上に形成す
ることにより、１つの部品とすることができ、回路コス
トの低減と占有空間の縮小を図ることができる。このよ
うなラダー型フィルタに用いられる圧電共振子として積
層型のものを用いることにより、たとえば積層数を変え
ることによって、外形寸法を変えることなく、電気特性
を調整することができる。このような積層型の圧電共振
子には、同一面上に２つの外部電極が形成され、これら
の外部電極を用いることにより、基板上に形成されたパ
ターン電極に圧電共振子を表面実装することができ、ラ
ダー型の広帯域フィルタおよび狭帯域フィルタが形成さ
れる。また、４つの積層型の圧電共振子をラダー型に接
続することにより、広帯域フィルタを形成することがで
き、さらに２つの圧電共振子をラダー型に接続すること
により、狭帯域フィルタを形成することができる。上述
のようなラダー型フィルタを用いることにより、従来の
ラダー型フィルタを用いた通信機に比べて、小型の通信
機を得ることができる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明のラダー型フィル
タを構成するフィルタ部の一例を示す分解斜視図であ
る。フィルタ部１０は、絶縁体基板１２を含む。このよ
うな基板としては、単層基板でもよいし、多層基板など
でもよい。絶縁体基板１２上には、７つのパターン電極
１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６が形成され
る。パターン電極１４，１６，１８，２０，２２は、絶
縁体基板１２の一端側に引き出される。また、パターン
電極２４は、絶縁体基板１２の他端側において、絶縁体
基板１２の端部に平行に延びるように形成される。さら
に、パターン電極２６は、絶縁体基板１２の他端側に引
き出される。

【００１２】さらに、パターン電極１４，１６，１８，
２０，２２とパターン電極２４，２６との間において、
間隔を隔てて形成される８つのランド２８，３０，３
２，３４，３６，３８，４０，４２が形成される。１番
目のランド２８はパターン電極１４に接続され、２番目
および５番目のランド３０，３６はパターン電極２４に
接続され、３番目のランド３２はパターン電極１６に接
続され、４番目のランド３４はパターン電極１８に接続
される。また、６番目のランド３８はパターン電極２０
に接続され、７番目のランド４０はパターン電極２６に
接続され、８番目のランド４２はパターン電極２２に接
続される。

【００１３】これらのランド２８〜４２上に、６つの圧
電共振子４４，４６，４８，５０，５２，５４が取り付
けられる。圧電共振子４４は、図２に示すように、直方
体状の基体６０を含む。基体６０は、複数の圧電体層６
２と内部電極６４とを積層することによって形成され
る。このとき、圧電体層６２および内部電極６４の主面
は、基体６０の長手方向に直交する向きとなるように配
置される。そして、図２の矢印に示すように、１つの内
部電極６４の両側において隣接する圧電体層６２は、互
いに逆向きとなるように、基体６０の長手方向に向かっ
て分極される。

【００１４】基体６０の１つの側面には、幅方向の中央
部において長手方向に延びる溝６６が形成される。溝６
６の一方側においては、内部電極６４の露出部が１つお
きに絶縁体６８で被覆される。また、溝６６の他方側に
おいては、絶縁体６８で被覆されていない内部電極６４
の露出部が、絶縁体７０で被覆される。したがって、溝
６６の両側において、異なる内部電極６４が絶縁体６
８，７０で被覆される。さらに、溝６６の両側には、そ
れぞれ外部電極７２，７４が形成される。したがって、
外部電極７２，７４には、隣接する内部電極６４が交互
に接続される。

【００１５】他の圧電共振子４６，４８，５０，５２，
５４についても、圧電共振子４４と同様の構造を有して
いる。このような圧電共振子では、外部電極７２，７４
を入出力端子として信号を入力することにより、内部電
極６４間に電界が印加される。このとき、内部電極６４
は、交互に外部電極７２，７４に接続されているため、
隣接する圧電体層６２には、互いに逆向きの電界が印加
される。隣接する圧電体層６２は、互いに逆向きに分極
されているため、このような信号により、基体６０は全
体として長さ振動モードで振動する。

【００１６】このような長さ振動モードの圧電共振子４
４，４６，４８，５０，５２，５４が、図３に示すよう
に、直列および並列となるようにラダー型に接続されて
いる。この場合、圧電共振子４４〜５４の外部電極７
２，７４の中央部に導電部材７６が形成され、この導電
部材７６がランド２８〜４２に接続される。このよう
に、圧電共振子４４〜５４を絶縁体基板１２から浮かせ
ることによって、圧電共振子４４〜５４の振動のための
空間を確保することができる。さらに、絶縁体基板１２
上には、圧電共振子４４〜５４を覆うようにして、金属
製のキャップ７８が被せられる。なお、キャップ７８に
よってパターン電極１４〜２６が短絡しないように、絶
縁体基板１２上のキャップ７８が接触する部分に、絶縁
膜が形成される。

【００１７】このフィルタ部１０では、４つの圧電共振
子４４，４６，４８，５０がラダー型に接続されること
により、広帯域フィルタ８０が形成される。また、２つ
の圧電共振子５２，５４がラダー型に接続されることに
より、狭帯域フィルタ８２が形成される。これらの広帯
域フィルタ８０および狭帯域フィルタ８２は、ほぼ同じ
中心周波数を有するものとして形成される。

【００１８】フィルタ部１０を用いたこの発明のラダー
型フィルタ１００は、図４に示すように、たとえば通信
機の中間周波段の信号処理回路に用いられる。信号処理
回路９０は、混合回路９２と局部発振回路９４とを含
み、混合回路９２の出力端が、ラダー型フィルタ１００
の入力端子であるパターン電極１４に接続される。そし
て、広帯域フィルタ８０の出力端子となるパターン電極
１８と狭帯域フィルタ８２の入力端子となるパターン電
極２０とが、スイッチ９６を介して接続される。なお、
図４では、スイッチ９６がフィルタ部１０と同じ基板上
にあるように示されているが、実際には、スイッチ９６
はフィルタ部１０の外部に配設されることが多い。

【００１９】この信号処理回路９０では、周波数ｆｓの
受信信号が混合回路９２に入力され、局部発振回路９４
で発生した周波数ｆｏの局部発振信号と混合される。こ
こで、周波数ｆｃ（＝｜ｆｓ−ｆｏ｜）の主信号が得ら
れ、この主信号がラダー型フィルタ１００に入力され
る。そして、受信状態によって、手動または自動により
スイッチ９６が切り換えられる。隣接妨害波がない場合
には、広帯域フィルタ８０で検波された信号が、そのま
まスイッチ９６から出力される。また、隣接妨害波があ
る場合には、スイッチ９６が切り換えられ、広帯域フィ
ルタ８０の出力信号が狭帯域フィルタ８２に入力され、
狭帯域フィルタ８２の出力信号がパターン電極２６から
得られる。

【００２０】このように、このラダー型フィルタ１００
では、スイッチ９６を切り換えることにより、受信状態
によって広帯域フィルタ８０または狭帯域フィルタ８２
のいずれか一方から信号を出力させることができる。こ
のラダー型フィルタ１００では、１つの絶縁体基板１２
上に６つの長さ振動する積層型の圧電共振子４４〜５４
を取り付けることにより、広帯域フィルタ８０および狭
帯域フィルタ８２の両方を有するフィルタ部１０を１つ
の部品とすることができる。そのため、従来において
は、少なくとも４つのラダー型フィルタが必要であっ
て、少なくとも１６個の拡がり振動する圧電共振子が必
要であったが、図１に示すフィルタ部１０を用いたラダ
ー型フィルタ１００では、６つの圧電共振子で広帯域フ
ィルタ８０と狭帯域フィルタ８２とを形成することがで
き、コストの削減を図ることができる。なお、このラダ
ー型フィルタ１００に用いられる長さ振動する積層型の
圧電共振子４４〜５４にかえて、拡がり振動する圧電共
振子を用いる場合には、１２個の圧電共振子で構成する
ことができる。

【００２１】また、信号処理回路９０のフィルタ回路と
してこの発明のラダー型フィルタ１００を用いれば、従
来のように多くの部品を使用する必要がなく、１つの部
品で広帯域フィルタ８０と狭帯域フィルタ８２とを有す
るフィルタ部１０を形成しているため、フィルタ回路の
占有スペースを縮小することができる。従来のラダー型
フィルタは、１個あたり６．５×６．５×７．０ｍｍ≒
３００ｍｍ³の体積を有しており、たとえば４個のラダ
ー型フィルタを用いたフィルタ回路では１２００ｍｍ³
の体積が必要であった。それに対して、この発明のラダ
ー型フィルタ１００に用いられるフィルタ部１０では、
９．５×６．５×２．０ｍｍ≒１２３．５ｍｍ³の体積
となり、従来のフィルタ回路の約１／１０の体積とな
る。したがって、このようなラダー型フィルタ１００を
用いることにより、小型の通信機を得ることができる。

【００２２】このように、１つの基板１２上に圧電共振
子をラダー型に接続して広帯域フィルタ８０および狭帯
域フィルタ８２を形成することにより、最も小型化を図
ることができるが、図５に示すように、別部品としての
広帯域フィルタ８０と狭帯域フィルタ８２とを用いてラ
ダー型フィルタ１００を形成してもよい。この場合、２
段の広帯域フィルタ８０と１段の狭帯域フィルタ８２と
が用いられ、スイッチ９６によって、後段の広帯域フィ
ルタ８０の出力端が狭帯域フィルタ８２側と出力端子側
とに切り換えられる。

【００２３】このようなラダー型フィルタ１００におい
て、広帯域フィルタ８０の出力信号を直接出力端子から
出力させれば、ラダー型フィルタ１００は全体として広
帯域フィルタとして働く。また、広帯域フィルタ８０の
出力信号を狭帯域フィルタ８２を介して出力させれば、
ラダー型フィルタ１００は、全体として狭帯域フィルタ
として働く。このように、広帯域フィルタ８０の出力信
号を狭帯域フィルタ８２を介して出力させることによ
り、狭帯域フィルタ８２を１段とすることができる。し
たがって、図１３に示す従来のラダー型フィルタのよう
に、広帯域フィルタと狭帯域フィルタとを独立して設け
たものに比べて、狭帯域フィルタの段数を減らすことが
できる。

【００２４】なお、拡がり振動の圧電共振子を用いて１
つの絶縁体基板上に広帯域フィルタおよび狭帯域フィル
タを形成することも設計的には可能であるが、電気特性
を変える場合には素子寸法を変える必要があり、それに
応じて絶縁体基板やパターン電極についても設計変更を
行う必要がある。それに対して、積層型の基体６０を用
いた圧電共振子を使用すれば、たとえば圧電体層６２と
内部電極６４との積層数を変えることにより、素子寸法
を変えることなく電気特性の調整が可能である。したが
って、電気特性を変える場合でも、絶縁体基板１２やパ
ターン電極１４〜２６などの設計変更が不要である。

【００２５】また、拡がり振動の圧電共振子では、圧電
体基板の両面に電極が形成されるため、絶縁体基板上の
パターン電極に圧電共振子を表面実装することが困難で
ある。それに対して、積層型の基体６０を用いた圧電共
振子では、基体６０の同一面に外部電極７２，７４を形
成することができ、表面実装を行うことができる。

【００２６】

【実施例】ラダー型フィルタ１００の例として、表１に
示すような特性を有する圧電共振子を用いて、広帯域フ
ィルタ８０および狭帯域フィルタ８２を有するフィルタ
部１０を形成した。表１において、Ｆｒは圧電共振子の
共振周波数を示し、Ｆａは反共振周波数を示し、Ｆａ−
Ｆｒはその差を示す。また、端子間容量は、圧電共振子
の外部電極７２，７４間の容量値である。さらに、Ｑｍ
は機械的品質係数である。

【００２７】

【表１】

【００２８】得られたラダー型フィルタ１００につい
て、フィルタ特性を測定し、表２に示した。また、広帯
域フィルタ８０単独の周波数特性を図６に示し、狭帯域
フィルタ８２単独の周波数特性を図７に示し、広帯域フ
ィルタ８０の出力信号を狭帯域フィルタ８２に通した周
波数特性を図８に示した。なお、表１および図７におい
て、狭帯域フィルタ８２単独の特性が示されているが、
受信機の信号処理回路には阻止域の減衰量が小さいた
め、狭帯域フィルタ８２が単独で用いられることはな
い。

【００２９】

【表２】

【００３０】なお、図１においては、４つの圧電共振子
４４，４６，４８，５０で広帯域フィルタ８０を構成
し、２つの圧電共振子５２，５４で狭帯域フィルタ８２
を構成しているが、使用条件によって、これ以外の数の
圧電共振子で広帯域フィルタ８０および狭帯域フィルタ
８２を形成してもよい。ただし、ラダー型フィルタで
は、１つの直列用の圧電共振子と１つの並列用の圧電共
振子との組み合わせが基本単位となり、これらの圧電共
振子の組み合わせが複数段接続されることにより、実用
的な特性を得ることができる。複数段の圧電共振子を接
続する場合、入力側に広帯域のものが配置され、出力側
に狭帯域のものが配置される。これは、入力側に狭帯域
のものを配置すると、広帯域特性が得られないからであ
る。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、従来のラダー型フィ
ルタに比べて、狭帯域フィルタの段数を減らすことがで
きる。さらに、１つの基板上に広帯域フィルタと狭帯域
フィルタとを形成することにより、受信機の信号処理回
路における混合回路の出力信号を１つの部品で処理する
ことができる。そのため、従来に比べて部品点数を少な
くすることができ、フィルタ回路の占有スペースを減ら
すことができるとともに、コストの削減を図ることがで
きる。さらに、積層型の基体を有する圧電共振子を用い
ることにより、圧電共振子や基板などの寸法を変えるこ
となく、ラダー型フィルタの電気特性を調整することが
できる。また、このようなラダー型フィルタを用いるこ
とにより、ラダー型フィルタの占めるスペースを小さく
することができ、小型の通信機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のラダー型フィルタに用いられるフィ
ルタ部の一例を示す分解斜視図である。

【図２】図１に示すフィルタ部に用いられる圧電共振子
の一例を示す図解図である。

【図３】図１に示すフィルタ部の回路図である。

【図４】この発明のラダー型フィルタを用いた通信機の
信号処理回路を示すブロック図である。

【図５】この発明のラダー型フィルタの他の例を用いた
通信機の信号処理回路を示すブロック図である。

【図６】実施例に示すラダー型フィルタの広帯域フィル
タの周波数特性を示す特性図である。

【図７】実施例に示すラダー型フィルタの狭帯域フィル
タ単独の周波数特性を示す特性図である。

【図８】実施例に示すラダー型フィルタの広帯域フィル
タの出力信号を狭帯域フィルタに通したときの周波数特
性を示す特性図である。

【図９】従来のラダー型フィルタの一例を示す図解図で
ある。

【図１０】図９に示す従来のラダー型フィルタの回路図
である。

【図１１】通信機の信号処理回路を示すブロック図であ
る。

【図１２】図１１に示す混合回路の出力信号の様子を示
す波形図である。

【図１３】図１１に示す信号処理回路において、図９に
示す従来のラダー型フィルタを用いてフィルタ回路を構
成した例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０フィルタ部１２絶縁体基板１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６パター
ン電極２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２
ランド４４，４６，４８，５０，５２，５４圧電共振子６０基体６２圧電体層６４内部電極６６溝６８，７０絶縁体７２，７４外部電極８０広帯域フィルタ８２狭帯域フィルタ１００ラダー型フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電共振子を直列および並列にラ
ダー型に接続した広帯域フィルタ、複数の圧電共振子を直列および並列にラダー型に接続し
前記広帯域フィルタとほぼ同じ中心周波数を有する１つ
の狭帯域フィルタ、および前記広帯域フィルタの出力信
号を直接または前記狭帯域フィルタを介して出力させる
ように切り換えるためのスイッチを含み、前記広帯域フィルタから前記狭帯域フィルタを介して信
号を出力させることにより全体として狭帯域フィルタ機
能を有する、ラダー型フィルタ。
【請求項２】前記広帯域フィルタと前記狭帯域フィル
タとは１つの基板上に形成されたことを特徴とする、ラ
ダー型フィルタ。
【請求項３】前記広帯域フィルタおよび前記狭帯域フ
ィルタに用いられる前記圧電共振子は、複数の圧電体層
と内部電極とを交互に長手方向に積層した基体を有し、
前記圧電体層は前記基体の長手方向に分極され、隣接す
る前記内部電極間に電界を印加することによって前記基
体の長手方向に振動する圧電共振子である、請求項１ま
たは請求項２に記載のラダー型フィルタ。
【請求項４】前記圧電共振子は、複数の前記内部電極
に交互に接続される同一面上に形成された２つの外部電
極を含み、２つの前記外部電極が前記基板上に形成され
たパターン電極に接続される、請求項３に記載のラダー
型フィルタ。
【請求項５】前記広帯域フィルタは４つの前記圧電共
振子をラダー型に接続することにより構成され、前記狭
帯域フィルタは２つの前記圧電共振子をラダー型に接続
することにより構成された、請求項１ないし請求項４の
いずれかに記載のラダー型フィルタ。
【請求項６】ラダー型フィルタを有する通信機であっ
て、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のラダー
型フィルタが用いられた、通信機。