JP2001127664A - 多帯域ワイヤレス通信装置での使用に適した無線周波数結合器装置 - Google Patents

多帯域ワイヤレス通信装置での使用に適した無線周波数結合器装置

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JP2001127664A JP2000276259A JP2000276259A JP2001127664A JP 2001127664 A JP2001127664 A JP 2001127664A JP 2000276259 A JP2000276259 A JP 2000276259A JP 2000276259 A JP2000276259 A JP 2000276259A JP 2001127664 A JP2001127664 A JP 2001127664A
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イユ・ケイ・チャン
Dale Schwent
デイル・シュウェント
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マイケル・ランドハー
Armin Klomsdorf
アーミン・クロムスドルフ
Michael Hundt
マイケル・ハンド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多帯域ワイヤレス通信装置での使用に適し
て、RF電力検出器の構成部品の重複を削減するRF結合器
装置を提供する。 【解決手段】 多帯域ワイヤレス通信装置200におけ
る使用に適する無線周波数(RF)結合器装置312は、
終端装置316と結合器314,315とを有する。各
結合器314,315は、通過経路結合要素318,3
20と、結合経路結合要素319,321とを有する。
通過経路結合要素318,320は、装置200が動作
するそれぞれの周波数帯域TX帯域1,TX帯域2で送信さ
れるRF信号を伝える。結合経路結合要素319,321
は、個々の通過経路結合要素318,320により伝え
られるRF信号を結合する。結合経路結合要素319,3
21と終端装置316とは、直列に結合され、それによ
って単独の検出ダイオード322を用いるRF電力検出器
313との互換性がもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に信号結合器に関
し、さらに詳しくは、二重帯域ワイヤレス電話などの多
帯域ワイヤレス通信装置で用いるのに適した無線周波数
(RF)結合器装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】二重
帯域ワイヤレス電話は、各々が異なる周波数帯域の特徴
を有する2つの通信システムにおいて動作することがで
きる。既存の二重帯域ワイヤレス電話は、890ないし
915MHzの周波数帯域のRF信号を送信することにより
汎ヨーロッパ・デジタル化移動体通信システム(GSM:G
lobal Standard for Mobile)のデジタル・システム
(「GSM900」)と、1710ないし1785MHzの周波
数帯域のRF信号を送信することによりGSM1800デジタル
・システム(「GSM1800」)の両方で動作する。別の既
存の二重帯域ワイヤレス電話は、824ないし849MH
zの周波数帯域のRF信号を送信することによりアンプス
(AMPS:Advanced MobilePhone Service)アナログ・シ
ステム(「AMPS800」)と、1850ないし1910MHz
の周波数帯域のRF信号を送信することにより1900MHz時
分割多重接続(TDMA:Time Division Muletiple Acces
s)IS-136デジタル・システム(「TDMA1900」または「D
-AMPS1900」)の両方で動作する。
【0003】二重帯域ワイヤレス電話の従来技術による
送信機回路構成100を図1に示す。送信機回路構成1
00は、第1周波数帯域TX BAND1においてRF信号を増幅
してアンテナで送信するためのRF電力増幅器102と、
第2周波数帯域TX BAND2においてRF信号を増幅してアン
テナに送信するためのRF電力増幅器103とを具備す
る。被送信RF信号の電力レベルを測定するために、送信
機回路構成100は、2つの個別の送信回線結合構造1
06,107を有するRF結合器装置104を利用する。
これらの結合構造は、RF電力検出器109の個々の検出
ダイオード110,111を介して加算接合部108に
おいて並列に結合される。結合構造106,107はそ
れぞれ、結合器(すなわち結合器112,113)と終
端装置(すなわち終端装置114,115)とを有す
る。RF電力検出器109は、RF検出信号を出力する。こ
の信号は、RF電力増幅器102または103により出力
されるRF信号の振幅に関する振幅を有する。RF検出信号
は、二重帯域ワイヤレス電話が送信する電力レベルを制
御するために用いられる。
【0004】RF結合器装置104は、RF電力検出器10
9が1つの結合構造について1つの検出ダイオードを有
することを必要とする。言うまでもなく、二重帯域ワイ
ヤレス電話が携帯またはハンドヘルド方式のものである
場合は、構成部品の総量を最小限に抑えることが重要な
目的となる。加算接合部108をRF電力検出器の入力
(すなわち検出ダイオード110の陽極)に移動し、検
出ダイオード111を取り除くことによってRF電力検出
器109を変更すると、RF電力検出器109の入力にお
いて受認しがたいRF電圧損失が起こり、RF電力検出器1
09の感度が下がることになる。従って、多帯域ワイヤ
レス通信装置での使用に適して、RF電力検出器の構成部
品の重複を削減するRF結合器装置が必要である。
【0005】
【実施例】無線周波数(RF)結合器装置は、2つの結合
器と1つの終端装置とを有する単独の結合構造によって
構成される。各々の結合器は、通過経路結合要素(thro
ugh-path coupling element)と結合経路結合要素(cou
pled-path coupling element)とを有する。第1結合器
の通過経路結合要素は、第1周波数帯域において周波数
を有する信号を通過させることができる。第2結合器の
通過経路結合要素は、第2周波数帯域において周波数を
有する信号を通過させることができる。2つの結合器の
うち各々の結合経路結合要素は、個々の通過経路結合要
素により伝えられる信号を結合する。第1結合器の結合
経路結合要素の一端は終端装置と直列に結合される。第
1結合器の結合経路結合要素の他端は第2結合器の結合
経路結合要素と直列に結合される。結合器を直列に結合
することにより、RF結合器装置は単独の検出ダイオード
を用いるRF電力検出器と互換性を持つ。
【0006】図2に、多帯域ワイヤレス通信装置200
を図示する。通信装置200は、複数の通信システム内
で動作可能である。ここでは、遠隔通信装置202〜2
05がこれらの通信システムを表す。図示される実施例
においては、通信装置200は、AMPS800/TDMA1900二
重帯域ワイヤレス電話であり、遠隔通信装置202,2
03は、それぞれAMPS800とTDMA1900ワイヤレス基地局
である。AMPS800/TDMA1900二重帯域ワイヤレス電話と
して図示されるが、代替法として通信装置200は、た
とえばGSM900/GSM1800二重帯域ワイヤレス電話;TDMA1
900システムと800MHz TDMA IS-136デジタル・システム
(「TDMA800」または「D-AMPS800」)の両方で動作する
TDMA二重帯域ワイヤレス電話;AMPS800と1900MHz符号分
割多重接続(CDMA:Code Division Mutiple Access)IS
-95デジタル・システム(「CDMA1900」)で動作する二
重帯域ワイヤレス電話またはCDMA1900および800MHz TDM
A IS-95デジタル・システムで動作するCDMA二重帯域ワ
イヤレス電話などの別の二重帯域ワイヤレス電話とする
こともできる。通信装置200がこれら代替の二重帯域
ワイヤレス電話の1つである場合は、遠隔通信装置20
2,203は対応するワイヤレス基地局となる。
【0007】通信装置200は、二重帯域ワイヤレス電
話として、個々の通信リンク206,207上でRF信号
を介して遠隔通信装置202,203のいずれか一方と
通信する。通信装置200は、アンテナ210と、アン
テナ210に結合される受信機211と、受信機211
に結合される制御部212と、制御部212に結合され
るユーザ・インタフェース213と、制御部212およ
びアンテナ210に結合される送信機214とを具備す
る。受信機211は、アンテナ210を通じて通信リン
ク206または207からRF信号を受信し、そのRF信号
を復調する。制御情報を含み、メッセージまたは音声情
報を含むことのできるそのRF信号から復調された情報
は、受信機211によって制御部212に送られる。制
御部212は、ユーザ・インタフェース213を制御し
て、音声情報から導いた可聴スピーチまたはメッセージ
情報から受信したデータを出力する。ユーザ・インタフ
ェース213に入力されるデータおよびスピーチは、制
御部212によりフォーマットされて、接続部215を
介してさらに送信機214に結合される。各周波数帯域
に関して別々の送信経路を採用し、接続部216におい
て制御部212により送付される信号帯域選択(BAND S
ELECT)の制御下で所望の送信経路を選択する送信機2
14は、フォーマットされたデータおよびスピーチ信号
を変調し、その被変調信号を増幅して所望の周波数帯域
内で送信する。送信機214は、被変調信号を、接続部
216上で制御部212によって送付される信号TX制御
(TX CONTROL)により設定される電力レベルまで増幅す
る。被増幅信号は送信機214によりアンテナ210に
出力されて、通信リンク206または207上にRF信号
として放出される。アンテナ210に出力される被増幅
信号の電力レベルは、送信機214により検出される。
送信機214は、実際の出力電力レベルを表す信号RF検
出(RF DETECT)を接続部217を介して制御部212
に送る。制御部212は、送信機214の所望の出力電
力レベルと、信号RF検出により表される実際の出力電力
レベルとの差が最小限になるように信号TX制御を調整す
る。通信装置200は、1つ以上のプリント回路板(図
示せず)を採用し、その上に受信機211,制御部21
2,ユーザ・インタフェース213および送信機214
を構築する電気回路が形成される。
【0008】通信装置200は、二重帯域ワイヤレス電
話として説明されるが、代替として、3つ以上の帯域で
動作するワイヤレス電話であってもよい。たとえば、GS
M900,GSM1800および1900MHz GSMデジタル・システム
(「GSM1900」)で動作する三帯域ワイヤレス電話また
は、GSM900,GSM1800,D-AMPS800およびD-AMPS1900で動
作する四帯域ワイヤレス電話などでもよい。通信装置2
00が三帯域ワイヤレス電話の場合、遠隔装置202,
203ならびに通信リンク208に接続する別の遠隔通
信装置204が対応するワイヤレス基地局となる。通信
装置200が四帯域ワイヤレス電話の場合、遠隔通信装
置202〜204と、通信リンク209に接続する別の
遠隔通信装置205とが対応するワイヤレス基地局とな
る。
【0009】送信機214の送信機回路構成300を、
それぞれがRF電力増幅器を用いる2つの送信経路を有す
るものとして図示する。RF電力増幅器302は、周波数
帯域TX帯域1(TX BAND1)において信号を増幅して送信
し、RF電力増幅器303は周波数帯域TX帯域2(TX BAN
D2)において信号を増幅して送信する。接続部304上
で周波数帯域TX帯域1に送信するために変調される入力
信号が、RF電力増幅器302によって増幅されて、RF電
力増幅器302の出力経路を定義する接続部305上に
被増幅RF出力信号を生成する。送信機回路構成300
は、RF電力増幅器302の出力経路内に結合される送受
切換器306を備えて、RF分離を行う。周波数帯域TX帯
域2において接続部308上で送信するために変調され
る入力信号は、RF電力増幅器303によって増幅され、
RF電力増幅器303の出力経路を定義する接続部309
上に、被増幅RF出力信号を生成する。送信機回路構成3
00は、RF電力増幅器303の出力経路内に結合される
送受切換器310を備えて、RF分離を実行する。送信機
回路構成300は、図2の信号帯域選択の制御下にある
スイッチ311を備えて、通信装置200が周波数帯域
TX帯域1で通信中にRF電力増幅器302の出力経路をア
ンテナ210に接続するか、あるいは、通信装置200
が周波数帯域TX帯域2で通信中にRF電力増幅器303の
出力経路をアンテナ210に接続する。このスイッチ
は、好ましくは単極双投スイッチであるが、通信装置2
00が周波数帯域TX帯域1で送信中はアンテナ210か
らRF電力増幅器303の出力経路を切り離し、通信装置
200が周波数帯域TX帯域2で送信中はアンテナ210
からRF電力増幅器302の出力経路を切り離す任意の他
装置とすることもできる。
【0010】送信機回路構成300は、RF結合器装置3
12と、RF結合器装置312に結合されるRF電力検出器
313とを具備する。従来技術によるRF結合器装置とは
異なり、RF結合器装置312は、すべて直列に結合され
る2つの結合器314,315と1つの終端装置316
とを備える単独の結合構造を有する。結合器314はRF
電力増幅器302の出力経路内に結合される。結合器3
14は、通過経路結合要素318と結合経路結合要素3
19とを有する。通過経路結合要素318は、接続部3
05とインラインに結合される2つのポートを有する。
結合経路結合要素319は、通過経路結合要素318に
物理的に近接して配置される。結合経路結合要素319
は、終端装置316に直接的に直列結合される分離ポー
トと、結合器315に直接的に直列結合される結合ポー
トとを有する。結合器315は、RF電力増幅器303の
出力経路内に結合される。結合器315は、通過経路結
合要素320と結合経路結合要素321とを有する。通
過経路結合要素320は、接続部309とインラインに
結合される2つのポートを有する。結合経路結合要素3
21は、通過経路結合要素320に物理的に近接して配
置される。結合経路結合要素321は、結合器314の
結合経路結合要素319に直接的に直列結合される分離
ポートと、RF電力検出器313に直接的に直列結合され
る結合ポートとを有する。終端装置316は、結合経路
結合要素319の分離ポートに一端が結合され、他端が
電気接地に結合される抵抗317を具備する。
【0011】RF電力検出器313は、単独の検出ダイオ
ード322と、R-Cネットワーク323とによって構成
される。RF電力検出器313の入力を定義する検出ダイ
オード322の陽極が、結合器314の結合経路結合要
素319の結合ポートに直接的に直列結合される。検出
ダイオード322の陰極は、R-Cネットワーク323に
直接的に直列結合される。ネットワーク323は、並列
に結合されるキャパシタ324と抵抗325とによって
構成される。R-Cネットワーク323の出力がRF電力検
出器313の出力を形成し、検出器313は接続部21
7を介して図2の制御部に結合される。
【0012】RF電力増幅器302の動作中は、結合器3
14の通過経路結合要素318がRF電力増幅器302が
出力した被増幅RF信号を順方向電力としてアンテナ21
0に向けて伝える。被増幅RF信号の部分は通過経路結合
要素318に逆方向電力として反射される。結合器31
4の結合経路結合要素319は、通過経路結合要素31
8における順方向電力を、結合経路結合要素319の結
合ポートに結合させ、通過経路結合要素318における
逆方向電力を結合経路結合要素319の分離ポートに結
合する。終端装置316の抵抗317は、その分離ポー
トにおいて結合経路結合要素319のインピーダンスに
整合するインピーダンスを有するよう選択され、逆方向
電力を排除する。結合経路結合要素319の分離ポート
における順方向電力は、結合器315の通過経路結合要
素321を介して検出ダイオード322に結合され、ダ
イオード322はキャパシタ324と共に、順方向電力
を半波整流して、RF電力増幅器302により出力される
被増幅RF信号の振幅に比例するDC電圧を生成する。この
DC電圧はキャパシタ324上に格納されて、抵抗325
により信号RF検出(RF DETECT)として接続部217に
結合される。
【0013】RF電力増幅器303の動作中は、結合器3
15の通過経路結合要素320がRF電力増幅器303が
出力した被増幅RF信号を順方向電力としてアンテナ21
0に向けて伝え、被増幅RF信号の反射された部分を逆方
向電力として受信する。結合器315の結合経路結合要
素321は通過経路結合要素320に現れる順方向電力
を、結合経路結合要素321の結合ポートに結合させ、
通過経路結合要素320に現れる逆方向電力を結合経路
結合要素321の分離ポートに結合する。結合経路結合
要素321の分離ポートは、結合経路結合要素319
と、終端装置316の抵抗317とによって終端され、
結合経路結合要素321の分離ポートの逆方向電力を排
除する。結合経路結合要素321の分離ポートにおける
順方向電力は、検出ダイオード322に結合され、ダイ
オード322はキャパシタ324と共に、順方向電力を
半波整流して、RF電力増幅器303により出力される被
増幅RF信号の振幅に比例するDC電圧を生成する。このDC
電圧はキャパシタ324上に格納されて、抵抗325に
より信号RF検出として接続部217に結合される。
【0014】図3に示されるRF結合器装置312は、結
合器314,315のインピーダンスが終端装置316
のインピーダンスと同じ場合に、最も使用に適する。結
合器314の結合要素318,319と、結合器315
の結合要素320,321とは好ましくは端部結合スト
リップ線である。周波数帯域TX帯域1がAMPS800に関連
する帯域など2つの帯域のうち低いほうであり、周波数
帯域TX帯域2がTDMA1900に関連する帯域など2つの帯域
のうち高いほうであるとすると、RF結合器装置312の
例値は次のようになる。
【0015】結合器314については結合要素318,
319の各ストリップ線が500ミル長,7.5ミル
幅,インピーダンスは50オームで、他のストリップ線
から5ミルの水平間隔を有する。
【0016】結合器315については結合要素320,
321の各ストリップ線が300ミル長,7.5ミル
幅,インピーダンスは50オームで、他のストリップ線
から5ミルの水平間隔を有する。
【0017】終端装置316については抵抗317が5
0オームのインピーダンスを有する。当技術においては
周知のように、RF結合器装置の効果はその方向性により
測定される。一般に、順方向電力と逆方向電力とを分離
する結合器の能力として定義される方向性は、RF結合器
装置の結合をその分離から減ずることにより測定され
る。ここでは、結合とは所望の電力量を通過経路結合要
素から結合経路結合要素に転送する結合器の能力として
定義され、分離とは、逆方向電力が結合経路結合要素の
結合ポートに入ることを防ぐ結合器の能力として定義さ
れる。結合器314,315と終端装置316とに関し
て与えられる例値を用いると、RF結合器装置312は、
次のように動作する。AMPS800の低帯域において送信さ
れるRF信号を結合する場合、RF結合器装置312は、図
4の点400に示されるように約−50dBの分離を示
し、図5の点500に示されるように約−21dBの結合
を示して、約−29dBの方向性を生ずる。TDMA1900のよ
り高い帯域において送信されるRF信号を結合する場合
は、RF結合器装置312は、図6の点600に示される
ように約−54dBの分離を示し、図7の点700に示さ
れるように約−19dBの結合を示して、約−35dBの方
向性を生ずる。この−29dBおよび−35dBの方向性
は、優れた値と見なすことができる。
【0018】通信装置200は、携帯またはハンドヘル
ド式の場合、可能であれば最小限の寸法の構成部品を用
いて条件付き形状因子(constrained form factor)を
達成する。この点に関して、結合器314,315の各
々は、好ましくは、上記の端部結合ストリップ線よりも
より小型の構造を提供する横形結合マイクロストリップ
線(broadside-coupled microstripline)を用いる。横
形結合マイクロストリップ線結合器構造の例は、199
5年9月5日出願で、本出願の譲受人であるモトローラ
社に譲渡されたKlomsdorf他による米国特許第5,44
8,771号「Embedded Transmission Line Coupler F
or Radio Frequency Signal Amplifiers」に図示および
説明される。動作中、埋め込まれた横形結合マイクロス
トリップ線結合器は複素インピーダンス(すなわち実数
部と虚数部とを有するインピーダンス)を有して、一般
に複素インピーダンスを有する終端装置により終端しな
ければならない。
【0019】埋込横形結合マイクロストリップ線結合器
構造をRF結合器装置312の結合器314,315の各
々に関して用いる次の例を考える。周波数帯域TX帯域1
がAMPS800に関わる帯域など2つの帯域のうち低いほう
であり、周波数帯域TX帯域2がTDMA1900に関わる帯域な
ど2つの帯域うち高いほうであるとすると、RF結合器装
置312に関する例値は以下のようになる。
【0020】結合器314については a)結合要素318のマイクロストリップ線は、長さ3
00ミル,幅30ミルの線形。
【0021】b)結合要素319のマイクロストリップ
線は、長さ300ミルに適合する310ミルの有効長と
10ミルの幅を有する「s」字型。
【0022】c)結合要素318,319のマイクロス
トリップ線は、垂直に9ミル離れている。
【0023】結合器315については a)結合要素320のマイクロストリップ線は、長さ1
20ミル,幅30ミルの線形。
【0024】b)結合要素321のマイクロストリップ
線は、長さ120ミルに適合する130ミルの有効長と
10ミルの幅を有する「s」字型。
【0025】c)結合要素320,321のマイクロス
トリップ線は、垂直に9ミル離れている。
【0026】終端装置316については抵抗317は2
8オームのインピーダンスを有する。終端装置316に
28オームの終端インピーダンスがある場合、結合経路
結合要素319の結合ポートにおけるインピーダンス
は、AMPS800の低帯域で送信されるRF信号を結合する際
には約28+j7であり、結合経路結合要素321の分
離ポートにおけるインピーダンスは、TDMA1900のより高
い帯域で送信されるRF信号の結合時には約31+j16
となる。
【0027】結合器314,315と終端装置316と
により実現される埋込横形結合マイクロストリップ線結
合器構造に関して与えられる例値を用いて、RF結合器装
置312は以下の要領で動作する。AMPS800の低帯域に
おいて送信されるRF信号を結合する場合、RF結合器装置
312は、図8の点800に示されるように約−47dB
の分離を示し、図9の点900に示されるように約−2
1dBの結合を示して、約−26dBの方向性を生ずる。TD
MA1900のより高い帯域において送信されるRF信号を結合
する場合は、RF結合器装置312は、図10の点100
0に示されるように約−32dBの分離を示し、図11の
点1100に示されるように約−21dBの結合を示し
て、約−11dBの方向性を生ずる。TDMA1900の高帯域に
おいて送信されるRF信号を結合する際には、RF結合器装
置312のこの例の実施例の方向性は、RF結合器装置3
12の前記例の実施例の方向性よりもかなり低い。TDMA
1900の高帯域において送信されるRF信号結合時にこのよ
うに方向性が低くなるのは、RF結合器装置312が通過
経路結合要素321の分離ポートを適切なインピーダン
スをもって終端させることができないためと考えること
ができる。
【0028】方向性を強化するために、図12に示す代
替の好適なRF結合器装置1200を用いる。RF結合器装
置1200は、RF結合器装置312の一般的構造を用い
るが、結合器314と315の間に直列に結合される整
合回路1202も備える。整合回路1202は、伝送線
1204,1205と分路キャパシタ(shunt capacito
r)1206とを採用する。伝送線1204は、結合器
314の結合経路結合要素319の結合ポートに結合さ
れる1つのポートと、伝送線1205に結合される別の
ポートとを有する。伝送線1205は、伝送線1204
に結合される1つのポートと、結合器315の結合経路
結合要素321の分離ポートに結合される別のポートと
を有する。分路キャパシタ1206は、伝送線120
4,1205の相互結合ポート間に結合される1つの端
子と電気接地とを有する。
【0029】整合回路1202は、インピーダンス変換
装置として動作する。周波数帯域TX帯域2で送信される
RF信号を結合する間、整合回路1202は、通過経路結
合要素321の分離ポートにおいて適切な終端インピー
ダンスを提供する。周波数帯域TX帯域1で送信されるRF
信号を結合する間は、整合回路1202はRF電力検出器
313に対する電力転送にごくわずかな影響しか与えな
い低損失伝送線として動作する。周波数帯域TX帯域1が
AMPS800に関わる帯域など2つの帯域のうち低いほう
で、周波数帯域TX帯域2がTDMA1900に関わる帯域など2
つの帯域のうち高いほうであるとすると、整合回路12
02に関する例値は以下のようになる:伝送線1204
は長さ200ミル,幅5ミルで、100オームのインピ
ーダンスを有する:伝送線1205は長さ300ミル,
幅5ミルで100オームのインピーダンスを有する;キ
ャパシタ1206は2.2pFである。構成部品の総量を
最小限に抑えるために、伝送線1204,1205は好
ましくは、FR-4ファイバガラス材料からなる、通信装置
200のプリント回路板に埋め込まれた金属ストリップ
である。キャパシタ1206は、好ましくは、プリント
回路板の表面に搭載される個別の部品である。
【0030】整合回路1202の例値と、図8ないし図
11に関して上記に説明される結合器314,315お
よび終端装置316の例値とを用いると、RF結合器装置
1200は、以下のように動作する。AMPS800の低帯域
において送信されるRF信号を結合する場合、RF結合器装
置1200は、図13の点1300に示されるように約
−47dBの分離を示し、図14の点1400に示される
ように約−21dBの結合を示して、約−26dBの方向性
を生ずる。TDMA1900のより高い帯域において送信される
RF信号を結合する場合、RF結合器装置1200は、図1
5の点1500に示されるように約−54dBの分離を示
し、図16の点1600に示されるように約−22dBの
結合を示して、約−32dBの方向性を生ずる。TDMA1900
の高帯域のエッジにおいて送信されるRF信号を結合する
場合、RF結合器装置1200は、図15の点1502に
示されるように約−44dBの分離を示すと共に、約−2
2dBの結合を示して、約−21dBの方向性を生ずる。図
から分かるように、TDMA1900の高帯域で送信されるRF信
号を結合する際には、RF結合装置1200の−32dBと
−21dBという方向性は、RF結合器装置312の前実施
例の−11dBという方向性よりもはるかに優れている。
【0031】RF結合装置1200の方向性が改善された
のは、RF結合装置1200がTDMA1900の高帯域で送信さ
れるRF信号を結合する際に、通過経路結合要素321の
分離ポートを適切に終端させるためである。図17を参
照して、整合回路1202の動作をさらに説明する。結
合経路結合要素319の結合ポートは、図17の点17
00において正規化して示されるように、31+j16
の複素インピーダンスを有する。伝送線1204は、複
素インピーダンス31+j16を、図17の点1701
に正規化して示されるように約39+j44の複素イン
ピーダンスに変換する。キャパシタ1206が、約39
+j44の複素インピーダンスを約37−j44の複素
インピーダンスにさらに変換する。これを図17の点1
702に正規化して示す。伝送線1205は、複素イン
ピーダンス37−j44を、図17の点1703に正規
化して示されるように約28−j2の複素インピーダン
スにさらに変換する。これによって、結合経路結合要素
321の分離ポートにおいて適切な終端インピーダンス
がもたらされる。
【0032】整合回路1202の代替実施例を用いてイ
ンピーダンス変換を行うことができる。図18は、回路
要素を1つしか用いない代替の整合回路1800を示
す。詳しくは、代替整合回路1800は、1つの個別表
面搭載部品であるキャパシタ1802を採用する。キャ
パシタ1802は、結合要素319,321の間に直列
に結合される。周波数帯域TX帯域1が、AMPS800などに
関わる帯域のように2つの帯域のうち低いほうであり、
周波数帯域TX帯域2がTDMA1900に関わる帯域のように2
つの帯域のうち高いほうであるとすると、キャパシタ1
802に関する例値は5.6pFとなる。代替整合回路1
800は、単独の個別表面搭載部品を採用して図示され
るが、結合要素319,321の間に直列に結合される
単独の埋込伝送線など別の単回路要素構造を用いること
もできる。
【0033】代替整合回路1202に与えられる例値
と、図8ないし図11に関して上記に説明される結合器
314,315および終端装置316に関する例値とを
用いると、RF結合器装置1200は以下のように動作す
る。AMPS800に関する低いほうの帯域で送信されるRF信
号を結合する場合は、RF結合器装置1200のこの実施
例は、図19の点1900により示されるように約−4
7dBの分離と、図20の点2000に示されるように約
−21dBの結合とを示して、約−26dBの方向性を生ず
る。TDMA1900に関する高いほうの帯域で送信されるRF信
号を結合する場合は、RF結合器装置1200のこの実施
例は、図21の点2100により示されるように約−4
3dBの分離と、図22の点2200に示されるように約
−22dBの結合とを示して、約−21dBの方向性を生ず
る。TDMA1900に関する高いほうの帯域で送信されるRF信
号を結合する場合は、RF結合器装置1200のこの実施
例を図23に関してさらに説明する。前記に示したよう
に、結合経路結合要素321は、図23の点2300に
より示されるように約31+j16の複素インピーダン
スを示す。キャパシタ1802が約31+j16の複素
インピーダンスを約31+j1の複素インピーダンスに
変換する。これを図23の点2302に正規化して示
す。31+j1の変換された複素インピーダンスは、終
端装置316の27オームのインピーダンスと正確に整
合することはないが、このRF結合器装置1200の実施
例が図19ないし図22により実証されるように良好な
方向性を持つには充分な終端が、結合経路結合要素31
9,321の分離ポートに存在する。しかし、代替整合
回路1800は、図21に示すようなTDMA1900に関する
帯域の高端において送信されるRF信号を結合する場合に
は、方向性の低下を含めてRF結合装置1200のこの実
施例に一定の制約を与える。
【0034】図24ないし図27の別の代替整合回路は
個別表面搭載部品を1つしか採用せず、伝送線など埋込
要素の使用を避ける。これは、このような部品を最適に
調整するためにはプリント回路板の修正を何回も繰り返
すことが必要になるためである。図24の代替整合回路
2400は、結合要素319,321の間に直列に結合
されるインダクタ2402,2403と、インダクタ2
402,2403の相互接続部と電気接地との間に結合
される分路キャパシタ2404とを採用する。図25の
代替整合回路2500は、結合要素319,321の間
に直列に結合されるキャパシタ2502,2503と、
キャパシタ2502,2503の相互接続部と電気接地
との間に結合される分路キャパシタ2504とを採用す
る。図26の代替整合回路2600は、結合要素31
9,321の間に直列に結合されるキャパシタ2602
と、結合要素319と電気接地との間に結合される分路
インダクタ2604と、結合要素321と電気接地との
間に結合される分路インダクタ2605とを採用する。
図27の代替整合回路2700は、結合要素319,3
21の間に直列に結合されるインダクタ2702と、結
合要素319と電気接地との間に結合される分路キャパ
シタ2704と、結合要素321と電気接地との間に結
合される分路キャパシタ2705とを採用する。
【0035】構造によっては、プリント回路板は、図1
2の整合回路1202の伝送線1204,1205が埋
め込まれる場所が限られる場合がある。このような場合
は、埋め込まれる伝送線1204,1205は、必要な
インピーダンス変換を行うのに充分な物理的長さが足り
ないことがある。伝送線1204または1205の物理
的長さが短すぎる場合それを補償するために、RF結合器
装置1200の終端装置316は、多重部品終端ネット
ワークの形で代替の回路構成を用いることができる。一
般に、このような代替終端装置は、複素インピーダンス
をもたらし、図2の通信装置200が周波数帯域TX帯域
1または周波数帯域TX帯域2において送信する場合に最
適な終端を行うための共鳴回路を備える。図28に、代
替終端装置2800を示す。代替終端装置2800は、
結合経路結合要素319の分離ポートと電気接地との間
に直列に結合される上下ネットワーク2801,280
3を備える。上ネットワーク2801は、抵抗2802
と、抵抗2802に並列に結合されるインダクタ280
4およびキャパシタ2806で構成される直列共鳴回路
とを備える。下ネットワーク2803は、抵抗2808
と、抵抗2808に並列に結合されるキャパシタ281
0とを備える。インダクタ2804とキャパシタ280
6は、直列共鳴回路が周波数帯域TX帯域1において目的
の周波数に同調する値を有するように選択される。抵抗
2802は、通信装置が周波数帯域TX帯域2において通
信する際に、RF結合器装置1200の最良の方向性に関
して最適化されるインピーダンスを有するよう選択され
る。図12のキャパシタ1206は、通信装置が周波数
帯域TX帯域2において通信する際に、RF結合器装置12
00に提示されるインピーダンスの最終的な同調を行う
よう選択される。下ネットワーク2803の抵抗280
8とキャパシタ2810は、通信装置が周波数帯域TX帯
域1において通信する際にRF結合器装置1200の最良
の方向性に関して最適化されるインピーダンスを有する
よう選択される。周波数帯域TX帯域1が、AMPS800に関
する帯域など2つの帯域のうち低いほうであり、周波数
帯域TX帯域2がTDMA1900に関する帯域など2つの帯域の
うち高いほうであるとすると、終端装置2800および
整合回路1202の例値は以下のようになる。すなわ
ち、抵抗2802が82オーム;インダクタ2804が
10nH,キャパシタ2806が3.6pF,抵抗2808
が30オーム,キャパシタ2810が2pF,伝送線12
04は長さが45ミル,幅が7ミルで50オームのイン
ピーダンスを有する。伝送線1205は長さが170ミ
ル,幅が7ミルで50オームのインピーダンスを有す
る。キャパシタ1206は1.8pFである。
【0036】図12の伝送線1204,1205の長さ
を補償する図3の終端装置316のための他の代替の多
重部品終端ネットワークを図29と図30に、それぞれ
代替終端装置2900,3000として示す。代替終端
装置2900は、抵抗2902,2903と、インダク
タ2904,2905と、キャパシタ2906とを備え
る。抵抗2902は、抵抗2903に並列に結合され
る。抵抗2903は、さらにインダクタ2905と直列
に結合され、インダクタ2905はさらに、インダクタ
2904およびキャパシタ2906で構成される直列共
鳴回路と並列に結合される。代替終端装置3000は、
抵抗3002,3003と、インダクタ3004と、キ
ャパシタ3006,3007とを備える。抵抗3002
は、抵抗3003と並列に結合される。抵抗3003
は、さらにキャパシタ3007と直列に結合され、キャ
パシタ3007はさらに、キャパシタ3006およびイ
ンダクタ3005で構成される直列共鳴回路と並列に結
合される。
【0037】図12の伝送線1204,1205の長さ
を補正するのとは別に、図28,29,30の代替終端
装置2800,2900,3000は、それぞれ開発時
間とコストを最小限に抑える。代替終端装置2800,
2900,3000は、ベンチ試験の間に容易に検査す
ることのできる露出接触部を有する個別表面搭載部品を
利用する。個別表面搭載部品は、回路動作を最適化する
ために容易に交換することができる。一方で、埋込伝送
線はベンチ試験中に容易に検査することができず、埋込
伝送線の寸法は、プリント回路板の最新の修正版に固定
される。そのため、埋込伝送線に対する変更または「改
造」は、いかなるものでもプリント回路板を修正するこ
とで行わなければならず、開発プロセスの時間とコスト
を増大させる。
【0038】図12の整合回路1202によって実行さ
れるインピーダンス変換を、代わりに図3の終端装置3
16のみで行うこともできる点をさらに理解頂きたい。
この実施例では、RF結合器装置312が用いられるが、
終端装置316の抵抗317を図28の代替終端装置2
800,図29の2900,図30の3000または他
の適切な回路構造で置き換える。この回路構造は、通信
装置200が周波数帯域TX帯域1または周波数帯域TX帯
域2で送信する際に適切なポート終端を行い、優れた結
合器方向性を確実にするものである。
【0039】通信装置200が上記の三帯域または四帯
域ワイヤレス電話などの、3つ以上の周波数帯域で送信
する装置である場合は、図3のRF結合器装置312を容
易に拡張して、この装置においてRF結合を行うようにす
ることもできる。RF結合器装置312を拡張して、直列
に結合される結合器を有し単独の検出ダイオードを有す
るRF電力検出器との互換性を有する単独の結合構造から
逸脱せずに、図31のRF結合器装置3100とすること
ができる。3つ以上の周波数帯域で送信するために、通
信装置200の送信機214は、図31に示される代替
の送信機回路構成3101を用いる。代替送信機回路構
成3101は、周波数帯域TX帯域1でRF信号を送信する
ためのRF電力増幅器3102と結合器3106とを有す
る第1送信経路と、周波数帯域TX帯域2でRF信号を送信
するためのRF電力増幅器3103と結合器3107とを
有する第2送信経路と、周波数帯域TX帯域3でRF信号を
送信するためのRF電力増幅器3104と結合器3108
とを有する第3送信経路と、周波数帯域TX帯域Nで送信
するためのRF電力増幅器3105と結合器3109とを
有するN番目の送信経路までの各々がRF電力増幅器と結
合器とを有する別の送信経路とを定義する。変数Nは、
通信装置200が送信する周波数帯域の最大数である。
結合器3106〜3109の結合経路結合要素3110
〜3113は、それぞれ直列に結合されて、結合器チェ
ーンを形成する。図3の終端装置316と同様の終端装
置3114が結合経路結合要素3110の分離ポートに
結合される。RF電力検出器313と同様のRF電力検出器
3115が、結合経路結合要素3113の結合ポートに
結合される。図12の整合回路1202またはそれぞれ
図18,24,25,26,27の代替整合回路である
1800,2400,2500,2600,2700と
同様のオプションの整合回路3116が、結合器310
6〜3109の間にそれぞれ直列に結合される。さらに
詳しくは、オプションの整合回路3116,3117,
3118が、連続する結合経路結合要素の間、すなわち
結合経路結合要素3110と3111との間、結合経路
結合要素3111と3112との間、および結合経路結
合要素3112と3113との間にそれぞれ結合され
る。終端装置3114は、図3の抵抗317,図28の
代替終端装置2800,図29の代替終端装置2900
または図30の代替終端装置3000を具備する。結合
器3106〜3109と、終端装置3114と、オプシ
ョンの整合回路3116〜3118とが集合的にRF結合
器装置3100を形成する。
【0040】上記の整合回路および/または多重部品終
端ネットワークの値を変えるだけで、RF結合器装置の結
合器の特定の機械的または電気的構造により、RF結合器
装置に現れる可能性がある広範囲なインピーダンスの不
一致を補償することが可能になる。そのため、言うまで
もなく、横形結合マイクロストリップ線を好ましくは用
いるものとして上記に説明される図12のRF結合器装置
1200の結合器314,315と、横形結合マイクロ
ストリップ線を好ましくは用いる図31のRF結合器装置
3100の結合器3106〜3109は、代替法とし
て、端部結合ストリップ線などの他の電磁結合装置,フ
ェライト磁気媒体を利用するものなどの磁気結合装置ま
たはある伝送経路から別の伝送経路に制御された量の信
号変換を行うことのできる任意のその他の装置を利用す
ることもできる。
【0041】上述のように、図3のRF結合器装置31
2,図12のRF結合器装置1200および図31のRF結
合器装置3100の1つの利点は、単独の検出ダイオー
ドを用いるRF電力検出器313または315との互換性
があることである。検出ダイオードは、上記のように、
結合されるRF信号の半波整流に用いられる。検出ダイオ
ードとは別に、RF電力検出器において温度補償のために
別のダイオードを利用する方法は、当技術では周知であ
る。たとえば、1985年6月11日出願で、本件の譲
受人であるモトローラ社に譲渡されたWalczak他による
米国特許第4,523,155号「Temperature Compen
sated Automatic Output Control Circuitry for RF Si
gnal Power Amplifiers With Wide Dynamic Range」の
図2のダイオード212を参照されたい。単独の検出ダ
イオードを用いるものとしてのRF電力検出器313また
はRF電力検出器3115の説明は、いかなる状況におい
ても、温度補償またはその他の目的のために検出ダイオ
ードおよび追加のダイオードを採用する他のRF電力検出
器を伴うRF結合器装置312,1200,2100を用
いる利点を軽減するものではない。
【0042】かくして、直列結合される結合器を伴う単
独の結合構造を採用するRF結合装置は、多帯域ワイヤレ
ス電話装置における使用に適しており、単独の検出ダイ
オードを用いるRF電力増幅器と互換性を持つ。RF結合装
置の方向性は、特に、TDMA1900に関する帯域など高周波
数帯域において送信されるRF信号の結合に関して、整合
回路および/または多重部品終端ネットワークを追加す
ることによって強化することができる。多くの特定の実
施例が図示および説明されたが、さらなる修正も可能で
あることを理解頂きたい。従って、本発明の精神および
範囲に入るこれらすべての変更および修正は添付の請求
項内に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】二重帯域ワイヤレス電話のための従来技術によ
る送信機回路構成を示す概略図であって、この送信機回
路構成は並列に結合される2つの個別の結合構造からな
るRF結合器装置を採用する。
【図2】複数の通信システムにおいて動作可能な多帯域
ワイヤレス通信装置を示すブロック図である。
【図3】図2の通信装置の送信機回路構成を示す概略図
であって、この通信装置は二重帯域ワイヤレス電話であ
り、送信機回路構成は、すべてが直列に結合される2つ
の結合器と終端装置とを有する1つの結合構造からなる
RF結合器装置を採用する。
【図4】図3のRF結合器装置の第1実施例に関する分離
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
1実施例はAMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図5】図3のRF結合器装置の第1実施例に関する結合
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
1実施例はAMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図6】図3のRF結合器装置の第1実施例に関する分離
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
1実施例はTDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図7】図3のRF結合器装置の第1実施例に関する結合
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
1実施例はTDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図8】図3のRF結合器装置の第2実施例に関する分離
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
2実施例はAMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図9】図3のRF結合器装置の第2実施例に関する結合
と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の第
2実施例はAMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する。
【図10】図3のRF結合器装置の第2実施例に関する分
離と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の
第2実施例はTDMA1900に関わる周波数帯域において送信
される信号を結合する。
【図11】図3のRF結合器装置の第2実施例に関する結
合と周波数を表すグラフであり、図3のRF結合器装置の
第2実施例はTDMA1900に関わる周波数帯域において送信
される信号を結合する。
【図12】整合回路を採用する図3のRF結合器装置の代
替実施例を示す概略図である。
【図13】AMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する場合の、図12のRF結合器装置に関
する分離と周波数を表すグラフである。
【図14】AMPS800に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する場合の、図12のRF結合器装置に関
する結合と周波数を表すグラフである。
【図15】TDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する場合の、図12のRF結合器装置に関
する分離と周波数を表すグラフである。
【図16】TDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する場合の、図12のRF結合器装置に関
する結合と周波数を表すグラフである。
【図17】TDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する場合の、図12のRF結合器装置の整
合回路により実施されるインピーダンス変換を示すスミ
ス・チャート図である。
【図18】単独の回路要素を採用する図12の整合回路
の代替実施例を示す概略図である。
【図19】図18の整合回路を利用し、AMPS800に関す
る周波数帯域において送信される信号を結合する場合
の、図12のRF結合器装置に関する分離と周波数を表す
グラフである。
【図20】図18の整合回路を利用し、AMPS800に関す
る周波数帯域において送信される信号を結合する場合
の、図12のRF結合器装置に関する結合と周波数を表す
グラフである。
【図21】図18の整合回路を利用し、TDMA1900に関す
る周波数帯域において送信される信号を結合する場合
の、図12のRF結合器装置に関する分離と周波数を表す
グラフである。
【図22】図18の整合回路を利用し、TDMA1900に関す
る周波数帯域において送信される信号を結合する場合
の、図12のRF結合器装置に関する結合と周波数を表す
グラフである。
【図23】TDMA1900に関わる周波数帯域において送信さ
れる信号を結合する間に、図12のRF結合器装置により
用いられるときの図18の整合回路が実施するインピー
ダンス変換を示すスミス・チャート図である。
【図24】各々が多重個別表面搭載部品を採用する図1
2の整合回路の別の代替実施例を示す概略図である。
【図25】各々が多重個別表面搭載部品を採用する図1
2の整合回路の別の代替実施例を示す概略図である。
【図26】各々が多重個別表面搭載部品を採用する図1
2の整合回路の別の代替実施例を示す概略図である。
【図27】各々が多重個別表面搭載部品を採用する図1
2の整合回路の別の代替実施例を示す概略図である。
【図28】図3の終端装置の代替実施例を示す概略図で
ある。
【図29】図3の終端装置の代替実施例を示す概略図で
ある。
【図30】図3の終端装置の代替実施例を示す概略図で
ある。
【図31】図2の通信装置に関する代替の送信機回路構
成を示す概略図であり、通信装置はN帯域ワイヤレス電
話であり、代替の送信機回路構成は図3のRF結合器装置
の代替実施例を採用する。
【符号の説明】
217,304,305,308,309 接続部 300 送信機回路構成 302,303 RF電力増幅器 306,310 送受切換器 311 スイッチ 312 RF結合器装置 313 検出器 314,315 結合器 316 終端装置 317,325 抵抗 318,320 通過経路結合要素 319,321 結合経路結合要素 322 検出ダイオード 323 R-Cネットワーク 324 キャパシタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイル・シュウェント アメリカ合衆国 イリノイ州 60195 シ ャンバーグ チャーチヒル・ロード1629 (72)発明者 マイケル・ランドハー アメリカ合衆国 イリノイ州 60013 キ ャリー タキシード・レーン816 (72)発明者 アーミン・クロムスドルフ アメリカ合衆国 イリノイ州 60081 ス プリング・グローブ ヒドュン・トレイ ル・ブールバード2415 (72)発明者 マイケル・ハンド アメリカ合衆国 フロリダ州 33432 ボ カ・ラトン スパニッシュ・リバー・ロー ド・ナンバー・スリー1015

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 終端装置(316);第1および第2結
    合要素(318,319)を有する第1結合器(31
    4)であって、前記第1結合要素が第1周波数帯域内の
    周波数を有する第1RF信号を伝え、前記第2結合要素が
    前記第1結合要素により伝えられる前記第1RF信号を結
    合させ、前記第2結合要素が前記終端装置と直列に結合
    される第1結合器(314);および第1および第2結
    合要素(320,321)を有する第2結合器(31
    5)であって、前記第2結合器の前記第1結合要素が第
    2周波数帯域内の周波数を有する第2RF信号を伝え、前
    記第2結合器の前記第2結合要素が前記第2結合器の前
    記第1結合要素により伝えられる前記第2RF信号を結合
    させ、前記第2結合器の前記第2結合要素は前記前記第
    1結合器の前記第2結合要素と直列に結合される第2結
    合器(315);によって構成されることを特徴とする
    無線周波数(RF)結合器装置(312)。
  2. 【請求項2】 前記第1結合器(314)の前記第2結
    合要素(319)と前記第2結合器(315)の前記第
    2結合要素(321)との間に直列に結合される整合回
    路(1202)によってさらに構成されることを特徴と
    する請求項1記載の無線周波数(RF)結合器装置(31
    2)。
  3. 【請求項3】 前記第1結合器(314)の前記第2結
    合要素(319)が第1および第2ポートを有し、前記
    終端装置(316)が前記第1結合器の前記第2結合要
    素の前記第1ポートに結合され、前記整合回路(120
    2)が第1および第2ポートを有する少なくとも1つの
    伝送線によって構成され、前記少なくとも1つの伝送線
    の前記第1ポートが前記第1結合器の前記第2結合要素
    の前記第2ポートに結合されることを特徴とする請求項
    2記載の無線周波数(RF)結合器装置(312)。
  4. 【請求項4】 前記第2結合器(315)の前記第2結
    合要素(321)が第1および第2ポートを有し、前記
    少なくとも1つの伝送線が第1および第2伝送線によっ
    て構成され、前記第1伝送線が第1および第2ポートを
    有して、前記第1伝送線の前記第1ポートが前記第1結
    合器の前記第2結合要素の前記第2ポートに結合され、
    前記第2伝送線が第1および第2ポートを有して、前記
    第2伝送線の前記第1ポートが前記第1伝送線の前記第
    2ポートに結合され、前記第2伝送線の前記第2ポート
    が前記第2結合器の前記第2結合要素の前記第1ポート
    に結合されることを特徴とする請求項3記載の無線周波
    数(RF)結合装置(312)。
  5. 【請求項5】 前記終端装置(316)が単独の個別部
    品(317)のみによって構成され、前記単独の個別部
    品が抵抗であることを特徴とする請求項3記載の無線周
    波数(RF)結合器装置(312)。
  6. 【請求項6】 前記終端装置(316)が多重部品終端
    ネットワークによって構成されることを特徴とする請求
    項3記載の無線周波数(RF)結合器装置(312)。
  7. 【請求項7】 前記整合回路(1202)が単独の回路
    要素(1800)のみによって構成されることを特徴と
    する請求項2記載の無線周波数(RF)結合器装置(31
    2)。
  8. 【請求項8】 前記単独の回路要素(1800)がキャ
    パシタ(1802)であることを特徴とする請求項7記
    載の無線周波数(RF)結合器装置(312)。
  9. 【請求項9】 前記整合回路(1202)が個別表面搭
    載部品のみによって構成されることを特徴とする請求項
    2記載の無線周波数(RF)結合器装置(312)。
  10. 【請求項10】 前記終端装置(316)が多重部品終
    端ネットワーク(2800)によって構成されることを
    特徴とする請求項1記載の無線周波数(RF)結合器装置
    (312)。
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