JP2001160766A - デュプレクサ及び通信機装置 - Google Patents

デュプレクサ及び通信機装置

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JP2001160766A
JP2001160766A JP2000282425A JP2000282425A JP2001160766A JP 2001160766 A JP2001160766 A JP 2001160766A JP 2000282425 A JP2000282425 A JP 2000282425A JP 2000282425 A JP2000282425 A JP 2000282425A JP 2001160766 A JP2001160766 A JP 2001160766A
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band
duplexer
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surface acoustic
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Sukeyuki Atokawa
祐之 後川
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/70Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
    • H03H9/72Networks using surface acoustic waves
    • H03H9/725Duplexers

Abstract

(57)【要約】 【課題】広帯域かつ狭セパレーションの通信システムに
好適な小型かつ特性が良好なデュプレクサ及びそれを用
いた通信機装置を提供する。 【解決手段】誘電体共振器R1,R2にPINダイオー
ドD1,D2を接続した周波数可変型フィルタからなる
送信フィルタと、2つの表面波フィルタSF1,SF2
とスイッチ回路SWを備えた受信フィルタとを備え、送
信フィルタは電圧制御端子CONT1の印加電圧に応じ
て分割された周波数帯域のいずれかの周波数帯域を選択
することができ、また受信フィルタは電圧制御端子CO
NT2の印加電圧に応じて表面波フィルタSF1,SF
2のいずれか1つの表面波フィルタを選択することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロ波
帯で使用されるデュプレクサ及び通信機装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、国内のcdmaOne(登録商
標)方式の携帯電話システムでは、周波数の割り当ては
送信側が887〜925MHz、受信側が832〜87
0MHzであり、帯域幅は38MHzと広帯域で、両者
のセパレーションは17MHzと狭いセパレーションで
ある。また、最近、携帯電話等の移動通信機器の小型化
が急速に進んでおり、これら通信機器に用いられるデュ
プレクサも小型化が要求されている。
【0003】この小型化に対応するものとして、誘電体
共振器にコンデンサ等のリアクタンス素子を介してPI
Nダイオード等のインピーダンス可変素子を接続し、イ
ンピーダンス可変素子に対する印加電圧を制御すること
によって、共振周波数を変化させる周波数可変型フィル
タを用いて送信フィルタ及び受信フィルタを構成したも
のがある。このような周波数可変型フィルタを用いたデ
ュプレクサは、それぞれのフィルタを構成する共振器の
数(段数)を少なくすることで小型化を図っている。
【0004】また、デュプレクサを小型化する方法とし
て、送信フィルタに誘電体共振器を用い、受信フィルタ
に表面波フィルタを用いることが知られている(特開平
5−95204号、特開平5−175879号参照)。
これらのデュプレクサは、誘電体共振器に比べサイズの
小さな表面波フィルタを受信フィルタに用いることで小
型化を図っている。一般的に表面波フィルタは誘電体フ
ィルタに比べ耐電力性が低いため、大電力が入力される
送信フィルタに用いることは難しい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記送
受両フィルタに周波数可変型フィルタを用いたデュプレ
クサにおいては、ある程度の小型化を実現することはで
きるが、送信フィルタ及び受信フィルタの両フィルタに
誘電体共振器を用いているため、さらなる小型化の要求
には対応できないという問題がある。すなわち、誘電体
共振器は他の部品に比べ比較的サイズが大きく、所定周
波数で所定の寸法(共振器長)を必要とし、小型化が困
難である。
【0006】また、上記受信フィルタに表面波フィルタ
を用いたデュプレクサにおいては、小型化を図ることは
可能であるが、表面波フィルタで上記cdmaOne方
式のような広帯域の帯域幅を実現することは困難であ
る。また、仮に広帯域を実現することができたとして
も、高減衰量を得ることは難しく、かつ送信フィルタと
の位相合成(送信周波数帯でインピーダンスをオープン
となるようにする)が困難であり、特に送信側特性が悪
化するという問題が生じる。また、表面波フィルタの場
合は誘電体共振器のようにPINダイオードを用いて周
波数を可変することも不可能である。
【0007】そこで、本発明の目的は、広帯域かつ狭セ
パレーションの通信システムに好適な小型かつ特性が良
好なデュプレクサ及びそれを用いた通信機装置を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のデュプレクサは、誘電体共振器にリアクタ
ンス素子を介して電圧制御可能なインピーダンス可変素
子を接続した周波数可変型フィルタからなる第1のフィ
ルタと、複数の表面波フィルタと電圧制御可能なスイッ
チ回路を備え、スイッチ回路の電圧制御によりいずれか
1つの表面波フィルタを選択できるようにした第2のフ
ィルタと、を備えている。すなわち、本発明のデュプレ
クサでは、第1のフィルタはインピーダンス可変素子を
電圧制御することにより、分割された周波数帯域のいず
れかの周波数帯域を選択することができ、また、第2の
フィルタは分割した周波数帯域のいずれかの帯域を通過
させる表面波フィルタを複数用いスイッチ回路を電圧制
御することにより、いずれか1つの表面波フィルタを選
択することができる。ここに、上記スイッチ回路は表面
波フィルタの入力側に接続されるか、または表面波フィ
ルタの入力側及び出力側に接続される。
【0009】上記の構成によれば、第1のフィルタと第
2のフィルタを相手方フィルタの周波数に対応させてそ
れぞれの通過帯域を切り替えることにより、見かけ上、
送信周波数帯域と受信周波数帯域が狭くなると共に両者
のセパレーションが大きくなるので、狭帯域の表面波フ
ィルタを用いることができ、充分な減衰量を得ることが
できる。また、スイッチ回路を用いていずれかの表面波
フィルタを選択しているので、それぞれの帯域は狭帯域
となり相手方フィルタとの位相合成を容易にかつ良好に
行うことができ、位相合成のミスマッチによる送信また
は受信特性の劣化が防止され、良好な送受信特性を得る
ことができる。
【0010】すなわち、第1のフィルタに周波数可変型
フィルタを用い、かつ第2のフィルタに表面波フィルタ
を用いることにより、小型化を図ることができるととも
に、広帯域かつ狭セパレーションの通信システムに好適
な特性を得ることができる。
【0011】そして、第1のフィルタと第2のフィルタ
を1つの基板上に配置して一体化することにより、取り
扱いが容易になるとともに、安定で良好な特性を得るこ
とができる。
【0012】また、一般的に大電力駆動となる送信フィ
ルタに耐電力性の高い第1のフィルタ(誘電体共振器の
構成)を用い、小電力駆動となる受信フィルタに耐電力
性の低い第2のフィルタ(表面波フィルタ)を用いるこ
とが望ましい。
【0013】また、第1のフィルタを帯域阻止型フィル
タで構成し、第2のフィルタを帯域通過型フィルタで構
成する。また、前記第1のフィルタのインピーダンス可
変素子としてPINダイオードを用い、第2のフィルタ
のスイッチ回路としてPINダイオードで構成したスイ
ッチ回路あるいはGaAsスイッチを用いることができ
る。
【0014】また、本発明に係る通信機装置は、上記の
特徴を有する誘電体フィルタまたはデュプレクサを備え
て構成されるので、小型かつ特性が良好なものとなる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態に係るデュ
プレクサの回路構成を図1に示す。このデュプレクサ
は、送信信号と受信信号の周波数帯域をそれぞれ2つの
帯域に分割して利用するように構成されたものであり、
周波数可変型フィルタからなる第1のフィルタと、複数
の表面波フィルタとスイッチ回路を備えた第2のフィル
タとを備えている。本実施形態では、第1のフィルタを
送信フィルタとして用い電圧制御端子CONT1の印加
電圧に応じて送信周波数帯域の上下いずれか一方の帯域
を通過させ、第2のフィルタを受信フィルタとして用い
電圧制御端子CONT2の印加電圧に応じて受信周波数
帯域の上下いずれか一方の帯域を通過させる。
【0016】送信フィルタは誘電体共振器R1,R2を
備え、これら共振器R1,R2の一方端を接地し、他方
端と接地との間にコンデンサC11,C12及びC2
1,C22をそれぞれ接続し、コンデンサC11,C1
2の接続点とコンデンサC21,C22の接続点との間
にインダクタL2を接続している。この構成により共振
器R1とコンデンサC11からなる共振系と共振器R2
とコンデンサC21からなる共振系のそれぞれの共振周
波数を減衰極とする帯域阻止型フィルタ(BEF)を構
成している。コンデンサC21,C22の接続点は送信
端子Txに接続され、コンデンサC11,C12の接続
点とアンテナ端子ANTとの間にインダクタL1、アン
テナ端子ANTと接地間にコンデンサC3を接続してい
る。インダクタL1とコンデンサC3とで受信フィルタ
の通過帯域で反射位相が開放(オープン)となるように
位相合成している。
【0017】送信フィルタの共振器R1,R2と接地と
の間には、PINダイオードD1とコンデンサC10の
直列回路、及びPINダイオードD2とコンデンサC2
0の直列回路をそれぞれ接続し、電圧制御端子CONT
1とPINダイオードD1,D2との間にインダクタ
L、抵抗R及びコンデンサCからなる高周波遮断回路を
設けている。この構成により、誘電体共振器の数(段
数)を少なくして送信フィルタの小型化を図っている。
【0018】なお、PINダイオードD1と接地の間に
設けたコンデンサC13は歪み特性を改善するためのも
のである。誘電体共振器R1,R2は、筒状誘電体と、
筒状誘電体の外周面に設けられた外導体と、筒状誘電体
の内周面に設けられた内導体とで構成され、一端開放、
他端短絡のλ/4型の誘電体同軸共振器である。
【0019】一方、受信フィルタは2つの表面波フィル
タSF1,SF2とスイッチ回路SWを備えている。ア
ンテナ端子ANTにスイッチ回路SWの共通端aを接続
し、表面波フィルタSF1,SF2の入力端子をそれぞ
れスイッチ回路SWの接点b,cに接続している。表面
波フィルタSF1,SF2はそれぞれ帯域通過型フィル
タ(BPF)であり、1つのケースに収納された2入力
2出力タイプの表面波フィルタ装置SFを用いている。
このように、表面波フィルタを用いることにより、受信
フィルタを大幅に小型化している。
【0020】スイッチ回路SWは電圧制御端子CONT
2を備え、電圧制御端子CONT2の印加電圧により接
点の切り替えを行う電圧制御可能な回路であり、例え
ば、図2に示すような回路が用いられる。図2におい
て、符号a,b,c、CONT2は図1に示すものに対
応している。図2に示すスイッチ回路SWは、接点b,
cの間にコンデンサC41,λ/4位相回路P1,PI
NダイオードD42,コンデンサC42をこの順に直列
接続し、コンデンサC41とλ/4位相回路P1との接
続点と接地との間にPINダイオードD41、λ/4位
相回路P1とPINダイオードD42の接続点と端子a
との間にコンデンサC43を接続し、PINダイオード
D42とコンデンサC42の接続点と電圧制御端子CO
NT2との間にλ/4位相回路P2と抵抗R及びコンデ
ンサCからなる高周波遮断回路を設けている。
【0021】なお、スイッチ回路SWは図2に示すもの
に限るものではなく、ダイオードを用いた他の回路構成
であってもよく、またはGaAsスイッチを用いてもよ
い。
【0022】また、送信フィルタとの良好な位相合成が
得られない場合は、アンテナ端子ANTとスイッチ回路
との間に、またはスイッチ回路内に、例えばインダクタ
等の位相合成用素子が付加される。
【0023】次に、本実施形態のデュプレクサの動作に
ついて説明する。このデュプレクサは送信回路系から送
信端子Txに入力された送信信号を送信フィルタを介し
てアンテナ端子ANTから出力するとともに、アンテナ
端子ANTから入力された受信信号を送信フィルタを介
して受信端子Rx1,Rx2から受信回路系に出力す
る。
【0024】送信フィルタにおいて、電圧制御端子CO
NT1に制御電圧として正の所定電圧を印加するとPI
NダイオードD1,D2はON(導通)状態となり、共
振器R1,R2にコンデンサC10,C20が実質的に
並列接続されることになり、送信フィルタの2つの共振
系の減衰極周波数はともに低くなる。逆に、制御電圧と
して0Vまたは負の電圧を印加するとPINダイオード
D1,D2はOFF(遮断)状態となり、コンデンサC
10,C20が共振器R1,R2から切り離され、2つ
の共振系の減衰極周波数はともに高くなる。この2つの
共振系の減衰極による減衰帯域が受信周波数帯域であ
る。このように、送信フィルタは電圧制御端子CONT
1に印加される電圧を制御するすることにより、2つの
異なる減衰帯域を持つことができる。
【0025】一方、受信フィルタにおいて、電圧制御端
子CONT2に正の所定の電圧を印加するとスイッチ回
路SWは接点bに切り替わり、表面波フィルタSF1が
アンテナ端子ANTに接続される。また、電圧制御端子
CONT2に0Vまたは負の電圧を印加するとスイッチ
回路SWは接点cに切り替わり、表面波フィルタSF2
がアンテナ端子ANTに接続される。このように、受信
フィルタは電圧制御端子CONT2に印加される電圧を
制御するすることにより、2つの表面波フィルタのいず
れか一方の表面波フィルタを選択することができる。
【0026】次に、このデュプレクサを国内のcdma
One方式の携帯電話システム(送信帯域887〜92
5MHz、受信帯域832〜870MHz)に適用した
場合について説明する。表面波フィルタSF1は832
〜846MHz、表面波フィルタSF2は860〜87
0MHzの通過帯域型フィルタが用いられる。
【0027】電圧制御端子CONT1に3Vを印加した
とき、送信フィルタは受信帯域の低域側832〜846
MHzの受信帯域信号を阻止し、送信帯域の低域側88
7〜901MHzの送信帯域信号を通過させる。電圧制
御端子CONT1に0Vを印加したとき、送信フィルタ
は受信帯域の高域側860〜870MHzの受信帯域信
号を阻止し、送信帯域の高域側915〜925MHzの
送信帯域信号を通過させる。
【0028】一方、電圧制御端子CONT2に3Vを印
加したとき、受信フィルタでは表面波フィルタSF1が
選択され、受信帯域の低域側832〜846MHzの受
信帯域信号を通過させる。電圧制御端子CONT2に0
Vを印加したとき、受信フィルタでは表面波フィルタS
F2が選択され、受信帯域の高域側860〜870MH
zの受信帯域信号を通過させる。
【0029】このデュプレクサでは電圧制御端子CON
T1,CONT2の電圧制御は同期して行われる。これ
により、送信フィルタの送信帯域と受信フィルタの受信
帯域のセパレーションを、電圧制御端子CONT1,C
ONT2に3Vを印加したときに41MHz(送信帯域
の低域周波数887MHzと受信帯域の高域周波数84
6MHzとの差)とすることができ、また電圧制御端子
CONT1,CONT2に0Vを印加したときに45M
Hz(送信帯域の低域周波数915MHzと受信帯域の
高域周波数870MHzとの差)とすることができる。
すなわち、送信フィルタの送信帯域と受信フィルタの受
信帯域のセパレーションを、携帯電話システム(cdm
aOne方式のシステム)の送信帯域と受信帯域のセパ
レーション17MHzよりも大きくすることができる。
また、送信及び受信フィルタの阻止帯域または通過帯域
を通信システムの帯域の約半分としており、それぞれの
フィルタを狭帯域とすることができるので、相手方フィ
ルタとの位相合成を容易にかつ良好に行うことができ
る。したがって、位相合成のミスマッチによる挿入損失
の劣化を抑えることができる。また、表面波フィルタを
複数個用いることにより、広帯域化に限界ある表面波フ
ィルタを用いることが可能となる。
【0030】上記のデュプレクサは、例えば図3に示す
ように、一枚の基板10上に構成部品の全てを配置(実
装)し、ケース(図示省略)を装着またはケース内に収
納して一体化して製造される。基板10の下面にもそれ
ぞれの端子が形成されており、表面実装可能な構造とな
っている。図3において各符号は図1に示すものに対応
している。誘電体共振器R1,R2のサイズは約2mm
×2mm×7mmである。表面波フィルタ装置SFは、
1つのパッケージ内に2つの表面波フィルタSF1,S
F2を内蔵しており、表面波フィルタSF1,SF2は
それぞれ独立した入力端子、出力端子を備えており、2
入力2出力タイプの構造のものである。表面波フィルタ
装置SFのサイズは約3.8mm×3.8mm×2.0
mmである。このように、一体化した1つの部品とする
ことにより、取り扱いを容易にするともに、安定で良好
な特性を実現している。
【0031】なお、上記実施形態では電圧制御端子を2
つ(CONT1,CONT2)設けているが、これを接
続して1つの電圧制御端子としてもよい。
【0032】次に、第2実施形態に係るデュプレクサを
図4に示す。第1実施形態ではスイッチ回路SWを表面
波フィルタ装置SF(SF1,SF2)の入力側1つ設
けたもので説明したが、図4に示すデュプレクサでは表
面波フィルタ装置SFの入力側にスイッチ回路SW1を
設け、出力側にもスイッチ回路SW2を設けている。こ
の場合、受信フィルタの受信端子Rxを1つとすること
ができる。なお、本実施形態では、電圧制御端子CON
T1を1つとしている。
【0033】次に、第3実施形態に係るデュプレクサを
図5に示す。図5に示すデュプレクサは、受信フィルタ
に3つの表面波フィルタSF1,SF2,SF3を用
い、これを3接点切り替えの電圧制御可能なスイッチ回
路SW1、SW2を表面波フィルタSF1,SF2,S
F3の入力側、出力側に設けている。スイッチ回路SW
1,SW2の電圧制御端子CONT2の印加電圧を制御
することにより、いずれか1つの表面波フィルタを選択
できるように構成している。各表面波フィルタSF1,
SF2,SF3は通信システムの受信帯域を3つに分割
した周波数帯域のいずれかを通過させる帯域通過型フィ
ルタである。これにより、それぞれの表面波フィルタを
より狭帯域の設計とすることができ、特性が良好な表面
波フィルタを採用することができる。逆により広帯域の
周波数帯域を有する通信システムにも表面波フィルタを
用いることができる。
【0034】なお、上記各実施形態では、送信フィルタ
として帯域阻止型の周波数可変型フィルタを用いたもの
で説明したが、これに限るものではなく、受信フィルタ
として帯域通過型の周波数可変型フィルタを用いるよう
にしてもよい。また、周波数可変型フィルタを構成する
誘電体共振器の数や回路構成も上記実施形態に限定され
るものではなく、インピーダンス可変素子として可変容
量ダイオード(バラクターダイオード)または電界効果
型トランジスタ(FET)を用いて構成したものでもよ
い。
【0035】また、上記実施形態では、送信フィルタに
第1のフィルタ(周波数可変型フィルタ)、受信フィル
タに第2のフィルタ(表面波フィルタ)を用いたもので
説明したが、送信電力の小さな小電力の通信システムに
適用する場合には、第1のフィルタを受信フィルタ、第
2のフィルタを送信フィルタとして用いることもでき
る。
【0036】次に、本発明の第4実施形態に係る通信機
装置の構成を図6に示す。図6において、122はアン
テナ、123はデュプレクサ、124は送信フィルタ、
125は受信フィルタ、126は送信回路、127は受
信回路である。デュプレクサのアンテナ端子ANTはア
ンテナ122に、送信端子Txは送信回路126に接続
され、受信端子Rxは受信回路127に接続されて通信
機装置が構成される。
【0037】ここに、デュプレクサ123として、上記
各実施形態のデュプレクサを使用することができる。本
発明に係るデュプレクサを用いることにより、小型かつ
特性が良好な通信機装置を実現することができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るデュ
プレクサによれば、電圧制御で送信及び受信フィルタの
通過帯域を切り替えることにより、送信帯域及び受信帯
域を狭帯域とすることができかつ両者のセパレーション
を大きくとることができる。したがって、第1のフィル
タに誘電体共振器からなる周波数可変型フィルタを用
い、かつ第2のフィルタに表面波フィルタを用いて、小
型化を図ることができる。また、表面波フィルタとして
狭帯域のものを用いることができるので、第1のフィル
タとの位相合成が容易となり、良好な送受信特性を得る
ことができる。
【0039】また、本発明に係るデュプレクサを用いる
ことにより、小型かつ特性が良好な通信機装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るデュプレクサの回
路構成である。
【図2】本発明に用いられるスイッチ回路の一例を示す
回路図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係るデュプレクサの構
造を示す平面図である。
【図4】本発明の第2実施形態に係るデュプレクサの回
路構成である。
【図5】本発明の第3実施形態に係るデュプレクサの回
路構成である。
【図6】本発明の第4実施形態に係る通信機装置のブロ
ック図である。
【符号の説明】
R1,R2 誘電体共振器 D1,D2,D41,D42 ダイオード SF 表面波装置 SF1,SF2,SF3 表面波フィルタ SW、SW1,SW2 スイッチ回路 CONT1,CONT2 電圧制御端子

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体共振器にリアクタンス素子を介し
    て電圧制御可能なインピーダンス可変素子を接続した周
    波数可変型フィルタからなる第1のフィルタと、 複数の表面波フィルタと電圧制御可能なスイッチ回路を
    備え、スイッチ回路の電圧制御によりいずれか1つの表
    面波フィルタを選択できるようにした第2のフィルタ
    と、 を備えたことを特徴とするデュプレクサ。
  2. 【請求項2】 前記第2のフィルタのスイッチ回路が前
    記表面波フィルタの入力側及び出力側にそれぞれ接続さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載のデュプレク
    サ。
  3. 【請求項3】 前記第1のフィルタと前記第2のフィル
    タを1つの基板上に配置し一体化したことを特徴とする
    請求項1または請求項2に記載のデュプレクサ。
  4. 【請求項4】 前記第1のフィルタが送信フィルタであ
    り、前記第2のフィルタが受信フィルタであることを特
    徴とする請求項1、請求項2または請求項3に記載のデ
    ュプレクサ。
  5. 【請求項5】 前記第1のフィルタが帯域阻止型フィル
    タであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項
    3または請求項4に記載のデュプレクサ。
  6. 【請求項6】 前記第2のフィルタが帯域通過型フィル
    タであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項
    3、請求項4または請求項5に記載のデュプレクサ。
  7. 【請求項7】 前記第1のフィルタのインピーダンス可
    変素子がPINダイオードであることを特徴とする請求
    項1、請求項2,請求項3、請求項4、請求項5または
    請求項6に記載のデュプレクサ。
  8. 【請求項8】 前記第2のフィルタのスイッチ回路がP
    INダイオードを用いて構成されていることを特徴とす
    る請求項1、請求項2,請求項3、請求項4、請求項
    5、請求項6または請求項7に記載のデュプレクサ。
  9. 【請求項9】 前記第2のフィルタのスイッチ回路がG
    aAsスイッチであることを特徴とする請求項1、請求
    項2,請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求
    項7または請求項8に記載のデュプレクサ。
  10. 【請求項10】 請求項1、請求項2、請求項3、請求
    項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8または
    請求項9に記載のデュプレクサを備えたことを特徴とす
    る通信機装置。
JP2000282425A 1999-09-21 2000-09-18 デュプレクサ及び通信機装置 Pending JP2001160766A (ja)

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