JP2007081799A - フィルタ回路とそれを用いたアンテナモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】少ない素子数でフィルタ特性を得ることができる小型のフィルタ回路を提供する。
【解決手段】ハイパスフィルタ23は、コンデンサ25、26の直列接続体と、このコンデンサ25、26の接続点とグランドとの間に接続されたインダクタ27とから成り、ローパスフィルタ24は、インダクタ28、29の直列接続体と、このインダクタ28、29の接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ30とで形成され、コンデンサ25、26の接続点とグランドとの間に接続された電子スイッチ31と、インダクタ28、29の接続点とグランドとの間に接続された電子スイッチ32とを設け、電子スイッチ31と電子スイッチ32のオンとオフは相反的に切り替えることができる構成としたものである。これにより、所期の目的を達成することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、フィルタ回路とそれを用いたアンテナモジュールに関するものである。
以下、従来のフィルタ回路について説明する。従来のフィルタ回路は、図14に示すような構成と成っていた。即ち、図14において、入力端子1にハイパスフィルタ2とローパスフィルタ3の一端が接続されており、これらのハイパスフィルタ2とローパスフィルタ3の他端は切り替えスイッチ4の切り替え端子4a、4bに夫々接続されており、この切り替えスイッチ4の共通端子4cは直接出力端子5に接続されていた。
ここで、ハイパスフィルタ2は、コンデンサ6、7の直列接続体と、このコンデンサ6、7の接続点とグランドとの間に接続されたインダクタ8とで構成されている。
また、ローパスフィルタ3は、インダクタ9、10の直列接続体と、このインダクタ9、10の接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ11とで構成されている。
以上のように構成されたフィルタ回路について、以下にその動作を説明する。切り替えスイッチ4を一方の端子4a側に切り替える。すると、入力端子1と出力端子5との間は、ハイパスフィルタ2として働く。
また、切り替えスイッチ4を他方の端子4b側に切り替えると、入力端子1と出力端子5との間は、ローパスフィルタ3として働く。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平3−213009号公報
しかしながらこのような従来のフィルタ回路においては、所要の減衰特性を得るためには、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタを構成する素子数をさらに増やすことが必要となり、小型のフィルタ回路の実現ができなかった。
そこで本発明は、この問題を解決したもので、少ない素子数で所要のフィルタ特性を得ることができる小型のフィルタ回路を提供することを目的としたものである。
この目的を達成するために本発明のフィルタ回路において、ハイパスフィルタは第1、第2のコンデンサの直列接続体と、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1のインダクタとから成り、ローパスフィルタは第2、第3のインダクタの直列接続体と、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第3のコンデンサとで形成され、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1の電子スイッチと、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第2の電子スイッチとを設け、前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチのオンとオフは相反的に切り替えられる構成としたものである。これにより、所期の目的を達成することができる。
本発明のフィルタ回路は、入力端子と出力端子との間にハイパスフィルタとローパスフィルタとを並列接続し、前記ハイパスフィルタは第1、第2のコンデンサの直列接続体と、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1のインダクタとから成り、前記ローパスフィルタは第2、第3のインダクタの直列接続体と、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第3のコンデンサとで形成され、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1の電子スイッチと、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第2の電子スイッチとを設け、前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチのオンとオフは相反的に切り替えられる構成としたものである。
このように、第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1の電子スイッチと、第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第2の電子スイッチとを設け、一方の電子スイッチが開放時には他方の電子スイッチを短絡して用いる。これにより、ハイパスフィルタを選択時にはローパスフィルタの素子を利用し、ローパスフィルタを選択時にはハイパスフィルタの素子を利用して、それぞれ段数を増やしたフィルタとして用いることができる。従って、減衰特性の良好なハイパスフィルタとローパスフィルタを得ることができる。
このように、所要の減衰特性を得るために素子数を増やすことなくフィルタ回路を構成しているので、小型のフィルタ回路を実現できる。
更に、電子スイッチは、通過信号経路に挿入されていないので、この電子スイッチによる通過損失を少なくすることができる。これにより、低損失のフィルタ回路を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるフィルタ回路の回路図である。図1において、入力端子21と出力端子22との間に、UHF放送波帯を通過させるハイパスフィルタ23と、VHF放送波帯を通過させるローパスフィルタ24とが並列に接続されている。
ここで、ハイパスフィルタ23はコンデンサ25、26の直列接続体と、このコンデンサ25、26の接続点とグランドとの間に接続されたインダクタ27とで構成されている。
また、ローパスフィルタ24は、インダクタ28、29の直列接続体と、このインダクタ28、29の接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ30とで構成されている。
また、コンデンサ25、26の接続点とグランドとの間には電子スイッチ31が接続されており、インダクタ28、29の接続点とグランドとの間には電子スイッチ32が接続されている。そして、この電子スイッチ31、32は相反的にグランドに接続されるように制御されている。
ここで、相反的という意味は、電子スイッチ31がオンのときは電子スイッチ32がオフであり、電子スイッチ32がオンのときは電子スイッチ31がオフとなるように相反する動作を意味する。
以上のように構成されたフィルタ回路について、以下にその動作を説明する。先ず、電子スイッチ31をオフにして、電子スイッチ32をオンにすると図2に示すように、入力端子21と出力端子22との間には、UHF放送波帯を通過させる4段のハイパスフィルタ41が形成されることになる。
即ち、インダクタ28とコンデンサ25とで形成されるとともにUHF放送波帯を通過させる第1段目のハイパスフィルタ33と、コンデンサ25とインダクタ27とで形成されるとともにUHF放送波帯を通過させる第2段目のハイパスフィルタ34と、インダクタ27とコンデンサ26とで形成されるとともにUHF放送波帯を通過させる第3段目のハイパスフィルタ35と、コンデンサ26とインダクタ29とで形成されるとともにUHF放送波帯を通過させる第4段目のハイパスフィルタ36が形成されることになる。
図4において、実線43は本実施の形態における4段のハイパスフィルタ41の通過特性であり、点線44は従来例におけるハイパスフィルタ2の通過特性である。図4から明らかなように、本実施の形態におけるハイパスフィルタ41は、従来のハイパスフィルタ2に比べて、特に400MHz以下における減衰特性において、優れた性能を有するものである。なお、図4において、横軸45は周波数(MHz)であり、縦軸46は減衰量(dB)である。
このように、ハイパスフィルタ23を選択時にはローパスフィルタ24の素子であるインダクタ28、29を利用することにより、段数を増やしたハイパスフィルタ41として用いることができる。従って、減衰特性の良好なハイパスフィルタ41を得ることができる。
また、電子スイッチ32は、通過信号経路に挿入されていないので、この電子スイッチ32による通過損失を少なくすることができる。これにより、低損失のハイパスフィルタ41を実現できる。
次に、電子スイッチ31をオンにして、電子スイッチ32をオフにする。すると図3に示すように、入力端子21と出力端子22との間には、VHF放送波帯を通過させる4段のローパスフィルタ42が形成されることになる。
即ち、コンデンサ25とインダクタ28とで形成されるとともにVHF放送波帯を通過させる第1段目のローパスフィルタ37と、インダクタ28とコンデンサ30とで形成されるとともにVHF放送波帯を通過させる第2段目のローパスフィルタ38と、コンデンサ30とインダクタ29とで形成されるとともにVHF放送波帯を通過させる第3段目のローパスフィルタ39と、インダクタ29とコンデンサ26とで形成されるとともにVHF放送波帯を通過させる第4段目のローパスフィルタ40が形成されることになる。
図5において、実線47は本実施の形態における4段のローパスフィルタ42の通過特性であり、点線48は従来例におけるローパスフィルタ3の通過特性である。図5から明らかなように、本実施の形態におけるローパスフィルタ42は、従来のローパスフィルタ3に比べて、300MHz以上における減衰特性において、優れた性能を有するものである。なお、図5において、横軸45は周波数(MHz)であり、縦軸46は減衰量(dB)である。
このように、ローパスフィルタ24を選択時にはハイパスフィルタ23の素子であるコンデンサ25、26を利用することにより、段数を増やしたローパスフィルタ42として用いることができる。従って、減衰特性の良好なローパスフィルタ42を得ることができる。
また、電子スイッチ31は、通過信号経路に挿入されていないので、この電子スイッチ31による通過損失を少なくすることができる。これにより、低損失のローパスフィルタ42を実現できる。
以上のように、ハイパスフィルタ23の選択時にはローパスフィルタ24の素子であるインダクタ28、29を利用し、ローパスフィルタ24の選択時にはハイパスフィルタ23の素子であるコンデンサ25、26を利用して段数を増やしたフィルタ回路として用いることができる。
このように、素子数を増やすことなく十分な減衰特性を有するハイパスフィルタ41、ローパスフィルタ42を構成することにより、小型のフィルタ回路を実現することができる。
また、電子スイッチ31、32は、通過信号経路に挿入されていないので、これら電子スイッチ31、32による通過損失を少なくすることができる。従って、低損失のフィルタ回路を実現することができる。
さらに、電子スイッチ31、32はピンダイオードで形成されているので、小型・低価格の2つの電子スイッチ31、32を構成することができる。
さらにまた、これら電子スイッチ31、32は互いに独立しているので、夫々自由に配置することができる。
(実施の形態2)
図6は、実施の形態2におけるフィルタ回路の回路図である。なお、実施の形態1と同じものについては同符号を付して説明を簡略化している。実施の形態2においては、実施の形態1における電子スイッチ31、32の代わりに切り替えスイッチ51を用いた点で相違する。
即ち、ハイパスフィルタ23を形成するコンデンサ25とコンデンサ26の接続点は、切り替えスイッチ51の一方の端子51aに接続されている。また、ローパスフィルタ24を形成するインダクタ28とインダクタ29の接続点は、切り替えスイッチ51の他方の端子51bに接続されている。また、切り替えスイッチ51の共通端子51cは直接グランドに接続されている。
このように1つの切り替えスイッチ51を用いているので、部品点数を減らすことができ、小型化と低価格化に貢献することができる。
なお、この切り替えスイッチ51はピンダイオードで形成されているので、小型化が可能である。
また、切り替えスイッチとして、ガリウム砒素集積回路、CMOS集積回路による単極双投(SPDT)スイッチを用いることで、小型化を図ることもできる。
その他の点に関しては実施の形態1と同様であるので、説明を簡略化する。また、特徴も実施の形態1と同様である。
(実施の形態3)
図7は、実施の形態3におけるアンテナモジュールである。以下、図面に基づいて本実施の形態を説明する。
図7において、50はアンテナモジュールであり、52はこのアンテナモジュール50の入力端子である。この入力端子52には、約7cmの小型アンテナ53が接続され、VHF放送波とUHF放送波の双方の電波を受信するものである。なお、このアンテナモジュール50は携帯機器等に用いられるものであり、小型のアンテナ53が用いられる。この小型アンテナ53は、受信周波数の4分の1波長以下の長さのものである。
入力端子52は、静電気防止回路54に接続されており、この静電気防止回路54は互いに逆方向に並列接続された2個のダイオードが、信号線とグランドとの間に接続されている。この静電気防止回路54の出力は、整合回路55に接続されている。
また、この整合回路55の出力はVHF放送波帯とUHF放送波帯とを分波するフィルタ回路56に接続されている。このフィルタ回路56としては、本実施の形態1、2で説明したフィルタ回路を用いることができる。また、このフィルタ回路56の出力は高周波増幅器57の入力に接続されており、この高周波増幅器57の出力は減衰器58の入力に接続されている。また、減衰器58の出力はアンテナモジュール50の出力端子59に接続されている。
図8(a)は、整合回路55の回路図である。即ち、この整合回路55の入力55aと出力55bとの間にはコンデンサ55cが接続されており、入力55aとグランドとの間にはインダクタ55dが接続されたものである。この整合回路55は、小型アンテナ53と高周波増幅器57との結合損失を少なくし、受信信号の伝送損失を低減するために挿入するものである。
図8(b)は、アドミッタンスチャート上でのインピーダンスを表している。小型アンテナ53では、UHF放送波帯、VHF放送波帯を受信するが、携帯用として小型アンテナ53を用いるため、4分の1波長の長さを確保することは困難である。このため、特にVHF放送波帯では抵抗成分が大きい入力インピーダンス61aを有するものとなる。なお、静電気防止回路54の影響はないものとする。また、高周波増幅器57の入力インピーダンスは、例えば150オーム(以下Ωと記す)に近いインピーダンス61bである。
図8(b)において、この小型アンテナ53のインピーダンス61aは、並列に接続されたインダクタ55dによって、定コンダクタンス円61cに沿って反時計方向へ回転される。この結果、インピーダンス61dへ移動できる。
図8(c)は、スミスチャート上でのインピーダンスを表している。このインピーダンス61dは、直列に接続されたコンデンサ55cにより、定抵抗円61eに沿って反時計方向へ回転される。この結果、インピーダンス61fへ移動できる。
このように、インダクタ55dとコンデンサ55cを用いてインピーダンスを移動させることにより、出力55bからみた小型アンテナ53側のインピーダンスを高周波増幅器57の入力インピーダンスに近似させることができる。つまり、小型アンテナ53と高周波増幅器57とを整合させることができる。このことにより、小型アンテナ53で受信された受信信号は、少ない伝送損失で高周波増幅器57へ入力することができる。
なお、整合回路55のインダクタ55dとコンデンサ55cの値は電子スイッチ等の切り替えにより、最適値を選ぶことができる。従って、受信放送波帯が変わったとしても小型アンテナ53と高周波増幅器57との整合を適切に選ぶことができる。以上は、VHF放送波帯のインピーダンスについて説明したが、UHF放送波帯についても同様である。
図9は、高周波増幅器57と出力端子59との間に挿入された減衰器58の回路図である。端子58aは入力であり、端子58bは出力である。この減衰器58は、抵抗58c、58d、58eによってΠ(パイ)型アッテネータとすることにより、整合回路55の出力インピーダンスを周波数に関係なく抵抗成分のみの75Ωにすることができる。
これにより、出力端子59に接続されるチューナ等の電子機器との結合損失を一定値にできる。即ち、チャンネル間での受信感度を一定にすることができる。
ここで、例えば、抵抗58cは47Ωとし、抵抗58dは330Ω、抵抗58eは330Ωとすると、減衰量を4dBにすることができる。また、これらの値を適切に選ぶことにより、減衰器58の減衰量を適切に設定することができる。
以上のように、本実施の形態におけるアンテナモジュール50は、静電気防止回路54を有しているので、例え、入力端子52に静電気が入力されたとしても、この静電気により、アンテナモジュール50が破壊されることは無い。また、このアンテナモジュール50に接続されるチューナ装置等の電子機器を静電気で破壊させることもない。
また、整合回路55を有しているので、例え受信波長の4分の1以下の小型アンテナ53であったとしても感度良く受信することができる。
更に、本発明のフィルタ回路56を用いているので、VHF放送波帯とUHF放送波帯とを適切な減衰量で分波することができる。
更にまた、高周波増幅器57を有しているので、電界強度の小さい場所でも受信することができる。また、高周波増幅器57を有しているので、NF性能を向上させることができる。
また、減衰器58を有しているので、出力端子59に接続されるチューナ等の電子機器との結合レベルを適正にすることができる。
(実施の形態4)
図10は、実施の形態4におけるアンテナモジュール65の回路図である。ここで、実施の形態3と同じものについては、同一符号を付して説明を簡略化している。
図10において、53は小型アンテナであり、この小型アンテナ53は、アンテナモジュール65の入力端子66に接続される。この入力端子66には静電気防止回路54が接続されており、この静電気防止回路54の出力には、整合分波器67が接続されている。また、この整合分波器67の出力には高周波増幅器68が接続されており、この高周波増幅器68の出力には減衰器69が接続されている。また、この減衰器69の出力は直接アンテナモジュール65の出力端子70に接続されている。
ここで、静電気防止回路54は、お互いに逆方向に接続されたダイオード54a、54bが並列接続されて、信号線とグランドとの間に接続されている。
整合分波器67は、この整合分波器67の入力に一方が接続されたインダクタ71(33nH)と、このインダクタ71の他方に一方が接続されたインダクタ72(100nH)と、このインダクタ72の他方に一方が接続されたコンデンサ73(15pF)と、このコンデンサ73の他方と整合分波器67の出力67bとの間に接続されたインダクタ74(100nH)と、インダクタ72とコンデンサ73の接続点とグランドとの間に接続されたインダクタ75(150nH)と電子スイッチ76の並列接続体と、コンデンサ73とインダクタ74の接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ77(5pF)と、インダクタ71とインダクタ72の接続点に一方が接続されたコンデンサ78(2pF)と、このコンデンサ78と整合分波器67の出力67bとの間に接続されたコンデンサ79(4pF)と、コンデンサ78とコンデンサ79の接続点とグランドとの間に接続されたインダクタ80(18nH)と電子スイッチ81の直列接続体とで構成されている。なお、電子スイッチ76と電子スイッチ81とは、ピンダイオードで形成されるとともに、相反的に切り替えられるものである。
以上のように構成された整合分波器67において、電子スイッチ76をオフにするとともに電子スイッチ81をオンにすると、図11に示すような、整合機能付きのローパスフィルタ85を形成することになる。
また、電子スイッチ76をオンにするとともに電子スイッチ81をオフにすると、図12に示すような、整合機能付きのハイパスフィルタ86を形成することになる。
68は高周波増幅器であり、整合分波器67の出力67bにベースが接続されたNPNトランジスタ68aで構成されている。このトランジスタ68aのエミッタは直接グランドに接続されている。またコレクタは電源電圧が抵抗68bを介して接続されている。なお、トランジスタ68aのベースには、コレクタから抵抗68c(18kΩ)を介して電源が供給される。
また、このトランジスタ68aのコレクタから出力される高周波信号は、結合コンデンサ68dを介して減衰器69に接続されている。
この減衰器69は、その入力と出力端子70との間に接続された抵抗69aと、抵抗69aと出力端子70の接続点とグランドとの間に接続された抵抗69bとで構成されている。
以上のように構成されたアンテナモジュール65もやはり、実施の形態3で述べたアンテナモジュール50と同様の効果を奏するものである。
図13は、小型アンテナ53からアンテナモジュール65の出力端子70までの特性図である。図13において、90は、電子スイッチ76をオフにするとともに電子スイッチ81をオンにして整合分波器67をローパスフィルタ85としたときの特性図である。また、91は、電子スイッチ76をオンにするとともに電子スイッチ81をオフにして整合分波器67をハイパスフィルタ86としたときの特性図である。なお、ここで、横軸92は周波数(MHz)であり、縦軸93は減衰量(dB)である。
本発明のフィルタ回路は、少ない部品点数により良好な選択特性が実現できるので、小型サイズの通信機器に用いるアンテナモジュールとして有用である。
本発明の実施の形態1におけるフィルタ回路の回路図 同、第1の状態における等価回路図 同、第2の状態における等価回路図 同、第1の状態における特性図 同、第2の状態における特性図 同、実施の形態2におけるフィルタ回路の回路図 同、実施の形態3におけるアンテナモジュールのブロック図 (a)は同、アンテナモジュールを形成する整合器の回路図、(b)は同、アドミッタンスチャート、(c)は同、スミスチャート 同、減衰器の回路図 同、実施の形態4におけるアンテナモジュールの回路図 同、第1の状態における等価回路図 同、第2の状態における等価回路図 同、小型アンテナからアンテナモジュールの出力端子までの特性図 従来のフィルタ回路の回路図
符号の説明
21 入力端子
22 出力端子
23 ハイパスフィルタ
24 ローパスフィルタ
25 コンデンサ
26 コンデンサ
27 インダクタ
28 インダクタ
29 インダクタ
30 コンデンサ
31 電子スイッチ
32 電子スイッチ

Claims (8)

  1. 入力端子と出力端子との間にハイパスフィルタとローパスフィルタとが並列接続されたフィルタ回路において、前記ハイパスフィルタは第1、第2のコンデンサの直列接続体と、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1のインダクタとから成り、前記ローパスフィルタは第2、第3のインダクタの直列接続体と、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第3のコンデンサとで形成され、前記第1、第2のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第1の電子スイッチと、前記第2、第3のインダクタの接続点とグランドとの間に接続された第2の電子スイッチとを設け、前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチのオンとオフは相反的に切り替えられるフィルタ回路。
  2. 第1、第2の電子スイッチは、夫々ピンダイオードで形成された請求項1に記載のフィルタ回路。
  3. ハイパスフィルタはUHF帯の高周波を通過させるとともに、VHF帯の高周波の通過を阻止し、ローパスフィルタはVHF帯の高周波を通過させるとともに、UHF帯の高周波の通過を阻止する請求項1に記載のフィルタ回路。
  4. 第1の電子スイッチと第2の電子スイッチは、グランドに接続された共通端子を有する切り替えスイッチで形成された請求項1に記載のフィルタ回路。
  5. 受信周波数の4分の1波長以下の長さを有するアンテナが接続されるアンテナ入力端子と、このアンテナ入力端子に入力された信号が供給される整合回路と、この整合回路の出力に接続された請求項1に記載のフィルタ回路と、このフィルタ回路の出力に接続された高周波増幅器と、この高周波増幅器の出力に接続された減衰器と、この減衰器の出力に接続されたモジュール出力端子とから成るアンテナモジュール。
  6. 整合回路は、その入力と出力との間に接続された第4のコンデンサと、前記入力とグランドとの間に接続された第4のインダクタとで形成された請求項5に記載のアンテナモジュール。
  7. 減衰器は、抵抗で形成された請求項5に記載のアンテナモジュール。
  8. 受信周波数の4分の1波長以下の長さを有するアンテナが接続されるアンテナ入力端子と、このアンテナ入力端子に入力された信号が供給される整合・分波回路と、この整合・分波回路の出力に接続された高周波増幅器と、この高周波増幅器の出力に接続された減衰器と、この減衰器の出力に接続されたモジュール出力端子とを備え、前記整合・分波回路は請求項1に記載のフィルタ回路のハイパスフィルタとローパスフィルタの接続点と入力端子との間に接続された第5のインダクタと、第1、第2のインダクタの間に接続された第5のコンデンサと、前記第1のインダクタと前記第5のコンデンサの接続点とグランドとの間に接続された第6のインダクタとで形成されたアンテナモジュール。
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