JP2012039444A - アイソレータ及び通信機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の周波数帯での同時通信時に一方の周波数帯の送信信号や受信信号が他方の周波数帯の送信回路に流入することを防止でき、低挿入損失と高減衰量を両立させ得るアイソレータ及び通信機器を得る。
【解決手段】第1の周波数を送受信する第1の送受信回路10Aと、第2の周波数を送受信する第2の送受信回路10Bには、それぞれ、アンテナ素子11A,11Bと増幅器14A,14Bとの間にアイソレータ13A,13Bが接続されている。アイソレータ13Aは、通過周波数帯を第1の周波数に合わされ、アイソレーション周波数を第2の周波数に合わせられている。アイソレータ13Bは、通過周波数帯を第2の周波数に合わされ、アイソレーション周波数を第1の周波数に合わせられている。
【選択図】図3

Description

本発明は、アイソレータ及び通信機器、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータ及び該アイソレータを備えた通信機器に関する。
従来より、アイソレータは、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。
この種のアイソレータとしては、特許文献1に記載のように、挿入損失が最小になる周波数とアイソレーションが最大になる周波数とがほぼ一致するように設計されている。ところで、近年、無線通信端末では複数の周波数帯で同時に通信するように構成されている。このように複数の周波数で同時に通信を行うと、一方の周波数帯の送信信号や受信信号が他方の周波数帯の送信回路に流入し、パワーアンプが歪んでACLR特性が劣化するという問題点を有している。即ち、従来のアイソレータでは、通過周波数とアイソレーション周波数とを一方の周波数帯に合わせているため、他方の周波数帯の送信信号や受信信号を減衰させることができない。
前記問題点を解決するため、通常、誘電体フィルタやSAWフィルタなどを不要な周波数帯成分を減衰させるために用いている。しかし、誘電体フィルタは共振器長が周波数に反比例するため、低い周波数を用いる通信機器では機器の小型化を損なってしまう。SAWフィルタは、小型ではあるが、耐電力性能が低いので送信電力が大きな通信機器での使用は信頼性の面で困難である。また、SAWフィルタは挿入損失が1〜4dB程度と大きいため、パワーアンプの消費電流が大きくなり、携帯端末の使用可能時間が短くなる。
さらに、一般的にフィルタでは、通過させる周波数帯と減衰させる周波数帯が近いほど、挿入損失の劣化が大きくなる傾向にあり、低挿入損失と高減衰量の両立が困難であった。
特開2000−174509号公報
そこで、本発明の目的は、複数の周波数帯での同時通信時に一方の周波数帯の送信信号や受信信号が他方の周波数帯の送信回路に流入することを防止でき、低挿入損失と高減衰量を両立させ得るアイソレータ及び通信機器を提供することにある。
本発明の第1の形態であるアイソレータは、一方のポートへ入力された高周波信号を他方のポートへ伝送し、他方のポートへ入力された高周波信号を一方のポートへは伝送しないアイソレータにおいて、通過周波数とアイソレーション周波数とを互いに異ならせたこと、を特徴とする。
本発明の第2の形態である通信機器は、通過周波数とアイソレーション周波数とを互いに異ならせたアイソレータを備えたこと、を特徴とする。
前記アイソレータにおいては、通過周波数とアイソレーション周波数とを互いに異ならせているため、送信に必要な一方の周波数を通過周波数とし、同時に使用される他の周波数をアイソレーション周波数に設定することにより、同時に使用される他の周波数の送信高周波信号又は受信高周波信号が一方の周波数の送信回路に流入することが防止される。また、アイソレータは挿入損失特性が良好であり、通過させる送信信号の減衰が小さく、パワーアンプの消費電流を抑制するので、携帯通信機器の使用可能時間への影響は小さい。アイソレータは、その一方で、アンテナから入力される不要な周波数帯成分、特に同時に使用される他の周波数帯成分を大きく減衰するので、パワーアンプの歪みが抑制され、ACLR特性はほとんど劣化することがない。また、通過させる周波数帯と減衰させる周波数帯が近い場合でも、挿入損失及びアイソレーション特性が劣化することはないので、低挿入損失と高減衰量が両立する。
本発明によれば、複数の周波数帯での同時通信時に一方の周波数帯の送信信号や受信信号が他方の周波数帯の送信回路に流入することを防止でき、低挿入損失と高減衰量を両立させ得る。
アイソレータの第1例を示す等価回路図である。 アイソレータの第2例を示す等価回路図である。 第1実施例である通信機器の回路を示すブロック図である。 第1実施例において、第1の送受信回路に設けたアイソレータの特性を示すグラフである。 第1実施例において、第2の送受信回路に設けたアイソレータの特性を示すグラフである。 第2実施例である通信機器の回路を示すブロック図である。 第2実施例において、第1の送受信回路に設けたアイソレータの特性を示すグラフである。 第2実施例において、第2の送受信回路に設けたアイソレータの特性を示すグラフである。 第3実施例である通信機器の回路を示すブロック図である。 第3実施例において、第1の送受信回路に設けたアイソレータの特性を示すグラフである。
以下、本発明に係るアイソレータ及び通信機器の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
(アイソレータ、図1及び図2参照)
アイソレータの第1例を図1に示す。このアイソレータ1は、集中定数型として構成され、永久磁石によって直流磁界が印加されるフェライト5に互いに絶縁状態で交差して巻回された第1中心電極(インダクタL1)と第2中心電極(インダクタL2)を備えている。インダクタL1と並列に整合用コンデンサC1及び終端抵抗R1が接続され、インダクタL2と並列に整合用コンデンサC2が接続されている。インダクタL1は一端がインピーダンス整合用コンデンサCs1を介して入力ポートP1に接続され、他端がインピーダンス整合用コンデンサCs2を介して出力ポートP2に接続されている。インダクタL2は一端が出力ポートP2に接続され、他端はグランドポートP3に接続されている。
以上の回路構成からなるアイソレータ1においては、入力ポートP1に高周波電流が入力されると、インダクタL2に大きな高周波電流が流れ、インダクタL1にはほとんど高周波電流が流れず、出力ポートP2に伝送される。一方、出力ポートP2に高周波電流が入力されると、終端抵抗R1のインピーダンス特性によって減衰される。
インダクタL1とコンデンサC1との並列共振周波数によってアイソレーション周波数が設定され、インダクタL2とコンデンサC2との並列共振周波数によって通過周波数が設定される。
アイソレータの第2例を図2に示す。このアイソレータ2は、集中定数型として構成され、永久磁石によって直流磁界が印加されるフェライト5に互いに絶縁状態で交差して配置された第1中心電極(インダクタL11)と第2中心電極(インダクタL12)と第3中心電極(インダクタL13)を備えている。それぞれのインダクタL11,L12,L13と並列に整合用コンデンサC11,C12,C13が接続され、かつ、終端抵抗R11がインダクタL13と並列に接続されている。インダクタL11は一端が入力ポートP1に接続され、他端がグランドポートP3に接続されている。インダクタL12は一端が出力ポートP2に接続され、他端がグランドポートP3に接続されている。インダクタL13は他端がグランドポートP3に接続されている。
以上の回路構成からなるアイソレータ2においては、入力ポートP1に高周波電流が入力されると、インダクタL11,L12に大きな高周波電流が流れ、インダクタL13にはほとんど高周波電流が流れず、出力ポートP2に伝送される。一方、出力ポートP2に高周波電流が入力されると、終端抵抗R11のインピーダンス特性によって減衰される。
インダクタL13とコンデンサC13との並列共振周波数によってアイソレーション周波数が設定され、インダクタL11,L12とコンデンサC11,C12とのそれぞれの並列共振周波数によって通過周波数が設定される。
そして、いずれのアイソレータ1,2においても、通過周波数とアイソレーション周波数とを互いに異ならせており、両者の関係を以下に示す実施例において説明する。
(第1実施例、図3〜図5参照)
第1実施例である通信機器は、図3に示すように、第1の周波数の高周波信号を送受信する第1の送受信回路10Aと、第2の周波数の高周波信号を送受信する第2の送受信回路10Bとを備えている。第1及び第2の送受信回路10A,10Bは同じ回路構成からなり、アンテナ素子11A,11B、デュプレクサ12A,12B、第1及び第2の送信側アイソレータ13A,13B、送信側増幅器14A,14B、送信側段間用帯域通過フィルタ15A,15B、送信側ミキサ16A,16B、受信側増幅器21A,21B、受信側段間用帯域通過フィルタ22A,22B、受信側ミキサ23A,23Bを有し、さらに、電圧制御発振器(VCO)24A,24B、ローカル用帯域通過フィルタ25A,25Bを有している。なお、これらの部品の基本的な構成、作用は周知であり、詳細な説明は省略する。
以上の構成からなる通信機器において、送信側アイソレータ13Aは、第1の送受信回路10Aにおいてアンテナ素子11Aと増幅器14Aとの間に接続され、通過周波数を第1の周波数に合わされ、アイソレーション周波数を第2の周波数に合わされている。送信側アイソレータ13Bは、第2の送受信回路10Bにおいてアンテナ素子11Bと増幅器14Bとの間に接続され、通過周波数を第2の周波数に合わされ、アイソレーション周波数を第1の周波数に合わされている。
周波数を具体的に例示すると、第1の送受信回路10Aで送信される第1の周波数は824〜849MHz帯であり、第2の送受信回路10Bで送信される第2の周波数は777〜787MHz帯である。この場合、第1の送受信回路10Aに設けられているアイソレータ13Aは、図4に示すように、通過周波数を824〜849MHz帯に合わせるとともに、アイソレーション周波数を777〜787MHz帯に合わせている。777〜787MHz帯での挿入損失は−0.50dB、アイソレーションは−23.3dBである。824〜849MHz帯での挿入損失は−0.41dB、アイソレーションは−3.7dBである。
また、第2の送受信回路10Bに設けられているアイソレータ13Bは、図5に示すように、通過周波数を777〜787MHz帯に合わせるとともに、アイソレーション周波数を824〜849MHz帯に合わせている。777〜787MHz帯での挿入損失は−0.44dB、アイソレーションは−4.6dBである。824〜849MHz帯での挿入損失は−0.51dB、アイソレーションは−16.4dBである。
第1の送受信回路10Aにおいて、増幅器14Aから出力された824〜849MHz帯の高周波信号はアイソレータ13Aを通過しても減衰が小さく(−0.41dB)、アンテナ素子11Aから放射される。また、アンテナ素子11Aから入力される不要な周波数成分(特に、同時に通信される777〜787MHz帯)はアイソレータ13Aによって減衰する(−23.3dB)。これにて、増幅器14Aの歪みが抑制されてACLR特性はほとんど劣化しない。
また、第2の送受信回路10Bにおいて、増幅器14Bから出力された777〜787MHz帯の高周波信号はアイソレータ13Bを通過しても減衰が小さく(−0.44dB)、アンテナ素子11Bから放射される。また、アンテナ素子11Bから入力される不要な周波数成分(特に、同時に通信される824〜849MHz帯)はアイソレータ13Bによって減衰する(−16.4dB)。これにて、増幅器14Bの歪みが抑制されてACLR特性はほとんど劣化しない。
また、アイソレータ13A,13Bは挿入損失特性が良好であり、通過させる送信信号の減衰が小さく、増幅器14A,14Bの消費電流を抑制するので、携帯通信機器の使用可能時間への影響は小さい。さらに、通過させる周波数帯と減衰させる周波数帯とが近接していても、挿入損失及びアイソレーション特性が劣化することはないので、低挿入損失と高減衰量が両立する。
(第2実施例、図6〜図8参照)
第2実施例である通信機器は、図6に示すように、第1の送受信回路10A及び第2の送受信回路10Bにおいて、二つの送信側アイソレータ13A,13Bを直列に接続したもので、他の構成は前記第1実施例と同様である。このように、二つのアイソレータ13A,13Bを直列に接続することで、それぞれのアイソレーション機能によって不要な周波数成分が十分に減衰され、増幅器14A,14Bの歪み抑制効果が向上する。なお、単一のアイソレータを設置する場合(第1実施例)と比較すると、挿入損失は若干増加するものの、SAWフィルタや誘電体フィルタを用いる場合よりも低挿入損失であり、増幅器14A,14Bの消費電流を抑制できる。本第2実施例では、単一のアイソレータでは減衰量が不足する場合に有効である。
具体的には、本第2実施例において、第1及び第2の送受信回路10A,10Bで送信する第1及び第2の周波数を前記第1実施例と同じとし、前記アイソレータ13A,13Bを二つずつ直列に接続した場合、第1の送受信回路10Aに設けられているアイソレータ13A,13Aは、図7に示すように、777〜787MHz帯での挿入損失は−1.06dB、アイソレーションは−46.6dBである。824〜849MHz帯での挿入損失は−0.82dB、アイソレーションは−7.4dBである。また、第2の送受信回路10Bに設けられているアイソレータ13B,13Bは、図8に示すように、777〜787MHz帯での挿入損失は−0.87dB、アイソレーションは−9.2dBである。824〜849MHz帯での挿入損失は−1.02dB、アイソレーションは−32.7dBである。
第1の送受信回路10Aにおいて、増幅器14Aから出力された824〜849MHz帯の高周波信号はアイソレータ13A,13Aを通過しても減衰が小さく(−0.82dB)、アンテナ素子11Aから放射される。また、アンテナ素子11Aから入力される不要な周波数成分(特に、同時に通信される777〜787MHz帯)はアイソレータ13A,13Aによって大きく減衰する(−46.6dB)。これにて、増幅器14Aの歪みが抑制されてACLR特性の劣化は極小となる。
また、第2の送受信回路10Bにおいて、増幅器14Bから出力された777〜787MHz帯の高周波信号はアイソレータ13B,13Bを通過しても減衰が小さく(−0.87dB)、アンテナ素子11Bから放射される。また、アンテナ素子11Bから入力される不要な周波数成分(特に、同時に通信される824〜849MHz帯)はアイソレータ13Bによって大きく減衰する(−32.7dB)。これにて、増幅器14Bの歪みが抑制されてACLR特性の劣化は極小となる。
(第3実施例、図9及び図10参照)
第3実施例である通信機器は、図9に示すように、第1及び第2の送受信回路10A,10Bに加えて第3の送受信回路10Cを備えたものである。第3の送受信回路10Cは基本的には第1及び第2の送受信回路10A,10Bと同じ構成を備え、送信される第3の周波数は880〜915MHz帯である。第1及び第2の送受信回路10A,10Bの送受信周波数は、前述のように、それぞれ、824〜849MHz帯及び777〜787MHz帯である。
また、送受信回路10A,10B,10Cには、それぞれ、二つのアイソレータ13A,13A’,13B,13B’,13C,13C’が直列に接続されている。第1のアイソレータ13Aは、第1の周波数を通過帯域とし、それとは異なる第2の周波数帯をアイソレーション周波数としている。第4のアイソレータ13A’は第1の周波数を通過帯域とし、それとは異なる第3の周波数帯をアイソレーション周波数としている。第2のアイソレータ13Bは、第2の周波数を通過帯域とし、第1の周波数帯をアイソレーション周波数としている。第5のアイソレータ13B’は、第2の周波数を通過帯域とし、第3の周波数帯をアイソレーション周波数としている。第3のアイソレータ13Cは、第3の周波数を通過帯域とし、第1の周波数帯をアイソレーション周波数としている。第6のアイソレータ13C’は、第3の周波数を通過帯域とし、第2の周波数帯をアイソレーション周波数としている。
具体的には、本第3実施例において、第1の送受信回路10Aに設けられているアイソレータ13Aは、図10に示すように、通過周波数を824〜849MHz帯に合わせるとともに、アイソレーション周波数を777〜787MHz帯に合わせている。また、アイソレータ13A’は、図10に示すように、通過周波数を824〜849MHz帯に合わせるとともに、アイソレーション周波数を880〜915MHz帯に合わせている。777〜787MHz帯での挿入損失は−0.97dB、アイソレーションは−24.4dBである。824〜849MHz帯での挿入損失は−0.83dB、アイソレーションは−10.2dBである。880〜915MHz帯での挿入損失は−1.06dB、アイソレーションは−16.4dBである。
第1の送受信回路10Aにおいて、増幅器14Aから出力された824〜849MHz帯の高周波信号はアイソレータ13A,13A’を通過しても減衰が小さく(−0.83dB)、アンテナ素子11Aから放射される。また、アンテナ素子11Aから入力される不要な周波数成分(特に、同時に通信される777〜787MHz帯及び880〜915MHz帯)はアイソレータ13A、13A’によって減衰する(−24.4dB及び−16.4dB)。これにて、増幅器14Aの歪みが抑制されてACLR特性はほとんど劣化しない。
第2及び第3の送受信回路10B,10Cにおけるアイソレータ13B,13B’,13C,13C’の具体的な特性は省略するが、アイソレータ13A,13A’と基本的には同様の特性に設定されている。なお、本第3実施例において、各送受信回路10A,10B,10Cで使用する送信側アイソレータはそれぞれ一つであってもよい。
(他の実施例)
なお、本発明に係るアイソレータ及び通信機器は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、アイソレータとしては、図1及び図2に示した集中定数型のアイソレータに限らず、導波管型や同軸型などの分布定数型のアイソレータであってもよい。また、通信機器の回路構成は任意である。
以上のように、本発明は、アイソレータや通信機器に有用であり、特に、複数の周波数帯での同時通信時に一方の周波数帯の送信信号や受信信号が他方の周波数帯の送信回路に流入することを防止でき、低挿入損失と高減衰量を両立させ得る点で優れている。
1,2…アイソレータ
5…フェライト
10A,10B,10C…送受信回路
11A,11B,11C…アンテナ素子
13A,13A’,13B,13B’,13C,13C’…送信側アイソレータ
14A,14B,14C…送信側増幅器
P1…入力ポート
P2…出力ポート
P3…グランドポート
L1,L2、L11,L12,L13…インダクタ(中心電極)
C1,C2,C11,C12,C13…コンデンサ(整合容量)
R1,R11…終端抵抗

Claims (8)

  1. 一方のポートへ入力された高周波信号を他方のポートへ伝送し、他方のポートへ入力された高周波信号を一方のポートへは伝送しないアイソレータにおいて、通過周波数とアイソレーション周波数とを互いに異ならせたこと、を特徴とするアイソレータ。
  2. 永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第1中心電極及び第2中心電極を配置し、
    第1中心電極は一端が入力ポートに電気的に接続され、他端が出力ポートに電気的に接続され、第2中心電極は、一端が出力ポートに電気的に接続され、他端がグランドポートに電気的に接続され、
    入力ポートと出力ポートとの間に第1整合容量が電気的に接続され、出力ポートとグランドポートとの間に第2整合容量が電気的に接続され、入力ポートと出力ポートとの間に抵抗が電気的に接続されていること、
    を特徴とする請求項1に記載のアイソレータ。
  3. 永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトに互いに絶縁状態で交差した第1中心電極、第2中心電極及び第3中心電極を配置し、
    第1中心電極、第2中心電極及び第3中心電極には、それぞれ整合容量が並列に接続され、かつ、第3中心電極には抵抗が並列に接続され、
    第1中心電極は一端が入力ポートに電気的に接続され、他端がグランドポートに電気的に接続され、第2中心電極は一端が出力ポートに電気的に接続され、他端がグランドポートに電気的に接続され、第3中心電極は他端がグランドポートに電気的に接続されていること、
    を特徴とする請求項1に記載のアイソレータ。
  4. 通過周波数帯とアイソレーション周波数とを互いに異ならせたアイソレータを備えたこと、を特徴とする通信機器。
  5. 第1の送受信回路と第2の送受信回路とを備え、
    第1の送受信回路には、第1の周波数を通過周波数とし、それとは異なる第2の周波数をアイソレーション周波数とした第1のアイソレータを含み、
    第2の送受信回路には、第2の周波数を通過周波数とし、第1の周波数をアイソレーション周波数とした第2のアイソレータを含むこと、
    を特徴とする通信機器。
  6. 前記第1及び第2のアイソレータは、それぞれ、アンテナ素子と送信側増幅器との間に接続されていること、を特徴とする請求項5に記載の通信機器。
  7. 第1の送受信回路及び/又は第2の送受信回路には、二つの第1のアイソレータ及び/又は二つの第2のアイソレータが直列に接続されていること、を特徴とする請求項5又は請求項6に記載の通信機器。
  8. 第1の送受信回路と第2の送受信回路と第3の送受信回路とを備え、
    第1の送受信回路には、第1の周波数を通過帯域とし、それとは異なる第2の周波数帯をアイソレーション周波数とした第1のアイソレータ、及び、第1の周波数を通過帯域とし、それとは異なる第3の周波数帯をアイソレーション周波数とした第4のアイソレータを含み、
    第2の送受信回路には、第2の周波数を通過帯域とし、第1の周波数帯をアイソレーション周波数とした第2のアイソレータ、及び、第2の周波数を通過帯域とし、第3の周波数帯をアイソレーション周波数とした第5のアイソレータを含み、
    第3の送受信回路には、第3の周波数を通過帯域とし、第1の周波数帯をアイソレーション周波数とした第3のアイソレータ、及び、第3の周波数を通過帯域とし、第2の周波数帯をアイソレーション周波数とした第6のアイソレータを含むこと、
    を特徴とする通信機器。
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