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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf nichtreziproke Schaltungsbauelemente,
wie z.B. Trennglieder und Zirkulatoren, die bei Mikrowellenbändern und
dergleichen verwendet werden, und bezieht sich außerdem auf
Kommunikationsvorrichtungen, die die nichtreziproken Schaltungsbauelemente
enthalten.
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Bisher
wurde ein Balun, eine Hybridschaltung oder ein Leistungssynthesizer
an der Ausgangsseite einer Schaltung mit symmetrischem Ausgang,
insbesondere an der Ausgangsseite eines Push-Pull-Verstärkers, der
ein Paar von Verstärkern
aufweist, die mit einem Phasenunterschied von 180° getrieben
werden, eingefügt.
Bei dem Balun oder dergleichen wurde ein symmetrisches Signal in
ein Eintakt- (unsymmetrisches) Signal umgewandelt.
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Allgemein
wird ein Balun für
Mikrowellenbänder
und niedrigere Bänder
verwendet, d.h. für
das HF-Band, das VHF-Band, das UHF-Band und niedrigere Bänder. Andererseits
wird über
dem Mikrowellenband (über
dem UHF-Band) eine Hybridschaltung oder ein Leistungssynthesizer
verwendet. In dem Fall eines Baluns wird oft ein Breitbandferritkern
verwendet. In diesem Fall ist das höchste verwendbare Frequenzband
das UHF-Band. Üblicherweise
gibt es, da sowohl die Hybridschaltung als auch der Leistungssynthesizer
Schaltungen mit verteilter Konstante bzw. konzentrierten Elementen
sind, kein praktisches Problem bei der Verwendung des Hybrids oder
des Leistungssynthesizers über
dem UHF-Band.
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Bei
dem Übertragungsschaltungsabschnitt
einer Kommunikationsvorrichtung, insbesondere bei dem Übertragungsschaltungsabschnitt
zur QPSK-Modulation, die eine Amplitudenmo dulationskomponente aufweist,
und bei einem Übertragungsschaltungsabschnitt,
der eine hohe Zuverlässigkeit
erfordert, gelangt ein Übertragungssignal,
das in ein Eintaktsignal umgewandelt ist, durch ein Trennglied und
wird dann über
eine Antennenschaltvorrichtung (oder einen Antennenduplexer) zu
einer Antenne übertragen.
Für den
Fall, daß das Trennglied
nicht in die Übertragungsschaltung
eingefügt
ist, kehrt eine Reflexion von der Antenne, dem Antennenduplexer
oder dergleichen zu einer Schaltung mit symmetrischem Ausgang (insbesondere
einem Verstärker)
zurück.
Folglich verändert
dies vom Standpunkt der Schaltung mit symmetrischem Ausgang die
Lastimpedanz. Wenn sich die Lastimpedanz verändert, wird der Signalverlauf
des Übertragungssignals
stark verformt. Zusätzlich
wird die Operation des Verstärkers
instabil, wobei eine Schwingung auftritt.
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Wie
im Fall der verwandten Technik jedoch wird, wenn ein Balun, eine
Hybridschaltung oder ein Leistungssynthesizer mit einem Trennglied
kombiniert wird, der Übertragungsschaltungsabschnitt
größer und
teurer. Dies deckt sich nicht mit dem gegenwärtigen Bedarf nach einer Miniaturisierung
und Kostenreduzierung von mobilen Kommunikationsvorrichtungen. Ferner
nimmt, da ein Übertragungssignal
durch sowohl den Balun als auch das Trennglied gelangt, ein Einfügungsverlust
zu. Zusätzlich
sind, da eine große
Menge Leistung in dem Übertragungsschaltungsabschnitt
fließt,
viele Arten von Vorrichtung allgemein ausgedrückt notwendig, um die Leistung
sicher und korrekt zu steuern. So neigt eine unnötige Strahlung dazu, aufzutreten,
die oft eine gegenseitige Interferenz zwischen den Komponenten im
Inneren der Kommunikationsvorrichtung bewirkt. Zusätzlich wird,
da die Betriebsfrequenzbandbreite des Übertragungsschaltungsabschnitts
durch die Betriebsfrequenzbandbreiten sowohl des Baluns als auch
des Trennglieds verschmälert
wird, das benutzbare Frequenzband schmaler.
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Zusätzlich zu
den obigen Problemen wird bei der Kommunikationsvorrichtung, um
die Emission von zweiten und dritten harmonischen Wellen von einem
Leistungsverstärker
zu verhindern, oft ein Tiefpaßfilter oder
ein Bandpaßfilter
zusätzlich
zu dem Trennglied eingeschlossen, um ein harmonisches Wellensignal
bis zu einem Pegel von etwa –60
dB hinsichtlich des Grundwellenverhältnisses zu unterdrücken. Bei
einer derartigen Schaltungsstruktur nehmen jedoch die Größe, die
Kosten und der Einfügungsverlust
zu. Deshalb ist es wünschenswert,
daß das
Trennglied harmonische Wellen effektiv unterdrückt, wodurch der Bedarf nach
einem Filter vermieden wird.
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Es
ist bekannt, daß ein
Trennglied harmonische Wellen bei Frequenzen, die höher sind
als eine Betriebsfrequenz (Grundwelle), effektiv unterdrücken kann.
Insbesondere können
die Signale von Wellen, die weit von der Grundwelle abweichen, wie
z.B. die Signale einer dritten harmonischen Welle, ausreichend gedämpft werden,
z.B. um 30 bis 40 dB oder mehr. Hauptsächlich wird ein Trennglied
jedoch allgemein nicht als ein Filter verwendet. So werden die Signale
von Frequenzen, die relativ nahe an der Grundwelle sind, wie z.B. ein
Frequenzsignal einer zweiten harmonischen Welle, um nur 15 bis 25
dB gedämpft.
Dies ist verglichen mit der Dämpfung
der Signale der dritten harmonischen Welle keine ausreichende Dämpfung.
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Bei
einem gewöhnlichen
unsymmetrischen (Eintakt-) Ausgangsverstärker sind Signale der zweiten harmonischen
Welle stärker
(etwa –30
dB unter der Grundwelle) als Signale der dritten harmonischen Welle (etwa –40 dB unter
der Grundwelle). So können,
wenn nur ein Trennglied verwendet wird, die Signale der zweiten
harmonischen Welle nicht ausreichend gedämpft werden (etwa –50 dB unter
der Grundwelle). Als ein Ergebnis wird oft ein Filter benötigt, um
die Signale der zweiten harmonischen Welle zu dämpfen, um bezüglich der
Grundwelle bei –60
dB oder niedriger zu sein.
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Bei
dem Symmetrisch-Typ- (Push-Pull-) Verstärker jedoch tritt eine derartige
zweite harmonische Welle bezeichnen derweise nicht so oft auf (Beispiel:
etwa von –40
bis –50
dB unter der Grundwelle). So ist es problematischer, eine dritte
harmonische Welle (etwa –40
dB unter der Grundwelle) zu unterdrücken. Andererseits wird, da
das Trennglied gut in der Lage ist, die dritte harmonische Welle,
wie oben erwähnt
wurde, zu unterdrücken,
indem der symmetrische Verstärker
und das Trennglied kombiniert werden, die dritte harmonische Welle
ausreichend auf etwa –60
dB unter der Grundwelle unterdrückt,
ohne daß ein
Filter hinzugefügt
wird (die zweite harmonische Welle wird kein so großes Problem,
da sie bei dem Symmetrisch-Typ-Verstärker, wie oben beschrieben
wurde, nur selten auftritt). In dem Fall der verwandten Technik
ist es jedoch notwendig, eine Balun zwischen dem Trennglied und
dem Symmetrisch-Typ-Verstärker
einzufügen
(alle herkömmlichen
Trennglieder weisen nur unsymmetrische Tore auf, weshalb ein Balun
von Natur aus notwendig ist, um ein herkömmliches Trennglied und einen
Symmetrisch-Typ-Verstärker,
die unterschiedliche Typen von Toren aufweisen, zu verbinden).
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Die
US-A-3,614,675 beschreibt einen Isolator mit einem symmetrischen
Eingang und einem symmetrischen Ausgang und mit zwei Zirkulatoren,
die jeweils Permanentmagneten, Ferritbauglieder und Mittelleiter aufweisen.
Die Zirkulatoren haben gleiche Betriebscharakteristika und sind
verschaltet, um die symmetrischen Tore ohne Balun-Bauglied zu schaffen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nichtreziprokes
Schaltungsbauelement mit Balun-Fuktion zu schaffen, und eine Verwendung
hier für
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein nichtreziprokes Schaltungsbauelement gemäß Anspruch
bzw. durch die Verwendung gemäß Anspruch
13 1 gelöst.
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Demnach,
liefert die vorliegende Erfindung ein nichtreziprokes Schaltungsbauelement,
das in der Lage ist, direkt mit einer Schaltung mit symmetrischem
Ausgang verbunden zu sein, ohne daß ein Balun, eine Hybridschaltung
oder dergleichen zwischen denselben eingefügt wird. Die Erfindung liefert
ferner eine Kommunikationsvorrichtung, die das nichtreziproke Schaltungsbauelement
enthält.
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Zu
diesem Zweck wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein nichtreziprokes Schaltungsbauelement
geschaffen, das eine Mehrzahl von Toren, einen Permanentmagneten,
ein Ferritbauglied, an das der Permanentmagnet ein Gleichmagnetfeld
anlegt, und eine Mehrzahl von Mittelelektroden, die auf dem Ferritbauglied
angeordnet sind, umfaßt.
Bei dem nichtreziproken Schaltungsbauelement ist zumindest eines
der Mehrzahl von Toren, die mit den Mittelelektroden verbunden sind,
ein symmetrisches Tor.
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Die
Unteransprüche
geben Ausführungsarten
der Erfindung an.
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Insbesondere
können
beide Enden der Mittelelektrode, die dem symmetrischen Tor entspricht,
Zuleitungsenden sein. Vorzugsweise weist jede der Mittelelektroden
entsprechend eine elektrische Länge
von im wesentlichen der halben Wellenlänge auf.
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Das
nichtreziproke Schaltungsbauelement, das die obige Struktur aufweist,
kann direkt mit der Ausgangsseite der Schaltung mit symmetrischem
Ausgang verbunden sein, ohne daß ein
Balun, eine Hybridschaltung oder dergleichen eingefügt wird.
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Zusätzlich kann,
um eine Impedanzanpassung zwischen dem nichtreziproken Schaltungsbauelement und
der Schaltung mit symmetrischem Ausgang, die mit demselben verbunden
ist, zu erreichen, z.B. ein Anpassungskondensator elektrisch in
Serie mit jedem Ende der Mittelelektrode des symmetrischen Tors
geschaltet sein, kann ein Anpassungskondensator elektrisch zwischen
die beiden Enden der Mittelelektrode des symmetrischen Tors geschaltet
sein, oder kann ein Anpassungskondensator elektrisch zwischen jedes
Ende der Mittelelektrode des symmetrischen Tors und eine Masse geschaltet
sein. Alternativ kann jedes Ende der Mittelelektrode des symmetrischen
Tors elektrisch mit einem symmetrischen Eingangsanschluß über einen
Anpassungskondensator verbunden sein, kann ein Anpassungskondensator
elektrisch zwischen die symmetrischen Eingangsanschlüsse geschaltet
sein, oder kann ein Anpassungskondensator elektrisch zwischen jeden der
symmetrischen Eingangsanschlüsse
und die Masse geschaltet sein.
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Zusätzlich kann
sich die Breite der Mittelelektrode des symmetrischen Tors von den
Breiten der verbleibenden Mittelelektroden unterscheiden. Mit dieser
Anordnung kann eine optimale Impedanzanpassung zwischen dem nichtreziproken
Schaltungsbauelement und der Schaltung mit symmetrischem Ausgang
erzielt werden. Insbesondere wenn die Impedanz der Schaltung mit
symmetrischem Ausgang niedrig ist, kann die Breite der Mittelelektrode
des symmetrischen Tors breiter eingestellt sein als die Breiten
der verbleibenden Mittelelektroden. Folglich kann ein Leitungsverlust
an den Mittelleitern reduziert werden, wodurch ein niedriger Einfügungsverlust
bei dem nichtreziproken Schaltungsbauelement erzielt werden kann.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das nichtreziproke
Schaltungsbauelement der Erfindung in einer Kommunikationsvorrichtung
verwendet, die ein Paar von Verstärkern, die mit einem Phasenunterschied
von etwa 180° getrieben
werden, umfaßt.
Bei der Kommunikationsvorrichtung ist das symmetrische Tor des nichtreziproken
Schaltungsbauelementes mit der Ausgangsseite des Paars von Verstärkern verbunden.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispielen
der Erfindung, Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht, die das Innere des nichtreziproken Schaltungsbauelementes
aus 1 zeigt;
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3 eine
schematische Strukturansicht, die die Verbindungen zwischen Komponenten
im Inneren des nichtreziproken Schaltungsbauelementes aus 1 darstellt;
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4 eine äußere perspektivische
Ansicht des nichtreziproken Schaltungsbauelementes aus 1;
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5 ein
Diagramm einer elektrischen Schaltung, das einen Übertragungsschaltungsabschnitt
einer Kommunikationsvorrichtung darstellt, bei der das nichtreziproke
Schaltungsbauelement aus 1 mit einer Schaltung mit symmetrischem
Ausgang verbunden ist;
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6 eine
Draufsicht, die das Innere einer Modifizierung des nichtreziproken
Schaltungsbauelementes aus 1 zeigt;
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7 eine
schematische Strukturansicht eines nichtreziproken Schaltungsbauelementes
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
Diagramm einer elektrischen Schaltung, das einen Übertragungsschaltungsabschnitt
einer Kommunikationsvorrichtung darstellt, bei der das nichtreziproke
Schaltungsbauelement aus 7 mit einer Schaltung mit symmetrischem
Ausgang verbunden ist;
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9 ein
Diagramm einer elektrischen Schaltung einer Kommunikationsvorrichtung,
die ein nichtreziprokes Schaltungsbauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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10 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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11 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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12 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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13 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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14 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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15 ein
Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines nichtreziproken
Schaltungsbauelementes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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16 ein
Diagramm einer elektrischen Schaltung des Übertragungsschaltungsabschnitts
einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei der das nichtreziproke Schaltungsbauelement
aus 1 mit einer Schaltung mit symmetrischem Ausgang
verbunden ist; und
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17 ein
Diagramm einer elektrischen Schaltung der Übertragungsschaltung einer
Kommunikationsvorrichtung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei der das nichtreziproke Schaltungsbauelement aus 1 mit
einer Schaltung mit symmetrischem Ausgang verbunden ist.
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Bezug
nehmend auf die beigefügten
Zeichnungen wird nun eine Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
eines nichtreziproken Schaltungsbauelementes und einer Kommunikationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung gegeben. Bei jedem der Ausführungsbeispiele wird ein Trennglied
mit konzentrierter Konstante als ein Beispiel des nichtreziproken
Schaltungsbauelementes der Erfindung beschrieben. Gleichen Komponenten
und Teilen, die in den Ausführungsbeispielen
gezeigt sind, sind die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei die
Erklärung
derselben weggelassen wird.
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[Erstes Ausführungsbeispiel: 1 bis 6]
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfaßt ein Trennglied 1 im
wesentlichen ein unteres Metallgehäuse 4, ein Harzanschlußgehäuse 3,
einen Mittelelektrodenaufbau 13, ein oberes Metallgehäuse 8,
einen Permanentmagneten 9, ein Isolierbauglied 7,
einen Widerstand R, Anpassungskondensatoren C1 bis C4 und dergleichen.
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Der
Mittelelektrodenaufbau 13 ist derart angeordnet, daß Mittelelektroden 21 bis 23 sich
jeweils mit einem Winkel von etwa 120° auf eine gegenseitig elektrisch
isolierte Weise an der oberen Oberfläche eines scheibenförmigen Mikrowellenferritbauglieds 20 schneiden.
Die Mittelelektrode 22 weist einen Verbindungsteil 28 an
einem Ende derselben auf, wobei die Mittelelektrode 23 einen
Verbindungsteil 29 an einem Ende derselben aufweist. Eine
Masseelektrode 25 ist mit den anderen Enden der Mittelelektroden 22 und 23 verbunden. Die
Masseelektrode 25, die den Mittelelektroden 22 und 23 gemein
ist, ist auf eine Weise angeordnet, die im wesentlichen die untere
Oberfläche
des Ferritbauglieds 20 bedeckt.
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Andererseits
weist die Mittelelektrode 21 jeweilige Verbindungsteile 26 und 27 an
den Enden derselben auf. Bei dem Mittelelektrodenaufbau 13 ist
die Masseelektrode 25, die an der Rückseite des Ferritbauglieds 20 angeordnet
ist, mit einer unteren Wand 4b des unteren Metallgehäuses 4 durch
ein Löten
oder dergleichen über
ein Fenster 3c des Harzanschlußgehäuses 3 geerdet.
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Wie
in 2 gezeigt ist, sind symmetrische Eingangsanschlüsse (unterschiedliche
Eingangsanschlüsse) 14 und 15 ein
unsymmetrischer Ausgangsanschluß 16 und
drei Masseanschlüsse 17 in
das Harzanschlußgehäuse 3 eingegossen.
Ein Ende jedes dieser Anschlüsse 14 bis 17 ist
aus einer von zwei sich gegenüberliegenden
Seitenwänden 3a des
Harzanschlußgehäuses 3 herausgeführt, wobei
die anderen Enden derselben an einer Unterseite 3b des
Harzanschlußgehäuses 3 freiliegen,
um Anschlußelektrodenteile
für einen
symmetrischen Eingang 14a und 15a, einen Anschlußelektrodenteil 16a für einen
unsymmetrischen Ausgang und einen Masseanschlußelektrodenteil 17a zu
bilden. Die Anschlußelektrodenteile 14a und 15a für einen
symmetrischen Eingang und der Anschlußelektrodenteil 16a für einen
unsymmetrischen Ausgang sind an die Verbindungsteile 26, 27 und 28 der
Mittelelektroden 21 und 22 gelötet.
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Hinsichtlich
der Anpassungskondensatoren C1 bis C4 sind die heißseitigen
Kondensatorelektroden derselben an die Verbindungsteile 26 bis 29 der
Mittelelektroden 21 bis 23 gelötet, wobei die kaltseitigen
Kondensatorelektroden derselben an den Masseanschlußelektrodenteil 17a,
der an dem Harzanschlußgehäuse 3 freiliegt,
gelötet
sind. Ein Ende des Widerstands R ist mit der heißseitigen Kondensatorelektrode
des Anpassungskondensators C4 über
den Verbindungsteil 29 der Mittelelektrode 23 verbunden,
wobei das andere Ende desselben mit dem Masseanschlußelektrodenteil 17a,
der an der Unterseite 3a des Harzanschlußgehäuses 3 freiliegt,
verbunden ist. Anders ausgedrückt
sind der Anpassungskondensator C4 und der Widerstand R elektrisch
parallel zwischen den Verbindungsteil 29 der Mittelelektrode 23 und
die Masse geschaltet. 3 zeigt die inneren elektrischen
Verbindungen des Trennglieds 1.
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Die
Komponenten, die wie oben beschriebenen angeordnet sind, sind z.B.
wie folgt aufgebaut. Wie in 1 gezeigt
ist, ist das untere Metallgehäuse 4 an
dem unteren Teil des Harzanschlußgehäuses 3 befestigt. Als
nächstes
sind in dem Harzanschlußgehäuse 3 der
Mittelelektrodenaufbau 13, die Anpassungskondensatoren
C1 bis C4, der Widerstand R und dergleichen enthalten, wobei dann
das obere Metallgehäuse 8 daran befestigt
wird. Der Permanentmagnet 9 und das Isolierbauglied 17 sind
zwischen dem oberen Metallgehäuse 8 und
dem Mittelelektrodenaufbau 13 eingefügt. Der Permanentmagnet 9 legt
ein Gleichmagnetfeld H an den Mittelelektrodenaufbau 13 an.
Das untere Gehäuse 4 und
das obere Gehäuse 8 dienen
als Joche und sind miteinander verbunden, um ein vollständiges Metallgehäuse zu bilden,
um eine magnetische Schaltung zu bilden.
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Mit
der obigen Anordnung wird das Trennglied 1, wie in 4 gezeigt
ist, gebildet. 5 ist ein Diagramm einer elektrischen
Schaltung, bei dem das Trennglied 1 in einem Übertragungsschaltungsabschnitt
eines Mobiltelephons 40 eingebaut ist. In 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 30 einen Balun und das Bezugszeichen 31 bezeichnet
einen Push-Pull-Verstärker, der
ein Paar von Verstärkern 32 und 33 aufweist,
die mit einem Phasenunterschied von 180° getrieben werden. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet
einen Antennenschalter und das Bezugszeichen 35 ein Antennenelement.
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Beide
Enden der Mittelelektrode 21 des Trenngliedes 1,
insbesondere die Verbindungsteile 26 und 27, dienen
als Zuleitungsenden. Ein Eingangstor 1, das mit der Mittelelektrode 21 verbunden
ist, dient als ein symmetrisches Eingangstor.
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Das
symmetrische Eingangstor 1, das mit der Mittelelektrode 21 des
Trenngliedes 1 verbunden ist, ist elektrisch mit der symmetrischen
Ausgangsseite des Push-Pull-Verstärkers 31 verbunden.
Ein Ausgangstor 2, das mit der Mittelelektrode 22 des
Trenngliedes 1 verbunden ist, dient als ein unsymmetrisches
Ausgangstor. Das unsymmetrische Ausgangstor 2 ist elektrisch
mit dem Antennenschalter 34 verbunden. Ein Tor 3,
das mit der Mittelelektrode 32 des Trenngliedes 1 verbunden
ist, dient als ein Abschlußtor.
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Das
Trennglied 1 kann mit der Ausgangsseite des Push-Pull-Verstärkers 31 (Schaltung
mit symmetrischem Ausgang) ohne eine Einfügung eines Baluns, einer Hybridschaltung
oder dergleichen zwischen denselben verbunden sein. So kann der Übertragungsschaltungsabschnitt
kompakt gemacht werden, wobei derselbe mit niedrigen Kosten hergestellt
werden kann. Da es nicht notwendig ist, einen Balun, eine Hybridschaltung
oder dergleichen anzuordnen, können
in dem Mobiltelephon 40 ein Einfügungsverlust und unnötige Strahlung
reduziert werden, wobei das nutzbare Frequenzband desselben verbreitert
werden kann.
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Zusätzlich kann
durch ein Einstellen der Kapazitätswerte
der Anpassungskondensatoren C1 und C3, die elektrisch zwischen die
Teile 26 und 27 an jedem Ende der Mittelelektrode 21 des
symmetrischen Eingangstors 1 und die Masse geschaltet sind,
die Betriebsmittenfrequenz des Übertragungsschaltungsabschnitts
eingestellt sein, um auf eine Zielfrequenz abgestimmt zu sein. In
diesem Fall erzeugt, da die Enden der Mittelelektrode 21 nicht
elektrisch miteinander über
einen Kondensator verbunden sind, kein Anschlußdraht oder dergleichen eine
unnötige,
störende
Induktivitätskomponente.
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Zusätzlich weist
vorzugsweise jede der Mittelelektroden 21 bis 23 eine
elektrische Länge
einer halben Wellenlänge
auf. Wenn die Mittelelektrode 21 des symmetrischen Tors 1 die
elektrische Länge
einer halben Wellenlänge
aufweist, wird die Impedanz zwischen den Verbindungsteilen 26 und 27 an
jedem Ende der Mittelelektrode 21 unendlich. Anders ausgedrückt wird
es unnötig,
einen Anpassungskondensator mit der Mittelelektrode 21 zu
verbinden, wenn die Mittelelektrode 21 die elektrische
Länge einer
halben Wellenlänge
aufweist. Zusätzlich
können,
wenn die Mittelelektrode 21 fast die elektrische Länge einer
halben Wellenlänge
aufweist, Kondensatoren mit relativ niedriger Impedanz als Anpassungskondensatoren
C1 und C3 verwendet werden, wodurch das Betriebsfrequenzband des
Trenngliedes verbreitert werden kann.
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Zusätzlich kann,
wenn die Breite der Leiter in einer Mittelelektrode 21a des
symmetrischen Eingangstors 1 unterschiedlich von den Breiten
der Leiter in den anderen Mittelelektroden 22 und 23 hergestellt
wird, wie bei einem Trennglied 1a, das in 6 gezeigt
ist, eine optimale Impedanzanpassung zwischen dem Trennglied 1 und
dem Push-Pull-Verstärker 31 erhalten
werden. Insbesondere wenn die Impedanz des Push-Pull-Verstärkers 31 niedrig
ist, wird die Leiterbreite der Mittelelektrode 21a des
symmetrischen Eingangstors 1 eingestellt, um breiter zu
sein als die Leiterbreiten der anderen Mittelelektroden 22 und 23.
Mit dieser Anordnung wird ein Leitungsverlust an der Mittelelektrode 21a reduziert,
weshalb ein Einfügungsverlust
in dem Trennglied 1a reduziert werden kann.
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Zusätzlich ist
bei dem Push-Pull-Verstärker 31 bezeichnenderweise
zu bemerken, daß kaum
eine zweite harmonische Welle auftritt (Beispiel: etwa –40 bis –50 dB unter
der Grundwelle). So ist das Problem, das gelöst werden muß, das,
wie eine dritte harmonische Welle (etwa –40 dB unter der Grundwelle)
unterdrückt
werden kann. Andererseits kann das Trennglied 1 die dritte
harmonische Welle wesentlich unterdrücken. So können durch ein Kombinieren
des Push-Pull-Verstärkers 31 mit
dem Trennglied 1 sowohl die zweite als auch die dritte
harmonische Welle ausreichend unter –60dB hinsichtlich der Grundwelle
unterdrückt
werden, ohne daß ein
Filter oder ein Balun hinzugefügt
wird.
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Tabelle
1 zeigt Messungen der Unterdrückungspegel
der zweiten und dritten harmonischen Welle und einen Einfügungsverlust,
wenn der Push-Pull-Verstärker 31 mit
dem Trennglied 1 kombiniert wird. Zum Vergleich sind zusätzlich Messungen
gezeigt, die durch ein Kombinieren eines unsymmetrischen Verstärkers mit einem
Trennglied des Stands der Technik erhalten wurden, sowie Messungen,
die durch ein Kombinieren des unsymmetrischen Verstärkers, des
Trennglieds des Stands der Technik und eines Tiefpaßfilters
erhalten wurden. Auf diese Weise können, während die Emission unnötiger harmonischer
Wellen verhindert wird, die Kosten, die Abmessungen und das Gewicht
reduziert werden. Mit der Reduzierung des Einfügungsverlustes kann eine Kommunikationsvorrichtung
mit niedrigem Leistungsverbrauch erzielt werden. Bei einer mobilen
Kommunikationsvorrichtung können
eine Miniaturisierung, eine Gewichts- und Kostenreduzierung und
eine lange Batterielebensdauer erzielt werden.
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[Zweites Ausführungsbeispiel: 7 und 8]
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7 zeigt
die inneren elektrischen Verbindungen eines Trenngliedes 41 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei Anpassungskondensatoren C2 und C4
sind die heißseitigen Kondensatorelektroden
derselben jeweils an Verbindungsteilen 28 und 29 der
Mittelelektroden 22 und 23 gelötet, wobei die kaltseitigen
Kondensatorelektroden derselben an eine Masseanschlußelektrode 17a gelötet sind.
Bei einem Anpassungskondensator C5 ist die Kondensatorelektrode
der unteren Oberfläche
an den Verbindungsteil 26 der Mittelelektrode 21 gelötet, wobei
die Kondensatorelektrode der oberen Oberfläche desselben elektrisch mit dem
Verbindungsteil 27 über
einen Anschlußdraht 42 verbunden
ist.
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Ein
Ende des Widerstandes R ist mit der heißseitigen Kondensatorelektrode
des Anpassungskondensators C4 über
den Verbindungsteil 29 der Mittelelektrode 23 verbunden,
wobei das andere Ende desselben mit dem Masseanschlußelektrodenteil 17a verbunden
ist.
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8 zeigt
ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, bei dem das Trennglied 41 in
den Übertragungsschaltungsabschnitt
eines Mobiltelephons 40a eingebaut ist. In 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 45 eine Leistungsverteilungseinheit,
die Leitungen mit verteilter Konstante bzw. verteilten Elementen
(Streifenleitungen) 46 und 47 und einen Widerstand 48 aufweist.
Beide Enden der Mittelelektrode 21 des Trennglieds 41, insbesondere
die Verbindungsteile 26 und 27, dienen als Zuleitungsenden.
Ein Eingangstor 1, das mit der Mittelelektrode 21 verbunden
ist, ist ein symmetrisches Eingangstor. Das symmetrische Eingangstor 1,
das mit der Mittelelektrode 21 des Trennglieds 41 verbunden
ist, ist elektrisch mit der symmetrischen Ausgangsseite des Push-Pull-Verstärkers 31 verbunden.
Ein Phasenschieber 33a ist in Serie mit einem Verstärker 33 des Push-Pull-Verstärkers 31 geschaltet.
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Das
Trennglied 41 kann direkt mit der Ausgangsseite des Push-Pull-Verstärkers 31 (Schaltung
mit symmetrischem Ausgang) verbunden sein, ohne daß ein Balun
oder ein Hybrid zwischen denselben eingefügt wird. So kann der Übertragungsschaltungsabschnitt
kompakt und billig gemacht werden. Zusätzlich können, da ein Balun, ein Hybrid
oder dergleichen weggelassen werden kann, bei dem Mobiltelephon 40a ein
Einfügungsverlust
und unnötige
Strahlung reduziert werden, wobei das nutzbare Frequenzband verbreitert
werden kann.
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Zusätzlich kann
durch ein Einstellen des Kapazitätswerts
des Anpassungskondensators C5, der elektrisch zwischen bei de Enden
der Mittelelektrode 21 des symmetrischen Eingangstors 1 geschaltet
ist, die Betriebsmittenfrequenz des Übertragungsschaltungsabschnitts
auf eine Zielfrequenz abgestimmt werden.
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[Drittes Ausführungsbeispiel: 9]
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9 zeigt
ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, bei dem ein Trennglied 51 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in den Übertragungsschaltungsabschnitt
eines Mobiltelephons 40b eingebaut ist. In 9 bezeichnet
das Bezugszeichen 53 eine Hybridschaltung, die Leitungen
mit verteilter Konstante (Streifenleitungen) 54 bis 57 aufweist,
wobei das Bezugszeichen 58 einen Abschlußwiderstand
bezeichnet. Beide Enden einer Mittelelektrode 21 des Trenngliedes 51,
insbesondere die Teile 26 und 27, dienen als Zuleitungsenden.
Ein Eingangstor 1, das mit der Mittelelektrode 21 verbunden
ist, ist ein symmetrisches Eingangstor. Bei dem Trennglied 51 kann,
da kein Anpassungskondensator mit der Mittelelektrode 21 verbunden ist,
das Trennglied 51 weiter miniaturisiert werden.
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[Viertes bis neuntes Ausführungsbeispiel: 10 bis 15]
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10 zeigt
ein Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines Trenngliedes 61 gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei einem Trennglied 61 dienen
beide Enden einer Mittelelektrode 21 als Zuleitungsenden,
wobei ein Tor 1, das mit der Mittelelektrode 21 verbunden
ist, als ein symmetrisches Eingangstor dient. Ein Anpassungskondensator
C5 ist elektrisch zwischen die Enden der Mittelelektrode 21 geschaltet.
Jeder der Anpassungskondensatoren C6 und C7 ist elektrisch in Serie
mit einem jeweiligen Ende der Mittelelektrode 21 geschaltet.
Die Betriebsmittenfrequenz des Übertragungsschaltungsabschnitts
kann auf eine Zielfrequenz abgestimmt werden, indem die Kapazitätswerte
der Anpassungskondensatoren C5 bis C7 geeignet eingestellt werden.
Ferner kann eine Impedanz anpassung zwischen dem Trennglied und einer
Schaltung mit symmetrischem Ausgang, deren Ausgangsimpedanz wesentlich
von 50 Ohm abweicht, erzielt werden.
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11 ist
ein Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines Trenngliedes 71 gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Trennglied 71 sind
beide Enden einer Mittelelektrode 21 Zuleitungsenden, wobei
jeder der Anpassungskondensatoren C1 und C3 elektrisch zwischen
ein jeweiliges Ende der Mittelelektrode 21 und eine Masse
geschaltet ist. Anpassungskondensatoren C6 und C7 sind elektrisch
in Serie mit jeweiligen Enden der Mittelelektrode 21 geschaltet.
Die Kapazitätswerte der
Kondensatoren C1, C3, C6 und C7 sind geeignet eingestellt, mit dem
Ergebnis, daß die
Betriebsmittenfrequenz des Übertragungsschaltungsabschnitts
auf eine Zielfrequenz abgestimmt werden kann. Zusätzlich kann eine
Impedanzanpassung zwischen dem Trennglied und einer Schaltung mit
symmetrischem Ausgang, deren Ausgangsimpedanz wesentlich von 50
Ohm abweicht, erzielt werden.
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12 ist
ein Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines Trennglieds 81 gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Trennglied 81 dienen
beide Enden einer Mittelelektrode 21 als Zuleitungsenden.
Anpassungskondensatoren C6 und C7 sind elektrisch zwischen jeweilige
Enden der Mittelelektrode 21 und symmetrische Eingangsanschlüsse 14 und 15 geschaltet.
Durch ein geeignetes Einstellen der Kapazitätswerte der Anpassungskondensatoren
C6 und C7 kann eine Impedanzanpassung zwischen dem Trennglied und
der Schaltung mit symmetrischem Ausgang, die eine niedrige Ausgangsimpedanz
(z.B. 10 Ohm oder weniger) aufweist, erzielt werden.
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13 ist
ein Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines Trenngliedes 91 gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Trennglied 91 sind
beide Enden einer Mittelelektrode 21 Zulei tungsenden. Anpassungskondensatoren
C6 und C7 sind elektrisch jeweils zwischen Enden der Mittelelektrode 21 und
symmetrische Eingangsanschlüsse 14 und 15 geschaltet.
Zusätzlich
ist ein Anpassungskondensator C5 elektrisch zwischen die symmetrischen
Eingangsanschlüsse 14 und 15 geschaltet.
Durch ein geeignetes Einstellen der Kapazitätswerte der Anpassungskondensatoren
C5 bis C7 kann die Betriebsmittenfrequenz des Übertragungsschaltungsabschnitts
auf eine Zielfrequenz abgestimmt werden. Zusätzlich kann eine Impedanzanpassung
zwischen dem Trennglied und einer Schaltung mit symmetrischem Ausgang,
deren Ausgangsimpedanz stark von 50 Ohm abweicht, erzielt werden.
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14 ist
ein Diagramm einer elektrisch gleichwertigen Schaltung eines Trennglieds 101 gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Trennglied 101 ist
zusätzlich
zu der Struktur des Trennglieds 61 des vierten Ausführungsbeispiels,
das in 10 gezeigt ist, ein Anpassungskondensator
C8 elektrisch zwischen symmetrische Eingangsanschlüsse 14 und 15 geschaltet.
Ferner ist 15 ein Diagramm einer elektrisch
gleichwertigen Schaltung eines Trenngliedes 111 gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem Trennglied 111 ist
zusätzlich
zu der Struktur des Trenngliedes 71 des fünften Ausführungsbeispiels,
das in 11 gezeigt ist, ein Anpassungskondensator
C8 elektrisch zwischen symmetrische Eingangsanschlüsse 14 und 15 geschaltet.
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[Weitere Ausführungsbeispiele]
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Das
nichtreziproke Schaltungsbauelement und die Kommunikationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt und
können
verschiedentlich innerhalb des Bereichs der Erfindung modifiziert
werden. Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele ist das nichtreziproke
Schaltungsbauelement z.B. ein Trennglied mit konzentrierter Konstante,
das ein abgeschlossenes Tor aufweist. Die vorliegende Erfindung
kann jedoch auf andere Arten von Hochfrequenzkomponenten angewendet
werden, wie z.B. auf einen Zirkulator mit konzentrierter Konstante,
der drei Tore aufweist.
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Ferner
können
die Mittelelektroden und Anpassungskondensatoren auf einer Oberfläche eines
dielektrischen Substrates oder eines magnetischen Substrates durch
Strukturdrucken oder dergleichen gebildet sein. Alternativ können in
einem Mehrschichtsubstrat, das durch Laminieren dielektrischer Schichten
oder magnetischer Schichten gebildet wird, dieselben durch gestapelte
Teile der dielektrischen und/oder magnetischen Schichten durch Strukturdrucken
oder dergleichen gebildet sein. Wenn die Mittelelektroden auf einem
magnetischen Substrat oder einem magnetischen Mehrschichtsubstrat,
das durch Stapeln magnetischer Schichten gebildet ist, gebildet
werden, können
das Ferritbauglied und die Mittelelektrode ineinander integriert
sein.
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Zusätzlich ist
die Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele
beschränkt. 16 ist
z.B. ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, bei dem das Trennglied 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
in den Übertragungsschaltungsabschnitt
eines Mobiltelephons 40c eingebaut ist. In 16 sind
ein Leistungsversorgungsanschluß Vcc,
ein FET (oder ein Transistor) 21, Impedanzelemente (wie
z.B. Widerstände) 123 und 124,
Kondensatoren 125 und 126, ein Push-Pull-Verstärker 31,
der ein Paar von Verstärkern 32 und 33 aufweist,
die mit einem Phasenunterschied von 180° getrieben werden, ein Antennenschalter 34 und
ein Antennenelement 35 gezeigt.
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Beide
Enden der Mittelelektrode 21 des Trennglieds 1,
insbesondere Verbindungsteile 26 und 27, sind Zuleitungsenden.
Ein Eingangstor 1, das mit der Mittelelektrode 21 verbunden
ist, ist ein symmetrisches Eingangstor. Das symmetrische Eingangstor 1,
das mit der Mittelelektrode 21 des Trenngliedes 1 verbunden
ist, ist elektrisch mit der symmetrischen Ausgangsseite des Push-Pull-Verstärkers 31 verbunden.
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Ein
Ausgangstor 2, das mit der Mittelelektrode 22 des
Trenngliedes 1 verbunden ist, ist ein unsymmetrisches Ausgangstor.
Das unsymmetrische Ausgangstor 2 ist elektrisch mit dem
Antennenschalter 34 verbunden. Ein Tor 3, das
mit der Mittelelektrode 23 des Trennglieds 1 verbunden
ist, ist ein Abschlußtor.
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17 ist
ein Diagramm einer elektrischen Schaltung, bei dem das Trennglied 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
in den Übertragungsschaltungsabschnitt
eines Mobiltelephons 40d eingebaut ist. In 17 sind
ein symmetrischer Mischer 131, ein symmetrisches Filter
(wie z.B. ein Oberflächenwellenfilter) 132,
ein symmetrischer Verstärker 133,
ein Push-Pull-Verstärker 131,
der ein Paar von Verstärkern 32 und 33 aufweist, die
mit einem Phasenunterschied von 180° getrieben werden, ein Antennenduplexer 134 und
ein Antennenelement 35 gezeigt. Der symmetrische Mischer 131 mischt
ein Modulationssignal und ein moduliertes HF-Signal mit einer Trägerwelle
oder einem lokalen Signal.
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Wie
bereits oben beschrieben wurde, ist bei der vorliegenden Erfindung
zumindest eines der Tore, die mit der Mehrzahl von Mittelelektroden
verbunden sind, ein symmetrisches Tor. So kann, wenn das nichtreziproke
Schaltungsbauelement mit der Ausgangsseite der Schaltung mit symmetrischem
Ausgang verbunden ist, die Vorrichtung ohne Einfügung eines Baluns, einer Hybridschaltung
oder dergleichen verbunden sein. Zusätzlich kann, indem die Leiterbreite
der Mittelelektrode des symmetrischen Tors unterschiedlich von den
Breiten der anderen Mittelelektroden hergestellt wird, eine optimale
Impedanzanpassung zwischen dem nichtreziproken Schaltungsbauelement
und der Schaltung mit symmetrischem Ausgang erzielt werden. Insbesondere wenn
die Impedanz der Schaltung mit symmetrischem Ausgang niedrig ist,
kann durch Einstellen der Breite der Mittelelektrode des symmetrischen
Tors, um breiter zu sein als die Breiten der anderen Mittelelektroden, ein
Leitungsverlust an den Mittelelektroden reduziert werden, mit dem
Ergebnis, daß das
nichtreziproke Schaltungsbauelement einen niedrigen Einfügungsverlust
aufweisen kann. Folglich können
bei der Kommunikationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die
Produktionskosten, der Einfügungsverlust
und unnötige
Strahlung unterdrückt
werden, wobei eine Miniaturisierung erzielt werden kann, während gute
Frequenzcharakteristika vorhanden sind.
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Ferner
können
durch Kombinieren des Symmetrisch-Typ-Verstärkers mit dem Symmetrischer-Eingang-Typ-Trennglied
gemäß der vorliegenden
Erfindung ohne Hinzufügung
eines Filters oder eines Baluns die zweite und dritte harmonische
Welle ausreichend unter –60
dB bezüglich
der Grundwelle unterdrückt
werden. Als ein Ergebnis können,
während
die Emission unnötiger
harmonischer Wellen vermieden wird, die Kosten, die Abmessungen
und das Gewicht reduziert werden. Mit der Reduzierung des Einfügungsverlustes
kann eine Kommunikationsvorrichtung vom Typ eines niedrigen Leistungsverbrauchs
erzeugt werden. Bei einer mobilen Kommunikationsvorrichtung können die
Reduzierung der Größe, des
Gewichts und der Kosten und eine lange Batterielebensdauer erzielt
werden.