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JP2018101943A - 高周波モジュール - Google Patents

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JP2018101943A
JP2018101943A JP2016247989A JP2016247989A JP2018101943A JP 2018101943 A JP2018101943 A JP 2018101943A JP 2016247989 A JP2016247989 A JP 2016247989A JP 2016247989 A JP2016247989 A JP 2016247989A JP 2018101943 A JP2018101943 A JP 2018101943A
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Shunji Yoshimi
俊二 吉見
武 小暮
Takeshi Kogure
武 小暮
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Abstract

【課題】 デュプレクサにおける送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を改善する。【解決手段】 高周波モジュール10は、デュプレクサ70と、受信専用フィルタ90と、送信信号を電力増幅する電力増幅器30を備えている。デュプレクサ70における送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を改善するために、電力増幅器30とデュプレクサ70との間に受信専用フィルタ90を配置する。【選択図】 図3

Description

本発明は高周波モジュールに関わる。
携帯電話などの移動通信端末は、一つの端末で複数の通信方式(マルチモード)及び複数の周波数帯域(マルチバンド)に対応することが求められている。通信方式として、例えば、GSM(Global System for Mobile Communications)(登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)、及びLTE(Long Term Evolution)などが挙げられる。これらの通信方式毎に、周波数帯域が通信規格上定められている。また、移動通信端末の搭載部品の高密度実装を背景として、アンテナスイッチ、バンド切り替えスイッチ、デュプレクサ、電力増幅器、低雑音増幅器、及び整合回路などの各種部品を同一の配線基板に表面実装することが進んでいる。
しかし、このような高密度実装においては、電力増幅器から出力される送信信号のうち一部の信号成分は、電磁結合を通じて、デュプレクサの受信フィルタや受信経路に流れ込み、低雑音増幅器に入力することがある。送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を確保するためには、上述のような電磁結合が生じないように、部品同士の距離を離すのが効果的である。ところが、小型が要求される移動通信端末においては、狭い実装面積内で部品同士の距離を離して送信信号と受信信号とのアイソレーション特性を十分に確保するのは困難である。
そこで、本発明は、このような問題を解消し、送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を改善できる高周波モジュールを提案することを課題とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係る高周波モジュールは、(i)送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサと、(ii)第1の受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を有する第2の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信専用フィルタと、(iii)送信信号を電力増幅する電力増幅器と、を備える。ここで、電力増幅器とデュプレクサとの間に受信専用フィルタが配置されている。
本発明に係る高周波モジュールによれば、送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を改善することができる。
本発明の実施形態1に関わる高周波モジュールの回路構成を示す説明図である。 本発明の実施形態1に関わる高周波モジュールの各部品のレイアウト関係を示す説明図である。 本発明の実施形態1に関わる高周波モジュールの各部品のレイアウト関係を示す説明図である。 本発明の実施形態1に関わる高周波モジュールの周波数と信号減衰との関係を示すシミュレーション結果である。 本発明の実施形態1に関わる高周波モジュールの各部品のレイアウト関係を示す説明図である。 本発明の実施形態2に関わる高周波モジュールの回路構成を示す説明図である。 本発明の実施形態2に関わる高周波モジュールの各部品のレイアウト関係を示す説明図である。
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の回路素子を示すものとし、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の実施形態1に関わる高周波モジュール10の回路構成を示す説明図である。高周波モジュール10は、携帯電話などの移動通信端末において、基地局との間で複数の周波数帯域のRF(Radio Frequency)信号を送受信する処理を行うためのモジュールであり、送受信モジュールと呼ばれることもある。
高周波モジュール10は、マルチモード・マルチバンドに対応しており、例えば、周波数帯域が互いに異なる3種類の送信信号と、周波数帯域が互いに異なる4種類の受信信号を送受信するように構成されている。3種類の送信信号を区別するときは、これらを、送信信号A、送信信号B、送信信号Cと呼ぶ。3種類の送信信号を区別する必要がないときには、単に、送信信号という。同様に、4種類の受信信号を区別するときには、これらを、受信信号A、受信信号B、受信信号C、受信信号Dと呼ぶ。4種類の受信信号を区別する必要がないときには、単に、受信信号という。ここで、高周波モジュール10は、送信信号Aと受信信号Aとを同時に送受信することができる。同様に、高周波モジュール10は、送信信号Bと受信信号Bと同時に送受信することもでき、更に送信信号Cと受信信号Cとを同時に送受信することもできる。送信信号と受信信号とを同時に送受信する周波数帯域として、例えば、バンド8、バンド12、バンド13、バンド14、バンド20、バンド26、バンド28などを挙げることができる。一方、受信信号Dは、受信専用の周波数帯域(例えば、バンド29)を使用している。なお、送信信号の種類は、3種類に限らず、1種類、2種類、或いは4種類以上でもよい。受信信号の種類は、4種類に限らず、2種類、3種類、或いは5種類以上でもよい。
高周波モジュール10は、主に、電力増幅器30、デュプレクサ60,70,80、受信専用フィルタ90、低雑音増幅器モジュール170、アンテナスイッチ100、送信信号切り替えスイッチ50、整合回路40,120,130,140,150を備えている。
電力増幅器30は、入力端子31と出力端子32を備えている。電力増幅器30は、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)から入力端子31に入力される送信信号A,B,Cを電力増幅し、これらを出力端子32から出力する。送信信号切り替えスイッチ50は、入力端子51と、出力端子52,53,54とを備えている。送信信号切り替えスイッチ50は、入力端子51に入力される送信信号Aを出力端子52から出力し、入力端子51に入力される送信信号Bを出力端子53から出力し、入力端子51に入力される送信信号Cを出力端子54から出力する。整合回路40は、電力増幅器30の出力インピーダンス整合を行う。
デュプレクサ60は、共通端子61、入力端子62、出力端子63、送信フィルタ64、及び受信フィルタ65を備えている。送信フィルタ64は、送信信号Aの周波数帯域を通過帯域とし、且つ受信信号Aの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。受信フィルタ65は、受信信号Aの周波数帯域を通過帯域とし、且つ送信信号Aの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。デュプレクサ60は、送信信号Aと受信信号Aとを分離する。送信信号Aは、送信信号切り替えスイッチ50の出力端子52からデュプレクサ60の入力端子62に入力され、送信フィルタ64を通過して、共通端子61からアンテナスイッチ100へ出力される。
デュプレクサ70は、共通端子71、入力端子72、出力端子73、送信フィルタ74、及び受信フィルタ75を備えている。送信フィルタ74は、送信信号Bの周波数帯域を通過帯域とし、且つ受信信号Bの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。受信フィルタ75は、受信信号Bの周波数帯域を通過帯域とし、且つ送信信号Bの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。デュプレクサ70は、送信信号Bと受信信号Bとを分離する。送信信号Bは、送信信号切り替えスイッチ50の出力端子53からデュプレクサ70の入力端子72に入力され、送信フィルタ74を通過して、共通端子71からアンテナスイッチ100へ出力される。
デュプレクサ80は、共通端子81、入力端子82、出力端子83、送信フィルタ84、及び受信フィルタ85を備えている。送信フィルタ84は、送信信号Cの周波数帯域を通過帯域とし、且つ受信信号Cの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。受信フィルタ85は、受信信号Cの周波数帯域を通過帯域とし、且つ送信信号Cの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。デュプレクサ80は、送信信号Cと受信信号Cとを分離する。送信信号Cは、送信信号切り替えスイッチ50の出力端子54からデュプレクサ80の入力端子82に入力され、送信フィルタ84を通過して、共通端子81からアンテナスイッチ100へ出力される。
受信専用フィルタ90は、入力端子91及び出力端子92を備えている。受信専用フィルタ90は、受信信号Dを通過帯域とする周波数特性をしており、受信信号Dを選択的に通過させる。受信専用フィルタ90は、送信フィルタと組み合わされて用いられるものではない点において、デュプレクサの受信フィルタとは異なる。
アンテナスイッチ100は、アンテナ110に接続する端子101と、共通端子61に接続する端子102と、共通端子71に接続する端子103と、入力端子91に接続する端子104と、共通端子81に接続する端子105とを備えている。アンテナスイッチ100は、送信信号A,B,Cのそれぞれの信号経路を端子101,102の間、端子101,103の間、端子101,105の間に選択的に確立する。アンテナ110は、送信信号を基地局へ送信する。アンテナスイッチ100は、基地局から受信した受信信号A,B,C,Dのそれぞれの信号経路を端子101,102の間、端子101,103の間、端子101,104の間、端子101,105の間に選択的に確立する。
受信信号Aは、アンテナスイッチ100の端子102からデュプレクサ60の共通端子61に入力され、受信フィルタ65を通過して、出力端子63から低雑音増幅器モジュール170へ出力される。受信信号Bは、アンテナスイッチ100の端子103からデュプレクサ70の共通端子71に入力され、受信フィルタ75を通過して、出力端子73から低雑音増幅器モジュール170へ出力される。受信信号Cは、アンテナスイッチ100の端子105からデュプレクサ80の共通端子81に入力され、受信フィルタ85を通過して、出力端子83から低雑音増幅器モジュール170へ出力される。受信信号Dは、アンテナスイッチ100の端子104から受信専用フィルタ90の入力端子91に入力され、受信専用フィルタ90を通過して、出力端子92から低雑音増幅器モジュール170へ出力される。
整合回路120は、受信フィルタ65と低雑音増幅器モジュール170との間をインピーダンス整合する。整合回路130は、受信フィルタ75と低雑音増幅器モジュール170との間をインピーダンス整合する。整合回路140は、受信専用フィルタ90と低雑音増幅器モジュール170との間をインピーダンス整合する。整合回路150は、受信フィルタ85と低雑音増幅器モジュール170との間をインピーダンス整合する。
低雑音増幅器モジュール170は、入力端子171,172,173,174と、出力端子175と、一つ又は複数の低雑音増幅器180と、スイッチ素子190とを備えている。入力端子171,172,173,174のそれぞれに入力される受信信号A,B,D,Cは、低雑音増幅器180により低雑音増幅されて、出力端子175からRFICへ出力される。スイッチ素子190は、受信信号A,B,C,Dのそれぞれと一つ又は複数の低雑音増幅器180との間に信号経路を選択的に確立する。
高周波モジュール10は、キャリアアグリゲーション動作可能であり、例えば、受信専用フィルタ90を通じて受信信号Dを受信するとともに、デュプレクサ70を通じて送信信号B及び受信信号Bを同時に送受信可能である。但し、アップリンクキャリアアグリゲーションにより同時に送信される送信信号の種類は特に限定されるものではなく、2種類以上であればよい。同様に、ダウンリンクキャリアグリゲーションにより同時に受信される受信信号の種類は特に限定されるものではなく、2種類以上であればよい。
本発明者は、高周波モジュール10内の受信専用フィルタ90の実装上のレイアウト位置を2つの異なる位置に設置し、デュプレクサ70における送信信号Bと受信信号Bとの間のアイソレーション特性がどのように変化するのかをシミュレーションした。図2は、整合回路40と受信専用フィルタ90との間にデュプレクサ70を配置したときの実装上のレイアウト関係を示す。図3は、整合回路40とデュプレクサ70との間に受信専用フィルタ90を配置したときの実装上のレイアウト関係を示す。図4は、このシミュレーション結果のグラフを示している。ここで、符号401は、受信専用フィルタ90を図2に示す位置に配置したときのグラフを示し、符号402は、受信専用フィルタ90を図3に示す位置に配置したときのグラフを示す。このシミュレーション結果から、整合回路40とデュプレクサ70との間に受信専用フィルタ90を配置することにより、デュプレクサ70における送信信号Bと受信信号Bとの間のアイソレーション特性を約2dB改善できることが分る。これは、送信信号と受信信号との間のアイソレーション特性を十分に確保する必要のない受信専用フィルタ90を整合回路40とデュプレクサ70との間に配置することにより、送信信号の電磁界の影響が強い整合回路40からデュプレクサ70を遠ざけることができるためであると考えられる。このようなレイアウトは、高密度実装により部品の搭載スペースが限られている高周波モジュール10において有用である。
なお、整合回路40の付近に限らず、例えば、電力増幅器30の付近でも送信信号の電磁界の影響が比較的強いことが判明している。そこで、図3に示すように、電力増幅器30とデュプレクサ70との間に受信専用フィルタ90を配置することにより、デュプレクサ70における送信信号Bと受信信号Bとの間のアイソレーション特性を改善できる。このようなアイソレーション特性を得るためには、例えば、図5に示すように、デュプレクサ70と電力増幅器30との間に、又はデュプレクサ70と整合回路40との間に、整合回路140を配置してもよい。
なお、受信専用フィルタ90と低雑音増幅器モジュール170の入力端子173との間に受信信号Dを流すための信号経路を選択的に確立するスイッチ素子を設けてもよい。このスイッチ素子を電力増幅器30とデュプレクサ70との間、又は整合回路40とデュプレクサ70との間に配置することにより、上述のアイソレーション特性と同様の効果を得ることができる。
なお、図1は、高周波モジュール10を構成する各部品同士の接続関係を概略的に示しているに過ぎず、実装上のレイアウト関係を示すものではない点に留意されたい。また、図1に示す部品(アンテナ110を除く)のうち図2、図3、及び図5に図示されていない部品については、図示を省略している。また、上述の説明では、デュプレクサ70における送信信号Bと受信信号Bとの間のアイソレーション特性を高めるレイアウトを例示したが、他のデュプレクサ60,80についても上述のレイアウトと同様のレイアウトを採用することにより、同様の効果を得ることができる。
本明細書では、「受信信号B」と「受信信号D」とを区別する必要がある場合、前者を「第1の受信信号」と呼び、後者を「第2の受信信号」と呼ぶことがある。また、「整合回路140」と「整合回路40」とを区別する必要がある場合、前者を「第1の整合回路」と呼び、後者を「第2の整合回路」と呼ぶことがある。
図6は、本発明の実施形態2に関わる高周波モジュール20の回路構成を示す説明図である。実施形態2に関わる高周波モジュール20は、受信専用フィルタ90に替えてデュプレクサ200及びスイッチ素子210を備えている点において実施形態1に関わる高周波モジュール10とは異なる。実施形態1,2の間で重複する部分の説明は省略し、実施形態1,2の相違点を中心に説明する。
高周波モジュール20は、例えば、周波数帯域が互いに異なる4種類の送信信号と、周波数帯域が互いに異なる5種類の受信信号を送受信するように構成されている。4種類の送信信号を区別するときは、これらを、送信信号A、送信信号B、送信信号C、送信信号Eと呼ぶ。4種類の送信信号を区別する必要がないときには、単に、送信信号という。同様に、5種類の受信信号を区別するときには、これらを、受信信号A、受信信号B、受信信号C、受信信号D、受信信号Eと呼ぶ。5種類の受信信号を区別する必要がないときには、単に、受信信号という。なお、送信信号の種類は、4種類に限らず、1種類、2種類、3種類、或いは5種類以上でもよい。受信信号の種類は、5種類に限らず、2種類、3種類、4種類、或いは6種類以上でもよい。
デュプレクサ200は、共通端子201、入力端子202、出力端子203、送信フィルタ204、及び受信フィルタ205を備えている。送信フィルタ204は、送信信号Eの周波数帯域を通過帯域とし、且つ受信信号Eの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。受信フィルタ205は、受信信号Eの周波数帯域を通過帯域とし、且つ送信信号Eの周波数帯域を阻止域とする周波数特性を有する。デュプレクサ200は、送信信号Eと受信信号Eとを分離する。送信信号Eは、送信信号切り替えスイッチ50の出力端子55からデュプレクサ200の入力端子202に入力され、送信フィルタ204を通過して、共通端子201からアンテナスイッチ100へ出力される。
ここで、送信フィルタ204は、送信信号Eの周波数帯域と同じ周波数帯域を有する受信信号Dを通過させる受信フィルタを兼用している。例えば、バンド28のアップリンクバンドと、バンド29とは、互いに周波数帯域が重複している。このため、送信フィルタ204は、バンド28の送信フィルタとして機能するだけなく、バンド29の受信フィルタとしても機能する。
送信フィルタ204が送信信号Eの送信フィルタとして機能するときは、スイッチ素子210は、送信信号切り替えスイッチ50から送信フィルタ204に送信信号Eが流れるように、送信信号Eの信号経路を選択的に確立する。一方、送信フィルタ204が受信信号Dの受信フィルタとして機能するときは、スイッチ素子210は、送信フィルタ204から低雑音増幅器モジュール170の入力端子176に受信信号Dが流れるように、受信信号Dの信号経路を選択的に確立する。なお、整合回路220は、受信フィルタとして機能する送信フィルタ204と低雑音増幅器モジュール170との間をインピーダンス整合する。
送信フィルタ204が受信信号Dの受信フィルタとして機能するときは、アイソレーション特性を十分に確保する必要がない。このため、図7に示すように、送信フィルタ204と電力増幅器30との間の距離は、受信フィルタ205と電力増幅器30との間の距離より短いのが好ましい。或いは、送信フィルタ204と整合回路40との間の距離を受信フィルタ205と整合回路40との間の距離より短くしてもよい。また、デュプレクサ200をデュプレクサ70よりも電力増幅器30又は整合回路40に近づけて配置してもよい。
なお、図6は、高周波モジュール20を構成する各部品同士の接続関係を概略的に示しているに過ぎず、実装上のレイアウト関係を示すものではない点に留意されたい。また、図6に示す部品(アンテナ110を除く)のうち図7に示されていない部品については、図示を省略している。
本明細書では、「受信信号E」と「受信信号D」とを区別する必要がある場合、前者を「第1の受信信号」と呼び、後者を「第2の受信信号」と呼ぶことがある。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。実施形態が備える各回路素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、回路素子Aが回路素子Bに接続するとは、回路素子Aが回路素子Bに直接接続している場合のみならず、回路素子Aと回路素子Bとの間に回路素子C(例えば、スイッチ素子)を経由して信号経路が選択的に確立され得る場合も含まれるものとする。また、実施形態が備える各回路素子は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
10,20…高周波モジュール 30…電力増幅器 40…整合回路 50…送信信号切り替えスイッチ 60,70,80…デュプレクサ 90…受信フィルタ 100…アンテナスイッチ 110…アンテナ 170…低雑音増幅器モジュール 180…低雑音増幅器 190…スイッチ素子 200…デュプレクサ

Claims (6)

  1. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサと、
    前記第1の受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を有する第2の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信専用フィルタと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、を備え、
    前記電力増幅器と前記デュプレクサとの間に前記受信専用フィルタが配置されている、高周波モジュール。
  2. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサと、
    前記第1の受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を有する第2の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信専用フィルタと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、
    前記電力増幅器の出力インピーダンス整合を行う整合回路と、を備え、
    前記整合回路と前記デュプレクサとの間に前記受信専用フィルタが配置されている、高周波モジュール。
  3. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサと、
    前記第1の受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を有する第2の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信専用フィルタと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、
    前記第1の受信信号及び前記第2の受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
    前記受信専用フィルタと前記低雑音増幅器との間をインピーダンス整合する整合回路と、を備え、
    前記電力増幅器と前記デュプレクサとの間に前記整合回路が配置されている、高周波モジュール。
  4. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサと、
    前記第1の受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を有する第2の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信専用フィルタと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、
    前記第1の受信信号及び前記第2の受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅器と、
    前記受信専用フィルタと前記低雑音増幅器との間をインピーダンス整合する第1の整合回路と、
    前記電力増幅器の出力インピーダンス整合を行う第2の整合回路と、を備え、
    前記第2の整合回路と前記デュプレクサとの間に前記第1の整合回路が配置されている、高周波モジュール。
  5. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサであって、前記送信フィルタは、前記送信信号の周波数帯域と同じ周波数帯域を有する第2の受信信号を通過させる受信フィルタを兼用している、デュプレクサと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、を備え、
    前記送信フィルタと前記電力増幅器との間の距離は、前記受信フィルタと前記電力増幅器との間の距離より短い、高周波モジュール。
  6. 送信信号の周波数帯域を通過帯域とし且つ第1の受信信号の周波数帯域を阻止域とする送信フィルタと、前記送信信号の周波数帯域を阻止域とし且つ前記第1の受信信号の周波数帯域を通過帯域とする受信フィルタとを有するデュプレクサであって、前記送信フィルタは、前記送信信号の周波数帯域と同じ周波数帯域を有する第2の受信信号を通過させる受信フィルタを兼用している、デュプレクサと、
    前記送信信号を電力増幅する電力増幅器と、
    前記電力増幅器の出力インピーダンス整合を行う整合回路と、を備え、
    前記送信フィルタと前記整合回路との間の距離は、前記受信フィルタと前記整合回路との間の距離より短い、高周波モジュール。
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