JP3509762B2 - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents
非可逆回路素子及び通信装置Info
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- JP3509762B2 JP3509762B2 JP2001040857A JP2001040857A JP3509762B2 JP 3509762 B2 JP3509762 B2 JP 3509762B2 JP 2001040857 A JP2001040857 A JP 2001040857A JP 2001040857 A JP2001040857 A JP 2001040857A JP 3509762 B2 JP3509762 B2 JP 3509762B2
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- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
- H01P1/38—Circulators
- H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
- H01P1/387—Strip line circulators
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- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Description
び通信装置に関する。
定数型アイソレータは、信号を伝送方向にのみ通過さ
せ、逆方向への伝送を阻止する機能を有している。この
種のアイソレータとしては、図13及び図14に示すよ
うに、永久磁石209と、永久磁石209により直流磁
束が印加されるフェライト210と、フェライト210
に配置された複数の中心電極220と、中心電極220
の一端に接続される整合用コンデンサ素子Cと、永久磁
石209とフェライト210と中心電極220と整合用
コンデンサ素子C等を収容する磁性体金属からなる上側
ケース208と下側ケース204を有している。上側ケ
ース208及び下側ケース204の厚みtは同じ寸法
(代表値:0.2mm)に設定されている。
び図16に示すように、永久磁石209、フェライト2
10、上側ケース208及び下側ケース204は、磁気
回路を構成する。フェライト210は、永久磁石209
から直流磁束が均一に印加されている。
タ200は、携帯電話等の移動用の通信装置に採用され
ているが、さらなる小型化及び低背化が求められてい
る。
化された非可逆回路素子及び通信装置を提供することに
ある。
するため、本発明に係る非可逆回路素子は、(a)永久
磁石と、(b)前記永久磁石により直流磁束が印加され
るフェライトと、(c)前記フェライトに配置された複
数の中心電極と、(d)前記永久磁石と前記フェライト
と前記中心電極とを収容した金属ケースとを備え、
(e)前記鉄を主体とする金属からなる金属ケースが、
第1ケースと第2ケースにて構成されており、前記第1
ケースと前記永久磁石が磁気的に接し、前記第2ケース
の厚みが前記第1ケースの厚みの50%以上100%未
満の範囲内であること、を特徴とする。
している第1ケースには、永久磁石の殆ど全ての直流磁
束が流れる。ここに、「磁気的に接している」とは、永
久磁石が第1ケースに直接接触している場合の他に、永
久磁石が接着剤(非磁性体材料)等を介して第1ケース
に貼着している場合も含む意味である。一方、永久磁石
に磁気的に接していない第2ケースには、永久磁石の直
流磁束の一部しか流れない。漏れ磁束が生じているから
である。従って、流れる磁束の少ない第2ケースの厚み
を第1ケースの厚みの50%以上100%未満の範囲内
で薄くしても、第2ケース内に流れる直流磁束は飽和し
ない。
ース側壁を設け、この第2ケース側壁に第1ケースの端
部を突き合わせて接合することにより、接合部分が重な
り合わないので、非可逆回路素子の横幅方向が狭くな
る。
ース側壁を設け、かつ、第2ケースに二つの対向する第
2ケース側壁を設け、第1ケース側壁と第2ケース側壁
を重ね合わせて接合することにより、非可逆回路素子の
組み立てが容易になり、かつ、組み立て後の第1ケース
と第2ケースの位置関係が安定する。
ェライトと中心電極を収容する樹脂ケースをさらに備
え、この樹脂ケースから延在した接触防止部が、金属ケ
ースの側壁内面と永久磁石の外周面との間に配置されて
いるので、金属ケースの側壁内面と永久磁石の外周面と
の接触が防止され、フェライトに印加する直流磁束が安
定する。
成することによって、第2ケースに対して樹脂ケースの
位置精度がよくなる。
することにより、接合部分の磁気抵抗は小さくなる。従
って、金属ケースに形成される磁気回路の効率が向上す
る。
ニッケルめっき又は銅めっきが施され、その表面に、銀
めっきが施されていることが好ましい。ニッケルめっき
や銅めっきは、銀めっきと第1及び第2ケースとの固着
強度を向上させる。銀めっきは、導電率が高いため、金
属ケースに流れる高周波電流の損失を抑える。
素子及び通信装置の実施の形態について添付の図面を参
照して説明する。なお、各実施形態において、同一部品
及び同一部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略
する。
る非可逆回路素子の一実施形態の構成を示す分解斜視図
を図1に示す。図2は図1に示した非可逆回路素子1の
組立完成後の外観斜視図をそれぞれ示す。該非可逆回路
素子1は、集中定数型アイソレータである。
タ1は、概略、上側ケース8と、下側ケース4と、樹脂
ケース3と、中心電極組立体13と、永久磁石9と、抵
抗素子Rと、整合用コンデンサ素子C1〜C3と、樹脂
部材30等を備えている。アイソレータ1は、従来のア
イソレータ200の下側ケース204の厚みt(図13
及び図14参照)を薄くしたものと同様のものである。
し、フェライトに着磁したものである。フェライトに着
磁してなる永久磁石9は、100MHz〜3GHzの周
波数帯において、誘電体損失、磁性体損失が小さく、か
つ、この周波数帯で動作するアイソレータ1に十分な磁
力を与えることができるからである。この永久磁石9
は、上側ケース8の天囲面に直接に接触している。
状を有するマイクロ波フェライト20の上面に中心電極
21〜23を絶縁シート(図示せず)を介在させて略1
20度ごとに交差するように配置している。フェライト
20の上面中央部に、中心電極21〜23と絶縁シート
が積層されている。中心電極21〜23は、各々の一端
側のポート部P1〜P3を水平に導出するとともに、他
端側の中心電極21〜23の共通のアース電極25をフ
ェライト20の下面に当接させている。共通のアース電
極25は、フェライト20の下面を略覆っている。中心
電極21〜23とアース電極25は、導電性材料からな
り、金属薄板を打ち抜き加工や、エッチング加工するこ
とによって一体に形成される。
体セラミック基板の上面に位置するホット側端子電極2
7と、下面に位置するコールド側(アース側)端子電極
28を有している。
ス側端子電極18及びホット側端子電極19を形成し、
その間に抵抗体を配設している。
る側壁4aを有している。下側ケース4の底壁4bの対
向する一対の辺からは、それぞれ2本のアース端子16
が延在している。すなわち、下側ケース4の底壁4bと
アース端子16は一体になっている。また、上側ケース
8は、平面視矩形状であり、上壁8aに二つの対向する
側壁8bを有している。つまり、側面視略コの字形状を
有している。下側ケース4は、後述する樹脂ケース3、
入力端子14及び出力端子15とともに、インサートモ
ールド法によって一体的に形成されている。これによ
り、下側ケース4に対して樹脂ケース3の位置精度がよ
くなり、アイソレータ1の組み立て作業性も向上させる
ことができる。
の板材をそれぞれ打ち抜き、曲げ加工した後、表面処理
を施したものである。SPCCのような鉄を主体とする
金属は、飽和磁束密度が高く、ケース4,8に形成され
る磁気回路の効率を向上させるので、ケース4,8を小
型化するのに適している。ここに、下側ケース4の厚み
t4は、永久磁石9に直接に接触している上側ケース8
の厚みt8の50%以上100%未満の範囲内に設定さ
れる。
にニッケルめっきや銅めっき(代表めっき厚み:1μ
m)を施し、さらにその表面に銀めっき(代表めっき厚
み:4μm)を施したものである。銀めっきは、導電率
が高く、アイソレータ1の挿入損失を小さくする作用効
果を有するとともに、防錆の作用効果も有するからであ
る。また、ニッケルめっきや銅めっきは、銀めっきとケ
ース4,8の母材の鉄との固着強度を強くする作用効果
を有しているからである。ただし、ニッケルは磁性体で
あるので、銅に比べて飽和磁束密度が高く、ケース4,
8に形成される磁気回路の効率を向上させ、ケース4,
8を小型化することができる。
壁3bを有している。底壁3aの中央部には中心電極組
立体13を収容する挿通孔3cが形成されており、挿通
孔3cの周縁にはそれぞれ整合用コンデンサ素子C1〜
C3や抵抗素子Rをそれぞれ収納するための挿通孔3d
が形成されている。挿通孔3c,3dには下側ケース4
の底壁4bが露出している。入力端子14及び出力端子
15は、それぞれ一端が樹脂ケース3の外側面に露出
し、他端が樹脂ケース3の底壁3aに露出し、入力引出
電極14a、出力引出電極15aとされる。
接触防止部3eが延在している。接触防止部3eの厚み
は上側ケース8の厚みt8より厚く、接触防止部3eの
高さは、樹脂ケース3内に永久磁石9を組み込んだとき
の底面9bの位置が接触防止部3eの上面より低くなる
高さにすることが好ましい(図3参照)。永久磁石9の
外周面9aと上側ケース8の側壁8bとが接触すると、
その部分で磁気回路がショート状態になり、マイクロ波
フェライト20に印加されている永久磁石9の直流磁束
の分布が乱れたり、弱まったりするという不都合が生じ
るので、これを避けるためである。
し、下面30bには、アイソレータ1の低背化のため
に、中心電極組立体13を収容する凹部32が設けられ
ると共に、その凹部32の中央部に、積層された中心電
極21〜23等を収容する貫通穴31が形成されてい
る。樹脂部材30や樹脂ケース3の材料としては、液晶
ポリマー又はポリフェニレンサルファイド樹脂等が好ま
しい。液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド樹脂
は、耐熱性と低損失に優れているからである。
立てられる。下側ケース4と一体的に形成されている樹
脂ケース3のそれぞれの挿通孔3c,3d内に、整合用
コンデンサ素子C1〜C3や抵抗素子Rや中心電極組立
体13を収容する。
している下側ケース4の底壁4bにはんだ付け等の方法
により接続され、接地される。中心電極21のポート部
P1は入力引出電極14aに、中心電極22のポート部
P2は、出力引出電極15aに、それぞれはんだ付けさ
れる。抵抗素子Rのホット側端子電極19はポート部P
3にはんだ付けされ、アース側端子電極18は樹脂ケー
ス3の挿通孔3dに露出している下側ケース4の底壁4
bにはんだ付けされる。整合用コンデンサ素子C1〜C
3のホット側端子電極27はポート部P1〜P3に電気
的に接続され、コールド側端子電極28は樹脂ケース3
の挿通孔3dに露出している下側ケース4の底壁4bに
それぞれはんだ付けされる。つまり、整合用コンデンサ
素子C3と抵抗素子Rとは、中心電極23のポート部P
3とアース端子16との間に電気的に並列に接続される
(図4参照)。
ス3内に収容し、永久磁石9を樹脂部材30の上面30
aの上に配置した後、上側ケース8を装着する。永久磁
石9と上側ケース8の上壁8aは直接に接触しており、
磁気的に接している。このとき、接触防止部3eは、永
久磁石9の外周面9aと下側ケース4の側壁4aとの間
に配置され、永久磁石9と側壁8bの接触を防止する
(図3参照)。そして、永久磁石9は中心電極組立体1
3に直流磁束を印加する(図6参照)。下側ケース4と
上側ケース8は、接合して金属ケースとなり、磁気回路
を構成しており、ヨークとしても機能するとともに、ア
ース端子16に電気的に接続しているので、アース電位
を有し、電磁波の漏れを防ぐシールドとしても機能す
る。
の側壁4a,8bを重ね合わせて接合している。これに
より、アイソレータ1の組み立てが容易になり、かつ、
組み立て後の下側ケース4と上側ケース8の位置関係が
安定する。側壁4a,8bの接合には、抵抗溶接、レー
ザ溶接、アーク溶接、あるいは、はんだや接着用樹脂な
どが用いられる。はんだや接着用樹脂を用いて接合した
場合には、はんだや接着用樹脂による磁気回路ギャップ
が接合部に生じる。これに対して、側壁4a,8bを溶
接で接合した場合には、接合部で磁気回路ギャップは生
じない。この結果、アイソレータ1は、ケース4,8の
接合部の磁気抵抗を小さくすることができるので、磁気
回路の効率を向上させ、永久磁石9を低背化することが
できる。
1が得られる。図3は図2のIII−III断面、図4
はアイソレータ1の電気等価回路図である。
帯で使用したときの挿入損失の測定結果を表1に示す。
表1には、上側ケース8の厚みt8を一定(0.20m
m)にし、下側ケース4の厚みt4を種々変えた場合の
測定結果が示されている。表1において、ケース厚み比
とは、上側ケース8の厚みt8に対して下側ケース4の
厚みt4の割合、すなわち、厚みt4/厚みt8の値の
百分率を示す。体積比とは、従来例のアイソレータ20
0の体積、すなわち、横幅w1(=4.00mm)×縦
幅w2(=4.00mm)×高さh(=1.9mm)に
対するそれぞれのアイソレータの体積の割合(それぞれ
のアイソレータの体積/従来のアイソレータの体積)の
百分率を示す。また、図5に表1に示したケース厚み比
と挿入損失の関係を表したグラフを示す。
み比が50%以上100%未満の範囲において、アイソ
レータ1の挿入損失は従来例のアイソレータ200と殆
ど同じであるが、高さh及び体積比は従来のアイソレー
タ200より小さくなっている。ケース厚み比が50%
未満になると、アイソレータの挿入損失は大きくなる。
従って、ケース厚み比が50%以上100%未満の範囲
であれば、挿入損失を劣化させないで、アイソレータを
小型化及び低背化することができる。
%未満の範囲であればアイソレータの挿入損失が劣化し
ない理由を説明する。図6は、表1に示すケース厚み比
が50%である実施例2のアイソレータ1の磁束の流れ
を示す。図7に、表1に示すケース厚み比が25%であ
る比較例1のアイソレータの磁束の流れを示す。なお、
図15及び図16は、表1に示すケース厚み比が100
%の従来のアイソレータ200の磁束の流れを示すもの
である。
図16に示すように、永久磁石209に直接に接触して
いる上側ケース208には、永久磁石209の殆ど全て
の磁束が流れる。一方、永久磁石209に直接に接触し
ていない下側ケース204には、永久磁石209の一部
の磁束しか流れない。漏れ磁束φ9が生じているからで
ある。従って、下側ケース204を流れる磁束の密度が
飽和磁束密度になるまで、下側ケース204の厚みtを
薄くすることができる。
に、下側ケース4の厚みt4を0.1mmまで薄くし、
ケース厚み比を50%にした。この場合でも、図6に示
すように、下側ケース4に流れる磁束の密度が飽和磁束
密度に達していないので、永久磁石9が形成する磁場分
布は、従来のアイソレータ200(図15参照)と同じ
磁場分布が形成されている。従って、表1の従来のアイ
ソレータ200と実施例2のアイソレータ1は同じ挿入
損失を有する。
タのように、さらに下側ケース4の厚みt4を0.05
mmまで薄くし、ケース厚み比を25%にすると、図7
に示すように、下側ケース4に流れる磁束が飽和する。
従って、漏れ磁束φ9が増加し、永久磁石9が形成する
磁場分布は変化する。これにより、フェライト20の中
心部の磁束密度が高く、外周部の磁束密度が低くなり、
フェライト20に印加される磁束密度は不均一になる。
このため、フェライト20を介した中心電極21〜23
間の磁気結合が弱くなり、アイソレータの挿入損失が増
加する。
久磁石9に磁気的に接している上側ケース8には、永久
磁石9の殆ど全ての直流磁束が流れ、一方、永久磁石9
に磁気的に接していない下側ケース4には、永久磁石9
の直流磁束の一部しか流れない。漏れ磁束が生じるから
である。従って、下側ケース4に流れる磁束が飽和しな
い範囲、すなわち、下側ケース4の厚みt4を上側ケー
ス8の厚みt8の50%以上100%未満の範囲で薄く
することができ、小型化及び低背化されたアイソレータ
1を得ることができる。
に、第2実施形態のアイソレータ1aは、上側ケース8
の側壁8bを省略したものである。つまり、上側ケース
8は、側壁のない平板形状を有している。上側ケース8
の対向する二つの端部と、下側ケース4の二つの対向す
る側壁4aとが接合して金属ケースを形成している。
態と同様の作用効果を奏する。さらに、上側ケース8と
下側ケース4とが重なり合わないので、二つの側壁8b
の厚み分、すなわち、上側ケース8の厚みt8の2倍の
スペースが不要となる。従って、横幅w1をそのスペー
ス分狭めることができ、小型化及び低背化されたアイソ
レータ1aを得ることができる。
に、第3実施形態のアイソレータ1bは、上側ケース8
の側壁8bを下側ケース4の側壁4aの外側に配置し、
側壁4a,8bを接合したものである。つまり、上側ケ
ース8の側壁8bは、必ずしも下側ケース4の側壁4a
の内側に配置される必要はない。このアイソレータ1b
は、前記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。さら
に、側壁4aと側壁8bの重ね合わされた面積、つま
り、接合面積を大きくすることができる。従って、磁気
抵抗を小さくすることができ、ケース4,8に形成され
る磁気回路の効率を向上させるので、ケース4,8を小
型化することができ、小型化及び低背化されたアイソレ
ータ1bを得ることができる。
側壁3bから下側ケース4の側壁4aと略同じ高さまで
延在して側壁4aの内面を略覆っている。従って、接触
防止部3eは、上側ケース8及び下側ケース4の側壁4
a,8bの内面と永久磁石9の外周面9aとの間に配置
されているので、側壁4a,8bの内面と永久磁石9の
外周面9aとの接触を防止することができる。
0に示すように、第4実施形態のアイソレータ1cは、
上側ケース8の側壁8bを上壁8aの四つの端部に形成
し、上側ケース8の対向する二つの側壁8bと、下側ケ
ース4の二つの側壁4aを接合したものである。つま
り、上側ケース8は、コの字形状や板状に限定されるも
のではない。図11に示すように、永久磁石9が形成す
る磁束は、下側ケース4に流れても、下側ケース4内で
磁束が飽和しないので、永久磁石9からフェライト20
に均一に直流磁束が印加される。このアイソレータ1c
は、前記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
は、本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして
説明する。
回路ブロック図である。図12において、122はアン
テナ素子、123はデュプレクサ、131は送信側アイ
ソレータ、132は送信側増幅器、133は送信側段間
用帯域通過フィルタ、134は送信側ミキサ、135は
受信側増幅器、136は受信側段間用帯域通過フィル
タ、137は受信側ミキサ、138は電圧制御発振器
(VCO)、139はローカル用帯域通過フィルタであ
る。
て、前記第1実施形態〜第4実施形態の集中定数型アイ
ソレータ1,1a,1b,1cを使用することができ
る。このアイソレータ1,1a,1b,1cを実装する
ことにより、小型化及び低背化された携帯電話を実現す
ることができる。
に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種
々の構成に変更することができる。下側ケース4と樹脂
ケース3は一体成形したものと説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば、下側ケース4と樹脂ケー
ス3を別々に作り、それぞれを一体的に組み合わせたも
のでもよい。
用したが、本発明は、勿論サーキュレータにも適用でき
る。また、それぞれの中心電極21〜23の交差角は、
110〜140度の範囲であればよい。また、フェライ
ト20、永久磁石9及び樹脂部材30は平面形状が略矩
形状に限定されるものではなく、例えば、円形状や、角
が丸い三角形状や変形角形状等任意である。
によれば、永久磁石に磁気的に接している第1ケースに
は、永久磁石の殆ど全ての直流磁束が流れ、一方、永久
磁石に磁気的に接していない第2ケースには、永久磁石
の直流磁束の一部しか流れない。漏れ磁束が生じるから
である。従って、第2ケース内に流れる直流磁束が飽和
しない範囲、すなわち、第2ケースの厚みを第1ケース
の厚みの50%以上100%未満の範囲内で薄くするこ
とができるので、小型化及び低背化された非可逆回路素
子及び通信装置を得ることができる。
ース側壁を設け、この第2ケース側壁に第1ケースの端
部を突き合わせて接合することにより、接合部が重なり
合わないので、小型化及び低背化された非可逆回路素子
及び通信装置を得ることができる。
ース側壁を設け、かつ、第2ケースに二つの対向する第
2ケース側壁を設け、第1ケース側壁と第2ケース側壁
をそれぞれ重ね合わせて接合することにより、非可逆回
路素子の組み立てが容易になり、かつ、組み立て後の第
1ケースと第2ケースの位置関係が安定し、優れた周波
数特性を有する非可逆回路素子及び通信装置を得ること
ができる。
ェライトと中心電極を収容する樹脂ケースをさらに備
え、この樹脂ケースから延在した接触防止部が、金属ケ
ースの側壁内面と永久磁石の外周面との間に配置されて
いるので、金属ケースの側壁内面と永久磁石の外周面と
の接触を防止することができる。これにより、永久磁石
が形成する磁場分布が安定、すなわち、フェライトに印
加する直流磁束が安定するので、電気特性が安定した非
可逆回路素子及び通信装置を得ることができる。
成することによって、第2ケースに対して樹脂ケースの
位置精度がよくなり、非可逆回路素子及び通信装置の組
み立て作業性や生産性を向上させることができる。
されて形成されているので、接合部分の磁気抵抗を小さ
くすることができる。従って、金属ケースに形成される
磁気回路の効率を向上させるので、金属ケースを小型化
することができ、小型化及び低背化された非可逆回路素
子及び通信装置を得ることができる。
ニッケルめっき又は銅めっきが施され、その表面に、銀
めっきを施したので、金属ケースを小型化するとこがで
きる。ニッケルめっきや銅めっきは銀めっきと第1及び
第2ケースとの固着強度を向上させる。銀めっきは、導
電率が高いため、金属ケースを流れる高周波電流の損失
を抑えるからである。従って、優れた周波数特性を有す
る非可逆回路素子及び通信装置を得ることができる。
分解斜視図。
の外観斜視図。
断面図。
図。
係を示すグラフ。
路素子の磁束の流れを説明するための垂直断面図。
回路素子の磁束の流れを説明するための垂直断面図。
垂直断面図。
垂直断面図。
の垂直断面図。
を説明するための垂直断面図。
ロック図。
面図。
を説明するための垂直断面図。
を説明するための垂直断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】 永久磁石と、 前記永久磁石により直流磁束が印加されるフェライト
と、 前記フェライトに配置された複数の中心電極と、 前記永久磁石と前記フェライトと前記中心電極とを収容
した金属ケースとを備え、 前記鉄を主体とする金属からなる金属ケースが、第1ケ
ースと第2ケースにて構成されており、前記第1ケース
と前記永久磁石が磁気的に接し、前記第2ケースの厚み
が前記第1ケースの厚みの50%以上100%未満の範
囲内であること、 を特徴とする非可逆回路素子。 - 【請求項2】 前記第2ケースに二つの対向する第2ケ
ース側壁を設けたことを特徴とする請求項1に記載の非
可逆回路素子。 - 【請求項3】 前記第1ケースに二つの対向する第1ケ
ース側壁を設け、かつ、前記第2ケースに二つの対向す
る第2ケース側壁を設け、前記第1ケース側壁と前記第
2ケース側壁を重ね合わせて接合したことを特徴とする
請求項1に記載の非可逆回路素子。 - 【請求項4】 前記金属ケースに組み込まれ、かつ、前
記フェライトと前記中心電極を収容する樹脂ケースをさ
らに備え、前記樹脂ケースから延在した接触防止部が、
前記金属ケースの側壁内面と前記永久磁石の外周面との
間に配置されていることを特徴とする請求項1〜請求項
3のいずれかに記載の非可逆回路素子。 - 【請求項5】 前記第2ケースと前記樹脂ケースが一体
成形されていることを特徴とする請求項4に記載の非可
逆回路素子。 - 【請求項6】 前記第1ケースと前記第2ケースが溶接
接合されていることを特徴とする請求項1〜請求項5の
いずれかに記載の非可逆回路素子。 - 【請求項7】 前記第1ケース及び前記第2ケースの少
なくともいずれか一方のケースに、ニッケルめっき及び
銅めっきのいずれか一方のめっきが施され、該めっきの
表面に銀めっきが施されていることを特徴とする請求項
1〜請求項6のいずれかに記載の非可逆回路素子。 - 【請求項8】 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の
非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信装置。
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