2016 Fiscal Year Research-status Report
5G無線通信を支えるマルチバンドとミリ波デバイスの理論設計による迅速開発
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16K06320
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
陳 春平 神奈川大学, 工学部, 准教授 (20440266)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穴田 哲夫 神奈川大学, 付置研究所, 名誉教授 (20260987)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 金属フォトニック結晶 / ミリ波 / PhC / マルチバンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、世界各国は「5G & beyond」に向けて，車の自動運転や，ワイヤレスロボット等のIoT社会の実現に関する新技術の開発が活発化している．日本国内では，2020東京オリンピックに世界最高水準のICT環境の提供を目指し，総務省は2014年に5Gに対する周波数割当ての新たな目標を設定し，無線LANを含めた周波数帯域，未使用の周波数帯，固定・衛星系等で使われている周波数帯を対象として検討する方針を発表した．
本研究では，次世代無線システムに不可欠なマイクロ波帯のマルチバンド広帯域フィルタ及びミリ波帯の超小型ミリ波機能デバイスの迅速開発を目指し，デュアルバンド広帯域フィルタの系統的な設計/合成理論の開発，非放射損失や超小型軽量化等の利点を有するミリ波帯機能デバイスの開発の2つの研究内容に重点を置く．
（１）低群遅延・デュアルバンド超広帯域フィルタの開発に関して、本年度は、研究者らは従来の集中定数（L，C，Q値)に基いたフィルタの設計理論ではなく、伝送線路理論に基づいた新たなフィルタ設計理論を提案し，超広帯域フィルタの合成理論をa)フィルタの構造，等価回路，b)理論フィルタリング関数， c)パラメータの確定/合成方法との3つの方面から提案した。今の合成理論をさらに発展させると、デュアルバンド/マルチバンド UWBフィルタの迅速の開発に応用できる新たなフィルタの合成理論の提案は期待できる。
（２）ミリ波機能デバイスに関する研究に関して、本年度は、研究者らは、ミリ波・サブミリ波領域で超広帯域バンドギャップと強い閉じ込め機能を備えた金属PhC構造の利用可能性、実験により確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1.低群遅延・デュアルバンド超広帯域フィルタの開発に関して、フィルタの合成理論の構成に不可欠なa)フィルタの構造，等価回路，b)理論フィルタリング関数，c)パラメータの確定/合成方法を中心として，理論と実証の両面から研究した．
1) マイクロ波・ミリ波UWBフィルタ用回路構造（特に有極型構造）の等価回路を導出した。
2) 低遅延・楕円関数UWBフィルタ/デュアルUWBフィルタの理論関数およびレイアウトを提案した．①（準）楕円関数に関して，無極型チェビシェフ関数に減衰極を追加する方法及び楕円関数の定義からの2種類の方法を用いて誘導した．②デュアル/トリプルUWBフィルタの理論関数も誘導した．③遅延の計算式をフィルタの合成理論と群組み合わせることにより，等リップルの群遅延特性を満たす広帯域フィルタの合成式を導出した．
2. ミリ波機能デバイスに関する研究に関して、超高周波デバイスを構成するための基本構造としての金属PhC，誘電体PhC，金属/誘電体混在PhC共振器の構造パラメータと共振特性の関係（TMとTE波のモードチャート，円柱の半径，距離など）を計算し、マイクロ波帯域で、実験により、プログラムの有効性を確かめた。
研究成果の一部を論文に纏め、ヨーロッパマイクロ波国際会議（EuMW2016）、アジアパシフィコマイクロ波国際会議（APMC2016）などの国際会議や、論文雑誌を通して公開している.
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| Strategy for Future Research Activity |
次世代無線通信システムに必要な低群遅延・デュアル/トリプル/マルチバンドUWBフィルタの理論設計，及びミリ波帯の超小型機能デバイスの開発に焦点を当て、合理的設計手法の確立と実装・応用の両面から研究を推進する．
1.低群遅延・デュアルバンド超広帯域フィルタの開発に関して、前年度の仕事を引き継ぎ，
マルチバンド広帯域フィルタの合成理論を研究し、さらに，総務省が発表した5G用（暫定）対象周波数帯において，開発した設計/合成理論を用いて，最高性能を持つ楕円関数フィルタ，2つ或いは3つの周波数帯ずつ組合し，規格を満たすデュアルバンド・トリプルバンド/マルチバンド広帯域フィルタを実際に設計し，実現する．
2. ミリ波機能デバイスに関する研究に関して、前年度の計算結果に基づき，フィルタ，分波器，方向性結合器，スイッチなどの機能デバイスを実現するための回路構造を選定する．さらに，構造の等価回路，デバイスの理論特性，構造パラメータと周波数特性の関係の3つの点から，検討を行い，汎用性のある一般設計理論を開発し，設計用プログラムを作成する．
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| Causes of Carryover |
シミュレーション専用多CPU・高性能GPU搭載型パソコンの購入を予定だったが、シミュレータ(ＣＳＴ)会社に打診したところ、現在研究室に持っているパソコンでは、現在のバージョンの性能を十分発揮することができるため、高性能パソコンの購入は後回しにした。そのゆえ、高性能パソコンの分の物品費を執行しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
仕様などをシミュレータ(ＣＳＴ)会社に確認したうえで、シミュレーション専用多CPU・高性能GPU搭載型パソコン（神奈川大学）を購入する予定である。
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[Presentation] マイクロストリップコンポジット共振器を用いたデュアルバンド帯域通過フィルタの設計手法の改善2017
Author(s)
張 茹, 馬 哲旺, 大平昌敬, 王 小龍, 陳 春平, 穴田哲夫
Organizer
信学技報, vol. 116, no. 432, MW2016-181, pp. 47-52
Place of Presentation
Shanghai, China
Year and Date
2017-01-26 – 2017-01-27
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[Presentation] 電磁気学の視覚的な考え方について－その２2016
Author(s)
武田重喜, 久保田倫代, 一瀬裕弥, 穴田哲夫, 陳 春平
Organizer
2016年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集, エレクトロニクス, C-2-41, p.51
Place of Presentation
北海道大学
Year and Date
2016-09-20 – 2016-09-23
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