2020 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 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチバンド・ミリ波デバイス / 金属PｈCデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超スマート社会の到来を迎え，5Gなどの超大容量通信，高精度センサ等多様な分野で，従来の数10～数100倍の通信速度を持つ新しい無線通信機器の開発が必要となってきた．超高速無線通信システムを実現するために，新しい超広帯域（UWB）無線通信技術の開発が進められていると共に，ミリ波帯・サブミリ波帯を利用した新システムの研究開発も盛んに行われている．新しい無線通信システムに必要不可欠な受動ディバイスとして，UWBフィルタ，マルチバンドフィルタ，ミリ波・サブミリ波フィルタなどの開発は脚光を浴びている．
本研究では，マイクロ波帯域において，共振器の周波数特性を考慮した広帯域フィルタの合成理論に基づき，UWBフィルタなどの受動回路を設計する．まず，広帯域フィルタを実現ためのチェビシェフ型理論関数を導出する．さらに，フィルタの実際の関数を理論関数と比較することにより任意の帯域幅と挿入損失を持つフィルタを設計可能な設計方程式を導出する．設計したUWBフィルタをマイクロストリップ線で実現する．ミリ波帯・サブミリ波帯においては，従来のミリ波帯域で用いられる導波管(WG)及び基板集積導波管(SIW)の代わりに，金属フォトニック結晶 (M-PhC) 構造を回路設計のプラットホームとして利用する．まず，M-PhCのバンド構造を算出し，適切な構造パラメータを決定する．さらに，線欠陥線路の中に点欠陥共振器を並べて，円柱構造による結合窓を用いて，共振器間の結合係数を制御する．最後に，設計したフィルタを実験により確認し，設計理論と手法の有効性を確認する．
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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. 次世代無線通信用ミリ波・サブミリ波フィルタの開発について，前年度の研究を引き継ぎ，提案した新たな設計理論を用いて，25GHz帯における減衰極を有する金属フォトニック結晶構造バンドパスフィルタを設計し，試作した．
2. マイクロ波帯域における広帯域バンドパスフィルタの設計において、先端短絡/開放スタブ付き平行結合線を提案し、それの理論式（ABCD行列式）を導出した。更に、提案した新しい平行結合構造を用いて、4種類のフィルタ構造を提案し、それぞれの合成式を導出した上で、フィルタの性能を比較した。設計した広帯域フィルタを実際に作製し、測定した。実験結果と理論結果が概ね一致することにより、新しく導出したフィルタの設計式の有効性を確かめた。
3. 本研究では5G無線通信システム用マルチバンドとミリ波デバイスの実現を予定しているが，昨年度のコロナウイルスの蔓延の影響を受け、研究計画に予定している一部の回路の作製や学術会議での成果の公表，論文投稿等に遅れが生じている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本基盤研究の今後の研究の推進方策として、以下の両面から研究を推進する予定している。
1. 次世代無線通信用フィルタなどの効率的な理論設計手法の研究について、新しく提案したチェビシェフ型フィルタ用合成手法を減衰極を有するフィルタの設計にも応用できるように改善する。一方、前年度の研究を引き続き、飛び越し結合を表すパラメータを導入することにより、新しい合成手法の実現は可能である。
2. 5G無線システムのスペックを完全に満たす機能デバイスの実現について、今年度では減衰を有するフィルタ構造を用いて、日本の5G無線通信システムのスペックを完全に満たす高性能小型バンドパスフィルタの開発を実施する．
3. なお，2021年度は研究成果のまとめと成果報告をする．また電子情報通信学会総合大会，ソサイエティ大会，マイクロ波研究会，エレクトロニクスシミュ レーション研究会等での研究発表を含めて， APMCのマイクロ波・ミリ波国際会議での発表，企業との連携による実装技術の確立，さらに合理的設計理論などを公開する．
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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、電子情報通信学会の論文投稿費，ICMMT, PIERS, APMCなどの国際会議にて設計した機能デバイスに関する研究成果発表のための参加費，電磁波回路の作製費などに使用予定である。
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