2021 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 – 2023-03-31
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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 / 超広帯域バンドパスフィルタ / 合成理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第5世代無線通信技術（5G）は従来の第4世代無線通信技術（4G）より10倍以上の通信容量・通信速度・同時接続端末数および1/10の超低遅延が要求されている．その厳しい要件を満たすために，マイクロ波領域での広い周波数帯域の利用，或いはミリ波帯域・サブミリ波などの超高周波数帯域の利用が必要不可欠である．マイクロ波領域における超広帯域（UWB: Ultra-Wideband）無線通信技術は，超大容量・超低電力・システムには高周波変換回路が不要などのメリットを持つため，5Gを実現するためのコア技術として注目を浴びっている．一方，ミリ波・サブミリ波領域において，複数の周波数帯が検討されているが， 24.25～31.0 GHz帯の使用が先行している．5Gアプリケーションの本格的な普及・展開に向けて，マイクロ波帯域のUWB無線通信システム，そして，ミリ波・サブミリ波帯域無線通信システムの基盤構築に対応するために回路構成と共にキーコンポーネントとしたフィルタなどの受動デバイス設計手法を確立する必要がある．
本研究では，5G無線システムに不可欠な超広帯域バンドパスフィルタおよびミリ波・サブミリ波帯超小型機能デバイス（フィルタ，電力分配器，バランなど）の迅速開発を目指し，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誘電体/金属フォトニック結晶を用いたミリ波・サブ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き，研究を進める．
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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. マイクロ波帯域における超広帯域バンドパスフィルタの合成/設計理論の確立およびフィルタの開発について，日本のUWB規格のローバンドおよびハイバンドを共に満たすDual-wideband帯域通過フィルタを設計するための新しい設計理論を提案した．さらに，提案した新設計理論に基づき，マイクロストリップ線を用いてフィルタを設計し，試作した．測定結果と理論結果がほぼ一致することにより，提案した設計理論およびフィルタの構造の有効性が確かめられている．
2. ミリ波・サブミリ波受動デバイスの開発について，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，28GHz帯における金属フォトニック結晶構造バンドパスフィルタを誘電体基板に設計し，試作した．測定した周波数特性と予想の理論特性とは少し乖離が見られるが，概ね一致することにより，設計理論および新しく提案した回路構造の有効性が確認されている．
3. 本研究では第5世代無線通信用超広帯域およびミリ波・サブミリ波フィルタの実現を予定しているが，昨年度の世界範囲でのCovid-19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（特に国際会議）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である．
1. マイクロ波帯域における広帯域フィルタの理論設計手法の研究について，新しく提案したDual-wideband帯域通過フィルタの設計手法を改良し，任意の帯域幅を対応できるDual-wideband帯域通過フィルタの一般合成理論を開発する予定である．さらに，その理論を発展し，Multi-wideband帯域通過フィルタの新しい設計理論の開発も挑戦する予定である．
2. ミリ波帯域の機能デバイスの開発について，前年度の研究を引き続き，試作した構造の周波数特性と理論特性の乖離の発生原因を明らかにするうえで，その構造を用いて，5Ｇ無線通信規格を完全に満たす28GHｚ帯ミリ波帯小型バンドパスフィルタの開発を行う．
3. なお，2022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などのマイクロ波・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，EuMW, 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を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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Research Products
(11 results)
