電気通信大学 和田・小野研究室The University of Electro-Communications Wada & Ono Laboratory

E-mail: wada.koji@uec.ac.jp, ono.satoshi@uec.ac.jp

バンドパスフィルタの高機能化 Improvement of Bandpass Filters

応用回路 Application Circuits

1.低損失BPF 2.超小型右手/左手系複合(CRLH)BPF

1.小型ダイプレクサ 2.SAW共振子フィルタを用いた分波回路

CRLH伝送線路の分散特性

有極形小型CRLH-BPF 周波数特性

分布定数線路と集中定数素子で構成したCRLH伝送線路共振器

双石文彦他, “チップコンデンサとマイクロストリップ線路で構成したCRLH伝送線路共振器を用いた有極形小型BPF,” 信学技報, Vol.116, No.3363, MW2016-160, pp.159-164, Dec. 2016.

✓✓✓

CRLH伝送線路理論

通過帯域近傍に減衰極超小型回路を実現

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

|S11|,

|S21|[d

B]

Frequency [GHz]

EM-Sim.

Meas.

|S21||S11|

-9

-6

-3

0

1.8 2.0 2.2

中心周波数 通過帯域幅 挿入損失 回路サイズ 基板サイズ

2.01 GHz 213 MHz 1.98 dB 2.00×2.95 mm2 4.7×4.15 mm2

林 和幸他, “開放スタブと接地スタブを装荷したリング共振器BPFによる低挿入損失特性の実現,” 信学技報,

Vol.115, No.476, MW2015-191, pp.101-106, Mar. 2016.

中心周波数 通過帯域幅 挿入損失 外形寸法

2.0 GHz 100 MHz 0.17 dB 49.0×49.0×18.0 mm3

2.5

2.62.8

2.7

3.8

2.5

2.5

2.3

2.5

2.5

2.5

Port 2

Port 1

1.6

Size : 49.0×49.0 Unit : mm

:via(Φ - 0.3)

15.420.6

1.0

-50

-40

-30

-20

-10

0

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Frequency [GHz]

|S11|,

|S2

1| [

dB

]

|S11||S21|

port 2

port 1

w2

l2

w1

l1

w0

w3

l3

開放・接地スタブを装荷したリング共振器BPF

阻止域において複数の減衰極を実現低挿入損失(0.17 dB)を実現

✓

✓✓

回路パターン 遮蔽ケース

試作回路

回路構成 回路構造

伝送特性

Sim.Meas.

3.0 pF0.1 2.0

0.50.4

Port1 Port2

Unit : mm

✓

✓✓

共有共振器を用いた有極形ダイプレクサデュアルモード共振器で共有共振器を構成

帯域が近接、小型かつ阻止域で高い阻止量

透過特性及びアイソレーション特性

回路構造

ブロックダイアグラム

5.05

2.6

1.21.25

1.1

0.4

34.35

6.75

1.8

0.25

Unit: mm: Via (diameter - 0.3)

f0

[GHz]

BW

[MHz]

IL

[dB]

|S32|

[dB]

2.1 GHz帯 2.12 203 2.82 -54.8 @ f0

2.5 GHz帯 2.52 259 2.46 -72.0 @ f0

試作回路

pF6.2

nH9.31port

pF0.1

nH8.42port

nH0.2

nH10

S1

S2 S4

S3 S5

S1'

S2' S4'

S3' S5'

GHz@1.00 BPF1

GHz@2.00 BPF2

'S1'

'S2' 'S4'

'S3' 'S5'

''S1'

''S2' ''S4'

''S3' ''S5'

GHz@0.683 BPF3

GHz@1.46 BPF4

pF0.2

nH8.53port

CircuitsResonant LumpedCircuit Matching

Resonator1 Resonator2

Resonator3 Resonator4

Band1(0.683[GHz]) Band2(1.00[GHz]) Band3(1.46[GHz]) Band4(2.00[GHz])

通過帯域幅[MHz] 35 41 37 40

通過帯域のリプル[dB] -1.23 -0.46 -0.65 -1.07

アイソレーション特性[dB] -56.5 -63.1 -57.9 -54.2

✓

✓

SAW共振子でフィルタを構成共振回路の装荷による高アイソレーション特性

透過特性

-50

-40

-30

-20

-10

0 1 2 3

|S21|,|

S31| [

dB

]

Frequency [GHz]

21S

31S

-80

-60

-40

-20

0

0 1 2 3

|S11|,|

S32| [

dB

]

Frequency [GHz]

32S

11S

0

アイソレーション特性

回路構成

足立一希他, “共有共振器とλ/4 ステップインピーダンス共振器を用いた有極形ダイプレクサ,” 信学技報,

Vol.116, No.363, pp.188-162, Dec. 2016. 榎股啓司他, “ SAW共振子ラダー型フィルタを用いたマルチバンドフィルタと集中定数共振回路で構成した分波回路に関する一検討,” 信学技報, Vol.114, No.422, pp.49-54, Jan. 2015.

|S11|, |S

21|,

|S31|, |S

32| [

dB

]

Port 3

Port 1

Port 2

チューナブルバンドパスフィルタ Tunable Bandpass Filters

積層フィルタ Multi-layered Filters

1.広帯域バンドパスフィルタ 2. SAWフィルタと積層フィルタの複合回路

1.一系統電源BPF 2. RFスイッチを用いた高移動量BPF

✓

✓✓

LTCC基板内に有極広帯域フィルタGPS/UWB用のダイプレクサ小型なRFモジュール

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frequency [GHz]

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

S_P

aram

eter

s[d

B]

GPSUWB

|S11|

|S31|

|S21|

|S32|

伝送特性

SAW

Filter

for GPS

UWB

Filter

Port 1

Port 2

Port 3

Maching Circuit

C1

: SMD: Buried Circuit

L1

C2

分波回路

Port1 Port2

: Edge coupled line

: Broadside coupled line

l <C2 C1

回路構成(UWB Filter)

Port1

Port2

Port3

SAW Filter

Chip

capacitor

Chip

inductor

回路構造

中心周波数 通過帯域幅 挿入損失 群遅延特性 基板サイズ

SAW 1.575 GHz 5.00 MHz 2.23 dB - 5.225×4.35

×1.06 mm3UWB 4.000 GHz 1.90 GHz 1.89 dB 0.54-1.17 ns

✓

✓✓

末崎裕己他, “結合線路を用いたLPF及びHPFで構成した小型ハイバンドUWB用LTCC基板BPF,” 信学技報,

Vol.116, No.363, MW2016-159, pp.153-158, Dec. 2016.

λ/4

λ/4 λ/4

λ/2

低温同時焼成セラミックス(LTCC)基板による有極広帯域フィルタLPF及びHPFを組み合わせて薄型且つ小型日本のハイバンドUWB対応

勝本達也他, “低温同時焼成セラミック基板で構成した広帯域フィルタとSAWフィルタを用いたダイプレクサ,”エレクトロ実装学会誌, Vol.14, No.6, pp.492-500, Mar. 2012.

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Frequency [GHz]

|S2

1|,|

S11| [

dB

]

: EM Sim.: Spectrum mask

4.24.05

0.37

Port2

Port1

Unit : mm

GND conductors Layer1Layer2

Layer3 Layer4Layer5

: via hole

Port1 Port2

LPF LPF HPFHPF

w, l

通過帯域幅 挿入損失 群遅延特性 フィルタサイズ

1.21 GHz

(8.12-9.33 GHz)1.860 dB

0.19 ns

(0.41-0.60 ns)

4.05×4.2×0.37

mm3

伝送特性

回路構造

回路構成

w1, s1, l1

w2, s2, l2

LS LS

CC

Port 1 Port 2

Coupled line

VDC [V] f0 [GHz] BW [MHz] 挿入損失 [dB]

2.2 1.40 225 2.97 - 5.97

5.6 1.79 232 2.62 - 5.62

14.2 2.13 204 2.97 - 5.97

一系統電源のみで中心周波数を調整可能通過帯域幅一定で動作従来よりも中心周波数を広範囲に調整可能

阿部励他, “インピーダンスステップ共振器を用いた一系統電源で中心周波数を広範囲に調整可能なチューナブルコムラインBPF,” 信学技報, Vol.116, No.421, CAS2016-88, pp.57-60, Jan. 2017.

✓

✓✓

回路構造

中心周波数の変化

辻 蒼一他, “m型アドミタンスインバータを用いた周波数可変型BPF,” 信学技報 , Vol. 116, No. 363,

MW2016-162, pp. 171-176, Dec. 2016.

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

|𝑆11|,|𝑆 2

1| [

dB

]

0 1 2 3 4 5 6Frequency [GHz]

RFスイッチによる共振器の切り替え中心周波数を広範囲(0.768-2.42 GHz)に調整可能

0 1 2 3 4 5 6Frequency [GHz]

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

|𝑆11|,|𝑆 2

1| [

dB

]

回路構造

✓

✓

伝送特性(Mode 2)

f0

[GHz]

挿入損失[dB]

BW

[MHz]

0.768 4.42 199

1.38 4.04 203

f0

[GHz]

挿入損失[dB]

BW

[MHz]

1.37 4.17 251

2.42 3.33 246

伝送特性(Mode 1)

回路構成

試作回路

14.0 mm

24.6 mm

Rb

VDC

Port 1

Res.1

SW1 SW1

J01

Res.1

Res.2 Res.2

SW2 SW2

J12 J23J11

Port 2

Mode 1 (0.75 GHz -1.3 GHz)

Mode 2 (1.3 GHz-2.4 GHz)

:Resonator

:Inverter

Mode 1 (0.75 GHz -1.3 GHz)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Frequency [GHz]

-40

-30

-20

-10

0

|𝑆11|,|𝑆 2

1| [

dB

]

Mode 2 (1.3 GHz-2.4 GHz)

Varactor diodeSwitch SWCapacitor(1000 pF)Via (Φ 0.3)

35

.6

21.8

SW1:ON

SW2:OFF

SW1:OFF

SW2:ON

2.2 V 5.6 V 14.2 V

Varactor diodeCapacitorInductor Ls

6.81.85

3.7

Unit : mm

1.1

0.2

1.4

0.25

|𝑆11|

|𝑆21|

EM-sim.Meas.

|𝑆21|

|𝑆11||𝑆21|

|𝑆11|

Port 1 Port 2 Port 2Port 1

C

SW1SW2

回路構造Unit : mm

|S11|

|S21|

DCC

DCC

DCC

1C

1C

2C

2C

PC

RC

RC

RC

RCPC

PC

PC

SW2SW1

Via (Φ 0.3)