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広帯域・低損失・高い周波数選択特性を有し，製作が容易なバンドパスフィルタ
複数の伝送零点を有する５段広帯域BPF (f0=4 GHz, FBW =40%)
広い阻⽌域を有する９段UWB BPF (f0=6.85 GHz, FBW =95%)
準ミリ波帯４段UWB BPF (f0=25.5 GHz, 3dB-FBW =20%)
試作フィルタ
試作フィルタ
試作フィルタ 周波数特性
周波数特性
周波数特性
埼⽟⼤学 ⾺・⼤平研究室
Ma & Ohira Laboratory, Saitama University, Japan
⼩型⾼性能マイクロ波受動回路の研究開発Research and Development of Miniaturized High-Performance Microwave Passive Circuits
マイクロ波・準ミリ波帯広帯域バンドパスフィルタ
1.21.92.1
13.112.512.3
9.1 25.1
16.5
10.710.5
0.9 1.2
0.8 0.2
Dielectric substrate
Unit: mm
Via
Substrate with r=2.9, thickness t=0.5 mm
Port1
via
Port2
Unit:mm
Dielectric substrate
6.3
4.2
0.90
2.2
2.752.2
1.8
5.95
1.45
0.65
0.70
0.654.8
3.6
2.35
2.35
0.30
0.250.50
0.15
2.6
0.95
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
|S11
|, |S
21| (
dB)
30252015105
Frequency (GHz)
FCC limitEM simulatedMeasured
|S21||S11|
Substrate with r=4.5, thickness t=0.5 mm
1port
14.0
14.0
15.0
13.0
24.0
16.226.2
18.2
76.02port
mm:Unitmmt
r
25.0
2.2
Substrate with r=2.2, thickness t=0.25 mm-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
|S11
|, |S
21| (
dB)
6050403020100
Frequency (GHz)
|S11| |S21|
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
|S11
|, |S
21| [
dB]
403530252015
Frequency [GHz]
EM simulation Measured
|S 11
|
|S 21 |
試作フィルタ 周波数特性Substrate with r=2.2, thickness t=0.25 mm
S21
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
S-p
aram
eter
s (d
B)
876543210Frequency (GHz)
Measurement EM simulation
準ミリ波帯４段UWB BPF (f0=25.5 GHz, 3dB-FBW =20%)
従来の４分の１波長変成器（シングルバンド）
特性インピーダンスと位相の補償のためにキャパシタを装荷
結合線路を用いて回路サイズを約50%まで小型化
小型ウィルキンソン型電力分配器
試作回路 周波数特性提案電⼒分配器 等価回路
(a)
(b)
非常に広い周波数比（ f2/f1 = 1 ~ 20）のデュアルバンド設計が可能
均一伝送線路の代わりにスタブ付き線路を用いて非常に広い阻止域を実現
デュアルバンドウィルキンソン型電力分配器
電磁界解析結果と測定結果
提案デュアルバンド電⼒分配器
デュアルバンド伝送線路変成器
提案する並列型伝送線路変成器（デュアルバンド）
並列型伝送線路変成器によるデュアルバンド設計理論を構築(例) (a) 1/2 が奇数の場合：1 = 32 , 2 < f2/f1 < 5(b) 1/2 が偶数の場合：1 = 22, 3 < f2/f1 < 7
(a)
(b)
試作回路スタブ付き伝送線路を⽤いた提案電⼒分配器
回路シミュレーション結果 回路シミュレーション結果
一般化チェビシェフ特性が実現できる新しい結合トポロジーによる有極フィルタ
複数の伝送零点によって急峻なスカート特性を実現
マイクロ波帯・ミリ波帯、平面構造・立体構造でも設計可能な結合行列による高い設計技術
フィルタの回路合成理論に基づくフィルタ・アンテナ一体設計
アンテナの放射機能とバンドパスフィルタの周波数選択機能を同時に実現
Substrate with r=2.81, thickness t=1.0 mm
バンドパスフィルタ
フィルタリングアンテナ（フィルテナ）
５段広帯域マイクロストリップフィルテナ(f0=4.0 GHz, FBW =20%)
４段有極形狭帯域マイクロストリップフィルテナ(f0=2.45 GHz, FBW =5%)
一つのバイアス電圧のみで絶対帯域幅一定のまま、中心周波数を可変
通過域両側の伝送零点の生成による急峻なスカート特性を実現
チューナブルバンドパスフィルタ
-80
-60
-40
-20
0
|S21
| (dB
)
1.31.21.11.00.90.80.7Frequency (GHz)
EM simulated
Ideal
CL=1.5pFCL=2.0pFCL=3.0pFCL=5.0pF
CL=1.5pFCL=2.0pFCL=3.0pFCL=5.0pF
-80
-60
-40
-20
0
|S21
| (dB
)
1.31.21.11.00.90.80.7Frequency (GHz)
Measurement
EM simulated
V=7.0VV=4.0VV=2.5VV=0.8V
CL=1.5pFCL=2.0pFCL=3.0pFCL=5.0pF
バラクタダイオードを⽤いた4段チューナブルBPF
電磁界シミュレーション結果（理想特性との⽐較）
測定結果（電磁界シミュレーション結果との⽐較）
28 GHz帯6段box結合SIW BPF(f0=28 GHz, f =3000 MHz)
Substrate with r=2.2and thickness t=0.254 mm
1 1.5 2 2.5 3-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frequency (GHz)
S-p
ara
me
ters
(dB
)
EM simulated S11 S21
Measured S11 S21
Substrate with r=2.6and thickness t=1.0 mm
４段Cul-de-Sac結合マイクロストリップBPF(f0=2 GHz, f =100 MHz)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3-40
-30
-20
-10
0
10
-40
-30
-20
-10
0
10
Gai
n(d
Bi)
S11
(dB
)
Frequency (GHz)
EM simulated S11 Gain
Measured S11 Gain
Substrate with r=2.6and thickness t=1.0 mm
Top
Bottom
Substrate with r=2.6 and thickness t=1.0 mm
Substrate with r=2.9 and thickness t=0.5 mm
Top
Bottom
Port1 Port2Port1 Port2
Port1
Port1
Port1 Port2
①
②
③
④
① ②
③
④
⑤ ⑥
① 結合行列の合成機能
設計仕様から無極フィルタ（バターワース特性・チェビシェフ特性のBPF）ならびに有極フィルタ（楕円関数特性や一般化チェビシェフ特性のBPFまたはBSF）の回路合成が可能
フィルタの結合行列の合成・抽出ソフトウェア
ニューラルネットワークによるフィルタ自動設計 構造パラメータとその結合行列の関係をニューラルネットワーク(NN)で学習
理想特性の結合行列を逆モデルのNNに入力すれば瞬時に構造パラメータの初期値を出力
電磁界シミュレータの代わりに順モデルのNNを用いて高速に構造パラメータを最適化
結合⾏列の要素（出⼒）
BPFの構造パラメータ（⼊⼒）
順モデルと逆モデルのニューラルネットワークを併⽤して設計したBPFの周波数特性と理想特性の⽐較
最適化された構造パラメータ
逆モデルに⼊⼒された結合⾏列
http://sirius.reso.ees.saitama-u.ac.jp/ Website Paper list
② 結合行列の抽出機能
Sパラメータ（解析・測定結果）から結合行列をベクトルフィッティング法によって抽出
共振器の無負荷Q値や入出力直接結合量も抽出可能
結合⾏列の要素（⼊⼒）
BPFの構造パラメータ（出⼒）
① 順モデル
② 逆モデル
Dielectric substrate
Por
t 1
Por
t 2
2.7mm
lq
s12
s14
s23
1.5mm
g1
g2
11.1mm
r=2.6, t=1.0mm
1
0 0.401 0.605 0.628 0.363 0
0.401 1.316 0 0 0 0.401
0.605 0 0.735 0 0 0.605
0.628 0 0 0.609 0 0.628
0.363 0 0 0 1.278 0.363
0 0.401 0.605 0.628 0.363 0
M
構造パラメータの初期値を出⼒
順モデルを⽤いて構造パラメータを最適化
s12=1.30 mms23=1.60 mms14=3.15 mmg1=1.80 mmg2=1.90 mmlq=1.25 mm
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
S-p
aram
eter
s (d
B)
3.53.02.5Frequency (GHz)
EM simulated
Synthesized
S21
S11
電圧で４つの容量値の組合せを変えて、中心周波数・帯域幅・伝送零点周波数を全て可変
リコンフィギャラブルフィルタ
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
|S21
| (dB
)
2.22.01.81.61.41.21.00.8Frequency (GHz)
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
|S21
| (dB
)
2.22.01.81.61.41.21.00.8Frequency (GHz)
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
S-p
aram
eter
s (d
B)
2.22.01.81.61.41.21.00.8Frequency (GHz)
MeasuredS11
S21
EM simulatedS11
S21
バラクタダイオードを⽤いた2段リコンフィギャラブルフィルタ 中⼼周波数可変 帯域幅可変 伝送零点周波数可変
EM-simulatedMeasured EM-simulatedMeasured
合 成 抽 出
仕様↓
結合行列
周波数特性↓
結合行列
