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The University of Electro-Communications Wada Laboratory

准教授和田光司

電気通信大学電子工学科

UWB, WiMax, W-LANに対応したプリント基板フィルタおよび積層フィルタ

The University of Electro-Communications Wada Laboratory1

１．マイクロ波・ミリ波フィルタへの要求

２．マイクロ波・ミリ波フィルタの技術動向

３. 和田研究室の研究テーマ

４. ＬＴＣＣ基板および回路

５. 広帯域フィルタ

６. 分波回路（ダイプレクサ）

７. デュアルバンドフィルタ

８. 広帯域バラン

９. バランスフィルタ

講演内容


マイクロ波フィルタ

L,C,RIC (Bare)

LTCC基板

配線

マイクロ波・ミリ波フィルタへの要求

UWB, Bluetooth, WiMax, W-LANなど

各種ワイヤレス通信システムへの対応

薄型フィルタ小型モジュール

高周波モジュール


折り曲げ型、波長短縮型など基板両面型 (ex.マイクロストリップ線路、ＣＰＷ、スロット線路など）

1608型（2.4GHzなど）、1005型（ＬＰＦ（ex.一部の携帯電話、 2.4GHz用など))

2.5×2.0×1.0ｍｍ（ＵＷＢ用など）2. 0×1.25×1.0ｍｍ（ex. バランスフィルタなど）

基板内蔵型(0.8ｍｍより低く（ex.薄型携帯など）

メタマテリアル（左手系、右手系）従来フィルタとの併用

SAW、FBAR 1. 4×1. 2×0.5ｍｍ（ex.SAW 2.4GHz用）

マイクロ波・ミリ波フィルタの技術動向（その１）

小型化（積層型）

低背化

小型化（一層型）


2.4GHｚと５GHｚ（WLAN用）、0.9GHｚと2GHｚ（GSM/DCS等

マルチバ

> ンド携帯電話用）

マイクロ波・ミリ波フィルタの技術動向

チューナブル特性

UWB対応特性

分波特性 2.4GHｚ帯とUWB（Low band）、UWB（High band）

マイクロ波→ミリ波

高周波数帯で広帯域特性を実現各国で異なる周波数帯への対応準ミリ波帯での対応

2.4GHｚと５.2GHｚ（W-LAN用）、0.9GHｚと2GHｚ（GSM/DCS等マルチバンド携帯電話用）

バランス特性バランス出力側をICバランス出力側を各種ICに整合

トリプルバンド、クワッドバンド

WiMax対応特性２Ｇ/ＷｉＦｉバンド３Ｇバンドなど

差動型フィルタ回路


和田研究室の研究テーマ

・BPF、BEF、LPF、HPF

・バランスフィルタ

・マルチバンドフィルタ・デュプレクサ

・ＬＴＣＣ積層回路

・各種可変回路

・広帯域フィルタ

・広帯域バラン

・準ミリ波フィルタ

・分波回路

・スイッチ回路

UWB、Bluetooth、W-LAN、WiMax用フィルタ特性

チューナブル特性、分波特性

・各種モジュール用回路


ＬＴＣＣ基板および回路

●携帯電話やBluetoothなどのＲＦ部に使用される高周波部品（フィルタ, バラン）

●積層チップコンデンサやインダクタなどの単一素子

●ＬＴＣＣによる高密度実装基板（ex.車載用ＥＣＵ等の基板）、

パッケージとしての用途

●ＬＴＣＣ基板内に複数の機能を内蔵したモジュール携帯電話用フロントエンドモジュール（ ex.携帯電話、W-LAN用）


広帯域BPF(3.1-10.6GHz)

6.7

2.35

0.31

1.43

11.7

1

2.9

2.41.8

11

2.71.75

2.5

111.25

0.5

3.4

2.1

1.4

30

50

In Out

1.43

0.3

0.3

0.3

4

1.2

1.2

1 1.43

Resonator1

Resonator2

Resonator3

Resonator4

Unit:mm：GND

Resonator2

Resonator3

Resonator4

Resonator1

試作実験モデル

8.4μm18

mm8.0

r ===

εth

電磁界シミュレータにおける回路パターン

FR-4


広帯域BPF(3.1-10.6GHz)の伝送特性

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 3 5 7 9 11 13 15

|S11

|,|S21

|[dB

]

Frequency[GHz]

S21S11S21S11

(Simulation)(Simulation)(Experiment)(Experiment)


各種広帯域BPF(3.1-10.6GHz)の回路構成

（２）両端接地型共振器BPF

（３）一端接地型共振器BPF

（１）両端開放型共振器BPF


各種BPF(3.1-10.6GHz)の伝送特性

一端接地型共振器BPFの伝送特性

両端開放型共振器BPFの伝送特性

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 3 5 7 9 11 13 15

S21S11S21S11


|S11

|,|S21

|[dB

]

Frequency[GHz]両端接地型共振器BPFの伝送特性

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 3 5 7 9 11 13 15

|S11

|,|S21

|[dB

]

Frequency[GHz]

S21S11S21S11


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 3 5 7 9 11 13 15

S21S11S21S11


|S11

|,|S21

|[dB

]

Frequency[GHz]


積層型広帯域BPF(3.1-10.6GHz)

（１）ＴＹＰＥ１（２）ＴＹＰＥ２


積層型広帯域BPFの伝送特性

12

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 2 4 6 8 10 12

|S11

|,|S21

|[dB

]

Frequency[GHz]

S11(Single Layer Filter)S21(Single Layer Filter)S11(Multilayer Filter)S21(Multilayer Filter)


積層型広帯域BPF（High-band)

13

7枚8層

2.45

2.60

0.36

Unit : mm

In

Out

VIA


-100

-80

-60

-40

-20

0

0 4 8 12 16 20

|S21|, EM|S11|, EM

Frequency [GHz]

|S11

|, |S

21| [

dB]

積層型広帯域BPF(High-band)の伝送特性

スタブによる減衰極

-40 [dB]-30 [dB]

|S21|, EM|S11|, EM|S21|, Measured|S11|, Measured

6.4 10.9-1.10[dB]6.3 10.6-1.36[dB]

|S21|, EM|S11|, EM|S21|, Measured|S11|, Measured|S21|, Mask


WiMax用積層型フィルタ

Output electrode

Input electrode

Via

Resonator1

Resonator2Resonator3

Size：1.99mm×4.95mm×0.49mm


WiMax用積層型フィルタの伝送特性

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

S11(Measured)

S21(Measured)

0

S11(HFSS)S21(HFSS)

Frequency[GHz]

fL

fH

f02.49GHz 2.91GHｚ


マイクロストリップ線路ダイプレクサ(全体図)

Port1

Port315

89.26

Unit:mm

BPFLPFPort2


マイクロストリップ線路ダイプレクサ(伝送特性)

-60

-40

-20

0

0 2 4 6 8 10Frequency[GHz]

|S11

|,|S21

|,|S31

|[dB

]

S11S21S31


Port1Z0

Port2Z0

Port3Z0

Common port

Port for 2.4 GHz wireless systems

Port for UWB system

Wideband BPF

LPF

Matching circuits

LM

CM

ZLPF2

ZBPF2

5

Port1

Port2

GND Conductors

0.37

Unit : mm

BPF

Port3

3.5

Matching inductorLPF

Matching capacitor

積層型ダイプレクサ

19


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Freq.(GHz)

Att

.(dB

)

S21

S31

S23

積層型ダイプレクサの伝送特性

20

The University of Electro-Communications Wada Laboratory21分岐線路型分岐回路無装荷型（導出後）

s21s31

s11s22s33s21s31

s11s22s33

- 100

-80

-60

-40

-20

0

| S i

j|(d

B)

- 100

-80

-60

-40

-20

0

| S i

j|(d

B)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Frequency(GHz)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Frequency(GHz)

0

12Lf 21Lf 11Hf 22Hf12Lf 21Lf 11Hf 22Hf

01f 02f

s21s31

s11s22s33s21s31

s11s22s33

- 100

-80

-60

-40

-20

0

| S i

j|(d

B)

- 100

-80

-60

-40

-20

0

| S i

j|(d

B)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Frequency(GHz)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Frequency(GHz)

0

12Lf 21Lf 11Hf 22Hf12Lf 21Lf 11Hf 22Hf

01f 02f

111l 121l 122l

212l 222l211l 221l

1inC 1gC 1 outC

112l

2inC2gC 2 outC

11Z 11β12Z 12β

21Z 21β 22Z 22β

2Port

3Port

.ANT)1(Port

Tx-BPF

Rx-BPF

Resonator11 Resonator12


)(G

)(G

)(G111l 121l 122l

212l 222l211l 221l

1inC 1gC 1 outC

112l

2inC2gC 2 outC

11Z 11β12Z 12β

21Z 21β 22Z 22β

2Port

3Port

.ANT)1(Port

Tx-BPF

Rx-BPF



2l

2Z 2β

1l

1Z 1β )(G

)(G

)(G

従来技術本特許

分波回路の設計方法（本特許）


分波回路の実現例（本特許）

トリプレクサダイプレクサ

発明の名称：分波回路及びその設計方法

出願番号：特願2005-257186


2.4,5.2GHz帯デュアルバンドBPF

23試作基板

電磁界解析における回路パターン

Port1 Port2

90mm

40mm基板加工機：MITS社FP-21ベクトルネットワークアナライザ：

ROHDE&SCHWARZ社ZVB20


11.8

1.0 11.8 4.81.4

4.42.0

4.4

23.1

11.6

1.6

1.4

1.6

1.60.6

11.0

0.4

11.8 11.8

4.42.0

4.41.4

4.8 11.8

23.1

11.6

1.6

11.8

1.0

1.4

Unit:mm

Inverter1 Inverter2 Inverter3

Via:0.8φ

Via:0.8φ

Via:0.8φ

5.0 5.0

Feed LineFeed Line

Port1 Port2


2.4,5.2GHz帯デュアルバンドBPFの伝送特性

24

-80

-60

-40

-20

0

0 2 4 6 8

|S21|(EM)|S11|(EM)

|S21|(Measured)|S11|(Measured)

Frequency[GHz]

|S11

|, |S 2

1| [d

B]

f01 f02


広帯域デュアルバンドBPF

25

3.5

0.8

16.8

3.58.0

3.5

8.0

0.8

16.8

3.5

3.5

8.0

0.8

16.8

3.5

3.5

8.0

6.08.0

6.06.0

1.8

6.08.0

6.06.0

1.8

6.08.0

6.06.0

1.8

6.08.0

6.0

3.5

Via:0.6φ


Inverter1 Inverter2 Inverter3 Inverter4

Resonator3 Unit:mm

Via:0.6φ

Via:0.6φ Via:0.6φ

Via:0.6φ Via:0.6φ

5.0 5.0

Feed LineFeed Line

Port1 Port2

電磁界解析における回路パターン

試作基板

電磁界シミュレータ：Ansoft Designer Ver.3.5

基板加工機：MITS社FP-21ベクトルネットワークアナライザ：

ROHDE&SCHWARZ社ZVB20

80mm

40mm

Port1 Port2


広帯域デュアルバンドBPFの伝送特性

26

-80

-60

-40

-20

0


|S11

|, |S 2

1| [d

B]

f01 f02

|S21|(EM)|S11|(EM)

|S21|(Measured)|S11|(Measured)


Unit : mm21.5

10.7

5

511.5

1.4

5 5

5.70.1

1.4

1.4

0.7

0.2

0.3

0.7

0.05

0.2

Port1

Port2

Port3

広帯域バラン（マーチャントバラン）


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0


Loss

[dB

]

|S11|,Simulated|Sdd21|,Simulated

|S11|, Measured|Sdd21|,Measured

マーチャントバランの伝送特性


21.5 Unit : mm

19.3

5

5

11.5

1.4

5 5

5.70.1

1.4

1.4

0.53.5

3.50.5

0.7

0.2

0.3

0.7

0.05

0.2

0.050.05

0.5

0.5

0.20.2

0.2

Port1

Port2

Port3

UVK105CHOR4(0.4pF)

整合補償回路付き広帯域バラン


-60

-50

-40

-30

-20

-10

0


Loss

[dB

]

|S11|,Simulated|Sdd21|,Simulated

|S11|, Measured|Sdd21|,Measured

整合補償回路付き広帯域バランの伝送特性


Port 15

1.4 1.4

5

0.3

23.1

44.1

0.1

0.3

23.1

1010

42.4

0.3

82.3

Port 2 Port 3 Port 4

7.3

4.9

1033

.9

0.3

14.6

2.3

1.1

27.8

22.523.123.1

0.3

1010

0.1

51.4 1.4

5

0.323

.10.3

23.1

189.4

Unit: mm-150

-120

-90

-60

-30

0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

|S dd1

1|, |S

dd21

|, |S d

c21|,

|Scd

21|, |

S cc2

1|[dB

]|Sdd11||Sdd21||Sdc21||Scd21||Scc21|

Frequency[GHz]

Port 1

Port 2

Unit: mm

Port 351.4 1.4

5

0.3

23.1

44.1

50.

15 0.

6

23.1

28.8

15.7

2.7

2

1.4

32.1

14.3

1.3

13378

.8

0.3

23.1

23.1

2.71.3

1.8

23.1

5

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.00

60

120

180

240

300

360

Frequency[GHz]

|S 11|,

|S21

|, |S 3

1| [d

B]

Phas

e Bala

nce

[deg

ree]

|S11||S21||S31|Phase Balance

バランスフィルタとその伝送特性

（１）不平衡・平衡フィルタ

（２）平衡・平衡フィルタ


●想定される業界・ユーザー

通信メーカーの部品

●企業への期待（１）積層フィルタ、基板フィルタを開発中の企業、

通信回路分野を考えている企業には、本発表の技術の導入が有効と思われる。

（２）ＬＴＣＣ、基板製作技術を持つ企業と共同、協力研究を希望します。


発明の名称：分波回路及びその設計方法

出願番号：特願2005-257186

発明者：和田光司

出願人：国立大学法人電気通信大学

本技術に関する知的財産権


お問い合わせ先

電気通信大学共同研究センター産学連携コーディネーター比企春夫TEL:042-443-5780FAX:042-443-5108

電気通信大学電子工学科准教授和田光司TEL:042-443-5212FAX:042-443-5212

㈱キャンパスクリエイト（電気通信大学TLO）TEL:042-490-5734FAX:042-490-5727

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