初めてのBeyond5G開発 28GHz通信実験の始め方


BPFからパッチ・アンテナまで!お手軽キットの研究

[受講無料]広帯域ソフトウェア無線&フェーズドアレイANT開発 要点100(2025年2月28日~3月7日)

(1)パッチ・アンテナ mz-mmant1(2)28GHz BPF mz-mmBPF1(3)800M~6GHz 広帯域90°ハイブリッドmz-Qhybrid

図1 28GHz通信の実験を手軽に始められる3種類のキット(1)パッチ・アンテナ mz-mmant1(2)28GHz BPF mz-mmBPF1(3)800M~6GHz 広帯域90°ハイブリッドmz-Qhybridを紹介.画像クリックで動画を見る.または記事を読む.[提供・著]加藤 隆志(ラジアン)
詳細[KIT]ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ

28GHz帯BPF mmBPF

28GHz帯の通信では,不要な周波数成分を除去し,信号の純度を高めるためにバンド・パス・フィルタ(BPF)が重要です.MMCB2528G5T-0001A3(TDK)は,27.5G~29.5GHzに特化した多層型BPFで,挿入損失は約2dB,遮断域での減衰量は約30dBと優れた性能をもっています.

BPFの取り付けと設計のポイント

BPFを使用する際には,コネクタ・ロスを最小限に抑える工夫が必要です.例えば,ケースへの取り付け時にコネクタを省略し,基板上に直接配置することで,不要な損失を減らすことができます.PCB(プリント回路基板)の設計では,伝送路を特性インピーダンス50$\Omega$に適合させるためのライン幅設計が重要です.

1.周波数特性と挿入損失

BPFのもっとも重要な特性の1つは周波数特性です.目標とする周波数帯域(例えば27.5~29.5GHz)での挿入損失が小さいほど信号劣化が少なくなります.MMCB2528G5T-0001A3のような製品は,この範囲で0.88~2.0dBの損失を実現しており,高品質の通信が可能です.

2.遮断域の減衰量とVSWR

遮断域での減衰量が高いほど,不要な信号の混入を防ぐことができます.このBPFでは遮断域で20~33dBの減衰が実現されており,混信防止に役立ちます.VSWR(電圧定在波比)が1.4~1.92と優れているため,マッチングも良好です.

3.実装上の注意点

BPFを実際に使用する際には,基板設計での適切なアース配置が重要です.評価ボードの設計を参考に,スルーホールを利用して層間アースを確実に接続することで,安定した動作が得られます.〈著:ZEPマガジン〉

パッチ・アンテナmmcon2

Beyond5Gに対応した28GHz帯域の通信では,パッチ・アンテナが実験に適した選択肢です.ゲイン5dBのパッチ・アンテナz-mmant2は,小型でありながら効率的な電波送受信を可能にします.SMPMコネクタを採用しており,ミリ波領域の実験用途において簡便性を高めています.

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著者紹介

  • 1990年 無線通信機器メーカで設計開発.その後,計測器メーカでRF測定機器,半導体試験装置の設計開発
  • 2017年 フリーランスエンジニアとして独立,無線通信機器やSDR機器の受託開発
  • 2019年 株式会社ラジアンとして法人化,現在に至る

著書

  1. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生[Vol.1 分散型マルチビーム無線機のハードウェア],ZEPエンジニアリング.
  2. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生[Vol.2 1エレメント1モジュール独立分散型の理由],ZEPエンジニアリング.
  3. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生[Vol.3 ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験],ZEPエンジニアリング.
  4. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生[Vol.4 非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張],ZEPエンジニアリング.
  5. [Webinar/KIT/data]Arm M4/M7/DSP×500MHz!STM32H7ハイスペック計測通信Module開発,ZEPエンジニアリング.
  6. 高感度受信!ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計,ZEPエンジニアリング.
  7. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで!GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機,ZEPエンジニアリング.
  8. 自宅で設計・開発!USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生,ZEPエンジニアリング.
  9. 高精度基準搭載&1GSPS広帯域!
  10. プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生,ZEPエンジニアリング.
  11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1],ZEPエンジニアリング.
  12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.2],ZEPエンジニアリング.
  13. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.3],ZEPエンジニアリング.
  14. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.4],ZEPエンジニアリング.
  15. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.5],ZEPエンジニアリング.
  16. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.6],ZEPエンジニアリング.
  17. ,ZEPエンジニアリング.
  18. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.8],ZEPエンジニアリング.
  19. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.9],ZEPエンジニアリング.
  20. GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機,ZEPエンジニアリング.
  21. [KIT]ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】(mz-mmcon1後継機),ZEPエンジニアリング.
  22. [KIT]ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】(生産終了,後継機 z-mmcon2),ZEPエンジニアリング.
  23. [KIT]実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】,ZEPエンジニアリング.
  24. [KIT]実験用800M~6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】,ZEPエンジニアリング.
  25. [KIT]実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】,ZEPエンジニアリング.
  26. [VOD/KIT]GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】,ZEPエンジニアリング.

参考文献

  1. [VOD]MATLAB/Simulink×FPGAで作るUSBスペクトラム・アナライザ,ZEPエンジニアリング.
  2. [VOD/KIT]3GHzネットアナ付き!RF回路シミュレーション&設計・測定入門,ZEPエンジニアリング.
  3. [VOD/KIT]3GHzネットアナ付き!初めてのIoT向け基板アンテナ設計,ZEPエンジニアリング.
  4. [VOD/KIT]初めてのソフトウェア無線&信号処理プログラミング 基礎編/応用編,ZEPエンジニアリング.
  5. [VOD]Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】+【磁場編】,ZEPエンジニアリング.