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Beyond5G開発を手軽に！ミリ波実験キットmmConシリーズ


RF 24G～44GHz ⇔ IF 1G～6GHzの上下変換を可能に

Beyond5G実験キット mmConシリーズ誕生

図1　mmConシリーズは手軽に27G～43GHzの送受信実験を可能にする周波数アップダウン・コンバータ実験キット，1000万円を超えるミリ波帯の高価な測定器を使わずに，通信の実験を可能にしてくれる．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（株式会社ラジアン）
詳細：［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ

ミリ波実験キット「mmConシリーズ」とは？

Beyond5Gや6G通信において重要な役割を果たすミリ波帯域．mmConシリーズは，手軽に27G～43GHzの送受信実験を可能にする実験キットです．アップコンバータとダウンコンバータを内蔵し，狭帯域のI/Q信号源や復調回路を備えます．基板材料には高周波特性に優れたRogers 4350Bを採用しています．

mmConシリーズの設計と基板構造

mmConシリーズの基板には，ミリ波伝送路としてコプレーナ構造が採用されています．

この構造は，基板表面の導体間に電磁界を集中させ，ターン電流を効率的に流すための工夫が施されています．共振を防ぐために0.4mm間隔で配置されたビアが重要な役割を果たします．基板構造は4層で，表層だけがRogers 4350Bを使用し，ほかの層はFR-4素材で構成されています．この設計により，高周波特性を維持しながら，製造コストを抑える工夫がなされています．

ミリ波伝送路における共振防止技術

ミリ波帯域では，共振現象が信号の品質を大きく劣化させる可能性があります．高周波では波長が短いため，基板設計での微小な寸法誤差や材質の不均一性が重大な問題を引き起こします．mmConシリーズでは，この課題を解決するために，以下の設計が採用されています．

1．コプレーナ構造の採用

ミリ波伝送路としてのコプレーナ構造は，ホットラインとグラウンド間の電磁界を効率的に集中させ，不要な放射や損失を抑制します．この設計により，リターン電流を内層ではなく表層のグラウンドに流すことで，高周波特性を向上させています．

2．ビアの高密度配置

基板表面に0.4mm間隔でビアを配置し，グラウンドプレーンの共振を防止しています．このビア配置により，$\lambda$/2共振が抑制され，42GHz帯域においても安定した信号伝送が実現されています．

3．高周波材料の選定

表層にはRogers 4350Bを採用し，優れた高周波特性と低損失性を実現しています．この材料選定により，基板全体の性能を最適化しています．

Beyond5Gでの応用

mmConシリーズは，単体での送受信機能をもつだけでなく，外部信号源やループバック試験により多様な用途に対応可能です．この柔軟性により，アンテナ特性の評価や基板設計の検証など，Beyond5Gに関連する広範な研究開発に寄与することが期待されています．

周波数特性の平坦性や特定周波数でのディップ抑制といった設計方針は，次世代通信技術の基盤構築において重要な要素です．mmConシリーズを用いることで，研究者や技術者は手軽にミリ波帯域の実験を行い，高度な知見を得ることができるでしょう．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

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．