携帯電話20年の歴史は - 龍谷大学理工学部電子情報学科

龍谷大学 理工学部 石崎研究室
研究分野紹介：マイクロ波通信デバイスの研究開発
(1)携帯電話に使われているデバイス
アンテナ
Antenna
Power
送信フィルタ
アップコンバータ
パワーアンプ
Filter Up-Converter
Amplifier TX-RF
米粒より小さい
フィルタ
発振器
VCO/Synthesizer
Antenna
Duplexer
アンテナ共用器
(Filter or Switch)
信号処理
Baseband
装置
Processor
世界中の携帯で
使われている
スイッチ共用器
TCXO
Low
Noise 受信フィルタ
RX-RF Filter Mixer
低雑音
ミキサ
Amplifier
IF Filter
LTCC（低温焼成セラミック）技術
アンプ
携帯電話のブロック図
携帯電話の中身
PIN Diode
PINダイオード
Built-in Filter
内蔵フィルタ
LTCCデバイスの
内部写真
高集積化が実現
Cross sectional view されている
携帯電話20年の歴史は、小さく、軽く、薄く
そして低価格で高機能をひたすら求めた
Built-in Capacitor
内蔵コンデンサ
Built-in
Inductor
内蔵コイル
(2)携帯電話基地局装置
GaN高効率パワーアンプ
基地局でも小型化、
省電力化が重要
GaNトランジスタ
共用器内部で使われている
誘電体共振器
大きなラックタイプから
ランドセルサイズへ
作業者1名で据付け工事可能
FOMA基地局用アンテナ共用器
高効率F級パワーアンプの 1.5GHz送信コンバイナ
パターン図
S21, S11 [dB]
F級高効率化の原理
電力損失
基地局はゾーンごとに
配置されている
電圧波形と電流波形の
重なりを無くすように
波形成形する
-10
-20
S21
S11
-30
2.25
2.35
2.45
2.55
2.65
Frequency [GHz]
内部写真
周波数特性
2.4GHzコムラインフィルタ
携帯基地局アンテナと装置
(3)次世代ミリ波通信
0
制御局
情報エネルギー伝送
通信機能付固定センサー
(4)メタマテリアル・人工誘電体技術
1.6mm
2.5mm
通信機能付可動センサー
CRLH線路
ミリ波無線情報エネルギー
伝送システム
26GHz FWA無線装置
光ケーブルのラスト1kmを
無線で伝送
23GHz 2重モード
楕円関数フィルタ
周波数が低くなるほど波長が
短くなるという、自然界の常識
とは全く異なる性質を示す。
また、波のエネルギーが進む
方向と位相が進む方向が反対
左手系メタマテリアルを
利用した超小型フィルタ
分子の分極
(a) 天然の誘電体
24GHz アンプ
金属短冊の分極
(b) 人工誘電体
人工誘電体の原理
(5)無線電力伝送技術
受電共振器
送電共振器
負荷へ
移動型無線電力伝送システム
走行中の電気自動車に充電
無線電源
から
共振型無線電力伝送システム
送電共振器
フリーアクセス無線電力
伝送システム
部屋の中の携帯電話やノートPCを
常時充電⇒電源ケーブルが不要
３次元フリーアクセス無線電力
伝送システムの実験
おもちゃの電車を用いた実証実験