2024-05-24 アメリカ合衆国・ペンシルベニア大学
・ ペンシルベニア大学が、電磁スペクトルの高周波帯域での信号干渉を防止して、次世代のワイヤレス通信の実現を導くチューナブルフィルターを開発。
・ 無線通信に適する電波は、電磁スペクトル全体の 1%の 10 億分の 1 にも満たず、この僅かな帯域を米国連邦通信委委員会(FCC)が管理している。FCC は先般、約 7GHz～24GHz の周波数を含む 3 周波数範囲(FR3) 帯域の商業利用を可能にしている。
・ 無線通信では、主に 600MHｚ～6GHz 低周波数帯域（（5G、4Ｇ、3G）を利用している。無線デバイスでは周波数毎に異なるフィルターを使用しており、全周波数や帯域を網羅するために多数のフィルターを使用することから広いスペースの確保が必要。一般的なスマートフォンには、異なる帯域からの信号間の干渉防止のために 100 個ものフィルターが搭載されている。
・ FR3 帯域は第 6 世代移動通信システム(6G)で利用される予定だが、その帯域での小型フィルターや低損失スイッチの性能が制限されている。新チューナブルフィルターは多数のフィルターの使用を不要にし、これらの帯域の信号の調整を可能にする。
・ 新フィルターの調整機能は、1950 年代に発見されたイットリウム、鉄、ガーネット(YIG)の複合酸化物によるもの。YIG の生成する磁気スピン波の周波数が磁場にさらされて変化し、非常に広い周波数帯域での連続的な周波数調整を実現する。FR3 帯域の.4GHz～11.1 GHz までの任意の周波数に調整可能で、FR3帯域の大部分を網羅する。
・ さらに、静電力ゼロと磁気バイアス回路設計により、非常に少ない電力で稼働するため、サイズが旧世代の YIG フィルターの 1/10 となり、将来の携帯電話での利用が期待できる。
・ 高周波帯域の利用で生じる問題の 1 つは、周波数の多くがすでに衛星に使用されていること。多くの低帯域を使い切っている米軍は、高周波帯域に収まるレーダー周波数や衛星通信を保持する意向。
・ 高周波数帯域では商業利用のための専用帯域が常に確保されているとは限らないため、異なる周波数を選択的にフィルタリングする新フィルターの調整機能は非常に重要となる。
・ 本研究は、米国国防高等研究計画局(DARPA)が支援した。
URL: https://blog.seas.upenn.edu/to-6g-and-beyond-penn-engineers-unlock-the-next-generation-of-wireless-communications/
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト）
Frequency tunable magnetostatic wave filters with zero static power magnetic biasing circuitry
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-024-47822-3
Abstract
A single tunable filter simplifies complexity, reduces insertion loss, and minimizes size compared to frequency switchable filter banks commonly used for radio frequency (RF) band selection. Magnetostatic wave (MSW) filters stand out for their wide, continuous frequency tuning and high-quality factor. However, MSW filters employing electromagnets for tuning consume excessive power and space, unsuitable for consumer wireless applications. Here, we demonstrate miniature and high selectivity MSW tunable filters with zero static power consumption, occupying less than 2 cc. The center frequency is continuously tunable from 3.4 GHz to 11.1 GHz via current pulses of sub-millisecond duration applied to a small and nonvolatile magnetic bias assembly. This assembly is limited in the area over which it can achieve a large and uniform magnetic field, necessitating filters realized from small resonant cavities micromachined in thin films of Yttrium Iron Garnet. Filter insertion loss of 3.2 dB to 5.1 dB and out-of-band third order input intercept point greater than 41 dBm are achieved. The filter’s broad frequency range, compact size, low insertion loss, high out-of-band linearity, and zero static power consumption are essential for protecting RF transceivers from interference, thus facilitating their use in mobile applications like IoT and 6 G networks.
