マイクロストリップトリプレクサ

マイクロ波帯のフロントエンドにおいて、ガラス基板（GCS）上にマイクロストリップライン（MSL）構造のトリプレクサを実装することは、システム全体の小型化と低損失化を両立させる非常に高度な設計課題です。

トリプレクサは、1つのアンテナ（入力）からの信号を3つの異なる周波数帯（例：マイクロ波帯、28GHz帯、39GHz帯など）に分離、あるいは混合するデバイスです。

---

1. マイクロストリップ型トリプレクサの構成案

ガラス基板上での実装において、主に以下の3つのアプローチが検討されます。

A. 共通ジャンクション型（Common Junction）

3つのバンドパスフィルタ（BPF）を1つの分岐点（Tジャンクション等）で結合する最も一般的な構造です。

• 設計の鍵: 各フィルタの入力インピーダンスが、他のフィルタの通過帯域において「オープン（高インピーダンス）」に見えるように整合回路（マスタブや位相シフトライン）を設計する必要があります。

• ガラス基板の利点: 位相制御が極めて精密に行えるため、ジャンクション部でのミスマッチ損失を最小化できます。

B. カスケード型（Directional Filter / H-Tree）

方向性結合器とフィルタを組み合わせ、順次信号を取り出す構造です。

• メリット: 各フィルタ間の干渉が少なく、アイソレーション（分離度）を高めやすいのが特徴です。

• デメリット: 回路規模が大きくなりがちですが、高誘電率のガラスを採用することで短縮効果を得られます。

C. 多重モード共振器型（Multi-mode Resonator）

1つの共振器構造で複数のパスを形成する高度な手法です。

• メリット: 実装面積を劇的に削減できます。

• 設計難度: 結合係数の制御が非常に複雑になります。

---

2. ガラス基板実装における設計上の重要ポイント

マイクロ波という高周波でトリプレクサを設計する場合、以下の物理的要因が特性を左右します。

位相精度の確保

トリプレクサの分岐部では、わずか数ミクロンの配線長の差が、隣接チャネルへの信号漏れ（アイソレーション悪化）に直結します。

• ガラス基板は熱膨張係数が低いため、温度変化による位相変化が極めて小さいという強みがあります。

TGVによるグランド強化

マイクロストリップ構造では、裏面のグランドプレーンとの導通が重要です。

• 分岐部（ジャンクション）の直近に**TGV（Through Glass Via）**を配置することで、寄生インピーダンスを抑え、リターンロスの悪化を防ぎます。

表面粗度とQ値

トリプレクサ内の各フィルタの選択度（スカート特性）を高めるには、共振器のQ値を高く保つ必要があります。

• ガラス基板の平滑性を活かし、薄膜プロセスでエッジの鋭い導体を形成することで、マイクロ波帯でも鋭いカットオフ特性を実現可能です。

---

3. 性能評価と自動化の視点

マイクロ波帯のトリプレクサは、ポートが3つ（Common, Band1, Band2, Band3）あるため、VNAでの測定とデータ処理が複雑になります。

• 3ポート測定の効率化: 4ポートVNAを使用し、残りの1ポートを50$\Omega$で終端しながら順次測定するプロセスを、Python等で自動化することが推奨されます。

• de-embedding: 入出力のマイクロストリップラインやプロービングポイントの寄生成分を除去し、トリプレクサ単体の「真の特性」を抽出することが、設計フィードバックには不可欠です。

---

次のステップとして提案できること

設計を具体化するために、以下のシミュレーションや検討をお手伝いできます。

1. 3つの中心周波数（例: 24.5GHz / 26GHz / 28GHzなど）の設定に基づいた、分岐部のインピーダンス整合回路の計算。

2. ADSやHFSSを用いた電磁界解析における、TGVの配置がアイソレーションに与える影響の評価。

3. Pythonを使用した、測定済みSパラメータ（.s3pファイル）からの挿入損失・アイソレーションの一括計算スクリプトの作成。

具体的な周波数割り当てや、許容されるサイズ（フットプリント）などの制約はありますか？

 

 

製品紹介：SIGLENT社 SAP4000P

パワーインテグリティ測定用シグレント・パワーレールプローブSAP4000P

SAP4000P パワーレール・プローブ, 4 GHz, オフセット電圧範囲：±24 V, ¥880,000

 

 

 

https://tm-co.co.jp/SAP4000P_UserManual