フィルタデザイン｜シラバス情報

科目授業名称（和文）　Name of the subject/class (in Japanese)

フィルタデザイン

科目授業名称（英文）　Name of the subject/class (in English)

Filter Design

授業コード　Class code

9943280

科目番号　Course number

43ICINP302

教員名

丸田　一輝

Instructor

Kazuki Maruta

開講年度学期

2025年度後期

Year

2025年度

Semester

②Second semester

曜日時限

水曜2限

Class hours

Wednesday 2nd period

開講学科・専攻　Department

工学部　電気工学科

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering

単位数　Course credit

2.0単位

授業の方法　Teaching method

講義

Lecture

外国語のみの科目（使用言語）　Course in only foreign languages (languages)

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授業の主な実施形態　Main class format

② [対面]ハイフレックス型授業/ [On-site] Hybrid-Flexible format (must include 50%-or-more classes held on-site)

概要　Description

多様な電子機器の著しい進展を支える要素技術の一つがフィルタである。本科目では、通信、放送、計測などのあらゆる電子機器において、所望信号の抽出や雑音・干渉の抑圧などに広く利用されているアナログフィルタおよびディジタルフィルタについて、その理論と設計の基礎を学ぶ。

目的　Objectives

情報通信を初めとしたハイテク電子機器の研究開発に携る研究者・技術者にとって、フィルタ技術は必須の基礎知識である。本科目では、その基礎理論を修得すると共に、設計手法の基礎を修得して実践的な応用力を涵養することを目的とする。

到達目標　Outcomes

伝送回路としてフィルタを捉え、複素周波数領域における伝達関数の導出とその性質、周波数領域と時間領域の特性を説明できる。
バタワース形、チェビシェフ形およびベッセル形の各低域原形フィルタの基礎理論と特性を説明出来る。さらに、周波数変換手法を用いて、低域原形フィルタから任意の低域、高域、帯域および帯域阻止フィルタを設計出来る。
周波数変換およびインピーダンス変換により、任意の低域、高域、帯域および帯域阻止フィルタを設計出来る。
演算増幅器を用いてアクティブフィルタを設計出来る。
ディジタル信号処理の基本事項を理解している。
離散時間信号をz領域で表現し、伝達関数と周波数特性の関係を説明出来る。
各種変換法を用いて、アナログフィルタを原形としたディジタルフィルタを設計出来る。

卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/

履修上の注意　Course notes prerequisites

電気回路1および2、電子回路1および2を履修しておくことが望ましい。

アクティブ・ラーニング科目　Teaching type（Active Learning）

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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準備学習・復習　Preparation and review

授業計画に沿って準備学習を行い、週毎に授業内容の復習を行うこと。

成績評価方法　Performance grading policy

講義中の演習とその演習結果のレポート提出（60%），到達度評価試験（40%）により評価する。

学修成果の評価　Evaluation of academic achievement

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

教科書　Textbooks/Readings

教科書の使用有無（有=Y , 無=N）　Textbook used(Y for yes, N for no)

N

書誌情報　Bibliographic information

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MyKiTSのURL（教科書販売サイト）　URL for MyKiTS(textbook sales site)

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

参考書・その他資料　Reference and other materials

特に教科書は指定しませんが、下記の書籍を適宜ご参考ください。
・フィルタの解析と設計，宮内一洋著，コロナ社，978-4-339-00673-5
・ディジタル信号処理　- 基礎から応用 -，半谷精一郎，コロナ社，978-4-339-00717-6

授業計画　Class plan

この授業では全授業回数のうち、半数以上の授業回を対面で受講することが求められます。
ただし、この趣旨としては、残りの半数の授業回を出席しなくてよいことを意図するものではありません。

1. ガイダンス・レクチャー（1）
　講義の実施方法・内容のガイダンスを行う。その後、レクチャーを通じて、アナログフィルタとディジタルフィルタの概要と基礎、フィルタの諸特性について理解できる。

2. 基礎概念のレクチャー（2）
　レクチャーを通じて、アナログフィルタの入出力関係、複素周波数領域による伝達関数の表現、代表的なフィルタ特性について理解できる。

3. 実習1　伝送回路の基礎
　RC回路によるLPFについて、複素周波数領域による伝達関数の表現と極・零、周波数特性が理解できる。

4. 実習2　代表的なフィルタ（1）
　バタワース型フィルタの係数の算出法と最大偏端特性、フィルタの諸特性が理解できる。

5. 実習3　代表的なフィルタ（2）
　チェビシェフ型フィルタの係数の算出法と最大偏端特性、フィルタの諸特性が理解できる。

6. 実習4　代表的なフィルタ（3）
　ベッセル型フィルタの係数の算出法と最大偏端特性、フィルタの諸特性が理解できる。

7. 実習5　低域原形フィルタを用いたフィルタ設計
　周波数変換、波形応答特性が理解できる。

8. 実習6　伝達関数と伝送回路
　はしご形ＬＣフィルタ特性、周波数及びインピーダンス変換が理解できる。

9. 実習7　アクティブフィルタ
　演算増幅器の基礎、アクティブフィルタ回路の特性と設計法、スケーリングが理解できる。

10. 実習8　ディジタル信号処理の基礎
　A/D変換、D/A変換、標本化定理、量子化誤差、ならびに加算器、乗算器、単位遅延素子によるディジタルフィルタの伝達関数の表現方法が理解できる。

11. 実習9　ディジタルフィルタ
　FIR型・IIR型ディジタルフィルタの伝達関数の表し方と極・零、周波数特性が理解できる。

12. 実習10　アナログフィルタからディジタルフィルタへの変換（1）
　ｓ領域の極・零をz領域に写像する変換方法が理解できる。

13. 実習11　アナログフィルタからディジタルフィルタへの変換（2）
　インパルス不変変換と直接設計法が理解できる。

14. 例題演習
　フィルタに関する問題を解くことで、実習を通じて得た知識を定着させることができる。

15. 到達度評価試験

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1. Introduction to Filter Design

　Guidance on the method and content of the lecture will be given. The lectures are followed by an overview and fundamentals of analogue and digital filters, and an understanding of the various properties of filters.

2. Basic Concepts in Filter Design

　This lecture covers the input/output relationship of analogue filters, the expression of transfer functions in the complex frequency domain, and typical filter characteristics.

3. Practice 1: Fundamentals of transmission circuits

　Explore the expression of the transfer function in the complex frequency domain, including poles, zeros, and the frequency characteristics of low-pass filters (LPFs) using RC circuits.

4. Exercise 2: Typical filters (1)

　Understand how to calculate the coefficients of a Butterworth-type filter, the maximum flatness characteristic and various filter characteristics.

5. Exercise 3: Typical filters (2)

　Understand how to calculate the coefficients of a Chebyshev-type filter, its maximum flatness property and various filter characteristics.

6. Exercise 4: Typical filters (3)

　Understand how to calculate the coefficients of a Bessel-type filter, its maximum flatness property and various filter characteristics.

7. Exercise 5: Filter design using low-pass original filters

　Understand frequency conversion and waveform response characteristics.

8. Exercise 6: Transfer function and transmission circuit

　Understand ladder type LC filter characteristics, frequency and impedance conversion.

9. Exercise 7: Active filters

　Understand the fundamentals of operational amplifiers, characteristics and design methods of active filter circuits and scaling.

10. Exercise 8: Fundamentals of digital signal processing

　Understand A/D conversion, D/A conversion, sampling theorem, quantisation error, and how to express transfer functions of digital filters using adders, multipliers and unit delay elements.

11. Exercise 9 digital filters (1)

　Understand how to express transfer functions of FIR- and IIR-type digital filters, poles, zeros and frequency characteristics.

12. Exercise 10: Conversion from analog to digital filter (1)

　Understand the transformation method for mapping poles and zeros in the s-domain to the z-domain.

13. Exercise 11: Conversion from analog to digital filter (2)

　Understand impulse invariant transformations and direct design methods.

14. Problem solving by example

　By solving problems related to filters, students will reinforce their understanding of filter design.

15. Assessment and Evaluation

　Students will be evaluated through a test or final report based on the knowledge acquired in the course.

担当教員の実務経験とそれを活かした教育内容　Work experience of the instructor

民間企業での研究開発における勤務経験を活かし、フィルタの実際の通信工学における実例を示しながら講義を行う。

Drawing on experience in research and development in the industry, lectures will be conducted with real-world examples of filters in practical communication engineering.

教育用ソフトウェア　Educational software

MATLAB/Simulink

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備考　Remarks

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授業でのBYOD PCの利用有無　Whether or not students may use BYOD PCs in class

Y

授業での仮想PCの利用有無　Whether or not students may use a virtual PC in class

N