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PCBを用いたRFマイクロ波回路の基礎
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設計技術シリーズ

PCBを用いたRFマイクロ波回路の基礎

著者： 伊藤康之氏（湘南工科大学）
定価： 3,410円（本体3,100円＋税）
判型： A5
ページ数： 259 ページ
ISBN： 978-4-904774-12-0
発売日： 2013/10/26
管理No： 11
- 書籍紹介 -
確かな設計技術を事例紹介により解説。プリント基板を用いて、RFマイクロ波回路をいかにやさしく、簡単に、早く、設計・試作・評価ができるか。実際の通信機器に用いられている代表的な回路を例にとりながら解説しています。
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【著者紹介】

伊藤康之（いとう　やすし）
昭和56年　早稲田大学大学院理工学研究科修士課程了。
昭和56年　東京計器入社。超広帯域低雑音増幅器の研究に従事。
平成2年　 三菱電機入社。マイクロ波及びミリ波帯モノリシック集積回路、電力増幅器、SSPAの研究に従事。
平成12年　電気通信大学客員教授。
平成15年　湘南工科大学教授。
工学博士。IEEEシニア会員。
平成12年度本学エレクトロニクスソサエティ賞。
著書「MMIC技術の基礎と応用」（リアライズ社）等。

【目次】

I.　PCBを用いたRFマイクロ波回路

  1. I-1.　PCB
    1. 1.　構造
    2. 2.　基板
    3. 3.　配線
    4. 4.　実装
  2. I-2.　受動素子
    1. 1.　分布定数素子および集中定数素子の種類
    2. 2.　分布定数素子の取り扱い
      1. 2-1.　伝送線路としての取り扱い
      2. 2-2.　マイクロストリップ線路の特性インピーダンスと実効誘電率
      3. 2-3.　導体損失、誘電体損失および表皮効果
    3. 3.　集中定数素子の取り扱い
      1. 3-1.　S パラメータ
      2. 3-2.　チップ抵抗の等価回路
      3. 3-4.　チップインダクタの等価回路
      4. 3-4.　チップキャパシタの等価回路
  3. I-3.　能動素子
    1. 1.　トランジスタ
      1. 1-1.　SiGe HBT
      2. 1-2.　H パラメータの定義とトランジスタの特性の表現
      3. 1-3.　SPICE モデル
    2. 2.　バラクタダイオード
      1. 2-1.　Siバラクタダイオード
      2. 2-2.　Abrupt, Hyperabruptバラクタダイオード
      3. 2-3.　SPICE モデル
  4. I-4.　RFコネクタ
    1. 1.　RFコネクタの種類
    2. 2.　基板用RFコネクタ
  5. 参考文献

II.　集中定数素子を用いた回路設計

  1. II-1.　スミスチャート
    1. 1.　反射係数、インピーダンス、リターンロス、VSWR
    2. 2.　インピーダンスチャートとアドミタンスチャート
      1. 2-1.　インピーダンスチャート
      2. 2-2.　アドミタンスチャート
    3. 3.　インピーダンス、アドミタンスの読み方
      1. 3-1.　インピーダンスの読み方
      2. 3-2.　アドミタンスの読み方
  2. II-2.　インピーダンス変換および整合
    1. 1.　スミスチャートから回路素子値を読み取る方法（1素子の場合）
      1. 1-1.　直列接続された場合
      2. 1-2.　並列接続された場合
    2. 2.　スミスチャートから回路素子値を読み取る方法（2素子の場合）
    3. 3.　回路素子値を計算で求める方法（2素子の場合）
      1. 3-1.　領域 I
      2. 3-2.　領域 II
      3. 3-3.　領域 III
      4. 3-4.　領域 IV
  3. II-3.　共役整合
    1. 1.　共役整合条件
    2. 2.　整合を確かめる方法
    3. 3.　ミスマッチロス
  4. II-4.　回路損失と選択度 Q
    1. 1.　直列RLC共振回路
    2. 2.　並列RLC共振回路

III.　4端子回路パラメータおよびフィルタ回路への応用

  1. III-1.4端子回路パラメータ
    1. 1.　4端子回路パラメータの定義と接続
      1. 1-1.　Z パラメータと直列接続
      2. 1-2.　Y パラメータと並列接続
      3. 1-3.　F パラメータと縦続接続
    2. 2.　影像パラメータ
    3. 3.　T 形、π 形、L 形、逆L 形回路
    4. 4.　相互変換
      1. 4-1.　T 形回路とπ 形回路の変換
      2. 4-2.　裏返し、双対、反転変換
      3. 4-3.　4 端子回路パラメータ間の変換
  2. III-2.　フィルタ回路の影像インピーダンスおよびカットフ周波数
    1. 1.　低域通過形フィルタ（LPF）
      1. 1-1.　T 形回路
      2. 1-2.　π 形回路
      3. 1-3.　L 形および逆L 形回路
    2. 2.　高域通過形フィルタ（HPF）
      1. 2-1.　T 形回路
      2. 2-3.　π 形回路
      3. 2-3.　L 形および逆L 形回路

IV.　集中定数素子を用いた回路解析

  1. IV-1.　線形回路解析
    1. 1.　線形回路解析の種類
    2. 2.　Nodal解析とMesh解析
      1. 2-1.　Nodal 解析とMesh 解析
      2. 2-2.　マルチノードNodal 解析
    3. 3.　シグナルフローグラフ解析
      1. 3-1.　トランスデューサ電力利得
      2. 3-2.　有能電力利得
      3. 3-3.　最大発振周波数とカットオフ周波数
    4. 4.　雑音解析
      1. 4-1.　雑音の種類
      2. 4-2.　雑音特性の等価回路表示
  2. IV-2.　非線形回路解析
    1. 1.　時間軸解析
    2. 2.　周波数軸解析
    3. 3.　ハーモニックバンランス法
    4. 4.　AM-AMおよびAM-PM特性を用いた非線形回路解析
      1. 4-1.　基本原理
      2. 4-2.　入出力振幅・位相特性を用いた非線形回路解析の手法
  3. 参考文献

V.　トランジスタの評価パラメータおよび測定法

  1. V-1.　直流パラメータ
    1. 1.　バイポーラトランジスタの構造
    2. 2.　ガンメルプロット
    3. 3.　半導体パラメータアナライザおよびデバイスモデリングソフト
  2. V-2.　S パラメータ
    1. 1.　面実装品のS パラメータの測定法
    2. 2.ディエンベディング
    3. 3.　SOLT法
    4. 4.　TRL法
  3. V-3.　非線形パラメータ
    1. 1.　大信号S パラメータ
    2. 2.　非線形Gummel Poon Model
    3. 3.　ロードプル測定
      1. 3-1.　AM-AM 測定
      2. 3-2.　AM-PM 測定
      3. 3-3.　相互変調ひずみ測定
      4. 3-4.　アクティブロードプル測定
      5. 3-5.　アクティブハーモニックロードプル測定
    4. 4.　X パラメータ
      1. 4-1.　X パラメータの定義
      2. 4-2.　ノンリニアネットワークアナライザ
    5. 5.　Behavioral Modelingを用いた非線形回路解析
  4. V-4.　雑音パラメータ
    1. 1.　雑音パラメータ
    2. 2.　雑音測定
  5. 参考文献

VI.　CADを用いたレイアウト図面の作成

  1. VI-1.　基板の構成、使用する電子部品、配線レイアウトの注意点
    1. 1.　基板の構成
    2. 2.　使用する電子部品
      1. 2-1.　トランジスタ
      2. 2-2.　バラクタダイオード
      3. 2-3.　抵抗、インダクタ、コンデンサ
      4. 2-4.　コネクタ
    3. 3.　配線レイアウトの注意点
  2. VI-2.　多層レイアウト図面の作成
    1. 1.　多層レイアウトへの展開
    2. 2.　レイアウト作成用CAD
    3. 3.　各層のレイアウト図面
    4. 4.　レイアウト図面のファイル出力形式

VII.　PCBを用いたRFマイクロ波回路の実装方法

  1. VII-1.　組み立てに必要な道具や部品
    1. 1.　顕微鏡、拡大鏡
    2. 2.　半田ゴテ、コテ先、ハンダ、半田吸い取り線
    3. 3.　ピンセット、カッターナイフ
    4. 4.　ワイヤストリッパ、ラジペン、ニッパ
  2. VII-2.　実装方法
    1. 1.　実装図面の作成
    2. 2.　基板上で部品を配置
    3. 3.　コネクタの取っ手、中心導体の切断
    4. 4.　配線パターンに半田を塗布
    5. 5.　部品・バイアス線の半田付け
    6. 6.　コネクタの半田付け
    7. 7.　目視検査

VIII.　集中定数素子を用いた受動回路

  1. VIII-1.　電力分配・合成回路
    1. 1.　集中定数化ウィルキンソン電力分配・合成回路
    2. 2.　回路設計
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図および実装図
    5. 5.　外観写真
    6. 6.　測定結果
  2. VIII-2.　90度ハイブリッド
    1. 1.　集中定数化90度ハイブリッド
    2. 2.　回路設計
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図および実装図
    5. 5.　外観写真
    6. 6.　測定結果
  3. VIII-3.　180度ハイブリッド
    1. 1.　集中定数化180度ハイブリッド
    2. 2.　回路設計
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図および実装図
    5. 5.　外観写真
    6. 6.　測定結果
    7. 参考文献

IX.　集中定数素子を用いた能動回路

  1. IX-1.　増幅回路
    1. 1.　エミッタ接地トランジスタを用いたシングルエンド低雑音増幅回路
    2. 2.　雑音整合用回路素子の求め方
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図から測定結果まで
  2. IX-2.　発振回路
    1. 1.　コルピッツ発振回路
    2. 2.　回路設計
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図から測定結果まで
  3. IX-3.　制御回路
    1. 1.　反射型移相器
    2. 2.　回路設計
    3. 3.　回路シミュレーション
    4. 4.　レイアウト図から測定結果まで

【参考文献】

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  • 西澤博、矢野仁人、後藤典夫、大野泰夫：「表面準位を考慮したGaAs MESFETゲートラグのシミュレーション」、信学技報MW91-124
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  • 島田寛之：「最新の高周波シミュレータの手法とその特徴」、信学秋季大会 SC-1-3、1994.
  • Agilent B1500A 半導体デバイス・アナライザ Data Sheet
  • Agilent IC-CAPデバイス・モデリング・ソフトウェア 半導体デバイス・モデリング用高精度パラメータ抽出　Technical Overview
  • Agilent Technologies TRL*校正を使用したインフィクスチュア・マイクロストリップ・デバイス測定　プロダクトノート8720-2
  • Agilent ADS RF回路デザイン・クックブック Vol. 1
  • Agilent Technologies ネットワーク解析ソリューション　ベクトル・ネットワークアナライザを使用したインフィクスチュア測定Application Note 1287-9
  • R. Soares, GaAs MESFET Circuit Design, Artech House 1988.
  • 新原盛太郎：「SPICEとデバイスモデル」、CQ出版社 2005.
  • Focus Microwave : “Multi Purpose Multi Harmonic Tuners MPT,” January 2012.
  • Agilent Technologies ノンリニア・ベクトル・ネットワーク・アナライザ （NVNA）10MHz~67GHzの非線形ベクトル・ネットワーク解析用画期的なテクノロジー
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  • H. K. Gummel and H. C. Poon : “An integral charge control model of bipolar transistors,” Bell Syst. Tech. J., vol. 49, pp. 827-852, May-June 1970.
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