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マイクロ波回路の基礎とその応用 1.伝送回路の基礎知識 著者からの内容紹介 第1 章では、第2 章以下の説明に必要となる基礎的な事項、特に分布伝送線路の基礎的知識や導波路の電圧・電流の考え方などを述べた。 第2 章には、現在、主として用いられている導波路のモードや特性について説明した。 第3 章は、マイクロ波回路の理解に必要な一般的知識を述べている。 特に、回路の分類を、機能や構造上から、さらには集中定数と分布定数回路の観点から行っている。 また、回路の特性の定数的表示としての回路行列や固有値の考え方、また、それらの定数とエネルギーとの関係などを述べている。 第4 章では、マイクロ波回路素子を機能別に説明している。 特に、ここでは従来の導波回路のほか、最近、小形回路に用いられている集積回路素子を説明している。 第5 章では、最近開発されている高誘電率低損失セラミック材料の応用として、共振回路や誘電体導波管回路を述べている。 第6 章では、最近用いられているフェライトを用いた回路を取り上げ、特に、フェライトのマイクロ波特性とその回路での役割ならびに特性を述べている。 第7 章では、最近小形フィルタなどで用いられている弾性表面波デバイスの原理と特性について述べている。 特に、この章に関しては、東北大学山之内和彦教授及び竹内正男助教授に多大のご協力をいただいた。 第8 章では、以上のべた回路素子が実際のマイクロ波デバイスでどのように用いられているかについて述べ、特に、よく用いられている整合回路やフィルタと分波器のほか、小型化技術として使用されているハイブリッド集積回路とモノリシック集積回路につき、最近の情報を盛り込んで述べた。 最後に、これらを用いた主な半導体応用回路について説明した。
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高周波・マイクロ波回路の構成法 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 1.均一導波回路の基礎的性質のまとめ |
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小西良弘監修(NHK､工芸大･工博)
著者からの内容紹介 また、フェライト単結晶に直流磁界を加えた時発生する静磁モードを用いた、極めて小型な共振器を用いたものもあり、古くから高Ｑ小形広帯域掃引発生機に利用されている。 以上はいずれも電磁波や共振磁界を用いたものである。一方、弾性波の波長が電磁波に比べて極めて小さいことを利用し、いったん電磁波から圧電材料により弾性波に変換した後、弾性波フィルタを作る。 それをまた、電磁波に変換して小形のフィルタを作るという。 いわゆる圧電フィルタがやはり古くから用いられている。 これらには、通常、水晶フィルタ、セラミックフィルタと呼ばれるものの他、最近数ＧＨｚ帯までの弾性表面波フィルタなどがある。 以上述べたように、種々の材料がどのようなメカニズムで寄与しているかを統括的に理解する事が必要である。 また、これらのフィルタは材料名で呼ばれたり、また、波の種類で呼ばれたりしている。 これはそれぞれの分野での開発分野にちなんでいたからである。 そこで本書では第2 章で、電磁波、弾性波、静磁波及びこれらのモードといった波動の立場から統一的にとらえ、この波動を用いて、いかにフィルタ特性を実現するかを述べている。 そして、フィルタの構成として回路網構成による手法とトランスバーサルフィルタによる方法を述べる。 次に、第3 章から第5 章にわたって、フィルタを作るのに、上述の波動のうち何かを使って実現しているかを述べた。 すなわち、第3 章では高誘電率及び高透磁率などの材料を用いた電磁波回路によるフィルタを述べ、特に分布定数形から集中定数方、そして誘電体共振器形、また超伝導材料フィルタなどを述べている。 第4 章では、圧電材料を用いたフィルタを述べ、まず波動の基本的な説明、ならびに電磁波から弾性波への変換する各種のトランスデューサの説明を行い、次に、実際に用いられている水晶フィルタ及び圧電セラミックフィルタについて述べている。 ここでは、各種セラミック共振子のモードの説明を行い、各種フィルタの説明を行っている。 第5 章では、静磁モードの基本的な説明を行い、ＹＩＧ球を用いた静磁モード共振器と各種フィルタ、また、ＹＩＧ薄膜を用いたフィルタに関しては、静磁波を発生させるための電磁波と静磁波との変換器から説明し、静磁波共振器と種々のフィルタについて説明している。 第6 章では、以上のフィルタが、どの様なところに利用されているか、その応用面を移動体通信機、衛星放送受信機、マイクロ波測定器、ＡＶ機器などの面について、実例をあげて述べている。 第7 章では、これらフィルタに用いられる材料の評価法に関して、それぞれの誘電体材料、圧電セラミックス材料、フェライト材料について述べている。
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小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 1.電磁波を学ぶにあたって 著者からの内容紹介 これらの無線通信分野の進歩に伴って、回路も小形化、高性能化などの要求が高まって来た。 一方、これらの要求に合わせて諸々の高周波材料、例えば高誘電率で低損失のセラミックスの開発が急速に進歩してきた。 そこで今後は、時代の要求にマッチした回路の開発や研究が新素材も取り入れて進められねばならない。 そのためには、無線通信回路の物理的イメージをつかむとともに、回路解析の基本をあらゆり角度から身につけて置く事が必要である。 そこで本書では、以上のべた観点にたって、まず電気回路の理解に必要な基礎知識から出発して、代表的な無線通信回路の基礎を説明するようにした。 すなわち1 章では、電波の種類や電波の分布を示すモードの基本的な説明を行った。 2 章では、交流理論の基本である電圧・電流の複素表示や回路網の基礎である回路定数表示、さらに整合の考え方などを説明したのち、これらをふまえて無線通信伝送系の基礎となる分布定数線路の説明をした。 3 章では、電磁気学の基礎を復習したのち、これらを用いて電波の導波路の説明をした。 4 章では、最も無線通信回路で必要な整合回路を述べ、ここでは各種の主な整合回路とその基本的な考え方、設計法を述べている。 5 章では、フィルタの発信器などに多く用いる共振回路の基礎的な性質を説明した上で、それらの応用としてフィルタの基礎的な考え方を説明している。 6 章では、1 章から5 章までの演習問題とそのとき方を述べている。特に、この問題の選定に当たっては、実際に良く使われる問題、基本的な問題、1 章〜5 章では述べなかったが必要な事項に的を絞って選んだ。 本書は、どこまでも基本的な入門書であるので、できるだけ理解を深めていただく目的で、多くの例題を挙げて具体的に説明した。 本書が、これからの通信工学を学ぼうとする学生や、研究開発を始める技術者に対する入門書となれば筆者の幸いとするところである. |
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小西良弘(NHK,工芸大･工博) 1. 無線システムにおける回路の役割･基本構成･各システム例における回路の 役割･用いられる回路、部品
著者からの内容紹介
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実用マイクロ波技術講座 −理論と実際− 第1巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 したがって、本書が20 世紀に生み出された多くの知識や考え方・発想法を、21 世紀をになう技術者につたえると共に、そのうえに現在、発達しているコンピューターテクノロジーが加わって、よりよい技術の発展に役立てることを目的としている。 さて第１章ではＴＥＭ波の分布定数線路に進行波及び反射波が存在したときの現象を出来るだけ図をもって説明した。とくに分布定数線路の電圧や電流は時間と位置との関数になる点の理解を分かり易く説明する事に努めた。 第２章ではＴＥ波とＴＭ波が存在することをまず２カのＴＥＭ波の重ね合わせで説明した後、ベクトル場の一般論から説明した。 第３章では誘導体・磁性体を装荷した導波路の現象や解析を物理的意味を加えて説明し更には表面波線路の説明をした。 第４章では他の導波管としてリッジ導波管及び放射状線路をのべた。 第５章ではマイクロストリップ線路などの平和構造線路についてのべた。 さて第一章~ 第五章までの導波路の説明の流れを理解するにあたって多くの基礎的な知識の復習やまた改めて知ることが更に新しい発明につながるので第一巻に関連した基礎論として目次に示したように一般基礎１〜１２までまとめた。 これら、基礎論は単に第１章〜第５章までのマイクロ波回路のみならず広い技術分野の理解に役立つ所が多いので一般基礎の名称でまとめた。したがって読者はこの部分は自分で理解しながらじっくりと身につけられると応用や技術の展開に役立つ。私個人の発明もつねにこの基礎論をまともにして行った事が多い。 また技術開発者が設計する際に必要と思われるデータや設計公式を資料として最後にまとめた。 以上のべたマイクロ波に関連した説明、より深い理解を支える基礎論、設計に必要な資料の３つの柱が第２巻以降の本にも踏襲した。
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実用マイクロ波技術講座 −理論と実際− 第2巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 また、第7章では種々の電力分配・合成器の理論と実際を構造及び等価回路の観 また、第8章では種々の方向性結合器をその構造の種類からよりもむしろ原 また以上を理解するのに必要な基礎論として必要な行列の説明、多数素子を用い また以上の記述において各章に演習問題と解答を記し更に実験手法とデータを記
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実用マイクロ波技術講座 −理論と実際− 第３巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 第11章の共振系では共振系の物理的概念、例えばリアクティブエネルギと、Q値 尚一般基礎問題としては、導波管中の共振系などの理解に必要な電磁流源からの 本巻においても演習問題と解答を述べ、また実験に関しては本文中の説明と併記 |
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実用マイクロ波技術講座 −理論と実際− 第４巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 第13 章ではフェライトに直流磁場を加えた時生じるテンソル透磁率を利用したサーキュレーターやアイソレーターの他、波長の短い静磁波やスピン波の性質と応用をのべた。 第14 章では、平行不変衝変換器の構成を、とくに変換時に必要な不平衝モードの抑圧の方法など広帯域化の原理と共に説明した。 第15 章では、直流磁場のない時の透磁率の分散特性や、また磁性粒子の複合材料の特性とこれらの吸収体への応用をのべた。 第16 章ではフェライト利用巻線回路の特性と応用を述べた。 特にここでは分布定数結合線路的取扱いにより高域周波数特性をのべた。 第１７章では、種々の導波路変換器につき原理と等価回路の観点から説明した。 一般基礎の摂動理論に関しては、物理的理解を容易にするため、回路インピーダンスの周波数変分とエネルギーとの関係から説明すると共に従来行われていたマクスウェルの方程式の展開からの説明も併記した。 また出来るだけ物理的理解に関する事は本文に示し、更に式の展開に関する事は従来と同様に附録に示した。 また資料編には種々の集積回路用集中定数回路のデータをまとめた。
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実用マイクロ波技術講座 −理論と実際− 第5巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介
第20 章では、マイクロ波回路の測定を述べとくに、Ｑ値の測定、材料定数の測定、回路定数の測定、２端子素子の測定、空間波による媒質測定、平行線路定数例えば偶モード及び奇モードまたはＣモード及び p モードの特性インピーダンス測定法を述べた。 以上の項目において測定評価に必要な式の意味を良く理解し、さらに今後読者がそれを展開してゆくのに便利なように、式の結果のみならず全てその誘導を行った。 またその結果を確かめるために、実験を行った。 なお、筆者はシミュレーションによっても確認した。 また付録では、従来通り、比較的必要で大事な事柄でページ数を必要とする式の誘導の他、受動回路に能動素子を応用する事が多いので、その時必要な発振器関連の知識なども加えた。 また測定ではネットワークアナライザーなどが無かった頃、よく用いられたＳ曲線法の説明も付録に加えた。 これは回路のもつ性質を良く理解することに役立つからである。
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実用マイクロ波技術講座 −集積回路と応用− 第6巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 本書ではこのような重要な技術分野の基礎を現実のシステムと対比しながら、わかり易く平易に開設する事を目的としている。 第１章では、先ずマイクロ波半導体デバイス・回路の代表的応用例である無線システムを例にとり、デバイス・回路へのようう急性能の根拠を平易に解説し、この後にマイク李は半導体デバイスと回路の概要を説明している。 このような考え方の順番は最近特にニーズ志向が強くなったマイクロ波集積回路を考える上で重要である。 この章により、半導体デバイス、無線システムに基礎知識が十分でない人でも、本書を読みこなす事ができるようになる。 第2 章では、セラミック多層基板、誘電体デバイス、フェライト部品、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスなどのマイクロ波受動素子の動作原理とその応用について述べている。 マイクロ波受動部品について予備知識の無い人でも概略が理解できるように記述されている。 第3 章では、ＰＤＣからＷ−ＣＤＭＡに至るディジタル携帯電話システムでの送信部分で使用される高出力半導体デバイスとこれに付随する回路の設計方法を実例を挙げて解説している。 高出力へテロ接合バイポーラトランジスタ、高出力へテロ接合ＦＥＴが実際にどのように設計され、どの様に使用されるか写真、図面を多用し説明されている。 第4 章では、２．５ＧＨｚや ５ＧＨｚ 帯を用いた、Bluetooth, 自動料金収受システム（ＥＴＣ），及びＬＡＮへの応用を目指した発振、フィルタリング、変調、増幅などの昨日集積回路およびシステム応用について述べられている。 各種派生システムへの展開の基礎となる重要技術が解説されている。 第5 章では、特にコストの面で有利といわれるシリコンデバイスのマイクロ波領域への台等について、実際のシステムでの応用を前提にして説明している。 化合物系デバイスとシリコン系デバイスの今後の展開を占う上で重要な情報が開示されている。 第6 章では、究極のブロードバンドシステム実現の要となるミリ波技術に関して、増幅器を例に取り説明している。 トランジスタのモデリング、設定法、実装法などを通じてミリ波帯固有の技術を抽出し、これを平易に解説している。 この章で述べられたミリ波要素技術を第1 章から5 章までで説明した回路システム技術に適用すれば、ミリ波帯を用いた各種ブロードバンド技術実現のヒントを得る事が出来る。 このような本書は、新しいワイヤレス技術の研究開発、新しいワイヤレスビジネスの企画に十分役に立つ物と考えている。 |
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実用マイクロ波技術講座 −アクティブアンテナ− 第7巻 小西良弘(NHK､ 工芸大･工博) 目次： 著者からの内容紹介 |
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高周波・マイクロ波回路 CADとプログラミング１ 小西,杉尾,塩見 目次 第一章 マイクロ波プログラミングの基礎 第二章 部品集 第三章 応用例 参考文献
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