「実用RF回路設計ガイド」
ケイラボ出版
著者 小西 良弘
A4 320頁
本体価格 31.500円 （税込み）
2006/11
ISBN
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概要
受動RF回路の研究は1900年代の半ばから後半にかけて数々研究され，諸々の発明及び回路の設計技術が開発された．また1900年代後半からは，コンピュータの急速な進歩とともに上記の回路設計技術の結果を取り込んだ設計ソフトや，また形状の境界条件から直接に求める形状シミュレーションソフトが進歩し，それらによって開発スピードが早められ効率化が進められている．
さて技術革新を含めたイノベーションが今後必要とされる現在、コンピュータによる出来たものの解析はもとより，どのようにすれば欲するものが得られるかという合成技術が更に必要となる．そのためには過去行われた基本的な原理や先人により残された大事な結果をもとにして，新しい技術に展開していくとこが極めて重要である．
そこで本書では，RF受動回路の分野において基本的な原理を述べ，これに基づいて導かれた設計公式を記述した．また過去求められていなかった部分に関しては，筆者によりそれらの公式や設計に必要なデータを新たに求め，これらを同時にまとめた．
本書の内容は，主として電磁波回路について述べ，小形化のためのフェライト単結晶共振器，表面弾性波フィルタ及び薄膜バルクデバイスは文献に挙げるにとどめた．
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目次
第1章 電波と導波路のまとめ
1.1 電波の発生と導波路を伝播するTEM波，TE波，TM波及び混成波
1.2 伝送路の定数
1.2.1 TEM線路
1.2.2 準TEM波を伝送するマイクロストリップ線路とその定数
1.2.3 その他の平面構造形導波路とその定数
1.2.4 TE波やTM波を伝送する導波管
1.2.5 その他の導波管
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進行波，反射波，反射係数，定在波，インピーダンス(又はアドミッタンス)とスミス図表
2.1 進行波，反射波，反射係数と定在波
2.2 インピーダンス(又はアドミッタンス)とスミス図表
2.3 導波管の電圧・電流の定義
第3章 RF回路の回路網的取り扱いと重要な事項のまとめ
3.1 回路の性質を示すための回路行列 ―Z行列，Y行列，F行列，S行列及びその他の行列―
3.2 可逆回路と非可逆回路
第4章 整合回路
4.1 整合に関する主な事項
4.1.1 整合の意味と共軛整合
4.1.2 反射係数Γ
4.1.3 無損失2開孔が縦続接続されたとき，反射係数の絶対値はどの位置でも変わらない
4.1.4 反射係数とSパラメータとの関係及びそれらのデシベル表示
4.2 スミス図表を用いた整合回路の求め方
4.2.1 スミス図表の使い方の予備知識
(1) インピーダンスとアドミッタンスのスミス図表上でのプロット
(2) インピーダンスの直列接続
(3) アドミッタンスの並列接続
(4) 負荷インピーダンスZL’に長さlの分布定数線路を接続したときのスミス図表
上の動き
4.2.2 スミス図表による整合法の例
(1) 分布定数線路と集中定数素子による方法
(2) 2素子の集中定数回路による整合
4.3 整合回路の構成法 ―入出力負荷が実数の場合―
4.3.1 入力と出力インピーダンスの高い方に並列リアクタンスを挿入したのち直列リアクタンスを接続する方法
(1) 考え方
(2) 実際回路
4.3.2 リアクタンスを分割したのち，分割点に直列の異符号のリアクタンスを用いる方法
4.3.3 λ/4変成器及びその集中定数等価回路を用いる方法
4.3.4 集中定数素子を波長に比べて短い長さlの分布定数線路で置き換える方法
4.3.5 梯子形集中定数回路による広帯域整合
(1) リアクタンスステップアップ形
(2) LPF形
(3) HPF形
(4) 各種の例題と帯域幅の比較
(5) 集中定数素子を分布定数回路で実現したときの特性比較
4.3.6 λ/4多段変成器を用いる方法
(1) 2段変成器の構造，設計公式及び比帯域幅
(2) 3段変成器の場合
(3) 4段変成器の場合
(4) 最大平坦特性の場合
(5) R > 1の場合，各部のインピーダンスは負荷に近づくにつれて大となる理由
(6) l (長さ) <<λ(波長)のZc(特性インピーダンス)>R0(線路の両端が接続される端
子インピーダンス)の線路を整合させる方法
第5章 方向性結合器と分配器
5.1 方向性結合器と結合度及び方向性
5.2 方向性結合器の種類と概論
5.2.1 ループ方向性結合器
5.4.2 分布結合形方向性結合器
5.2.3 マルチパスを利用したもの
5.2.4 ブリッジ回路
5.3 分岐線路方向性結合器の結合度と特性
5.3.1 2分岐線路形
5.3.2 多分岐線路形
5.4 ラットレス方向性結合器
5.4.1 1.5λラットレス方向性結合器
5.4.2 (3/4)λ線路をインターディジタルλ/4結合線路で置き換えた方向性結合器
5.4.3 (3/4)λ線路をスロットラインに置き換えたラットレス方向性結合器
5.5 分布結合形方向性結合器の結合器の結合度と特性
5.5.1 対称形平行結合線路のSパラメータと偶モード，奇モード特性インピーダン
ス及び電気角θとの関係
5.5.2 結合線路の構造と偶モード及び奇モード特性インピーダンスZe及びZo
(イ) ブロードサイド結合形
(ロ) エッヂ結合形
(ハ) オフセット結合形
(ニ) 角形平行結合棒形
(ホ) 2芯同軸形
(ヘ) インターディジタル形
(ト) オーバーレイ及びリエントラント構造形
(チ) 縦形平面構造形
5.5.3 λ/4方向性結合器の縦続接続による広帯域化
5.5.4 テーパー結合線路を用いた方向性結合器と180°ハイブリッド回路への応用
(イ) 方向性結合器
(ロ) 非対称テーパー形方向性結合器を用いた180°ハイブリッド回路
5.6 ウイルキンソン形分配・合成器
5.6.1 n分配回路の構成と特性
5.6.2 対称2分配回路とそれを用いた多分配回路
(イ) 回路構成
(ロ) 広帯域対称2分配回路と特性
5.6.3 非対称2分配回路の構成と公式
5.7 方向性結合器及びウイルキンソン分配器を用いた多分配・合成回路の構成と特性
例
第6章 フィルター
6.1 フィルターの種類と応用例
6.1.1 低域通過フィルタ
6.1.2 高域通過フィルタ
6.1.3 帯域通過フィルタ
6.1.4 帯域阻止フィルタ
6.2 LPFとその集中定数回路構成
6.2.1 種々の特性のLPF
(1) バターワース・フィルタ(最大平坦特性)
(2) チェビシェフ・フィルタ
(3) ベッセル‐トムソン・LPF
(4) 等リップルエラーをもつ直線位相フィルタ
(5) 楕円関数フィルタ
6.2.2 LPFの集中定数回路構成
(1) バターワース，チェビシェフ，ベッセル‐トムソン，等リップル直線位相特
性フィルタの構成
(2) 楕円関数フィルタの構成
6.3 HPF，BPF及びBRFとその集中定数回路構成
6.3.1 周波数変換によりHPF，BPF及びBRFを得る方法
6.3.2 λ/4線路で並列共振回路を線路に並列に接続したBPF
(1) π/2線路を用いると直列素子と並列素子を置き換えることができる
(2) π/2線路で並列共振回路を接続した構成
6.3.3 隣接共振回路が電気又は磁気結合したBPF
6.3.4 λ/4線路で直列共振回路を線路に並列に接続したBRF
6.4 分布定数回路を用いたフィルタの構成
6.4.1 LPFとHPF
6.4.2 BPF
(A) 分布定数線路を用いたBPF
(1) 入出力共振回路の外部Q値，Qe1，Qe2及び，i番目とj番目の共振回
路間の結合に関連した定数kijで表現するBPFの構成と設計
(イ) 外部Q，Qe1及びQen
(ロ) i番目とi+1番目の共振器の結合に関連した定数kij
(ハ) Qeとkijを用いた分布定数回路のBPFの設計
(ニ) 種々の構造の外部Q，Qe
(ホ) 種々の構造の共振器間の結合とkij
(ヘ) 設計例
(a) インターディジタルフィルタを用いた2段BPFの設計例
(b) λ/4線路を介してλ/4共振回路が並列に接続されたn段BPFの設計例
(c) 結合線路を用いたn段BPF
(2) 広帯域分布定数形BPF
(イ) 先端短絡λ/4共振器をλ/4伝送線路で結合する方法
(ロ) 一方の線路の片側を短絡し，他の線路の同じ片側を開放した結合線路を
用いる方法
(a) 回路構成の考え方
(b) 回路定数の設計と具体例
(c) 集中定数梯子形BPFの比帯域幅wと，結合分布定数線路形BPFの比帯
域幅w’との比較
(ハ) インターディジタル結合λ/4共振器を用いる方法
(B) 誘電体共振器を用いたBPF
(1) 誘電体共振器
(2) マイクロストリップ線路とDRとの結合によるBPF
(3) 遮断導波管にDRを結合させたBPF
(C) その他の構造
(1) ヘリカル共振器を用いたBPF
(2) 導波管フィルタ
(D) 帯域外の周波数でトラップをつくる方法
(1) 低損失高誘電率材料中の平行2導体でできる2個の共振器(コムライン)をキャパシ
ティまたはインダクタで結合したBPF
(2) 3段BPFの入出力間にリアクタンスを挿入する方法(マルチパスによる方法)
(3) 2段BPFの通過帯域より低い周波数と高い周波数に1個ずつトラップを入れる方法
(4) 多段BPFにマルチパス結合を行って通過帯域より高い周波数と低い周波
数にトラップを入れる方法及び直線位相特性を得る方法
(5) BPFの別のトラップ回路を付加接続する方法
6.4.3 BRF
(1) 分布定数線路による構成(セラミックブロック中のTEM線路も含む)
(2) 誘電体共振器をマイクロストリップ線路や導波管に結合させる方法
6.5 共振器及びフィルタの小形化
6.5.1 比誘電率εrや比透磁率μrの大きな材料を用いる方法
6.5.2 分布定数線路を用いた共振器の小形化
(イ) 密集化
a, ヘリカル共振器
b, ヘアピンフィルタ
c, 誘電体基板の両面を有効に用いる方法
d, 集中定数化して小形化する方法
(ロ) ステップインピーダンスにする方法
6.5.3 縮退形共振器を用いた小形化
6.5.4 その他の共振及びフィルタ
(イ) 静磁モード共振器
(ロ) 表面弾性波フィルタ
(ハ) 薄膜バルク弾性波共振器とフィルタ
第7章 平衡不平衡変換器
7.1 平衡不平衡変換器と平衡電流及び不平衡電流
7.2 平衡不平衡変換器において不平衡電流を阻止する方法
7.3 種々の構造
7.4 実験による確認 ―7.3の(1)の実験―
第8章 非可逆回路 ―サーキュレータとアイソレータ―
8.1 直流磁界で磁化されたフェライトの透磁率
8.2 サーキュレータとアイソレータ
8.2.1 サーキュレータの原理と構造
8.2.2 Yサーキュレータの固有ベクトルと固有値による考察
8.2.3 Yサーキュレータの設計公式のまとめ
(1) ストリップラインサーキュレータ
(2) 集中定数形サーキュレータの公式と設計法
付録
[付録1] 対称結合分布定数線路を用いたBalunの特性解析
[付録2] 非対称結合線路のCモードとπモード及び，結合線路を用いた2開孔回路の
定数
(i) 固有モードであるCモードとπモード
(ii) 非対称結合線路を用いた2開孔回路とその等価回路定数
[付録3] コプレーナーガイドの諸々の回路素子と構造
(i) 接地のとり方
(ii) 直列・並列インダクタンス及びキャパシタンス
(iii) CPWの同軸線路による平衡モード励起とスロットラインによる不平衡モー
ドの励起及びその応用
[付録4] 2個のλ/4共振器の結合係数をインバータで表現する方法
[付録5] マルチパス(クロスカップリング)を用いたBPFの設計例
(i) 直線位相BPFの設計例
(ii) 6段マルチパスBPFによる楕円関数特性または直線位相フィルタの例
(iii) 通過帯域の低い所と高い所に1つずつトラップが入るマルチパスBPFの例
[付録6] 減衰極が全て同一周波数のn段BRFをλ/4共振器で構成する設計法と特性
[付録7] ステップインピーダンスを用いた共振器の特性とその応用
[付録8] 対称形3dB方向性結合器を用いた位相回路例
[付録9] 結合度の小さな分布結合形方向性結合器を用いて，対称構造3dB結合器を
構成する方法
[付録10] 分布定数結合形マイクロストリップ方向性結合器の方向性を高める構成
[付録11] 小形平面共振回路の種々の構造の考え方と測定値
資料 遮蔽箱内の多層基板TEM及び準TEM線路定数例
(i) 単一マイクロストリップ線路
単一サスペンデッド線路
(ii) エッヂ結合マイクロストリップ線路及びストリップ線路
2層線路の偶及び奇モード定数
3層(サスペンデッド)線路の偶及び奇モード定数
(iii) 対向面(ブロードサイド)結合ストリップ線路
2層線路の偶及び奇モード定数
(iv) オーバーレイ結合線路
オーバーレイエッヂ結合線路の偶及び奇モードの定数と両位相定数の一致
条件
-
解説及び参考文献
以上
