マイクロ波技術 - RF回路基板の原理と応用

1, 何 RF回路基板?

無線周波数はRFと呼ばれ、無線周波数は高周波電流ボードであり、一種の高周波交流電磁波の略称である。毎秒1000回程度変化する交流電流を低周波電流と呼び、1000倍以上の高周波電流を高周波電流とする。

RF回路は、回路または装置の大きさと同じ大きさの信号の電磁波波長を処理する回路を指す。このとき，素子の大きさとワイヤの大きさの関係により，分布定数の理論により回路を扱う必要がある。この種の回路はRF回路と見なすことができ、その周波数に厳密な要求はない。例えば、長距離伝送AC送電線（50 Hzまたは60 Hz）は、RF理論によって対処する必要がある場合がある。

2, の原理と発展 RF回路板

RF回路の最も重要な応用分野は無線通信である。典型的な無線通信システムのブロック図である。本システムは，無線通信システム全体におけるrf回路の役割を解析する例として次のように述べた。

典型的なRFシステムのブロック図

これは送信機回路，受信機回路，通信アンテナを含む無線通信トランシーバのシステムモデルである。このトランシーバは、パーソナル通信および無線ローカルエリアネットワークにおいて、使うことができる。この方式では、デジタル処理部は、サンプリング、圧縮、符号化等を含むディジタル信号を処理し、A／D変換器をアナログ信号に変換してアナログ信号回路部とする。

アナログ信号回路は送信部と受信部の2つに分けられる。

送信部の主な機能は、D−A変換から出力された低周波アナログ信号と局部発振器から供給される高周波キャリアをミキサを介して無線周波数変調信号にアップコンバートし、無線周波信号をアンテナを通して空間に放射する。受信部の主な機能は、空間放射信号がアンテナを介して受信回路に結合され、受信された弱信号が低雑音増幅器によって増幅され、局部発振信号がミキサを介してIF信号成分を含む信号にダウンコンバートされる。フィルタの機能は、役に立つIF信号をフィルタリングして、それからデジタル信号にそれを変換するA / Dコンバータを入力して、処理のためにデジタル処理部分を入力することです。

次に、一般的なRF回路の構成及び特性を、図1のブロック図における低雑音増幅器（LNA）について説明する。

図3 Bは、この増幅器の回路基板図であり、Triquint社のTGA 4506 SMを例として示している。入力信号は、整合フィルタネットワークを介して増幅器モジュールに入力される。一般に、トランジスタの共通エミッタ構造は、増幅器モジュールで使用され、その入力インピーダンスは、最良の送信電力および最小反射係数を確保するために、低雑音増幅器の前のフィルタの出力インピーダンスに整合しなければならない。この整合はrf回路設計に必要である。加えて、LNAの出力インピーダンスは、バックエンドのミクサの入力インピーダンスと一致しなければならない。そして、それは増幅器の出力信号がミキサに完全に、そして、反射のない入力を確実にすることができる。これらの整合ネットワークはマイクロストリップ線路と時々独立した受動素子から構成される。しかし，高い周波数での電気特性は，低周波数の電気特性とは全く異なる。マイクロストリップラインは、実際には、ある長さと幅の銅クラッドストリップであり、マイクロストリップラインは、シート抵抗器、コンデンサおよびインダクタンスで接続されていることがわかる。

図3 TGA 4506 SM PCBレイアウト

電子の理論において、電流が導体を流れるとき、磁場は導体の周囲に形成される交流が導体を通過すると、電磁波と呼ばれる導体の周囲に交流電磁界が形成される。

電磁波の周波数が100 khz以下の場合，電磁波は表面に吸収され，効果的な伝送を形成できない。しかし、電磁波の周波数が100 kHzよりも高い場合には、電磁波は大気中で拡散し、大気の外周縁で電離圏を反射して長距離伝送能力を形成する。高周波電磁波を高周波電磁波と呼ぶ。高周波回路は受動素子，能動部品，受動ネットワークから基本的に構成される。高周波回路で使用される部品の周波数特性は、低周波回路と異なる。高周波回路の受動線形構成要素は、主に抵抗（コンデンサ）、コンデンサ（コンデンサ）およびインダクタ（キャパシタ）である。

電子技術分野では，rf回路基板の特性は通常の低周波回路基板と異なる。主な理由は，高周波条件下での回路の特性が低周波数条件下での特性と異なることで，無線周波回路の動作原理を理解するためには高周波回路の理論を用いる必要がある。高周波では浮遊容量と浮遊インダクタンスが回路に大きな影響を与える。ストレイインダクタンスは、導体接続部と内部の自己インダクタンスに存在する。浮遊キャパシタンスは、回路の導体と構成要素と接地との間に存在する。低周波回路では，これらの浮遊パラメータは回路の性能にほとんど影響しない。周波数の増加に伴い、漂流パラメータの影響はますます深刻である。初期のVHF帯テレビ受信機では、浮遊容量の影響が大きく、追加のコンデンサを追加する必要がなくなる。

また，rf回路には表皮効果がある。直流と異なり，直流状態では導体全体に電流が流れ，高周波数で導体表面に流れる。その結果、高周波交流抵抗は直流抵抗よりも大きい。

高周波回路基板の別の問題は電磁放射の効果である。周波数が高くなると、回路サイズ12に匹敵する波長の場合、回路はラジエータとなる。このとき、回路と外部との間の回路間のカップリング効果が多くなり、多くの干渉問題が生じる。これらの問題はしばしば低周波数では無関係である。

通信技術の発展に伴い，通信機器の周波数は日々増加している。無線周波数（rf）とマイクロ波（mw）回路は通信システムで広く使用されている。高周波回路の設計は業界により注目されている。新しい半導体デバイスは高速ディジタルシステムと高周波アナログシステムを拡張し続ける。マイクロ波無線周波数識別システム（RFID）の搬送波周波数は、915 MHz及び2450 MHzである全地球測位システム（GPS）のキャリア周波数は1227.60 MHz、1575.42 MHzであるパーソナル通信システムのRF回路は1.9 GHzで動作し、小型のパーソナル通信端末に統合できる4 ghzアップリンクは，cバンド衛星放送通信システム通信リンクと6 ghzダウンリンク通信リンクに含まれる。通常、これらの回路の動作周波数は1 GHz以上であり、通信技術の発展に伴い、この傾向は続く。しかし，特別な機器や装置だけでなく，直流・低周波回路では使用されていない理論的知識と実用的な経験が必要である。