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トランジスタ技術SPECIAL

トランジスタ技術SPECIAL for フレッシャーズ

高周波回路設計 はじめの一歩(No.110)

電磁波の基礎から無線データ通信への応用まで

B5判 144ページ
定価1,944円(税込)
JANコード:JAN9784789849104
2010年4月1日発行
トランジスタ技術SPECIAL編集部 / 編
好評発売中!

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 携帯電話をはじめとして,高周波技術を応用した製品が数多く供給されています.無線LANなどの汎用ワイヤレス・データ伝送も,さらなる高速広帯域化が求められています.近距離のワイヤレス・データ伝送では,Bluetoothがヘッドセットやリモコンなどにも応用され,パソコンのマウスやキーボードも無線化されてきています.高周波を応用した製品は今後ますます広がっていくことでしょう.
 高周波技術は難しいと言われますが,使いやすいIC/LSIや機能モジュールなども多く供給されてきています.基礎を十分に理解していれば,敷居はそれほど高くありません.本書では,高周波の基礎からデバイスの使用法まで,数式を使わずに平易に解説していきます.
目次

◆基礎編

 まずは周波数によって分類することが一般的
第1章 高周波の基礎知識
1-1 搬送波の周波数…RF; Radio Frequency
 信号を変調して伝送するための周波数
1-2 相対的に高い周波数…HF; High Frequency
 回路の寄生リアクタンスや波長を無視できない周波数
1-3 本書での高周波の定義
 業界や時代,扱う電力などによって異なる
1-4 高周波分野で使われる単位
 SI単位系の基本単位と組み立て単位を使う
1-5 デシベル表記の基本と応用
 電圧や電力の比率を対数で表すと計算が便利になる
1-6 伝導電流と変位電流と対流電流
 流れかたによって電流にもいろいろある
コラム
 ・スーパーではないヘテロダイン方式
 ・高周波回路の配線は太く短く
 ・危機一髪
 ・見えない回路を読め
 ・かつてはSIに補助単位という区分があった
 ・デシベルの概略値を暗記しよう
 ・マグニチュードとデシベル
 ・逆数の単位
 ・特殊なデシベル単位
 ・電線をつないだだけでは信号が伝わらない


 電磁波の一種である電波の特質と法規制
第2章 電波の特徴といろいろな性質
2-1 電波は電磁波である
 周波数が低く量子エネルギーが小さい
2-2 電磁波の発生メカニズム
 電波は高周波電流による電荷の往復運動から発生する
2-3 電波のもついろいろな性質
 光とよく似ている
2-4 電波を使うために必須の法知識
 無線におけるルールを知ろう
2-5 免許不要の無線局
 特定の条件を満たせば無許可で利用できる
コラム
 ・高周波用半導体のメーカ
 ・磁石を動かしても電波を作れる

 電波の出入り口とその伝わりかた
第3章 アンテナと電波伝播の基礎知識
3-1 アンテナ特性の基礎知識
 利得と放射特性と偏波面について理解する
3-2 アンテナの種類と特徴
 おもにその形状で分類できる
3-3 アレイ・アンテナの特徴
 同じアンテナを複数並べて接続したもの
3-4 電波伝搬の基礎知識
 電波は空間をどのように伝わっていくのか
3-5 フレネル・ゾーンとフレネル半径
 波動エネルギーを伝送するためには波長に応じた空間が必要
コラム
 ・エネルギーと量子エネルギー
 ・トランスはループ・アンテナ?
 ・送信アンテナにフェライトを使わないのはなぜ?
 ・アンテナの動向
 ・思いどおりにならない電波伝搬
 ・周波数とアンテナの利得
 ・高い周波数では長距離通信ができないのか
 ・誘電率と屈折率

 空間を伝播するためだけでなく小型化/高速化にも利用されている
第4章 高周波のいろいろな用途
4-1 電波としての利用形態
 空間を伝播する信号またはエネルギーとして利用する
4-2 小型化のための利用形態
 高周波を利用することでトランスが小型化できる
4-3 高速処理のための利用形態
 クロックを高周波化することで回路動作を高速化できる
コラム
 ・GPSと相対性理論

 高周波に特有の性質を理解していないと安全かつ有効に利用できない
第5章 高周波信号の性質
5-1 電気信号の伝わりかた
 直流,パルス,交流,高周波で比較する
5-2 インピーダンス・マッチング
 高周波の電力を効率よく伝送するために
5-3 表皮効果
 電線に高周波電流を流すと表面近くだけに電流が集中する
5-4 高周波の弊害
 不要輻射を少なくして干渉をなくす
5-5 防護指針
 電波が物質に吸収されると熱エネルギーに変換される
5-6 身近な機器の電力束密度
 正しく使用すれば問題のないレベルに収まっている
コラム
 ・これは間違い
 ・高周波回路はべたアース?
 ・インピーダンス・マッチングが取れていないと…
 ・スピーカ・ケーブルとリッツ線
 ・無線機は高周波回路だけではない
 ・高周波デバイスのメーカには得意分野がある

 限りある周波数資源を有効/公平に利用するために
第6章 無線データ通信を支える技術
6-1 電波による通信の利点と欠点
 欠点を補いながら利点を活用するためにさまざまな技術が開発されている
6-2 変復調の方式
 データ通信に用いられる方式を中心として
6-3 スペクトラム拡散方式
 変調波を広帯域化して耐干渉性を高めた
6-4 OFDM方式のしくみと特徴
 信号系列を直交する複数のサブキャリアに分割して並列伝送する
6-5 MIMO方式のしくみと特徴
 複数の送受信アンテナを利用して高い伝送速度を得る
6-6 変復調方式の選択
 システム全体の把握と総合的な判断が求められる
6-7 通信方式のいろいろ
 周波数の利用法によってさまざまな方式に分かれる
6-8 マルチプル・アクセス制御方式
 一つの周波数帯を共用して通信する方式
6-9 デュープレクス方式のいろいろ
 双方向で同時通信を行う方法
コラム
 ・SSBは搬送波を使わない?
 ・コンスタレーション?,コンステレーション?
 ・電波を出さない/受けない
 ・「こちらヒューストン」…ピッ!

 電波を利用した通信に特有の問題点とその対策方法
第7章 無線データ通信の品質とセキュリティ管理
7-1 通信品質の確保
 C/N,BER,PERで評価する
7-2 誤り制御
 誤り訂正符号や誤り検出符号を利用する
7-3 無線通信のセキュリティ
 電波は傍受されやすいため暗号化や認証機能が必要
7-4 電波干渉への対策
 干渉による障害を避けながら高品質の通信を確保する
コラム
 ・ADSL
 ・べたアース
 ・無線LANのセキュリティ
 ・干渉を受けた,あるいは与えた場合は?
 ・周波数のインターリーブ配置


◆実践編

 寄生リアクタンスや表皮効果の低減などの工夫が見られる
第8章 高周波回路に使うデバイスの基礎知識
8-1 インダクタ,キャパシタ,抵抗
 寄生リアクタンスと波長に対するサイズが問題となる
8-2 高周波用トランジスタ
 材料や構造の改良で高性能化を目指す
8-3 同軸ケーブルの種類と構造
 高周波信号の伝送に最適な
8-4 同軸ケーブルの減衰量と限界周波数
 太いほうが損失が少ないが限界がある
8-5 同軸ケーブルの使用上の注意
 特性を保持するために注意すべきことがら
8-6 同軸コネクタの基礎
 同軸ケーブルの特性インピーダンスに整合させる必要がある
8-7 同軸コネクタの種類と特徴
 使用周波数やケーブルに対して最適なものを選択する
8-8 同軸コネクタの使用上の注意
 正しく使用しないと所望の特性が得られない
8-9 フィルタの種類と特徴
 使用する周波数帯に適した方式を採用する
8-10 同軸避雷器
 アンテナへの誘雷から機器を守る
コラム
 ・ダイポール・アンテナの利得は2.14dBiか,2.15dBiか?
 ・50Ωと75Ωの謎
 ・SMAと3.5mmの区別
 ・高周波とつきあう方法
 ・±3dBは誤差のうち

 すぐに使える定番基本回路を例として
第9章 高周波回路設計の手順と実例
9-1 機能ブロック図の作成
 基本的な構成を把握するために必要
9-2 レベル・ダイヤグラムの作成
 使用するデバイスの利得や損失を考慮する
9-3 アンテナ切り替え回路
 送受信でアンテナを共用する場合に必要となる
9-4 LNA回路の設計
 受信機初段に使用する雑音指数の小さい増幅器
9-5 周波数変換回路の設計
 専用ICを利用した
9-6 高周波増幅回路の設計
 専用ICを1段/2段で使用する
9-7 デカップリング/バイパス・コンデンサの選びかた
 高周波回路で多用される
9-8 特殊なバイパス・コンデンサ
 直列共振やマイクロストリップ・ラインを利用する
9-9 R系列とE系列の標準数
 回路設計や部品選択で必須となる
コラム
 ・「あとがき」に代えて

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