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高周波マッチング工房

Wave Technologyでは、高周波回路設計やアンテナ設計に関するお困り事を解決するサービスを高周波マッチング工房として提供いたします。

高周波回路の設計には“マッチング(整合)をとる”ことが必要です。この“マッチングをとる”という作業は熟練した技術が必要で、その技術はよく職人技に例えられます。そんな職人技で高周波回路を設計する現場のイメージを職人や芸術家の作業場である工房と重ねて、

『高周波マッチング工房』=『高周波』+『マッチング』+『工房』

と命名しました。

高周波マッチング工房高周波マッチング工房

 

スミスチャートとは?

実際のマッチング(整合)ではスミスチャートを使用します。
ここでは、そのスミスチャートついて簡単に紹介します。

高周波回路のいろいろな問題を数式を用いて解くことは、複素計算になるのでかなり面倒です。スミスチャートは、このような複雑な複素計算を図表上で簡単に行うことができるようグラフ化されたものです。このスミスチャートを利用すると、高周波回路を考えるうえでとても便利です。

それでは、ごく簡単にスミスチャートの説明をします。
スミスチャートとは?右図がスミスチャートです。(実際のチャートには円外に種々目盛りがありますが、ここでは省略しています。)

この円の水平軸が複素反射係数*の実数部、垂直軸は虚数部を表します。
(* 反射係数は入射電圧に対する反射電圧の比を表し、ベクトル数値(複素数)です。)
インピーダンスの実部(抵抗)成分は周波数によらず一定なので各円上は等抵抗であることを表します(等抵抗円といいます)。
上下に曲がった円弧上はインピーダンスの虚部(リアクタンス)成分が一定なので等リアクタンス円といいます。

円の上半円部分は誘導性(インダクタンス)成分で、下半円部分は容量性(コンダクタンス)成分を表します。

さらに円の真ん中は普通”1”です。Z0で正規化しています。(実際のインピーダンスを特性インピーダンスZ0で除したものを正規化インピーダンスと呼びます。) 特性インピーダンスとは、分布定数回路上を伝わっている電圧の波と電流の波の比として定義され、Z0は50Ωや75Ωが一般的です。

すごくざっくりですが、スミスチャートの簡単な説明は以上です。

スミスチャートをもっと知りたい方は以下リンクで動画の説明もありますので、ご覧になってください。

 

IoT 化に伴うお困りごと

近年のIoT 化に伴い、あらゆるものが無線化されると言われています。実際に自社製品をIoT 化するために“無線通信技術の導入”をはじめている企業様が増えています。しかし、それらの製品で「通信できない」や「通信距離が短い」といった問題が起こり、“困っている”というお客様のお声を多く聞きます。

そのような場合のよくある性能悪化の原因は、RF-IC と回路、回路とアンテナとの間に起こるアンマッチ(=不整合)と言う状態により発生する“電力の損失”です。

それには回路を構成するコンデンサやインダクタ、抵抗といった部品を変更し最適な状態(マッチングが取れている状態)に調整する必要があります。電力損失ばかりを気にしているとその他の特性(不要発射レベル、隣接チャネル漏洩電力etc.)が悪化したりするため、バランスよく最適な状態にします。“どこを”・“どのように”・“どれくらい”変更すればいいのかその判断や加減には長年の経験に裏打ちされた技術とセンスが必要になります。それらが職人技に例えられます。

実際には 測定器を使って高周波特性を評価しながら、回路を構成する部品の交換をして調整していきます。中にはゴマの粒よりも小さい極小サイズのチップ部品をつけはずししなければならず、手先が器用な人でも作業は非常に困難となります。

所望の性能が得られる高周波回路を効率的に最短で設計するためには、測定器だけでなく回路部品の取り扱いに長け、技術とセンスを兼ね備えた技術者(=職人)が必要です。

その全てを提供するサービスが『高周波マッチング工房』です。

様々なご要望にも対応させていただきますので、お気軽にご相談ください。

Case① RF-IC のデータシートとおりに外部回路や基板を設計したのに、性能が得られない。
⇒基板や部品のレイアウトにあわせて、外部回路を調整します。
Case② 回路調整を行いたいが、部品が小さすぎて取り扱いが難しい。(つけ外しが困難)
⇒両面基板に実装した極小サイズのチップ部品でも交換する方法があります。
Case③ 既存製品の小型化、小型の新製品設計、回路の省スペース化がしたい。
⇒ご要望に合わせて、最適な回路をご提案いたします。
Case④ パターンアンテナを試作してみたが通信距離が短くなった。(通信できない。)
⇒原因を解明して、解決策をご提案いたします。また、パターンアンテナの再設計※からも対応いたします。

 

※パターンアンテナの再設計は下記リンクを参照ください。
⇒ 無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託

Wave Technology(WTI)は、半導体デバイス開発から各種無線機など、30年以上にわたる開発経験がありますので、高品質なマッチングから改善提案まで、ご要望に合わせてご提供いたします。

 

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■高周波・無線関連その他サービスご紹介
高周波・無線 設計受託(親ページ)
高周波電力増幅器開発
各種高周波部品開発
無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託
高周波開発インサイドストーリー

■電子回路設計ヒントPLUS
#070 高周波 ~スミスチャートとは?(1)~
#072 高周波 ~スミスチャートとは?(2)~
#073 高周波 ~スミスチャートとは?(3)~
#074 高周波 ~スミスチャートとは?(4)~

■参考資料
電波の周波数による分類・定義

高周波・無線関連ブログ
「高周波」ってなんだろう?
意外と身近な無線通信
「IoT」のビッグウェーブが到来!
高周波電力増幅器とは?
高周波回路の設計 ~整合とは~
Bluetooth関連、やってますよ!
インピーダンスの持つ意味
アンテナの設計・評価・認証申請(既存開発品の解析・改善もサポート)
Sパラメータとは?
アンテナを設計するときに注意すべきこと
高周波増幅回路設計の話
スミスチャートとは? ~きちんと知ると便利です~
スミスチャートとは? ~きちんと知ると便利です~(その2)
スミスチャートとは? ~きちんと知ると便利です~(その3)
スミスチャートとは? ~きちんと知ると便利です~(その4)
「スミスチャートとは?」解説動画公開中です
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■関連YouTube動画へのリンク
概略コンセプトだけで設計/開発/コンサル受託|WTI(シールドルームのご紹介)
高周波の電力増幅器| 評価系紹介 |WTI(高周波電力増幅器評価系のご紹介)
スミスチャートとは?
スミスチャートとは?2
スミスチャートとは?3
スミスチャートとは?4-1
スミスチャートとは?4-2

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