RF高周波の基礎知識

 

1. RF（Radio Frequency）とは

• 定義: RFは無線周波数（Radio Frequency）の略で、電磁波が空間を伝播する周波数帯域を指します。

• 範囲: 一般的には3 kHzから300 GHzまでの周波数範囲を指し、以下のようなカテゴリに分かれます。

  • VLF (Very Low Frequency): 3 kHz - 30 kHz

  • LF (Low Frequency): 30 kHz - 300 kHz

  • MF (Medium Frequency): 300 kHz - 3 MHz

  • HF (High Frequency): 3 MHz - 30 MHz

  • VHF (Very High Frequency): 30 MHz - 300 MHz

  • UHF (Ultra High Frequency): 300 MHz - 3 GHz

  • SHF (Super High Frequency): 3 GHz - 30 GHz

  • EHF (Extremely High Frequency): 30 GHz - 300 GHz

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2. 高周波の特徴と特性

• 伝搬特性:

  • 反射: 高周波信号は物質の表面で反射する性質があります（例えば、金属表面での反射）。

  • 減衰: 周波数が高くなるほど空気や物質による減衰が大きくなります。

  • 回折: 波長が短いため、障害物の影響を受けやすい。

  • 指向性: 高周波は指向性が強く、アンテナ設計に影響を与えます。

• 表皮効果:

  • 高周波電流は導体の表面に集中する傾向があり、これを「表皮効果（Skin Effect）」と呼びます。

  • この効果は周波数が高くなるほど顕著になり、導体の実効断面積が減少し、抵抗が増加します。

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3. 主要なRF部品と回路

• RFフィルタ:

  • 特定の周波数帯域の信号を通過または遮断するための回路。

  • 種類: ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ。

• ミキサ:

  • 2つの異なる周波数信号を混合し、新しい周波数信号を生成する回路。

  • 周波数変換（アップコンバージョンやダウンコンバージョン）に使用されます。

• アンプ（増幅器）:

  • RF信号を増幅するための回路。

  • 種類: LNA（低雑音増幅器）、PA（パワーアンプ）、ディストリビューションアンプ。

• 発振回路:

  • 安定した周波数のRF信号を生成する回路。

  • 代表的なものにクリスタル発振器やLC発振器があります。

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4. 計測と測定

• スペクトラムアナライザ:

  • RF信号の周波数スペクトルを可視化し、強度やノイズを測定する装置。

• ネットワークアナライザ:

  • RF部品や回路のインピーダンス、反射係数、Sパラメータを測定する装置。

• パワーメータ:

  • RF信号の平均またはピークパワーを測定するための装置。

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5. 応用例

• 通信システム:

  • 無線LAN、Bluetooth、5G、衛星通信など。

• レーダー:

  • 物体の検知や速度測定に利用される高周波技術。

• 医療機器:

  • MRIや無線ペースメーカーなどの医療機器でもRF技術が使用されています。

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