高周波回路教室 分布定数回路

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 目次
 1.集中定数と分布定数
 2.マイクロストリップ・ライン
 3.マイクロストリップの回路

 4.集中定数部品(チップ部品)の限界

   ここ数年、携帯電話の急速な普及と小型化によって、それに使用されるチップ部品の
  高周波特性改善・小型化も急速に進んでいます。今や1005タイプ(1.0mm X 0.5mm)
  が当たり前のようになっています。2GHz程度の回路でも、分布定数ではなく集中定
  数で形成されるようになっています。
   それでは、チップ部品(抵抗,コンデンサ,インダクタ)が使用できる周波数限界は
  どこにあるのか?ちょっと考えてみましょう。
   低周波であれば、チップ抵抗は抵抗,チップコンデンサはコンデンサ,そしてチップ
  インダクタはインダクタとして働きます。しかし、周波数が高くなるに従って純粋なR,
  C,Lとは違った特性を示すようになります。それはなぜか、各部品の等価回路にその
  理由が示されています。チップ部品といえども、その電極の導体抵抗や電極間の静電容
  量等さまざまな寄生成分を持っています。各部品の等価回路とその周波数特性を順番に
  見てみましょう。

  [注] 以下で示す周波数特性はシミュレーション結果です。実測値ではありません。
     シミュレーションで使用した寄生成分の値も実測値ではありません。実際に設計
     を行う場合には、部品メーカーからデータを入手するか、実測を行ってください。

 [チップ抵抗]

   等価回路を図3−5に、インピーダンスの周波数特性を図3−6に示します。周波数
  特性の縦軸はインピーダンスで単位は[Ω]です。赤い線で示されているのが抵抗分で、
  緑の線で示されているのがリアクタンス成分です。図3−6の上部に示されているのが
  シミュレーションで使用した各素子の値です。
  [ 50Ω,1nH,0.5pF ]
   寄生成分によって、周波数と共に抵抗分が変化しています。  

         チップ抵抗の等価回路

          図3−5 チップ抵抗の等価回路

       抵抗の周波数 vs インピーダンス特性

          図3−6 抵抗の周波数 vs インピーダンス特性
 

 [チップコンデンサ]

   等価回路を図3−7に、インピーダンスの周波数特性を図3−8に示します。
   [ 20pF,1MΩ,1nH ]
   寄生インダクタと直列共振回路が形成され、共振周波数以上ではリアクタンス成分が
  誘導性(+)になっています。

         チップコンデンサの等価回路

          図3−7 チップコンデンサの等価回路

       コンデンサの周波数 vs インピーダンス特性

          図3−8 コンデンサの周波数 vs インピーダンス特性


 [チップインダクタ]

   等価回路を図3−9に、インピーダンスの周波数特性を図3−10に示します。
   [ 22nH,0.5Ω,0.5pF ]
   寄生容量との間で並列共振回路が形成され、共振周波数以上ではリアクタンス成分が
  容量性(−)になっています。

         チップインダクタの等価回路

          図3−9 チップインダクタの等価回路

       インダクタの周波数 vs インピーダンス特性

          図3−10 インダクタの周波数 vs インピーダンス特性
   

   ☆ コンデンサ,インダクタでは、寄生成分との間に生じる共振周波数(自己共振周
    波数)以上で、リアクタンスの極性が反対になっています。この自己共振周波数が
    コンデンサ,インダクタ本来の特性での使用限界になっています。

 5.集中定数回路と分布定数回路の特性比較