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最新ミリ波技術    
Current Millimeter-Wave Technology
[コードNo.2015T978]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 松澤昭
■体裁/ B5判 220ページ
■発行/ 2015年7月31日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 66,960円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1078-7

 
★ ミリ波技術の最新動向を紹介する専門技術書!!
★ 回路、アンテナ、トランシーバ、モジュールとデバイス開発の必須情報を詳述!!
★ 近・中距離無線や車載用ミリ波レーダーなど応用技術も解説!!

キーワード

InP / GaAs / GaN / SiCMOS / MOSFET / SNR / MMIC / ダイレクトコンバージョン / ダウンコンバージョン / プリント基板 / RF集積回路 / 導波路長 / Flip-chip実装 / スロットアンテナ / ブロッキングエリア / ビームフォーミング / ヘテロダイン方式 / RFIC / IEEE802.11ad/WiGig / Wi-Fi / 5G通信

刊行にあたって

 波長が1cm以下の電波であるミリ波に関する技術開発は長い歴史を持っているが、車載レーダや固定無線などの一部の用途を除いては未だに大きなマーケットを形成していない。

 その原因は、デバイスが未成熟であったこと、ミリ波は直進性が強くこれまでの無線通信とは異なり自由に接続できないこと、ミリ波通信では数Gbpsの超高速データ伝送が可能だが、コストに見合った用途やコンテンツが未成熟だったことなどが挙げられる。

 初期のミリ波デバイスはインパットダイオードやガンダイオードなどの二端子デバイスであった。私が学生だった時代から使用されていたので、40年以上の歴史がある。しかしながら、二端子デバイスは入出力の分離が困難なため応用分野が限定され、ミリ波帯で広く使用されたのは三端子デバイスであるGaAs化合物半導体トランジスタであった。

 現在では、これを伝送線路などの受動素子と併せて集積化したマイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)によりミリ波回路の実用化が図られ、衛星放送の受信機、車載レーダ、固定無線などに用いられている。しかしながら、来たる大量使用に向けてモノリシック集積回路による実現が試みられるようになった。当初はSiGeヘテロ接合トランジスタによる集積回路が開発され、続いて微細化により周波数特性が急激に上昇したCMOS集積回路が開発された。CMOS集積回路の意義は高周波性能が目標に達したということだけではなく、デジタル回路との混載が可能であり、ミスマッチの抑制など様々なデジタル補償を用いることで、システム全体の性能向上、小面積化、低電力化が図り易いことや、将来のベースバンド回路との一体集積が可能となることにある。

 また、最近は変復調の多値化ビット数の向上により、同一周波数帯域を用いてもデータレートを向上できる技術が開発されるようになり、従来に比較して約6倍の速度向上が図られている。このためには位相雑音の低減、周波数特性のフラットネスの向上、ベースバンドを含めた雑音や歪の低減が重要である。更にミリ波の課題である直進性への対応として、電子ビームフォーミング技術の開発が盛んである。また、低電力である程度の距離の通信を可能にするためには高利得アンテナが重要となるが、平面アンテナを中心として各種のアンテナ技術や、アンテナとチップを繋ぐ、低損失のパッケージ技術なども開発が進められている。
新たな市場への対応として、超高速データ伝送特性を用いて短時間のデータ伝送特性を実現する、データキオスクなどの新たな近距離無線技術が実用化されようとしている他、光ファイバーに比べて敷設の自由度が高いミリ波無線ネットワーク、4K・8Kなどの超高精細TVシステムへの適用技術、ミリ波イメージング技術なども開発が進められている。

 以上のようにミリ波技術はデバイス技術だけでなく、回路技術やシステム技術の開発により、その課題を克服し、本来の利点である超高速信号伝送の実現に向けた開発が続けられており、今後の無線通信における通信容量の逼迫を解決する技術としてミリ波技術が実用化される日もそれほど遠くないものと思われる。

2015年7月
松澤昭

著者一覧

松澤昭東京工業大学
岡田健一東京工業大学
藤島実広島大学
広川二郎東京工業大学
張E東京工業大学
滝波浩二パナソニック(株)
谷口英司三菱電機(株)
福本宏三菱電機(株)
須賀良介青山学院大学
中野洋日本無線(株)
谷口徹日本無線(株)
松永高治日本電気(株)
三友敏也(株)東芝
清水雅史日本電信電話(株)
川崎研一ソニー(株)
半谷政毅三菱電機(株)
中山正敏三菱電機(株)
大橋洋二(株)富士通研究所
中川孝之NHK放送技術研究所
佐藤弘康東北大学
陳強東北大学

目 次

【開発編】
第1章回路
160GHz帯局部発振器  (岡田健一)
1.160GHz帯局部発振器の課題
1.2従来のミリ波帯直交局部発振器の回路構成
1.3注入同期型周波数逓倍器
1.460GHz帯局部発振器
1.560GHz帯注入同期型直交局部発振器の設計例
2テラヘルツCMOS回路の動向と展望  (藤島実)
2.1はじめに
2.2デバイス特性およびモデリング
2.2.1ディエンベディング
2.2.2非線形トランジスタモデル
2.2.3電磁界シミュレーション
2.3テラヘルツCMOS回路設計
2.3.1増幅回路における利得増強
2.3.2テラヘルツ信号の生成
2.3.3オンチップ電源デカップリング、平面回路とアンテナ
2.3.4送受信回路
2.4今後の展望
第2章アンテナ
160GHz帯シリコンチップ厚膜誘電体上高効率パッチアンテナ  (広川二郎)
1.1はじめに
1.2アンテナ構造
1.3アンテナ試作
1.4測定結果
1.5リバブレーションチャンバによる放射効率測定
238GHz帯中距離伝送システム用平面アンテナ  (広川二郎、張E)
2.1はじめに
2.2アンテナ構成
2.3アンテナ設計
2.3.1放射スロットの設計
2.3.2スロット結合器の設計
2.3.3H面T分岐との結合
2.3.4終端スロット結合器
2.3.5アンテナの全構造解析
2.4アンテナ試作と評価
2.5実用化に向けたアンテナの課題と改良
2.6アンテナ試作と評価
2.6.1銅薄板の拡散接合によるアンテナ試作
2.6.2アルミ薄板の拡散接合によるアンテナ試作
2.7まとめ
第3章60GHz帯トランシーバ
160GHz帯ダイレクトコンバージョン送受信機  (岡田健一)
1.1はじめに
1.2システムレベル無線機設計
1.3無線機の全体設計と回路実装における非理想性の考慮
1.4各回路ブロックの設計
1.4.160GHz低雑音増幅器
1.4.260GHz帯差動プリアンプ
1.4.3ダウンコンバージョンミキサ
1.4.4ベースバンド帯増幅器
1.4.560GHz帯電力増幅器
1.4.6アップコンバージョンミキサ
1.4.7抵抗帰還型差動増幅回路
1.5送受信機の実測評価
1.5.1評価ボードおよび測定装置
1.5.2測定結果
1.6今後の展望
2IEEE802.11ad/WiGig対応60GHz帯CMOSトランシーバチップセット  (滝波浩二)
2.1はじめに
2.2IEEE802.11ad/WiGig規格
2.3CMOSトランシーバチップセット
2.3.1モバイル端末向けチップセット
2.3.2ビームフォーミング搭載チップセット
2.4まとめ
35GHz/60GHz帯デュアルバンド対応Si-CMOS受信RFIC  (谷口英司、福本 宏)
3.1はじめに
3.25GHz/60GHz帯デュアルバンド対応Si-CMOS受信RFICの構成
3.360GHz帯受信フロントエンド部の設計
3.3.160GHz帯カスコード形LNA
3.3.260GHz帯トランジスタペア形偶高調波ミクサ
3.3.360GHz帯受信フロントエンド
3.4フリップチップ実装
3.5試作結果
3.5.160GHz帯カスコード形LNA
3.5.25GHz/60GHz帯受信フロントエンド
3.6まとめ
第4章ミリ波モジュール
1アンテナ内蔵ミリ波パッケージ技術  (須賀良介)
1.1はじめに
1.2アンテナへの要求特性
1.3スラブ導波路付ポスト壁導波路開口アンテナ
1.3.1構造
1.3.2アンテナ設計
1.3.3特性
1.4アンテナパッケージ
1.4.1アンテナ間に要求されるアイソレーション
1.4.2アイソレーション特性の評価
1.4.3まとめ
2ミリ波帯InP低雑音増幅器およびモジュール化  (中野洋)
2.1はじめに
2.2低雑音増幅器に求められる諸特性
2.3低雑音増幅器に求められる能動デバイス
2.4低雑音増幅器の設計
2.5ミリ波デバイスの実装(Flip-chip実装)
2.6Flip-chipしたミリ波低雑音増幅器
2.7まとめ
3ミリ波帯RFモジュール技術  (谷口徹)
3.1はじめに
3.238GHz帯 UP Converter MMIC
3.338GHz帯 UP Converter モジュールの基本特性
3.438GHz帯 Down Converter MMIC
3.538GHz帯 Down Converter モジュールの基本特性
3.6単板型MMICパッケージ
4GaNパワーモジュール  (松永高治)
4.1はじめに
4.2GaNのポジショニング
4.3ミリ波帯無線通信の進展とGaN_FET技術
4.4Si基板上ミリ波帯GaN_FET技術
4.5Si基板上GaN_MMIC設計技術
4.6小型GaN_MMIC高出力増幅器モジュール技術
4.7まとめ
【応用編】
第5章近距離無線伝送装置
1近接ミリ波無線  (三友敏也)
1.1はじめに
1.2ワンチップミリ波近接無線機
1.3アナログ・デジタル混載手法
1.4パッケージ内蔵アンテナ
1.5高精度温度補償を備えたミリ波増幅回路
1.6低損失送受切り替えスイッチ
1.7その他アナログ回路
1.8ワンチップ無線機測定結果
1.9おわりに
2ミリ波(60GHz)を用いた超高速非接触通信  (清水雅史)
2.1はじめに
2.2電波法におけるメリット
2.3実際の伝搬条件
2.4有効な利用方法
2.5ミリ波の新たな利用シーン
3チップ間近距離無線通信  (川崎研一)
3.1背景
3.2ミリ波チップ間近距離通信のコンセプト
3.2.1ミリ波帯に変調する利点
3.3実装例
3.3.1Millimeter-Wave Intra-Connect
3.3.2Network-on-Chip
3.3.3動作周波数の高周波化
3.3.4導波構造の活用
3.3.5信号の多重化
3.4まとめ
第6章ミリ波中距離無線伝送装置  (谷口徹)
1システム概要
2無線回路
3ベースバンド信号処理SoC
4無線システム性能
5屋外実運用評価
6回線不稼働率の実測
第7章ミリ波帯高速移動体通信システム  (半谷政毅、中山正敏)
1はじめに
2機上局装置
2.1MMICチップセット
2.2ミリ波モジュール
2.3分配/合成回路および素子アンテナ
2.4アクティブフェーズドアレーアンテナ(APAA)
3システム試験
4おわりに
第8章車載用76G/79GHzミリ波レーダー  (大橋洋二)
第9章ミリ波モバイルカメラ  (中川孝之)
1はじめに
2ワイヤレスカメラの要求条件
3放送事業用ミリ波帯周波数
3.1電波の特徴
3.2広帯域利用
3.3無線用送受信機
4ミリ波モバイルカメラのMIMO伝送方式
5ミリ波モバイルカメラのシステム構成と諸元
5.1システム構成
5.2システム諸元
642GHz帯高周波部とIF光伝送装置
6.142GHz帯高周波部
6.2IF光変換器・光多重装置・光分配装置
7番組活用例
8むすび
第10章ミリ波パッシブイメージング装置  (佐藤弘康、陳強)
1背景
2使用周波数
3ミリ波帯の熱雑音電力
477GHz帯ミリ波パッシブイメージング装置
4.1誘電体レンズの設計
4.2イメージング素子の設計
4.3動画撮像機構
5セキュリティ用途の応用例
6まとめ



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