RF集積回路の設計法ー5G時代の高周波技術ー

携帯電話などの移動体通信が実用化されてから30年で、通信速度は約1万倍以上も向上しており、2020年に実用化が予定されている第5世代移動体通信(5G)では、さらなる通信速度の向上が図られている。5Gの実現により、高精細な動画像がインターネットを介して瞬時にダウンロードでき、膨大な数のユーザがアクセスしてもシステムがダウンすることもなくなることが期待されている。また5Gは、医療、製造、流通、緊急サービスなど、あらゆる産業に大きな影響を及ぼすと予想されており、具体的な例としては遠隔手術や自動運転など、人々の生活をより快適で便利にできると考えられている。 このような無線通信の高度・高速化を支えるのは、高周波領域で動作するRF回路の進化である。携帯電話端末の無線回路は、数百MHzから数GHzの高周波アナログ（Radio Frequency：RF）信号を扱い、受信時には雑音にまみれたピコワット程度の微弱電波から正確な情報を取り出し、送信時には電池電源から1ワット程度の高出力信号を効率よく変換し、電波法で厳格に規定された周波数帯で送信する必要がある。高周波アナログ信号を扱う場合には、雑音だけでなく、回路に存在する寄生容量の影響、信号間の干渉、反射など、非常に多くの考慮しなければならないことが多いことから、アナログ回路開発には数多くのノウハウが必要である。 また、素子のばらつきなどの影響を受けやすいアナログ回路だけでは高性能なRF回路を実現することは困難であるので、アナログ回路の不完全性をデジタル回路で補正する技術が提案され、さらには、アナログ回路そのものをデジタル回路に置き換えて、同様の性能を実現できる技術が開発されるなど、設計者がカバーすべき技術範囲は非常に広範囲に広がっている。 現在では、高周波回路設計用の回路シミュレータ（Computer Aided Design：CAD）が発達しているので、CADによる数値計算でも必要な設計値を求めることもできるかも知れない。しかしながら、CAD設計では回路の最適化はできても、課題を解決することはできない。回路動作の原理を理解しつつ設計を行う力が身につけば、課題を解決するアイディアを設計段階で創出することができるようになる。 　本書は、変調方式や受信感度などの無線仕様から、RFトランシーバ全体を俯瞰しながら回路設計を行うためのRF回路の基礎と、設計で考慮すべきキーポイントを網羅的に述べている。また、各回路設計において、基本となる原理説明に数式を示し、その解析式の導出過程もできるだけ記載した。さらには、従来RF回路の欠点を改善すべく考案されてきた最新RF技術の原理を紹介しており、これからRFトランシーバ設計を学ぶ技術者に、開発の指針を提供するものである。尚、回路レイアウトのノウハウ、寄生容量の抽出や、回路モデルの構築方法、に関しては別の文献を参照されたい。