高周波で使う部品とその使用方法

◆はじめに(2017/3/24)
大手の本屋へ行っても自作に関する本はなかなか見つからず、図書館・古本屋・ネットで探しても少なくなっています。高周波で使う部品のノウハウや実装技術はベテランにとってはあたりまえのことでも初心者は知らないことが多く、それを伝えるための解説本が手に入りにくい状況です。ならば手持ちの本を読みかえし、高周波に関し一般的に入手できる範囲で部品を使うときの注意点をまとめてみようと思います。

１．抵抗

◆高周波回路に適した抵抗(2017/3/24)
高周波に適した抵抗とはＬ成分（インダクタンス）やＣ成分（キャパシタンス）が少なくて純粋にＲ成分だけのものが望ましいのですが、パーツ屋で入手できる範囲では下のようになっています。

  1. カーボン抵抗(炭素被膜抵抗）は円筒状の炭素被膜にらせん状の溝を入れたもので入手は容易です。らせん状の溝によりその部分がコイルとして動作するため、低抵抗ほどＬ分は少なく高周波特性は良好ですが、高抵抗になるとＬ成分が大きくなって高周波特性は悪くなります。下のグラフを参考にすると１０KΩで１００MHｚ程度までは使えるでしょう。
  2. 寸法は出来るだけ小さいことが望ましくい、電力的に許せば１／２Ｗより１／４Ｗ、更に１／８Ｗのほうが高周波特性は良くなります。
  3. リード線部が短いほど望ましく、カーボン抵抗のようなリード線タイプよりはチップ抵抗のような直接半田付けできるものは高周波特性が良好です。
  4. 巻線型はＬ成分が多いため高周波回路には使用できません。
  5. 抵抗体は炭素粉末を容器に詰め込んだソリッド抵抗のようなＬ成分の少ない形状が望ましいのですが、現在は入手難となりました。

　
（左）カーボン抵抗　上は１／６Ｗ、下は１／４Ｗ　（右）巻線型抵抗

　新・低周波／高周波回路設計マニュアル　Ｐ２２９ より引用

◆抵抗の固定方法(2017/3/24)

  1. プリント基板に取りつける場合は横に寝かせた方がリード線が短くなり、機械的にも安定するため好ましく思います。
  2. 縦型に取り付ける場合は　①インピーダンスの高い信号側はリード線の短い方に　②インピーダンスの低い電源またはグランド側をリード線の長い方にします。

２．コンデンサ

◆高周波回路に適したコンデンサ(2017/3/31)
高周波に適したコンデンサとはＬ成分（インダクタンス）の少ないものが望ましく、配線する場合には注意が必要になります。

  1. （高誘電率系）セラミックコンデンサは形状が小型でありバイパス用、結合用、同調用として高周波に適しています。ただし温度変化による容量の変化が大きいため同調用としてＶＦＯのような発振回路には適しません。
  2. ＶＦＯの同調回路には温度補償セラミックコンデンサを使用し、コイルとコンデンサの温度係数が相互に打ち消し合ってゼロになるよう選択します。
  3. チップコンデンサはリード線部が極小であり、バイパスコンデンサとして適しています。ただし基板から外すとクラックの入ることがあり、再利用は不可能と思ってください。
  4. スチロールコンデンサ、マイラーコンデンサは絶縁物に電極を蒸着して巻き込んだ構造のため、Ｌ分が大きくなり高周波回路には適さない。

　
（左）セラミックコンデンサとチップコンデンサ　（右）温度補償セラミックコンデンサ各種

◆バイパス用として使う場合の注意点(2017/4/7)

  1. バイパスコンデンサとして　１～１００ＭＨｚでは０．０１μＦ、１００ＭＨｚ以上では０．００１μＦ以下　を使用。
  2. セラミックコンデンサをバイパス用に使う場合はリード線を出来るだけ（１ｍｍでも）短くする。

　バイパスコンデンサの半田付け

◆リード線のインダクタンスによる影響(2017/4/7)

  1. リード線のインダクタンスとコンデンサのキャパシタンスで直列共振した周波数でインピーダンスは最低になりますが、それ以上ではコンデンサがインダクタンスとして動作しインピーダンスが上昇してしまいます。したがって出来るだけリード線を短く配線することが必要になります。
  2. ０．００１μＦのセラミックコンデンサでリード線長２ｍｍ(片側）の場合、共振周波数は６０ＭＨｚ程になります。

　高周波回路設計ノウハウ　Ｐ２３より引用

３．コイル

◆空芯コイル(2017/9/8)

  1. 線材を筒状に巻くだけの空芯コイルは安価でもあり高周波回路にはよく利用されます。
  2. 筒状に巻いたコイルはソレノイドコイルと呼びます。
  3. ＶＨＦまでは何回か巻いたコイルを使いますが、ＵＨＦ以上になるとワンターン（１回巻き）または帯状のストリップラインを使います。
  4. 磁力線がコイルの外部に出るため、同じ周波数の他コイルと結合すると異常動作の原因になります。
  5. 他のコイルとの結合を減らすため、直角に配置するか、コイルの間にシールド板を入れます。

　
（左）コイルの直角配置　（右）コイルのシールド

◆コアありコイル(2017/8/11)

  1. コイルの中心にコア（ダストコア）を入れることでインダクタンスが増加するためコイルの巻き数を減らすことができます。
  2. コアの位置をずらすことでコイルのインダクタンスが増減できます。
  3. 真鍮をコアに使うとインダクタンスを減らすことができます。
  4. トロイダルコアであれば磁力線は内部に封じ込まれますが、ボビンに巻くタイプ（ソレノイドコイル）は磁力線が外部に出るためシールドが必要です。
  5. コアの材質はフェライト（ニッケル－亜鉛）の場合は１００ＭＨｚ程度までですが、カーボニル鉄は更に高い周波数（アミドンＴ２５－１２であれば２００ＭＨｚ程度）まで使用可能です。

　　
（左）１０Ｋボビンにコイルを巻く　（中）１０Ｋボビンにシールドケースを被せたところ　(右）トロイダルコイル

　トロイダル・コア活用百科　Ｐ２６より引用

４．プリント基板

◆プリント基板の材質(2017/4/21)
プリント基板の材質としては　①テフロン　②ガラスエポキシ　③紙エポキシ　④ベークライト(紙フェノール）　とありますが、一般的に入手できるのは②と④です。私がよく使う平ラグ板の材質はベークライトで、そこに１４４ＭＨｚの回路を組んでいます。損失があることは承知の上で使っていますが、ガラエポの平ラグ板があればと思うことはありますが(hi)。ただし２００ＭＨｚを超えると明らかな損失があるとのことです。

材質

価格

上限周波数
①テフロン 高価 ５ＧＨｚ
②ガラスエポキシ 中位 １ＧＨｚ
③紙エポキシ 中位 ３００ＭＨｚ
④ベークライト(紙フェノール） 安価 １００ＭＨｚ

　　（左）ガラスエポキシ基板　(右）ベークライト基板

◆フラックスについて(2017/4/21)
プリント基板の銅箔面に塗るフラックスは高周波特性が余りよくないため、出来れば使わないほうが良いようです。私の場合５０ＭＨｚまでは使っていますが、１４４Ｍや４３０Ｍでは使用しません。半田付けが終わった後は手アカとか半田のヤニをシンナーやベンジンでふき取っておきましょう。

　プリント基板用フラックス

参考・引用文献

  1. 高周波回路設計ノウハウ　吉田武著　ＣＱ出版社
  2. ビギナーのためのトランシーバー製作入門　千葉秀明著　ＣＱ出版社
  3. 無線機の設計と製作入門　鈴木憲次著　ＣＱ出版社
  4. 高周波回路の設計・製作　鈴木憲次著　ＣＱ出版社
  5. 新・低周波／高周波回路設計マニュアル　鈴木雅臣著　ＣＱ出版社
  6. トロイダル・コア活用百科　山村英穂著　ＣＱ出版社
  7. アマチュアのＶ・ＵＨＦ技術　ＣＱ出版社
  8. 抵抗＆コンデンサの適材適所　三宅和司著　ＣＱ出版社
  9. 波形で学ぶ電子部品の特性と実力　稲葉保著　ＣＱ出版社
  10. 最新トランジスタ規格表　ＣＱ出版社
  11. 最新高周波デバイス規格表　ＣＱ出版社