電子計測　講義

電子計測　講義 （第７巻）３年次前期２単位選択担当：　玉野　和保

単元14（1/29） 第1４単元　センサーの概要講義で話したいこと電子計測とセンサーの関係センサーと信号処理各種のセンサーの構造と応用

単元15（1/26） 第15単元　高周波領域での計測講義で話したいこと高周波の特異性周波数領域における高周波の位置付け高周波計測のニーズ分布定数回路分布定数線路の特性方程式電圧・電流の反射とインピーダンス高周波特性の測定伝播定数、定在波比、インピーダンスの測定スミスチャートの利用

単元15（2/26） 高周波の特異性周波数領域における定義およそ100［MHz］以上のサブミリ波まで VHF領域～EHF領域線路の分布定数要素が回路要素として無視できない周波数領域 LRCが連続分布した伝送線路伝送信号が線路上で波動の性質を現す

単元15（3/26） 高周波計測のニーズ • 高密度信号伝送：ディジタル画像伝送（ディジタルTV放送）多重通信インターネット網 • マイクロ波伝送電話回線網 • 衛星通信、移動体通信 • 伝送路の設計、設置、運用：周波数、伝送路の減衰率、特性インピーダンス、インピーダンスマッチングの計測 • 通信機器の設計、設置、運用：周波数、増幅率、電磁波放射、特性インピーダンス計測など

単元15（4/26） 講義で話したいこと高周波の特異性周波数領域における高周波の位置付け高周波計測のニーズ分布定数回路分布定数線路の特性方程式電圧・電流の反射とインピーダンス高周波特性の測定伝播定数、定在波比、インピーダンスの測定スミスチャートの利用

単元15（5/26） 分布定数回路 Z［Ω/m］ Y［S/m］ Δx 基礎方程式

単元15（6/26） 基礎方程式電信方程式とも呼ばれる線路方程式方程式の解これを上式に代入し、Ｉを求める

単元15（7/26） 線路方程式の意味Ｚ0：特性インピーダンス波動インピーダンス γ：伝搬定数　γ＝α＋ｊβ α：　減衰定数 β：　位相定数式中のA、Bは電圧の大きさを表す量で、時間の関数また、大きさは線路の境界条件で定まる。

単元15（8/26） 線路の特性インピーダンス平行２線線路の場合 r=1mm、d=10mmのとき、 Z0≒276Ω　←　ほぼ真空の特性インピーダンス

単元15（9/26） 線路の特性インピーダンス同軸線路の場合 r2=2mm、r1=7mm、εs=１、 μs=１のとき、 Z0≒78Ω　

単元15（10/26） 真空の特性インピーダンスＺ0：特性インピーダンス波動インピーダンス真空中のZ0はおよそ300［Ω］なので、TVのアンテナ、フィーダ線（平行２線導線）のZ0も300［Ω］に合わせている。

単元15（12/26） 分布定数線路送端から見た電圧・電流の進行と反射送端部での条件から伝送波を表す反射波進行波

単元15（13/26） 分布定数線路受端から見た電圧・電流の進行と反射受端部での条件から伝送波を表す反射波進行波

単元15（14/26） 反射係数定義：　受端での（後退波／入射波）比電圧の場合電流の場合

単元15（14/26） 反射係数定義：　受端での（後退波／入射波）比電流は電圧と逆に、符号が反転して反射する電圧の場合電流の場合受端のインピーダンスZL＝Z0のとき、無反射これをインピーダンスマッチングと呼ぶ

単元15（15/26） 受端短絡時の送端インピーダンス VL＝0として、V（x=0）/I（x=0）＝ZShort Z0は純抵抗で、ZShortはLによって符号が変化すなわち、Lにより容量性や誘導性に変化

単元15（16/26） 受端解放時の送端インピーダンス IL＝0として、V（x=0）/I（x=0）＝ZOpen Z0は純抵抗で、ZOpenはLによって符号が変化すなわち、Lにより容量性や誘導性に変化

単元15（18/26） 特性インピーダンスと伝播定数の測定 • 受端短絡で、V（x=0）/I（x=0）＝Zshortを測定 • 受端開放で、 V（x=0）/I（x=0）＝ZOpenを測定電圧電流の測定には、熱線式、熱伝導式、あるいは真空管電圧計など、高周波電圧計、電流計が使用

単元15（19/26） 高周波の計測器 10MHz～1GHzの高周波の領域電圧・電流：　熱線式、熱伝導式、真空管電圧計など　　高周波電圧計、電流計マイクロ波領域電圧・電流：　鉱石検波器電力：　サーミスタ、ボロメータ、カロリーメータ定在波比：　スロットを設けた導波管＋鉱石検波器インピーダンス：定在波比より計算

単元15（20/26） 線路のインピーダンス測定法 • 測定に必要な要素：定在波比Γ 伝播定数β • 測定のための計算法：スミスチャート

単元15（21/26） 定在波と定在波比電圧の場合線路の長さ、受端インピーダンスで反射波が発生入射波と合成され、定在波を生じる電流の場合定在波シミュレーション（Push) 抵抗成分のない受端負荷の場合定在波比（SWR）＝定在波の ※通常は測定しやすい電圧の定在波比（VSWR）を使用 SWRから線路の特性を測定

単元15（22/26） スミスチャート（その１）ここでのインピーダンスは？受端よりLでのインピーダンスZL の規格化値：ZＮｏｒｍａｌ

単元15（23/26） スミスチャート（その２）反射係数電圧の場合ただし

単元15（24/26） スミスチャート（その３）

単元15（25/26） スミスチャートによる線路インピーダンス計算事例特性インピーダンスZ0＝50［Ω］この線路に未知の負荷Zを接続そのとき、 VSWR：Γ＝0.5 受端短絡で計った電圧最小位置L Ｌ＝0.175λ この線路の未知の負荷Zを求める計算手順（１）電源方向にL=0.175λ回転　　　中心から円の外へ線を引く（２）Γ＝0.5の円との交点を求める（３）交点のｒとｘの値を読む

単元15（26/26） 参考書 14、15単元を作るに当たって、つぎの書物を引用させて頂きました。　ここに厚く御礼申し上げます。 • 菅博、玉野和保、井出英人、米沢良治：「電気・電子計測」、朝倉書店 • 電気学会編、高等学校工業科電気課程用：「電気計測」、電気学会 • 香西寛し：「大学課程マイクロ波工学」、オーム社 • 鈴木清：「マイクロ波回路の基礎」、啓学出版 • 野田健一、荒谷孝夫：「現代伝送工学概論」、オーム社

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