パフォーマンスレベル

高データレート – Cat-6、Cat-9、Cat-12：高電力、高データレートのデバイス、消費者向けモバイルデバイス、基地局、レンジエクステンダで使用されます

低データレート – Cat M1、NB-IoT、LTE-M：これらの動作カテゴリは、通常、スマートメータ、センサノード、分散型マシン通信などの低電力IoTまたはモバイルデバイスで使用されます

提供：u-blox

加入者識別モジュール（SIM）カードとデータプラン

セルラーデータ用にプリペイドおよび月額プランをご用意しています。

セルラーSIMカードとデータプラン

アンテナ

標準アンテナから選択するか、Taoglasのアンテナビルダーサービスを利用して独自のカスタムアンテナを構築してください。

標準セルラーアンテナ

カスタムアンテナビルダー

トランシーバ、ゲートウェイ、ルータ

これらのデバイスはデータ転送のネゴシエーションを行い、ネットワーク上でのデータ転送方法を決定します。

セルラーゲートウェイとルータ

セルラートランシーバモジュールとモデム

ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（WPAN）

• Bluetooth Low Energy（またはBLE）として明示されていないBluetoothは、多くの場合、以前のバージョン（別名Bluetooth Classic）を指します。これは、近距離でデータを伝送するためのワイヤレス規格です。
• Bluetooth Low Energy（BLE）は、低消費電力用に最適化されており、フィットネストラッカーや医療機器など、小型バッテリで低電力要件のデバイスに最も多く使用されています。
• インパルス無線超広帯域（IR-UWB）は、高周波数、広帯域幅伝送を使用するワイヤレス技術です。この技術は3.1GHz～10.1GHzの周波数帯域で動作し、各無線チャンネルは500MHzの帯域幅を持つことができます。伝送は短時間で、レーダの原理を使用した位置・距離センサとして機能します。
• Zigbeeは、IEEE 802.15.4仕様に基づく2.4GHzメッシュネットワークであり、小規模なパーソナルエリアネットワークを形成します。BluetoothやWi-Fiなどの他のオプションほど複雑でも高価でもありませんが、多くの場合、カバレッジエリアは狭くなります。一般的に、ホームオートメーション、IoTデバイス、さらには一部の産業用オートメーションネットワークなど、低電力・低データレートのデバイスで使用されています。
• Z-Waveは、ホームオートメーションやスマートデバイス向けのもう1つのワイヤレスプロトコルです。低データレートの伝送と電力要件を持つホームオートメーションデバイスで使用される、1GHz以下のメッシュネットワークプロトコルです。Z-WaveはSilicon Labsが所有し、開発しています。
• 6LoWPAN（「IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks」の略語）は、ネットワーク性能と機能の向上を目的として、ワイヤレスネットワーク上でインターネットプロトコル（IP）バージョン6の使用をサポートするワイヤレスネットワークプロトコルです。 他のオプションよりも複雑ですが、オープンなIP標準による通信が可能です。
• Threadは6LoWPANと802.15.4をベースとしています。モノのインターネット（IoT）製品用の低電力メッシュネットワークプロトコルとして使用できます。多くの場合、Matterと組み合わせて使用されます。

ワイヤレスローカルエリアネットワーク（WLAN）

• Wi-Fiは、最も普及しているワイヤレスプロトコルの1つです。IoTデバイス、低電力アプリケーション、短距離高データレートデバイス向けに機能と周波数帯域を拡大しており、スマートデバイスに統合するプロトコルとして非常に人気があります。

セルラー

• 高データレートセルラーは、一般的に4Gとして知られています。高速、高データレートのワイヤレス伝送に最適です。伝送にはより高い電力が必要ですが、IoTやマシンツーマシンアプリケーション向けに設計された低電力のバリエーションもいくつかあります。
• 5G RedCap（「Reduced Capacity」の略）は、高速・高データ通信ネットワークと低電力・低データレートのIoTアプリケーションの中間を担うことを目的として設計された、5Gベースのワイヤレス規格です。5G RedCapには、狭い帯域幅、少ないアンテナ数、低い送信電力など、完全な5Gハードウェア規格と比較していくつかの違いがあります。 その利点は、低消費電力とハードウェア要件の低下であり、ウェアラブルデバイス、IoT、スマートシティに適しています。

低電力広域ネットワーク（LPWAN）

• LoRaは「Long Range」の略であり、Semtechが開発した独自のスペクトラム拡散変調方式です。長距離（約3マイル/5キロメートル）および低データレート（約1kbps）をサポートしています。固定チャンネル帯域幅内で感度を高めるためにデータレートを低減します。LoRaの可変データレートにより、システム設計者はデータレートを低減して通信距離を伸ばすことができます。
• NB-IoTはCat-NB1とも呼ばれ、従来のセルラーLTEの物理層を使用しない狭帯域技術規格です。他のLTEデバイスと共存し、同じ周波数帯域の一部を使用するように設計されています。低データスループットと長距離通信を必要とする静止した低電力アプリケーションに適しています。
• LTE-MはCat-M1とも呼ばれ、中程度のデータレートスループットを必要とする低電力セルラーアプリケーション向けに設計されています。通常のLTEと比較して帯域幅が狭いため、通信距離は長くなりますが、データスループットは低下します。LTE-Mは、低電力、低レイテンシ、モビリティを必要とする中程度のスループットのアプリケーションに最適です。
• Wi-Fi HaLow™は、1GHz以下の帯域で動作する、IEEE 802.11ahワイヤレス規格に基づくWi-Fi認定製品です。従来のWi-Fiと比較して、より長い通信距離と低い消費電力を実現します。セキュリティや展開の容易性など、Wi-Fiネットワークのすべての機能を備えつつ、1GHz以下の帯域での長距離通信が可能となるため、最新のIoTやその他の長距離通信アプリケーションに最適です。
• Dect NR+は、ライセンス不要の非セルラーメッシュネットワーク無線規格です。超低レイテンシとデータスループットを必要とする大規模なマシンツーマシン通信向けに設計されています。世界的でライセンス不要の1.9GHz周波数帯で動作するため、基地局やタワーといった既存のセルラーインフラが不要となり、ユーザーはセルラープロバイダーを介さずに独自のプライベートネットワークを運用できます。これにより、展開コストを大幅に削減できます。

全地球航法衛星システム（GNSS）

全地球航法衛星システム（GNSS）は、地球の周りを回る衛星のシステムで、地上の受信装置に位置と時刻のデータを送信します。送信衛星の位置と信号の送信時刻を解読することで、受信装置の正確な位置を特定することができます。GNSSは一般名称であり、世界には様々なシステムや補強システムがあります。最も広く利用されているシステムを以下に示します。

• 全地球測位システム（GPS）は米国のシステム
• GLONASSはロシアのシステム
• BeiDouは中国のシステム
• Galileoは欧州連合のシステム

認証と試験

ワイヤレス電磁スペクトルの公正で責任ある利用は、安全性と経済的利用の両方において優先事項です。各国政府は、新しい設計が一般向けに販売される前に必要な厳格なコンプライアンスおよび認証を義務付けています。米国では、連邦通信委員会（FCC）が、機器が電磁両立性（EMC）基準を満たしているか、すなわち、他の電子部品やその周辺に干渉を与えることなく製品が機能できるかどうかの試験・認証に対して責任を負っています。

干渉への対処

外部からの干渉を排除または低減する方法は数多くあります。

シールド：RFシールドとRFガスケットは、エンクロージャがRFIおよびEMIの侵入から完全に保護されることを確保します。

RFシールド：外部からの干渉を低減したり、無線放射の外部への漏出を防止する最も一般的な方法の1つです。RFシールドの目的は、RFアンプなど、干渉の影響を最も受けやすい部品からの干渉信号を遮断するか、または外部に伝導することです。

RFIおよびEMI – コンタクト、フィンガーストック、ガスケット：外部エンクロージャの隙間を密閉できるフォームガスケットが含まれます。

RFIおよびEMI – シールド材と吸収材：干渉信号を反射または吸収するシートまたはロール状の材料が含まれます。

不要な方向に広がるEMIを方向付けし、制限する指向性アンテナ

指向性アンテナ：外部ソースからの干渉を低減するもう1つのオプションです。特定方向からの信号受信のみを許可することで、伝送経路上の不要なソースをフィルタリングすることができます。しかし、これらは大型の装置であり、受信経路が予測可能な固定設備に適しています。

トランシーバのフォームファクタ

集積回路（IC）には、ワイヤレス信号の形成と解読に必要な回路が含まれています。しかし、IC単体では機能しないため、信号を送信する前に回路基板の設計と組み立てが必要となります。ICは、初めてデバイスを構築する人にとっては理想的ではありませんが、システム統合を密に行うことができます。

モジュールとモデムは、ワイヤレス設計に統合可能なパッケージです。一部のモジュールには、RFシールドと電源管理機能が統合されており、追加設計の必要量を削減できます。

トランシーバ完成品はすぐに使えるデバイスやユニットであり、ワイヤレスネットワークを素早くセットアップできます。電源をオンにしてネットワークに接続するだけで、ワイヤレスネットワークの展開が容易になり、センサの接続やデータリンクの設定時にプラグアンドプレイ操作を行うのに最適です。

開発ボードとキットは、実験やプロトタイピング用に設計されており、RF開発に非常に役立ちます。DigiKeyでは、あらゆる周波数、ワイヤレスバンド、アプリケーションをカバーする、世界で最も幅広いメーカーおよびサプライヤの製品を在庫しています。DigiKeyには、お客様のアイデアをプロトタイプから量産に移すための必要なものがすべて揃っています。

アンテナ統合

アンテナを設計に統合することは非常に困難な場合があり、その作業は設計の多くの要素によって異なります。すべての要素をカバーすることはできませんが、以下のリストは設計の開始に役立つでしょう。一般的に、金属を適切に使用している設計であれば、金属が多い（アンテナが大きい）ほど、アンテナの性能が向上します。

外部アンテナ

外部アンテナを使用して設計を行う場合、組み込みアンテナや内部アンテナを使用する場合とは異なる考慮事項があります。 最適な送信ポイントに到達するには、より長いケーブルが必要になる場合があります。ケーブルやコネクタを導入すると、信号チェーンにロスが生じるため、これらのロスが設計のパフォーマンスに大きな影響を与えないように計画する必要があります。外部アンテナは、ゲインが高くなる可能性があり、その点も考慮する必要があります。これは、設計が許容される認証パラメータの範囲外になる可能性があるためです。アンテナの場所、配置、向き、使用するケーブルの種類は、外部アンテナの性能を決定する重要な要素になります。

内部アンテナ

サイズの制限により、内部アンテナまたは組み込みアンテナが選択されることがよくあります。この場合、アンテナの性能は外部アンテナほど高くなく、組み込みアンテナの性能を最大限に引き出すには設計が重要となります。内部アンテナでは、サイズと配置がまず考慮すべき事項となります。なぜなら、これによって使用可能なアンテナが決まるからです。ご利用のデバイスが金属製の箱の中にある場合、内部アンテナはまったく機能しない可能性があります。アンテナがPCB上に配置される場合、選択したアンテナに必要なグランドまたはコンポーネントのクリアランスを決定する必要があります。グランドプレーンの上に配置するように設計されたアンテナもあれば、効果的に動作させるために一定のグランドクリアランスを必要とするアンテナもあります。

アンテナ用語

• ゲイン – アンテナが特定の方向にどれだけ効率的に電力を送信するかを測定します。アンテナのデータシートでは、ピークゲイン、平均ゲイン、またはその両方として記載されています。
• アンテナ効率 – 放射される電力とアンテナ端子に供給される電力の比率です。効率が高いほど、特定の周波数においてアンテナの性能が優れていることを示します。
• 電圧定在波比（VSWR） – 電力がソースからアンテナ（負荷）にどれだけ効率的に送信されているかを測定します。VSWRは入力電力と出力電力の比率として測定され、2:1未満であれば良好なマッチングと見なされ、VSWRが高いほど不整合が大きくなります。
• アンテナインピーダンス – 電圧が印加された際の電流の抵抗を測定します。この値は、アンテナを通じて電力を効率的に伝送するために、ソースインピーダンスと一致させる必要があります。ほとんどの無線機器は50Ωのインピーダンスで構築されています。

一般的なアンテナの種類

セラミックパッチ – 幅広い周波数帯域をサポートし、GPSでよく使用されます。

チップ – フットプリントが小さく、PCBに直接はんだ付けされます。

ホイップ – FMラジオで使用されてきた伝統的なアンテナ設計ですが、広く応用できます。

フラットパッチ – 携帯用ワイヤレス機器で一般的に使用されます。

マイクロストリップカリキュレータ

IPC-2141トレースインピーダンスカリキュレータでは、基本的なパラメータを入力するだけでIPC-2141規格に準じてインピーダンスを計算でき、初期の設計をいっそう簡単に行えるようになります。カリキュレータで計算できるインピーダンスは標準的な設計を想定しているため、最終設計では損失、分散、銅はくの粗さ、位相シフトなどを考慮する必要があります。また、最終的な回路解析にはフィールドソルバーが必要となる場合があります。

dBm～ワット数換算

dBm～ワット数換算ツールは、デシベルミリワット（dBmW）とワット（W）間で電力測定値を換算します。

一般的なRFコネクタ

SMA（SubMiniature version A）は通常、最大12GHzまでの周波数範囲に対応していますが、SMAコネクタのバリエーションでは最大18GHz以上まで対応可能です。このような小型高周波アプリケーションでは、一般的に民生グレードのマイクロ波アプリケーションでSMAコネクタが使用されており、最も一般的なのはWi-Fiルータのアンテナに搭載されているRP-SMAコネクタです。

Nタイプは、発明者であるベル研究所のポール・ニールにちなんで命名された、同軸ケーブル接続用のネジ式RFコネクタです。このコネクタは優れた耐候性と耐久性を備え、最大11GHzの動作周波数範囲をサポートしているため、低マイクロ波RFアプリケーションに最適です。発売から約80年が経過した現在でも、このコネクタは屋外での使用や簡単な設置に広く使用されています。主な使用上のポイントは、Nタイプコネクタの50Ωバージョンと75Ωバージョンは相互互換性がなく、嵌合すると互いに損傷を与える可能性があることです。

BNCは、バヨネット機構によって素早く接続できる小型のRFコネクタです。1940年代に軍用無線機器用に開発されたBNCコネクタは、RFテスト機器やビデオなどの民生用電子機器で広く使用されるようになりました。通常、動作周波数は最大4GHzですが、信号劣化を伴うものの最大11GHzまで可能です。

TNCはThreaded Neill-Concelmanの略で、BNCコネクタのネジ式バージョンです。ネジロックオプションにより、接続の2つの嵌合側間のより確実で安定した接続が実現し、11GHzまでの動作が可能になります。小型サイズと耐候性接続により、TNCはレーダや航空宇宙アプリケーションで広く使用されています。

マイクロ同軸コネクタ（MCX）は、SMBコネクタと同じ内部コンタクトと絶縁体の寸法を維持しながら、30%小型化されています。MCXは欧州のCECC 22220で標準化されています。MCXはスナップオン式のインターフェースを使用しており、通常は50Ωのインピーダンスを備えています。DCから6GHzまでの広帯域に対応しています。

マイクロミニチュア同軸コネクタ（MMCX）はMCXに似ていますが、より小型です。MMCXコネクタは、欧州のCECC 22000仕様に準拠しています。MMCXはロックスナップ機構（クイックディスコネクト）を備えたマイクロミニチュアコネクタで、360度の回転が可能であり、通常は50Ωのインピーダンスを備えています。DCから6GHzまでの広帯域に対応しています。

RF同軸ケーブルアセンブリ

RF設計で使用される最も一般的なケーブルは、同軸ケーブルです。

同軸ケーブルに取り付けられた一般的なU.FL RFコネクタ

フロントエンドチップ

フロントエンドソリューションは、多くの場合、以下の「フロントエンドコンポーネント」セクションに記載されている複数のコンポーネントを1つのIC（集積回路）に組み込んでいます。

最新のRF回路は、通常、上記の画像のように、フロントエンド回路コンポーネントを単一のチップパッケージに統合しています。

フロントエンドコンポーネント

RFフロントエンドコンポーネントには多くの異なる段があり、通常、複数のコンポーネントグループで構成されています。

バンドパスRFフィルタはアンテナからの無線信号を受信します。このフィルタの役割は、望ましい信号を処理チェーンに沿って通過させ、帯域外の信号を減衰させて後続の段に影響が及ばないようにすることです。

RFアンプは一般的に低ノイズアンプと呼ばれ、ノイズを追加することなく微弱な信号を増幅するために使用されます。

局部発振器は安定した無線周波数信号を生成します。周波数は固定または調整可能ですが、この信号はさらなる処理が行われる前のミキサ段で使用されるため、安定性と精度が非常に重要です。

ミキサ段では、バンドパスフィルタから受信されフィルタ処理された無線信号と、局部発振器からの信号が混合されます。ミキサからの出力は、これらの信号の組み合わせであり、信号処理、フィルタ処理、抽出が容易になります。

LNAとも 呼ばれる 低雑音増幅器は 、不要なノイズや干渉を加えることなく低電力信号を増幅するRF回路デバイスです。LNAは、増幅された信号に加わる干渉の量を最小限に抑えるように設計されています。

パワーアンプ（PA）は、低電力のRF信号を増幅して、アンテナから送信する高電力の信号に変換する増幅回路の1種です。

RFスイッチは、信号チェーン間でRF信号を切り替えることができるデバイスです。一般的な電気スイッチと同様に、RFスイッチには様々な構成があり、異なる経路間で切り替えが可能です。

アッテネータ

アッテネータは、通過する信号の振幅（または強度）を減少させるRF回路部品です。

アッテネータは、通過する信号の振幅（または強度）を減少させるRF回路部品です。アッテネータは増幅器とは逆の働きをし、信号の電力を増やすのではなく、減らします。直感に反するように思われるかもしれませんが、信号の電力を減らすことには理由があります。その理由には、処理チェーンにおける信号レベルのマッチング、ダイナミックレンジの拡張、インピーダンスのマッチング、信号の較正などがあります。通常、特定の周波数帯域の信号の強度を減らすRFフィルタとは異なり、アッテネータは全周波数スペクトラム帯域で機能します。

バラン

このバラン部品は、トップカバーが取り外され、2つのトランスループ（1つはフローティング、もう1つは接地）が示されています。

「バラン」は、平衡（Balanced）と不平衡（Unbalanced）の頭文字を組み合わせた言葉で、日本語では「平衡 - 不平衡負荷変換器」と呼ばれます。バランは、平衡または不平衡回路が互いのインピーダンスに干渉することなく接続できるRF回路部品であり、差動信号をシングルエンド信号に、またはシングルエンド信号を差動信号に変換します。バランは、不平衡側が接地され、トランスのもう一方の側がフローティングされたシンプルな2巻線トランスとしてモデル化することができます。