高出力広帯域パワーアンプの設計技術を開発――電波送信装置の小型化に寄与 富士通研究所

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富士通研究所は2020年8月4日、1台で数百MHzから数GHzまでの周波数帯で信号を出力できるパワーアンプの設計技術を開発したと発表した。

異なった周波数帯の電波を送信するにあたり、それぞれに対応した異なるパワーアンプを複数備えると電波送信装置が大型化してしまうため、1台で複数規格に対応した周波数帯をカバーできる高出力なパワーアンプの開発が求められている。

一方で、出力を高めるためにトランジスタの数を増やすと、トランジスタと電力合成器の間のインピーダンスの差が大きくなり、広帯域で周波数の信号が減衰してしまい高い出力特性を得ることが困難となるため、パワーアンプの新たな設計技術の開発が必須となっていた。

同社が今回開発した設計技術は、電力合成器に3次元配線構造を用いた結合線路を適用させ、電力合成器にインピーダンス変換機能を持たせることで、インピーダンスの差分の緩和と電力合成を両立されるというもの。基板を実装した金属部分に空洞を設けて基板の表面と裏面に幅広い配線とすることで、強い電気的な結合を有する結合線路構造を実現した。これにより、広帯域への対応およびインピーダンスの調整が可能となっている。

また、トランジスタと電力合成器間のインピーダンスの差分を小さくするために、異なる配線幅を有する結合線路を作製した。段階的にインピーダンスを変化させることで電力合成器の信号の損失を抑え、広帯域にも対応可能となっている。

今回開発したパワーアンプの設計技術と同社のGaNトランジスタ技術を用いてGaNパワーアンプを試作し、特性を評価したところ、中心の周波数とカバーする周波数(0.5〜2.1GHz)との比帯域が120%の場合で200Wの出力が得られた。出力電力と周波数帯域の積で求められる広帯域増幅器の性能指標は、従来と比較して2倍以上となっている。

同社は今後も、パワーアンプのさらなる高出力化および広帯域化を進めるべく開発を継続する。

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