リアクタンス補償小型合成回路を用いたアウトフェージング増幅器に関する研究

Abstract

近年，通信トラフィックの増加を背景に無線通信システムには大容量通信が求められている．大容量無線通信では，ピーク対平均電力比(PAPR)が大きい広帯域デジタル変調信号を使用するため，電力増幅器は広ダイナミックレンジで高効率が得られるものが必要である．しかし，一般的に電力増幅器は飽和レベルでの効率と比較してバックオフ領域では効率が低下する．よって，バックオフ領域の高効率化技術が多く検討されており，アウトフェージング増幅器はその一つである．本報告では，広ダイナミックレンジでの高効率化を図るため，小型合成回路によるアウトフェージング増幅器を提案し，試作・評価を通して検証を行った．合成回路は直列負荷補償に基づいて設計を行い，λ/4線路を用いることなく1つのインダクタと1つのコンデンサのみで構成し小型化を行った．また，整合回路設計ではバックオフレベルおよび飽和レベル付近での2電力レベル最適化と2倍波までの高調波処理を行い高効率化を図った．試作したGaN HEMTアウトフェージング増幅器を測定した結果，3.92GHzにおいて37.2dBmの飽和出力電力，77%の最大ドレイン効率が得られた．さらに，7dBの出力バックオフ内で50%を超えるドレイン効率が得られた．また，3.87～3.94GHzの70MHzの帯域において，最大出力時のドレイン効率が55%以上，6dB出力バックオフ時のドレイン効率が40%以上得られた．これに加え，上記アウトフェージング増幅器のバックオフ領域での効率と周波数特性を改善するために，整合回路サイズの小型化と挿入損失の低減について検討・評価を行った．その結果，3.85GHzにおいて約40.8dBmの飽和電力，67%の最大ドレイン効率が得られた．さらに，7dBの出力バックオフ内で53%を超えるドレイン効率が得られた．また， 3.80～3.95GHzの150MHzの帯域において，最大出力時のドレイン効率が55%以上，6dB出力バックオフ時のドレイン効率が46%以上得られた．電気通信大学202