2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of microwave amplifiers and rectifiers using dispersion engineering of CRLH transmission line stub
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15K06027
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 愼一 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00556243)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ波 / 電力増幅器 / 高調波 / F級 / 左手系メタマテリアル / CRLH / デュアルバンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ波電力増幅器は、第５世代無線通信システムに向けて高効率化と小型化の要求が厳しさを増している。本研究課題では、右手左手系複合（CRLH）線路スタブを用いて高効率F級増幅器を実現するための新しい高調波処理回路を提案し、様々な形態の実証回路の試作を通して高い性能と汎用性を示すことができた。
本提案の手法は、従来のCRLH線路スタブが正次数の共振モードを利用していたのに対し、負次数共振を利用することでスタブを従来比1/5以下に小型化できる上に周波数特性を自在に制御できることが最大の特徴である。実際に窒化ガリウム（GaN）を用いた FETを用いて実証増幅器を試作した結果、2GHz/4GHz帯の5W級F級増幅器では、従来より大幅に小型化した高調波処理回路を用いて88%という極めて高いドレイン効率を実現した。また、4GHz帯においてはコンデンサ等の実装部品を用いずに分布定数線路の延長でCRLH線路を形成し、回路面積に加えて材料費の節減という点でも増幅器の低コスト化に貢献し得ることを示した。
提案手法の応用発展形態としては、他に0.8/2GHz帯デュアルバンドF級増幅器のための高調波処理回路を実現した。F級増幅器は、ドハティ増幅器や２トランジスタ構成のコンカレントデュアルバンド増幅器を構成するユニット増幅器として利用できる可能性がある。そこでそれを実現可能にするため、一層高いレベルでユニット増幅器の高効率化と小型化が実現すべく高調波処理回路とバイアス回路を一体化させる方法を提案した。更には、コンカレントデュアルバンド増幅器の実現に向けて、集中定数回路と分布定数回路の欠点を補い両者の利点を持ち合わせた低損失で小型な分波器を実現した。上記を含む数多くの実証例を示すことで、次世代の無線通信システムに向けて新しい概念による小型・高性能なマイクロ波電力増幅器の設計手法を実証することができた。
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