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高調波処理型超高効率増幅回路の3次相互変調歪発生のメカニズムの理論的・実験的解明

研究課題

研究課題/領域番号 15560292
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関電気通信大学

研究代表者

本城 和彦  電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (90334573)

研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2003年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
キーワードマイクロ波 / F級増幅器 / 3次相互変調歪み / 付加電力効率 / 増幅器 / HBT / W-CDMA / 隣接チャネル漏洩電力
研究概要

原理的には無限次までの高調波を処理できる分布定数線路を用いたF級増幅器とその回路素子数削減法を提案し、これを用いて7次高調波処理までを行うF級増幅器の試作を行った。F級増幅器は、負荷インピーダンスを偶数次高調波に対しては短絡、奇数次高調波に関しては開放とすることにより、トランジスタ出力端での電力損失を抑える回路であるが、マイクロ波の周波数帯域ではトランジスタ内部に寄生インダクタンスや寄生容量(特にベース-コレクタ間容量(Cbc))が介在するために、トランジスタ出力端子において短絡・開放条件を満たすことは難しい。このために、高調波の処理次数を上げても付加電力効率(PAE)の上昇に直ちに結びつかない。そのために、Cbcの影響少なくしたときの、処理する高調波次数とPAEの関係を調べ、F級動作時の効率改善にはCbcを減らすことが重要であることを示した。また、トランジスタのパッケージ実装の問題点を示し、ベアチップ実装を行うことにより寄生成分の緩和に努めた。基板の損失が増幅器の効率に大きく関与してくることを実験的に示し、実験においてPAEで74.2%、コレクタ効率(ηc)で76.6%の特性が得られ、実験結果から回略損失を除去した際にPAEで78.7%、ηcで81.2%が得られた。この値は2GHz帯における高効率増幅器のベンチマークである。無損失理想線路を用いたシミュレーション結果はPAEで81.5%、ηcで84.3%であるので、このHBTを用いたときの理論最大効率に近い結果が得られた。HBTを用いたF級増幅器のひずみ特性は帰還容量であるCbcが存在する昨年報告したFETの歪み特性と異なる。これを解明するためHBT増幅器の非線形伝達関数を導出し、HBTではCbcの存在のため、3次相互変調歪みを構成する複数の原因の異なるベクトル成分の間で、自己補償が起こっていることを明らかにした。自己補償が起こっている場合、歪みを発生する要因の一つを取り除くと自己補償がくずれかえって歪みが大きくなる。このことを実験と理論により確認した。なおFETを増幅素子として用いたF級増幅器では、HBTのような自己補償が起こりにくく、F級回路などで高調波処理することにより歪みの要因を一つづつ取り除くと、これに応じて3次歪み特性が良くなる。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (29件) 図書 (2件) 文献書誌 (5件)

  • [雑誌論文] InGaP/GaAs HBT F級増幅器の処理高調波次数と効率の関係2005

    • 著者名/発表者名
      関正人, 石川亮, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2005年総合全国大会

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 逆傾斜ヘテロ接合コレクタ構造によるHBTの3次相互変調ひずみ特性の改善2005

    • 著者名/発表者名
      鄭聡, 石川亮, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2005年総合全国大会

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Microwave-circuit-embedded resin printed circuit board for short range wireless interfaces2005

    • 著者名/発表者名
      A.Saitou, K.Honjo, K.Sato, T.Koyama, K.Wanatabe
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Electronics E88-C[1]

      ページ: 83-88

    • NAID

      110003215070

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A relationship between order of higher harmonic frequency and power added efficiency for InGaP/GaAs HBT class-F power amplifier2005

    • 著者名/発表者名
      M.Seki, R.Ishikawa, K.Honjo
    • 雑誌名

      IEICE 2005 Conv. C-2-6

      ページ: 39-39

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Backward Graded Collector Structure to Improve Inter-Modulation Distortion of HBTs2005

    • 著者名/発表者名
      C.Zheng, R.Ishikawa, K.Honjo
    • 雑誌名

      IEICE 2005 Conv. C-10-9

      ページ: 54-54

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Microwave-circuit-embedded resin printed circuit board for short range wireless interfaces2005

    • 著者名/発表者名
      A.Saitou, K.Honjo, K.Sato, T.Koyama, K.Watanabe
    • 雑誌名

      IEICE Trans.Electronics E88-C

      ページ: 83-88

    • NAID

      110003215070

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] InGaP/GaAs HBT F級増幅器の処理高調波次数と効率の関係2005

    • 著者名/発表者名
      関正人, 石川亮, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2005年総合全国大会 (発表予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 逆傾斜ヘテロ接合コレクタ構造によるHBTの3次元相互変調ひずみ特性の改善2005

    • 著者名/発表者名
      鄭聡, 石川亮, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2005年総合全国大会 (発表予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Microwave-circuit-embedded resin printed circuit board for short range wireless interfaces2005

    • 著者名/発表者名
      A.Saitou, K.Honjo, K.Sato, T.Koyama, K.Watanabe
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Electronics E88-C[1]

      ページ: 83-88

    • NAID

      110003215070

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Improvement in ACLR Asymmetry for W-CDMA InGaP/GaAsHBT Power Amplifier2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kimura, M.Seki, N.Matsumura, K.Honjo
    • 雑誌名

      2004 European Microwace Conference (Amsterdam) GAAS/EuMC07

      ページ: 527-530

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 集中定数素子のみから構成されたマイクロ波F級増幅器の構成法2004

    • 著者名/発表者名
      相川清志, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会C論文誌 J87・12

      ページ: 1008-1016

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Recent Advances in Measurement Techniques for Microwave Active Devices and Circuit2004

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Itoh, Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      IEICE Transaction Electronics E87-C・5

      ページ: 657-664

    • NAID

      110003214906

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Wireless Devices and Circuit Technology Considering High Power Efficiency, Low Distortion, and Ultra Wideband2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      2004 Microwave and Millimeterwave Workshop (Seoul) <2004>[1]

      ページ: 5-43

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Proposal of Microwave Class F Amplifier Circuit Using Lumped Element Inductors and Capacitors2004

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Aikawa, Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      International Workshop on Modern Science and Technology 2004 IWMST

      ページ: 9-12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] W-CDMA用InGaP/GaAsHBT電力増幅器のバイアス回路周波数特性とACLR非対称性の関係2004

    • 著者名/発表者名
      木村功一, 松村暢久, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 MW2004-124

      ページ: 1-6

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 1.9GHz帯F級HBT電力増幅器の実験的検討2004

    • 著者名/発表者名
      関正人, 小林由紀子, 石井寛子, 本城和彦
    • 雑誌名

      第6回YRP移動体通信産学官交流シンポジウム 2004

      ページ: 76-77

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 電力増幅器設計の基礎2004

    • 著者名/発表者名
      本城和彦
    • 雑誌名

      2004 Microwave Workshops and Exhibition (Yokohama) MWE2004

      ページ: 565-574

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] JISSO技術を電気的にとらえる2004

    • 著者名/発表者名
      伊藤康之, 本城和彦, 相川正義
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌 <87>[11]

      ページ: 912-918

    • NAID

      110003231989

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Improvement in ACLR Asymmetry for W-CDMA InGaP/Ga As HBT Power Amplifier2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kimura, M.Seki, N.Matsumura, K.Honjo
    • 雑誌名

      2004 European Microwave Conf.(Amsterdam)

      ページ: 527-530

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Class-F amplifier circuit design using lumped-element inductors and capacitors2004

    • 著者名/発表者名
      K.Aikawa, K.Honjo
    • 雑誌名

      IEICE Trans.C J-87

      ページ: 1008-1016

    • NAID

      110003179545

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Wireless Devices and Circuit Technology Considering High Power Efficiency, Low Distortion, and Ultra Wideband2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      2004 Microwave and Millimeterwave Workshop(Seoul)

      ページ: 5-43

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Proposal of Microwave Class F Amplifier Circuit Using Lumped Element Inductors and Capacitors2004

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Aikawa, Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      International Workshop on Modern Science and Technology 2004

      ページ: 9-12

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Relationship Between ACLR Asymmetries and Bias Circuit Frequency Characteristics for a W-CDMA InGaP/GaAs HBT Power Amplifier2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kimura, N.Matsumura, K.Honjo
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report No.104

      ページ: 1-6

    • NAID

      110003179764

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical approaches for JISSO technology2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Ito, K.Honjo, M.Aikawa
    • 雑誌名

      IEICE Journal

      ページ: 912-918

    • NAID

      110003231989

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Improvement in ACLR Asymmetry for W-CDMA InGaP/GaAsHBT Power Amplifier2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kimura, M.Seki, N.Matsumura, K.Honjo
    • 雑誌名

      2004 European Microwace Conference(Amsterdam) GAAS/EuMC07

      ページ: 527-530

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 集中定数素子のみから構成されたマイクロ波F級増幅器の構成法2004

    • 著者名/発表者名
      相川清志, 本城和彦
    • 雑誌名

      電子情報通信学会C論文集 J87・12

      ページ: 1008-1016

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Wireless Devices and Circuit Technology Considering High Power Efficiency, Low Distortion, and Ultra Wideband2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      2004 Microwave and Millimeterwave Workshop(Seoul) <2004>[1]

      ページ: 5-43

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental study on a 1.9 GHz class-F power amplifier

    • 著者名/発表者名
      M.Seki, Y.Kobayashi, H.Ishii, K.Honjo
    • 雑誌名

      2004 YRP Symposium

      ページ: 76-77

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fundamental Perspective for High-Power Amplifier Design

    • 著者名/発表者名
      K.Honjo
    • 雑誌名

      2004 Microwave Workshops and Exhibition, Digest

      ページ: 565-574

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] RF半導体回路・モジュール技術とシステム応用2005

    • 著者名/発表者名
      小西良弘, 本城和彦
    • 総ページ数
      213
    • 出版者
      ケイラボ出版
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [図書] System Application of Semi-Conductor Circuits and Module Technology2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Konishi, K.Honjo
    • 総ページ数
      213
    • 出版者
      K-Lab Inc. Book
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 関正人, 河合秋絵, 本城和彦: "F級増幅回路の3次相互変調ひずみの解析"電子情報通信学会 技術研究報告. MW2003-137. 83-90 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 関正人, 小林由紀子, 石井寛子, 本城和彦: "1.9GHz帯F級HBT増幅回路の実験的検討"電子情報通信学会2004年総合全国大会. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 木村功一, 松村暢久, 本城和彦: "W-CDMA用InGaP/GaAs HBT電力増幅器のACLR非対称性の改善"電子情報通信学会2004年総合全国大会. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 相川清志, 本城和彦: "完全集中定数化F級増幅回路の提案"電子情報通信学会2004年総合全国大会. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 相川清志, 本城和彦: "完全集中定数化F級増幅回路の提案"電子情報通信学会 技術研究報告. MW2003-245. 7-14 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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