2015 Fiscal Year Annual Research Report
高効率増幅・整流デバイス開発のための高調波インピーダンス自動最適化システム開発
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25420323
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
石川 亮 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (30333892)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高周波 / マイクロ波 / 無線通信 / 無線電力電送 / 高効率 / 電力増幅器 / 整流器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、爆発的な増加の一途を辿る情報量を扱う無線通信技術、および次世代の多様なエネルギー需要に向けた無線電力伝送技術に対し、これらの実用化に欠かせない超高効率動作を実現する電力増幅器および整流器の実用的な設計技術を提供するものであり、そのための、新たに考案したトランジスタ素子真性部最適負荷インピーダンス導出システムの確立・高性能化、および、それに基づく高効率のDC-RF変換(増幅器)およびRF-DC変換(整流器)の設計理論の確立を目指すものである。
研究開始の前年度に基本的な原理を提案し、研究初年度では、提案設計手法の汎用性を示すために、化合物半導体のGaAs HEMT素子を用いて、2.45 GHz帯および5.8 GHz帯で増幅器および整流器を設計・試作し、各々高効率動作が得られることを実証し、また、機器導入によるシステムの精度向上および高電力化を図った。2年目の年度では、課題であったトランジスタ寄生容量の非線形特性の影響への対策に関して、その非線形特性をより実用的に設計に組み込んで最適インピーダンス値を導出する手法を新たに考案し、その手法の手順および基礎検討に関して、5.5 GHzで80%の高効率動作を実証したGaN HEMT 増幅器の設計・試作結果を用いて検証を行い、実現可能であることを確認した。今回の最終年度では、実際に使用するトランジスタの寄生容量の非線形のモデリングを行い、それを本手法に組み込んで最適インピーダンス値を導出して増幅器の試作・評価を行い、線形近似で設計した場合と比べて高い効率が得られることを実験的に確認した。更に、非線形容量考慮の提案手法の改善版として、シミュレータの最適化機能を用いずに直接的に最適インピーダンス値を導出する新たな手法を考案し、任意高周波での最適インピーダンス値の導出に成功した。
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