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無線周波数電力増幅器（RF電力増幅器）は、低電力の無線周波数（RF）信号を高電力信号に変換する電子増幅器の一種である。 [1]通常、RF電力増幅器は無線送信機の最終段階で使用され、その出力がアンテナを駆動する。設計目標には、ゲイン、出力、帯域幅、電力効率、直線性（定格出力での信号圧縮が少ないこと）、入力および出力インピーダンス整合、および熱放散が含まれることが多い。
アンプクラス
RF アンプ回路は、アンプ (トランジスタまたは真空管) が正弦波無線信号のサイクルのどの程度を電流を流すかに基づいて、「クラス」と呼ばれるさまざまなモードで動作します。クラスには、クラス A、クラス AB、クラス Bがあり、これらはアクティブ デバイスが制御された電流源として使用される線形アンプ クラスと見なされます。一方、クラス C は、アクティブ デバイスがスイッチとして使用される非線形クラスです。アクティブ デバイスの入力のバイアスによって、アンプのクラスが決まります。
パワーアンプの設計において一般的なトレードオフは、効率と直線性のトレードオフです。前述のクラスは、記載されている順に効率は高くなりますが、直線性は低くなります。アクティブデバイスをスイッチとして動作させると、効率は理論上 100% まで上がりますが、直線性は低くなります。[2]スイッチモードクラスには、 クラス D、クラス F、クラス Eがあります。[3]クラス D アンプは、アクティブデバイスのスイッチング速度が限られており、飽和状態での電荷蓄積によって IV 積が大きくなり[2] 、効率が低下する可能性があるため、RF アプリケーションではあまり使用されません。
ソリッドステートアンプと真空管アンプ
現代のRFパワーアンプは、主にMOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのソリッドステートデバイスを使用しています。 [4] [5] [6]最も初期のMOSFETベースのRFアンプは、1960年代半ばに遡ります。[7]バイポーラ接合トランジスタも過去には一般的に使用されていましたが、 1990年代までにRFパワーアンプの標準技術としてパワーMOSFET、特にLDMOSトランジスタに置き換えられました。 [4] [6]これは、 LDMOSトランジスタの優れたRF性能によるものです。[6]一般的に、ソリッドステートパワーアンプには、入力、出力、増幅段、電源の4つの主要コンポーネントが含まれます。[8]
MOSFET トランジスタやその他の最新のソリッド ステートデバイスは、ほとんどの電子機器で真空管に取って代わりましたが、一部の高出力送信機では真空管がまだ使用されています (真空管 RF アンプを参照)。トランジスタは機械的には頑丈ですが、電気的には脆弱で、過剰な電圧や電流によって簡単に損傷します。真空管は機械的には脆弱ですが、電気的には頑丈で、非常に高い電気的過負荷にも目立った損傷なく 対応できます。
アプリケーション
RFパワーアンプの基本的な用途には、他の高出力電源への駆動、送信アンテナの駆動、マイクロ波空洞共振器の励起などがあります。これらの用途の中で、送信アンテナの駆動は最もよく知られています。送受信機は音声やデータ通信だけでなく、気象センシング（レーダーの形で）にも使用されます。[9]
LDMOS（横方向拡散MOSFET ）を使用したRFパワーアンプは、無線通信ネットワーク、特にモバイルネットワークで最も広く使用されているパワー半導体デバイスです。[4] [10] [6] LDMOSベースのRFパワーアンプは、 2G、3G、[4] [6]、4G [10]などのデジタルモバイルネットワークで広く使用されており、優れたコストパフォーマンスにより、アマチュア無線の好ましい選択肢となっています。[11]
広帯域アンプ設計
広い帯域幅でのインピーダンス変換は実現が難しいため、従来、ほとんどの広帯域 アンプは50Ωの出力負荷に給電するように設計されています。トランジスタの出力電力は、
どこ
- は破壊電圧として定義され、
- 膝電圧として定義され、
- 定格電力を満たすように選択されます。
外部負荷は慣例により、したがって、からに変換する何らかのインピーダンス整合が必要です。
ロードライン法はRFパワーアンプの設計でよく使用されます。[12]
参照
参考文献
- ^ 「RFアンプ」. info.apitech.com . 2021年5月18日閲覧。
- ^ ab Lee, Thomas (2003). CMOS無線周波数集積回路の設計ケンブリッジ、イギリス: ケンブリッジ大学出版局。pp. 494–503。
- ^ Cloutier, Stephen R. (WA1QIX). 「クラス E、AM 送信機の説明、回路など」www.classeradio.com . WA1QIX . 2015 年6 月 6 日閲覧– qrz.com 経由。
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link) - ^ abcd Baliga, B. Jayant (2005). シリコン RF パワー MOSFET. World Scientific . p. 1. ISBN 9789812561213。
- ^ 「Ameritron ALS-1300: 1200ワット ノーチューンTMOS-FETアンプ」。製品情報ダウンロード。MFJ Enterprises。2014年4月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年6月6日閲覧。
- ^ abcde Perugupalli, Prasanth; Leighton, Larry; Johansson, Jan; Chen, Qiang (2001). 「LDMOS RF パワートランジスタとその応用」( PDF)。Dye, Norman、Granberg, Helge (編)。『無線周波数トランジスタ: 原理と実用的応用』。Elsevier。pp . 259–92。ISBN 9780080497945。
- ^ Austin, WM; Dean, JA; Griswold, DM ; Hart, OP (1966 年 11 月)。「MOS トランジスタの TV アプリケーション」。IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers。12 (4): 68–76。doi : 10.1109 /TBTR1.1966.4320029。
- ^ UTE I. VON MEHLEM、ROBERT E. WALLIS (1989)。「衛星レーダー高度計用ソリッドステート電力増幅器」(PDF)。ジョンズ・ホプキンス大学。
- ^ WQ Lohmeyer、K. Cahoy。「静止衛星のソリッドステート電力増幅器に対する宇宙天気放射線の影響」。Wileyオンラインライブラリ。
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link) - ^ ab Asif, Saad (2018). 5Gモバイル通信：概念と技術。CRC Press。p . 134。ISBN 9780429881343。
- ^ 「手頃な価格のLDMOSデバイスを使用した600WブロードバンドHF/6mアンプ」2019年10月27日。
- ^ Ozalas, Matthew (2015 年 1 月 14 日). RF パワー アンプの設計方法 - 基本 (短いハウツー ビデオ) 。2015年2 月 10 日に取得- youtube.com 経由。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 RF パワーアンプに関連するメディアがあります。
- Fuentes, Carlos (2008 年 10 月)。マイクロ波電力増幅器の基礎(PDF) (レポート)。ベルン、スイス:欧州原子核研究センター。2013年3 月 5 日閲覧。
- Khanifar, Ahmad (2014 年 12 月 1 日)。「広帯域 RF パワー アンプ設計ガイドライン / デジタル プリディストーション向け RF パワー アンプ設計」。linamptech.com 。テクニカル サポート。カリフォルニア州ラグナ ヒルズ: Linamp Technologies, Inc。2014年12 月 1 日に取得。