空間合成器を用いた実際のSSPA製品の内部構造

Q/Vバンドにおける空間合成（Spatial Power Combining）技術を用いたSSPA（Solid State Power Amplifier）は、従来の回路基板上での合成とは一線を画す、非常にユニークな内部構造を持っています。

この技術のパイオニアであるCPI (Communications & Power Industries) や Quintech (現Evertz) などの製品に見られる典型的な内部構造を解説します。

1. 空間合成器の基本構造

空間合成型SSPAの内部は、大きく分けて**「入力分配部」「増幅トレイ（GaN MMIC群）」「出力合成部」**の3層構造になっています。

同軸・導波管構造（トレイ型）

多くの空間合成器は、円筒状のハウジングの中に、多数のGaN MMICを搭載した「フィン（鰭）」や「トレイ」が放射状に配置された構造をしています。

• 中央給電: 入力信号は中心軸から入り、等距離・等位相で各GaNチップへ分配されます。

• 空間集約: 各チップで増幅された電波は、中央の導波管（キャビティ）空間に一斉に放射され、そこで1つの強力なビームとして合成されます。

2. 内部コンポーネントの詳細

① GaN MMIC トレイ

SSPAの心臓部です。Q/Vバンドでは、1台のSSPAに16個〜64個（あるいはそれ以上）のGaN MMICが搭載されます。

• 超小型化: 各チップは非常に小さなキャリアに載せられ、放熱のためのヒートスプレッダーに直付けされています。

• 同一特性の選別: 合成効率を下げないよう、利得と位相特性が極めて近い「マッチド・ペア」ならぬ「マッチド・グループ」のチップが使用されます。

② 導波管マニホールド（出力部）

空間合成のメリットが最も発揮される部分です。

• 低損失: 基板配線を通らず、空気（または誘電体）を介して直接合成されるため、Q/Vバンドでも合成ロスを0.5dB〜1.0dB以下に抑えることが可能です。

• アイソレーション機能: 万が一、1つのGaNチップが故障（ショート・オープン）しても、他のチップへの影響を最小限に抑え、全体の出力を維持する構造（ソフトフェイル機能）が組み込まれています。

3. 実製品（例：CPI製 Q/Vバンド SSPA）の内部設計

実際の地上局用SSPA（例：100W級 Q/Vバンドモデル）では、以下のような設計がなされています。

4. 空間合成器を採用するメリット

1. 圧倒的な電力密度: 従来の「ウィルキンソン合成」では巨大になってしまう大出力増幅器を、19インチラックに収まるサイズまで小型化できます。

2. 広帯域特性: 導波管ベースの空間合成は、マイクロストリップ線路に比べて帯域幅を広く取りやすいため、Q/Vバンドのフル帯域（数GHz）を一度にカバーするのに適しています。

3. 信頼性: 1つの大きな真空管（TWTA）に頼るのではなく、多数の半導体で出力を稼ぐため、単一障害点（Single Point of Failure）を排除できます。

次のステップ：さらなる運用面・最新技術

空間合成SSPAの性能を維持するためには、外部環境との連携も重要です。

• 「液冷システムの具体的な配管構成とメンテナンス」

• 「空間合成器における**フェーズ・キャリブレーション（位相校正）**の手順」

• 「最新のGaN-on-Diamondを用いたさらなる高出力化の展望」

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