電力増幅器（PA）の高効率化と広帯域化を両立させる技術は、無線通信やレーダーなどの分野で非常に重要です。
主な技術は、動作級の選択と高調波処理、負荷変調技術、そして回路設計の工夫に集約されます。
🎯 高効率化技術
電力増幅器の高効率化は、主に高調波処理を利用した動作級の採用によって実現されます。
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高調波処理を利用した動作級:
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**F級（Class-F）、E級（Class-E）**など、非線形動作を利用するスイッチングモードの動作級が知られています。これらは、トランジスタで発生する基本波と高調波の位相や振幅を適切に制御（整合）することで、ドレイン（コレクタ）電圧と電流の波形が重なる時間を短縮し、電力付加効率（PAE）を向上させます。
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連続モード（Continuous Modes）: F級やE級の原理を応用し、高効率動作が可能な周波数帯域を拡大するために、高調波インピーダンスの設計自由度を高めた手法です。
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負荷変調技術:
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ドハティ増幅器（Doherty Power Amplifier） : 主増幅器と補助増幅器を並列に配置し、入力信号の大きさ（電力レベル）に応じて補助増幅器を動作させることで、信号レベルが小さい（バックオフ）領域でも高い効率を維持します。
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エンベロープ・トラッキング（Envelope Tracking, ET）：入力信号の振幅成分（エンベロープ）に合わせて、トランジスタのドレイン（コレクタ）電圧をリアルタイムで変化させることで、増幅器を常に飽和に近い高効率な状態で動作させます。
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🚀 広帯域化技術
広帯域化は、回路構成やインピーダンス整合の設計に焦点を当てます。
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広帯域な整合回路の設計:
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高効率な動作級（F級、E級など）は、特定の高調波インピーダンスを厳密に制御する必要があり、これが広帯域化を妨げる要因となります。
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多段整合回路や分布定数回路（伝送線路）を工夫し、広い周波数範囲で必要な整合条件（基本波および高調波）を満たすように設計されます。
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負荷変調技術の広帯域化: ドハティ増幅器において、インピーダンス変換機能を持つ電力合成器に3次元配線構造の結合線路などを適用することで、インピーダンスの差分を小さくし、広帯域性能を拡大する技術も開発されています。
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トランジスタ材料の選択:
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窒化ガリウム（GaN）高電子移動度トランジスタ（HEMT） のような広帯域・高出力動作が可能な半導体デバイスの採用も、高効率・広帯域化の基盤となっています。GaN HEMTは、高耐圧・高飽和電子速度の特性を持ち、高周波数・高出力動作に適しています。
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🛠️ 高効率・広帯域化の統合
これら二つの目標を両立させるには、高調波処理と基本波整合を広い周波数帯域にわたって協調させた回路設計が不可欠です。
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連続モードの適用: 広帯域で高効率を維持するためのアプローチとして、前述の連続モードが有効です。
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デジタル・プリディストーション（Digital Predistortion, DPD）: 広帯域で複雑な変調信号を扱う際、非線形性の歪みをデジタル処理で事前に打ち消す（逆ひずみを与える）ことで、効率を維持しながら通信品質を確保します。
高効率・広帯域電力増幅器の設計は、動作級の選定、トランジスタ特性の活用、広帯域整合回路の設計といった多様なアプローチを組み合わせて、用途に応じた最適なバランスを見つけることが求められます。
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