複数のGaNチップを合成する際の電力合成器（Combiner）のロス対策

GLOSSARY

Q/Vバンド（40/50GHz）において、複数のGaN MMICからの出力を束ねて高出力を得る「電力合成（Power Combining）」は、非常に難易度の高いプロセスです。周波数が高いため、わずかな回路の不備が大きな挿入損失（Insertion Loss）となり、せっかくGaNで増幅したエネルギーが熱として消えてしまいます。

このロスを最小限に抑えるための主要な対策と技術を解説します。

1. 電力合成におけるロスの原因

Q/Vバンドでは、波長が数ミリ（6mm〜8mm程度）と短いため、以下の要因がロスを増大させます。

導体損失: 回路パターンの電気抵抗による熱。
誘電損失: 基板材料（PCB等）が電界を吸収してしまう現象。
ミスマッチ損失: 各GaNチップの出力位相や振幅が揃っていないことによる打ち消し合い。

2. 具体的なロス対策技術

① 導波管合成（Waveguide Combining）の採用

マイクロストリップ線路（基板上の配線）による合成は、Q/Vバンドでは損失が大きすぎます。そのため、金属の筒を通す導波管が多用されます。

空間合成 (Spatial Combining): 多数の増幅素子を円筒状または矩形の導波管内に配置し、空間上で電波を合成します。これにより、基板配線による伝送ロスを劇的に減らすことが可能です。

② 基板材料の厳選

一般的なFR-4基板などは論外であり、極めて低損失な素材が求められます。

テフロン系基板 (PTFE): Rogers 3000/4000シリーズなどが標準的。
セラミック基板 (AlN, Al2O3): 放熱性と低損失を両立。
LCP (液晶ポリマー): 柔軟性があり、ミリ波特性が非常に優れているため、高密度実装に向いています。

③ 精密なフェーズマッチング（位相整合）

合成前の各パス（経路）の長さがミクロン単位で異なると、位相がズレて合成効率が落ちます。

対策: チップ個別のバラツキを補正するために、各GaN MMICの直前にデジタル制御の可変移相器（Phase Shifter）を配置し、ソフトウェアで動的に位相を微調整（キャリブレーション）します。

④ コンビネータ構造の最適化

ウィルキンソン合成器の多段化抑制: 2分配を繰り返すトーナメント方式は、段数が増えるほどロスが累積します。Q/Vバンドでは、1段で多分配・多合成を行う「ラジアルコンビネータ（放射状合成器）」などが検討されます。

3. 次世代技術：ヘテロジニアス・インテグレーション

最近のトレンドは、チップとアンテナを極限まで近づける「チップ・レット」や「3D実装」です。

Wafer-Level Packaging (WLP): 増幅器チップの上に直接アンテナや合成器を成膜することで、従来のワイヤボンディングやコネクタによる接続ロスを根絶します。

スペックへの影響（例）

効率的な合成対策がなされた装置と、そうでない装置では、最終的な出力電力（Pout）に以下のような差が出ます。

対策レベル	合成効率 (8チップ合成時)	期待される出力	課題
標準（基板合成）	60% 〜 70%	ロスにより熱問題が深刻化	冷却機構が巨大化
高度（導波管/空間合成）	85% 〜 95%	高いPAEを維持	製造コストと精度管理

PR:

110GHz複素誘電率測定システム – FPOR製品（ネクステム株式会社）と協調してソリューション提供

弊社とネクステム株式会社は、協調して110GHz複素誘電率測定システム（FPOR：FABRY-PEROT OPEN RESONATOR）を提供いたします。 FPORお問い合せ先：ネクステム株式会社ホームページhttp://www.nextem.co.jp/ Email: info＠nextem.co.jp 電話：06-6977-7027 システムカタログダウンロードネクス[…]

https://tm-co.co.jp/nextem_fpor/

10MHｚ～110GHz誘電率測定セミナ・デモ風景

QWED社：FPOR：FABRY-PEROT OPEN RESONATOR

Dielectric constant:Dk = 1 – 15 (accuracy ± 0.2 %)

Loss tangent:Df > 5 × 10–6 (accuracy ± 2 %)

Ceyear社：3674P 10MHz～110GHz VNA ￥47,620,000.～

１．０mmコネクタケーブルによる直接接続（VNAにエクステンダ不要）

PR:

・USB VNA
	SDS8000Aシリーズオシロスコープ特長と利点 4チャンネル + 外部トリガーチャンネルアナログチャンネル帯域幅：最大16GHz(8/13/16GHz) リアルタイムサンプリングレート：最大40GSa/s（全チャンネル同時） 12ビットADC 低ノイズフロア：16GHz帯域幅で176μVrms SPOテクノロジー・波形キャプチャレート：最大200,000フレーム/秒・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート・最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量・デジタルトリガー
	SSG6M80Aシリーズマルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器主な特長・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz ・出力周波数分解能最大0.001 Hz ・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz（測定値）・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5° ・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載・アナログ変調、パルス変調（オプション）

	SSA6000A Series Signal Analyzer Main Features ・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz ・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz ・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz ・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset ・DANL: Less than -165 dBm/Hz ・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections.
	SNA6000A Series Vector Network Analyzer Key Features ・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz ・Dynamic Range: 135 dB ・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz ・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm ・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc. ・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches.

お礼、

T&Mコーポレーションは設立5年ですが、おかげさまで業績を着実に伸ばしており、
オフィスを港区芝（最寄り駅浜松町）に移転し、スペースも拡大いたしました。
欧米計測器メーカーが値上げをする中、(110GHz VNAでは1億円超え)
弊社では若干の値下げをさせていただき、Ceyear社110GHz VNAは5000万円以下です。
高額な設備投資を伴う製品開発では、市場投入までの時間（Time to Market）の短縮、「スピード感」が求められます。
電子計測器業界の「ゲームチェンジャー」として、高性能/高信頼/低価格/短納期を武器に
T&Mコーポレーションはお客様のご予算を最大限生かす製品群をご提案させていただいております。