RF パワーアンプの設計

(3-12)と(3-14)から，K次の熱 RC並列回路によって引き起こされるTCHのヒステ リシスの最大値はfM = fKの時であり，その値はP0MRKとなる。

温度が変化した場合には，3.1節で述べたようにAM‒AM歪 とAM‒PM歪は変 わる。したがって温度変動のヒステリシスがAM‒AM 歪 と AM‒PM歪のヒステ リシスを発生させると予想できる。

図 3-2 ソースプルとロードプルのシミュレーション回路 Fig. 3-2 Source pull and load pull simulation circuit.

図 3-3と図 3-4は，それぞれソースプルとロードプルのシミュレーション結果 である。スミスチャート上に示されたインピーダンス点のシミュレーションを実 施した。ロードプル結果にはEffとPRFoutの等高線を示し，ソースプルは利得合わ せに使うために PRFoutのみの等高線を示した。スミスチャートの特性インピーダ ンスは図 3-3が50 Ω，図 3-4が5 Ωとしている。直流印加電圧は，VDD = 20 V，

VGG = −2.5 Vとした。図 3-3の結果から，ソース側の設定インピーダンスZST0と

して1.5 + j5.0 Ωを選んだ。出力回路インピーダンスの選定に関しては，P_RFoutと

Effの関係も考慮した。図 3-5に，負荷インピーダンスを変えた時のPRFout対Effの 関係を示す。P_RFoutの飽和出力電力が高くかつEffも高い負荷インピーダンスを選 定し，出力回路の設定インピーダンスZLT0は1.9 + j2.8 Ωとした

(RF input)

V_DD

(RF output)

Source tuner

with bias circuit GaN HEMT

V_DS I_DS

Thermal port P_RFin

P_RFout

V_Tnom 10 GHz

DC supply DC supply

V_GG

Load

RF signal generator

Load tuner with bias circuit Z_ST

Z_LT I_DD

(Bias port)

(Bias port)

図 3-3 ソースプルシミュレーションから得た出力電力の等高線 Fig. 3-3 PRFout contours obtained from source pull simulation.

図 3-4 ロードプルシミュレーションから得た出力電力と電力効率の等高線 Fig. 3-4 PRFout and Eff contours obtained from load pull simulation.

P_RFoutcontours, 0.5 dB step Z_STpoints

P_RFoutmax.

Z₀= 50 Ω Z_ST0= 1.5 + j5.0 Ω

V_DD= 20 V V_GG= −2.5 V P_RFin= 15 dBm f_RF= 10 GHz

Z_LT= 1.9 + j2.8 Ω

E_ffmax.

E_ffcontours, 2% step P_RFoutcontours, 0.5 dB step Z_LTpoints

P_RFoutmax.

Z₀= 5 Ω

Z_LT0= 1.9 + j2.8 Ω V_DD= 20 V

V_GG= −2.5 V P_RFin= 25 dBm f_RF= 10 GHz Z_ST= 1.5 + j5.0 Ω

図 3-5 ロードプルシミュレーションにおいて負荷インピーダンスを変えた場合 の出力電力と電力効率の関係

Fig. 3-5 Load dependency of relationship between PRFout and Eff obtained from load pull simulation.

30 Eff(%)

46 P_RFout(dBm)

50

0 20 30

10

32 34 36 38 40 42 44

Z_LT0= 1.9 + j2.8 Ω 40

V_DD= 20 V V_GG= −2.5 V f_RF= 10 GHz

図 3-6 は入出力整合回路の設計を確認するための，RF 特性シミュレーション 回路である。入出力整合回路は1段の LC 回路で構成することとし，ソースプル とロードプルシミュレーションからそれぞれ選定したインピーダンスZST0とZLT0

に合うように定数を決定した。入力側の整合回路はLinとCinで，出力側の整合回 路はLoutとCoutで構成されている。Lin = 0.12 nH，Cin = 4.1 pF，Lout = 0.08 nH，Cout

= 3.8 pFである。図 3-7はPRFinを変えた場合のPRFoutとEffを示している。P_RFout

が44 dBmの時にEffは40%となっており，図 3-5のZLT0でのRF特性がほぼ再現

できた。

図 3-6 入出力整合回路を設計したGaN HEMT RF パワーアンプの RF特性シミ

ュレーション回路

Fig. 3-6 RF characteristics simulation circuit of GaN HEMT RF power amplifier with input and output matching circuits.

(RF input)

V_DD

(RF output)

GaN HEMT Bias circuit

V_DS I_DS

Thermal port

Bias circuit

P_RFin

P_RFout

V_Tnom 10GHz

DC supply DC supply

V_GG

Load

RF signal generator

C_in L_in

Input matching circuit

Output matching circuit C_out

L_out I_DD

図 3-7 入出力整合回路を設計したGaN HEMT RF パワーアンプの RF特性シミ ュレーション結果

Fig. 3-7 Simulated RF characteristics of GaN HEMT RF power amplifier with input and output matching circuits.