NECから発売された新型のMOS-FETを使って、2400MHz帯パワーアンプの実験を行いました。
以前、同社のMOS-FETで1200MHz帯アンプの実験を行いましたが、今回は別デバイスでの検証です。
使用したデバイスは次のとおりです。
NE552R479A（NEC）
このFETは主に2.4GHz帯用として開発されたもので、低電圧で実用的な出力が得られるデバイスです。
ご存知のように、GaAs-FETデバイスとは異なりMOS-FETは通常のトランジスタと同様に
単一電源で動作 でき、マイナス電源が不要です。
そのためアンプ構成もシンプルになり、部品点数も少なく、自作には最適なデバイスです。
NECのMOS-FETはシリーズも豊富で、用途に応じて選択することができます。
詳しいデータはメーカーのデータシートを参照してください。
今回の実験周波数は 2427MHz です。
シングル構成での実験
まずシングル構成での動作を確認しました。
- 入力：50mW
- 出力：500mW
- 電圧：6V
- 入力：100mW
- 出力：780mW
- 電圧：6V
いずれも消費電流は約350mA程度でした。
MOS-FETですので単一電源で動作し、回路構成も非常に簡単です。
2段構成（2段目2パラ）アンプ
さらに 2 段構成の基板を設計し、2 段目をウィルキンソン分配・合成による 2パラ動作 として実験しました。
- 入力：100mW
- 出力：1700mW
- 電圧：6V
- 電流：1350mA
電圧を 7V に上げると、約 2W の出力が得られました。
なかなか面白いデバイスで、今後はMOS-FETが主流になっていくのかもしれません。
GaAsに比べ、環境面や扱いやすさの面でもメリットが大きいと感じます。
NE552R479A を使った 2段・3石アンプの詳細実験
引き続き、MOS-FET NE552R479A を使用した 2.4GHz帯アンプの詳細実験を行いました。
基板を改良し、各段のバイアスを調整できる構成に作り直した結果、
安定して出力を得ることに成功 しました。
実験条件と結果は以下の通りです。
NE552R479A（NEC）2段パワーアンプ（3石）
測定周波数：2427MHz
入力電力：50mW
- 電圧：5V 出力：1440mW 消費電流：1.2A
- 電圧：6V 出力：1820mW 消費電流：1.4A
- 電圧：7V 出力：2270mW 消費電流：1.3A
入力電力：70mW
- 電圧：5V 出力：1550mW 消費電流：1.2A
- 電圧：6V 出力：2040mW 消費電流：1.4A
- 電圧：7V 出力：2550mW 消費電流：1.4A
入力電力：100mW
- 電圧：5V 出力：1570mW 消費電流：1.2A
- 電圧：6V 出力：2170mW 消費電流：1.5A
- 電圧：7V 出力：2810mW 消費電流：1.5A
推奨動作電圧は 3～4V ですが、アマチュア的には 6V での動作が 安定性と出力のバランスが良好 で、実用的と感じます。
スプリアスとLPF
スプリアスとしては第2高調波、第3高調波が確認されました。
簡単な LPF（ローパスフィルター）を挿入したところ、法定値内に収まりました。
LPFはマイクロストリップラインで構成しており、再現性も良好です。
帯域内の通過損失は約 0.7dB 程度でした。
右上が入力、左が出力側です。
基板配布と調整方法
基板が完成しましたので、配布を行っています。(配布は終了しました）
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コスモウェーブからも、基板・パーツ付き基板・完成品の販売を行うことになりました。
基板を入手された方向けに、簡単な調整方法を以下にまとめます。
1. 放熱器への取り付け
まず、基板を十分な大きさの放熱器にしっかり固定します。
シリコングリスはデバイス直下あたりに薄く塗布してください。
2. 入出力配線
入出力ラインにコネクタまたは同軸ケーブルを取り付けます。
近くにあるグランドパターンを利用してください。
ケーブルは 1.5D-2V でも問題ありませんが、テフロン同軸を推奨します。
セミリジッドを使用する場合は、パターンを傷めないよう注意が必要です。
3. 電源周り
16V 100μF コンデンサのランドは、3端子レギュレータ（78T05）用のランドです。
このレギュレータは 5V・3A の規格です。もし取り付ける場合は、
電流容量と端子の向き に注意してください。
一般的な 7805/7806 系（最大1A）は電流容量不足のため使用できません。
4. バイアス調整
調整は 2kΩ の可変抵抗で行います。
出力が最大となるポイントを探し、その際にバイアス電圧が 4V を超えないよう注意してください。
過電圧では最悪の場合 FET が破壊しますので、必ずテスターで確認しながら
何度か微調整を繰り返してください。
調整後にゲート電圧を測定し、2.5～3.5V 程度であれば問題ありません。
ドレインの無信号電流は 1.5A 以下を目安にしてください。
5. 放熱と追加スタブ
FET は温度上昇とともに出力が下がるため、放熱は十分に行ってください。
専用 LPF 取り付け時、スタブを追加することで出力が増加する場合があります。
LPF 写真の左側、長方形パターンと細いラインの交点あたりにスタブを追加して
調整する方法もありますが、このとき短絡させると FET が破壊される可能性があります。
作業は細心の注意を払って行ってください。
回路図
回路図は PDF で用意しています。
