JP2015002621A - 増幅・整流一体型装置および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器と整流器を共通の回路部分を用いることで、デバイスのサイズを縮小する。
【解決手段】単一のトランジスタを用いて、直流−高周波変換を行う増幅機能および高周波−直流変換を行う整流機能をスイッチ切り替えにより実現する回路構成を提案する。本回路構成は高効率増幅器構成と同等の変換効率を整流器でも実現可能とするものであり、近年注目を集めている無線電力伝送システムの高効率化に大きく寄与するものである。また、付随して、直流投入電力を供給量変動に応じて時分割化し、さらに時分割のタイミングに信号を乗せることで、電力伝送のみでなく情報を送ることも可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高効率直流−高周波変換および高周波−直流変換に関するものである。より詳細には、これらの変換を１つのトランジスタで実現する技術に関するものである。

従来、無線電力伝送システム（例えば非特許文献１）は、構想として大規模なもので宇宙太陽光発電システム（例えば特許文献１）から、災害時電力供給寸断時の非常用電力供給システム、そして身近なものでは移動体端末等への充電（例えば特許文献２）等、様々な応用が期待されており、現在盛んに研究が進められている。

このシステムにおいて、送電側では太陽電池等で発生した直流電力を、電磁誘導、電磁共鳴、マイクロ波、等々の無線伝達の方式に応じて数十MHzから数GHzの高周波電力に変換し、そして、受電側では逆に高周波電力を直流電力に変換する必要がある。

この無線電力伝送システムでは、これらの変換効率をいかに高く保つかが重要な課題となっている。

直流から高周波への変換は高効率増幅器で実現でき、トランジスタを用いた高効率増幅器として、非特許文献２にはF級、非特許文献３には逆F級、非特許文献４にはE級、非特許文献５にはJ級等々、様々な形式が提案されている。

一方で、高周波から直流への変換には整流器が用いられる。整流器としては一般にダイオードを用いたものが多数報告されており、70％程度の効率が実現されている。それに対して近年、非特許文献６には高効率増幅器を流用して整流器として動作させた実験結果が報告されており、900MHz帯で80%以上の高い変換効率が得られている。

特開２０１１−１１４９４９号公報 特開２０１３−０１３２０４号公報

粟井, 他, ワイヤレス・エネルギー伝送技術の最前線, ニッケイ印刷,2011. F. H. Raab, "Class-F power amplifiers with maximally flat waveforms," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 45, no. 11, pp. 2007-2012, Nov. 1997. K. Kuroda, R. Ishikawa, and K. Honjo, "Parasitic compensation design technique for a C-band GaN HEMT class-F amplifier," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 11, pp. 2741-2750, Nov. 2010. N. O. Sokal, and A. D. Sokal, "Class E - A new class of high-efficiency tuned single-ended switching power amplifiers," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. SC-10, pp. 168-176, Jun. 1975. S. C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications, 2nd ed. Norwood, MA: Artech House, 2006. C. Gomez, J. A. Garcia, A. Mediavilla, and A.Tazon, "A high efficiency rectenna element using E-pHEMT technology", Proc. 12th GaAs Symp., pp. 315-318, Amsterdam, Netherlands, Oct. 2004.

しかしながら、従来技術では無線電力伝送システムにおいて上記変換デバイスを組み込む場合、その規模が数十〜数百kW以上のものともなれば必要な素子数も数百〜数千個となり、そのコストは非常に高くなる。

また、非常用電力給電システムなどの場合では相互に電力を融通するような場合も想定され、直流−高周波変換を行う送電装置と高周波−直流変換を行う受電装置とを各々準備するとそのコストは倍になるという問題がある。したがって、実用的なシステム開発では、いかにコストを抑えるかが重要な課題となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、最小の構成で高効率増幅と高効率整流を実現する増幅・整流装置およびこの装置を構成要素とした通信システムを提供することを目的とする。

以下、図面中の符号を付して説明するが、これは本発明の理解を助けるためであり、本発明は、図面に記載された構成に限定して把握されるべきものではない。

本発明の増幅・整流一体型装置（１）は、トランジスタ素子（１０）と、ゲートバイアス回路（８２）と、増幅動作時用回路（７０）と、整流動作時用回路（９３）と、回路スイッチ（８８）と、電力処理回路部（３０）と、チョークコイル（１０２）と、直流切り替えスイッチ（１０１）とを備えたものである。

トランジスタ素子（１０）のゲート端子（１２）側には、ゲートバイアス回路（８２）と、増幅動作時用回路（７０）と、整流動作時用回路（９３）と、回路スイッチ（８８）とが接続されている。ドレイン端子（１１）側には、電力処理回路部（３０）と、チョークコイル（１０２）と、直流切り替えスイッチ（１０１）とが接続されている。ソース端子（１３）は接地されている。

ゲートバイアス回路（８２）は、ゲート端子（１２）に対してゲートバイアス電圧を印加するものである。

ここで、トランジスタ素子（１０）は、増幅動作時には増幅を行い、整流動作時には整流を行う。このトランジスタ素子（１０）は、ＦＥＴ系であっても、バイポーラ系であっても良い。なお、トランジスタ素子（１０）が後者の場合、ゲート、ドレイン、ソースの各端子は、各々、ベース、コレクタ、エミッタの各端子と読み替えれば良い。

回路スイッチ（８８）は、増幅動作時用回路（７０）と整流動作時用回路（９３）とに対して増幅動作時と整流動作時との接続を切り替えるものである。

増幅動作時用回路（７０）は、増幅動作時において基本波電力のインピーダンス整合と高調波電力の少なくとも一部の無効電力化とを行うものである。この増幅動作時用回路（７０）は、一方の端子を高周波入力端子（９１，９０，８９）とし、もう一方の端子が回路スイッチ（８８）に接続された、接地された２端子対回路である。

整流動作時用回路（９３）は、整流動作時においてトランジスタ素子（１０）内の帰還容量を利用してトランジスタ素子（１０）のゲート（１２）を制御し、トランジスタ素子（１０）のスイッチングのタイミングの調整を行うものである。この整流動作時用回路（９３）は、一方が回路スイッチ（８８）に接続され、他方が接地された１端子対回路である。

電力処理回路部（３０）は、基本波電力のインピーダンス整合と高調波電力の少なくとも一部の無効電力化とを行うものである。この電力処理回路部（３０）は、高調波処理回路（３１）と、高調波処理回路（３１）に接続された基本波処理回路（３２）とを具備し、一方の端子がドレイン端子（１１）に接続され、もう一方の端子が増幅動作時に高周波出力端子、整流動作時に高周波入力となる、接地された２端子対回路である。

入出力切り替えスイッチ（９８）は、増幅動作時の高周波出力端子（９６）と整流動作時の高周波入力端子（９７）に対して増幅動作時と整流動作時との接続を切り替えるものである。

チョークコイル（１０２）は、高周波に対して高インピーダンスとなるものである。このチョークコイル（１０２）は、一方の端子がドレイン端子（１１）または電力処理回路部（３０）のドレイン端子（１１）と反対側に接続され、もう一方の端子が直流切り替えスイッチ（１０１）に接続された２端子回路である。

直流切り替えスイッチ（１０１）は、増幅動作時の直流電力投入端子（９９）、整流動作時の直流負荷出力端子（１００）に対して増幅動作時と整流動作時との接続を切り替えるものである。

また、ゲート端子（１２）にゲートバイアス回路（８２）と回路スイッチ（８８）とが並列に接続されている。

本発明によれば、各種スイッチを増幅動作時と整流動作時とで切り替えることによって、単一のトランジスタ素子で増幅機能と整流機能を実現することができるので、増幅・整流の両方を行うデバイスの必要サイズを減らすことが可能になる。

図１は、本発明の実施形態による増幅・整流一体型装置の基本的な構成を示す回路図である。 図２は、本発明の実施形態の回路スイッチ部の要部の実装例である。 図３は、本発明の実施形態の出力電力処理回路部の実装例である。 図４は、本発明の実施形態による増幅・整流一体型装置を増幅器、整流器個別に試作し、効率を測定した結果である。 図５は、本発明の実施形態の変形型の実装例である。 図６は、本発明の実施形態となる増幅・整流一体型装置を用いた双方向無線電力伝送システムの構成例を表す模式図である。

まず、本発明の実施形態となる増幅・整流一体型装置１の全体の構成について説明する。図１にその回路構成を示す。図に示したように、増幅・整流一体型装置１は、増幅・整流共通回路部８１の一方の端部に対してゲートバイアス回路８２と回路スイッチ部８３が共通接続されており、別端部で増幅・整流共通回路部８１に対してチョークコイル１０２とDCブロックキャパシタ１０３が共通接続されており、チョークコイル１０２のもう一方の端部に直流切り替えスイッチ部８４が接続され、DCブロックキャパシタ１０３のもう一方の端部に入出力切り替えスイッチ部８５が接続されている。

回路スイッチ部８３は、増幅動作時用回路８６と、整流動作時用回路８７と、増幅動作時と整流動作時との接続を切り替える回路スイッチ８８とを具備しており、回路スイッチ８８を切り替えることにより、増幅動作時用回路８６と整流動作時用回路８７のいずれかが接続される。

ゲートバイアス回路８２は、電源９４と、チョークコイル９５とを具備しており、電源９４の一方の端部は接地され、もう一方の端部はチョークコイル９５と接続されている。

直流切り替えスイッチ部８４は、増幅動作時の直流電力投入端子９９と、整流動作時の直流負荷出力端子１００と、増幅動作時と整流動作時との接続を切り替える直流切り替えスイッチ１０１とを具備しており、直流切り替えスイッチ１０１を切り替えることにより、直流電力投入端子９９と直流負荷出力端子１００のいずれかが接続される。なお、直流切り替えスイッチ１０１は例えば機械スイッチを用いた実装方法が挙げられる。

入出力切り替えスイッチ部８５は、増幅動作時の高周波出力端子９６と、整流動作時の高周波入力端子９７と、増幅動作時と整流動作時との接続を切り替える入出力切り替えスイッチ９８とを具備しており、入出力切り替えスイッチ９８を切り替えることにより、高周波出力端子９６と高周波入力端子９７のいずれかが接続される。

増幅動作時用回路８６は、交流電源８９と抵抗部９０とキャパシタ部９１と入力電力処理回路部７０とを具備している。交流電源８９における一方の端部は接地されており、もう一方の端部は抵抗部９０に接続されている。抵抗部９０のもう一方の端部はキャパシタ部９１に接続されている。キャパシタ部９１のもう一方の端部は入力電力処理回路部７０に接続されている。入力電力処理回路部７０の二つ目の端部は接地され、三つ目の端部は回路スイッチ８８に接続されている。

整流動作時用回路８７は、ゲート調整回路９３を具備しており、ゲート調整回路９３の一方の端部は接地され、もう一方の端部は回路スイッチ８８に接続されている。

ゲート調整回路９３は、増幅時のゲート側入力電圧信号と同じ信号が発生するように、調整されている。

図２は、本発明の実施形態の回路スイッチ８８、入力電力処理回路部７０、そしてゲート調整回路９３の実装例である。回路スイッチ８８は半導体スイッチ１０４であり、分布定数線路と接続されている。分布定数線路と半導体スイッチ１０４に直列に接続されたキャパシタにより増幅動作時の入力側インピーダンス整合および高調波処理、あるいは整流動作時のゲート側インピーダンス調整および高調波処理を行う。分布定数線路の長さは半導体スイッチ１０４の位置で調整される。なお、これはあくまでも一例であって本発明を限定しない。

増幅・整流共通回路部８１は、例えば本出願人が特願２０１１−１８６６２６で提案しているものを用いることができる。具体的には、増幅・整流共通回路部８１は、トランジスタ１０と、出力電力処理回路部３０とを具備している。

なお、図１の例では、トランジスタ１０としてＧａＮ（窒化ガリウム）ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｉｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）を用いているが、本発明はこの例に限定されない。例えば、トランジスタ１０として、バイポーラトランジスタや、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：金属酸化膜半導体）ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）などを用いても良い。ただし、その場合は必要に応じて周囲の回路を適宜に変更するものとする。

出力電力処理回路部３０は、出力高調波処理回路部３１と、出力整合回路部３２とを具備している。
図１に示した高増幅・整流共通回路部８１の構成要素の接続関係について説明する。

ゲートバイアス回路８２と回路スイッチ部８３がトランジスタ１０のゲート１２に共通接続されている。トランジスタ１０のドレイン１１は、出力高調波処理回路部３１の入力部に接続されている。トランジスタ１０のソース１３は、接地されている。出力高調波処理回路部３１の出力部は、出力整合回路部３２の入力部に接続されている。出力整合回路部３２の出力部には、チョークコイル１０２とDCブロックキャパシタ１０３が共通接続されている。また、出力高調波処理回路部３１と出力整合回路部３２とは一体化して構成しても良い。

出力整合回路部３２は、出力電力の基本波成分について、後段とのインピーダンス整合を行う。

出力高調波処理回路部３１は、トランジスタ１０の後段に接続されて、出力電力の高調波成分の大部分を無効電力化する。なお、無効電力化された高調波成分は、高効率電力増幅器の内部で消費される訳ではなく、最終的には基本波成分として出力されるので、無効電力化は電力増幅の効率向上に寄与することになる。

なお、これらの高調波処理回路部が、どの高調波成分を無効電力化するかは、自由に選択可能であって、上記に説明で用いた例は本発明を限定しない。高調波ごとの振幅は、トランジスタ１０の特性に大きく依存するので、当然ながら、無効電力化する対象として振幅の大きい高調波を優先的に選ぶことが望ましい。あえて極端な例を挙げれば、偶数次高調波成分ばかりを無効電力化しても構わない。

図３は、本発明の実施形態の実装例による出力電力処理回路部３０の平面図である。図３(a)に示したように、出力電力処理回路部３０は、主線路部３３と、２次高調波処理回路部３４と、３次高調波処理回路部３５と、４次高調波処理回路部３６と、５次高調波処理回路部３７と、出力整合回路部３２とを具備している。ここで、２次〜５次高調波処理回路部３４〜３７は、出力高調波処理回路部３１を構成しており、それぞれ先端開放スタブである。また、図３(ｂ)に詳細を示したように、出力整合回路部３２はチップインダクタおよびチップキャパシタで構成されている。

主線路部３３は、一方の端部がトランジスタ１０のドレイン１１に接続されており、他方の端部が入出力切り替えスイッチ９８側に接続されている。２次高調波処理回路部３４と、３次高調波処理回路部３５と、４次高調波処理回路部３６と、５次高調波処理回路部３７とは、主線路部３３上に接続されており、ドレイン端子１１で各高調波に対して最適なリアクタンス値が得られる様に接続位置が調整されている。ここでは、主線路部３４において、トランジスタ１０のドレイン１１側から順に、５次高調波処理回路部３７、４次高調波処理回路部３６、２次高調波処理回路部３４、３次高調波処理回路部３５の各接続部が配置されており、その先（入出力切り替えスイッチ９８側）に出力整合回路部３２が接続されている。これにより、２次高調波処理回路部３４は、出力電力のうち、基本角周波数ω０の２倍の角周波数２ω０を有する２次高調波成分を無効電力化する。同様に、３次高調波処理回路部３５は、出力電力のうち、基本角周波数ω０の３倍の角周波数３ω０を有する３次高調波成分を無効電力化する。４次高調波処理回路部３６は、出力電力のうち、基本角周波数ω０の４倍の角周波数４ω０を有する４次高調波成分を無効電力化する。５次高調波処理回路部３７は、出力電力のうち、基本角周波数ω０の５倍の角周波数５ω０を有する５次高調波成分を無効電力化する。

次に、増幅時と整流時の動作について説明する。

まず、増幅時の動作について説明する。増幅時には、回路スイッチ８８が増幅動作時用回路８６と接続され、入出力切り替えスイッチ９８が高周波出力端子９６に接続され、直流切り替えスイッチ１０１が直流電力投入端子９９に接続される。

信号は交流電源８９から入力される。入力電力処理回路部７０は、交流電源８９から供給される入力電力のうち、所望の基本角周波数ω０を有する基本波成分について、インピーダンス整合を行う。そして、ゲートバイアス回路８２よりゲートバイアスを印加し、トランジスタ１０には、ゲート１２から、基本角周波数ω０を有する入力電力が入力され、直流電力投入端子９９から電力が供給されつつ入力電力が増幅され、増幅された出力電力がドレイン１１から出力される。

さらに、出力高調波処理回路部３１で出力電力の高調波成分の大部分が無効電力化された後、出力整合回路部３２でインピーダンス整合が行われ、最終的な出力電力は高周波出力端子９６から取り出される。

次に整流時の動作について説明する。整流時には、回路スイッチ８８が整流動作時用回路８７と接続され、入出力切り替えスイッチ９８が高周波入力端子９７に接続され、直流切り替えスイッチ１０１が整流動作時の直流負荷出力端子１００に接続される。

信号は高周波入力端子９７から入力される。増幅時のドレインバイアス部分に直流電流が出力される。そして、トランジスタ１０内の帰還容量を利用して、増幅時のゲート側入力電圧信号と同じ信号が発生するようにゲート調整回路９３を調整する。これにより、タイミングを調整してトランジスタ１０をスイッチングすることが可能になる。そして、直流出力負荷抵抗を変化させて直流電圧を調整することで、増幅時でのトランジスタ電圧電流波形と同様の波形の整流動作が実現される。
このとき、直流出力は直流負荷出力端子１００から取り出される。

このように、トランジスタ１０のゲート側に接続されたゲート調整回路９３、および高調波処理を含む入力電力処理回路部７０と、ドレイン側に接続された出力電力処理回路部３０とにより、増幅時と同じトランジスタ１０において、増幅時と同等の高効率の整流動作が行われる。

図４は、本発明の回路スイッチ部８３が回路スイッチ８８に対して増幅動作時用回路８６につながれた増幅動作時の回路と、回路スイッチ８８に対して整流動作時用回路８７が接続された整流動作時の回路とを、２．４５GHz帯で個別に試作し、効率を測定した結果である。各々増幅動作時の回路では79%、整流動作時の回路では78%の最大効率を得ている。

図５は、本発明の実施形態の変形型の実装例である。本発明の直流電力投入端子９９を電圧一定化回路部１１０に置き換えたものである。電圧一定化回路部１１０は、電圧一定調整用スイッチ１０６と、蓄電池１０８と、発電器１０９を具備し、電圧一定調整用スイッチ１０６に対して、蓄電池１０８と、発電器１０９は共通接続されている。

この変形型の実装例について説明する。本発明は電力の送受信変換への使用を想定しているが、一般的な高効率増幅器と同様に、最大の変換効率が得られる最適な投入電力レベルが存在する。従って、それに一致するように投入電力レベルを調整することが必要であるが、例えば太陽電池のように発電量が変動する場合は、増幅動作では直流投入電力（直流バイアス電圧）が変動し、効率が低下する恐れがある。このような場合、発電エネルギーを蓄電池１０８にいったん充電し、電力を供給するサイクルと供給しないサイクルとを電圧一定調整用スイッチ１０６で切り替えて時分割することにより、一定電圧が保つようにし、トランジスタ１０を常に最大効率で動作するようにすることができる。

また、この実装例では、DCブロックキャパシタ１０３の先（トランジスタのドレイン１１と反対側）にアンテナ１０５が接続されている。すなわち、高周波出力端子９６と高周波入力端子９７とを共通化した１つの入出力端子にアンテナ１０５が接続され、入出力切り替えスイッチ９８が省略されている。これにより、電圧一定調整用スイッチ１０６の切り替えるタイミングを等間隔でなく変調することで、アンテナ１０５から電力の送信のみでなく信号を乗せることもできる。この方法では、整流動作での高周波電力レベルも電力投入サイクル時は一定に保たれるため、高効率動作が維持できる。

図６は、本発明の実施形態となる増幅・整流一体型装置を用いた双方向無線電力伝送システムの構成例を表す模式図である。図に示したように、このシステムでは、複数（図では２つ）の送受信局１２０Ａと１２０Ｂとがアンテナを介して双方向に無線で電力の電送が行われる。

各送受信局１２０Ａ、１２０Ｂにおいて、増幅・整流一体型装置１は、図５に示した変形例と同様に、DCブロックキャパシタ１０３の先（トランジスタのドレイン１１と反対側）にアンテナ１０５が接続されている。また、直流電力投入端子９９には、時分割制御部１１１と直流電源１１２とがこの順に直列に接続されている。直流負荷出力端子１００には、信号抽出部１１３と平滑回路部１１４と負荷１１５とがこの順に直列に接続されている。

時分割制御部１１１は、電圧一定調整用スイッチ１０６の切り替えのタイミングを制御する。

信号抽出部１１３は、時分割制御部１１１が電圧一定調整用スイッチ１０６の切り替えのタイミングを変調することによって、電力の伝送時に何らかの情報を表す信号も伝送する場合に、その信号成分を抽出する。

平滑回路部１１４は、時定数の十分長い積分回路により時間変動をなくし、なめらかな直流を得る。

このシステムで送受信局１２０Ａから送受信局１２０Ｂに電力と信号を伝送する場合、送受信局１２０Ａの増幅・整流一体型装置１の回路スイッチ８８、入出力切り替えスイッチ９８、直流切り替えスイッチ１０１が前述の増幅動作時の側に接続される。そして、直流投入電力が、時分割制御部１１１によって制御されたタイミングで増幅・整流一体型装置１に投入される。増幅・整流一体型装置１は、電力の増幅動作を行い、高周波出力端子９６から電力を出力する。出力された電力はアンテナから空間に送出される。

一方、送受信局１２０Ｂでは、増幅・整流一体型装置１の回路スイッチ８８、入出力切り替えスイッチ９８、直流切り替えスイッチ１０１が前述の整流動作時の側に接続される。そして、アンテナが、送受信局１２０Ａから送出された電力を受信する。受信された電力は、増幅・整流一体型装置１は電力の整流動作を行い、直流負荷出力端子１００に直流出力を行う。信号抽出部１１３は、送受信局１２０Ａが、時分割制御部１１１によって直流投入電力に変調が加えられた電力を伝送した場合には、直流出力から通信信号を抽出する。また、直流出力は、平滑回路部１１４による平滑化処理が行われた後、負荷１１５に投入される。

なお、このシステムで送受信局１２０Ｂから送受信局１２０Ａに電力と信号を伝送する場合は、送受信局１２０Ａと送受信局１２０Ｂが上記と逆の動作を行う。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 増幅・整流一体型装置
１０ トランジスタ
１１ ドレイン
１２ ゲート
１３ ソース
３０ 出力電力処理回路部
３１ 出力高調波処理回路部
３２ 出力整合回路部
３３ 主線路部
３４〜３７ ２次〜５次高調波処理回路部
７０ 入力電力処理回路部
８１ 増幅・整流共通回路部
８２ ゲートバイアス回路
８３ 回路スイッチ部
８４ 直流切り替えスイッチ部
８５ 入出力切り替えスイッチ部
８６ 増幅動作時用回路
８７ 整流動作時用回路
８８ 回路スイッチ
８９ 交流電源
９０ 抵抗部
９１ キャパシタ部
９３ ゲート調整回路
９４ 電源
９５ チョークコイル
９６ 高周波出力端子
９７ 高周波入力端子
９８ 入出力切り替えスイッチ
９９ 直流電力投入端子
１００ 直流負荷出力端子
１０１ 直流切り替えスイッチ
１０２ チョークコイル
１０３ DCブロックキャパシタ
１０４ 半導体スイッチ
１０５ アンテナ
１０６ 電圧一定調整用スイッチ
１０８ 蓄電池
１０９ 発電機
１１０ 電圧一定化回路部
１１１ 時分割制御部
１１２ 直流電源
１１３ 信号抽出部
１１４ 平滑回路部
１１５ 負荷
１２０Ａ 送受信局
１２０Ｂ 送受信局

Claims (2)

1. FET系（バイポーラ系）トランジスタ素子と、
   前記トランジスタ素子のゲート端子(ベース端子)側に接続された、前記ゲート端子(ベース端子)に対してゲートバイアス電圧を印加するゲートバイアス回路と、
   前記ゲート端子(ベース端子)側に接続された、増幅動作時において基本波電力のインピーダンス整合と高調波電力の少なくとも一部の無効電力化とを行う増幅動作時用回路と、
   前記ゲート端子(ベース端子)側に接続された、整流動作時において前記トランジスタ素子内の帰還容量を利用して前記トランジスタ素子のゲートを制御し、前記トランジスタ素子のスイッチングのタイミングの調整を行う整流動作時用回路と、
   前記ゲート端子(ベース端子)側に接続された、前記増幅動作時用回路と前記整流動作時用回路とに対して増幅動作時と整流動作時との接続を切り替える回路スイッチと、
   前記トランジスタ素子のドレイン端子(コレクタ端子)側に接続された、基本波電力のインピーダンス整合と高調波電力の少なくとも一部の無効電力化とを行う電力処理回路部と、
   前記ドレイン端子(コレクタ端子)側に接続された、高周波に対して高インピーダンスとなるインピーダンス回路と、
   前記ドレイン端子(コレクタ端子)側に接続された、増幅動作時の直流電力投入端子、整流動作時の直流負荷出力端子に対して増幅動作時と整流動作時との接続を切り替える直流切り替えスイッチとを備え、
   前記トランジスタ素子のソース端子（エミッタ端子）が接地された増幅・整流一体型装置であって、
   前記電力処理回路部は、
   高調波処理回路と、前記高調波処理回路に接続された基本波処理回路とを具備し、
   一方の端子が前記ドレイン端子(コレクタ端子)に接続され、もう一方の端子が、増幅動作時に高周波出力端子、整流動作時に高周波入力となる、接地された２端子対回路であり、
   前記増幅動作時用回路は、
   一方の端子を高周波入力端子とし、もう一方の端子が前記回路スイッチに接続された、接地された２端子対回路であり、
   前記整流動作時用回路は、
   一方が前記回路スイッチに接続され、他方が接地された１端子対回路であり、
   前記インピーダンス回路は、一方の端子が前記ドレイン端子(コレクタ端子)または前記電力処理回路部の前記ドレイン端子（コレクタ端子）と反対側に接続され、もう一方の端子が前記直流切り替えスイッチに接続された２端子回路であり、
   前記ゲート端子(ベース端子)に前記ゲートバイアス回路と前記回路スイッチが並列に接続されていることを特徴とする増幅・整流一体型装置。
2. 請求項1に記載の増幅・整流一体型装置と、増幅動作時の直流電力投入端子に直流電力を時分割で投入し、前記時分割のタイミングによって表された信号を送信する制御手段とを備えたことを特徴とする通信システム。