JP7314257B2 - 衛星通信のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／７３３５８１号の利益を主張するものである。

地球を周回する人工衛星には、情報のブロードキャスト、全地球測位システム、リモートセンシング、科学探査など、多様な機能がある。衛星コンステレーションは、低軌道（Ｌｏｗ－Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ（ＬＥＯ））、中軌道（Ｍｅｄｉｕｍ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ（ＭＥＯ））、又は静止軌道（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｏｒｂｉｔ）にあり得る。人工衛星は、モバイルデータに対する絶えず高まる需要と５Ｇネットワークに関するデータに対する予測される需要とを想定して関心を集めている。したがって、人工衛星の性能が検討されている。

本明細書に記載されるデバイス及びシステムは、従来のＲＦ電力増幅器に優る改善された熱的性能及び線形性を提供することによって、少なくとも上記に対処することができる。例えば、本明細書で開示されるダイヤモンド上の窒化ガリウム（ＧａＮＤ）ベースの増幅器は、従来のマイクロ波増幅器又はミリメートル増幅器に優る以下の利点のうちの少なくともいくつかを提供し得る。（１）同じベースプレート温度及びチップ設計について、本開示の態様は、従来のソリッドステート増幅器技術と比較してより高い出力電力及びより低い熱抵抗を提供し得る。（２）同じベースプレート温度及びチップサイズだが必ずしも同じではないチップ設計について、本開示の態様は、従来のソリッドステート増幅器技術と比較してより高い出力電力、より低い熱抵抗及びより効率的な熱流を提供し得る。（３）同じ出力電力及びチップサイズについて、本開示の態様は、より高いベースプレート温度での従来のソリッドステート増幅器技術と比較してより低いベースプレート温度で等しい出力電力を提供し得る。（４）同じ線形出力電力及びチップサイズについて、本開示の態様は、従来の技術と比較してより高い電力付加効率（ｐｏｗｅｒ ａｄｄｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（ＰＡＥ））及びより高いウォールプラグ効率を提供し得る。（５）同じ消費電力（例えば熱）及び電力束密度（ｐｏｗｅｒ ｆｌｕｘ－ｄｅｎｓｉｔｙ（ＰＦＤ））が制限された線形出力電力について、本開示の態様は、高次の相互変調積の効果の低減により、より高い線形性を提供し得る。

一態様では、データを送信又は受信するためのチップが提供される。このチップは、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板であって、第１の基板と第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ・^１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ・^１のｓｐ３炭素ピークを示すように、第２の基板が第１の基板に格子整合している、第２の基板と、を備えることができ、第１の基板及び第２の基板は、チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信することを可能にする。

いくつかの実施形態では、チップは、無線周波数増幅回路を備える。いくつかの実施形態では、第１の基板は、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する。いくつかの実施形態では、第１の基板は、ダイヤモンドを含む。いくつかの実施形態では、第２の基板は、半導体である。いくつかの実施形態では、第２の基板は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体を含む。いくつかの実施形態では、第２の基板は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択される材料を含む。いくつかの実施形態では、第２の基板はシリコンを含む。いくつかの実施形態では、界面領域は、ラマン分光法によって測定された場合、バックグラウンド除去後のｓｐ３炭素ピークの高さの２０％以下の振幅を有する１５５０ｃｍ・^１のｓｐ２炭素ピークを示す。いくつかの実施形態では、界面領域は、局所的なバックグラウンド強度の１０％以上のｓｐ３炭素ピークを示す。いくつかの実施形態では、転送速度は、少なくとも１０ギガビット／秒である。いくつかの実施形態では、転送速度は、少なくとも１２ギガビット／秒である。いくつかの実施形態では、転送速度は、少なくとも１４ギガビット／秒である。いくつかの実施形態では、転送速度は、少なくとも１００ギガビット／秒である。いくつかの実施形態では、転送速度は、少なくとも１テラビット／秒である。いくつかの実施形態では、周波数は、３７．５ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲内である。いくつかの実施形態では、周波数は、３７．５ＧＨｚ～４０．５ＧＨｚの範囲内である。いくつかの実施形態では、チップは、第２の基板を備えるトランジスタを備える。いくつかの実施形態では、トランジスタは、４０ナノメートル（ｎｍ）未満の加工寸法を有する。いくつかの実施形態では、周波数は、少なくとも５０ＭＨｚの帯域幅を有する。

別の態様では、データを送信又は受信するためのチップが提供される。このチップは、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板と、を備えることができ、第１の基板と第２の基板とは、（ｉ）チップが、線形領域で２Ｗ以下の入力電力に対して３０ｄＢｉ未満のアンテナ利得内で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度でデータを送信又は受信するように格子整合している。

別の態様では、データを送信又は受信するためのチップが提供される。このチップは、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板であって、第２の基板が、１０００Ｗ／ｍＫ以上の第１の基板及び第２の基板を横切る熱伝導率を提供するように、第１の基板に格子整合している、第２の基板と、を備えることができ、第１の基板及び第２の基板は、チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信することを可能にする。

別の態様では、データを送信又は受信するためのチップが提供される。このチップは、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板であって、第２の基板が第１の基板に格子整合しており、第２の基板と第１の基板とが、（ｉ）チップが、２５ｄＢより大きい搬送波対雑音比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度で、少なくとも５０ＭＨｚの範囲内の帯域幅でデータを送信又は受信するように格子整合している、第２の基板と、を備えることができる。

別の態様では、データを送信又は受信するためのチップが提供される。このチップは、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板であって、第２の基板が第１の基板に格子整合しており、第１の基板と第２の基板とが、（ｉ）チップが、２０ｄＢ未満の雑音電力干渉比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信するように格子整合している、第２の基板と、を備えることができる。

別の態様では、データを送信又は受信するためのシステムが提供される。このシステムは、（ｉ）第１の材料を含む第１の基板と、（ｉｉ）第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備えるチップであって、第１の基板と第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ・１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ・^１のｓｐ３炭素ピークを示すように、第２の基板が第１の基板に格子整合しており、第１の基板及び第２の基板が、チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信することを可能にする、チップと、チップに動作可能に結合された、データを送信又は受信するように構成されている、送信又は受信ユニットと、を備えることができる。

いくつかの実施形態では、チップと、送信又は受信ユニットとは、人工衛星の一部である。いくつかの実施形態では、人工衛星は、キューブサットである。いくつかの実施形態では、人工衛星の重量は、５０キログラム未満である。いくつかの実施形態では、システムは、チップと送信又は受信ユニットとを各々備える、１つ又は複数の追加の人工衛星をさらに備える。いくつかの実施形態では、送信又は受信ユニットは、１つ又は複数のアンテナを備える。いくつかの実施形態では、送信又は受信ユニットは、データをリモートの送信又は受信ユニットに送信又は受信するように構成される。いくつかの実施形態では、データは、音声、オーディオ、又は映像データのうちの少なくとも１つを含む。

別の態様では、データを送信するためのチップが提供される。このチップは、基板に動作可能に結合された半導体層であって、基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有し、熱伝導率により、チップが、信号を増幅し、少なくとも４ギガビット／秒の転送速度及び少なくとも１８ＧＨｚの周波数でデータを送信するために、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも１０Ｗの出力電力を生成することが可能になる、半導体層、を備えることができる。

いくつかの実施形態では、チップは、無線周波数増幅回路を備える。いくつかの実施形態では、無線周波数増幅回路は、マイクロ波集積回路又はミリ波集積回路を備える。いくつかの実施形態では、基板は、ダイヤモンドを含む。いくつかの実施形態では、半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択されるＩＩＩ－Ｖ族半導体を含む。いくつかの実施形態では、チップの雑音電力比からの干渉のレベルは、２０ｄＢ以下である。いくつかの実施形態では、チップ上の交差偏波からの干渉のレベルは、１２ｄＢ以下である。

別の態様では、データを送信するための送信デバイスが提供される。この送信デバイスは、任意の態様又は実施形態のチップと、チップに動作可能に結合された送信アンテナであって、チップが、該転送速度及び該周波数でデータを送信するために送信アンテナに出力電力を提供するように構成される、送信アンテナと、を備えることができる。

いくつかの実施形態では、デバイスは、人工衛星の送信機である。いくつかの実施形態では、人工衛星の送信機は、少なくとも４００ｋｍの高度でデータを送信するように構成される。いくつかの実施形態では、人工衛星の送信機は、約４００ｋｍ～約６００ｋｍの高度でデータを送信するように構成される。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、０．５メートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、少なくとも４５％の効率を有する。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、少なくとも３６ｄＢｉの利得を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、１度以下の指向誤差を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、２．３未満又はｄＢに等しい指向損失を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、少なくとも４３ｄＢＷの実効等方放射電力を有する。

別の態様では、データ通信リンクが提供される。このデータ通信リンクは、任意の態様又は実施形態の送信デバイスと、送信デバイスと無線通信する受信デバイスであって、受信デバイスが、送信デバイスから送信されたデータを受信するように構成されている、受信デバイスと、を備えることができる。

いくつかの実施形態では、受信デバイスは、少なくとも６５ｄＢｉの利得及び少なくとも６０％の効率を有する受信アンテナを備える。いくつかの実施形態では、搬送波あたりの割り振り帯域幅は、少なくとも約１２００ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、リンクは、１１４ｄＢ以下の雑音電力を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、１８ｄＢより大きい信号対雑音比を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも５ギガビット／秒の最大チャネルデータレート容量を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも５ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率を有する。いくつかの実施形態では、受信デバイスの受信アンテナは、少なくとも１２メートルの直径を有する。いくつかの実施形態では、受信デバイスの受信アンテナで受信される電力束密度は、少なくとも８０ｄＢＷ／ｍ^２である。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも２００ｄＢの伝搬損失を受ける。いくつかの実施形態では、信号は、変調された搬送波信号を含み、チップは、チップの線形性が改善されるように、変調された搬送波信号と比較して低減された信号ひずみを有する。いくつかの実施形態では、信号ひずみは、ｎ次相互変調積を含む。いくつかの実施形態では、ｎ次相互変調積は、３次相互変調積又は５次相互変調積を含む。いくつかの実施形態では、チップの線形性は、（ｉ）変調された搬送波信号の出力電力対（ｉｉ）ｎ次相互変調積の電力の比と関連付けられている。いくつかの実施形態では、この比は、少なくとも３０ｄＢである。いくつかの実施形態では、チップの動作チャネル温度は、２００℃未満である。いくつかの実施形態では、出力電力は、チップの線形動作領域の最大出力電力に対応する。いくつかの実施形態では、効率は、チップの線形動作領域の電力付加効率（ＰＡＥ）に対応する。いくつかの実施形態では、チップへの入力電力は、飽和レベルからチップの線形動作領域に少なくとも５ｄＢバックオフされる。

別の態様では、データを送信するためのチップが提供される。このチップは、基板に動作可能に結合された半導体層であって、基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する、半導体層、を備えることができ、熱伝導率により、チップが、信号を増幅し、少なくとも３００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも４０ＧＨｚの周波数でデータを送信するために、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも５Ｗの出力電力を生成することが可能になる。

いくつかの実施形態では、チップは、無線周波数増幅回路を備える。いくつかの実施形態では、無線周波数増幅回路は、マイクロ波集積回路又はミリ波集積回路を備える。いくつかの実施形態では、基板は、ダイヤモンドを含む。いくつかの実施形態では、半導体層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択されるＩＩＩ－Ｖ族半導体を含む。いくつかの実施形態では、チップの雑音電力比からの干渉のレベルは、約２３ｄＢ以下である。いくつかの実施形態では、チップ上の交差偏波からの干渉のレベルは、約１５ｄＢ以下である。

別の態様では、データを送信するための送信デバイスが提供される。この送信デバイスは、任意の態様又は実施形態のチップと、チップに動作可能に結合された送信アンテナであって、チップが、該転送速度及び該周波数でデータを送信するために送信アンテナに出力電力を提供するように構成される、送信アンテナと、を備えることができる。

いくつかの実施形態では、デバイスは、人工衛星の送信機である。いくつかの実施形態では、人工衛星の送信機は、少なくとも５０００ｋｍの高度でデータを送信するように構成される。いくつかの実施形態では、人工衛星の送信機は、６０００ｋｍの高度でデータを送信するように構成される。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、０．５メートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、少なくとも４５％の効率を有する。いくつかの実施形態では、送信アンテナは、少なくとも４３ｄＢｉの利得を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、０．５度以下の指向誤差を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、３ｄＢ以下の指向損失を有する。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、少なくとも４７ｄＢＷの実効等方放射電力を有する。

別の態様では、任意の態様又は実施形態の送信デバイスと、送信デバイスと無線通信する受信デバイスであって、受信デバイスが、送信デバイスから送信されたデータを受信するように構成されている、受信デバイスと、を備えるデータ通信リンクが提供される。

いくつかの実施形態では、受信デバイスは、少なくとも７２ｄＢｉの利得及び少なくとも６０％の効率を有する受信アンテナを備える。いくつかの実施形態では、搬送波あたりの割り振り帯域幅は、少なくとも約２５０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、リンクは、約１２０ｄＢＷ未満の雑音電力を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、約８．５ｄＢより大きい信号対雑音比を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも５００メガビット／秒の最大チャネルデータレート容量を有する。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも２．９ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率を有する。いくつかの実施形態では、受信デバイスの受信アンテナは、少なくとも１２メートルの直径を有する。いくつかの実施形態では、受信デバイスの受信アンテナにおける電力束密度は、少なくとも９９ｄＢＷ／ｍ^２である。いくつかの実施形態では、リンクは、少なくとも２００ｄＢの伝搬損失を受ける。いくつかの実施形態では、信号は、変調された搬送波信号を含み、チップは、チップの線形性が改善されるように、変調された搬送波信号と比較して低減された信号ひずみを有する。いくつかの実施形態では、信号ひずみは、ｎ次相互変調積を含む。いくつかの実施形態では、ｎ次相互変調積は、３次相互変調積又は５次相互変調積を含む。いくつかの実施形態では、チップの線形性は、（ｉ）変調された搬送波信号の出力電力対（ｉｉ）ｎ次相互変調積の電力の比と関連付けられている。いくつかの実施形態では、この比は、少なくとも３０ｄＢである。いくつかの実施形態では、チップの動作チャネル温度は、２００℃未満である。いくつかの実施形態では、出力電力は、チップの線形動作領域の最大出力電力に対応する。いくつかの実施形態では、効率は、チップの線形動作領域の電力付加効率（ＰＡＥ）に対応する。いくつかの実施形態では、チップへの入力電力は、飽和レベルからチップの線形動作領域に少なくとも５ｄＢバックオフされる。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備え、第１の基板と第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ^－１のｓｐ３炭素ピークを示すように、第２の基板が第１の基板に格子整合している、ことと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、任意の態様又は実施形態のＲＦ増幅器チップを設けることと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備える、ことと、第１の基板と第２の基板との格子整合に少なくとも部分的に基づいて、ＲＦ増幅器チップからの出力信号を生成することであって、出力信号が、線形領域で２Ｗ以下の入力電力に対して３０ｄＢｉ未満のアンテナ利得内で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を含む、ことと、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、任意の態様又は実施形態のＲＦ増幅器チップを設けることと、第１の基板と第２の基板との格子整合に少なくとも部分的に基づいて、ＲＦ増幅器チップからの出力信号を生成することであって、出力が、線形領域で２Ｗ以下の入力電力に対して３０ｄＢｉ未満のアンテナ利得内で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を含む、ことと、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備え、第２の基板が、１０００Ｗ／ｍＫ以上の第１の基板及び第２の基板を横切る熱伝導率を提供するように、第１の基板に格子整合している、ことと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、任意の態様又は実施形態ＲＦ増幅器チップを設けることと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備える、ことと、第１の基板と第２の基板との格子整合に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）ＲＦ増幅器チップからの出力信号を生成することであって、信号が、２５ｄＢより大きい搬送波対雑音比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を含む、ことと、（ｉｉ）少なくとも５００メガビット／秒の転送速度で、少なくとも５０ＭＨｚの範囲内の帯域幅でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備える、ことと、第１の基板と第２の基板との格子整合に少なくとも部分的に基づいて、（ｉ）ＲＦ増幅器チップからの出力信号を生成することであって、信号が、２０ｄＢ未満の雑音電力干渉比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を含む、ことと、（ｉｉ）少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが、基板に動作可能に結合された半導体層を備え、基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する、ことと、信号を増幅し、少なくとも４ギガビット／秒の転送速度及び少なくとも１８ＧＨｚの周波数でデータを送信するために、熱伝導率に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも１０Ｗの出力電力を生成することと、を含み得る。

別の態様では、送信デバイスを使用するための方法が提供される。この方法は、任意の態様又は実施形態の無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを設けることと、アンテナを設けることであって、ＲＦ増幅器チップがアンテナに動作可能に結合されている、ことと、該転送速度及び該周波数でデータを送信するためにアンテナへの出力電力を生成することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、任意の態様又は実施形態の送信デバイスである。

別の態様では、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを使用するための方法が提供される。この方法は、ＲＦ増幅器チップを設けることであって、ＲＦ増幅器チップが基板に動作可能に結合された半導体層を備え、基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する、ことと、信号を増幅し、少なくとも３００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも４０ＧＨｚの周波数でデータを送信するために、熱伝導率に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも５Ｗの出力電力を生成することと、を含み得る。

別の態様では、送信デバイスを使用するための方法が提供される。この方法は、任意の態様又は実施形態の無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを設けることと、アンテナを設けることであって、ＲＦ増幅器チップがアンテナに動作可能に結合されている、ことと、該転送速度及び該周波数でデータを送信するためにアンテナへの出力電力を生成することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、送信デバイスは、任意の態様又は実施形態の送信デバイスを備える。

別の態様では、データを送信するための方法が提供される。この方法は、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備える無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを設けることであって、第１の基板と第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ^－１のｓｐ３炭素ピークを示すように、第２の基板が第１の基板に格子整合している、ことと、チップに動作可能に結合された、データを送信するように構成されている、送信ユニットを設けることと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信することと、を含み得る。

別の態様では、データを受信するための方法が提供される。この方法は、第１の材料を含む第１の基板と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む、第１の基板に隣接する第２の基板とを備える無線周波数（ＲＦ）増幅器チップを設けることであって、第１の基板と第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ^－１のｓｐ３炭素ピークを示すように、第２の基板が第１の基板に格子整合している、ことと、チップに動作可能に結合された、データを受信するように構成されている、受信ユニットを設けることと、第１の基板及び第２の基板に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを受信することと、を含み得る。

本開示の追加の態様及び利点は、本開示の単なる例示である実施形態が図示及び説明されている、以下の詳細な説明を読めば当業者には容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本開示から逸脱することなく、様々な自明な点で改変が可能である。したがって、図面及び説明は本質的に例示とみなされるべきであり、限定とみなされるべきではない。

参照による援用
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許、及び特許出願は、各個別の刊行物、特許、又は特許出願が参照により具体的且つ個別に組み込まれると指示された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれた刊行物及び特許又は特許出願が本明細書に含まれる開示と矛盾する限りにおいて、本明細書は、任意のそのような矛盾する資料に取って代わり、且つ／又は優先することが意図されている。

本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。本発明の様々な原理が利用される、例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明を参照すれば、本発明の特徴及び利点のより良い理解が得られるであろう。添付の図面又は図は以下のとおりである。

いくつかの態様による、例示的な通信システムを示すブロック図である。 いくつかの態様による、例示的なチップを示すブロック図である。 いくつかの態様による、例示的な増幅器の線形性特性を示す図である。 いくつかの態様による、例示的な増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）を示す図である。 いくつかの態様による、例示的なアンテナの放射パターンを示す図である。

本明細書では本発明の様々な実施形態が図示及び説明されているが、そのような実施形態は例として提供されているにすぎないことが当業者には明らかであろう。本開示の態様から逸脱することなく当業者には多数の変形、変更、及び置換が想起されるであろう。本明細書に記載される発明の実施形態の様々な代替形態が用いられ得ることを理解されたい。本発明の異なる態様を、個別に、一括して、又は互いに組み合わせて評価又は変更することができることを理解されたい。値が範囲として記述される場合、そのような開示は、特定の数値又は特定の部分範囲が明示的に記載されているかどうかにかかわらず、そのような範囲内のすべての可能な部分範囲、並びにそのような範囲内にある特定の数値を含むことが理解されよう。

「サーマルバジェット」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、１つ又は複数の構成要素から環境への温度放散の評価を指す。例えば、サーマルバジェットは、熱源（例えば、出力段パワートランジスタのアクティブチャネル）とシステムの周囲環境との間の各構成要素の温度低下を含み得る。半導体デバイスの活性層は、数マイクロメートルの厚さであり得、機械的キャリア又は基板上に構築され得る。半導体デバイスの活性層は、機械的キャリア又は基板の上方に形成され得る。

「基板」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、その上に層状構造が堆積される任意の材料を指す。基板は、トランジスタ、ダイオード、及び集積回路などの電子デバイスの製造のための土台を含み得る。基板は、半導体や絶縁体などの固体材料を含み得る。基板材料は、炭素、アルミニウム、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、タリウム、カドミウム、テルル、セレン、又はそれらの合金もしくは同素体、又はそれらの酸化物もしくは窒化物を含み得る。基板は、炭素（例えば、ダイヤモンド）又は半導体、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含み得る。基板は、窒素、リン、ホウ素又はインジウムなどの１つ又は複数の化学ドーパントを含み得る。基板材料は、例えば、ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、シリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイヤ、窒化アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム又はリン化インジウムを含み得る。基板材料は、単結晶、多結晶、又はアモルファスであり得る。

「単結晶」という用語は、本明細書で使用される場合、１つの結晶を有するか、又は並進対称性を有する材料を指し得る。「多結晶」という用語は、一般に、複数の結晶ドメイン又は配向を有する材料を指す。多結晶材料は、低エネルギー電子回折（ＬＥＥＤ）顕微鏡法下で複数の結晶構造を示し得る。「アモルファス」という用語は、一般に、実際又は見かけの結晶形を持たない材料を指す。アモルファス材料は、ＬＥＥＤ下で長距離結晶構造を示さない場合がある。

「ワイドバンドギャップ」及び「ワイドギャップ」という用語（又はその変形）は、本明細書において半導体技術の文脈で使用される場合、一般に、ワイドバンドギャップ半導体に基づく電子及び／又は光電子デバイス及び製造技術を指す。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、２～４電子ボルト（ｅＶ）の範囲のバンドギャップを有し得る。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、（ａ）窒素（Ｎ）と元素周期表の少なくとも１つのＩＩＩ族元素（例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、及びタリウム）との間の結合を含む半導体、（ｂ）炭素（Ｃ）と元素周期表の少なくとも１つのＩＶ族元素（例えば、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、及び鉛）との間の結合を含む半導体、又は（ｃ）酸素（Ｏ）と元素周期表の少なくとも１つのＩＩ族元素（例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、カドミウム）との間の結合を含む半導体、を含むことができる。

半導体デバイスの活性層は、基板上にエピタキシャル成長させることができる。ある場合には、基板（例えば、単結晶基板）は、例えば、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓマイクロ波デバイス、窒化ガリウム、サファイヤ、シリコン及び／又はＳｉＣ基板上のＡｌＧａＮ／ＧａＮデバイスなど、電子デバイスの活性層と同じ族の材料のものであり得る。デバイス製造のための電子材料は、活性層を、活性層とは異なる結晶構造及び材料の組み合わせを有する材料を含む基板に取り付けることによって実現され得る。異なる結晶構造を有する半導体を他の基板に取り付ける方法の例には、直接結合及び直接成長が含まれ得る。直接成長は、遷移層を使用して異なる格子構造をブリッジすること（例えば、Ｓｉ又はＳｉＣ基板上に直接成長させたＧａＮ層）を含むことができる。いくつかの例には、デバイス（例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ高電子移動度トランジスタ（ｈｉｇｈ－ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＨＥＭＴ））をダイヤモンド基板に取り付けることが含まれ得る。いくつかの例には、半導体上でのダイヤモンドの直接成長（例えば、ＧａＮ上でのダイヤモンドの直接成長）が含まれ得る。

基板は、（ｉ）機械的支持、（ｉｉ）活性層をチップの底部に接続するために使用することができる導電性、（ｉｉｉ）電界が基板に侵入する高周波デバイス及び表面導波路で使用することができる低誘電損失の電気的遮断、及び（ｉｖ）関連付けられた導電性あり又はなしの高熱伝導性を含むがこれに限定されない、様々な機能を有し得る。

「層状構造」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、様々な特性の層状材料から作られた構造を指す。層状構造は、同じか、又は異なる半導体特性を有し得る１つ又は複数の材料の層を含み得る。個々の層は、単結晶、多結晶又はアモルファスであり得る。異なる半導体特性の層から製造された電子及び光電子デバイスは、異なる成長技術によって製作され得る。ある場合には、これらの成長技術は、個々の層の制御された成長を可能にし得る。ある場合には、これらの層は、「エピタキシャル層」又は「エピ層」と呼ばれ得る。各層は、サブナノメートルから数十ミクロンまで変化する厚さであり得る。製造技術の非限定的な例には、分子線エピタキシー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ（ＭＢＥ））、蒸着（例えば、化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ））、物理蒸着）、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ））、有機金属気相エピタキシー、及び液相エピタキシーが含まれる。エピタキシャル層は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、カドミウム、並びにそれらの合金及び同素体を含み得る。本開示のいくつかの態様では、エピタキシャル層は、上記のようなワイドバンドギャップ半導体材料を含み得る。エピタキシャル層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及びダイヤモンドを含み得る。任意のそのような材料が、単結晶、多結晶、又はアモルファスであり得る。

「チップ」という用語は、本明細書で使用される場合一般に、基板上に配置された能動電子及び／又は光学デバイスを指す。本明細書で使用される場合、チップは、能動デバイス（又は（１又は複数の）層）及び基板を備え得る。能動電子又は光学デバイスは、層状構造を備え得る。チップは、１つ又は複数のトランジスタを備え得る。１つ又は複数のトランジスタは、１つ又は複数の高電子移動度トランジスタを備え得る。チップは、集積回路を備え得る。いくつかの例では、チップは、ミキシング、電力増幅、低雑音増幅、及びスイッチングなどの機能を行い得る。いくつかの例では、チップは、モノリシックマイクロ波集積回路（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ（ＭＭＩＣ））を備え得る。

「トランジスタ」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、スイッチ及び／又は増幅器として働くことができる電気デバイスを指す。トランジスタは、デジタル回路の一部であり得る。デジタル回路は、複数のトランジスタを備え得る。トランジスタは、本明細書の別の箇所に記載されるように層状構造を備え得る。トランジスタは、コンピューティングデバイスの一部であり得る。トランジスタは、論理回路又は論理ゲートの一部であり得る。トランジスタは半導体デバイスであり得る。「電界効果トランジスタ」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、電界を使用してトランジスタを有するデバイスの動作を制御するトランジスタを指す。電界は、ソース接点とドレイン接点などのデバイス内の２つの接点又は端子間の電流の流れを制御するために使用され得る。

「高電子移動度トランジスタ」（ＨＥＭＴ）という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、ヘテロジャクションを含む電界効果トランジスタを指す。ヘテロジャクションは、異なる材料特性の任意の２つの固体材料間の界面を指し得る。いくつかの例では、これらは、任意の２つの半導体、同じ半導体の任意の２つの結晶形（例えば、アモルファス、多結晶）、同じ元素を含むがそれらの元素の量が異なる任意の２つの半導体、ドーパントレベルが異なる任意の２つの半導体などを含み得る。２つの材料は、一様ではないバンドギャップを有し得る。２つの材料は、バンドオフセットを有し得る。ヘテロジャクションを形成する２つの材料は、「ヘテロ構造」と呼ばれ得る。いくつかの例では、ＨＥＭＴのバッファ層とバリア層との間の界面が、ヘテロ接合を形成し得る。

「界面」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、２つの異なる材料間の、例えば、異なる結晶構造、異なる材料の組み合わせ又は、異なる材料特性を有する材料間の共通の境界を形成する表面を指す。「界面」という用語は、２つの異なる材料が互いに接触する場所を指すことができる。「界面」という用語はまた、例えば、第３の材料の原子の存在なしに、ある場所で、又は境界で、第１の材料の原子が第２の材料の原子と結合することも指すことができる。

いくつかの例では、界面は、半導体（例えばワイドバンドギャップ半導体）とダイヤモンド（例えば合成ダイヤモンド）との間の共通の境界を形成する表面であり得る。いくつかの態様では、界面は、ＧａＮとダイヤモンドとの間の境界であり得る。いくつかの例では、界面は、ダイヤモンド原子がワイドバンドギャップ半導体材料（例えばＧａＮ）の原子と接触する場所であり得る。少なくとも２つの異なる材料を含む基板は、単一の界面（例えば、２つの材料間の境界を形成する表面）を含み得る。いくつかの例では、基板が複数の界面を含まない場合もある。

本明細書で材料堆積又は結晶成長の文脈で使用される「核形成層（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）」又は「核形成層（ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）」という用語は、一般に、別の材料又は化学量論組成の層の成長又は形成を開始するのを助ける層を指す。核形成層材料は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は合成ダイヤモンドの核形成を助け得る他のアモルファスもしくは多結晶材料（例えば、シリコン又は他のワイドバンドギャップ半導体材料）を含むことができ、下にある半導体のエッチング又は損傷を防ぐのに役立つ。

ＩＩＩ－Ｖ族半導体などのワイドバンドギャップ半導体材料は、効率的で高出力の用途のためのマイクロ波トランジスタの設計において有用であり得る。例えば、ＧａＮ、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）を含む半導体化合物は、高出力マイクロ波デバイス設計の性能及び効率を高めることを示している。そのような高出力マイクロ波デバイスは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又はシリコンなどの他の半導体材料を超える電子移動度、降伏電圧、及び熱伝導率を示すことができる。

トランジスタ、発光ダイオード、及びその他の半導体デバイス（例えば、マイクロ波集積回路、マイクロ波増幅器）のための従来の熱除去システムは、通常、そのようなデバイスにおける熱源と比較して大きく、熱的及び全般的性能を制限する可能性がある。ダイヤモンドの優れた熱特性により、ダイヤモンドヒートシンク、ダイヤモンドヒートスプレッダ、及びその他のダイヤモンドプレートは、熱管理のために半導体デバイスの下方で熱を拡散するのに有用である。ある場合には、ダイヤモンド基板は、ダイヤモンドヒートシンク（又はヒートスプレッダ又はプレート）とは異なり得る。例えば、ダイヤモンド基板は、その上にデバイス（例えば、チップ、無線周波数（ＲＦ）増幅器チップ、マイクロ波増幅器チップ）を形成するために能動電子デバイス層が配置されている基板を備え得る。ある場合には、ダイヤモンドヒートシンクは、デバイスを取り付けることができる熱的部品であってもよく、ダイヤモンドヒートシンクは、デバイスによって生成された熱を拡散するのを助ける。

本開示のいくつかの態様は、熱効率の良いＲＦ電力増幅器（例えば、ＲＦ電力増幅器を含むＲＦ増幅器チップ）の設計及び製造を対象とする。熱効率の良いＲＦ電力増幅器は、様々な用途で使用するための改善された線形性を有し得る。そのような用途は、無線通信を含み得る。一部の用途は、衛星通信を含む。一部の用途は、セルラー及び／又は非セルラー無線通信を含む。本開示のＲＦ電力増幅器は、人工衛星と地上局との間及び／又は人工衛星間の下り通信に使用され得る。人工衛星は、広範囲の周波数及び通信帯域で通信し得る。いくつかの例では、本開示の増幅器は、Ｌバンド周波数範囲（例えば、１～２ＧＨｚ）、Ｓバンド周波数範囲（例えば、２～４ＧＨｚ）、Ｃバンド周波数範囲（例えば、４～８ＧＨｚ）、Ｘバンド周波数範囲（例えば、８～１２ＧＨｚ）、Ｋバンド周波数範囲（例えば、１７～２０ＧＨｚ（Ｋｕ／Ｋバンド）、３７～４０ＧＨｚ（Ｋａバンド））、Ｖバンド周波数範囲（例えば、４０～７５ＧＨｚ）、Ｗバンド周波数範囲（例えば、７５～１１０ＧＨｚ）、ミリ波帯周波数範囲、Ｇバンド周波数範囲（例えば、１１０～３００ＧＨｚ）、Ｅバンド周波数範囲（例えば、６０～９０ＧＨｚ）、又は任意の適切な周波数範囲で動作し得る。

いくつかの態様では、本開示は、ＲＦ増幅器チップを提供する。ＲＦ増幅器チップは、図１Ｂのチップ１００Ｂと同様の態様を備え得る。いくつかの態様では、ＲＦ増幅器チップは、熱伝導性基板上に配置され、第１の入力電力の信号が増幅されるときに３ｄＢ利得圧縮出力電力で増幅されたマイクロ波信号を提供するように動作可能に構成された（例えば、出力又は放出するように構成された）半導体エピ層を備える。半導体エピ層は、ワイドバンドギャップ半導体エピ層（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３及びＡｌＧａＮの誘導体）であり得る。ＲＦ増幅器チップは、送信機の一部、例えば、衛星通信用の送信機の一部であり得る。

熱伝導性基板は、合成ダイヤモンドを含んでいてもよく、エピ層（例えば、ＡｌＧａＮエピ層）は、合成ダイヤモンド基板上に配置され、第１の入力電力の信号が増幅されるときに３ｄＢ利得圧縮出力電力で増幅されたマイクロ波信号を提供するように動作可能に構成され得る。ＲＦ増幅器チップは、第２の入力電力の信号が増幅され、３次相互変調積が、第２の入力電力が第１の入力電力を６デシベル（ｄＢ）減らしたものと等しいときの線形出力電力より少なくとも５０ｄＢ低い第３の電力を有するときに線形出力電力を有する増幅されたマイクロ波信号を提供するように構成され得る。増幅器チップの電力付加効率（ＰＡＥ）は、例えば、チップが第２の入力電力で動作する場合、少なくとも５０％であり得る。ＰＡＥは、増幅器チップの出力で取られた測定に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。第１の入力電力は、利得曲線が線形動作領域の最大出力電力と比較して３ｄＢ低下した飽和出力電力と関連付けられ得る。飽和出力電力は、Ｐ３ｄＢ出力レベルと呼ばれ得る。第２の入力電力は、線形動作領域の最大出力電力と関連付けられ得る。

本開示のシステム及び方法は、ＲＦ増幅器チップの改善された熱的性能を提供し得る。いくつかの例では、チップ（例えば、ＲＦ増幅器チップ）は、パッケージなどのデバイスを含むか、又はその一部であり得、パッケージは、パッケージベース上に配置され得る。いくつかの態様は、パッケージからパッケージベースへの改善された熱流を提供する。いくつかの態様は、トランジスタの活性領域（例えば、半導体エピ層の活性層）からパッケージベースへの改善された熱流を提供する。いくつかの態様は、パッケージベースから放射エレメント（例えば、放射冷却エレメント）への熱流を提供する。そのような放射冷却エレメントは、人工衛星の一部であり得る。ダイヤモンド基板は、（例えば、ダイヤモンドを含まない基板と比較して）熱流を改善することができ、改善された熱流は、トランジスタのゲート実装密度及び増幅器の出力電力の増加に寄与し得る。本明細書で開示される開示のＧａＮ－ｏｎ－Ｄｉａｍｏｎｄ（ＧａＮＤ）技術を含むマイクロ波増幅器は、そのようなＧａＮＤ技術を含まないマイクロ波増幅器よりも少なくとも２０％から３０％高いＰＡＥを有し得る。

ある場合には、熱放散は、デバイスの横方向の寸法が基板の厚さ程度以上であり得る、ＲＦ電力増幅器などの小型電子デバイスにおいてより顕著であり得る。例えば、Ｋｕバンドで動作する高電子移動度ＡｌＧａＮ／ＧａＮトランジスタは、マイクロ波性能を満たすように、１００μｍ以下の単位ゲート幅で設計され得る。そのようなデバイスでは、従来の基板ではなくダイヤモンド基板を使用することによる熱的性能の改善は重要であり得る。例えば、サファイヤ、シリコン、又はＳｉＣの基板ではなくダイヤモンド基板を使用した高出力ＡｌＧａＮ／ＧａＮ電界効果トランジスタは、デバイスの熱抵抗を低減させることができる。熱抵抗の低減の結果として、ダイヤモンド基板は、エネルギー効率を、よって増幅器の出力ＲＦ電力能力を高め得る。いくつかの例では、所与の電力に対する本明細書で開示される増幅器の線形性は、従来の増幅器と比較して改善され得る。ある場合には、開示の増幅器（例えば、ＧａＮＤベースの増幅器）からの飽和出力電力は、同様のサイズの従来の増幅器の少なくとも２倍であり得る。

図１Ａに、いくつかの態様による、例示的な通信システム１００のブロック図を示す。例示的な通信システム１００は、送信機１１６と、受信機１３０とを備え得る。送信機１１６は、ＲＦ増幅器チップなどのチップを備え得る。チップは、本明細書に記載される様々な態様に従って設計及び製造され得、例えば、図１Ｂに関して説明されるチップ１００Ｂと同様の態様を備え得る。送信機１１６は、ＲＦ増幅器などの増幅器を備え得る。

送信機１１６及び受信機１３０は、地上又は空中デバイス（例えば、ユニット）であり得、固定式（例えば、地球局、端末、ゲートウェイ）又は移動式（例えば、車両用デバイス、空中デバイスもしくはモバイルクライアントデバイス）であり得る。固定式デバイスの非限定的な例には、例えば、地上局（例えば、地球局、端末、ゲートウェイ）又は陸上局（例えば、基地局、ノード、アクセスポイント）が含まれる。移動式デバイスの非限定的な例には、例えば、車両用デバイス、空中デバイス、又はモバイルクライアントデバイスが含まれる。

送信機１１６は、電磁信号を受信機１３０に送信するように構成され得る。受信機１３０は、送信機１１６から電磁信号を受信するように構成され得る。送信機１１６は、リンク１４０を介して受信機１３０にＲＦ信号又はマイクロ波信号を送信するために１つ又は複数のアンテナに通信可能に結合されるように構成された送信回路を含む、ＲＦ又はマイクロ波送信機であり得る。受信機１３０は、送信機１１６からリンク１４０を介してＲＦ信号又はマイクロ波信号を受信するために１つ又は複数のアンテナに通信可能に結合されるように構成された受信回路を含む、ＲＦ又はマイクロ波受信機であり得る。送信機１１６及び受信機１３０はまた、送信機能と受信機能の両方（例えば、送受信機機能）のために構成された回路も含み得る。

アンテナは、例えば、（例えば、ビームフォーミング用に構成された）フェーズドアレイアンテナなどのアンテナアレイを備え得る。送信機１１６は、複数の送信素子（例えば、送信要素のアレイ）を備え得、送信素子のうちの１つ又は複数が、アンテナ素子に通信可能に結合され得る。受信機１３０もまた、複数の受信素子を備え得、１つの受信素子又は複数の受信素子が、アンテナ素子に通信可能に結合され得る。送信機１１６と受信機１３０とは、接続され、通信可能に結合され、リンク１４０を介して無線で通信するように構成され得る。リンク１４０は、送信機１１６と受信機１３０との間の電磁伝送を含み得る。リンク１４０は、例えば、電磁信号の大気吸収又はマルチパスフェージングに起因する伝搬損失（例えば、経路損失）を含むパラメータを特徴とし得る。

いくつかの態様では、無線通信システム１００は、衛星通信システムであり得る。送信機１１６、受信機１３０、又はその両方が、キューブサットやマイクロサットなどの人工衛星であり得るか、又はそのような人工衛星の一部であり得る。受信機は、地球局のように地上にあり得るか、又は別の人工衛星のように空中にあり得る。いくつかの例では、送信機１１６は、増幅器チップを備える人工衛星を備え得る。増幅器チップは、図１Ｂのチップ１００Ｂと同様の態様を備え得る。人工衛星は、局（例えば、地球局）又は別の人工衛星、例えば、受信機（例えば、受信機１３０）を備える別の人工衛星と無線通信するように構成され得る。いくつかの例では、衛星通信は、２つ以上の衛星間で可能であり得る。衛星通信は、衛星と複数の局との間、又はネットワークとして構成され得る複数の人工衛星間で可能であり得る。人工衛星（例えば、人工衛星の送信機又は受信機）は、複数の人工衛星（例えば、群）のうちの１つであり得る。群は、ネットワーク化され得、いくつかの態様では、人工衛星は、群から独立して動作するように構成され得る。

人工衛星は、衛星コンステレーション、例えば、低軌道（ＬＥＯ）衛星コンステレーション又は中軌道（ＭＥＯ）衛星コンステレーションの一部であり得る。いくつかの態様では、人工衛星は、Ｌバンド（例えば、１～２ＧＨｚ）からＧバンド（例えば、３００ＧＨｚ）を含むミリ波周波数帯域までの任意の周波数で無線信号を送信するように構成され得る（例えば、受信機は受信するように構成され得る）。いくつかの態様では、人工衛星は、Ｌバンド周波数範囲（例えば、１～２ＧＨｚ）、Ｓバンド周波数範囲（例えば、２～４ＧＨｚ）、Ｃバンド周波数範囲（例えば、４～８ＧＨｚ）、Ｘバンド周波数範囲（例えば、８～１２ＧＨｚ）、Ｋバンド周波数範囲（例えば、１７～２０ＧＨｚ（Ｋｕ／Ｋバンド）、３７～４０ＧＨｚ（Ｋａバンド））、Ｖバンド周波数範囲（例えば、４０～７５ＧＨｚ）、Ｗバンド周波数範囲（例えば、７５～１１０ＧＨｚ）、ミリ波帯周波数範囲、Ｇバンド周波数範囲（例えば、１１０～３００ＧＨｚ）、Ｅバンド周波数範囲（例えば、６０～９０ＧＨｚ）、又は任意の適切な周波数範囲内の任意の周波数で無線信号を送信するように構成され得る（例えば、受信機は受信するように構成され得る）。いくつかの態様では、衛星通信システムは、セルラーバックホール通信用に構成され得る。例えば、１つ又は複数の人工衛星が、基地局（例えば、ノード、アクセスポイント）に無線セルラーバックホール信号を送信し得る。他の例では、人工衛星は、（例えば、空中衛星インターネットを提供するために）航空機などの移動局又は空中局に無線信号を送信し得る。

いくつかの例では、無線通信システムの下りデータレートを増やし、物理的なペイロード重量を減らし、消費電力を減らす（例えば、熱損失を減らす）ことが望ましい場合がある。例えば、人工衛星用途では、衛星の重量、エネルギー消費及び出力、並びにサーマルバジェットが、そのような性能特性のいずれかを達成するための重要な設計上の考慮事項となり得る。軌道上にある、例えば、低軌道（ＬＥＯ）又は中軌道（ＭＥＯ）にある人工衛星は、情報ペイロードを局（例えば、地球局）に配信するのに数分を要する場合がある。情報ペイロードの配信の期間は、少なくとも部分的には、地球ベースの受信局までの見通し距離の長さによって制限され得る。人工衛星の電磁視程の持続時間、及び人工衛星と地球局との間の距離は、衛星が空を横切って移動するときに変化する場合があり（例えば、仰角で定量化され、地平線では０°、天頂では９０°）、ゆえに、地球局の受信機アンテナによって捕捉される信号強度及び雑音レベルは時間とともに変化し得る。いくつかの例では、アンテナ効率（例えば、衛星アンテナ効率）は、指向精度に依存し得る。（例えば、３０ｄＢｉを上回る利得の）高効率の衛星アンテナは、地球局を正確に指向し得る。ある場合には、人工衛星本体に対して移動しない可能性のある地球カバレッジアンテナは、低利得アンテナ（例えば、５ｄＢｉ～１２ｄＢｉの範囲にわたる）など、著しく低い効率を示し得る。

図１Ｂに、いくつかの態様による、例示的なチップのブロック図を示す。いくつかの態様では、チップ１００Ｂは、モノリシックマイクロ波又はミリ波集積回路（ＭＭＩＣ）を備え得る。チップ１００Ｂは、パッケージ化されたＭＭＩＣチップであり得る。チップ１００Ｂは、電力増幅器の一部であり得る。チップ１００Ｂは、基板１０４上に配置された１つ又は複数の層１０５を含み得る層状構造１１２を備え得る。チップ１００Ｂは、パッケージベース１０６上に配置された（例えば、載せられた、貼り付けられた）層状構造１１２を備え得る。ある場合には、基板１０４は、はんだ層１０８を使用してパッケージベース１０６に取り付けられ得る。基板１０４は、高熱伝導性基板、例えば、ダイヤモンド基板（例えば、合成ダイヤモンド基板）であり得る。

層状構造１１２は、電気的接続を備え得る。電気的接続は、１つ又は複数の層１０５上に、又はその一部として配置された受動回路１０２及び能動回路１０１を備え得る。ある場合には、能動回路は、電気接点１０２、電気接点１０３、及び電気接点１１０を備え得る。チップ１００Ｂは、トランジスタを備え得る。トランジスタは、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又はヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）であり得る。電気接点は、ソース１０２、ゲート１０３、及びドレイン１１０の各端子を備え得る。ソース１０２、ゲート１０３、及びドレイン１１０の各端子は、１つ又は複数の層１０５配置され得る。１つ又は複数の層は、２次元電子ガス層（ｔｗｏ－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ ｌａｙｅｒ（２ＤＥＧ））又はチャネル１１１を備え得る。２ＤＥＧ層１１１は、１つ又は複数の層１０５内に埋め込まれ得る（例えば、基板１０４上に配置され得る）。トランジスタは、ゲート１０３とソース１０２との間に印加される電圧を使用して、ソース１０２とドレイン１１０との間の２ＤＥＧ１１１に沿って流れる電流を制御するように動作し得る。

ゲート電圧が電流を制御する２ＤＥＧ１１１の領域は、ゲート１０３端子の下に配置され得る。１つ又は複数の層は、２ＤＥＧ１１１の近位に、例えば、２ＤＥＧ１１１の上方又は下方に配置され得る。いくつかの態様では、２ＤＥＧ１１１の上方に配置された（１又は複数の）層は、バリア層１１５と呼ばれ得、２ＤＥＧ１１１の下方に配置された（１又は複数の）層は、バッファ層１１４と呼ばれ得る。バリア層１１５及びバッファ層１１４は、ヘテロ接合を備え得る。バリア層１１５及びバッファ層１１４は、エピ層の一部であり得る。エピ層は、同義で１つ又は複数の層１０５と呼ばれ得る。バリア層１１５及びバッファ層１１４は、ヘテロ構造を備え得る。バリア層１１５及びバッファ層１１４は、一様ではないバンドギャップを有し得る。バリア層１１５及びバッファ層１１４は、バンドオフセットを有し得る。１つ又は複数のバッファ層（例えば、バッファ層１１４）と１つ又は複数のバリア層（例えば、バリア層１１５）との間の界面は、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層（例えば、２ＤＥＧ層１１１）を備え得る。２ＤＥＧ層１１１は、バリア層とバッファ層との間の界面の近位にあり得る。

ある場合には、２ＤＥＧ層１１１の幅は、電圧の印加によって制御され得る。２ＤＥＧ層１１１の幅は、５０ナノメートル未満、１０ナノメートル未満、５ナノメートル未満又は未満であり得る。いくつかの例では、２ＤＥＧ層１１１は、高熱伝導性基板から１５０ナノメートル以内であり得る。ある場合には、２ＤＥＧ層は、基板から２５０ナノメートル以内、基板から５００ナノメートル以内、基板から７５０ナノメートル以内、基板から１ミクロン以内、又は基板から１００ミクロン以内であり得る。

いくつかの例では、バッファ層は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体を含み得る。いくつかの例では、バリア層は、ＩＩＩ－ＩＩＩ’－Ｖ族半導体を含み得る。いくつかの例では、バッファ層はＧａＮを含み、バリア層はＡｌＧａＮを含む。いくつかの例では、バッファ層はＧａＡｓを含み、バリア層はＡｌＧａＡｓを含む。いくつかの例では、バッファ層はＧａＮを含み、バリア層はＩｎＧａＮを含む。いくつかの例では、バッファ層はＧａＡｓを含み、バリア層はＩｎＧａＡｓを含む。いくつかの例では、バッファ層は、第１のドーパントレベルのＩＩＩ－Ｖ族半導体を含み、バリア層は、第２のドーパントレベルのＩＩＩ－Ｖ族半導体を含む。いくつかの例では、バッファ層は、第１のドーパントレベルのＩＩＩ－ＩＩＩ’－Ｖ族半導体を含み、バリア層は、第２のドーパントレベルのＩＩＩ－ＩＩＩ’－Ｖ族半導体を含む。

いくつかの例では、チップ（例えば、チップ１００Ｂ）は、合成ダイヤモンド基板（例えば、基板１０４）上に配置された、ＧａＮ（例えば、ＧａＮやＡｌＧａＮ）を含む能動デバイスを備え得る。いくつかの例では、チップは、合成ダイヤモンドを含む基板（例えば、基板１０４）を備え得る。いくつかの例では、チップは、合成ダイヤモンド基板（例えば、基板１０４）上に集積されたＧａＮベースのＨＥＭＴであり得る。チップは、合成ダイヤモンド基板（例えば、基板１０４）上に集積された１つ又は複数のＧａＮベースのＨＥＭＴを含む、ＭＭＩＣであり得る。基板は、少なくとも１ミクロンの厚さのダイヤモンドを含み得る。基板は、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約１ミリメートル以上の厚さのダイヤモンドを含み得る。基板は、少なくとも１ミリメートルの厚さのダイヤモンドを含み得る。基板は、１ミクロン～１ミリメートルの範囲内、１０ミクロン～１ミリメートルの範囲内、又は１００ミクロン～５００ミクロンの範囲内の厚さのダイヤモンドを含み得る。いくつかの例では、基板は、約２０ナノメートル（ｎｍ）～約２０００ｎｍの厚さのダイヤモンドを含み得る。

ダイヤモンドは高い熱伝導性を提供することができる。ダイヤモンドを含む基板は、ダイヤモンドを含まない基板と比較して、より高い熱伝導性を有し得る。製造条件に応じて、いくつかの例では、合成ダイヤモンドの熱伝導率は、約８００～２２００Ｗ／ｍＫの範囲であり得る。いくつかの例では、合成ダイヤモンドの熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫから約５００Ｗ／ｍＫの範囲であり得る。いくつかの例では、ダイヤモンド基板は、少なくとも約１０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を含み得る。他の例では、ダイヤモンド基板の熱伝導率は、少なくとも約５００Ｗ／ｍＫ、１０００Ｗ／ｍＫ、２０００Ｗ／ｍＫ、３０００Ｗ／ｍＫより大きいか、又はそれ以上であり得る。ダイヤモンド基板の熱伝導率は、約５００Ｗ／ｍＫ～約２０００Ｗ／ｍＫの範囲内であり得る。ダイヤモンド基板の熱伝導率は、約５００Ｗ／ｍＫ～約３０００Ｗ／ｍＫの範囲内であり得る。

いくつかの態様では、チップ１００Ｂは、１つ又は複数の層１０５と基板１０４との間に、核形成層などの中間層（図１Ｂには示されていない）を備え得る。いくつかの態様では、核形成層は、独立した層ではない場合もあり（例えば、独立した層として層状構造上に配置されていない場合もあり）、例えば、層状構造は、層状構造自体の中で成長し得る核形成材料を含むことができる。いくつかの態様では、核形成層は、例えば、基板１０４がダイヤモンドである態様において、１つ又は複数の層１０５上にダイヤモンドの成長を核形成するために使用され得る。合成ダイヤモンドは、核形成層の表面、又は１つもしくは複数の層１０５に含まれる核形成材料の表面で核形成され、成長し得る。ダイヤモンド核形成に十分な核形成層の厚さは、核形成に使用される材料に依存し得る。いくつかの態様では、核形成層は、アモルファスＳｉＮ、ＳｉＣ又はＡｌＮの堆積によって１つ又は複数の層の表面に形成され得る。核形成層はまた、１つ又は複数の層１０５の形成において、例えば、最終ステップとして形成されてもよい。そのような場合、１つ又は複数の層１０５の表面に独立して核形成層を堆積する代わりに、１つ又は複数の層１０５の成長プロセスは、層状構造の既存の材料への核形成材料（例えば、ＳｉＣやＡｌＮ）の追加（例えば、既存のＧａＮやＧａＮとＡｌＮの組み合わせへの核形成材料の追加）によって完成され得る。

チップ１００Ｂのいくつかの態様では、ダイヤモンド（例えば、基板１０４）は、１つ又は複数の層１０５を覆って又はこれに接して上に配置又は成長させることができ、ダイヤモンドと１つ又は複数の層１０５の少なくとも１つの層とが界面を形成する。例えば、ダイヤモンドの少なくとも１つの層は、界面（例えば、単一の界面）で、１つ又は複数の層１０５の１つの層又は表面の少なくとも一部を覆って堆積され得る。いくつかの態様では、界面は、１つ又は複数の層１０５の少なくとも一部分と接触（例えば直接接触）しているダイヤモンドの少なくとも一部分を含む（例えば、基板１０４の）ダイヤモンドと１つ又は複数の層１０５との間の単一の界面であり得る。ダイヤモンドと１つ又は複数の層１０５との間の単一の界面は、ダイヤモンドと１つ又は複数の層との間の境界を形成する表面であり得る。単一の界面における（例えば、基板１０４の）ダイヤモンドと１つ又は複数の層１０５との間の直接接触は、ダイヤモンドの原子と結合する１つ又は複数の層１０５の少なくとも１つの層の原子を含むことができる。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、格子整合し得る。いくつかの態様では、半導体基板（例えば、１０５）は、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）に格子整合し得る。いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）は、半導体基板（例えば、１０５）に格子整合し得る。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、ダイヤモンド基板と半導体基板との間の界面領域と格子整合し得る。いくつかの態様では、ダイヤモンド基板は、界面領域を介して半導体基板に格子整合し得る（又は半導体基板がダイヤモンド基板に格子整合し得る）。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）との間の界面（例えば、界面領域）は、ダイヤモンド基板の少なくとも一部を含み得る。いくつかの態様では、界面領域は、半導体基板の少なくとも一部を含み得る。

いくつかの例では、ダイヤモンドを含む基板（例えば、基板１０４）と半導体を含む基板（例えば、１つ又は複数の層１０５）との間の界面（例えば、界面領域）は、例えば、ラマン分光法や別の方法によって測定され得る。いくつかの態様では、そのような界面は、５．０ｃｍ・^１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ・^１のｓｐ３炭素ピークを示し得る。ダイヤモンド基板及び半導体基板のそのような態様を含むＲＦチップ（例えば、１０４及び１０５、チップ１００Ｂ）は、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信するように構成され得る。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、ダイヤモンド基板及び半導体基板のそのような態様を含むＲＦチップ（例えば、１０４及び１０５、チップ１００Ｂ）が、（ｉ）線形領域で２Ｗ以下の入力電力に対して３０ｄＢｉ未満のアンテナ利得内で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）少なくとも５００メガビット／秒の転送速度でデータを送信又は受信するように構成され得るように格子整合し得る。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、ダイヤモンド基板及び半導体基板を横切る熱伝導率が１０００Ｗ／ｍＫ以上であり、ダイヤモンド基板及び半導体基板のそのような態様を備えるＲＦチップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信するように構成され得るように格子整合し得る。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、ダイヤモンド基板及び半導体基板のそのような態様を含むＲＦチップ（例えば、１０４及び１０５、チップ１００Ｂ）が、（ｉ）２５ｄＢより大きい搬送波対雑音比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）少なくとも５００メガビット／秒の転送速度で、少なくとも５０ＭＨｚの範囲内の帯域幅でデータを送信又は受信するように構成され得るように格子整合し得る。

いくつかの態様では、ダイヤモンド基板（例えば、１０４）と半導体基板（例えば、１０５）とは、ダイヤモンド基板及び半導体基板のそのような態様を含むＲＦチップ（例えば、１０４及び１０５、チップ１００Ｂ）が、（ｉ）２０ｄＢ未満の雑音電力比（ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ（ＮＰＲ））で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数でデータを送信又は受信するように構成され得るように格子整合し得る。

図１Ｂに示されるパッケージベース１０６は、いくつかの態様では、別の構成要素の一部であり得るか、又は別の構成要素上に配置され得る。パッケージベース１０６は、チップ１００Ｂから熱を伝えるように構成され得る。パッケージベース１０６は、チップ１００Ｂから熱交換素子に熱を伝えるように構成され得る。熱交換素子は、表面１１３でパッケージベース１０６に取り付けられ得る。いくつかの態様では、表面１１３は、ベースプレートと呼ばれ得る。チップ１００Ｂ又はチップ１００Ｂを含むパッケージは、太陽光発電アレイ、電池、アンテナ（例えば、アンテナアレイ）、ジャイロスコープ指向制御装置など、例示の図に示されていない他の構成要素及び電気的接続を含み得る。いくつかの態様では、チップ１００Ｂを含むパッケージは人工衛星であり得る。いくつかの態様では、チップ１００Ｂを含むパッケージはキューブサット又はマイクロサットであり得る。

いくつかの例では、人工衛星からの熱放散は、電磁波の空間への放射（例えば、黒体放射）によって発生し得る。ある場合には、チップ（例えば、チップ１００Ｂ）又は人工衛星などのチップ１００Ｂを含むパッケージの熱管理は、放射冷却を含み得る。いくつかの例では、地表面上（又はその近位）の場所での冷却（例えば、デバイス冷却）は、少なくとも部分的に空気又は液体の対流による周囲環境への熱の放散を含み得る。理論に制限されることなく、黒体から空間への熱放散は、シュテファン＝ボルツマンの法則、すなわち、Ｐ＝σＴ^４によれば放射面の温度に依存し得、式中、

は表面から放出される電力密度であり、σ＝５６．７ｎＷ／ｍ^２／Ｋ^４、シュテファン＝ボルツマン定数、Ｔ［Ｋ］は絶対温度である。

いくつかの例では、チップ１００Ｂを含むデバイス（例えば、パッケージ）は、放射エレメント（例えば、放射冷却エレメント）を含み得る。いくつかの例では、放射冷却エレメントは、表面を含み得る。放射冷却エレメントは、デバイスの表面（例えば、空間に露出されたデバイスの表面）を含み得、電磁放射を放出するように構成され得る。放射冷却エレメントは、空間に熱を放射するなどの電磁放射を放出し得る。いくつかの例では、放射冷却エレメントは、電子機器のヒートシンクとして使用されるフィンなどのフィンを含まない場合がある。放射冷却エレメントは、電磁放射を放出するために（例えば、空間に）デバイスから離れる方向を指向する表面を利用し得る。ある場合には、放射冷却エレメントは、表面の放射率を変更するための１つ又は複数のルーバを含み得る。

いくつかの態様では、パッケージは、ヒートパイプ冷却システムを含み得る。ヒートパイプ冷却システムは、熱が発生する場所（例えば、ＲＦ電力増幅器の場所）に冷却液が運ばれ、潜熱消費によって液体が蒸発し得る再循環閉鎖流体システムを備え得る。気相は、パイプを通って放射冷却エレメントに導かれ、そこでガスが液相に凝縮され、それによって熱が放出され得る。いくつかの例では、ヒートパイプ冷却システム及び熱伝導構造は、パッケージベースの一部を含み得る。パッケージベースは、ＲＦ電力増幅器などの熱源から、放射冷却エレメントなどの熱が放散され得る別の場所への熱放散のために構成され得る。

ある場合には、チップ（例えば、チップ１００Ｂ）を動作させる際に使用するための電力のごく一部のみが、（例えば、人工衛星から地球への）伝送のために電磁信号に変換され得る。ある場合には、そのような電力のかなりの部分が、パッケージ内の電子機器による熱、例えば、そのような電子機器によって生成される熱に変換され得る。電子機器は、１つ又は複数の構成要素、例えば、制御ユニット、受信機、送信機、及びペイロードを備え得る。そのような生成された熱は、冷却ラジエータを介して（例えば、空間に）放散され得る。熱に変換される電力に対する電気信号に変換される電力の量は、増幅器の効率に依存し得る。衛星ベースの通信などのいくつかの例では、電力増幅器の熱効率が悪いことが、通信サイクル中の放散熱の主要源であり得る。

いくつかの態様では、チップ１００Ｂの活性領域１０９の最高温度（Ｔ_ＤＥＶ）が制御され得る。最高大許容温度についての製造者の仕様は、Ｔ_ＤＥＶ（ｍａｘ）として定義され得る。デバイスの性能及び耐用年数は、最高温度Ｔ_ＤＥＶ（ｍａｘ）を超えない温度について認定され得る。ある場合には、Ｔ_ＤＥＶ（ｍａｘ）の値は、１５０℃～２２５℃の範囲であり得る。Ｔ_ＤＥＶ（ｍａｘ）は、製造者及び材料の種類に依存し得る。ある場合には、熱流線１０７で示されるように、本明細書に記載されるシステム及び方法は、トランジスタ接点の下方の熱源（例えば、１０９）からパッケージベース１０６及び表面１１３を通る（例えば、さらに放射冷却エレメントへの）熱流への抵抗を低減し得る。熱は、後で、チップ１００Ｂを含むデバイスから、例えば、空間に放散され得る。したがって、本明細書に記載されるシステム及び方法は、マイクロ波電力増幅器を含むデバイスの熱効率及び性能を改善し得る。

開示のシステム及び方法はまた、マイクロ波電力増幅器の線形性も改善し得る。いくつかの態様では、所与の出力電力及び線形性の仕様について、同様又は同じサイズの従来の増幅器と比較して、本明細書に記載される方法に従って生成された（例えば、チップ１００Ｂを含む）電力増幅器は、より高い最大出力電力及びより高いＰＡＥを示し得る。最大出力電力が高いほど、電力出力飽和（例えば、Ｐ３ｄＢ）レベルが高くなり得る。より高いＰ３ｄＢレベルの電力増幅器は、指定の電力束密度（ＰＦＤ）制限に準拠した最大ＰＦＤ値を維持しながら、より大きな入力電力バックオフを使用でき、これは、従来の電力増幅器では不可能な場合がある。本明細書で開示される電力増幅器の態様は、効率の実質的な低下をもたらすことなく、大きな入力電力バックオフ値を提供することができる。本明細書に記載される態様は、変調された搬送波信号に対する高次の相互変調積（例えば、３次又は５次の相互変調積）のひずみ効果を低減させることによって、改善された電力増幅器の線形性を提供することができる。

送信機（例えば、人工衛星）から受信機（例えば、地球局）への情報転送の速度は、いくつかの要因に依存し得る。リンクバジェットは、情報転送速度の推定値を含み得る。ある場合には、リンクバジェットは、地球局で衛星信号を検出するときに達成可能なビット誤り率を推定し得る。ビット誤り率はさらに、捕捉された雑音及び地球局の受信機によってもたらされた雑音に対する、地球で受信された変調信号の強度の比率に依存し得る。雑音レベルと１秒あたりに送信できる情報のビット数の両方が、受信機がそのために設計されている変調信号の瞬時（例えば、アナログ）帯域幅Ｂ［Ｈｚ］とともに増加し得る。理論に制限されることなく、最大情報転送速度又はチャネル容量Ｃ［ビット／秒］は、シャノン＝ハートレーの定理

によって与えられ得、式中、Ｂ［Ｈｚ］はアナログ変調帯域幅であり、

は、信号対雑音比である。

この制限は、

比によって定義される、雑音の存在下での誤りのない、又は誤り率の低い情報転送の上限であり得る。ある場合には、適切な符号体系で情報を符号化することにより、この制限に任意に接近し得る。ある場合には、符号体系は、前方誤り訂正及び変調プロトコルのタイプを含み得る。変調プロトコルは帯域幅Ｂを定義し得る。狭帯域通信では、変調された搬送波が信号であり得るので、受信機における搬送波対雑音比は

によって与えられ得、式中、Ｐ_ＲＸ［Ｗ］は、（例えば受信された）搬送波信号電力であり、Ｎ［Ｗ］は、（例えば、受信機の決定回路で見られる）雑音電力レベルである。いくつかの例では、増幅器（例えば、ウォールプラグ）効率は

として定義され得、式中、Ｐ_ＴＸ［Ｗ］は、（１又は複数の）搬送波信号の前後の変調信号における（例えば増幅器からの）出力又は送信電力であり、Ｐ_ＤＣ［Ｗ］は、増幅器に供給される直流電力である。いくつかの例では、Ｐ_ＤＣは、少なくとも１つのドライバ段及び１つの出力段を備え、変調器、局部発振器、又はデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を含まない、増幅器チップ（の例えばアナログ部分）に供給される電力として定義され得る。言い換えれば、直流電力は、増幅器チップに供給される電力、又はドライバ段及び出力段を含む増幅器チップの部分に供給される電力であり得る。増幅器チップは、（例えば、ワイドバンドギャップ）半導体チップであり得る。出力電力Ｐ_ＴＸ及びＰ_ＤＣは、入力ＲＦ信号電力Ｐ_ＩＮとともに変化し得、効率ηは、Ｐ_ＩＮとともに変化し得る。ＰＡＥは、

として定義され得、式中、Ｐ_ＴＸ及びＰ_ＤＣは、上記のとおりであり、Ｐ_ＩＮは、増幅器チップの入力端子に供給される電力である。

ある場合には、無線通信システムのリンクバジェット（例えば、下り衛星リンクバジェット）は、少なくとも次の３つの部分を含み得る。（１）ＥＩＲＰ＝Ｐ_ＴＸＧ_ＴＸとして与えられ、式中、Ｇ_ＴＸが送信機アンテナ利得である、実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）［Ｗ］と呼ばれる、地球受信局の方向に人工衛星の送信機から放出される電力、（２）まとめてＬで表される、自由空間伝搬損失、大気及び雨の吸収、並びにビームの偏光解消を含み得、システムの軌道のタイプ、高度、及び搬送周波数に依存し得る、経路損失などのリンク損失、並びに（３）局（例えば、地上局）における受信電力Ｐ_ＲＸ［Ｗ］。上記の部分は、搬送周波数（ｆ_ｏ）と変調の瞬時帯域幅（Ｂ）とに間接的に依存し得る。受信搬送波対雑音比（ＣＮＲ）の式は、次のように記述され得る。

又は数量がｄＢ単位で表される場合には

。

上記の例では、Ｇ_ＲＸは、受信アンテナ利得であり、Ｔ_ＳＹＳ［Ｋ］は、システムの雑音温度であり、ｋは、ボルツマン定数である。項

は、受信機システム全体に適用され（例えば、定量化され）、アンテナ雑音及び受信機システムの電子機器によって、例えば、システム温度Ｔ_ＳＹＳで付加された雑音を説明し得る。リンク損失（Ｌ）は、少なくとも部分的に、軌道及び周波数の選択に依存し得る。いくつかの例では、（例えば、受信局の方向の）送信機電力スペクトル密度は、少なくとも部分的に、送信機出力電力Ｐ_ＴＸ、送信機アンテナ利得Ｇ_ＴＸ、及び変調の帯域幅Ｂによって定義され得る。いくつかの例では、指定されたビット対誤り比は、少なくとも部分的に、（例えば、搬送波信号で）情報を伝送するための特定のタイプの変調を選択することによって達成され得、変調のタイプは、（例えば受信機における）指定された搬送波対雑音ＣＮＲ比で表され得る。

いくつかの例では、衛星リンクバジェットは、（１又は複数の）人工衛星から地表面に到達する衛星信号の電力束密度（ＰＦＤ）値（例えば、最大ＰＦＤ）を含み得る。国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ（ＩＴＵ））は、例えば、ＩＴＵ無線通信規則ＰＦＤ制限の第２１．１６条で、衛星信号の電力束密度の最大許容値を確立している。最大許容ＰＦＤの制限は、次の方法で計算され得る。搬送波ｆ_０の前後の衛星放射スペクトルについて、（規則によって指定される）増分帯域幅Ｂ_ＦＤにわたって積分される、任意の高度θで人工衛星から到達する、地表面で測定された最大束密度

は、第２１．１６条で指定されるＰＦＤ制限を超えてはならない。周波数ｆ_０、（例えば、選択軌道からの）高度γ（θ）、及び瞬時放射帯域幅Ｂを用いて、例えば、

に従って最大ＥＩＲＰ［Ｗ］を決定することができる。最大送信機出力電力Ｐ_ＴＸ＝［Ｗ］は、

としてアンテナ利得Ｇ_ＴＸから取得され得る。そのような最大送信機出力電力は、衛星下り送信機システムの合法的な動作の制限を定義し得、人工衛星の送信機の設計上の考慮事項であり得る。軌道及び送信機アンテナ利得を用いて、ＰＦＤ制限が人工衛星の送信機の最大法定出力電力を定義し得る。

いくつかの例では、リンクバジェットは、信号電力項の積（又は、代替として、数量がｄＢ単位で表される場合は和）であり得る。信号電力項は、送信機出力電力から開始し得、利得（例えば、アンテナ利得）によって連続的に増加し、損失（例えば、自由空間の損失及び吸収）によって減少し得る。結果は、検出時に特定のビット誤り率を達成するために、指定された変調アルゴリズムによって使用される雑音電力及び搬送波対雑音比で除算され得る。この積が単位元に等しい（例えば、１に等しい場合）、リンクは指定された操作の閾値にあり得る。積が単位元よりも大きい場合、マージンは正であると言ってもよく、リンクは閾値で動作する場合よりも優れたビット誤り率で動作している可能性がある。逆に、積が単位元よりも小さい場合、リンクマージンは負であり得、リンクは閾値で動作する場合よりも低いビット誤り率で動作している可能性がある。いくつかの例では、リンクバジェットは、可用性パーセンテージ（例えば、９９．９９％の可用性）として表される特定のレベルの可用性について設計され得る。大気条件が変動するため、衛星リンクバジェットは、可用性の特定の確率を想定して計算され得る。

ある場合には、（例えば、ＩＴＵ無線通信規則ＰＦＤ制限の下での）最大送信電力が与えられた場合、送信機の設計上の考慮事項は、特定の衛星エネルギーバジェット（例えば、リンクバジェット）を満たし、最大送信電力までのすべての電力について増幅器の線形性を維持しながら最大電力を送信することを含み得る。エネルギーバジェットの１つのパラメータは、送信機の出力電力（Ｐ_ＴＸ）であり得、送信機電力付加効率（ＰＡＥ）は、

として定義され得、式中、Ｐ_ＩＮは、送信機増幅器の入力に供給される電力であり、Ｐ_ＤＣは、送信機から放出されるＰ_ＴＸのＲＦ電力を達成するために送信機に供給される直流電力（例えば、単位時間あたりのエネルギー）である。

いくつかの例では、線形性の制約が、受信機によって受信されるときの変調下での信号形状の忠実度を維持するために使用され得る。増幅器の非線形性の程度は、増幅される信号の信号振幅に依存し得る。ＲＦ増幅器のいくつかの例では、出力トランジスタは、例えば、トランジスタ出力特性の線形領域で、制御された電流源として動作し得る。そのような増幅器は、「線形」増幅器と呼ばれ得る。いくつかの例では、増幅器の回路構成は、クラスＡ、ＡＢ、及びＢのマイクロ波増幅器を含み得る。増幅器の線形性又は非線形性は、１つ又は複数の相互変調積（例えば、信号ひずみ）によって部分的に定義され得る。いくつかの例では、増幅器の非線形性は、信号に存在する（１又は複数の）相互変調積を評価することによって定量化され得、そのような相互変調積は、非線形要素（例えば、電力増幅器）を通過する正弦波信号から生じる可能性がある。（例えば、受信機に到達する）変調された正弦波信号のひずみは、（例えば、信号の奇数次高調波と基本信号又は搬送波信号との間の）相互変調積によって引き起こされたひずみを含み得る。そのような相互変調積は、例えば、３次相互変調積（例えば、ＩＭＰ３）及び５次相互変調積（例えば、ＩＭＰ５）を含む可能性がある。これらの相互変調積は、意図された変調の瞬時帯域幅内に現れ得る。信号ひずみは、変調信号の振幅及び位相を損ない得るので、受信機が信号から情報を検出及び再構築できない可能性がある。

いくつかの例では、（例えば電力増幅器への）入力信号が

に接近するにつれて、増幅器からの出力信号がひずむ。入力信号が飽和出力電力Ｐ_ＳＡＴ［Ｗ］よりもはるかに小さい振幅を有する場合、増幅器は線形に近く動作している可能性があり、増幅器の電力利得

は、一定である可能性がある（例えば、Ｐ_１は送信機からの有用な信号出力電力であり得る）。変調方式の性能指数は、ビット／秒単位で表された情報転送対ヘルツ単位で表された瞬時（例えば、アナログ）帯域幅の比率であり、スペクトル効率と呼ばれる。例えば、１６ＱＡＭ変調は、４ビット／秒／Ｈｚを示すが、デジタルＴＶ規格のＤＶＢ－Ｔ２は、５ビット／秒／Ｈｚより大きいスペクトル効率を有する。スペクトル効率が大きい多くの変調方式は、振幅と位相両方の変調を用い、したがって、増幅器の線形性に依存して、シンボルをコンステレーション図に正しく配置し得る。いくつかの例では、送信機を特定の用途に適合させることは、（例えば、そのような送信機内の）増幅器の許容される相互変調積の量を規制する１つ又は複数の規格を満たすことを含み得る。（例えば、Ｐ_ＳＡＴに近い電力を放出する）飽和状態に近いか又は飽和状態に駆動される増幅器は、許容できないレベルの信号ひずみを有し、よって相互変調積で放出される電力が多すぎる可能性がある。ある場合には、前述の規格に従って、増幅器を線形性に準拠させることは、入力電力バックオフとデジタル予歪（ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｅ－ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ＤＰＤ））の組み合わせのアルゴリズムを用いて十分な増幅器の線形性に到達することを含み得る。バックオフ手順は、増幅器の入力電力Ｐ_ＩＮを、

から、相互変調積が許容可能なレベルまで減少する（例えば、又はビット誤り率が選択されたレベルまで下がる）点まで低減させることを含み得る。入力電力低減の量はバックオフ（ｂａｃｋ－ｏｆｆ（ＢＯ））と呼ばれることがあり、ほとんどの場合ｄＢ単位で表される。いくつかの例では、ＢＯ値は、増幅器の線形性及び品質に応じて、３～１０ｄＢの範囲であり得る。

線形増幅器は、ダイナミックレンジ全体（例えば、動作のダイナミックレンジ）である小レベルの非線形性を示し得るが、残留非線形性は一般に、許容可能な動作の非線形性よりも低く、ＤＰＤを使用して管理可能であり得る。いくつかの例では、変調方式は、シンボルレート、ビット／シンボル効率、瞬時帯域幅、ピーク対平均電力比（ｐｅａｋ－ｔｏ－ａｖｅｒａｇｅ－ｐｏｗｅｒ（ＰＡＰＲ））を含む、少なくとも４つのパラメータを特徴とし得る。使用される変調のタイプにより、ビット／シンボル効率及びＰＡＰＲが直接決定され得る。いくつかの例では、いくつかのビット／シンボルを使用する振幅変調方式は、１０ｄＢに達するＰＡＰＲを有し得る。そのような方式では、変調された搬送波の平均電力は、変調されていない搬送波の電力の１０分の１になる場合がある。振幅変調により、連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｗａｖｅ（ＣＷ））信号と比較して平均出力電力が大幅に低減され得る。いくつかの例では、振幅変調方式は、出力電力がピーク出力電力よりもはるかに小さくなり得る（例えば、平均がピークＰ_ＴＸ値よりも小さくなり得る）事例をもたらし得る。単位元より大きいピーク対平均電力比は、増幅器の効率をさらに低下させ得る。

図２に、いくつかの態様による、例示的な増幅器の線形性特性を示す。いくつかの態様において、図２は、改善された熱効率を有する増幅器と比較した従来の増幅器の増幅器線形性の差を示している。いくつかの態様では、改善された熱効率を有する増幅器は、本明細書で開示される態様による、ＧａＮ－ｏｎ－ｄｉａｍｏｎｄ（ＧａＮＤ）を備える。例えば、改善された熱効率を有する増幅器は、ＧａＮＤチップを備え得る。いくつかの態様では、ＧａＮチップは、図１Ｂのチップ１００Ｂと同様の態様を備え得る。いくつかの態様では、ＧａＮチップは、ＭＭＩＣを備え得る。

図２のプロット２００及びプロット２２０は、横軸の入力ＲＦ電力Ｐ_ＩＮ［Ｗ］の関数として、縦軸の出力ＲＦ電力の様々な成分を定性的に示している。図２のプロット２００は、基本波の出力電力、３次相互変調、及び従来の増幅器、例えば、ＧａＮ－ｏｎ－ＳｉＣ増幅器の利得を示している。プロット２００は、入力電力Ｐ_ＩＮの関数としての基本波Ｐ_１［Ｗ］の出力電力２０１を示している。ある場合には、Ｐ_１は、信号の搬送周波数ｆ_０の前後の変調帯域幅内の電力であり得る。プロット２００は、入力電力Ｐ_ＩＮの関数としての３次相互変調ＩＭＰ３［Ｗ］２０２から生じる電力を示している（例えば、比較は定性的又は相対的である）。プロット２００は、増幅される信号が受ける利得

２０３を示している。３次相互変調２０２は、信号２０１内の外乱であり、変調信号Ｐ_ＩＮによって搬送される情報の改善された検出を可能にするために、低減されるべき信号ひずみを構成する。低Ｐ_ＩＮ領域でのＩＭＰ３曲線２０２の平坦化は、増幅器の残留ひずみを定性的に表し得る。破線２０８で示されるＰ１の線形外挿と、破線２０９で示されるＩＭＰ３の線形外挿との交点２０７は、３次インターセプト（ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ（ＴＯＩ））［Ｗ］と呼ばれ、増幅器の非線形性を特徴付けるための性能指数であり得る。

プロット２００を参照すると、低入力電力では、出力電力曲線２０１は線形に近い可能性があり、よって、曲線２０３で示される利得Ｇは、線形領域で比較的一定である。ある場合には、利得は、曲線２０３で示唆されるよりも遅い入力電力Ｐ_ＩＮで低下する傾向があり、利得の低下は、増幅器の材料及び設計に依存し得る。入力電力Ｐ_ＩＮが増加すると、例えば、出力電力曲線２０１の平坦化及び利得曲線２０３の減少に示されるように、増幅器が飽和し始め、利得が低下する点に到達し得る。利得曲線がその低電力での値に対して３ｄＢ減少した出力電力は、Ｐ３ｄＢ出力レベル２１０と呼ばれる。その出力電力Ｐ_１がＰ３ｄＢと等しい入力電力Ｐ_ＩＮは、Ｐ３ｄＢの入力電力と呼ばれ、垂線２０５によって示されている。

ある場合には、ＰｘｄＢ電力の定義が、増幅器利得がｘｄＢ減少する出力電力を指すために使用され得る。上記のように、増幅器が（例えば、Ｐ_１ｄＢの入力電力に達する入力信号で）飽和状態で使用された場合、増幅器によって放出される対応する出力信号（Ｐ１＋１ＭＰ３＋…）がひずむことになる。このひずみは、ｄＢｃで表される比Ｐ_１／ＩＭＰ３で定量化され得、式中、Ｐ_１は、搬送波信号２０１の電力であり、ＩＭＰ３は、３次相互変調信号２０２の電力である。プロット２００に示されるように、この比率（例えば、任意のＰ_ＩＮでの曲線２０１と曲線２０２との間の垂直方向の分離）はかなり低くなる可能性がある。Ｐ_１ｄＢでの動作は、信頼性の高い通信には不十分である可能性があり、そのレベルのひずみを伴う増幅器の線形化は実用的でない可能性がある。Ｐ_１はＰ_ＩＮとともにほぼ直線的に増加する（例えば、曲線２０１の大部分は、プロット２００の線２０８で示されるように、第１の傾きを有し得る）が、ＩＭＰ３はＰ_ＩＮの３乗で増加する（例えば、曲線２０２の大部分は、プロット２００の線２０９で示されるように第２の傾きを有し得る）ので、Ｐ_１／ＩＭＰ３比は、入力電力Ｐ_ＩＮの増加とともに減少する。

いくつかの例では、適切な線形性が、比率Ｐ_１／ＩＭＰ３が特定の変調の目標値に達する入力電力Ｐ_ＩＮのレベル以下で達成され得る。目標比率は、最終用途によって異なり得る。例えば、多くの無線規格では、目標比率は５０ｄＢより大きい場合がある。説明のために、図２では、目標Ｐ_１／ＩＭＰ３比は２５ｄＢｃであり得る。Ｐ_ＩＮのＰｘｄＢから線形性条件への低減はバックオフと呼ばれ得、線形性条件が満たされる最大出力電力は

と呼ばれ得る。プロット２００は、これを、Ｐ３ｄＢ点２１０（例えば、垂線２０５示される入力電力レベル）から垂直破線２０６で示されるより低いレベル及び点２０４で表される出力電力

まで約４ｄＢ減少した入力電力Ｐ_ＩＮで定性的に示している。出力電力

は、Ｐ_ＦＤ制限以下であり得る。図２の左側のプロットに示されている従来の増幅器の目標線形性（例えば、Ｐ_１／ＩＭＰ３＝２５ｄＢ）及び効率（例えば、ＰＡＥ≒１８％）は、４ｄＢのバックオフ（例えば、ｄＢ単位で測定される線２０５と線２０６との間の水平方向の分離）で達成され得る。

図２のプロット２２０は、基本波の出力電力、３次相互変調、及び本開示の増幅器の利得を定性的に示している。増幅器は、高熱伝導性基板を含むＧａＮ増幅器であり得る（例えば、チップ１００Ｂを備え得る）。例えば、増幅器は、ＧａＮＤ基板を備え得る。プロット２２０に示されているのは、入力電力Ｐ_ＩＮの関数としての基本波Ｐ_１［Ｗ］の出力電力２２１である。ある場合には、Ｐ_１は、搬送周波数ｆ_０の前後の変調帯域幅内の電力であり得る。プロット２２０は、入力電力Ｐ_ＩＮの関数としての３次相互変調ＩＭＰ３［Ｗ］２２２から生じる電力を示している（例えば、比較は定性的又は相対的である）。プロット２２０は、増幅される信号が受ける利得Ｇ＝Ｐ_１／Ｐ_ＩＮ２２３を示している。３次相互変調２２２は、信号２２１内の外乱であり、例えば、変調信号Ｐ_１によって搬送される情報の改善された検出を可能にするために、低減されるべき信号ひずみの量を示し得る。

低Ｐ_ＩＮ領域でのＩＭＰ３曲線２２２の平坦化は、増幅器の残留ひずみを定性的に表し得る。破線２２８で示されるＰ_１の線形外挿と、破線２２９で示されるＩＭＰ３の線形外挿との交点２２７は、３次インターセプト（ＴＯＩ）［Ｗ］と呼ばれ、増幅器の非線形性を特徴付けるための性能指数であり得る。プロット２２０を参照すると、低入力電力では、出力電力曲線２２１は線形に近い可能性があり、よって、曲線２２３で示される利得Ｇは、その線形領域で比較的一定である。ある場合には、利得は、曲線２２３で示唆されるよりも遅い入力電力Ｐ_ＩＮで低下する傾向があり、利得の低下は、増幅器の材料及び設計に依存し得る。入力電力Ｐ_ＩＮが増加すると、曲線２２１の平坦化及び利得曲線２２３の減少で示されるように、増幅器が飽和し始め、利得が低下する点に到達し得る。利得曲線がその低電力での値に対して３ｄＢ減少した出力電力は、Ｐ３ｄＢ出力レベル２３０と呼ばれる。出力電力Ｐ_１がＰ３ｄＢと等しい入力電力Ｐ_ＩＮは、Ｐ３ｄＢの入力電力と呼ばれ、垂線２２５によって示されている。

いくつかの態様では、増幅器チップは、プロット２２０に示されるような動作特性を有し得、プロット２００に示されるような動作特性を有する従来の増幅器チップと同じサイズで構築され得る。プロット２００に示される特性と比較して、プロット２２０の増幅器は、（例えば、Ｐ３ｄＢ点２３０によって示されるように）プロット２００の２１０に示されるＰ３ｄＢ値よりも約３ｄＢ大きい、より多くの出力電力を提供し得る。例示的な増幅器は、同じ（又は同様の）サイズの従来の増幅器と比較して、より高い電力出力を有し得る。いくつかの態様では、ＰＦＤ仕様で設定された値を満たすように出力電力Ｐ_１を減らすために、入力電力Ｐ_ＩＮは、例えば、プロット２２０の点２２４で示されるように、出力電力Ｐ_１が（例えば、ＰＦＤ仕様の）Ｐ_ＦＤ制限によって固定された

出力電力と等しくなるまでバックオフされ得、これはプロット２００の点２０４に類似し得る。いくつかの態様では、プロット２２０の例示的な増幅器は、プロット２００に示されるＰ３ｄＢよりも大きいＰ３ｄＢを有すると同時に、

に到達するためのより大きなＢＯも有し得る。したがって、いくつかの態様では、プロット２２０の例示的な増幅器の比率Ｐ_１／ＩＭＰ３（例えば、２３１）は、プロット２００の従来の増幅器のそのような比率（例えば、２１１）よりも大きい場合がある。バックオフ量は、プロット２２０の垂線２２５と垂線２２６との間の分離によって示され得る。いくつかの態様では、プロット２２０の例示的な増幅器のＰ_１／ＩＭＰ３比は、プロット２００の従来の増幅器で得られるＰ_１／ＩＭＰ３の値よりも大きい、３０ｄＢであり得る。より高いＰ_１／ＩＭＰ３比（例えば、プロット２２０の例示的な増幅器の場合）は、例示的な増幅器が従来の増幅器と比較してより高い線形性を有することを示し得る。

従来の増幅器では、入力電力のバックオフは、以下の少なくとも２つの欠陥を有し得る。（ｉ）特定の送信電力を達成するために、少なくともＰ_ＴＸ・ＢＯに等しい飽和レベルを有する増幅器など、より大きな増幅器が必要となり得ること、及び（ｉｉ）線形増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）が、バックオフの増加とともに低下し得ること（例えば、ＢＯを増加させるとＰＡＥが減少する）。本開示の態様は、少なくとも上記の欠陥を軽減することができる。第１に、（例えば、チップ１００Ｂを含む）開示の増幅器の態様は、同じ（又は同様の）サイズの従来の増幅器と比較して、より大きな出力電力を提供し得る。よって、開示の増幅器の態様は、必ずしも増幅器サイズの増大を必要とせずに、所望の送信電力Ｐ_ＴＸを提供し得る。対照的に、従来の増幅器は、通常、同じ（又は同様の）所望の送信電力Ｐ_ＴＸを満たすためにサイズを増大され得る。本開示のいくつかの態様は、所望のＰ_ＴＸを満たすためにより小さい増幅器が使用されることを可能にし得る。いくつかの態様では、開示の増幅器は、より大きな効率及び改善された線形性を可能にするＰＡＥの実質的な減少を被ることなく、従来の増幅器と比較して、より大きな入力電力バックオフを有し得る。

図３に、いくつかの態様による、例示的な増幅器の電力付加効率（ＰＡＥ）を示す。いくつかの態様において、図３は、改善された熱効率を有する増幅器と比較した従来の増幅器のＰＡＥの差を示している。改善された熱効率を有する増幅器のいくつかの態様は、ワイドバンドギャップ半導体材料（例えば、ＧａＮＤチップ）を含むＭＭＩＣなどのチップを含む増幅器を含む。いくつかの態様では、そのようなチップは、図１Ｂのチップ１００Ｂと同様（又は同じ）であり得る。

図３のプロット３００及びプロット３２０は、横軸の入力ＲＦ電力［Ｗ］の関数として、縦軸のＰＡＥ［％］を定性的に示している。いくつかの態様では、プロット３００は、従来の増幅器、例えば、（１又は複数の）ＳｉＣ基板上にＧａＮを含む増幅器の効率に対応する。いくつかの態様では、プロット３２０は、改善された熱管理を有する、（例えば、チップ１００Ｂを含む）開示の例示的な増幅器の効率に対応する。図３のプロット３００に示されるように、ピーク電力（例えば、約Ｐ３ｄＢ）で高いＰＡＥを示す増幅器は、バックオフ下ではより低い平均電力

で動作し、ピーク電力（例えば、約Ｐ３ｄＢ）で示すよりも著しく低い可能性のあるＰＡＥを示し得る。そのような現象は、例えば、入力電力Ｐ_ＩＮの関数としてＰＡＥ３０１を示すプロット３００に定性的に示され得る。Ｐ３ｄＢ（例えば、線２０５と効率曲線３０１との交点）での効率３０２は約３０％であるが、増幅器が４ｄＢバックオフされると、効率は、点３０３で表される、約１８％（例えば、線２０６と効率曲線３０１の交点）まで低下する。

プロット３２０は、改善された熱効率を有する増幅器の入力電力に対するＰＡＥへの影響を定性的に示している。いくつかの態様では、そのような増幅器は、高熱伝導性基板（例えば、ダイヤモンド）を含むＭＭＩＣチップなどのチップ（例えば、チップ１００Ｂ）を含み得、チップは、より低い熱伝導率の基板（例えば、ＳｉＣ）を含む同じサイズのチップよりも低い熱抵抗を有し得る。図３のプロット３２０によれば、本開示チップの増幅器は、同じサイズのチップの従来の技術と比較して、改善された出力電力レベル（例えば、Ｐ３ｄＢの３ｄＢ以上の改善）及び改善されたＰＡＥ値（例えば、ＰＡＥの２０％～３０％の改善）を有し得る。

開示の増幅器の態様は、より低い動作バックオフ値を使用してそのような増幅器の動作を提供する。プロット３２０の線３０１を参照すると、従来の（例えば拡大された）増幅器は、線形性の同様の改善を達成するためには低減された効率で動作する。開示の増幅器の態様は、例えば、ＰＡＥ曲線３２６で示されるように、所与の電力及びチップサイズについて２０％～３０％高いＰＡＥを提供し得る。プロット３２０は、本開示の増幅器のＰＡＥ３２６が従来の増幅器のＰＡＥ３０１よりも大きく、開示の増幅器が、矢印３２８で示されるように、Ｐ３ｄＢ（プロット３２０の点３２２）で４０％を超えるＰＡＥを示し得ることを定性的に示している。

プロット３２０に示されるように、開示の増幅器への入力電力のバックオフ（例えば、線３２５と線３２７との間の分離によって示される、約７ｄＢによる電力バックオフ）により、増幅器のＰＡＥを、改善されたＰ_１／ＩＭＰ３比（例えば、点３２３で示される３０ｄＢ）を有しながら、より低い熱伝導率の増幅器（例えば、約１８％のＰＡＥ）で可能な同じ値に戻すことができる。Ｐ３ｄＢ出力電力を供給する入力電力は、垂線３２５で示され得、選択された

（また、例えば、プロット３００に示される値と等しく保たれた）をもたらすバックオフされた電力は、破線の垂線３２７で示され得る。いくつかの態様では、増幅器は、より大きな入力電力バックオフを有するにもかかわらず、同じＰＡＥで動作する従来の増幅器に優る改善された線形性を示し続ける。この違いは、例えば、矢印３２９によって示され得る。

出力電力、Ｐ３ｄＢレベル、及びＩＭＰ３レベルの値及び比率は、本開示における説明のための例示として使用されている。実際の値は、本明細書で使用される値とは異なる場合があり、本明細書に記載される例示的な増幅器の態様は、用途に基づいて異なり得る。図示の例に示されているように、バックオフは線形性を改善し得るが、エネルギー効率を低下させる可能性もある。いくつかの態様では、（例えば、チップ１００Ｂを含む）開示の増幅器は、同様の（又は同じ）量の電力によってバックオフされる従来の増幅器と比較して、より小さい効率の低下を提供し得る。線形増幅器（例えば、クラスＡ、ＡＢ、Ｂ）の効率は、出力信号の振幅に依存し得る。

いくつかの例では、線形増幅器は、電源を使用して増幅器に定電圧を提供し得る。（例えば、線形増幅器の）出力電力は、入力電力Ｐ_ＩＮとともにゆっくりと変化し得る。ある場合には、直流電力消費は、入力信号から独立しているか、又は少なくともほとんど独立している。したがって、効率は、出力信号の振幅（例えば、出力ＲＦ電力の平方根）にほぼ比例する。目標線形出力電力

は、目標ＰＦＤ制限によって設定され得る。ある場合には、従来の増幅器が十分に高いＰ３ｄＢを有するため、バックオフによってより良い線形性が得られる可能性があるが、ＰＡＥの大幅な低下という代償を払う。逆に、従来の増幅器が十分に低いＰ３ｄＢを有するため、バックオフによってより高いＰＡＥが得られる可能性があるが、線形性の低下という代償を払う。本開示の態様は、高いＰＡＥを維持しながら、効果的な線形性を提供する。

以下の表１に、従来のマイクロ波増幅器の特定の特性と比較して、開示の態様による、例示的なマイクロ波増幅器の特定の特性を示す。いくつかの態様では、例示的なマイクロ波増幅器は、ＧａＮＤチップ（例えば、チップ１００Ｂ）を含み、従来の増幅器は、ＧａＮ－ｏｎ－ＳｉＣチップを含む。従来の増幅器は、Ｋバンド周波数範囲（例えば、Ｋｕバンド、１７～２０ＧＨｚ）で使用するための市販の増幅器であり得、例えば、少なくとも１０Ｗの出力電力を提供することができる。表１は、例示的な増幅器の開示の態様が、改善された熱管理、より高い効率、及びより多くの出力電力をどのように提供できるかを示している。

（例えば、無線通信リンクを含む）無線通信システムは、リンクバジェットを特徴とし得、リンクバジェットは、あり得るシステムパラメータ及び環境障害が与えられた場合に、受信機（例えば、局、地上局、地球局）で達成可能な信号対雑音比の計算を特徴とし得る。リンクバジェットは多くのデバイスパラメータを含み得るが、実際的な懸念から、現象又は構成要素の寄与ごとに１つ又はいくつかのパラメータを使用して信号伝搬が説明され得る単純化されたアプローチを使用することが可能であり得る。いくつかの例では、リンクバジェットは、送信デバイスから受信デバイスまでの無線通信チャネルの少なくとも２つのパラメータを含み得る。リンクパラメータは、チャネルに沿った電力損失及び雑音の蓄積を含み得る。いくつかの例では、リンクバジェットは、受信デバイスのアンテナに到達する電磁信号が、情報搬送する無雑音信号と雑音とを含み得ると想定し得る。

無線通信システムリンクは、少なくとも部分的に、信号対雑音比（ＳＮＲ）を特徴とし得る。いくつかの例では、無線通信システムリンクは線形であり得、そのような例では、信号対雑音比は、信号電力を雑音電力で割ったものを含み得る。リンクバジェットは、信号電力、雑音電力、又はその両方を含み得る。いくつかの例では、リンクバジェットは、無線リンクを構成するデバイスの利得値及び減衰値を含み得る。リンクバジェットは、例えば、送信機電力、送信機アンテナ利得、受信機アンテナ利得、経路損失、伝送損失、及びその他の要因の和に等しい受信信号電力として表され得る。いくつかの態様では、１つ又は複数のアンテナに通信可能に結合された送信デバイスが、送信電力Ｐ_ＴＸを含む信号（例えば、変調された搬送波）を１つ又は複数のアンテナに送信し得る。アンテナ（例えば、送信アンテナ）又はアンテナアレイ内などのアンテナ素子は、特定の方向に電磁エネルギーの集束ビームを放射するように構成され得る。１００％の効率を有するアンテナは、図４のサンプル放射パターンに示されるように、受信電力を一方向に放射し得る。

図４に、いくつかの態様による、例示的なアンテナの放射パターン４００を示す。いくつかの態様において、図４は、指向性アンテナ、例えば４１０の角度の関数としての放射強度のパターンを示している。図４はまた、等価電力の等方性放射体、例えば４３０の放射強度のパターンも示している。図４はまた、アンテナ利得、例えば４２０も示している。線４１０は、強度対方向（ｄＢ単位）を示しており、これは原点から線までの距離に比例し得る。線４３０は、等方性放射体の強度を示している。いくつかの態様では、線４３０によって示されるように放出される総電力は、線４１０によって示される電力と等価であり得る。アンテナ利得（Ｇ）は、ｄＢ単位で表された線４２０の長さによって示され得、メインローブ内の強度を等方性強度で割った比は、線４２０の長さと等価であり得る。図４は、最大量の放射（例えば、最大放射）がゼロ角度の方向にあり得ることを示し得るが、放射は任意の側にも発生し得る。一例では、電力密度は、（例えば、単一ローブの放射パターンとは対照的に）均一な放射パターンを想定することによって推定され得る。

均一な分布（例えば、すべての方向でほぼ等しい強度）を想定すると、距離ｒにおける電力密度Ｐ’［Ｗ／ｍ^２］は、

に等しくなり得、式中、ＥＩＲＰは、ＥＩＲＰ＝Ｐ_ＴＸ・Ｇ_ＴＸとして与えられる実効等方放射電力［Ｗ］であり、Ｇ_ＴＸは、送信機アンテナ利得である。アンテナ利得は、（例えば、線４３０に示される）等しい総電力を放出する等方性放射体の強度に対する（例えば、線４２０の先端として示される）ゼロ角度での強度の比として表され得る。

送信機は、特定の方向に伝搬する電磁信号を送信し得る。任意の距離ｒにおいて、伝搬方向に垂直な平面で測定された電力密度が、

［Ｗ／ｍ^２］から取得され得る。地球に向かって伝搬する電磁波は、（例えば、５００ｋｍより大きい）ある距離を横切り、最終的には大気に到達し、そこで電力の一部が大気及び／又は雨に吸収され得る。加えて、波の偏波はランダムに変わる可能性がある。ある場合には、アンテナは、一般に、１つの偏波の波を放射し、１つの偏波を受信し得る。そのような場合、伝搬中に偏波が回転すると、受信機との整合がさほど効率的にならず、損失として現れる可能性がある。γ（ガンマ）を使用して、受信機に到達し得る電磁信号の電力の割合（例えば、減衰されなかった信号の一部）を示し得る。地表面では、電力密度は

［Ｗ／ｍ^２］であり得る。

いくつかの態様では、受信機アンテナ（例えば、受信デバイスに通信可能に結合されたアンテナ）が、有効開口面積（Ａ_Ｒ）を有し得る。受信電力Ｐ_Ｒは、例えば、Ｐ_Ｒ＝Ａ_Ｒ・Ｐ’［Ｗ］に従って、有効受信機アンテナ開口にアンテナ（例えば、開口）に入射する電磁信号の電力密度を掛けた積に等しくなり得る。受信機で（例えば、受信機アンテナで）受信される電力は、Ｐ_Ｒ＝λ^２Ｇ_ＲＸ／４π・γ・ＥＩＲＰ／４πｒ^２［Ｗ］で与えられ得、式中、Ａ_Ｒ＝λ^２Ｇ_ＲＸ／４πである。或いは、受信電力は、Ｐ_Ｒ＝Ｇ_ＲＸ・Ｇ_ＴＸ・Ｐ_ＴＸ（λ／４πｒ）^２・γ［Ｗ］として与えられてもよい。（λ／４πｒ）^２の項は、自由空間損失と呼ばれることがあり、γ項は少なくとも吸収、偏光損失、及び雨の吸収に分解され得る。

いくつかの例では、雑音電力の推定値は、どれほどの雑音がアンテナ（例えば、受信機アンテナ）によって捕捉されるかの推定値であり得る。ある場合には、雑音の推定値は、電力スペクトル密度ＰＳＤ＝ｋＴ、［Ｗ／Ｈｚ］での熱雑音を含み得、式中、Ｔは、ソースの温度、ｋは、ボルツマン定数である。ある場合には、雑音電力は、雑音温度として表され得る。ＰＳＤと雑音温度は、定数で互いに線形に比例し得る。雑音温度は、宇宙のバックグラウンド放射に関連する空間温度を含み得る。空間温度は、受信周波数に依存し得る。ある場合には、アンテナの空間温度は少なくとも２．７Ｋであり得る。ある場合には、空間温度は約１００Ｋであり得る。雑音温度は、星と大気から反射された放射との組み合わせからの寄与を含み得る。雑音温度は、受信システムにおける増幅器の雑音と導波路損失からの寄与も含み得る。いくつかの例では、雑音電力、雑音温度、又は空間温度のいずれか１つ又は複数に依存し得るシステム温度Ｔ_ＳＹＳは、約２９０Ｋであり得る。いくつかの例では、ＳＮＲは、受信機の帯域幅Ｂ［Ｈｚ］にも依存し得る。受信機の帯域幅（及び、例えば、送信機の帯域幅）は、データを送信できる速度を決定する要因であり得る。ＳＮＲは、受信信号電力をシステムによって受信された総雑音で割ったもの

を含み得る。

雑音電力は、ｋＴＢを使用して計算され得、式中、ｋは、ボルツマン定数、Ｔは、ケルビン単位の温度、Ｂは、帯域幅である。ロールオフ係数は、周波数との帯域幅関数の急峻さを記述し得る。デジタル信号が（例えば、送信デバイスによって）送信のために変調される場合、変調信号は、事実上無限の帯域幅を有する正弦波形であり得る。レイズドコサインロールオフフィルタが、信号の占有帯域幅を減らすために適用され得る。ロールオフは、スペクトル効率、例えば、特定の帯域幅にどれだけのデータを収めることができるかの尺度であり得る。衛星信号帯域幅の一例は、少なくとも約１２００メガヘルツ（ＭＨｚ）であり得る。０．１のロールオフのフィルタを適用すると、この帯域幅が１０９１Ｍｓｙｍ／秒まで減少し得る。ロールオフ係数は０．３５であり得る。いくつかの例では、ロールオフ係数は０．２～０．４の範囲であり得る。いくつかの例では、ロールオフ係数は０．１より大きい可能性がある。いくつかの例では、変調方式は１２８ＡＰＳＫであり、シンボルごとに７ビットを使用する。ある場合には、シンボルレートは、伝送ビットレートを７で割ったものであり得る。

いくつかの例では、雑音電力は、瞬時（例えば、アナログ）帯域幅Ｂ［Ｈｚ］とともに増加し得、１秒あたりに伝送できる情報のビット数は、Ｂとともに増加し得る。変調コードは、ビット／秒／Ｈｚ単位で与えられるスペクトル効率η_ｓを特徴とすることができる。この特性を使用して、システムがアナログ帯域幅Ｂ［Ｈｚ］で構築され、η_ｓの特定の変調方式を使用する場合、推定ビットレートη_ｓ・Ｂ［ビット／秒］は４Ｇｂｐｓより大きい可能性がある。最大情報転送速度は、一般に、チャネル容量Ｃ［ビット／秒］と呼ばれ、Ｃ＝Ｂｌｏｇ_２（１＋Ｓ／Ｎ）として表されるシャノン＝ハートレーの定理によって与えられ得、式中、Ｓ／Ｎは、信号対雑音電力の比である。チャネル容量Ｃは、Ｓ／Ｎ比によって定義される雑音の存在下での誤りのない、またほぼ誤りのない情報転送の上限を構成し得る。

［実施例］
衛星通信システムの一例は、少なくとも衛星と受信機とを含む。人工衛星の高度は、５００ｋｍである。他の例では、高度は４００～６００ｋｍであり得る。信号伝送周波数は、Ｋａバンドであり、１８．３Ｇｈｚである。他の例では、信号伝送周波数は、１８．３～２０．２ＧＨｚであり得る。人工衛星の送信機は、１０ＷのＲＦ電力を有する。他の例では、送信機は、２０又は５０Ｗの電力を有し得る。送信機の雑音電力比は、３０ｄＢである。他の例では、雑音電力比は、１５ｄＢ～３０ｄＢであり得る。交差偏波分離度（ｃｒｏｓｓ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＸＰＩ））は、２２ｄＢである。アンテナの直径は０．５ｍであるが、他の例では、より小さいアンテナ（例えば、直径０．４５～１．２メートルのアンテナ）又はより大きいアンテナ（例えば、直径２～５メートル）を使用する場合がある。アンテナ効率は、０．４５である。（例えば、効率、アンテナの直径、及び送信信号の波長を使用して）計算されたアンテナ利得は、３６．１６ｄＢｉである。指向誤差は、１．０度である。これらの値では、送信機は、４３．８８ｄＢＷのＥＩＲＰで送信する。

複数の要因が、信号の減衰、又は伝搬損失に寄与する。仰角は２０度である。他の例では、仰角は１５～２５度の範囲の値であり得る。経路長は、１１９３ｋｍである。経路長及び信号波長から計算された自由空間経路損失は、１７９．２２ｄＢである）。大気ガス損失は１．５ｄＢであり、０～１０ｄＢの範囲であり得る。降雨フェージングによる予想される損失は２０ｄＢである。総伝搬損失は、自由空間経路損失と環境損失（例えば、大気ガス損失と降雨フェージング）の和であり、２００．７２ｄＢに等しい。受信機での利得は、信号の強度に寄与し、受信機アンテナの形状に依存する。受信機アンテナの直径は、１３．２メートルである。他の例では、アンテナの直径は１０～２０メートルの範囲であり得る。この例では、アンテナの効率は、０．６である。効率、信号波長、及びアンテナの直径を使用して計算された利得は、６５．８４ｄＢｉである。

受信機も信号損失を引き起こす。受信機での指向損失は、０．２ｄＢである。ＸＰＩ損失は、２５ｄＢである。アンテナの温度は、７５Ｋである。受信機の低雑音増幅器（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＬＮＡ））の雑音指数は、２ｄＢである。雑音指数を使用して計算されたＬＮＡ雑音有効温度は、１６９．６２Ｋである。フィーダの動作温度は、３００Ｋである。フィーダ及び入力フィルタの損失は、１ｄＢである。雑音有効温度、フィーダの動作温度、フィーダ損失及びアンテナ温度を使用して計算された、有効システム雑音温度は、２９０．９０Ｋである。そのような要因を含めると、温度に対する受信機利得は、４０．０１ｄＢ／Ｋである。人工衛星は、１２００ＭＨｚの帯域幅を割り振られる。送信機のロールオフ係数は、０．１である。ロールオフ係数は、０～０．４であり得る。割り当てられた帯域幅とロールオフ係数から計算されたシンボルレートは、１０９０．９１Ｍｓｙｍ／秒である。１２８ＡＰＳＫの変調方式を使用すると、シンボルレートはシンボルあたり７ビットに対応する。コードレートは、０．８である。オーバーヘッドは、０．１である。送信機及び受信機における利得と損失の総和は、合計－１０２．２ｄＢである。搬送波信号は、１０ｄＢＷの送信機電力にこの総和を加算したものに等しく、合計－９２．２ｄＢＷになる。雑音信号は、雑音温度とシンボルレートから計算され、－１１３．５８ｄＢＷに等しい。計算されたＣＮＲは、２１．３９ｄＢである。ＸＰＩ及び雑音電力比による損失を加算すると、ＣＮＲは１７．５１ｄＢになる。帯域幅及びＣＮＲを使用して計算されたシャノン容量は、７．０１Ｇｂｐｓである。コーディングとオーバーヘッドを考慮に入れると、これにより、５．０５Ｇｂｐｓに減少する。シャノンから離れたｄＢ係数は、３ｄＢである。データレートは、５．８４Ｇｂｐｓであり、帯域幅と、線形空間でＣ／Ｎ係数（例えば、ＣＮＲ）からｄＢ係数を引いたものを使用して計算される。コーディングとオーバーヘッドを考慮すると、データレートは、４．２１Ｇｂｐｓである。

衛星通信システムの別の例は、少なくとも衛星と受信機とを含む。人工衛星の高度は、５００ｋｍである。他の例では、高度は４００～６００ｋｍであり得る。信号伝送周波数は、４２ＧＨｚである。人工衛星の送信機は、５ＷのＲＦ電力を有する。他の例では、送信機は、１０、２０、又は５０Ｗの電力を有し得る。送信機の雑音電力比は、１５ｄＢである。他の例では、雑音電力比は、１５ｄＢ～３０ｄＢであり得る。交差偏波分離度（ｃｒｏｓｓ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＸＰＩ））は、２２ｄＢである。アンテナの直径は０．５ｍであるが、他の例では、より小さいアンテナ（例えば、直径０．４５～１．２メートル）又はより大きいアンテナ（例えば、直径２～５メートル）を使用する場合がある。アンテナ効率は、０．４５である。（例えば、効率、アンテナの直径、及び送信信号の波長を使用して）計算されたアンテナ利得は、４３．４ｄＢｉである。指向誤差は、１．０度である。これらの値では、送信機は、４７．３７ｄＢＷのＥＩＲＰで送信する。

複数の要因が、信号の減衰、又は伝搬損失に寄与する。仰角は２０度である。他の例では、仰角は１５～２５度の範囲の値であり得る。経路長は、１１９３ｋｍである。経路長及び信号波長から計算された自由空間経路損失は、８６．４４ｄＢである）。大気ガス損失は１．５ｄＢであり、０～１０ｄＢの範囲であり得る。降雨フェージングによる予想される損失は２０ｄＢである。総伝搬損失は、自由空間経路損失と環境損失（例えば、大気ガス損失と降雨フェージング）の和であり、２１２．９４ｄＢに等しい。受信機での利得は、信号の強度に寄与し、受信機アンテナの形状に依存する。受信機アンテナの直径は、１２メートルである。他の例では、アンテナの直径は１０～２０メートルの範囲であり得る。この例では、アンテナの効率は、０．６である。効率、信号波長、及びアンテナの直径を使用して計算された利得は、７２．２３ｄＢｉである。

受信機も信号損失を引き起こし得る。受信機での指向損失は、０．２ｄＢである。ＸＰＩ損失は、２５ｄＢである。アンテナの温度は、７５Ｋである。受信機の低雑音増幅器（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＬＮＡ））の雑音指数は、２ｄＢである。雑音指数を使用して計算されたＬＮＡ雑音有効温度は、１６９．６２Ｋである。フィーダの動作温度は、３００Ｋである。フィーダ及び入力フィルタの損失は、１ｄＢである。雑音有効温度、フィーダの動作温度、フィーダ損失及びアンテナ温度を使用して計算された、有効システム雑音温度は、２９０．９０Ｋである。そのような要因を含めると、温度に対する受信機利得は、４６．３９ｄＢ／Ｋである。

人工衛星は、２０００ＭＨｚの帯域幅を割り振られる。送信機のロールオフ係数は、０．１である。ロールオフ係数は、０～０．４であり得る。割り当てられた帯域幅とロールオフ係数から計算されたシンボルレートは、１８１８．１８Ｍｓｙｍ／秒である。１２８ＡＰＳＫを使用する変調方式では、このシンボルレートは、シンボルあたり７ビットに対応する。コードレートは、０．８である。オーバーヘッドは、０．１である。送信機及び受信機における利得と損失の総和は、合計－１０１．５３ｄＢである。搬送波信号は、１０ｄＢＷの送信機電力にこの総和を加算したものに等しく、合計－９４．５４ｄＢＷになる。雑音信号は、雑音温度とシンボルレートから計算され、－１１１．３７ｄＢＷに等しい。計算されたＣＮＲは、１６．８２ｄＢである。ＸＰＩ及び雑音電力比による損失を加算すると、ＣＮＲは１６．８２ｄＢになる。帯域幅及びＣＮＲを使用して計算されたシャノン容量は、８．２Ｇｂｐｓである。コーディングとオーバーヘッドを考慮に入れると、これにより、５．９１Ｇｂｐｓに減少する。シャノンから離れたｄＢ係数は、３ｄＢである。データレートは、６．３７Ｇｂｐｓであり、帯域幅と、線形空間でＣ／Ｎ係数（例えば、ＣＮＲ）からｄＢ係数を引いたものを使用して計算される。コーディングとオーバーヘッドを考慮すると、データレートは、４．５９ＧＢｐｓである。

衛星通信システムの別の例は、少なくとも衛星と受信機とを含む。人工衛星の高度は、６０００ｋｍである。他の例では、高度は５０００～７０００ｋｍであり得る。信号伝送周波数は、４２ＧＨｚである。人工衛星の送信機は、５Ｗ、又は６．９９ｄＢＷのＲＦ電力を有する。他の例では、送信機は、１０、２０、又は５０Ｗの電力を有し得る。送信機の雑音電力比は、３０ｄＢである。他の例では、雑音電力比は、１５ｄＢ～３０ｄＢであり得る。交差偏波分離度（ｃｒｏｓｓ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＸＰＩ））は、２２ｄＢである。アンテナの直径は０．５ｍであるが、他の例では、より小さいアンテナ（例えば、直径０．４５～１．２メートル）又はより大きいアンテナ（例えば、直径２～５メートル）を使用する場合がある。アンテナ効率は、０．４５である。（例えば、効率、アンテナの直径、及び送信信号の波長を使用して）計算されたアンテナ利得は、４３．４ｄＢｉである。指向誤差は、１．０度である。これらの値では、送信機は、４７．３７ｄＢＷのＥＩＲＰで送信する。

複数の要因が、信号の減衰、又は伝搬損失に寄与する。仰角は２０度である。他の例では、仰角は１５～２５度の範囲の値であり得る。経路長は、１１９３ｋｍである。経路長及び信号波長から計算された自由空間経路損失は、８６．４４ｄＢである。大気ガス損失は１．５ｄＢであり、０～１０ｄＢの範囲であり得る。大雨を想定した、降雨フェージングによる予想される損失は２５ｄＢである。総伝搬損失は、自由空間経路損失と環境損失（例えば、大気ガス損失と降雨フェージング）の和であり、２３０．１５ｄＢに等しい。受信機での利得は、信号の強度に寄与し、受信機アンテナの形状に依存する。受信機アンテナの直径は、１２メートルである。他の例では、アンテナの直径は１０～２０メートルの範囲であり得る。この例では、アンテナの効率は、０．６である。効率、信号波長、及びアンテナの直径を使用して計算された利得は、７２．２３ｄＢｉである。

受信機も信号損失を引き起こし得る。受信機での指向損失は、０．２ｄＢである。ＸＰＩ損失は、２５ｄＢである。アンテナの温度は、７５Ｋである。受信機の低雑音増幅器（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＬＮＡ））の雑音指数は、２ｄＢである。雑音指数を使用して計算されたＬＮＡ雑音有効温度は、１６９．６２Ｋである。フィーダの動作温度は、３００Ｋである。フィーダと入力フィルタの損失の合計は、１ｄＢである。雑音有効温度、フィーダの動作温度、フィーダ損失及びアンテナ温度を使用して計算された、有効システム雑音温度は、２９０．９０Ｋである。そのような要因を含めると、温度に対する受信機利得は、４６．３９ｄＢ／Ｋである。

人工衛星は、２５０ＭＨｚの帯域幅を割り振られる。送信機のロールオフ係数は、０．１である。ロールオフ係数は、０～０．４であり得る。割り当てられた帯域幅とロールオフ係数から計算されたシンボルレートは、２２７．２７Ｍｓｙｍ／秒である。１２８ＡＰＳＫを使用する変調方式では、そのようなシンボルレートは、シンボルあたり７ビットに対応する。コードレートは、０．８である。オーバーヘッドは、０．１である。送信機及び受信機における利得と損失の総和は、合計－１１８．７４ｄＢである。搬送波信号は、１０ｄＢＷの送信機電力にこの総和を加算したものに等しく、合計－１１１．７５ｄＢＷになる。雑音信号は、雑音温度とシンボルレートから計算され、－１２０．４０ｄＢＷに等しい。計算されたＣＮＲは、８．６５ｄＢである。ＸＰＩ及び雑音電力比による損失を加算すると、ＣＮＲは８．３３ｄＢになる。帯域幅及びＣＮＲを使用して計算されたシャノン容量は、０．７４Ｇｂｐｓである。コーディングとオーバーヘッドを考慮に入れると、これにより、０．５３Ｇｂｐｓに減少する。シャノンから離れたｄＢ係数は、３ｄＢである。データレートは、０．５４Ｇｂｐｓであり、帯域幅と、線形空間でＣ／Ｎ係数（例えば、ＣＮＲ）からｄＢ係数を引いたものを使用して計算される。コーディングとオーバーヘッドを考慮すると、データレートは、０．３９Ｇｂｐｓである。

衛星通信システムの別の例は、少なくとも衛星と受信機とを含む。人工衛星の高度は、６０００ｋｍである。他の例では、高度は５０００～７０００ｋｍであり得る。信号伝送周波数は、Ｋａバンドであり、１７．７～２０．２ＧＨｚの範囲内の周波数である。人工衛星の送信機は、３００ＷのＲＦ電力を有する。他の例では、送信機は、２００～４００Ｗの電力を有し得る。送信機の雑音電力比は、１５ｄＢである。他の例では、雑音電力比は、１５ｄＢ～３０ｄＢであり得る。交差偏波識別（ｃｒｏｓｓ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ（ＸＰＤ））は、１５ｄＢより大きい。（例えば、効率、アンテナの直径、及び送信信号の波長を使用して）計算されたアンテナ利得は、４０ｄＢｉである。他の例では、アンテナ利得は、３８～４２ｄＢｉであり得る。人工衛星は、２０ＧＨｚの帯域幅を割り振られる。衛星通信システムの総容量は、少なくとも約５０Ｇｂｐｓである。

衛星通信システムの別の例は、少なくとも衛星と受信機とを含む。人工衛星の高度は、約６０００ｋｍであり得る。他の例では、高度は５０００～７０００ｋｍであり得る。他の例では、人工衛星の高度は、約５００ｋｍ又は４００～６００ｋｍであり得る。信号伝送周波数は、Ｅバンドであり、約７１ＧＨｚ～約７６ＧＨｚの範囲内の周波数である。人工衛星の送信機は、約４０ＷのＲＦ電力を有する。送信機の雑音電力比は、約１５ｄＢである。交差偏波識別（ＸＰＤ）は、約１８ｄＢである。

実施例１は、データを送信又は受信するためのチップであって、第１の材料を含む第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板であって、前記第１の基板と前記第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ^－１のｓｐ３炭素ピークを示すように、前記第２の基板が前記第１の基板に格子整合している、第２の基板と、を備え、前記第１の基板及び前記第２の基板が、前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数で前記データを送信又は受信することを可能にする、チップである。

実施例２では、実施例１の主題は、前記チップが、無線周波数増幅回路を備えること、を含む。

実施例３では、実施例１の主題は、前記第１の基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有すること、を含む。

実施例４では、実施例３の主題は、前記第１の基板がダイヤモンドを含むこと、を含む。

実施例５では、実施例１の主題は、前記第２の基板が半導体であること、を含む。

実施例６では、実施例５の主題は、前記第２の基板が、ＩＩＩ－Ｖ族半導体を含むこと、を含む。

実施例７では、実施例６の主題は、前記第２の基板が、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択される材料を含むこと、を含む。

実施例８では、実施例５の主題は、前記第２の基板が、シリコンを含むこと、を含む。

実施例９では、実施例１の主題は、前記界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、バックグラウンド除去後の前記ｓｐ３炭素ピークの高さの２０％以下の振幅を有する１５５０ｃｍ^－１のｓｐ２炭素ピークを示すこと、を含む。

実施例１０では、実施例９の主題は、前記界面領域が、局所的なバックグラウンド強度の１０％以上の前記ｓｐ３炭素ピークを示すこと、を含む。

実施例１１では、実施例１の主題は、前記転送速度が、少なくとも１０ギガビット／秒であること、を含む。

実施例１２では、実施例１の主題は、前記転送速度が、少なくとも１２ギガビット／秒であること、を含む。

実施例１３では、実施例１の主題は、前記転送速度が、少なくとも１４ギガビット／秒であること、を含む。

実施例１４では、実施例１の主題は、前記転送速度が、少なくとも１００ギガビット／秒であること、を含む。

実施例１５では、実施例１の主題は、前記転送速度が、少なくとも１テラビット／秒であること、を含む。

実施例１６では、実施例１の主題は、前記周波数が、３７．５ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲内であること、を含む。

実施例１７では、実施例１の主題は、前記周波数が、３７．５ＧＨｚ～４０．５ＧＨｚの範囲内であること、を含む。

実施例１８では、実施例１の主題は、前記チップが、前記第２の基板を備えるトランジスタを備えること、を含む。

実施例１９では、実施例１の主題は、前記トランジスタが、４０ナノメートル（ｎｍ）未満の加工寸法を有すること、を含む。

実施例２０では、実施例１の主題は、前記周波数が、少なくとも５０ＭＨｚの帯域幅を有すること、を含む。

実施例２１は、データを送信又は受信するためのチップであって、第１の材料を含む第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板と、を備え、前記第１の基板と前記第２の基板とが、（ｉ）前記チップが、線形領域で２Ｗ以下の入力電力に対して３０ｄＢｉ未満のアンテナ利得内で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度で前記データを送信又は受信するように格子整合している、チップである。

実施例２２は、データを送信又は受信するためのチップであって、第１の材料を含む第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板であって、前記第２の基板が、１０００Ｗ／ｍＫ以上の前記第１の基板及び前記第２の基板を横切る熱伝導率を提供するように、前記第１の基板に格子整合している、第２の基板と、を備え、前記第１の基板及び前記第２の基板が、前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数で前記データを送信又は受信することを可能にする、チップである。

実施例２３は、データを送信又は受信するためのチップであって、第１の材料を含む第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板であって、前記第２の基板が前記第１の基板に格子整合しており、前記第１の基板と前記第２の基板とが、（ｉ）前記チップが、２５ｄＢより大きい搬送波対雑音比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度で、少なくとも５０ＭＨｚの範囲内の帯域幅で前記データを送信又は受信するように格子整合している、第２の基板と、を備える、チップである。

実施例２４は、データを送信又は受信するためのチップであって、第１の材料を含む第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板であって、前記第２の基板が前記第１の基板に格子整合しており、前記第１の基板と前記第２の基板とが、（ｉ）前記チップが、２０ｄＢ未満の雑音電力干渉比で５Ｗ～４２Ｗの範囲内の実効放射電力を出力し、（ｉｉ）前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数で前記データを送信又は受信するように格子整合している、第２の基板と、を備える、チップである。

実施例２５は、データを送信又は受信するためのシステムであって、（ｉ）第１の材料を含む第１の基板と、（ｉｉ）前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記第１の基板に隣接する第２の基板と、を備えるチップであって、前記第１の基板と前記第２の基板との間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する約１３３２ｃｍ^－１のｓｐ３炭素ピークを示すように、前記第２の基板が前記第１の基板に格子整合しており、前記第１の基板及び前記第２の基板が、前記チップが、少なくとも５００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも８ＧＨｚの周波数で前記データを送信又は受信することを可能にする、チップと、前記チップに動作可能に結合された、前記データを送信又は受信するように構成されている、送信又は受信ユニットと、を備える、システムである。

実施例２６では、実施例２５の主題は、前記チップと、前記送信又は受信ユニットとが、人工衛星の一部であること、を含む。

実施例２７では、実施例２６の主題は、前記人工衛星が、キューブサットであること、を含む。

実施例２８では、実施例２６の主題は、前記人工衛星の重量が、５０キログラム未満であること、を含む。

実施例２９では、実施例２６の主題は、前記チップと、前記送信又は受信ユニットとを各々備える、１つ又は複数の追加の人工衛星をさらに備えること、を含む。

実施例３０では、実施例２５の主題は、前記送信又は受信ユニットが、１つ又は複数のアンテナを備えること、を含む。

実施例３１では、実施例２５の主題は、前記送信又は受信ユニットが、前記データをリモートの送信又は受信ユニットに送信又は受信するように構成されること、を含む。

実施例３２では、実施例２５の主題は、前記データが、音声、オーディオ、又は映像データのうちの少なくとも１つを含むこと、を含む。

実施例３３は、データを送信するためのチップであって、基板に動作可能に結合された半導体層であって、前記基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有し、前記熱伝導率により、前記チップが、信号を増幅し、少なくとも４ギガビット／秒の転送速度及び少なくとも１８ＧＨｚの周波数で前記データを送信するために、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも１０Ｗの出力電力を生成することが可能になる、半導体層、を備える、チップである。

実施例３４では、実施例３３の主題は、前記チップが、無線周波数増幅回路を備えること、を含む。

実施例３５では、実施例３３の主題は、前記無線周波数増幅回路が、マイクロ波集積回路又はミリ波集積回路を備えること、を含む。

実施例３６では、実施例３３の主題は、前記基板がダイヤモンドを含むこと、を含む。

実施例３７では、実施例３３の主題は、前記半導体層が、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択されるＩＩＩ－Ｖ族半導体を含むこと、を含む。

実施例３８では、実施例３３の主題は、前記チップの雑音電力比からの干渉のレベルが、２０ｄＢ以下であること、を含む。

実施例３９では、実施例３３の主題は、前記チップ上の交差偏波からの干渉のレベルが、１２ｄＢ以下であること、を含む。

実施例４０は、データを送信するための送信デバイスであって、実施例３３のチップと、前記チップに動作可能に結合された送信アンテナであって、前記チップが、前記転送速度及び前記周波数で前記データを送信するために前記送信アンテナに前記出力電力を提供するように構成される、送信アンテナと、を備える、送信デバイスである。

実施例４１では、実施例４０の主題は、前記デバイスが、人工衛星の送信機であること、を含む。

実施例４２では、実施例４１の主題は、前記人工衛星の送信機が、少なくとも４００ｋｍの高度で前記データを送信するように構成されること、を含む。

実施例４３では、実施例４１の主題は、前記人工衛星の送信機が、約４００ｋｍ～約６００ｋｍの高度で前記データを送信するように構成されること、を含む。

実施例４４では、実施例４１の主題は、前記送信アンテナが、０．５メートル以下の直径を有すること、を含む。

実施例４５では、実施例４０の主題は、前記送信アンテナが、少なくとも４５％の効率を有すること、を含む。

実施例４６では、実施例４０の主題は、前記送信アンテナが、少なくとも３６ｄＢｉの利得を有すること、を含む。

実施例４７では、実施例４０の主題は、前記送信デバイスが、１度以下の指向誤差を有すること、を含む。

実施例４８では、実施例４０の主題は、前記送信デバイスが、２．３未満又はｄＢに等しい指向損失を有すること、を含む。

実施例４９では、実施例４０の主題は、前記送信デバイスが、少なくとも４３ｄＢＷの実効等方放射電力を有すること、を含む。

実施例５０は、実施例４０の送信デバイスと、前記送信デバイスと無線通信する受信デバイスであって、前記受信デバイスが、前記送信デバイスから送信された前記データを受信するように構成される、受信デバイスと、を備えるデータ通信リンクである。

実施例５１では、実施例５０の主題は、前記受信デバイスが、少なくとも６５ｄＢｉの利得及び少なくとも６０％の効率を有する受信アンテナを備えること、を含む。

実施例５２では、実施例５０の主題は、搬送波あたりの割り振り帯域幅が、少なくとも約１２００ＭＨｚであること、を含む。

実施例５３では、実施例５０の主題は、前記リンクが、１１４ｄＢ以下の雑音電力を有すること、を含む。

実施例５４では、実施例５０の主題は、前記リンクが、１８ｄＢより大きい信号対雑音比を有すること、を含む。

実施例５５では、実施例５０の主題は、前記リンクが、少なくとも５ギガビット／秒の最大チャネルデータレート容量を有すること、を含む。

実施例５６では、実施例５０の主題は、前記リンクが、少なくとも５ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率を有すること、を含む。

実施例５７では、実施例５１の主題は、前記受信デバイスの前記受信アンテナが、少なくとも１２メートルの直径を有すること、を含む。

実施例５８では、実施例５１の主題は、前記受信デバイスの前記受信アンテナで受信される電力束密度が、少なくとも８０ｄＢＷ／ｍ^２であること、を含む。

実施例５９では、実施例５０の主題は、前記リンクが、少なくとも２００ｄＢの伝搬損失を受けること、を含む。

実施例６０では、実施例３３の主題は、前記信号が、変調された搬送波信号を含み、前記チップが、前記チップの線形性が改善されるように、前記変調された搬送波信号と比較して低減された信号ひずみを有すること、を含む。

実施例６１では、実施例６０の主題は、前記信号ひずみが、ｎ次相互変調積を含むこと、を含む。

実施例６２では、実施例６１の主題は、前記ｎ次相互変調積が、３次相互変調積又は５次相互変調積を含むこと、を含む。

実施例６３では、実施例６１の主題は、前記チップの前記線形性が、（ｉ）前記変調された搬送波信号の出力電力対（ｉｉ）前記ｎ次相互変調積の電力の比と関連付けられること、を含む。

実施例６４では、実施例６３の主題は、前記比が、少なくとも３０ｄＢであること、を含む。

実施例６５では、実施例６３の主題は、前記チップの動作チャネル温度が、２００℃未満であること、を含む。

実施例６６では、実施例３３の主題は、前記出力電力が、前記チップの線形動作領域の最大出力電力に対応すること、を含む。

実施例６７では、実施例３３の主題は、前記効率が、前記チップの線形動作領域の電力付加効率（ＰＡＥ）に対応すること、を含む。

実施例６８では、実施例３３の主題は、前記チップへの入力電力が、飽和レベルから前記チップの線形動作領域に少なくとも５ｄＢバックオフされること、を含む。

実施例６９は、データを送信するためのチップであって、基板に動作可能に結合された半導体層であって、前記基板が、約１０００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する、半導体層、を備え、前記熱伝導率により、前記チップが、信号を増幅し、少なくとも３００メガビット／秒の転送速度及び少なくとも４０ＧＨｚの周波数で前記データを送信するために、少なくとも４０％の効率及び少なくとも３０ｄＢの利得で少なくとも５Ｗの出力電力を生成することが可能になる、チップである。

実施例７０では、実施例６９の主題は、前記チップが、無線周波数増幅回路を備えること、を含む。

実施例７１では、実施例６９の主題は、前記無線周波数増幅回路が、マイクロ波集積回路又はミリ波集積回路を備えること、を含む。

実施例７２では、実施例６９の主題は、前記基板がダイヤモンドを含むこと、を含む。

実施例７３では、実施例６９の主題は、前記半導体層が、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＡｌＮからなる群より選択されるＩＩＩ－Ｖ族半導体を含むこと、を含む。

実施例７４では、実施例６９の主題は、前記チップの雑音電力比からの干渉のレベルが、約２３ｄＢ以下であること、を含む。

実施例７５では、実施例６９の主題は、前記チップ上の交差偏波からの干渉のレベルが、約１５ｄＢ以下であること、を含む。

実施例７６は、データを送信するための送信デバイスであって、実施例６９のチップと、前記チップに動作可能に結合された送信アンテナであって、前記チップが、前記転送速度及び前記周波数で前記データを送信するために前記送信アンテナに前記出力電力を提供するように構成される、送信アンテナと、を備える、送信デバイスである。

実施例７７では、実施例７６の主題は、前記デバイスが、人工衛星の送信機であること、を含む。

実施例７８では、実施例７７の主題は、前記人工衛星の送信機が、少なくとも５０００ｋｍの高度で前記データを送信するように構成されること、を含む。

実施例７９では、実施例７８の主題は、前記人工衛星の送信機が、６０００ｋｍの高度で前記データを送信するように構成されること、を含む。

実施例８０では、実施例７６の主題は、前記送信アンテナが、０．５メートル以下の直径を有すること、を含む。

実施例８１では、実施例７６の主題は、前記送信アンテナが、少なくとも４５％の効率を有すること、を含む。

実施例８２では、実施例７６の主題は、前記送信アンテナが、少なくとも４３ｄＢｉの利得を有すること、を含む。

実施例８３では、実施例７６の主題は、前記送信デバイスが、０．５度以下の指向誤差を有すること、を含む。

実施例８４では、実施例７６の主題は、前記送信デバイスが、３ｄＢ以下の指向損失を有すること、を含む。

実施例８５では、実施例７６の主題は、前記送信デバイスが、少なくとも４７ｄＢＷの実効等方放射電力を有すること、を含む。

実施例８６は、実施例７６の送信デバイスと、前記送信デバイスと無線通信する受信デバイスであって、前記受信デバイスが、前記送信デバイスから送信された前記データを受信するように構成される、受信デバイスと、を備えるデータ通信リンクである。

実施例８７では、実施例８６の主題は、前記受信デバイスが、少なくとも７２ｄＢｉの利得及び少なくとも６０％の効率を有する受信アンテナを備えること、を含む。

実施例８８では、実施例８６の主題は、搬送波あたりの割り振り帯域幅が、少なくとも約２５０ＭＨｚであること、を含む。

実施例８９では、実施例８６の主題は、前記リンクが、約１２０ｄＢＷ未満の雑音電力を有すること、を含む。

実施例９０では、実施例８６の主題は、前記リンクが、約８．５ｄＢより大きい信号対雑音比を有すること、を含む。

実施例９１では、実施例８６の主題は、前記リンクが、少なくとも５００メガビット／秒の最大チャネルデータレート容量を有すること、を含む。

実施例９２では、実施例８６の主題は、前記リンクが、少なくとも２．９ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率を有すること、を含む。

実施例９３では、実施例８７の主題は、前記受信デバイスの前記受信アンテナが、少なくとも１２メートルの直径を有すること、を含む。

実施例９４では、実施例８７の主題は、前記受信デバイスの前記受信アンテナにおける電力束密度が、少なくとも９９ｄＢＷ／ｍ^２であること、を含む。

実施例９５では、実施例８６の主題は、前記リンクが、少なくとも２００ｄＢの伝搬損失を受けること、を含む。

実施例９６では、実施例７６の主題は、前記信号が、変調された搬送波信号を含み、前記チップが、前記チップの線形性が改善されるように、前記変調された搬送波信号と比較して低減された信号ひずみを有すること、を含む。

実施例９７では、実施例９６の主題は、前記信号ひずみが、ｎ次相互変調積を含むこと、を含む。

実施例９８では、実施例９７の主題は、前記ｎ次相互変調積が、３次相互変調積又は５次相互変調積を含むこと、を含む。

実施例９９では、実施例９７の主題は、前記チップの前記線形性が、（ｉ）前記変調された搬送波信号の出力電力対（ｉｉ）前記ｎ次相互変調積の電力の比と関連付けられること、を含む。

実施例１００では、実施例９９の主題は、前記比が、少なくとも３０ｄＢであること、を含む。

実施例１０１では、実施例９９の主題は、前記チップの動作チャネル温度が、２００℃未満であること、を含む。

実施例１０２では、実施例７６の主題は、前記出力電力が、前記チップの線形動作領域の最大出力電力に対応すること、を含む。

実施例１０３では、実施例７６の主題は、前記効率が、前記チップの線形動作領域の電力付加効率（ＰＡＥ）に対応すること、を含む。

実施例１０４では、実施例７６の主題は、前記チップへの入力電力が、飽和レベルから前記チップの線形動作領域に少なくとも５ｄＢバックオフされること、を含む。

実施例１０５は、実施例１から実施例１０４の動作のいずれかを行う手段を備える装置である。

実施例１０６は、実施例１から実施例１０４のいずれかの動作を行うためのシステムである。

実施例１０７は、実施例１～実施例１０４のいずれかの実施方法である。

本明細書に本開示の好ましい実施形態が図示及び説明されているが、そのような実施形態は例として提供されているにすぎないことが当業者には明らかであろう。本開示が本明細書内で提供される特定の実施例に限定されることは意図されていない。本開示は前述の明細書を参照して説明されているが、本明細書の実施形態の説明及び例示は、限定的な意味で解釈されることを意図されるものではない。本開示から逸脱することなく当業者には多数の変形形態、変更形態、及び置換形態が想起されるであろう。さらに、本開示のすべての態様は、様々な条件及び変数に依存する、本明細書に記載される特定の説明、構成又は相対的な比率に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載される本開示の実施形態の様々な代替形態が、本開示を実施するに際して用いられ得ることを理解されたい。したがって、本開示は、任意のそのような代替形態、改変形態、変形形態又は均等物もカバーするものであることが企図されている。添付の特許請求の範囲は本開示の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲の方法及び構造並びにそれらの均等物が特許請求の範囲によってカバーされることが意図されている。

Claims (49)

1. 信号を送信又は受信するためのデバイスであって、
   第１の材料を含む層状構造と、
   前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、前記層状構造に隣接する基板であって、前記第２の材料は１０００ワット／メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）以上の熱伝導平均値を有する、基板と、
   を含み、
   前記層状構造及び前記基板は、前記デバイスに前記信号を増幅させ、少なくとも０．１ナノワット（ｎＷ）の出力電力を生成することを可能にするよう構成されている、
   デバイス。
2. 前記出力電力が、ピーク電力出力である、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記出力電力が、２ワット（Ｗ）から１．５キロワット（ｋＷ）である、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記出力電力が、１ワット（Ｗ）から１２０ワット（Ｗ）である、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記出力電力が、０．１ナノワット（ｎＷ）から１５ワット（Ｗ）である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記層状構造及び前記基板は、前記デバイスに、閾値周波数で少なくとも１０メガヘルツ（ＭＨｚ）のバンド幅である前記信号の送信又は受信を可能とするよう構成された、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記閾値周波数は、少なくとも５００メガヘルツ（ＭＨｚ）である、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記層状構造及び前記基板は、少なくとも１００メガバイト／秒の平均転送レートで、前記信号を送信又は受信することを可能にするよう構成されている、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記層状構造と前記基板は、少なくとも２％の電力付加効率（ＰＡＥ）で前記出力電力を生成することを可能にするよう構成されている、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記ＰＡＥが、４０％から７５％である、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記ＰＡＥが、２５％から５６％である、請求項９に記載のデバイス。
12. 前記ＰＡＥが、２％から３５％である、請求項９に記載のデバイス。
13. 前記第２の材料が、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する１３３２波数（ｃｍ^－１）でｓｐ３炭素ピークを示す、請求項１に記載のデバイス。
14. 前記層状構造及び前記基板の間の界面領域が、ラマン分光法によって測定された場合、バックグラウンド除去後の前記ｓｐ３炭素ピークの高さの２０％以下の振幅を有する１５５０／センチメーター（ｃｍ^－１）のｓｐ２炭素ピークを示す、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記第２の材料は、局所的なバックグラウンド強度の１０％以上の前記ｓｐ３炭素ピークを示す、請求項１３に記載のデバイス。
16. さらに、無線周波数増幅回路を備える、請求項１に記載のデバイス。
17. 前記第２の材料が、ダイヤモンドを含む、請求項１に記載のデバイス。
18. 前記第１の材料が、半導体を含む、請求項１のデバイス。
19. 前記半導体は、ワイドバンドギャップ半導体である、請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記半導体は、シリコンを含む、請求項１８に記載のデバイス。
21. 前記層状構造が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３、ＳｃＡｌＮ、及びこれらの誘導体又は組み合わせからなる群より選択された材料を含む、
    請求項１に記載のデバイス。
22. 前記第１の材料は、ガリウム及び窒素を含む、
    請求項１に記載のデバイス。
23. 前記層状構造を含むトランジスタを更に含む、
    請求項１に記載のデバイス。
24. 前記トランジスタは、高電子移動度トランジスタである、
    請求項２３に記載のデバイス。
25. 前記層状構造は、前記基板と動作可能に結合される、
    請求項１に記載のデバイス。
26. 前記第２の材料は、前記層状構造の上で成長する、
    請求項１に記載のデバイス。
27. 前記第２の材料は、前記層状構造に直接接触する、
    請求項１に記載のデバイス。
28. 信号を送信又は受信するためのシステムであって、
    基板と動作可能に結合された層状構造を含むチップであって、前記層状構造は第１の材料を含み、前記基板は第２の材料を含む、チップと、
    前記チップと動作可能に結合するよう構成された送信又は受信ユニットであって、前記送信又は受信ユニットは、０デシベルワット（ｄＢＷ）以上の実効等方放射電力（EIRP）で前記信号を送信又は受信するよう構成され、
    前記チップは、前記信号を増幅し、前記システムに線形領域内で、少なくとも１００メガバイト／秒の平均送信レートで、前記実効等方放射電力に対して少なくとも１５％の電力付加効率（ＰＡＥ）で、前記システムが前記信号の送信を可能にするよう構成されている、
    システム。
29. 前記システムは、少なくとも５００メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で前記信号を送信又は受信するよう構成されている、請求項２８に記載のシステム。
30. 前記システムは、少なくとも１０メガヘルツ（ＭＨｚ）のバンド幅で前記信号を送信又は受信するよう構成されている、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記平均送信レートは、少なくとも１ギガビット／秒である、請求項２８に記載のシステム。
32. 前記送信又は受信ユニットは、－３デシベル（ｄＢ）以上の閾値搬送波対雑音比で信号を送信又は受信するよう構成されている、請求項２８に記載のシステム。
33. 前記送信又は受信ユニットは、少なくとも１０デシベル（ｄＢ）の閾値信号電力対雑音電力比で信号を送信又は受信するよう構成されている、請求項２８に記載のシステム。
34. 前記第２の材料は、ラマン分光法によって測定された場合、５．０ｃｍ^－１以下の半値全幅を有する１３３２波数（ｃｍ^－１）のｓｐ３炭素ピークを示す、請求項２８に記載のシステム。
35. 前記第２の材料は、ダイヤモンドを含む、請求項２８に記載のシステム。
36. 前記第１の材料が、半導体を含む、請求項２８に記載のシステム。
37. 前記層状構造が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３、ＳｃＡｌＮ、及びこれらの誘導体又は組み合わせからなる群より選択された材料を含む、請求項２８に記載のシステム。
38. 前記第１の材料は、ワイドバンドギャップ半導体である、請求項２８に記載のシステム。
39. 前記チップは、高電子移動度トランジスタを含み、
    前記高電子移動度トランジスタは、前記層状構造を含む、
    請求項２８に記載のシステム。
40. 前記チップ及び前記送信又は受信ユニットを含む、人工衛星を更に含む、
    請求項２８に記載のシステム。
41. 前記人工衛星は、キューブサットである、請求項４０に記載のシステム。
42. 前記人工衛星は、少なくとも１０キログラム（ｋｇ）の重さである、
    請求項４０に記載のシステム。
43. 追加の送信又は受信ユニットを含む追加の人工衛星を更に含む、
    請求項４０に記載のシステム。
44. 追加のチップ及び追加の送信又は受信ユニットを含む追加の人工衛星を更に含む、請求項４０に記載のシステム。
45. 前記送信又は受信ユニットは、一つ以上のアンテナを含む、
    請求項２８に記載のシステム。
46. 前記一つ以上のアンテナは、１０デシベル／ケルビン（ｄＢ／Ｋ）以上のアンテナ利得対雑音温度（Ｇ／Ｔ）を持つ受信アンテナを含む、
    請求項４５に記載のシステム。
47. 前記送信又は受信ユニットは、リモートの送信又は受信ユニットに対して前記信号を送信し、又は、前記リモートの送信又は受信ユニットから前記信号を受信する、よう構成されている、請求項２８に記載のシステム。
48. 前記信号は、声信号、音信号、及び映像信号から構成されるグループから選択された一つ以上の要素を含む、
    請求項２８に記載のシステム。
49. 前記送信又は受信ユニットは、少なくとも１５０キロメートル（ｋｍ）から４００００ｋｍの高度で、前記信号を送信又は受信するよう構成されている、
    請求項２８に記載のシステム。

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