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前回までで、最大電力伝送定理から「効率は最大でも50%になる」という結果を見てきました。
しかしRF増幅器の世界では、効率が50%を超えることは珍しくありません。

この違いはどこから来るのでしょうか。
実は、最大電力伝送定理で扱っていた回路と、RF増幅器では、
そもそものエネルギーの流れ方が異なります。
さらに、「効率」という言葉が指している内容がそもそも異なります。

本記事では、以下の2つを明確に分けて扱います。

ケースA：DCとACが同じ経路を通る回路

この回路では、電源から負荷までの経路は1本であり、
DC（直流）も時間変化する信号も同じルートを通ります。

という単純な構造になります。
このときの効率（分配効率）は、

$\eta = \frac{R_L}{R_L + R_s}$

で表され、最大でも50%に制限されます。
ここでの効率は、「どれだけ負荷に電力が分配されたか」を表しています。

最大電力伝送定理で議論される理想化回路はこの形態になります。

この構成では、DC電流と時間変化信号が全く同じルートを通ります。直流のバイアス設定（動作点）と交流の出力信号をセットで考えることができます。

RF増幅器では状況が大きく異なります。
RF増幅器では、DC供給経路とRF信号経路を意図的に分離して設計します。
その理由は、

というものです。

RF増幅器のドレイン回路を考えると、

というように、DCとRFが異なる経路を通ります。

最大電力伝送定理では、電源が供給した電力そのものが
内部抵抗と負荷の間で分け合われます。

一方、RF増幅器では、DC電源から供給されたエネルギーが
デバイス内部でRFエネルギーに変換され、
その後に「負荷に出力されるか」「損失として消費されるか」が決まります。

つまりここでの分流は、
「供給された電力の分配」ではなく、
「生成されたRF電力の行き先の分岐」を表しています。

最大電力伝送定理では、電源が供給した電力そのものを、内部抵抗と負荷が分け合っていました。

一方RF増幅器では、まずFET内部でDC電力がRF電力へ変換され、その後に生成されたRF電力が、

に分かれます。

つまりRF増幅器の効率は、

という、2段階の構造になっています。

本記事では前者を「変換効率」、後者を「分配効率」として整理しました。

全体のドレイン効率は、
$$\eta_{Drain}=\eta_{conversion} \times \eta_{distribution}$$
と考えることができます。

RF設計では、負荷インピーダンスを変えることで、

が同時に変化します。

そのため、単純な最大電力伝送定理のように「RL = Rs にすればよい」という問題ではなく、

のバランスを取りながら、最適な負荷インピーダンスを探す必要があります。

この「理想電流源」と「現実デバイス」の差が、Load-pullやRoptの本質につながります。