Amplificador Doherty - Doherty amplifier

O amplificador Doherty é um amplificador de frequência de rádio classe B modificado inventado por William H. Doherty da Bell Telephone Laboratories Inc em 1936. Enquanto os amplificadores convencionais de classe B podem cortar altos níveis de sinal de entrada, o amplificador de potência Doherty pode acomodar sinais com alto pico relações de potência média usando dois circuitos de amplificador dentro de um amplificador geral para acomodar os diferentes níveis de sinal. Desta forma, o amplificador atinge um alto nível de linearidade enquanto mantém uma boa eficiência de energia.

Na época de Doherty, dentro da linha de produtos Western Electric, o dispositivo eletrônico de mesmo nome era operado como um amplificador linear com um driver que era modulado. Na implementação de 50.000 watts, o driver era um transmissor completo de 5.000 watts que poderia, se necessário, ser operado independentemente do amplificador Doherty e o amplificador Doherty foi usado para elevar o nível de 5.000 watts para o nível exigido de 50.000 watts.

O amplificador foi geralmente configurado como um catodo aterrado, amplificador de portadora de pico usando dois tubos de vácuo em conexão paralela, um como um tubo de transporte classe B e o outro como um tubo de pico de classe B ( transistores de potência em implementações modernas). A fonte dos tubos (driver) e a carga (antena) foram divididas e combinadas por meio de redes de deslocamento de fase de +90 e -90 graus. As configurações alternativas incluíam um tubo transportador de grade aterrada e um tubo de pico catódico aterrado em que a energia do driver foi efetivamente passada através do tubo transportador e foi adicionada à energia de saída resultante, mas este benefício era mais apropriado para o triodo anterior e menos eficiente implementações em vez das implementações de tetrode posteriores e mais eficientes.

Desenvolvimentos de transmissão sucessores

Como sucessora da Western Electric Company Inc. para transmissores de transmissão de rádio, o conceito Doherty foi consideravelmente refinado pela Continental Electronics Manufacturing Company de Dallas, Texas.

Os primeiros designs da Continental Electronics, por James O. Weldon e outros, retiveram a maioria das características do amplificador de Doherty, mas adicionaram modulação de grade de tela de nível médio do driver (317B, et al.).

Um refinamento adicional do amplificador de Doherty foi o esquema de modulação de grade de tela de alto nível inventado por Joseph B. Sainton (317C, et al.).

A série 317C de Sainton consistia em um tubo transportador classe C em conexão paralela com um tubo de pico classe C. A fonte dos tubos (driver) e a carga (antena) foram divididas e combinadas por meio de redes de deslocamento de fase de +90 e -90 graus como no amplificador de Doherty. A portadora de radiofrequência não modulada foi aplicada às grades de controle de ambos os tubos com o mesmo ponto de polarização da grade de controle. A modulação da portadora foi aplicada às grades da tela de ambos os tubos, mas os pontos de polarização da grade da tela dos tubos portador e de pico eram diferentes e foram estabelecidos de modo que o tubo de pico foi cortado quando a modulação estava ausente e o amplificador estava produzindo potência de portadora não modulada nominal , e ambos os tubos estavam conduzindo e cada tubo estava contribuindo com o dobro da potência nominal da portadora durante 100% de modulação, já que quatro vezes a potência nominal da portadora era necessária para atingir 100% de modulação. Como ambos os tubos foram operados na classe C, uma melhoria significativa na eficiência foi alcançada na etapa final.

Além disso, como o portador de tetrodo e os tubos de pico exigiam muito pouca potência de acionamento, uma melhoria significativa na eficiência do acionador também foi alcançada. A versão comercial do amplificador Sainton empregou um modulador seguidor de cátodo, não o modulador push-pull divulgado na patente, e todo o transmissor de 50.000 watts foi implementado usando apenas nove tubos no total de quatro tipos de tubos, todos estes sendo gerais propósito, uma conquista notável, dado que o concorrente mais significativo do 317C, o BTA-50G da RCA, foi implementado usando trinta e dois tubos no total de nove tipos de tubos, quase metade destes sendo de uso especial, empregados apenas no BTA-50G .

Quase 300 transmissores CE 317C foram instalados apenas na América do Norte, superando facilmente todos os concorrentes combinados, até o desenvolvimento de projetos de transistorizados de alta potência sucessores.

Desenvolvimentos não transmitidos

Os sistemas de comunicação modernos viram a ressurreição repentina dos amplificadores Doherty em estações base massivas 4G e pré- 5G baseadas em múltiplas entradas e saídas múltiplas (mMIMO). O fato de os sistemas de comunicação modernos usarem esquemas de modulação de sinal complexos como OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) com alta relação de potência média pico a pico (PAPR), a probabilidade do amplificador operar em sua potência de pico com sua eficiência máxima é muito baixa. A propriedade do amplificador Doherty exibindo vários picos de eficiência em vários níveis de potência mais baixos torna-o uma opção atraente para aumentar a eficiência média dos transmissores modernos. O amplificador Doherty pode realizar isso usando uma técnica chamada "Modulação Dinâmica de Carga", em que a carga vista pelo amplificador principal muda em função do nível de potência, a fim de aumentar a eficiência em níveis de potência mais baixos.

Notas de rodapé

Referências

  • Doherty, WH (setembro de 1936). "Um novo amplificador de potência de alta eficiência para ondas moduladas". Processos do IRE . 24 (9): 1163–1182. doi : 10.1109 / JRPROC.1936.228468 .
  • "The Doherty Amplifier: New After 70 Years", resumo do produto de microondas , agosto de 2007
  • "O que é um amplificador Doherty?" . Notas sobre eletrônicos . Página visitada em 4 de outubro de 2019 .

Leitura adicional