El amplificador Doherty es un amplificador de radiofrecuencia de clase B modificado inventado por William H. Doherty de Bell Telephone Laboratories Inc en 1936. Mientras que los amplificadores de clase B convencionales pueden acortar altos niveles de señal de entrada, el amplificador de potencia Doherty puede acomodar señales con picos altos. a las relaciones de potencia promedio mediante el uso de dos circuitos amplificadores dentro de un amplificador general para adaptarse a los diferentes niveles de señal. De esta manera, el amplificador logra un alto nivel de linealidad conservando una buena eficiencia energética.
En la época de Doherty, dentro de la línea de productos Western Electric, el dispositivo electrónico del mismo nombre funcionaba como un amplificador lineal con un controlador que se modulaba. En la implementación de 50.000 vatios, el controlador era un transmisor completo de 5.000 vatios que, si era necesario, podía operarse independientemente del amplificador Doherty y el amplificador Doherty se utilizó para elevar el nivel de 5.000 vatios al nivel requerido de 50.000 vatios.
El amplificador generalmente se configuraba como un amplificador de pico portador de cátodo conectado a tierra usando dos tubos de vacío en conexión en paralelo, uno como tubo portador de clase B y el otro como tubo de pico de clase B ( transistores de potencia en implementaciones modernas). La fuente de los tubos (controlador) y la carga (antena) se dividieron y combinaron a través de redes de cambio de fase de +90 y -90 grados. [1] Las configuraciones alternativas incluían un tubo portador de rejilla con conexión a tierra y un tubo de pico de cátodo conectado a tierra mediante el cual la potencia del conductor pasaba efectivamente a través del tubo portador y se agregaba a la potencia de salida resultante, pero este beneficio era más apropiado para los modelos anteriores y posteriores. implementaciones de triodo menos eficientes [2] en lugar de las implementaciones de tetrodo posteriores y más eficientes. [3]
Desarrollos de transmisión sucesores
Como sucesor de Western Electric Company Inc. para transmisores de radiodifusión, Continental Electronics Manufacturing Company de Dallas, Texas perfeccionó considerablemente el concepto de Doherty . [4]
Los primeros diseños de Continental Electronics, de James O. Weldon y otros, conservaron la mayoría de las características del amplificador de Doherty, pero agregaron modulación de cuadrícula de pantalla de nivel medio del controlador (317B, et al.).
Un perfeccionamiento adicional del amplificador de Doherty fue el esquema de modulación de rejilla de pantalla de alto nivel inventado por Joseph B. Sainton (317C, et al.).
La serie 317C de Sainton constaba de un tubo portador de clase C en conexión en paralelo con un tubo de pico de clase C. La fuente de los tubos (controlador) y la carga (antena) se dividieron y combinaron a través de redes de cambio de fase de +90 y -90 grados como en el amplificador de Doherty. La portadora de radiofrecuencia no modulada se aplicó a las rejillas de control de ambos tubos con el mismo punto de polarización de la rejilla de control. Se aplicó modulación de portadora a las rejillas de pantalla de ambos tubos, pero los puntos de polarización de la rejilla de pantalla de los tubos de portadora y pico eran diferentes y se establecieron de tal manera que el tubo de pico se cortaba cuando la modulación estaba ausente y el amplificador producía potencia de portadora no modulada nominal. , y ambos tubos eran conductores y cada tubo contribuía al doble de la potencia nominal de la portadora durante el 100% de modulación, ya que se requería cuatro veces la potencia nominal de la portadora para lograr el 100% de modulación. Como ambos tubos se utilizaron en clase C, se logró una mejora significativa en la eficiencia en la etapa final.
Además, como el portador de tetrode y los tubos de pico requerían muy poca potencia de transmisión, también se logró una mejora significativa en la eficiencia dentro del controlador. [5] La versión comercial del amplificador Sainton empleaba un modulador seguidor de cátodo, no el modulador push-pull descrito en la patente, [6] y todo el transmisor de 50.000 vatios se implementó utilizando solo nueve tubos en total de cuatro tipos de tubos, Todos estos son de uso general, un logro notable, dado que el competidor más importante del 317C, el BTA-50G de RCA, se implementó utilizando un total de treinta y dos tubos de nueve tipos de tubos, casi la mitad de estos son para fines especiales, empleados solo en el BTA-50G.
Cerca de 300 transmisores CE 317C se instalaron solo en América del Norte, superando fácilmente a todos los competidores combinados, hasta el desarrollo de los siguientes diseños transistorizados de alta potencia.
Desarrollos no relacionados con la radiodifusión
Los sistemas de comunicación modernos han visto la repentina resurrección de los amplificadores Doherty en las estaciones base basadas en 4G y pre 5G masivas de múltiples entradas y múltiples salidas (mMIMO). El hecho de que los sistemas de comunicación modernos utilicen esquemas de modulación de señal complejos como OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) con una alta relación de potencia promedio pico a pico (PAPR), la probabilidad de que el amplificador funcione a su potencia máxima con su máxima eficiencia es muy baja. La propiedad del amplificador Doherty que exhibe múltiples picos de eficiencia a varios niveles de potencia más bajos lo convierte en una opción atractiva para aumentar la eficiencia promedio de los transmisores de hoy en día. El amplificador Doherty puede lograrlo utilizando una técnica llamada "Modulación de carga dinámica" en la que la carga vista por el amplificador principal cambia en función del nivel de potencia para aumentar la eficiencia a niveles de potencia más bajos.
Notas al pie
- ^ Para eludir la patente de Western Electric, RCA utilizó cambios de fase de +90 y +270 grados; como sabe cualquier estudiante de matemáticas fasoriales, +270 grados es equivalente a -90 grados, por lo tanto, estos son efectivamente los mismos que los cambios de fase de +90 y -90 grados (RCA BT-50D, et al.)
- ^ WE 117, CE 317A, CE 317B, WAPE station-built, et al.
- ^ CE 317C
- ^ Los transmisores de transmisión de televisión UHF de WECo también fueron a CE; Los transmisores de transmisión de televisión VHF de WECo fueron a SEL; como parte del Decreto de Consentimiento del Sistema Bell
- ^ Patente estadounidense 3314024 , Joseph B. Sainton, "Amplificador de alta eficiencia y modulador push-pull", emitida el 11 de abril de 1967, asignada a Continental Electronics Manufacturing Company
- ^ El modulador push-pull descrito consistía en un divisor de fase con ganancias desiguales seguido de un modulador seguidor de cátodo no inversor (ganancia menor que la unidad) del lado no inversor del divisor de fase y un modulador inversor (ganancia significativa mayor que la unidad) desde el lado inversor del divisor de fase. Por lo tanto, el modulador push-pull revelado no era push-pull en absoluto. La versión comercial utilizaba un par de tubos en paralelo como modulador seguidor de cátodo, por lo que no era necesario equilibrar ganancias muy diferentes de los dos tubos moduladores. Sin embargo, se incorporó de todos modos un esquema para equilibrar finamente los dos tubos moduladores, que tenían la misma ganancia nominal.
Referencias
- Doherty, WH (septiembre de 1936). "Un nuevo amplificador de potencia de alta eficiencia para ondas moduladas". Actas de la IRE . 24 (9): 1163-1182. doi : 10.1109 / JRPROC.1936.228468 .
- "El amplificador Doherty: nuevo después de 70 años", resumen de productos de microondas , agosto de 2007
- "¿Qué es un amplificador Doherty?" . Notas sobre electrónica . Consultado el 4 de octubre de 2019 .
Otras lecturas
- US Expired US2210028A , Doherty , "Amplifier", publicado en 1940-08-06, asignado a Bell Telephone Labs - Patente de EE. UU.
- Pengelly, Raymond; Fager, Christopher; Özen, Mustafa (febrero de 2016). "El legado de Doherty" . Revista de microondas IEEE . págs. 41–5.
- Sneijers, Walter (2016). "Arquitecturas Doherty en UHF" (PDF) . Ampleon .