Усилитель Доэрти
Усилитель Доэрти представляет собой модифицированный класса B радиочастотный усилитель , изобретенный Уильямом Х. Доэрти из Bell Telephone Laboratories Inc в 1936 году. В то время как обычные усилители класса B могут ограничивать высокие уровни входного сигнала, усилитель мощности Доэрти может обрабатывать сигналы с высоким пиковым значением. к средней мощности за счет использования двух схем усилителя в одном общем усилителе для адаптации к различным уровням сигнала. Таким образом, усилитель достигает высокого уровня линейности, сохраняя при этом хорошую энергоэффективность.
Во времена Доэрти в линейке продуктов Western Electric одноименное электронное устройство работало как линейный усилитель с модулированным драйвером. В реализации мощностью 50 000 Вт драйвер представлял собой полный передатчик мощностью 5 000 Вт, который при необходимости мог работать независимо от усилителя Доэрти, а усилитель Доэрти использовался для повышения уровня мощности 5 000 Вт до необходимого уровня в 50 000 Вт.
Усилитель обычно конфигурировался как усилитель несущей пиковой мощности с заземленным катодом, в котором использовались две вакуумные лампы , соединенные параллельно: одна как несущая лампа класса B, а другая как пиковая лампа класса B ( силовые транзисторы в современных реализациях). Источник ламп (драйвер) и нагрузка (антенна) были разделены и объединены с помощью фазосдвигающих сетей +90 и -90 градусов. [1]
Альтернативные конфигурации включали несущую лампу с заземленной сеткой и пиковую лампу с заземленным катодом, при этом мощность драйвера эффективно проходила через несущую трубку и добавлялась к результирующей выходной мощности, но это преимущество было более подходящим для более раннего и менее эффективного триода. реализации [2] а не более поздние и более эффективные реализации тетродов. [3]
Последующие разработки в области вещания
[ редактировать ]Будучи преемником Western Electric Company Inc в области радиопередатчиков, концепция Доэрти была значительно усовершенствована компанией Continental Electronics Manufacturing Company из Далласа, штат Техас. [4]
Ранние разработки Continental Electronics, разработанные Джеймсом О. Уэлдоном и другими, сохранили большинство характеристик усилителя Доэрти, но добавили модуляцию экранной сетки среднего уровня драйвера (317B и др.).
Мощность модели 317B можно было снизить до 5000 Вт, поскольку два из четырех шкафов модели 317B (номинальная мощность 50 000 Вт) были именно 315B (номинальная мощность 5000 Вт), но поскольку 316B (номинальная мощность 10 000 Вт) и 315B различались за счет всего лишь одной лампы 4CX5000 и отсутствия других существенных отличий также было возможно снижение мощности до 10 000 Вт, и в документации по продажам CE подчеркивалась эта возможность по специальному заказу. Снижение мощности до 25 000 Вт тоже было теоретически возможно, но с пониженной общей эффективностью (усилитель на 50 000 Вт работал на мощности 25 000 Вт, с драйвером - на 5 000 Вт). На момент появления 317B и в течение многих лет после этого были разрешены только «дискретные» мощности, то есть от этого передатчика были возможны только уровни мощности 50 000, 25 000, 10 000 и 5 000 Вт, а также 5 000, 2 500, 1 000, 500, 250 Вт. и уровни мощности 100 Вт были возможны от других передатчиков.
Дальнейшим усовершенствованием усилителя Доэрти стала схема модуляции экранной сетки высокого уровня, изобретенная Джозефом Б. Сейнтоном (317C и др.).
Серия Sainton 317C состояла из несущей трубки класса C, параллельно соединенной с пиковой трубкой класса C. Как и в усилителе Доэрти, источник ламп (драйвер) и нагрузка (антенна) были разделены и объединены посредством фазосдвигающих цепей +90 и -90 градусов. Немодулированная несущая радиочастоты подавалась на управляющие сетки обеих ламп с одинаковыми точками смещения управляющей сетки. Модуляция несущей применялась к экранным сеткам обеих ламп, но точки смещения экранной сетки несущей и пиковой трубок были разными и были установлены так, что пиковая трубка отключалась при отсутствии модуляции, и усилитель производил номинальную немодулированную несущую. мощность, и обе лампы были проводящими, и каждая лампа давала вдвое большую номинальную мощность несущей во время 100% модуляции, поскольку для достижения 100% модуляции требовалась в четыре раза больше номинальной мощности несущей. Поскольку обе трубки эксплуатировались в классе C, на заключительном этапе было достигнуто значительное улучшение эффективности.
Кроме того, поскольку несущая часть тетрода и пиковые лампы требовали очень малой мощности привода, было также достигнуто значительное улучшение эффективности драйвера. [5] В коммерческой версии усилителя Sainton использовался катодный повторитель, а не двухтактный модулятор, раскрытый в патенте. [6] а весь передатчик мощностью 50 000 Вт был реализован с использованием всего девяти ламп четырех типов, причем все они были лампами общего назначения, что является выдающимся достижением, учитывая, что самый значительный конкурент 317C, BTA-50G от RCA, был реализован с использованием тридцатиламповых ламп. Всего две лампы девяти типов ламп, почти половина из которых являются специальными и используются только в БТА-50Г.
было установлено около 300 передатчиков CE 317C Только в Северной Америке , что легко обогнало всех конкурентов вместе взятых, пока другие не представили мощные транзисторные конструкции, после чего CECo ушла с этого рынка.
Усилители Доэрти сейчас широко используются в современных передатчиках цифрового вещания для телевидения и радио. Используемая цифровая модуляция имеет высокое отношение пиковой мощности к средней (PAPR).
Невещательные события
[ редактировать ]Современные системы связи стали свидетелями внезапного возрождения усилителей Доэрти в 4G и до 5G массивных базовых станциях на базе (mMIMO). Поскольку в современных системах связи используются сложные схемы модуляции сигнала, такие как OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) с высоким отношением пиковой мощности к средней (PAPR), вероятность того, что усилитель будет работать на пиковой мощности с максимальной эффективностью, очень мала. Свойство усилителя Доэрти проявлять несколько пиков эффективности на различных более низких уровнях мощности делает его привлекательным вариантом для повышения средней эффективности современных передатчиков. Усилитель Доэрти может работать с использованием метода, называемого «Динамическая модуляция нагрузки», при котором нагрузка воспринимается основным усилителем как функция уровня мощности, чтобы повысить эффективность при более низких уровнях мощности.
Сноски
[ редактировать ]- ^ Чтобы обойти патент Western Electric, RCA использовала фазовые сдвиги на +90 и +270 градусов; Как знает любой изучающий векторную математику, +270 градусов эквивалентны -90 градусам, поэтому они фактически аналогичны фазовым сдвигам +90 и -90 градусов (RCA BT-50D и др.).
- ^ WE 117, CE 317A, CE 317B, построенная станция WAPE и др.
- ^ CE 317C
- ^ УВЧ-передатчики телевизионного вещания WECo также были переданы CE; Передатчики УКВ-телевещания WECo перешли к SEL; оба в рамках Указа о согласии Bell System (отчуждение)
- ^ Патент США 3314024 , Джозеф Б. Сэйнтон, «Высокоэффективный усилитель и двухтактный модулятор», выдан 11 апреля 1967 г., передан Continental Electronics Manufacturing Company.
- ^ Раскрытый двухтактный модулятор состоял из фазоделителя с неравными коэффициентами усиления, за которым следовал неинвертирующий модулятор катодного повторителя (коэффициент усиления меньше единицы) с неинвертирующей стороны фазоделителя и инвертирующий модулятор (коэффициент усиления значительно больше единицы) с инвертирующей стороны фазоделителя. Таким образом, раскрытый двухтактный модулятор вообще не был двухтактным. В коммерческой версии в качестве модулятора катодный повторитель использовалась пара ламп, включенных параллельно, и, следовательно, не было необходимости балансировать сильно различающиеся коэффициенты усиления двух ламп модулятора. Однако схема точной балансировки двух ламп-модуляторов, имеющих одинаковое номинальное усиление, все равно была реализована.
Ссылки
[ редактировать ]- Доэрти, штат Вашингтон (сентябрь 1936 г.). «Новый высокоэффективный усилитель мощности для модулированных волн». Труды ИРЭ . 24 (9): 1163–1182. дои : 10.1109/JRPROC.1936.228468 .
- «Усилитель Доэрти: новинка спустя 70 лет», дайджест микроволновой продукции , август 2007 г.
- «Что такое усилитель Доэрти?» . Заметки по электронике . Проверено 4 октября 2019 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Срок действия истек в США: US2210028A , Доэрти, Уильям Х. , «Усилитель», опубликовано 6 августа 1940 г., передано Bell Telephone Labs — патент США.
- Пенджелли, Раймонд; Фагер, Кристиан; Озен, Мустафа (февраль 2016 г.). «Наследие Доэрти» . Журнал IEEE Microwave . стр. 41–5.
- Снейерс, Уолтер (2016). «Архитектура Доэрти в УВЧ» (PDF) . Амплеон .