Усилитель Доэрти — это модифицированный радиочастотный усилитель класса B , изобретенный Уильямом Х. Доэрти из Bell Telephone Laboratories Inc в 1936 году. В то время как обычные усилители класса B могут отсекать высокие уровни входного сигнала, усилитель мощности Доэрти может обрабатывать сигналы с высоким отношением пиковой мощности к средней, используя две схемы усилителя в одном общем усилителе для обработки различных уровней сигнала. Таким образом, усилитель достигает высокого уровня линейности, сохраняя при этом хорошую энергоэффективность.
Во времена Доэрти в линейке продукции Western Electric одноименное электронное устройство работало как линейный усилитель с модулированным драйвером. В 50 000-ваттной реализации драйвер был полным 5000-ваттным передатчиком, который при необходимости мог работать независимо от усилителя Доэрти, а усилитель Доэрти использовался для повышения уровня 5000 Вт до требуемого уровня 50 000 Вт.
Усилитель обычно был сконфигурирован как усилитель с заземленным катодом, пиковый усилитель несущей частоты, использующий две вакуумные лампы в параллельном соединении, одна как несущая лампа класса B, а другая как пиковая лампа класса B ( мощные транзисторы в современных реализациях). Источник (драйвер) и нагрузка (антенна) ламп были разделены и объединены через сети сдвига фаз на +90 и −90 градусов. [1]
Альтернативные конфигурации включали в себя несущую лампу с заземленной сеткой и пиковую лампу с заземленным катодом, при этом мощность драйвера эффективно передавалась через несущую лампу и добавлялась к результирующей выходной мощности, но это преимущество было более уместным для более ранних и менее эффективных реализаций триода [2] , чем для более поздних и более эффективных реализаций тетрода. [3]
Будучи преемником Western Electric Company Inc в области радиовещательных передатчиков, 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.).
317B можно было сократить до 5000 Вт, поскольку два из четырех кабинетов 317B (номинальная мощность 50 000 Вт) были как раз 315B (номинальная мощность 5000 Вт), но поскольку 316B (номинальная мощность 10 000 Вт) и 315B отличались только одной лампой 4CX5000 и не имели других существенных отличий, сокращение до 10 000 Вт также было возможно, и в литературе по продажам CE подчеркивалась эта возможность по специальному заказу. Сокращение до 25 000 Вт также было теоретически возможно, но с уменьшением общей эффективности (усилитель на 50 000 Вт работал на 25 000 Вт, а драйвер работал на 5000 Вт). На момент появления модели 317B и в течение многих лет после этого были разрешены только «дискретные» мощности, то есть для этого передатчика были возможны только уровни мощности 50 000, 25 000, 10 000 и 5 000 Вт, а для других передатчиков — уровни мощности 5 000, 2 500, 1 000, 500, 250 и 100 Вт.
Дальнейшим усовершенствованием усилителя Доэрти стала схема высокоуровневой модуляции экранной сетки, изобретенная Джозефом Б. Сэйнтоном (317C и др.).
Серия Sainton 317C состояла из несущей лампы класса C, параллельно соединенной с пиковой лампой класса C. Как и в усилителе Доэрти, источник (драйвер) и нагрузка (антенна) ламп были разделены и объединены через сети сдвига фаз +90 и −90 градусов. Немодулированная несущая радиочастоты была подана на управляющие сетки обеих ламп с одинаковыми точками смещения управляющей сетки. Модуляция несущей была подана на экранные сетки обеих ламп, но точки смещения экранной сетки несущей и пиковой ламп были разными и были установлены таким образом, что пиковая лампа была отсечена, когда модуляция отсутствовала, и усилитель выдавал номинальную немодулированную мощность несущей, и обе лампы были проводящими, и каждая лампа вносила в два раза больше номинальной мощности несущей во время 100% модуляции, так как для достижения 100% модуляции требовалось в четыре раза больше номинальной мощности несущей. Поскольку обе лампы работали в классе C, на конечном этапе было достигнуто значительное повышение эффективности.
Кроме того, поскольку тетродные несущие и пиковые лампы требовали очень мало мощности привода, было достигнуто значительное улучшение эффективности драйвера. [5] В коммерческой версии усилителя Sainton использовался модулятор с катодным повторителем, а не двухтактный модулятор, описанный в патенте, [6] и весь передатчик мощностью 50 000 Вт был реализован с использованием всего девяти ламп четырех типов, все из которых были лампами общего назначения, что является выдающимся достижением, учитывая, что самый значительный конкурент 317C, BTA-50G компании RCA, был реализован с использованием тридцати двух ламп девяти типов, почти половина из которых были лампами специального назначения, использовавшимися только в BTA-50G.
Только в Северной Америке было установлено около 300 передатчиков CE 317C , что значительно превышало показатели всех конкурентов вместе взятых, пока другие компании не представили мощные транзисторные конструкции, после чего CECo ушла с этого рынка.
Усилители Доэрти в настоящее время широко используются в современных цифровых вещательных передатчиках для телевидения и радио. Используемая цифровая модуляция имеет высокое отношение пиковой мощности к средней (PAPR).
Современные системы связи увидели внезапное возрождение усилителей Догерти в 4G и до 5G массивных базовых станциях с множественным входом и множественным выходом (mMIMO). Тот факт, что современные системы связи используют сложные схемы модуляции сигнала, такие как OFDM (ортогональное частотное разделение каналов) с высоким отношением пиковой к средней мощности (PAPR), вероятность работы усилителя на пиковой мощности с максимальной эффективностью очень мала. Свойство усилителя Догерти демонстрировать множественные пики эффективности на различных более низких уровнях мощности делает его привлекательным вариантом для повышения средней эффективности современных передатчиков. Усилитель Догерти может достичь этого, используя технику, называемую «динамической модуляцией нагрузки», при которой нагрузка, видимая основным усилителем, изменяется в зависимости от уровня мощности, чтобы повысить эффективность на более низких уровнях мощности.