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 recortar los niveles altos de señal de entrada, el amplificador de potencia Doherty puede adaptarse a señales con altas relaciones de potencia pico a 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 al tiempo que conserva una buena eficiencia energética.
En la época de Doherty, dentro de la línea de productos de Western Electric, el dispositivo electrónico homónimo funcionaba como un amplificador lineal con un controlador que se modulaba. En la versión de 50.000 vatios, el controlador era un transmisor completo de 5.000 vatios que, en caso necesario, podía funcionar independientemente del amplificador Doherty y el amplificador Doherty se utilizaba para elevar el nivel de 5.000 vatios al nivel requerido de 50.000 vatios.
El amplificador se configuraba habitualmente como un amplificador de pico-portador con cátodo conectado a tierra que utilizaba dos tubos de vacío conectados en paralelo, uno como tubo portador de clase B y el otro como tubo de pico de clase B ( transistores de potencia en las implementaciones modernas). La fuente (controlador) y la carga (antena) de los tubos se dividían y combinaban a través de redes de desplazamiento de fase de +90 y -90 grados. [1]
Las configuraciones alternativas incluían un tubo portador con rejilla conectada a tierra y un tubo de pico con cátodo conectado a tierra mediante el cual la potencia del controlador pasaba efectivamente a través del tubo portador y se sumaba a la potencia de salida resultante, pero este beneficio era más apropiado para las implementaciones de triodo anteriores y menos eficientes [2] en lugar de las implementaciones de tetrodo posteriores y más eficientes. [3]
Como sucesor de Western Electric Company Inc para transmisores de radiodifusión, el concepto Doherty fue refinado considerablemente por Continental Electronics Manufacturing Company de Dallas, Texas. [4]
Los primeros diseños de Continental Electronics, realizados por James O. Weldon y otros, conservaron la mayoría de las características del amplificador de Doherty pero agregaron una modulación de rejilla de pantalla de nivel medio del controlador (317B, et al.).
El 317B se podía reducir a 5.000 vatios, ya que dos de los cuatro recintos del 317B (potencia nominal de 50.000 vatios) eran precisamente un 315B (potencia nominal de 5.000 vatios), pero como un 316B (potencia nominal de 10.000 vatios) y un 315B se diferenciaban solo por una válvula 4CX5000 y ninguna otra diferencia significativa, también era posible una reducción a 10.000 vatios, y la documentación de ventas de CE enfatizaba esta posibilidad, bajo pedido especial. Una reducción a 25.000 vatios también era teóricamente posible, pero con una eficiencia general reducida (amplificador de 50.000 vatios operado a 25.000 vatios, con controlador operado a 5.000 vatios). En el momento de la introducción del 317B, y durante muchos años después, solo se autorizaban potencias "discretas", lo que significa que solo eran posibles niveles de potencia de 50.000, 25.000, 10.000 y 5.000 vatios desde este transmisor, y niveles de potencia de 5.000, 2.500, 1.000, 500, 250 y 100 vatios desde otros transmisores.
Un refinamiento 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 consistía en un tubo portador de clase C en conexión paralela con un tubo de pico de clase C. Al igual que en el amplificador de Doherty, la fuente (controlador) y la carga (antena) de los tubos se dividían y combinaban a través de redes de desplazamiento de fase de +90 y -90 grados. La portadora de radiofrecuencia no modulada se aplicaba a las rejillas de control de ambos tubos con los mismos puntos de polarización de la rejilla de control. La modulación de la portadora se aplicaba a las rejillas de pantalla de ambos tubos, pero los puntos de polarización de la rejilla de pantalla de los tubos portador y de pico eran diferentes y se establecieron de tal manera que el tubo de pico se cortaba cuando no había modulación, y el amplificador producía potencia portadora no modulada nominal, y ambos tubos conducían, y cada tubo contribuía con el doble de la potencia portadora nominal durante el 100% de modulación, ya que se requería cuatro veces la potencia portadora nominal para lograr el 100% de modulación. Como ambos tubos funcionaban en clase C, se logró una mejora significativa en la eficiencia en la etapa final.
Además, como el portador de tetrodo y los tubos de pico requerían muy poca potencia de accionamiento, también se logró una mejora significativa en la eficiencia dentro del controlador. [5] La versión comercial del amplificador Sainton empleó un modulador seguidor de cátodo, no el modulador push-pull divulgado 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 ellos tubos de propósito general, un logro notable, dado que el competidor más importante del 317C, el BTA-50G de RCA, se implementó utilizando treinta y dos tubos en total de nueve tipos de tubos, casi la mitad de estos siendo de propósito especial, siendo empleados solo en el BTA-50G.
Solo en América del Norte se instalaron casi 300 transmisores CE 317C , superando fácilmente a todos los competidores juntos, hasta que otros introdujeron diseños transistorizados de alta potencia, momento en el que CECo se retiró de este mercado.
Los amplificadores Doherty se utilizan ampliamente en los modernos transmisores de radio y televisión digitales. La modulación digital utilizada tiene una alta relación potencia pico/potencia media (PAPR).
Los sistemas de comunicación modernos han presenciado la resurrección repentina de los amplificadores Doherty en las estaciones base basadas en el sistema de entrada múltiple, salida múltiple (mMIMO) de 4G y pre- 5G . El hecho de que los sistemas de comunicación modernos utilicen esquemas complejos de modulación de señal como OFDM (Multiplexación por división de frecuencia ortogonal) con una alta relación de potencia pico a promedio (PAPR), hace que la probabilidad de que el amplificador funcione a su potencia pico con su máxima eficiencia sea muy baja. La propiedad del amplificador Doherty de exhibir múltiples picos de eficiencia en varios niveles de potencia más bajos lo convierte en una opción atractiva para aumentar la eficiencia promedio de los transmisores modernos. El amplificador Doherty puede lograr esto mediante el uso de una técnica llamada "Modulación de carga dinámica", en la que la carga, como la ve el amplificador principal, cambia en función del nivel de potencia para aumentar la eficiencia en niveles de potencia más bajos.