BR102013001886A2 - Amplificador de potência com topologia doherty modificada - Google Patents

Abstract

Amplificador de potência com topologia doherty modificada. Um amplificador de potência com uma topologia doherty modificada (1), adaptado para acionar uma carga (4) que compreende um circuito principal (2) que por sua vez compreende um amplificador principal (20) e um circuito auxiliar (3) que por sua vez compreende um amplificador auxiliar (30), que compreende, além disto, um circuito (5) com linhas de transmissão emparelhadas (57, 58) que é adaptado para conectar o circuito principal (2) ao circuito auxiliar (3).

Description

“AMPLIFICADOR DE POTÊNCIA COM TOPOLOGIA DOHERTY MODIFICADA” A presente invenção é relativa a um amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada.

Em sistemas de telecomunicações correntes, é conhecida a utilização de radiofreqüência e amplificadores de potência de microonda para os quais é muito importante assegurar alto rendimento, limitando assim distorção e não linearidade dos sinais que saem.

Atualmente os sinais que devem ser transmitidos e amplificados são muitas vezes sinais com uma envoltória complexa, tipicamente modulados de forma digital. caracterizados por uma dinâmica elevada em termos da relação entre a potência envoltória de pico e a potência bolométrica média.

Para tais sinais, para obter um bom compromisso entre linearidade e rendimento, é conhecida a utilização de amplificadores de potência classe AB, isto é, amplificadores classe B com uma ligeira polarização de corrente que é adaptada para otimizar a linearidade da saída de potência.

Amplificadores classe AB asseguram um bom rendimento em termos de relação entre a saída de potência de radiofreqüência bolométrica média e a potência absorvida pelo suprimento de potência, somente para sinais não modulados com potência próxima da potência máxima que pode ser saída pelo amplificador. Para sinais de potência mais baixa do que a potência máxima que pode ser saída, o rendimento cai de maneira drástica, como com sinais modulados com uma envoltória complexa, tal como modulação digital com uma potência bolométrica média muito mais baixa do que a potência de pico do sinal, o rendimento do amplificador é muito mais baixo do que o valor otimizado, provocando aumentos consideráveis em consumo de eletricidade.

Para aumentar de maneira considerável o rendimento de amplificadores de radiofreqüência e microonda, o tipo de amplificação conhecido como Doherty é amplamente utilizado. A figura 1 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência com topologia Doherty. Em tal diagrama o amplificador principal está representado pelo gerador de corrente indicado por ΊΡπηε”, enquanto o amplificador auxiliar está representado pelo gerador de corrente indicado por “lAüX”. Entre o gerador “Ipnnc” e a carga de circuito “ZCarga” onde a potência amplificada é transferida, é colocado um inversor de impedância “-jk" com característica de impedância “k”. No dimensionamento a seguir do circuito é fornecido: K — R1 otim (onde Rlotim é a impedância de carga utilizada do amplificador principal dimensionada para a potência envoltória de pico do sinal) Zcarga — % R1 Otim IAUX j Iprincmax (§) ^Envoltória — PSaída max (isto significa que a corrente do amplificador auxiliar deve ser atrasada 90 ° do que a corrente máxima do amplificador principal lPrinc max quando a potência instantânea da envoltória PEnvoitona é igual ao valor máximo de potência envoltória de pico (PsaidaMax)- Iaux — 0 (3) PEnvoltória — PSaída max — 6 dB (isto significa que o amplificador auxiliar é desligado para um valor de potência instantânea de menos do que 6 dB no valor máximo de potência envoltória de pico.

Os seguintes resultados são obtidos: R1 Prinr. — R1 Oíur- P&wetefta “ Psatdefnex (Iprinc — Iprinc max) (onde Rlprinc é a impedância de carga do amplificador principal) R^Prínc — 2 Rlotim @ PEnvoltoría “ Psaida Max” 6dB (Iprinc — lprincMax^2) Desta maneira a voltagem “VPrinc” nos terminais do amplificador principal permanece quase constantemente no valor máximo para uma dinâmica de 6 dB de redução em potência, assegurando assim rendimento otimizado em tal faixa de excursão dinâmica da potência da envoltória do sinal amplificado. É um fato o conhecido que a condição de rendimento máximo de um amplificador classe AB corresponde à condição de valor máximo da voltagem do sinal de saída. Isto significa que modulando a impedância de carga do ramal principal do circuito de modo a assegurar uma voltagem de saída quase constantemente no valor máximo permitido para uma diminuição de 6 dB da potência envoltória instantânea, rendimento é maximizado para uma faixa dinâmica de tanto quanto 6 dB. Tal comportamento de fato assegura um aumento considerável no rendimento global de um amplificador dedicado à amplificação de sinais modulados com uma envoltória complexa, o que é típico de todas as modulações que tiram proveito de amplas variações em amplitude de envoltória. A finalidade do inversor de impedância “-jk” na figura 1 é assegurar a impedância de carga correta do circuito principal e do circuito auxiliar quando eles estão operando equilibrados, ou quase, na potência envoltória máxima, enquanto ele deve dobrar a impedância de carga do circuito principal na condição “6 dB back-off’, ponto no qual o circuito auxiliar é desligado, tal circuito sendo, portanto, não linear, em que ele começa a amplificar o sinal de entrada, isto é, ele é ligado somente começando a partir de -6 dB back- off, isto é, somente quando o nível do sinal de entrada excede -6 dB em relação a nível de pico, para então aumentar para corresponder à amplificação do circuito principal ao alcançar o pico máximo, isto é, em 0 dB back-off, considerando que o circuito auxiliar quando desligado é equivalente a um circuito aberto.

Implementando o inversor de impedância com uma linha de transmissão de quarto de onda na frequência f0, a operação desejada do circuito é obtida somente para uma banda de frequência restrita centralizada ao redor da frequência f0: a linha de transmissão rapidamente diverge do comportamento do inversor de impedância ideal quando a frequência de operação do amplificador diverge da frequência ideal f0. A figura 2 mostra o ganho em rendimento devido à utilização do princípio Doherty com relação a um amplificador convencional classe AB. Tal figura se refere a uma aplicação do mundo real que leva em consideração as limitações físicas de dispositivos de amplificação que limitam o rendimento máximo do amplificador classe AB para um valor mais baixo do que o máximo teórico (78%). A curva de rendimento real de um amplificador classe AB quando a potência diminui a partir do valor de pico máximo (0 dB) está mostrada com uma linha espessa na figura 2. A curva de rendimento de um amplificador Doherty (com base na mesma tecnologia como o amplificador de referencia classe AB) está mostrada com uma linha fina na figura 2.

Observar que mesmo no caso do mundo real o rendimento do amplificador Doherty é mantido quase que constantemente em valores próximos ao máximo para uma dinâmica de acima de 6 dB de diminuição de potência em relação ao valor máximo. Além disto, a curva de rendimento do amplificador Doherty é sempre mantida acima daquela de um amplificador convencional classe AB. O resultado final é que o consumo de potência do suprimento de potência de um amplificador Doherty quando utilizado para amplificar sinais de modulação complexos, em particular com um conteúdo de modulação de amplitude elevada, é bastante mais baixo do que aquele de um amplificador classe AB, tipicamente oferecendo uma redução em consumo próxima de 50%.

Contra tais vantagens existe uma desvantagem considerável na implementação de um inversor de impedância efetivo. A limitação principal de tal aplicação é relativa à largura de banda de frequência útil na qual o comportamento do inversor de impedância é aceitável e não conduz a compromissos excessivos em termos de rendimento e robustez da estrutura de amplificação.

Na prática, a utilização da técnica de amplificação Doherty está limitada a amplificadores com uma banda relativa estreita “B«/o” tipicamente menor do que 5%, onde o termo “banda relativa” se refere à seguinte definição: B% — 2 (ÍMax — fMinV (f|Vlax + ^Min) isto é, a relação entre a largura de banda do amplificador e a frequência central da banda. A limitação principal é devido ao tipo de inversor de impedância que é genericamente utilizado para tais aplicações, baseado na utilização de uma linha de transmissão de comprimento de quarto de onda, de impedância característica adequada (que corresponde à impedância de carga utilizada do amplificador principal “Rlotim” O amplificador de potência Doherty típico de fato tem os circuitos dos amplificadores principal e auxiliar equilibrados em potência máxima e acoplados por meio de um inversor de potência implementado com uma linha de quarto de onda de impedância característica igual ao valor de carga utilizada do amplificador principal e do dobro da carga geral do amplificador principal. A linha de quarto de onda pode ser movida do circuito do amplificador principal para o circuito do amplificador auxiliar, em particular se a impedância de saída do circuito auxiliar quando desligado é comparável a um curto-circuito. Tal variação do desenho do circuito, contudo, não tem influência no cuomportamento do amptific-aéor Doherty ou nos níveis de desempenho requeridos do inversor de impedância que, seja ele colocado no circuito do amplificador principal ou colocado no circuito do amplificador auxiliar, mantém a mesma função e a mesma desvantagem de comportamento com relação à frequência.

Tal estrutura é a base genérica de todas as aplicações existentes e tem um comportamento otimizado em uma banda de frequência estreita, centralizada na frequência central com a qual o pedaço de linha, cuja função é atuar como inversor de impedância, assume o comprimento elétrico de exatamente 90 ° (um quarto de onda). Divergindo um pouco da frequência central, existe uma degradação em desempenho (rendimento, porém também a potência distribuída máxima) devido ao acoplamento imperfeito dos dois circuitos principal e auxiliar, provocado pelo fato que a porção de linha que é utilizada para implementar a função inversão de impedância se comporta crescentemente menos como um inversor de impedância ideal quanto mais ela diverge da frequência central. O comportamento do inversor de impedância com base em uma linha em propagação iguala a um quarto de onda em relação à frequência central da aplicação, é efetiva com uma banda estreita, limitando assim a banda útil correspondente a valores menores do que 5%. Dentro desta variação de frequência o compromisso de desempenho (degradação de rendimento e de distribuição) pode ser considerado aceitável, bem como controlável, durante teste. Se uma banda mais larga é utilizada, entra-se em uma zona onde as variações em comportamento da linha devido ao comportamento não ideal como um inversor de impedância, se tornam muito significativas, com dificuldade consequente em controlar o desempenho e risco de quebra dos dispositivos no amplificador. A amplitude da banda de um amplificador Doherty é atualmente a limitação principal da aplicação, que condiciona sua utilização em aplicações nas quais amplificadores de banda larga são necessários tais como, por exemplo, em transmissores para radiodifusão ou para os novos requisitos de transmissão sem fio de banda larga.

Para buscar superar os limites de aplicação mencionados acima variações são atualmente conhecidas dos amplificadores Doherty, mostradas nas figuras 3 até 6. A figura 3 mostra um diagrama de uma solução mecânica para modificar o comprimento da linha de quarto de onda como uma função da frequência de utilização do amplificador para adaptá-la melhor às variações em frequência de operação.

Substancialmente um deslizador é fornecido, o qual varia o comprimento efetivo da linha que fornece a inversão de impedância. Contudo, tal variação é apenas mecânica e requer uma operação manual delicada. A figura 4 mostra um diagrama de uma solução mais refinada para o problema precedente, implementada utilizando comutadores eletrônicos, tipicamente diodos PIN (do acrônimo tipo-P, Intrínseco, tipo-N) para variar o comprimento efetivo da linha de transmissão adaptada para fornecer o inversor de impedância. A figura 4 mostra uma esquematização simples dos comutadores eletrônicos adaptados para variar o comprimento efetivo do inversor de impedância. A figura 5 mostra um diagrama de uma solução similar para o problema precedente, fornecido utilizando diodos do tipo “varicap”, isto é, compensadores variáveis controlados de maneira eletrônica para variar o comprimento efetivo da linha de transmissão adaptada para fornecer o inversor de impedância. A figura 5 mostra uma esquematização simples dos diodos “varicap” adaptados para variar o comprimento efetivo do inversor de impedância e também para modular sua impedância característica. A provisão de comutadores eletrônicos ou diodos “varicap” é crítica, uma vez que estes devem atuar no trajeto do sinal de radiofreqüência sem criar variações não desejadas na impedância característica da linha que fornece a inversão de impedância, ou distorções de não linearidade do sinal em trânsito. Isto muitas vezes requer a utilização de componentes que são muito críticos e difíceis de controlar, especialmente quando a potência da aplicação aumenta. A implementação baseada em tais princípios pode ser muito mais complexa do que a simples esquematização nas figuras 4 e 5, especialmente quando um número maior de comutadores ou um número maior diodos varicap é utilizado, e o trajeto da linha de inversão de impedância é complexo.

Alternativamente, é também comumente conhecida a utilização de estruturas Doherty com um número maior de circuitos auxiliares que são ligados gradualmente em diferentes níveis de potência envoltória para reforçar a dinâmica do princípio Doherty e ao mesmo tempo alargar a banda efetiva da aplicação. A figura 6 mostra um amplificador Doherty com três dispositivos ou três circuitos onde substancialmente o amplificador Doherty é constituído pelo circuito principal juntamente com o primeiro circuito auxiliar que são conectados por meio do primeiro inversor de impedância “Z0 inversor 1” se torna por sua vez o circuito principal do circuito Doherty global dotado da conexão por meio do segundo inversor de impedância “Z0 inversor 2” para a carga global “Z1” e para o segundo circuito auxiliar que atua como o circuito auxiliar da estrutura global.

De maneira similar é possível aumentar o número de dispositivos e assim de circuitos fornecendo estruturas Doherty complexas.

Tirando proveito de tal complexidade é possível estender a dinâmica de rendimento máximo para acima de 9 dB. Tal extensão para uma pluralidade de circuitos pode também ser explorada para aumentar ligeiramente a banda de frequência do amplificador Doherty assim fornecido.

Em amplificadores Oofrefty c-om tfêe eu mats etfeuttes, contud-o. a comptexrdacte dos circuitos e a dificuldade de implementação aumentam consideravelmente. A intenção da presente invenção consiste em fornecer um amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada que soluciona os problemas técnicos acima mencionados, elimina as desvantagens e supera as limitações da técnica conhecida, tornando possível assegurar níveis de desempenho uniformes e otimizados em uma banda de frequência relativamente larga.

Outro objetivo da invenção consiste em fornecer um amplificador Doherty que tem uma banda de frequência útil larga.

Outro objetivo da invenção consiste em fornecer um amplificador Doherty que tem rendimento otimizado também na amplificação de sinais com uma envoltória complexa e modulados de maneira digital.

Outro objetivo da invenção consiste em fornecer um amplificador Doherty que reduz consumo de eletricidade.

Outro objetivo da invenção consiste em fornecer um amplificador Doherty que é capaz de oferecer às mais amplas garantias de confiabilidade e segurança em utilização.

Outro objetivo da invenção consiste em fornecer um amplificador Doherty que seja fácil de implementar e economicamente competitivo quando comparado à técnica conhecida.

Estas intenções, e estes e outros objetivos que se tornarão mais bem evidentes daqui em diante, são alcançados por um amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada adaptado para acionar uma carga que compreende um circuito principal por sua vez compreendendo um amplificador principal e um circuito auxiliar, por sua vez compreendendo um amplificador auxiliar, caracterizado pelo fato de compreender um circuito com linhas de transmissão emparelhadas que é adaptado para conectar dito circuito principal a dito circuito auxiliar.

Outras características e vantagens da invenção se tornarão mais bem evidentes a partir da descrição de uma modalidade preferida, porém não exclusiva, de um amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, ilustrado à guisa de exemplo não limitativo nos desenhos que acompanham, nos quais A figura 1 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência Doherty convencional; A figura 2 é uma carta ilustrativa do rendimento de um amplificador de potência Doherty convencional comparado com o rendimento de um amplificador classe AB conhecido; A figura 3 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência Doherty convenciona! com uma variação mecânica do comprimento da linha de quarto de onda do inversor de impedância; A figura 4 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência Doherty convencional com comutadores eletrônicos para selecionar o comprimento da linha de quarto de onda do inversor de impedância; A figura 5 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência Doherty convencional com compensadores variáveis controlados de maneira eletrônica para variar o comprimento da linha de quarto de onda do inversor de impedância; A figura 6 é um diagrama esquemático de um amplificador de potência Doherty convencional com uma pluralidade de circuitos; A figura 7 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção; A figura 8 é um diagrama esquemático mais detalhado da modalidade da invenção mostrada na figura 7; A figura 9 é uma carta ilustrativa da adaptação da impedância de carga do circuito principal do amplificador Doherty na figura 7 de acordo com a invenção, comparada com a adaptação da impedância de carga do circuito principal de um amplificador Doherty convencional.

Com referência às figuras, o amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, genericamente indicado com o numeral de referência 1, é adaptado para acionar uma carga 4 e compreende um circuito principal 2, que por sua vez compreende um amplificador principal 20 e um circuito auxiliar 3, que por sua vez compreende um amplificador auxiliar 30.

De acordo com a invenção, o amplificador de potência 1 compreende um circuito 5 com linhas de transmissão emparelhadas 57, 58 que conectam o circuito principal 2 ao circuito auxiliar 3. O circuito 5 com linhas de transmissão emparelhadas, também conhecido como um inversor de quatro portas, implementa um inversor de impedância. O termo “circuito com linhas de transmissão emparelhadas” significa de maneira genérica um par de linhas de transmissão não isoladas uma da outra por peneiramento eletromagnético, que assim compartilham em espaço de propagação e, como consequência, sofrem a interação recíproca dos campos eletromagnéticos transportados com isto. Tal interação consiste na troca recíproca contínua de energia eletromagnética entre as duas linhas ao longo do trajeto de propagação. Tal fenômeno é explorado de maneira conveniente para remover a quantidade de energia desejada de uma linha transmissão em favor de uma segunda linha convenientemente emparelhada, mas também de maneira dupla, para adicionar juntas as contribuições de potência das duas linhas. De fato, o circuito com linhas emparelhadas é configurado como um circuito eletromagnético recíproco com quatro portas que coincidem fisicamente com as extremidades das linhas emparelhadas, que podem ser conectadas a outras partes do circuito por meio de Unhas de transmissão adicionais, isoladas uma da outra, que correm a partir das quatro extremidades. O circuito 5 com linhas de transmissão emparelhadas pode ser conectado a uma impedância de inversão 6 para fornecer tal inversor de impedância. De maneira vantajosa, tal impedância de inversão 6 é uma reatância pura, portanto sem perdas.

As linhas de transmissão emparelhadas 57, 58 do circuito 5 compreendem um par de linhas de transmissão onde a primeira de ditas linhas de transmissão 57 conecta o circuito principal 2 à impedância de inversão 6 enquanto a segunda de ditas linhas de transmissão 58 conecta o circuito auxiliar 3 à carga 4. O circuito 5 compreende, de maneira vantajosa, quatro portas de saída 52, 53, 54, 56, onde a primeira porta 52 está conectada ao circuito principal 2, a segunda porta 53 está conectada ao circuito auxiliar 3, a terceira porta 54 está conectada à carga 4 e a quarta porta 56 está conectada à impedância de inversão 6.

As portas 54 e 53 são conectadas de maneira galvânica por meio da linha 58, como as portas 52 e 56 são galvanicamente conectadas por meio da linha 57. Em particular, quando o comprimento elétrico das linhas emparelhadas é igual a 90 ° para a frequência de utilização, com abordagem (aproximação) adequada das linha 57 e 58 é possível assegurar que a potência de entrada nas portas 52 e 53 são adicionadas juntas, convergindo sobre a porta 54, enquanto nada vai para a porta 56 (admitindo que os sinais de entrada têm a mesma amplitude e que o sinal de entrada para a porta 53 é 90 ° atrasado em relação ao sinal de entrada para a porta 52. Distanciando as linhas 57 e 58 o acoplamento é variado e a porção de potência que é enviada para a porta 54 pode ser modificada enquanto ainda mantendo a potência na porta 56 em zero (um fenômeno conhecido como diretividade).

De interesse particular é o fenômeno de adicionar sinais de amplitude igual, o qual é amplamente explorado em circuitos de radiofrequência e de microondas. A propriedade relevante das linhas emparelhadas é que elas podem fazer dois geradores, ou amplificadores, interagirem em uma maneira aditiva, isto é, o amplificador principal 20 e o amplificador auxiliar 30, que injeta potência para as portas 52 e 53. Se os valores de potência injetados são de igual amplitude e equilibrados de maneira conveniente, eles são adicionados juntos na porta 54 e nada vai para a porta 56. Se os valores de potência se tornam desbalanceados, então parte da potência também vai para a porta 56. Por esta razão é importante terminar tal porta de maneira adequada.

Para obter o adicionador e inversor de impedância que é o tema principal do estudo, o valor da impedância 6 para fechamento da porta 56 é assim também importante.

Quando os geradores estão equilibrados, suas contribuições são adicionadas na saída na porta 54. Quando os geradores estão desequilibrados, isto é, o circuito auxiliar 3 da porta 53 está desligado, a impedância de inversão, isto é, a terminação da porta 56, intervém para determinar a variação desejada de impedância de carga do dfcuüo pr+nc-ipat 2 na porta 52. O amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada 1 pode compreender uma pluralidade de circuitos auxiliares de acordo com a estrutura na figura 6, que são conectados com inversores de impedância implementados com a técnica de linhas emparelhadas do circuito 5 e com a utilização da impedância de inversão 6. O amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada 1 pode ainda compreender dispositivo mecânico, ou comutadores eletrônicos, ou condensadores variáveis controlados de maneira eletrônica, para variar o comprimento do inversor de impedância, tal como aqueles nas figuras 3, 4 e 5, que pertencem à técnica conhecida.

Operação do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada está descrita abaixo.

Como pode ser visto no diagrama esquemático nas figuras 7 e 8, a topologia clássica do amplificador Doherty é revista com a adição de um circuito 5 com quatro portas 52, 53, 54 e 56, que acoplam os dois circuitos principal 2 e auxiliar 3 do amplificador 1.

Tal circuito 5, além disto, dobra a carga de impedância do circuito principal 2 quando o circuito auxiliar 3 é desligado na condição “6dB back-off em relação ao sinal de pico máximo.

Em adição, o circuito 5 fornece toda a potência ativa gerada pelos circuitos principal 2 e auxiliar 3 para a carga 4. A operação de um amplificador Doherty convencional, tal como aquele esquemático usado na figura 1, corresponde em parte à operação do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada 1, de acordo com a invenção. Quando dois circuitos, principal 2 e auxiliar 3, estão na potência envoltória máxima e estão equilibrados em potência, suas contribuições são adicionadas para a carga 4 e cada um dos dois circuitos 2 e 3 vê a carga utilizada. Na condição “6dB back-off’ com relação à potência envoltória máxima, o circuito auxiliar é desligado e o circuito principal vê uma duplicação da impedância de carga (condição de rendimento máximo no caso da corrente de saída ser dividida por dois). Na prática, em ambos os casos o efeito Doherty é replicado.

No amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada um efeito de duplicar a impedância de carga do circuito principal quando o circuito auxiliar está desligado devido à condição “6dB back-off”, é mantido válido para uma banda de frequência suficientemente larga.

De acordo com a invenção, os dois circuitos, principal 2 e auxiliar 3, do amplificador 1, são acoplados por meio do circuito 5, não estando mais presente um nó elétrico físico no qual os dois circuitos 2 e 3 e a carga 4 convergem fisicamente.

Os parâmetros característicos do circuito 5 são: - Impedância característica das linhas de transmissão emparelhadas 57, 58; - Fator de acoplamento das linhas de transmissão emparelhadas #7,58; - Comprimento elétrico das linhas de transmissão emparelhadas 57, 58.

Dimensionamento correto dos parâmetros listados acima, juntamente com o dimensionamento da impedância de inversão 6 do tipo puramente reativa, torna possível alcançar a operação de acordo com o princípio Doherty para bandas de frequência mais largas do que na aplicação da linha de quarto de onda.

Abaixo está um exemplo de aplicação de tal dimensionamento. Tal exemplo é relativo a um amplificador 1 que tem as seguintes características técnicas: - a carga 4 é 50 ohm (valor padrão para rádio frequência e microonda); - circuito auxiliar 3 desligado e assimilado com circuito aberto ideal; - impedância de inversão 6 de tipo capacitivo, constituída por um condensador ideal de valor 18pF; - exemplo de frequência de banda desde 600 até 800 MHz; - impedância característica das linhas emparelhadas é 50 ohm, obtida com o dimensionamento das linhas emparelhadas para ter ou parâmetros de impedância característica pares do valor de 120 ohm e parâmetros de impedância característica ímpares do valor de 21 ohm, e comprimento elétrico igual a 90 ° a 700 MHz.

Em tal caso, uma aproximação utilizada é obtida de duplicação da impedância de carga do circuito principal (ZCam = 100 ohm) para uma banda maior do que ou igual a 200 MHz. A comparação é com a aplicação convencional na figura 1, onde o inversor de impedância é uma linha retransmissão de comprimento elétrico de quarto de onda (a 700 MHz) e de impedância teórica de 70,7 ohm, isto é, de modo a fornecer a melhor aproximação de duplicação da impedância para tal tipo de condutores de suprimento de eletricidade. A vantagem em termos de desempenho do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada 1 comparado com um amplificador Doherty convencional que utiliza um inversor de impedância de linha de quarto de onda, ambos dimensionados como indicado, está mostrada na carta na figura 9, onde um exemplo pode ser visto do grau de aproximação de duplicação da impedância obtido com o circuito inversor de quatro portas (linha com marcações “X”) comparado com o grau de aproximação obtido com um inversor de impedância de linha de quarto de onda que pertence à técnica conhecida (linha com um marcações O eixo horizontal da carta corresponde à frequência em MHz (centralizada em 700 MHz) enquanto o eixo vertical indicada a adaptação da impedância de carga do circuito principal em relação ao valor otimizado desejado de 100 ohm.

Quanto mais baixo o erro de inversão de impedância com a variação da frequência, mais aumenta a banda efetiva do amplificador Doherty. Em particular, o erro de inversão de impedância se torna particularmente agudo para uma 4+nrta de quarto de onda para uma banda de 100 MHz centralizada em 700 MHz, enquanto que com o “circuito inversor de 4 portas” 5 o erro permanece aceitável e sob controle, mesmo para uma banda de 200 MHz, novamente centralizada em 200 MHz. A escala é logarítmica, e os valores utilizados esperados para uma boa implementação do efeito Doherty deve ser mais baixa do que -23 dB. Isto é verdadeiro para o “circuito inversor de 4 portas” 5 sobre toda a banda de observação e além, enquanto que para o inversor de impedância convencional é verdadeiro dentro de uma banda ligeiramente maior do que 100 MHz, porém com uma ressonância muito acentuada e, como uma consequência, uma sensibilidade considerável também aos parâmetros de circuito.

Outra vantagem do “circuito inversor de 4 portas” 5 é na adição dos dois ramais do circuito, que é muito mais simples e mais efetiva do que em um circuito Doherty com uma linha de quarto de onda.

Na prática foi descoberto que o amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a presente invenção, alcança a intenção e os objetivos projetados, em que torna possível assegurar níveis de desempenho uniformes e otimizados em uma banda de frequência relativamente larga.

Outra vantagem do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção, consiste em que assegura alto rendimento em uma banda de frequência relativamente larga.

Outra vantagem do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção, consiste em que não requer operações de calibração manuais, e portanto delicadas e instáveis.

Outra vantagem do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção, consiste em que ele limita desajustamentos e variações de impedância ou distorção de não linearidade, típicas de algumas soluções da técnica conhecida.

Outra vantagem do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção, consiste em que ele é simples de produzir.

Outra vantagem do amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada de acordo com a invenção, consiste em que ele limita os efeitos de ressonância e reduz a sensibilidade de desempenho para os parâmetros de circuito. O amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada assim concebido, é suscetível de inúmeras modificações e variações, todas as quais estão dentro do escopo das reivindicações anexas.

Além disto, todos os detalhes podem ser substituídos por outros elementos tecnicamente equivalentes.

Na prática, os materiais empregados fornecidos, desde que eles sejam compatíveis com a utilização específica e as dimensões e formas contingentes, podem ser quaisquer, de acordo com os requisitos.

Claims (9)

1. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada (1) adaptado para acionar uma carga (4) que compreende um circuito principal (2) que por sua vez compreende um amplificador principal (20), um circuito auxiliar (3) que por sua vez compreende um amplificador auxiliar (30), caracterizado pelo fato de compreender um circuito (5) com linhas de transmissão emparelhadas (57, 58) que é adaptado para conectar dito circuito principal (2) a dito circuito auxiliar (3).

2. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito circuito (5) com linhas de transmissão emparelhadas (57, 58) fornecer um inversor de impedância.

3. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de dito circuito (5) com linhas de transmissão emparelhadas ser conectado a uma impedância de inversão (6) para fornecer dito inversor de impedância.

4. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ditas linhas de transmissão emparelhadas (57, 58) compreenderem um par de linhas de transmissão (57, 58), uma primeira de ditas linhas de transmissão (57) conectando dito circuito principal (2) a uma impedância de inversão (6) e uma segunda de ditas linhas de transmissão (58) conectado dito circuito auxiliar (3) á dita carga (4).

5. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de dito circuito (5) compreender quatro portas de saída (52, 53, 54, 56), uma primeira porta (52) sendo conectada a dito circuito principal (2), uma segunda porta (53) sendo conectada a dito circuito auxiliar (3), uma terceira porta (54) sendo conectada à dita carga (4), uma quarta porta (56) sendo conectada à dita impedância de inversão (6).

6. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de circuitos auxiliares.

7. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com uma ou mais das reivindicações 2 até 6, caracterizado pelo fato de compreender dispositivo mecânico para variar o comprimento de dito inversor de impedância.

8. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com uma ou mais das reivindicações 2 até 6, caracterizado pelo fato de compreender comutadores eletrônicos para variar o comprimento de dito inversor de impedância.

9. Amplificador de potência com uma topologia Doherty modificada, de acordo com uma ou mais das reivindicações 2 até 6, caracterizado pelo fato de compreender condensadores variáveis controlados de maneira eletrônica, para variar o comprimento de dito inversor de impedância.