1.5.1.3 Метод квантования

В данном методе [9] осуществляется разделение усиливаемого сигнала с переменной амплитудой, на несколько каналов по мощности в зависимости от его мгновенного значения. Причем таким образом, чтобы мощности сигналов в этих каналах всегда совпадали с заранее выбранными дискретными (квантованными) уровнями. При этом усилительные тракты большинства из таких квантованных каналов могут работать в слегка перенапряженном или ключевом режиме. В суммирующем устройстве, подключаемом к выходам этих каналов, осуществляется восстановление исходного сигнала с переменной амплитудой.

Усилительные элементы в таком передатчике должны работать в ключевом режиме, что позволит получить высокий КПД. Однако, метод квантования эффективен лишь при построении транзисторных передатчиков большой мощности. При построении маломощных передатчиков не имеет смысла применять данный метод, так как при этом потребуется использование большого количества усилительных ячеек, когда при данных мощностях можно обойтись двумя-тремя.

К недостаткам этого метода также следует отнести сложность формирующего устройства (квантователя) и многоуровневого сумматора. Практическое построение сумматоров высокочастотных сигналов с различными амплитудами показало значительную сложность их реализации и очень низкий КПД.

1.5.1.4 Метод Догерти

В принципе усилитель по методу Догерти [11] был разработан для увеличения КПД в усилителях, работающих на мощностях менее мощности насыщения. В данном методе, используется усилитель несущей (или основной) работающий в класса В и настроенный на мощность в 4 раза (6 дБ) меньше максимальной мощности и пиковый (или дополнительный) усилитель класса С, мощность с выхода которого начинает поступать при уровне сигнала 6 дБ от максимального уровня в режиме насыщения (рисунок 9)[10].

Рис. 9 Структурная схема усилителя Догерти

Поскольку усилитель несущей подключен через четвертьволновую линию, то ее входное сопротивление начинает уменьшаться в связи с уменьшением выходного импеданса пикового усилителя, а поэтому, в пределах шести децибел до максимума мощности усилитель несущей работает при максимальном уровне выходного напряжения, соответствующего критическому режиму, с теоретическим КПД = 78,5 %. В результате, получаются два пика с КПД = 78,5% - на шести децибельном уровне отстройки и на максимальной мощности, когда оба усилителя работают в режиме максимального КПД класса В (угол отсечки для пикового усилителя будет близок к 90 градусам при большом выходном сигнале).

Наличие класса С и класса В в реальных условиях приводят к сильным нелинейным искажениям сигналов. Поэтому, обычно усилитель несущей смещается в режим класса АВ с небольшим током покоя, а цепь смещения пикового усилителя настраивается на оптимальное смещение, при котором обеспечиваются постоянными коэффициент усиления и фаза всей системы. В этом случае можно получить некоторое улучшение КПД, однако трудно обеспечить высокий уровень линейности. Кроме того, необходимо учитывать потенциальные изменения напряжения питания и технологических разбросов параметров в диапазоне температур окружающей среды. Это можно сделать только с помощью DSP управления, что делает такую систему весьма сложной, и в реальных действующих системах она пока находит применение только в диапазоне СВЧ.

По результатам обзора следующих методов, выявлены их достоинства и недостатки, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Достоинства и недостатки простейших методов повышения линейности

Название метода	Достоинства	Недостатки
Метод с АРР работы усилителя класса А	Среднее КПД усилителя до 50 % и способность сохранять работоспособность при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания	Низкий КПД в непрерывном режиме, характерный для класса А.
Метод с автоматическим регулированием питающего напряжения (класс А)	КПД усилителя до 50 % в непрерывном режиме и на чисто активную нагрузку	Требует использования мощного регулируемого источника питания, IMD~30 дБ.
Метод квантования	КПД, соответствующий ключевому режиму работы транзистора	Эффективен при построении транзисторных передатчиков большой мощности, сложность построения квантователя и многоуровневого сумматора.
Метод Догерти	Теоретический КПД составляет 78,5 %	Возможно реализовать только с помощью DSP управления, что делает такую систему весьма сложной.

Все рассмотренные методы не позволяют достичь высокой линейности усилителя мощности при усилении сигналов со сложными видами модуляции.