А.О. Пергушев1, В.А. Сороцкий2

1,2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 pergushev.aleksey@mail.ru; 2 sorotsky@mail.spbstu.ru

Постановка проблемы. Применение линейных усилителей мощности (УМ) в случае сигналов с высоким пик-фактором сопровождается значительным снижением КПД. Среди существующих способов преодоления этого недостатка наибольший интерес у специалистов вызывают методы Догерти, Кана и дефазирования. Благодаря тому, что в методах Кана и дефазирования используется ключевой режим, удается достичь более высокого КПД УМ, чем в методе Догерти. Однако эти методы имеют недостатки, влияющие на характеристики усилителей. В частности, при реализации усилителей по методу Кана достаточно трудно обеспечить ширину полосы пропускания, требуемую для широко применяемых в настоящее время сигналов, сформированных с использованием алгоритмов цифровой модуляции. В УМ по методу дефазирования указанные проблемы обусловлены сравнительно небольшим динамическим диапазоном изменения сигналов. Для устранения перечисленных недостатков при реализации УМ целесообразно применять комбинированный метод, сочетающий широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) и дефазирование. В этом случае расширение полосы пропускания усилителя может быть обеспечено с помощью дефазирования, а требуемый динамический диапазон изменения сигналов - благодаря применению ШИМ.

Цель. Рассмотреть особенности построения УМ на основе комбинированного метода, сочетающего ШИМ и метод дефазирования, и определить характеристики этого усилителя.

Результаты. Предложен метод усиления сигналов с высоким пик-фактором, основанный на комбинированном применении методов ШИМ и дефазирования. Представлена аналитическая модель УМ, адекватность которой подтверждена с помощью имитационного моделирования. Показано, что этот метод позволяет расширить полосу пропускания более, чем в 8 раз по сравнению с усилителем по методу Кана при условии, что КПД ≥ 80%.

Практическая значимость. Полученные результаты демонстрируют эффективность комбинированного метода усиления сигналов с высоким пик-фактором и подтверждают адекватность принципов его реализации, а также могут быть полезны при разработке трансмиттеров для систем связи и телекоммуникаций.

Пергушев А.О., Сороцкий В.А. Расширение полосы пропускания усилителей мощности сигналов с высоким пик‑фактором // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 24−31. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-03

1. Zhancang Wang. Envelope tracking power amplifiers for wireless communications. Boston-London: Artech House. 2014. 343 p.
2. Kazimierczuk M.K. RF Power Amlifiers. Third edition. U.S.: Wiley. 2015. 658 p.
3. Иванюшкин Р.Ю., Козырев В.Б. и др. Радиопередающие устройства: учебник для вузов / Под общ. ред. Р.Ю. Иванюшкина. М.: Горячая линия – Телеком. 2021. 1200 с.
4. Doherty W.H. A new high efficiency power amplifier for modulated waves // Proc. Inst. Radio Eng. Sept. 1936. V. 24. № 9.
   Р. 1163–1182.
5. А.с. №14140. / Полянский-Майков К.С., Рассадин Б.И. МО СССР. 1953.
6. Kahn L. Single sideband transmission by envelope elimination and restoration // in Proc. IRE. 1952. Р. 803-806.
7. Chirex H. High power outphasing modulation // Proceedings of the Institute of Radio Engineers. November 1935. V. 23.
   Р. 1370-1392.
8. Qureshi A.R., Acar M., Qureshi J., Wesson R., de Vreede L.C. A 112W GaN dual input Doherty-outphasing power amplifier // IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig. May 2016. Р. 1-4.
9. Furumoto R., Yasunobu D., Nishikawa K. Analysis of the operation of a Hybrid amplifier based on the Doherty amplifier // Proc. of 2022 Asia-Pacific Microwave Conference. Dec. 2022. Р. 737-739.
10. Chen Y., Cheng Z., Zhu Y., Liu G. Broadband Doherty-Outphasing RF Power Amplifier for S-Band // 2019 8th International Symposium on Next Generation Electronics (ISNE). 2019.
11. Lopes I.C., Nunes L.C., Cabral P.M., Pedro J.C. Dual-input mixed-mode doherty-outphasing power amplifier // 2023 International Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits (INMMIC). November 2023. Р. 8-11.
12. Tunç A., Yelten M.B. Linearity Issues in Dual Input Doherty-Outphasing Hybrid Power Amplifier Topology // 2023 30th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS). December 2023. Р. 4-7.
13. Liang C., Niubo-Aleman T., Hahn Y., Roblin P., Reynoso‑Hernandez J.A. Optimal two-way hybrid Doherty-outphasing power amplifier // Proc. IEEE Topical Conf. RF/Microwave Power Model for Radio Wireless Appl. (PAWR). Jan. 2020. Р. 26-29.
14. Liang C., Roblin P. The analytic Doherty-outphasing power amplifiers continuum theory: (Invited paper) // Proc. IEEE 22nd Annu. Wireless Microw. Technol. Conf. (WAMICON). Apr. 2022. Р. 1-4.
15. Tunç A., Yelten M.B. The Design Overview of the Hybrid Doherty-Outphasing Technique // 2021 13th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO). 2021. Р. 1-4.
16. Nghe C.T., Maassen D., Boeck G., Guan J., Aref A., Negra R. 160 W peak highly linear multilevel outphasing transmitter // Proc. 46th Eur. Microw. Conf. (EuMC). Oct. 2016. Р. 1091-1094.
17. Kayyil A.V., Qiao B., Allstot D. A digitally configurable outphasing switched-capacitor-based RF transmitter // 2023 IEEE 66th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). August 2023. Р. 6-9.
18. Chen Z., Wei Z., Zhu J. Delay mismatches analysis for multi-level outphasing digital transmitters // Proc. IEEE 22nd International Conference on Communication Technology(ICCT). Nov. 2022. Р. 346-350.
19. Litchfield M., Popovic Z. Multi-level Chireix outphasing GaN MMIC PA // Proc. IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symp. 2015. Р. 1-4.
20. Mueller S., Negra R. Optimising the image rejection in phase-only multilevel LINC transmitters // 2024 15th German Microwave Conference (GeMiC). 11-13 March 2024. Р. 288-291.
21. Litchfield M., Cappello T., Florian C., Popovic Z. X-band GaN multi‑level chireix outphasing PA with a discrete supply modulator MMIC // Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS) 2016 IEEE. 2016. Р. 1-4.
22. Beltran R., Raab F.H., Velazquez A. HF outphasing transmitter using class-E power amplifiers // Proc. IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig. 2009. Р. 757-760.
23. Zhang X., Larson L.E., Asbeck P.M. Design of linear RF outphasing power amplifiers. MA. Boston: Artech House. 2003.