The Fundamentals of Doherty Amplifier Architecture

وقد شهد مضخم دوهرتي، الذي كان أول من تصوره ويليام ه. دوهرتي في عام 1936 في مختبرات بيل تليفونية، نهضة بارزة في البنية التحتية اللاسلكية الحديثة، التي تم تطويرها أصلاً في أجهزة البث ذات الطاقة العالية، أصبح هذا الهيكل يشكل الآن العمود الفقري للدائرة التي تعزز الكفاءة في 4G و5G التي تعمل على تركيب أجهزة تقوية الطاقة الأساسية.

وتعاني أجهزة كمبلدات من طراز " د " التقليدية من انخفاض حاد في الكفاءة، حيث تتراجع قدرة الإنتاج عن مستوى الذروة - في نهاية المطاف، حيث تهيمن على إشارات الخلايا الحديثة، ويتغلب هيكل دوهرتي على ذلك بضمان أن يكون المضخ الرئيسي هو الفاعل، أو يعمل عند نقطة أعلى من مستوى الكفاءة، أو عندما تزيد نسبة الترددات العالية إلى أعلى من 40 في المائة.

شركة فيرسوس بيكينغ للكمبليير

ويُعتبر المضخم الرئيسي في العادة متحيزاً في الرتبة ألف (أو في بعض الأحيان من الرتبة باء) لتوفير التسلسل الجيد في مستويات منخفضة من الطاقة، وهو مصمم لمعالجة أغلبية قوة الإشارة أثناء العملية العادية، أما المضخم الذي يصل إلى ذروته، فهو من الناحية الأخرى متحيز في الرتبة جيم بحيث يظل بعيداً (أو شبه منطبق) عن مستويات المدخلات المنخفضة، وعندما تتجاوز الإشارة إلى المكسبين الحد الأدنى (التي تتحول إلى أعلى من مستوى القوة).

شبكة منع الحمل

"العملية المركزية لعملية "دوهرتي هي شبكة التعقب الإمبريق عادةً خط نقل الموجات الربعية توضع في ناتج المضخ الرئيسي

لماذا شركة (دورتي) للكمبيّات ضرورية لـ 4 جي و 5 جي

"التحول من 3G إلى 4G LTE" "والآن إلى 5G NR" أحدث تحولاً أساسياً في طبيعة الإشارات المُرسلة" "وكانت المعايير الخلوية الأولى تستخدم نماذج ثابتة من الطاقة" "مثلاً، "إشارات "إس بي إم" التي تسمح لأجهزة توليد الطاقة بالعمل بالقرب من التشبع بفاعلية جيدة

نسبة قوة بيك إلى الغضب العالية

5G NR signals, especially those using 256-QAM or higher modulation orders, exhibit PAPRs of 8-12 dB. The Doherty amplifier's ability to maintain high efficiency at 6-10 dB back-off directly addresses this requirement. In many macrocell deployments, the average output power is between 20 - 40% of the top power, which corresponds to the region where the Doherty infrastructureplifier efficiently yield.

الكفاءة في مستويات الطاقة الاحتياطية

"الثبات الـ "دورتي" يحقق كفاءة نظرية تبلغ 78.5 في المائة في الطاقة الكاملة ويحتفظ بنسبة 60 إلى 65 في المائة من الكفاءة في 6 ظهيرات، تتجاوز إلى حد بعيد مضخم من الدرجة الثانية 30 إلى 35 في المائة في نفس التخلف

متطلبات التسلسل

وفي حين أن الكفاءة بالغة الأهمية، فإن التسلسل اللافتوي لا يمكن أن يتعرض للخطر، إذ أن مضخم دوهيرتي يستحدث في جوهره بعض عدم التقادم بسبب تغيير سلوك المضخم الذي يبلغ ذروته ويحقق عدم التوافق بين المسارين، غير أن تصميما دقيقا واستخدام تقنيات التسلسل المتقدمة مثل التحلل الرقمي، يمكن أن يحقق المضخات المزودة بمقياس للانبعاثات المطلوبة لخمس مراحل من مراحل التنفيذ.

تحديات التنفيذ في محطات القاعدة الحديثة

وعلى الرغم من اعتمادها على نطاق واسع، فإن مضخم دوهيرتي يطرح مجموعة من التحديات التقنية التي يتعين على مهندسي محطة RF أن يبحروا عند تصميم محطات قاعدية من 4G و 5G، وتزداد حدة هذه التحديات مع ارتفاع ترددات التشغيل إلى نطاقات الموجات المليمترية لخمسة آلاف وما بعده.

حدود باندويث

ويعتمد المضخمون التقليديون على أجهزة السحب التي تستخدم الموجات الرباعية، والتي هي في جوهرها أجهزة ضيقة النطاق، وبالنسبة لأربعة مجموعات من أجهزة التردد العالي التي تتراوح بين 70 و 100 ميغاهيرتز، فإن هذا أمر مقبول، ولكن بالنسبة لمجموعات من الـ 5 جي و 6 غيغاهيرتز التي قد تغطي 200 إلى 400 ميغاهيرتز أو أكثر، فإن الحد الأقصى للربط بين الترددات قد وضع عدة تقنيات لتوسيع نطاق الترددات.

الجمع بين التعقيدات في الشبكة

ويجب أن توفر شبكة المركّبات في آن واحد تحويلات السائل، والمواءمة الزمنية السليمة، وفقدان الإدخال المنخفض، وأي انحراف يؤدي إلى تدهور الكفاءة أو التسلسل، وفي ترددات الموجات المليمترية، مثلاً 28 جيهرتز، و39 غيغاهيرتز لـ 5 جي، أصبحت خطوط نقل الموجات الربعية صغيرة للغاية عند ترتيب بضعة مليمترات تتحول إلى آثار ضارة شديدة.

الإدارة الحرارية

وحتى مع كفاءة تصريف المياه بنسبة 70 في المائة، فإن مضخم قوة دوهرتي يبلغ من 200 إلى 300 W، لا يزال يشتد حرارة كبيرة، كما أن المضخم الرئيسي الذي يعمل باستمرار، يختبر ضغطا حراريا مختلفا عن الكم الهائل من المضخم، الذي لا ينشط إلا خلال انفجارات القوى العالية، كما أن التقلب الحراري والتوزيع غير المتساوي للحرارة عبر المتحولين يمكن أن يؤدي إلى تدهور الموثوقية والقابلية.

المعمار المتقدم للدوهيرتي والتقنيات المتعلقة بالتخفيف

وللتغلب على القيود المتأصلة في طب التضاريس التقليدي لدوهيرتي، وضع الباحثون والصناعة مجموعة من التغييرات المتقدمة، وتتيح هذه الابتكارات لمضخمي دورتي تلبية المواصفات المطلوبة لأربعة جي و5 جي، مع الحفاظ على التكلفة والحجم التنافسيين.

المقاييس والتعددية

وفي مضخم متماثل للثديين، فإن المضخات الرئيسية والقوية لها نفس حجم الجهاز وقدرة على إنتاجه، غير أن تأثير تعديل الحمولة هو الأكثر كفاءة عندما يكون المضخم الذي يبلغ ذروته أكبر من المضخم الرئيسي، وهو ما يزيد عادة عن ضعفه بمقدار ٥,١ مرة، وهذا التكوين اللامعي لحجم الكفاءة العالية إلى مستويات أعلى من ٨-١٢ مضافة.

التحلل الرقمي

:: أصبحت الاختبارات الرقمية (DPD) رفيقا أساسيا لمضخمات دوهيرتي في محطات الأساس، وتعمل إدارة التنمية من خلال وضع نموذج عكسي لسلوك المضخم غير الخطي، وتجهيز إشارة النطاق الأساسي للتعويض عن التشويه الذي أدخله جهاز تضخيم القوى، ويمكن للنظم الحديثة لإدارة التنمية المستدامة أن تصحح نسبة التشويه في حركة القذائف المضادة للقذائف التسيارية وفي تشكيلة الأمفيتامينات، وفي التأثيرات المترابطة، بل وفي جميع أشكال التسربة.

استخدام الشبكة العالمية لشبكة غاين وغيرها من موصلات النسيج الواسعة

The adoption of gallium nitride (GaN) high-electron-mobility transistors (HEMTs) has been a major enableries for modern Doherty amplifiers. GaNherultage, high current density, and low parasitic capacitance, specifically allowing Doherty designs to achieve high output power (100– W500) at high frequencies

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

ومع انتقال الصناعة اللاسلكية إلى 5 زاي المتقدم وفي نهاية المطاف 6 زاي، من المرجح أن يستمر تطور هيكل المضخم في دوهيرتي، مع تكامله مع تقنيات أخرى لتعزيز الكفاءة والتكيف مع نظم الترددات الجديدة.

التكامل مع تعقب المظروف

إن تعقب المظاريف هو أسلوب مستقل يُعدل حجم إمدادات مضخة الطاقة في الوقت الحقيقي لمتابعة مظروف الإشارة إلى الترددات الترددية، حيث أن نظام تتبع الطاقة الرقمية المتطورة، الذي يقترن بتضخم الترددات، يمكن أن يزيد من الكفاءة، ولا سيما في مستويات التخلف العميقة، غير أن هيكل دوهيرتي يوفر بالفعل كفاءة ممتازة في التخلف، وبالتالي فإن الفائدة القصوى من المزود بالأجهزة الوسيطة هي أقل.

Doherty in Massive MIMO and Beamforming

(ب) استخدام محطات قاعدية ضخمة تابعة للمنظمة الدولية للأرصاد الجوية عشرات أو حتى مئات العناصر الهوائية، وكلها من سلسلة موصلاتها الخاصة، ويجب أن تكون أجهزة توليد الطاقة في نظم ضخمة من طراز MIMO متكاملة جداً وذات تكلفة منخفضة، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى استخدام أجهزة مضخة عالية الكفاءة في جهاز الإرسال، مع الاتجاه نحو تشغيل الموجات المليمترية، فإن أجهزة التصاميم التي تستخدمها أجهزة الترددات المضغوطة المدمجة تعمل مباشرة في أجهزة مجهزة

نحو 6G

ومن المتوقع أن ينتقل نظام دوفلاتز إلى النطاق الفرعي (100-300 GHz) ويحتاج إلى عدد أكبر من النطاقات (التعددية) التي يمكن أن تكون ملامحها عالية، ويواجه هيكل دوهيري تحديات أساسية لأن أجهزة التداول بالأشعة تحت الترددات الحرارية قد تكون قصيرة للغاية وخاسرة.

خاتمة

وقد ثبت أن هيكل خام دوهرتي هو أحد أكثر الابتكارات تأثيرا في تكديس الطاقة في الهياكل الأساسية الخلوية، حيث أن من خلال الجمع الذكي بين مضختين من خلال تعديل الحمولة، فإن هذا النظام يحقق كفاءة غير متكافئة في مستويات القدرة الاحتياطية التي تهيمن على إشارات 4G و 5G، وفي حين أن التحديات مثل القيود على نطاق الترددات وتعقيدات التصميم لا تزال قائمة.