Nonlinear distortion generation mechanisms in Doherty amplifiers

Abstract

Nowadays, wireless communications systems demand for greater mobility and higher data rates. Moreover, the need for spectral efficiency requires the use of non-constant envelope modulation schemes. Hence, power amplifier designers have to build highly efficient, broadband and linear amplifiers. In order to fulfil these strict requirements, the practical Doherty amplifier seems to be the most promising technique. However, due to its complex operation, its nonlinear distortion generation mechanisms are not yet fully understood. Currently, only heuristic interpretations are being used to justify the observed phenomena. Therefore, the main objective of this work is to provide a model capable of describing the Doherty power amplifier nonlinear distortion generation mechanisms, allowing the optimization of its design according to linearity and efficiency criteria. Besides that, this approach will allow a bridge between two different worlds: power amplifier design and digital pre-distortion since the knowledge gathered from the Doherty operation will serve to select the most suitable pre-distortion models.

Presentemente, os sistemas de comunicações sem fios exigem uma maior mobilidade e elevadas taxas de transferência. Para além disso, a necessidade de eficiência espectral obriga ao uso de esquemas de modulação de envolvente variável. Consequentemente, o desenvolvimento de amplificadores de elevada eficiência, com uma elevada largura de banda e, ao mesmo tempo, lineares, tornou-se num dos maiores desafios para os engenheiros de projeto de amplificadores de potência. Por forma a cumprir estes requisitos muito rigorosos, o amplificador em configuração Doherty parece ser a técnica mais promissora. Contudo, devido à sua complexa operação, os seus mecanismos de geração de distorção não linear não são ainda completamente conhecidos. Atualmente, apenas interpretações heurísticas estão a ser usadas para justificar os fenómenos observados. Nesse sentido, o principal objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo capaz de descrever os mecanismos de geração da distorção não linear em amplificadores Doherty, permitindo assim, a optimização do seu projeto, tendo em conta as especificações de linearidade e eficiência. Para além disso, esta abordagem permitirá uma ponte entre dois mundos diferentes: projecto de amplificadores de potência e pré-distorção digital, uma vez que o conhecimento recolhido da operação do Doherty ajudará na escolha de modelos de pré-distorção mais adequados.