Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   23 ,  No.   3 ,  Septem ber   20 21 ,  pp.  1855 ~ 1860   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v 23 .i 3 . pp 1855 - 1860          1855       Journ al h om e page :  http: // ij eecs.i aesc or e.c om   High effi ciency  Dohe rty p ower am pli fiers  f or mod ern wi re l ess  co mm un icat i on syst ems:  A   bri ef revi ew       Mus s a M ab r ok 1 , Z ah ri ladh a  Z ak ar ia 2 ,   T ole Su tikn o 3   1,2 Cent er   for Telec om m unic at ion   Resea r ch and  In novat ion   (CeT RI ),   Facu lty   of Electronics a nd   Co m pute r  Engi n ee r ing,   Univer siti   T ekn i kal   Ma lay sia   Me la ka   (UTe M) ,   M el ak a, Ma lay si a   3 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Univ ersitas Ahm ad  Dahlan,  Yog y ak art a ,   I ndonesia         Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved  J un  2 , 2021   Re vised A ug   8 , 2021   Accepte d Aug  2 3 , 202 1       Due  to  the   high   pea k  to  ave r ag e  power  rat io  (PA PR )  of  m oder n  m odula te d  signal s,  power   a m pli fie rs  (PA s)  have   b ee n  for ced  to  oper at e   a t  t he  ba ck - off   (BO)  reg ion  of   t hei r  sa tura t ion  p ower  in  ord er  to   avoi d  sign al   cli pping  and   distort ion.   How eve r,   cl assic al   PA s  suffer  from   low  eff ic ie n c y   in  th e  BO  reg ion  oper at ion .   The r efo re ,   eff i ci en c y   has  to  b e  enha n ce d  in  t hat   reg io n .   Man y   techniques   have   b ee n  pr oposed.   Am ong  the m ,   the   Doh erty   powe r   amplifi er  (DP A)  is  conside red   as  the   m ost  s uit able  techniqu e  due  to  it s  sim p le   struct ur e   and  h igh  per for m anc e.   How ev e r,   i ts  conve n ti on al   d esign  is   li m it ed  to  a  6  dB  BO  le vel ,   which  does  not  sati sf y   th e  req uire m ent s  of   m oder n  comm u nic a ti on  s y s te m s.  In  thi s  pap er,  a  bri ef  rev ie w  o f  the   m ost   signifi c ant   tech nique s  of  high - eff iciency   DP A  is  pre sente d.   First,  DP A   topol og y   and   it s  oper ation  prin ciples  ar e  bri efly   d iscussed.   Second ,   eff ic i e n c y   enha nc ement  technique s  such  a s  an  as y m m et ric al   DP A,  outpu t  combiner   m odifi ca t ion,   ga te   bia s  ada p ti on ,   offset   li ne  op ti m iz ation,   and  m ult i - w a y   DP A  w ere   discussed.   The  study   show s  that  th e  m ost  suita bl e,  sim ple ,   an d   eff ective  soluti o n  is  an  as y m m et ri ca l  appr oa ch .   How eve r,  it   n ee ds  to  b e   inve stigated  in  t erms   of  bandwid th  in  orde r  to  m ee t  the   eff iciency - bandwidth   req uire m ent s  of m oder n  wire l ess c om m unic at ion   s y stems   such  as   5G.    Ke yw or ds:   5G    Ba ck - off    Ba ndwidt h  ef fi ci ency   Dohe rty  pow e r  am plifie r    Peak  t o  a ver a ge  pow e r rat io   Sign al  cli ppi ng and  distor ti on   W i reless c omm un ic at ion s    This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Zahr il ad ha  Zaka ria,   Ce nter fo r  Tel e com m un ic at ion   Re sea rch an d I nnovat ion (C eTR I)   Faculty  of Elec t ronics an d  C om pu te r  En gin e erin g   Un i ver sit i  Te knikal   Ma la ysi a Me la ka  ( UTe M)   Hang T ua h  Jay a, 76 100 D ur ia n  T unggal , Me la ka,  Mal ay sia   Em a il : zahrila dh a@ utem .ed u.m y       1.   INTROD U CTION     Mod e rn  wirel ess  com m un ic at ion   syst em s  us e  c om plex  m od ulati on   sc hem es  su ch  a s  ort hogo na l   fr e qu e ncy  di vision   m ulti plexing   (OFDM )  w it h  high  orde r  qu a drat ur e  am plit ud e  m od ula ti on   ( QA M )  to   m ake   bette r  us e  of   t he  a vaila ble  li m it ed  fr eq ue nc y  sp ect r um   in  orde r  to   pro duce  high  data  rates  H oweve r ,  th os e  m od ulate d  sig nals  are  cha ra ct erized  by  a  hig h  peak - to - ave rag e  powe r  rati o  (PAPR ),   m eaning   th at   the   wav e f or m   in  t he  tim e  do m ain   pr e sents  ra re   peak s  sig nific antly   hig he r  than  the  aver a ge   on es,  as  sho wn   in   Figure  1.  I n  o r der   to  am plify  m od ulate d  sig nals  with  a  hi gh  PAPR ,  the  P A’ s  ou t pu t  power   has  to  be  back e d - off  f ro m   sat ur a ti on   by  the  sa m e  a m ou nt  of  PA PR.  H ow e ve r,   c onve ntional   PA s  s uch   as   cl ass  AB  suff er  from   low  ef fici ency  at   the  back - off   (BO)   reg i on   a s  their  eff ic ie nc y   is  determ ine  at   the  m axi m um   ou tpu t  pow er  [ 1].  To  s olv e  this  pro blem ,  eff ic i ency  has  t o  be   enh a nce d  at   the  BO  reg i on.   To  do   s o,   se ve ral  te chn i qu e s   have   been  propose d,  s uch  as  t he  ou t ph a sin g  power  am plifie r  [2 ] ,  D oh e rty   a m pl ifie r  [ 3],  a nd  se qu e ntial   powe r   a m plifie r  [4 ] .  Am on g  the  ab ov e - m entioned  te chn iq ues,   th e  Doher ty   pow er  am plifie r  (D PA )  is  co ns ide red   a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   3 ,  Se ptem ber   20 21 :  18 55   -   18 60     1856   the  m os t  su it ab le   te chn i qu e   du e  to  it s  sim ple  structu re,   ease  of  im ple m entat ion ,   an d  hi gh  pe rfor m ance  [ 5 ] - [ 9].   Howe ver,  co nventio nal  D PAs  can  on ly   m ain ta in  m od erate   eff ic ie ncy  at   6  dB  BO  le vel  [ 10 ] ,  wh ic h  do e s  no t   sat isfy t he  re qu irem ents o f  m od er n wirele ss c omm un ic at ion   syst e m s.   In  this  pap e r,  we  pro vid e  a   br ie f   ove rv ie w   of  the   m os t  im po rtant  BO ’ s  ef fici ency  e nh a ncem en t   te chn iq ues   pr opose d  f or  im pr ov i ng  t he   ef fici ency  of  c onve nt ion al   D PAs.  T he  rest  of  t he  pa per  is  or gan iz ed  as   fo ll ows:  s ect io n  2  pr ov i des  a   br ie f  ove rv ie w  of  the  DPA   top ol og y  a nd  it s  op erati ng  pr i nciples.  Sec ti on   3  exp l or es  the m os t si gnific a nt  eff ic ie ncy e nha ncem ent tec hn i qu e s.  Fi nally , a  c oncl us i on is  dr a w n  in  secti on  4.         2.   DOH E RTY  P OWER  AMP LIFIE R    The  D oh e rty   am pl ifie r  was  inv ente d  by  Doh erty   in  19 36  [ 3] .  It  con sist s  of  two  a m plifie rs  cal le d  the  m ai n  (car rier)  a m plifie r  an d  t he  a ux il ia ry  ( pe akin g)  am plifie r  co nnect ed  i n  par al le l  an d  biased   in  cl ass - AB   and   Cl ass - C  re sp ect ively ,  as  sh ow n  in  Fig ure  2.   Both  am plifie rs  are  co nnect ed  thr ough  a  qu a rter - wa ve le ng t h  i m ped ance  in ve rter  w hich  a ct s  as  a  load   m od ulati on   ne twork .  The  ph a se  differe nc e  gen e rated  by  th e   i m ped ance  i nverter  is  c om pen sat ed   at   t he  i nput  of   t he  pea king  sta ge  usi ng  a  delay   li ne.   Offset  li nes  a r e  us e d  at   the  ou t pu t  of   t he  m ai n  a nd   a uxil ia ry  am pl ifie rs.   Th e   m ai n  DP A ’s   offset  li ne  is  us e d  to  e nh a nce  it s   eff ic ie ncy  at   th e  BO  ( i.e.   w he n  the  peak i ng   i s  off),  w hile  th e  aux il ia ry ‘s  offset  li ne  is  us ed  to  pr e ve nt  powe r  le akag e  from   t he  m ai n  path  duri ng   the  off - sta te .  A  powe r  di vid er  is  use d  at   the  input  to  div ide  t he  po w er  to   bo t h  am plifie rs .  Ma tc hing   net work  is  us e d  at   the  outp ut  of  the  DPA  t o  m atch   t he  im ped an ce  at   the   com bin in g  po i nt to  t he 50 - oh m  syst e m  i mp eda nce.  T he worki ng princi ple of  DPA is  as foll ow s:  I n  t he  lo w p ow e r r egio n,  on ly   the  m ai n  sta ge  is  work i ng   wh il e  the  pe akin g  is  off.   Un ti l  a  certai n  power   le ve l  ( br ea k  point ),   wh e n  the  m ai n  a m plifie r  reaches  it s sat ur at io n  st at e, t he  au xili ary tur ns  on a nd start s to  co nduct th e curren t.  I n  th is way,  the BO ’s  e ff ic i ency co uld be   enh a nce d.           Figure  1. Hi gh  peak - to - ave ra ge  pow e r  rati o   sig nal i n  t he  ti m e D om ain   [1 ]             Figure  2. Bl oc k diag ram  o f  st and a r d DP A  [ 3]           3.   EFFICIE NCY  EN HAN CE MENT TE CHNIQ UES   Stand a r d  D PAs  have  sho wn   a  good  ef fici ency  pe rfor m ance  at   6  dB  B O  le vel.  Howe ver,  m od er n  wireless  c omm un ic at ion   syst e m s  ask  f or  BO  le vels  i n  the  ra nge  of   8 - 12  dB  B O .  The refo re,  di ff ere nt  appr oach es   ha ve  been  propo sed  i n  the   li te ratur e  t o  e nh a nc e  the  e ff ic i en cy   at   a  la rge  B O.   I n  this   sect ion,  we   will  criti cal ly  r eview a  v a riet y o f  in novative   desig ns ,  d e scri bing thei r  a dv a ntages  and lim i ta ti on s.      3.1.      Asymme trical  DPA                     T o  c om pen sat e  for  t he  lo w  c urre nt  delive red  by  t he  peak i ng  sta ge,   a n  asy m m e tric al   DPA  ha s   bee n   pro po se d  in  [ 11 ] - [ 15] .  In   [ 11 ] ,  the  asym m et rical   op erati on  is  achieved  by  us in g  two  ti m e s  la rg er  tra ns ist or   f or   the  pea k in g  sta ge  to   ove rcom e  low  powe r   an d  im per fect   load   m od ulati on.  Althou gh  this  w ork   ha s  bette r   li near it y  and   good  ef fici ency,   around  5%  hi gh e r  tha n  the  c onve ntion al   D PA   [ 3] .  H owe ver,  us i ng   ver y   la rg e   transisto rs  le ads  to  inc reasi ng   t he  pro duc ti on   cost.  Furtherm or e,  the  l ow   t he  cu rr e nt   peak in g  sta ge   iss ue   cannot  be  co m ple te ly   reso lved   [ 12 ] .  To  s olv e  t his  pro bl e m ,  an  une ve n  po wer   di vide r  ap proac h  ha s  bee n  pro po se d  [ 12 ] .   I n  this   m et ho d,   t he  powe r  di vid er   is  desig ned  to   delive r  powe r  to   the  a ux il ia ry  br a nc h  m or e   than  that  deliv ered   to  the  m ai n  br a nc h  to  c om pen sat e  for  it s  low  current .  In   this  way,  the  sam e  cur ren t  from   bo t h  am plifie rs  can  be  deliv ered   a nd   proper  load  m od ul at ion   can  be   achieve d.   A s  a  resu lt ,  pro per  loa d  m od ulati on   ca n  be  achie ved,   le ading   to  the   BO’s  en han c e m ent.  In   sp it e  of   that,  the  lo w  pow e r  deliv ered   to   the  m a in  a m pli fier  has  resu lt e d  in  a  low  gain .  As  a  res ult,  be cause  the  f ull  DPA' s  gain  is  pr im aril y  dep end e nt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       High eff ic ie ncy   D oh ert y  powe r amp li fi ers   for  mod er n  wi rel e ss com municat ion … ( M us sa  Ma br ok )   1857   on   the  ga in  of   the  m ai n  a m p li fier.  Ther e f ore,  the  fu ll   DPA’s  gain  an d  ou t pu t  po wer   are  reduce d.   A no t her  m et ho d  of  ach ie vin g  asy m m et rical   DP A  is   to  feed   the  pe akin g  sta ge  wi th  a  high  dr ai n  bias  vo lt age  great er  than  that  of   t he   carrier  am plifie r,   as  i n  [ 13 ] ,   [14],  an d  [15].  Acc ordin g  to   the  stu dy  in  [ 12 ] ,  by  lo wer i ng   t he   carrier   am plifi er' s  dr ai n  vo l ta ge,   th e  BO' s  ef fici ency  is  increa sed   by   3.43%  wh e n  c om par ed  t o  t he   conve ntion al   DPA.  H oweve r,   the  m axi m um  ou tp ut  powe r  is  reduce d.   T his  is  du e  t o  th e  low  bias  vo lt age  of   the  car rier  am plifie r,   w hich  l eads  to   a  lo w  gain  a nd  out put  power.  As  a  resu lt ,  t he  ov e rall   DPA’s   gai n  a nd   ou t pu t  powe r   i s r e du ce d.        3.2.      O utput  c omb iner   m odi ficat i on       A no t her   go od   inv est igati on  in  the  li te ratur e   has  been   gi ve n  to  the  m od ifi cat ion   an d  opti m iz at ion   of   the  outp ut  c om bin er  of   t he   co nv e ntio nal  DPA.  In  the   w ork  of   [16] ,  cha racteri sti c  i m ped ance s  of   l oad  mo du la ti on   ne twork  (im pedance  in ver te r  and   global  m at ching)  are  a dju ste d  to  so l ve  the  pro ble m   of   incom plete   load  m od ulati on  ca us e d  by  cu rr e nt  unba la nce  betwee n  ca rr ie r   an d  pea king  am plifie rs .   Me asur em ents  resu lt s  show  an  eff ic ie ncy  enh a ncem ent  of  8%  an d  13%  at   sat ur at ion   a nd   B O  res pecti vely ,  wh e n  c om par ed  with   the  c onven ti onal   DPA .  I n  [ 17] ,  the  char act e risti c  im ped ance  of  t he  outp ut  m atch in g  netw ork  is  m od ifie d  ba sed  on  the  current  a nd   power   rati os  between   the  carrier  an d  the   peak in g  am pli fier  in  order  to   ach ie ve   co rr ect   l oad  m od ulati on   a nd  e nhance   the   eff ic ie ncy.   A   prot otype  was  de velo ped  at   3.4 5  GH z   us in g  sym m et rical   dev ic es  an d  eve n  power   div ide r.   T he  e f fici ency  is  i m pr ove d  by  2 - 3%   with  res pect  to  the   conve ntion al   DPA.  A  dif fere nt  ap proac h  is  pro po se d  in  [1 8],  w her e  t he   load  m od ula ti on   net wor k  of   t he   conve ntion al   DPA  is  rep la c ed  with  tw o  quarter - wav el e ngth  im ped ance   transfor m ers  and   a  s hunted  reacti ve   load  for  e ff ic i ency - band widt h  e nh a ncem ent  si m ultaneou s ly ,  as  show n  i n  Fi gure  3.   T he   pro posed   ci r cuit  is  fabr ic at ed  an d  m easur ed  for  va li dation  pu rposes.   Alth ough   the  m easur e d  resu lt s  s howe d  an  i m pr ovem e nt  in   eff ic ie ncy at t he  BO  le vel.  Howev e r, i t i s sti ll  lim it ed  to  6 d B B O.         Figure  3. Bl oc k diag ram  o f  th e D P A pr e sent ed  in  [1 8]       3.3.     Multi - w ay DPA                     T he  Mult i - way  DPA  co ns ist s  of   a  nu m ber   ( N)   of   ide ntica l  de vices  (N > 2),  one  f or   the  ca rri er  sta ge   and   N - 1  f or  th e  peak i ng   sta ge ,  as  show n  in  Figure  4  [12].  Un li ke  t he  co nventio nal  tw o - way  DPA,  wh i ch  has   two  pea k  ef fici encies,  one  at   t he  BO  an d   the  oth e r  at   the  peak   outp ut  pow er.  A dd it io nal  peaks  at   diff er ent  BO   le vels  can b e  pro duced b y  a m ul ti - way  DPA  ba sed  on  the   nu m ber  o f  t he  peak i ng  d e vice s.  F or   e xam ple,  the  3 - way  D PA   ca n  introd uce  th r ee  pea ks ,  t wo  at   dif fer e nt  BO  points   an d  on e   at   the  peak .  By   intr oduci ng   add it io nal  BO  le vels,  the  eff i ci ency  of   the  BO  will   be  extend e d.   T he  w ork  of  [ 19 ]   i m ple m ents  a  3 - wa y  DP A   us in g  th ree  30   watt   dev ic es,  on e  for  the  ca r rier  an d  tw o  f or   tw o  se par at e  peak i ng   am plifie rs.   The  m easur e d  resu lt s  s how   dr ai n  ef fici en cy   of  28 - 33%  at   8 - 10  dB  B O.   A no t her  3 - way  DPA  is  pr e sent ed  in   [ 20]   with   a  hi gh   BO  le vel  of   12  dB.  H oweve r,   it   req ui res  a  com plex  m ixed  sig nal  set up   to  co ntr ol  the  inp ut  po wer  of   t he   a m plifie rs.     T he   work   of   [ 21 ]   pro po se d  a  3 - way  DPA  with   a  high  BO  le ve l  of   11. 7  dB  without  the  ne ed  f or   a   com plica te d  m ixed - sig nal  set up.  U nlike  t he  conve ntion al   a sy m m e tric al   three - way  DPA  wh e re  th ree  id entic al   dev ic es  a re  use d,   t he  w ork  of  [ 22 ]   pro po se d  a  sym m e trical  appro ac h  w her e  one  60   W   transisto r  is  use d  f or   the  car rier   am plifie r  a nd  tw o  30  watt s  are   use d  for  t he  pea king  am plifie rs.   T he  pro pose d  desig n  ac hie ves  a n  eff ic ie ncy  of  33. 7%  at   6. 5  dB   BO.  Althou gh   the  ac hieve d  BO  is  low  wh e n  com par e d  to  the  co nv e ntion al   three - way  DPA.  Howe ver,  it   is  co ns ide red  a  cost - e ff ect iv e  desi gn  a nd  is   su it able  for  m odulate d  si gna ls  that  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   3 ,  Se ptem ber   20 21 :  18 55   -   18 60     1858   app ly   P AP R’s  reducti on  te ch niques.  M ulti - way  DPAs  have  show n  a  sig ni ficant  i m pr ov e m ent  in  eff ic i ency  at   high  BO  le vels.  H oweve r,   it   con t rib utes  to   increasi ng   t he   ci rcu it   siz e  an d  pr oductio n  c os t  as  m ulti - dev ic e s  (transi stors) a r e re qu ire d.             Figure  4. Bl oc k diag ram  o f  m ulti - way  DPA  [23]       3.4.     O th er  t e chniques                      Ot her   te chn iq ues  a re   propose d  in  t he  li te ratur e,  s uch   as  switc he d - m od e  D PAs.   In   the  w ork  of  [ 24 ] ,   the  c onve ntional   Cl ass  AB - C   DPA  is   re plac ed  with  t he  Cl ass - F,   as  sho w n  in   Fi gure  5.  The  m easur e d  resu l ts  sh ow  a  high  ef fici ency  of   50 %  is  achieved  at   7  dB  BO,  w hich  is  8%  hi gher  wit h  res pe ct   to  the  con ve ntion al   DPA.  Howe ve r,   the   Cl ass - F  PA s  s uffe r  f rom   no nlinearit y  issues  due  to  op e rati ng  i n  s a turati on  m od e  [25].   Ther e f or e,  dig i ta l  pr e - distor ti on   (DPD )  com bin e d  with  P A PR  reducti on  te chn i qu e s  are  app li ed  t o  m ee t  the   li near it y  requir e m ents.  I n  ot he r  w ork  [26],  a  blen de d  cl as s - EF  m od e  is  pro po se d.  Loa d - pull   analy sis  is  us e d  to  determ ine  the  loa d  im pe dan ce  at   the  f undam ental   fr equ e ncy.  Wh e reas,  loa d  im ped ance  at   harm on ic   fr e qu e ncy  is  set   accord i ng   t o  cl ass - EF  requirem ents.  The   propose d  desi gn   ac hieves  hig h  e ff ic ie ncy  at   bo th   peak  outp ut  po wer   a nd  at   the BO  re gion.  T he   m easur e d  res ults  show  e ff ic i ency  of  81.3%   and  68%  at   bo th  the   peak   a nd  BO  reg i on s ,  res pec ti vely .  The  Ga te   bias  adap ta t ion   te ch nique  was  pro pose d  in  [10]  to  so l ve   the   pro blem   of   BO’s  ef fici ency  degra dation  of  the  conven ti onal   DPA.  I n  th is  te chn iq ue,   the  gate  biases  of   bo t h  a m plifie rs  are  adap ti vely   ad justed  as  the  in pu t  po wer   inc r eases  by  us in g  an  exter nal  co ntr ol  ci rcu it   to  achiev e   pro per   lo ad  m odulati on  [ 12 ] .   The  wor k  of  [10]  pro posed   DPA  im ple m e nted  gate  bias  adap ti on  te c hniqu e.   The  gate  bias  of   t he  ca rr ie r   is  co ntr olled  s o  that  the   pea k  powe r  wit h  th e  optim u m   load  is  in crease d.  Th e   m easur ed  resu l ts  sh ow  high  ef fici ency,  over  62%  at   6  dB  BO.  T he  w ork  of  [27]  optim iz e d  the  carrie r’ s  offset   li ne  to  c om pen sat e  for  phas e  m is m at ch  at   the  B O  as so c ia te d  with   co nventio nal  DPA.  The   c har ac te ri sti c  i m ped ances   of   the  car rier ’s  offset  li ne  a nd  im ped ance  i nv e rter  a re  set   to  R 0 /2,  w hich  is  the   sam e  load   i m ped ance  at   the  BO,  in ste ad   of   R 0   in  co nventional  DPAs .  In   this  way,  the  desi gn   se nsi ti vity   is  m ov ed  from   the  BO  re gion ,  wh ic h  is  m o re  i m po rta nt  f o r  m od ulate d  sign al s  wit h  hi gh   P AP R ,  to  the  pea k  re gion.  T he   pro po se d  desi gn   a chie ves  a  high  ef fici enc y  of   60.7%  at   6.5  dB  B O,   w hile  showi ng   a   degra dation  of  pea k  ou t pu t p ow e r  of  le ss  t han  0.0 1  dBm .  Sign ific ant  pr ogress  i n  BO  e xtensi on is  show n  i n  [28],  w he re  a  la r ge  B O  le vel  of  15  dB   is  achieve d.   By   con tr olli ng  the  in pu t  po wer   of  the  ca r rier  DP A ,  the   var ia ti on  ra ng e  of  it s   op ti m u m   ou tpu t  i m ped ance  can  be  re duce d  an d  the  eff i ci ency  ov e r  a  la rg e  OB O  co uld   be  e nh a nc ed.   F or  ver ific at io n,   th e  prototype  wa s  dev el op e d  at   2.56   GH z  us in g  galli um   nitri de  high  el ect ron  m ob il ity  transisto r   (G a N  HEMT )   dev ic es .  Me as ur em ent  res ults  sho w  a  DE   of  58 - 63%  at   15  dB   OB O  w it h  an   ave rage   outp ut  powe r  of  28  dBm .  Although   a  la rg e  BO  le vel  is  achieve d  in  this  wor k.  O n  the  oth er   hand,   t he  pro po s e d  desig n  nee de d  to  be  te ste d  to  ver i fy  it s  l inearit y  perfor m ance.  In   c on trast   to  conve ntion al   DPAs,   load  m od ulati on   is  achieve d  i n  [ 29] ,  [ 30]   with out  the   us e   of  a  quarte r - w ave le ng th   im ped ance  in ve rter.   I n  th i s   desig n,  the   im ped a nce   seen   by  the   m ai n  am pl ifie r  is  m od ulate d  acc ord ing  to  t he  c urr ent  c on tri bu te d  by  t he  peak i ng   am plifie r.   The  pr opose d  desi gn   ac hi eves  an  ef fici ency  of   50%  a t  6  dB  BO  and  it   can  con trib ute  to  reducin g  t he o ccup ie d  a rea.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       High eff ic ie ncy   D oh ert y  powe r amp li fi ers   for  mod er n  wi rel e ss com municat ion … ( M us sa  Ma br ok )   1859     Figure  5. Cl ass - F  Dohe rty  po wer am plifie r  [ 24 ]       4.   CONCL US I O N                         In   c oncl us i on,  the  m os t  recent  li te ratur e  on  ef f ic ie ncy  enh a nc e m ent  te chn i qu e s  of  the   D oh e rty   powe r  am plifier   has  bee n  re viewed   a nd  crit ic al ly   discuss ed .  Th e  m ai n  dr a wb ac k  of   eac h  te chn iq ue  has  bee n  highli gh te d.   D iffer e nt  te ch niq ue s  ha ve  bee n  disc us se d,   s uch   a s  an  a sym m e tric al   DP A,   ou t pu t  c om bin er   m od ific at ion ,  m ul ti way  DP A,   c on ti nu ous - m od e  DPAs,   gate  bias  a da ption,  a nd   offset  li ne  opti m iz at ion .   Am on g  t he   pro pose d  te c hn i ques,   asy m m et ri cal   ap proach  c an  be  c onside r ed  as   a  sim ple  an d  str ai ghtfo rw a rd  so luti on  to  e nhance   the  BO ’s  ef fici ency.  Howe ver,  it   ha s  a  lim it ed  ban dwidt h.   As  a  resu lt ,   ba ndwidt h  extensi on tech nique ca n be  use d  i n  c onjun ct ion   with it  t o  e valuat e t he  ef fi ci ency o ver a  wide - ba ndwi dth .       ACKN OWLE DGE MENTS                      T he  auth or s  gr at ef ully   ackn owle dg e  Un i ver sit i  Tekn i kal  Ma la ysi a  Melaka  (U TeM )  unde r  the   Zam a la h  Sche m e  fo r   sup porting  this  rese arch  w ork ,  a nd  U niv e rsita s  A hm ad  Da hlan   t o  s uppo rt  this   colla borati ve r esearch .         REFERE NCE S    [1]   C.   Ramel la,  A.   Piac ib ello,   R .   Quagli a ,   V.   Ca m arc hia ,   and   M.  Pirol a,   “ High  Eff iciency   Pow er  Am pli fie rs  f or   Modern  Mobile   Com m unic at ions:  The   Loa d - Mo dula ti on   Approa ch, ”   E le c tronic s ,   vol.   6 ,   no.   4,   p .   9 6,   Nov.  2017 ,   doi:   10 . 3390/ele ct roni cs6040096.   [2]   H.  Chire ix,   "H ig h  Pow er  Outphasing  Modulat ion , "  in   Proc ee ding s  of  the   Instit ute  of  Radi o  Engi n ee rs ,  vol.   23,   no .   11 ,   pp .   1370 - 13 92,   Nov.   1935,   d oi:   10 . 1109/JRP ROC.1935. 2272 99.     [3]   V.  Camarc h ia, M .   Pirola,  R .   Qu ag lia,   S.  Je e, Y.   Cho  and  B .   Kim ,   "The   Dohert y   P ower  Am pli fie r:   Revi ew  of   Re cent   Soluti ons  and  Tre nds,"  in   IE EE   Tr ansacti ons  on   Mic rowave  The ory  and  Techni ques ,   vol.   63,   no.   2,   pp.   559 - 571,   Feb.   2015 ,   doi :  1 0. 1109/T MT T. 2 014. 2387061.   [4]   S.  Cripps,   “ RF   power  amplifiers  for  wire l ess c om m unic at ions, ”  A rte ch   Hous e,   200 6.   [5]   K.  Kato   et  al . ,   "A   83 - W ,   51%  GaN  HEMT  Do her t y   power  am pli fier  for  3. 5 - GHz - band  LT E  b ase   stat ions,"   20 16  46th  European   Mic rowave   Conf ere nce ( EuMC) ,   2016,   pp .   572 - 5 75,   doi :  10 . 1109 /E uMC.2016. 78 24407.     [6]   J.  Zhou,  W .   C hen,   L.  Chen  a nd  Z.  Feng,   "3. 5 - 0Hz  High - Eff ic i ency   Bro adband  As y m m et ric  Dohert y   Pow e r  Am pli fie r  for  5G  Applic at ions , "   2018  Inte rnati onal  Confe renc e   on  Mic rowave  and  Mil li me te r  Wav e  Techno log y  ( ICMMT ) ,   2018,   pp.   1 - 3,   doi: 10.1109/ICMM T. 2018. 8563718.     [7]   A .  M.  Abdulkhal eq  e t  al . ,   "A   70 - W   As y m m et ri ca l  Dohert y  Pow er  A m pli fie r  for  5G  Bas e  Stat ions,  " 9th  Inte rnational   Co nfe renc e  on  Bro adband  Comm u nic ati ons ,   Net wo rks,  and  Syste ms ,   2018,   doi :  10. 1 007/978 - 3 - 030 - 05195 - 2_44.     [8]   N.  W a ta nabe,  J.  W ong,   A.  Greb enni ko  and  G.  Nishio,   "A   High - Eff iciency   4 . 35 - 4. 85  GH z  Dohert y   Am pli fie r  fo r  Base  Stat ion  Applic a ti ons,"   2 018  Asia - Pacific  Mic rowav e  Confe renc e  ( AP MC) ,   2018,   pp.   992 - 994,   d oi :   10. 23919/APM C. 2018. 8617418 .     [9]   M .  Mabrok,  Z .  Za kar ia,  and   H .   Alsarie r a,  "Rev ie w  of  R ec en t  Tre nds  on  Pow er  Am pli fie r   De sign  for  Moder n   Com m unic at ion  S y stems , "   Inte rn ati onal  Journal  on  Comm unic ations   Ant enna   and   Propagati on   ( IRE CAP ) ,   vo l.  10 ,   no.   2 ,   pp .   67 - 83 ,   2020,   doi: 10. 15 866/i re ca p. v1 0i2 . 17679.           [10]   Y .   Park,   J .   Lee,  S.  Jee ,   S .   Kim   and  B.   Kim ,   "O pti m iz ed  Doh erty   power   amplifier  with  a  new  o ffset  li n e, "   2015   IEE E   MTT - S  Int ernati onal   Mic r owave   S ymposium ,   2015,   pp.   1 - 4,   doi: 10. 1109 /MW SYM.2015 . 7166743.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   3 ,  Se ptem ber   20 21 :  18 55   -   18 60     1860   [11]   J.  Kim ,   B.   Fehri,   S.  Boum ai z a ,   and  J.  W ood,   “ Pow er  eff ic ienc y   a nd  li n ea r ity   enh ancem ent   using  opti m iz ed  as y m m et rical  Dohert y   power  a m pli fie rs,”   I EE E   Tr ans.  Mic row.  Theory  Tech. ,   v ol.   59,   no.   2,   pp .   425 – 434,   2011,   doi:   10 . 1109/TM TT . 2010. 2086 466.     [12]   B .   Kim ,   Dohert y   Pow er  Am plifiers  from   Fundam ent al s  to  Ad vanc ed  Design   Met hods,  Aca d e m ic   Press ,   1s t   editi on ,   2018.     [13]   D.  Y.  W u  and  S.   Boum ai za ,   "A   Mixed - Technol o g y   As y m m et rica lly   B ia sed  Ex te n ded  and  Rec onf i gura ble   Doher t y   Am pli fie r  with  I m prove d  Pow er  Util izati on   Fact o r, "  in   I EE E   Tr ansacti ons  on  Micr owave   Theory  and  Techni ques ,  vo l.   61 ,   no .   5 ,   pp .   1946 - 1956 ,   Ma y   2013,   doi: 10. 1 109/T MTT . 2013 . 2252188.     [14]   D.  Gus ta fss on,   C.   M.  Anderss o n  and  C.   Fager ,   "A   novel   wid e band  and  rec onf igura bl e  high  av era ge   eff i cienc y   power  amplifi e r, "   2012  IE EE / MTT - S  Inte rnational   Mi crowave   Symposium   Digest ,   20 12,   pp.   1 - 3,   do i :   10. 1109/MW SYM.2012 . 625957 3.     [15]   J.  Pang,   S .   He ,   Z.   Da i,  C.   Huan g,   J.  Peng   and   F.  You,  "D esign   of  a   Pos t - Matching  As y m m et ri c  Dohert y   Pow e r  Am pli fie r  for  Broadba nd  Applicati ons,"  in   IEEE   Mic rowave  and   Wirel ess  Components  Lett ers ,   v ol.   26,   no.   1 ,   pp.   52 - 54,   Jan .   2016 ,   doi :  10 . 1109/LM W C. 2015. 2505651.     [16]   S.  Chen  and  Q.  Xue,   "O ptim iz ed  Loa d   Modulat ion   Netw ork  for  Dohert y   Pow er  Am pli fie r  Perform an c e   Enha nc ement, "  i n   IEEE  Tr ansacti ons  on  Mic rowave  Theory  and  Techni ques ,   vol .   60,   no.   11,   pp.   3474 - 3481,   Nov.   2012,   doi :  10 . 11 09/T MTT . 2012. 2215625.     [17]   J.  Xia,   X .   Zhu ,   L.   Zh ang,  J.  Zh a i  and  Y.  Sun,   "H igh - Eff i ci en c y   G aN  Dohert y   Pow er  Am pli fie r  for   100 - MH z  LT E - Advanc ed  Appl ic a ti on  Based  o n  Modifie d  Lo a d  Modulat ion  Network, "  in   I E EE   Tr ansacti on s  on  Mic rowave  Theory   and  Te ch nique s ,   vo l. 61,  no.   8 ,   pp .   2911 - 2921,   Aug.   2013 ,   doi   10. 1109 /TM TT . 2013. 2269 052.     [18]   W a  Kong,  Jing  Xia,   Da - W ei   Di ng,   Li - Xia  Yan g,   Chao  Yu,  and  Yongzha o  Zha n,   "A   W ide band  Dohert y   Pow er   Am pli fie r  with   Shunted  Re ac t iv e  Lo ad  for   Eff iciency   Enha n ce m ent , "   Progress   In  Elec tromagnet ic s  R ese arch  C ,  Vol.   74 ,   pp .   151 - 160,   2017 ,   do i: 10.25 28 /P IER C170 31703 .       [19]   S.  M.  W ood,   R.   S.  Pengel l y   and  M.  Suto,  "A   hig h  power,   high  ef fic i ency   UM TS  amplifi er  using  a  novel   Dohe r t y   conf iguration, "   Radi o  and  Wirel ess  Confe renc e,   2003.   R AWC ON  '03.  Proce e dings ,   2003,   pp.   329 - 332,   doi:  10. 1109/RAW CON . 2003. 1227959.     [20]   W .   C.   E .   Neo ,   J.  Qureshi,   M.   J.  Pelk ,   J.  R .   Ga ja dhar sing  and  L.   C .   N.  d e  Vre ede ,   "A   Mixed - Signal   Approac h  Towa rds  Li nea r   and  Eff ic i ent   N - W a y   Dohert y  Am pli fie rs,"  in   IEEE  T rans act ions  on  Mic row ave   Theory  and   Techni ques ,   vol .   55,   no.   5,   pp.   86 6 - 879,   Ma y   200 7,   doi :  10 . 1109/ TMTT . 2007 . 895 160.     [21]   H.  Golesta n eh,  F.  Arfaei  Mal ekz ad eh  and   S.   Boum ai za,  "T hre e - wa y   Doher t y   power  ampli fie r  for  eff i cien t   amplifi c at ion  of  wideba nd  signals   w it h  ext ende d  PA PR , "   2014  IEE E  Radi o  and  W irel ess  Symposium  ( RWS) ,   2014,   pp.   136 - 138 ,   doi :  10. 1109 /RWS . 2014. 6830163.     [22]   H.  Kang   et   al . ,   "S y m m et ri c  Thr ee - W a y   Dohert y  Pow er  A m pli fie r  for  High  Eff i ci en c y   and  Li n e ari t y , "  in   IE EE  Tr ansacti ons  o n  Circui ts  and  Syste ms   II:  Ex press   Brie fs ,   vol.   64,   no .   8,   pp.   862 - 866,   Aug.  2017,   doi :  10. 1109/T CS II. 2 016. 2609460.     [23]   J.  W ong,   N.  Wa ta n abe   and  A.  Grebe nnikov,   " High - Pow er  Hig h - Eff iciency   Ga N  HEMT  Doher t y   Am pli fie r s  fo r   Base  Sta ti on  Ap pli c at ions, "  IEI C E  Tr ansacti ons  on  Elec tron i cs ,   2 021,   doi :  10 . 110 9/PAW R. 2018. 8310055.   [24]     C.   Fan,   X.   Zhu ,   J.  Xia   and  L.  Z hang,   "Ef ficien c y   enha n ce d  C la s s - F  Dohert y   po wer  amplifier  at   3. 5GH z  for  L TE - Advanc ed  appl i ca t ion, "   2013  Asia - Pacific  Mi crowave   Conf ere nc e  Proceedi ngs  ( AP MC) ,   2013,   p p.   707 - 709,   do i :  10. 1109/APM C. 2013. 6694963.   [25]   M.  Saje din ,   I.   T.   E .   El f erg an i,  J.  Rodrigue z ,   R.   Abd - Alhamee d,   and  M.  F.  Barc i el a ,   “ A  Su rve y   on  RF   an d   Microwa ve  Doh erty   Pow er  Ampli fier  for  Mobile   Handset   Appl ic a ti ons,”   E le c tronic s ,   vol .   8,   no .   6,   p.   717 ,   Jun.   2019,   doi :  10 . 3 3 90/e l ec tron ic s80 60717.   [26]   A.  Bara ka t,   M.  Thi an  and  V.  Fus co,   "A   High - Eff iciency   GaN  Dohert y   Pow er  Am pli fie r  with  Ble nded  Cl ass - EF  Mode  and  Loa d - Pull  Te chn ique,"  in   IE EE   Tr ansacti ons  on  Circuits  and  Syste ms   II:  Ex press   Brie f s ,   vol.   65,   no .   2 ,   pp.   151 - 155 ,   Fe b .   2018 ,   doi :  10 . 1109/T CS II. 201 7. 2677745.     [27]   Y.  Park,   J.  Le e,   S.  Jee ,   S.  Kim   a nd  B.   Kim ,   "G at e  Bia s  Adapta t io n  of  Dohert y   Pow er  Am pli fie r  for  High  Eff ic ien c y   and  High  Pow er , "  in   I EEE  Mi crowave   and  W ire le ss   Component s  Lett ers ,   vol .   2 5,   no.   2 ,   pp .   13 6 - 138,   Feb.   201 5,   doi:   10 . 1109/LM W C. 2014. 2373637.     [28]   T.   Qi  and  S.  He,  "D esign  of  high  eff ic i ency   Dohe rt y   power  ampli fie r  apply i ng  po wer  cont rolling  t ec hnolog y   with   15dB  output   power  bac k - off, "   2 017  47th  European  Mic rowave   Confe renc e  ( EuMC) ,   2017,   p p.   576 - 579,   doi :  10. 23919/E uMC . 2017. 8230913 .     [29]   A.   M.  Abdulkha le q   e t  al. ,   “ Loa d - m odula ti on  t echnique   without   using  quar te r - w ave l engt h  tr ansm ission  li ne, ”  I ET   Mic rowaves, An t ennas  Propag. ,   vol.   14 ,   no .   11 ,   p p.   1209 - 1215 ,   S ep.   2020 ,   do i: 10 . 1049/iet - m ap. 2 019. 0957.   [30]   A.  M.  Abdu lkh al eq   et  al . ,   "A   Com pac t  Loa d - Modulat ion  Am pli fier  for  Im prove d  Eff i cienc y  Next  Gene r at io n   Mobile , "   202 0   50th  European  Mic row ave   Conf ere n ce   ( EuMC) ,   2021,   pp.   1091 - 1094,   doi:   10. 23919/E uMC 48046. 2021. 933 7980.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.