[發明專利]利用非福斯特電路的高頻頻率響應進行寬帶阻抗匹配方法

有效

• 申請號: 201410006237.0
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103780224B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 朱安杰;楊婧茹;冉立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03H11/28
• 分類號: H03H11/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種利用非福斯特（Non-Foster）電路高頻頻率響應進行寬帶阻抗匹配的方法。

背景技術

隨著調頻、擴頻等先進通信技術的廣泛應用，大規模集成電路與空間技術的發展和電子器件的體積日趨小型化，對通信設備的小型化和系統帶寬也提出了更高的要求。天線作為通信設備中的關鍵部件，是電磁能量由設備到空間的轉換器，其性能好壞直接影響到設備的工作質量，因此對天線的小型化和帶寬研究一直以來都是該領域內的研究熱點。

近年來，對非福斯特器件的研究結果表明：在微波領域內，該器件可以應用于小天線或超材料中，抵消其高電抗，達到阻抗匹配，增加帶寬的效果。目前許多應用受到負阻抗變換電路的帶寬限制，只能實現500MHz以內的非福斯特器件。大部分的研究人員都致力于該頻段頻率特性的使用，難以突破頻率瓶頸。隨著頻率要求的提高，對這種電路的頻響特性的要求也會進一步提高，因此，進一步研究非福斯特器件頻率特性對于天線的小型化，對提高天線的工作性能具有重要意義。

發明內容

為了進一步研究非福斯特器件頻率特性對于天線的小型化，本發明的目的在于提供一種利用非福斯特電路的高頻頻率響應進行寬帶阻抗匹配方法，對提高天線的工作性能具有重要意義。

本發明采用的技術方案是：

將電小尺寸天線與非福斯特模塊相連接，利用非福斯特模塊頻率響應諧振點右側的負電抗特性，補償電小尺寸天線的高頻電抗，達到高頻處寬帶阻抗匹配的目的。

所述的電小尺寸天線的高頻電抗補償方法為：電小尺寸天線的阻抗等效成電容，高頻處，電小尺寸天線的電抗曲線與非福斯模塊頻率響應的頻響諧振點右側的負電抗曲線疊加，使得總電抗值為零，實現高頻處的寬帶匹配。

本發明具有的有益效果是：

傳統非福斯特模塊應用于電小尺寸天線中時，只能利用低頻響應進行電抗補償，具有無法在高頻實現寬帶阻抗匹配的缺陷。本發明可以利用非福斯特模塊頻率響應諧振點右側的負電抗區域來實現電小尺寸天線的電抗補償，進而達到高頻處寬帶匹配。

附圖說明

圖1是本發明中非福斯特電路的頻率特性曲線。

圖2是非福斯特電路模塊的原理圖。

圖3是非福斯特模塊與電小尺寸天線的連接框圖。

圖4是傳統非福斯特電路色散補償的基本原理圖。

圖5本發明中非福斯特電路在高頻進行色散補償的基本原理圖。

圖中：1、本發明中非福斯特電路阻抗的電阻特性曲線，2、本發明中非福斯特電路阻抗的電抗特性曲線，3、傳統非福斯特電路的頻率色散研究范圍，4、本發明的非福斯特電路的頻率色散研究范圍，5、頻響諧振點，6、非福斯特模塊，7、電小尺寸天線，8、理想負電容的電抗色散曲線，9、理想正電容的電抗色散曲線，10、本發明中電抗色散補償區域。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

如圖3、圖5所示，本發明將電小尺寸天線7與非福斯特模塊6相連接，利用非福斯特模塊頻率響應的頻響諧振點5右側的負電抗特性，補償電小尺寸天線7的高頻電抗，達到高頻處寬帶阻抗匹配的目的。

所述的電小尺寸天線7的高頻電抗補償方法為：電小尺寸天線7的阻抗等效成電容，高頻處，電小尺寸天線7的電抗曲線與非福斯模塊頻率響應諧振點右側的負電抗曲線疊加，使得總電抗值為零，實現高頻處的寬帶匹配。

福斯特理論即對于一個無源無耗的一端口網絡，其輸入電抗和輸入電納的對頻率的斜率總是正的，然而違背福斯特理論的導抗也是可以利用特殊的有源網絡來實現的。該有源網絡的導抗的虛部隨頻率遞減，即表現為負電感和負電容。

在實際應用中，普通電感和電容在低頻段可以被認為是理想的電感和電容，但是隨著頻率的增加，由于寄生參數影響的增大，電阻和電抗部分的斜率開始變化，同時伴隨有諧振點的出現。由因果系統的理論可知：任何物理可實現的線性時不變的因果穩定收斂網絡，無論是否滿足福斯特理論，其頻率響應的實部和虛部均滿足克拉莫-克若尼關系式。一個有耗網絡的阻抗在全頻段內是隨頻率而變化的，那么也可以稱該網絡為色散的。任何一個實際的RLC網絡，當其電抗或電納變為零的時候，都可以觀察到由電路元器件或電路中的寄生參數引起的洛倫茲諧振，而一個非福斯特器件的阻抗頻響則與普通RLC網絡相反，全頻段可觀察到逆洛倫茲諧振，即阻抗的電阻和電抗與普通的阻抗的色散曲線是相反的。非福斯特電路可采用晶體管或者運算放大器來實現。該種電路可以將輸入的電壓反相輸出，而與輸入電流保持同相，使得到的阻抗為負。