[发明专利]利用非福斯特电路的高频频率响应进行宽带阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用非福斯特（Non-Foster）电路高频频率响应进行宽带阻抗匹配的方法。

背景技术

随着调频、扩频等先进通信技术的广泛应用，大规模集成电路与空间技术的发展和电子器件的体积日趋小型化，对通信设备的小型化和系统带宽也提出了更高的要求。天线作为通信设备中的关键部件，是电磁能量由设备到空间的转换器，其性能好坏直接影响到设备的工作质量，因此对天线的小型化和带宽研究一直以来都是该领域内的研究热点。

近年来，对非福斯特器件的研究结果表明：在微波领域内，该器件可以应用于小天线或超材料中，抵消其高电抗，达到阻抗匹配，增加带宽的效果。目前许多应用受到负阻抗变换电路的带宽限制，只能实现500MHz以内的非福斯特器件。大部分的研究人员都致力于该频段频率特性的使用，难以突破频率瓶颈。随着频率要求的提高，对这种电路的频响特性的要求也会进一步提高，因此，进一步研究非福斯特器件频率特性对于天线的小型化，对提高天线的工作性能具有重要意义。

发明内容

为了进一步研究非福斯特器件频率特性对于天线的小型化，本发明的目的在于提供一种利用非福斯特电路的高频频率响应进行宽带阻抗匹配方法，对提高天线的工作性能具有重要意义。

本发明采用的技术方案是：

将电小尺寸天线与非福斯特模块相连接，利用非福斯特模块频率响应谐振点右侧的负电抗特性，补偿电小尺寸天线的高频电抗，达到高频处宽带阻抗匹配的目的。

所述的电小尺寸天线的高频电抗补偿方法为：电小尺寸天线的阻抗等效成电容，高频处，电小尺寸天线的电抗曲线与非福斯模块频率响应的频响谐振点右侧的负电抗曲线叠加，使得总电抗值为零，实现高频处的宽带匹配。

本发明具有的有益效果是：

传统非福斯特模块应用于电小尺寸天线中时，只能利用低频响应进行电抗补偿，具有无法在高频实现宽带阻抗匹配的缺陷。本发明可以利用非福斯特模块频率响应谐振点右侧的负电抗区域来实现电小尺寸天线的电抗补偿，进而达到高频处宽带匹配。

附图说明

图1是本发明中非福斯特电路的频率特性曲线。

图2是非福斯特电路模块的原理图。

图3是非福斯特模块与电小尺寸天线的连接框图。

图4是传统非福斯特电路色散补偿的基本原理图。

图5本发明中非福斯特电路在高频进行色散补偿的基本原理图。

图中：1、本发明中非福斯特电路阻抗的电阻特性曲线，2、本发明中非福斯特电路阻抗的电抗特性曲线，3、传统非福斯特电路的频率色散研究范围，4、本发明的非福斯特电路的频率色散研究范围，5、频响谐振点，6、非福斯特模块，7、电小尺寸天线，8、理想负电容的电抗色散曲线，9、理想正电容的电抗色散曲线，10、本发明中电抗色散补偿区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图3、图5所示，本发明将电小尺寸天线7与非福斯特模块6相连接，利用非福斯特模块频率响应的频响谐振点5右侧的负电抗特性，补偿电小尺寸天线7的高频电抗，达到高频处宽带阻抗匹配的目的。

所述的电小尺寸天线7的高频电抗补偿方法为：电小尺寸天线7的阻抗等效成电容，高频处，电小尺寸天线7的电抗曲线与非福斯模块频率响应谐振点右侧的负电抗曲线叠加，使得总电抗值为零，实现高频处的宽带匹配。

福斯特理论即对于一个无源无耗的一端口网络，其输入电抗和输入电纳的对频率的斜率总是正的，然而违背福斯特理论的导抗也是可以利用特殊的有源网络来实现的。该有源网络的导抗的虚部随频率递减，即表现为负电感和负电容。

在实际应用中，普通电感和电容在低频段可以被认为是理想的电感和电容，但是随着频率的增加，由于寄生参数影响的增大，电阻和电抗部分的斜率开始变化，同时伴随有谐振点的出现。由因果系统的理论可知：任何物理可实现的线性时不变的因果稳定收敛网络，无论是否满足福斯特理论，其频率响应的实部和虚部均满足克拉莫-克若尼关系式。一个有耗网络的阻抗在全频段内是随频率而变化的，那么也可以称该网络为色散的。任何一个实际的RLC网络，当其电抗或电纳变为零的时候，都可以观察到由电路元器件或电路中的寄生参数引起的洛伦兹谐振，而一个非福斯特器件的阻抗频响则与普通RLC网络相反，全频段可观察到逆洛伦兹谐振，即阻抗的电阻和电抗与普通的阻抗的色散曲线是相反的。非福斯特电路可采用晶体管或者运算放大器来实现。该种电路可以将输入的电压反相输出，而与输入电流保持同相，使得到的阻抗为负。