[发明专利]小型化低相噪自振荡有源天线

说明书

本发明公开了一种低相噪自振荡有源天线，包括置于介质基板顶层的直流电压源、偏置扼流微带电路、晶体管、接地孔焊盘、集电极匹配网络、基极匹配网络、电容、集电极传输线、基极传输线、矩形微带天线、滤波器，置于介质基板底层的金属地板以及贯穿顶层和底层的金属化接地过孔。本发明结构简单、体积小，具有优越的相位噪声性能和直流‑射频转换效率，便于设计和调试。

技术领域

本发明属于有源天线技术领域，具体为一种小型化低相噪自振荡有源天线。

背景技术

在自振荡有源天线中，天线除了作为辐射元件外，还起到谐振器的作用，是多载波射频识别和物联网系统中作为远程无线电力传输连续波充电源的优良选择。国外学者在此研究领域取得了诸多进展，而国内关于自振荡有源天线的研究则鲜有报道。自振荡有源器件提供环路增益补偿天线损耗，以维持稳定的振荡。振荡频率主要由天线的谐振频率决定，辐射元件可以是平面、偶极子或缝隙天线，并具备所需的辐射特性，如波束宽度、极化和效率等。

自振荡有源天线中辐射元件带宽的典型值对应于相对较低的品质因数，这导致振荡器输出信号具有高相位噪声。相位噪声从频域的角度表示信号的短期稳定度，相噪性能差会导致有用信号被其它信号干扰而难以被接收机获取，因此关注相噪性能十分必要。在已实现的相位噪声抑制技术中，锁相环法和注入锁定法以设计和制造的复杂性为代价来改善相位噪声性能，而反馈环法以相对简单的结构提供了良好的相噪性能，因此受到了人们广泛的关注。2014年，SunHwaJeong等人设计使用高品质因数的贴片谐振天线作为频率稳定器件，通过增加开环电路的群延时以提高有载品质因数，进而减小了相位噪声，但是该设计体积大、环路设计复杂，不便于优化和调试，尽管使用了包括天线在内的多个谐振器耦合，但是开环电路的群延时仍然不是很高。Jonghoon Choi等人在平面振荡器的研究中实现了利用椭圆滤波器通带边缘形成的群延迟峰值来降低相位噪声，研究的类别归于振荡器而不是自振荡有源天线，但是这种设计思路可以和自振荡有源天线结合，即由于滤波器的带通特性体现为传输系数在一定频带内变化，当通带相对较窄，传输系数变化剧烈，变化最剧烈的频点即对应群延时峰值，可以将辐射元件的谐振频率设计在此处，而这种设计思路还未有实现。总之，在反馈回路中增加群延时是一种良好的相噪抑制手段，但在设计自振荡有源天线中还未实现小型化、低相噪、结构简单易调整等优良的特性。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种低相噪自振荡有源天线，以解决现有技术在设计有源天线时相噪性能差、结构繁冗的问题，并进一步减小系统尺寸。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种低相噪自振荡有源天线，包括置于介质基板顶层的直流电压源、偏置扼流微带电路、晶体管、接地焊盘、集电极匹配网络、基极匹配网络、电容、集电极传输线、基极传输线、矩形微带天线、滤波器，置于介质基板底层的金属接地板；

所述直流电压源与偏置扼流微带电路的输入端相连，集电极匹配网络和基极匹配网络的输出端分别与偏置扼流微带电路的2个输出端相连，偏置扼流微带电路的另外2个输出端分别与2个电容的一端连接，2个电容的另一端分别通过集电极传输线和基极传输线连接到矩形微带天线和滤波器，矩形微带天线的上侧边与滤波器的输入端耦合相邻且相互平行；晶体管的基极和集电极分别连接到集电极匹配网络和基极匹配网络的输入端，晶体管的发射极与接地焊盘连接。

优选地，所述偏置扼流微带电路包括电源焊盘、第一传输线、第二传输线、2个电阻、2条第三传输线、2个扇形微带线、2条高阻线、2条第四传输线；

直流电压源的输出端连接到电源焊盘，电源焊盘与第一传输线的一端相连，第一传输线的另一端与第二传输线的垂直相连，第二传输线的两端分别与2个电阻的一端相连，2个电阻的另一端分别与2条第三传输线的一端相连，2条第三传输线的另一端均分别连接有1个扇形微带线，2个扇形微带线位于2条第三传输线的左侧，2个扇形微带线均分别与一条高阻线的一端连接，且高阻线向左弯折以减小电路面积，2条高阻线的另一端与2条第四传输线垂直相连，2条第四传输线的一端与电容相连，另一端分别与集电极匹配网络和基极匹配网络相连。