基于负阻抗变化的宽频带有源发射天线研究

摘要

近些年来，随着无线通信技术的飞速发展，对与之相适应的通信设备带宽要求越来越高，这就要求天线具有尺寸小、宽频带等特点。而负阻抗匹配电小有源发射天线所具有的独特优点很受人们关注，它有效地突破了无源匹配带宽窄和效率低的技术限制，更有利于短波天线实现小型化与宽带化。
　　 本文重点研究了负阻抗匹配有源电小天线的相关理论，并对负阻抗匹配的有源发射天线进行了设计和测试。首先本文介绍了负阻抗匹配电小天线的研究背景、发展历史以及其优点，接着分析了有源天线的基本原理和电小天线的阻抗特性和工作频带宽度等相关技术指标。在充分阐述了无源匹配电小天线难于实现宽带化的基本限制基础上，通过分析福斯特电抗定理引出了非福斯特即负阻抗特性，通过对负阻抗匹配有源发射天线的理论分析得出该种方法理论上可以有效的展宽天线工作频带，并能与发射机实现良好匹配。
　　 之后本文对负阻抗变换器进行了深入研究，在对负阻抗变换器的基本原理和稳定性详细分析基础上，采用运算放大器分别设计了电流反转型、电压反转型和浮地型负阻抗变换器，并对它们进行了理论和仿真分析并进行了实物测试验证，为有源负阻抗匹配网络的设计打下了理论和实践基础。
　　 最后本文根据基于负阻抗匹配宽带有源电小天线的设计方法，通过HFSS仿真分析天线辐射器的阻抗参数，为有源匹配网络的参数设计提供了依据，本文提出并采用运算放大器设计了两种有源匹配网络的设计方案，分别为电流反转型和浮地型负阻抗匹配网络，它们均具有电路简单，稳定性高的特点。最后对天线进行了等效测试，测试结果表明两种匹配方案均能实现有源天线宽频带匹配的目的，带宽可达几十个倍频程，能较好地实现与50Ω同轴电缆匹配，证实了理论分析的正确性和方法的可行性及有效性。