面向天线应用的非福斯特电抗元件设计

摘要

随着无线通信事业的发展和人们对高质量信息传递的依赖,针对天线的部分也提出了越来越高的要求。人们在致力于提高天线自身性能的同时,不得不把一部分精力转向天线与匹配电路技术上的研究。通过使用负阻抗变换器来实现匹配电小天线的非福斯特电路,能够有效地突破效率低和无源匹配带宽窄的技术限制,有利于天线的宽带化与小型化。本文研究了非福斯特电抗元件的性质与应用,主要工作包括以下几个方面:
　　1.设计并研究了晶体管实现的接地非福斯特电抗电路。首先,建立了 SP仿真模型,得到了接地型非福斯特电抗电路负阻抗变换系数与元器件之间的关系。其次,建立了PB仿真模型,在将该电路与电小天线的等效电路并联后,抵消了电小天线的虚部电抗。再次,采用反射系数分析法分析该接地型非福斯特电抗电路并得出了具有良好稳定性的结论。最后,对该电路的交流参数和直流偏置参数进行分析,确定了适合该电路的最佳交流参数,讨论了直流偏置参数对电路影响。
　　2.设计并研究了晶体管实现的浮地非福斯特电抗电路。首先,建立了 SP与PB仿真模型,验证了理论的可行性。其次,将该电路与电小天线的等效电路串联,抵消了电小天线的虚部电抗。再次,采用反射系数分析法分析了电路端口与晶体管端口的电性能参数,得出了浮地型非福斯特电抗电路具有良好的稳定性的结论。最后,对该电路的交流参数和直流偏置参数进行分析,确定了适合该电路的最佳交流参数,讨论了直流偏置参数对电路影响。
　　3.设计并研究了运算放大器实现的非福斯特电抗电路。首先,设计了以运算放大器为核心元器件的接地型和浮地型非福斯特电抗元件的电路,优化电路模型消除了电路的潜在不稳定因素。其次,将电小天线的等效电路模型分别与接地型非福斯特电路并联连接和浮地型非福斯特电路串联连接,在工作频段2MHz-30MHz实现了良好的匹配效果。再次,仿真分析了元器件对于非福斯特阻抗电路的影响。最后,加工接地型非福斯特电路实物并采用了正负电容并联抵消的方法进行测试,实验结果表明该电路能在2MHz-30MHz实现负电容的特性。

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第一章 绪论

1. 1研究背景

1. 2非福斯特电路的研究现状

1. 3 本文研究的主要内容

第二章 宽带小型化天线与非福斯特电路的理论基础

2. 1电小天线的基本理论

2. 2非福斯特电路的基本理论

2. 3 非福斯特电路的实现方法

2. 4 本章小结

第三章 晶体管实现的接地非福斯特电抗电路的设计与研究

3.1 SP仿真模型的建立与分析

3.2 PB仿真模型的建立与分析

3. 3 稳定性分析

3. 4 参数分析

3. 5 本章小结

第四章 晶体管实现的浮地非福斯特电抗电路的设计与研究

4. 1仿真模型的建立

4. 2 稳定性分析

4. 3 参数分析

4. 4 本章小结

第五章 运算放大器实现的非福斯特电抗电路的设计与研究

5. 1 运算放大器实现接地型非福斯特电抗电路的设计

5. 2运算放大器实现浮地型非福斯特电抗电路的设计

5. 3 实物加工与测试

5. 4 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间研究成果