(a))。之后，Bode-Fano准则决定带 宽-效率的权衡。
[0110] 禱I兩 iven 6- 1 P1 -0-11 -H II* Cy-r? Scm 0*10-AP2 -M- 巧on,
[0111] 图1带非福斯特匹配网络和去禪网络的2元件单极阵列
[0112] 夏 2 0k-Even g霉〇 ,胸按,=?4.1 孩pF / [. g …一--CkWMod货 I ^I .2。:;?…―7^ 度-4.0kkII,,,,,,,A，…,,?,,,,…,'"…i …闕!_'…，圓'圓曲JwtQOlII,,…III,I厶；，圓,,,',,,,,,,,I,圓*温J e .............................-................-..........-.......-...........-...............................-.................-...........-1 ^ 200 - '*、'- /：- 200 - I ---n： 舊備' E筑调- 钟U> ^ -2?按曼pf=, ^ I是^树0一巧踩i?置-.-.皆fA巧妒- 10M 100M 1G 10M 10君M 1G Freqa思ncy (H艺） Frequen芭罗（H之）
[011引图2图1的单极阵列的仿真的模态电抗；(a)无匹配；化）和（C)只Cs(Cp省略）； (d)Cs和Cp。
[0114]NFC被用来减少10因子或W上的电抗。偶和奇模通过电容器（即，-1/f，其中f 是频率）被很好地近似，但是奇模电抗小于偶模电抗30%。非福斯特匹配采用串联负电容 器（图1中的Cs)抵消了小导线天线的电抗[5]。但是，该方法无法同时匹配两种模态（图 2(a)和图2(c));大量电抗剩余在不匹配的模态中。该残余电抗对换能器增益（由天线阵 列接收的功率和可用功率之比）具有不利影响，如图3所示，其中未被很好匹配的模态显示 最小的增益改善。作者提出采用负电容器Cp(图1)抵消互电抗，该使得偶模和奇模的电抗 将接近相同。从图2(d)和图3可W看到，该使得偶模和奇模同时匹配并且因此极大地改善 了换能器增益。
[011引 --Passive---Cs=-4.15 ------Cs=*2.巧?Cs=-2.朗，Cp=-OJ邑 香 0j._,…,…0 _，……'-了..…巧~~r-厂口 1TTT ! - -二：^ : g -蔚）臣V度II Mod度_ -60 0渡1 Mod致- 10M 100M 1G 10M mm 1G Frequency (Hz) Freqy段ncy (Hz)
[0116] 图3仿真的无源非福斯特增强阵列的偶和奇模的换能器增益，2。= 50欧姆，假设 理想负电容器。电容值为皮法。
[0117] III.匹配网络稳定性
[0118] 尽管上述讨论显示图1的拓扑结构的优点，但是必须解决电路稳定性。2元件阵列 的等效电路（从0-200Mhz有效且近似最高约400MHz)在图4的虚线框内示出，其中也二 377 欧姆，Ca= 3.化F，La= 24. 5nH，Ri2= 45 欧姆，Ci2= 14. 6pf，Li2= 8. 4址。非福斯特电 路，Cs和CPW及端日阻抗Z。也被示出。电阻器RPS将稍后讨论。网孔电流i1、i2和i进频 域中由3x3阻抗矩阵描述；通过求解该阻抗矩阵行列式的复频（S=j2 31f)中的零点来得 到自然模。如果所有零点在S平面的左半部分，则网络是稳定的。不稳定性的意思是尽管 是有限激励，但是电流幅度（振荡或不振荡）将随时间W指数方式增长。虽然3x3矩阵法 是严谨的，但是偶模和奇模自身的稳定性通过考虑回线阻抗和核对右半平面零点来分析。
[0119] Zte=2*0 +^ +Zii+Zi2 (1)
[0120] % = +亩+1 (责+器戶刀 // 口" 一ii2) m
[012。如果(；和Rp,被省略，则不存在产生稳定网络的数值Cp<0。但是，通过引入例如 Rp,<-90欧姆使得针对两种模态的网络被稳定。网络的稳定性对比C,和Cp在图5(a)中绘 出。如果(；<-2. 65pF则偶模是稳定的，如果其他情况，则偶模是不稳定的，而奇模稳定性 取决于(；和CP。如果Cp被省略（类同于在绘图右手侧上Cp= 0)，则Cp< -4pF时奇模是 稳定的。但是，引入Cp允许奇模对于更高数值的C,而言将是稳定的。在图5(b)和图5(c) 中看到该样的使用，其分别绘出了偶模和奇模在稳定数值的Cp和Cs的换能器增益。奇模 增益沿着稳定区域的右边缘最大化，而偶模增益在稳定区域的顶部处最大化。显而易见的 是，最优点是大约Cp= -0. 75pF和C,= -2.65pF，与图2和图3中示出的相同。
[0122] Cp巧PA I...................................................................................................................................................---H t-AAA.------------------------…一I扇 ..... I'…設III"Iiiiiiii~23^ 《，严--iJ-…--祐…--IIF二7-百-~~~，\ I*泛識/yv\尤。^^YY\ /W\也"Ca， 1 Ra -R12 -R12 R。 ;f, ' iili3：r〇iii
[012引图4.带非福斯特匹配网络（C,、Cp和Rp,)和端口阻抗的2元件阵列的等效电路模 型
[0124] !:瞬i?連NJI是 。。山b!亡；店^^nmnnn瞧-别接名福ijnni層麵照 -，'二-. i j ; ' -*% -4-3 2 1 -巧气恣-4 -3 -2 -t 每骑} 邸肿）战脉i 禍擴應爾職馬落燃媳强p。释縣皿嶺G獅T陶縫s^bte C# ?14 Cp麟驗麵1?;門浊悚ifeol谷
[0125] 图5.当Rp,二-90Q时2元件单极阵列的稳定性和换能器增益。当Rp,> -90时 网络不稳定
[0126] 参考文献：
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[0134]附录B"非福斯特VHF单极阵列"
[01巧]非福斯特VHF单极天线
[0136]CarsonR.White,IE邸会员，JosephS.Co化urn,IE邸会员，和Robe;rt.^gele
[0137] 摘要-非福斯特匹配能够在十倍带宽上改善电小天线数十地，但是在文献中仅记 录了很少的成功案例。已基于Linvill平衡负电阻变换器采用可变负电容器匹配15-厘米 单极天线。在30-200MHZ上对比不匹配情形，已实现增益改善> 10地。本文记录了设计、仿 真和测量数据并给出能用于合成未来设计的等效电路。
[0138] 关键词-有源天线、宽带天线、阻抗匹配、非福斯特电路（NFC)、可调电路和器件。
[0139]I.简介
[0140]VHF频率及W下的应用通常需要电小天线巧SA)。但是，当使用无源阻抗匹配时， 电小天线受到高福射品质因数（曲和相应的效率-带宽均衡的影响。非福斯特匹配（例如， 负电容器和负电感器）能够在十倍带宽上至少改善一个数量级的性能。该些非无源的组件 可通过使用负电阻转换器（NIC)或负电阻反相器（NII或NIV)来实现，其将无源模式的电 容器分别转换为负电容器或电感器（图1)。
[0141] 很多现有的非福斯特匹配聚集在负电容器来匹配电容型天线（例如，单极天线）。 在文献中很少记录在VHF频率的成功案例[1]-[4]。但是，作者们没有意识到非福斯特增强 天线的完全特性，在实际系统中使用非福斯特匹配的实际困难仍旧存在。
[0142] 非福斯特（NFC)设计的最具挑战的方面是稳定性-性能的均衡，不稳定性导致振 荡或闭锁。最优性能在稳定性临界值处实现，给由于不完美建模、制造容差和环境变化引起 的错误留下很少余地。Harris和Meyers通过让模电容（modelcapacitance)变化来解决 上述问题[5]，但是找到具有小电容值的变容二极管是个挑战。此外，电路寄生效应会阻止 高电抗值的实现。Linvill的开路稳定（0C巧平衡NIC[1]，[6]，例如，非常适于抵消单极天 线的串联电容。但是，实际晶体管的集电极-基极电容Ctb由于集电极-基极电容器的负转 换，即使不带模电容器也产生负电容。作者们提出通过将可变正电容与由0CSLinvillNIC 并联连接来解决该些问题。本文示出遵循可变NFC和非福斯特增强天线的设计和测量数据 的理想匹配和稳定性分析。所有分析和数据是在小信号情况（例如，接收天线）下的，发射 应用留给未来研究工作。
[0143]II.阻抗匹配和稳定性
[0144] 对小单极/偶极天线已提出若干等效电路，但很多都是非无源的[7]，产生了关于 它们在稳定性分析中的有效性的问题。在本研究中，15-厘米单极天线（在~500MHz谐振） 由图1化）中所示的无源因果电路来建