[0186] 该行为通过ADS中的回路增益[9]和瞬态噪声仿真来重现。弱宽峰相当于幅度 小于但接近1的正反馈的点，带谐波的强峰值相当于幅度略微大于1的正反馈。当v?= 12. 8V时，回路增益是在46.IMhz处的0. 995+jO(正反馈），仿真预测在45MHz处具有峰值 等级-51地m/MHz的宽发射峰值；当Vvak= 12. 7V时，回路增益是在44. 6MHz处的1. 004+j0， 仿真预测43. 5MHz和1. 8地m的振荡。因此，作者们总结在14. 5-14. 2处的测量的发射峰值 是归因于电路内部由于正反馈的噪声的累积，电路仍旧稳定。
[0187]IV.非福斯特增强单极天线
[018引负电容电路已与单极天线串联集成（图8)，结果与相同的无源不匹配天线对比。 单极天线是15厘米长直径5mm宽在1. 2x1. 2m2上的。该元件通过具有76mm直径和13mm厚 度并穿过接地面聚四氣己締（PTFE)圆盘来固定到位置上W建立与NFC的连接（图8化)）。 NFC被实施在与部分III一样的脚印底面积上，同轴电缆被焊接到RF焊盘。
[0189] ，'口 Bias Une冉帖扫nop巧le 1 碧控罚1 …一 0.6in幕龍 由 ..............................i么Mil'.巧 c4Hhr --~ NFC~r - 巧Fca扣扭 的 脚
[0190]图8.非福斯特增强单极天线设置（a)示意图（非成比例绘制）和（b)示出与NFC 的连接的接地面的底部照片。单极天线直径为5mm
[0191] 当集成到天线时，电路在Vvak= 20V时接近于不稳定，该预期是嘴稳定的偏压点。 但是，天线仿真不包括由PTFE圆盘、过孔电容和接近PCB接地引起的电容（用该些细节重 新仿真，Ca- 3. 65pF)。因此，CL从4. 7到5. 6pF变化，使得在20-12. 7V上操作稳定。
[0192] 在户外使用VNA测量输入阻抗，接地面距离地面大概Im，源功率-30地m。当Vvak= 20V时，NFC在lOMHz和lOOMHz分别降低输入电抗1. 7x10嘴14因子（图9)。此夕F，NFC 引入负电阻（反馈> 0地)，其随Vva/变化。电路的稳定性受到传统1端口振荡器理论的约 束[1]，其预示当输入阻抗和VNA阻抗（50Q)之和是负实数时振荡。外推图9中的曲线，当 Vvak<12. 7V时该将在50MHz出现。
[0193] -Passive --20V --1授、/ 1<W --12 7V ------ …'III - 薦-20其嗎安梦--二二.-二二: 1H, 5 欄f--.…關-狂--^ 芯?- A補吾 If1200I a-40L學-學薩麻-岡…*-山細羞琴心靈靈…靈…-1600黃 麵 loom Frequency (Hz)
[0194] 图9.非福斯特增强单极天线（在不同VvAc)测得的输入阻抗和无源不匹配天线对 比
[0195] 通过测量任意发射天线和被VNA测试的接收天线之间的传输来将NFC增强天线的 实际增益与无源不匹配天线进行比较。在户外用间隔大约40m的天线进行该测试。在38MHz W下天线处于彼此的感应近场巧个波长间隔），此外，无法消除多重路径。尽管如此，NFC 增强天线在30-200MH改善实际增益> 10地（图10)。当Vvak-12.7V时峰值出现在50MHz， 因为电路处于接近振荡的条件。
[0196] I顯 i?Mimm F麵攀腳嗎|Hl2)
[0197] 图10.当接收天线是无源单极或非福斯特增强单极天线时在不同VvAc测得的试验 设置的传输
[0198]采用NFC增强天线的FM无线电接收巧8-108MHZ)已验证。首先，用频谱分析仪观 测到大约15地的信号提升，其次，使用现成接收器听广播观测到比无源天线相同或更好的 接收。
[0199] V.结论
[0200] 15厘米单极天线采用可变负电容匹配，对比无源不匹配情况，在30-200MHZ上实 现> 10地的实际增益改善。使用现有表面组装元件对Linvill平衡NIC的修改允许0CS 负电容具有接近0的数值。
[020。给出NFC在相关频率范围上匹配仿真和测量的等效电路。该种31模型可用于量 化偏压网络所需的阻抗大小来实现浮动负电容和用于选择实现期望NFC的元件。
[0202] 测量和仿真显示电路在正反馈频率处随着电路接近振荡阔值发射噪声峰值。该噪 声发射可能削弱通过改善实际增益而带来的一部分接收灵敏度的改善。现在已经表征了稳 定性和匹配性能，未来研究工作将包括噪声性能。
[0203] 参考文献
[0204] [1] S. E. Sussman-Fort and R. M. Rudish, "Non-Foster impedance matching of electrically-small antennas, " IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 57, no. 8, pp. 2230-2241, Aug. 2009.
[0205][2] S. D. Stearns, "Non-Foster cir州its and st油ility theory, "inProc. IE邸 Antennas Propag. Int. Symp.，2011. PP. 1942-1945.
[020引 [3] K. Song and R. G. Rojas, "Non-Foster impedance matching of electri-cally small antennas，，，in Proc. IEEE Antennas Propag. Int. Symp.，Jul. 2010. pp. 1-4.
[0207] [4]C. R. White, J. W. May, and J. S. Co化urn, "A variable negative-induc-tance integrated circuit at UHF frequencies,''IEEE Microw. Wireless Compon. Lett.，vol, 22, no. 1, pp. 35-37, Jan. 2012.
[0208] [5] A. D. Harris and G. A. Myers, "An investigation of broadband minia-ture antennas Nat. Tech. Inf. Service, Naval Postgraduate School, Mon-terey, CA, Tech.民ep. Doc. AD677320, 1968.
[0209] [6] J. G. Linvill/^Transistor negative-impedance converters? ^^Proc. IRE, vo 1. 41，no.6, pp. 725-729,化n. 1953.
[0210] [7] S. D. Stearns. "Transistor negative-impedance converters, presented at the Adelphi Antenna Workshop Elect. Small Antennas, Clarksville，MD, Jul. 8-9， 2010.
[0211] [8]H. A. Wheeler, "Small antennas,，，in Antenna Engineering Handbook,民. C. Johnson and H. Jasik, Eds.，2nd ed. New York ;McGraw-Hill，1984, pp. 6-1-6-18.
[0212] [9]M. Tian，V. Visvanathan, J. Hantgan. and K. Kundert，"Striving for small-signal stability，，，IEEE Circuits Devices Mag.，vol. 17, no. 1，pp. 31-41，J an.2001.
[021引[10]Skyworks Solutions, Inc.，Woburn, MA，"Data sheet ;SMV123x series hyper过brupt junction tu打i打g v过r过ctors，，，2010.
[0214] [11]G. Gonzales, Microwave Transistor Amplifiers ；Analysis and Design,2nd
【主权项】
1. 一种包含两个或更多发射元件的天线阵列，其中最接近的相邻发射元件在所述发射 元件的端部之间和非福斯特电路连接，使得在更宽的宽带上所述最接近的相邻发射元件之 间的互电抗相比非福斯特电路被省略的情况下所得的互电抗得到减小。
2. 根据权利要求1所述的天线，其中所述发射元件是单极型天线。
3. 根据权利要求1所述的天线，其中所述发射元件是偶极型天线。
4. 根据权利要求1所述的天线，进一步包括与每个发射元件串联连接的非福斯特电 路，使得每个发射元件的自电抗在所述更宽的带宽上被抵消。
5. 根据权利要求1所述的天线，进一步包括去耦网络。
6. 根据权利要求1所述的天线，进一步包括波束赋形网络。
7. 根据权利要求1所述的天线，其中所述非福斯特电路在所述发射元件的端部处构成 负电容器。
8. 根据权利要求1所述的天线，其中所述非福斯特电路在所述发射元件的端部处构成 负电容器和负电阻器的串联电路。
9. 一种用于将具有两个被驱动的天线元件的天线阵列与具有两个输出的和差网络耦 接的天线网络，所述和差网络包括三个负电容器，所述三个负电容器中的第一个和第二个 的每一个被串联耦接在所述和差网络的一个输出和所述两个被驱动的天线元件的一个之 间，所述三个负电容器中的第三个被耦接在所述两个被驱动的天线元件之间。
10. 根据权利要求9所述的天线网络，进一步包括与所述三个负电容器中的第三个串 联耦接在所述两个被驱动的天线元件之间的第一负电阻器。
11. 根据权利要求10所述的天线网络，进一步包括第二和第三负电阻器，其中第二和 第三负电阻器中的每一个与所述三个负电容器中的第一个和第二个中的一个串联耦接，所 述三个负电容器中的第一个和第二个的每一个被串联耦接在所述和差网络的一个输出和 和所述两个被驱动的天线元件的一个之间。
12. -种改善天线系统的奇模的稳定性的方法，所述天线系统使用一个或多个负电容 器将相邻的被驱动的元件彼此耦接，所述方法包括插入与将相邻的被驱动的元件彼此耦接 的负电容器中的每一个串联的负电阻器。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述负电阻器具有绝对值足够大的值以确保在 信号分析中所有零点在其s平面的左半部分中。
【专利摘要】包含两个或更多发射元件的天线，在发射元件的端处最接近的相邻发射元件和非福斯特电路连接，使得在更宽的宽带上该元件的互电抗相比非福斯特电路被省略掉的情况下所得的互电抗得到减小。
【IPC分类】H01Q1-24, H01Q5-10
【公开号】CN104769774
【申请号】CN201380009747
【发明人】卡森·R·怀特, 乔纳森·J·林奇
【申请人】Hrl实验室有限责任公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2013年4月3日
【公告号】CN104137339A