专利名称：基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配方法及匹配电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电小天线的宽带匹配方法，本发明也涉及的是一种电小天线的宽带匹配电路。
背景技术：
随着无线电技术设备的小型化，狭小空间对天线尺寸的要求，以及通信设备的宽 频带，对于宽带小型化天线的需求越来越多，这使得宽频带、小型化天线成为国内外研究的热点课题之一。为了实现天线的小型化，电小天线被广泛使用，但电小天线具有输入电抗大、辐射电阻小的缺点，使得无源匹配的电小天线受增益带宽理论的限制，无法实现宽频带与高效率。经典的有源接收天线，是采用高输入阻抗的放大器电路真接与容性无源电小天线相连构成一个整体，实现了电小天线的宽频带，但此类有源接收天线由于受放大器电路不可避免输入电容的影响，无法实现高增益，只能通过增大放大器的放大倍数来提高有源天线的增益，这会使有源天线的非线性性能恶化，而且此类有源天线的输出信噪比较低。负阻抗匹配的电小天线，能够克服抵消放大器电路不可避免输入电容的影响，是国内外近年来研究宽带电小天线匹配的热点之一，但是提高增益与改善信噪比一直是研究的难点。文献“李文兴.设计有源天线的一种新方法[J].电子学报，1993，21 (7)110-113. ”提出了一种利用负阻抗变换器得到的负电容来抵消有有源天线放大器的输入电容；文献 “Sussman-Fort, S. E, Rudish R. M. , Non-Foster Impedance Matchingof Electrically-Small[J]. IEEE Transacations on Antennas and Propagation,2009, 57 (8) :2230-2241. ”介绍了一种利用浮地负阻抗变换器得到的负阻抗来抵消电小天线的输入电抗，都只能有限的提高增益和改善信噪比。文献“ Sussman-Fort, S.E. “Non-Foster vs.active matching of an electrically-sma11 receiveantenna”Antennas and Propagation Society International Symposium(APSURSI),ppl -4，2010”，提出了一种增强型Non-Foster (负阻抗)匹配方法，可以很好的提高增益和改善信噪比，同经典有源接收天线相比，输出信噪比大约有5dB的改善，此方法是在经典有源接收天线的电小接收天线和放大器电路之间插入浮地负阻抗变换器实现的，而插入的浮地负阻抗变换器，使电路结构复杂，非线性性能变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不但可以实现天线的小型化、宽频带，还可以提高电小天线的增益，改善电小天线的信噪比的基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配方法。本发明的目的还在于提供一种基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配电路。本发明的目的是这样实现的本发明的基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配方法为将与容性电小天线直接相连接的放大器中引入负阻抗变换，使之成为负阻抗变换放大器，所述负阻抗变换在放大器的输入端得到负电容，当负电容的绝对值大于放大器的输入电容时，在放大器的输入端得到等效的负电容，电小天线输入电抗的等效正电容所述负电容抵消，使有源网络输入端为等效负电容。基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配电路包括运算放大器U1，隔直电容C1连接于无源天线与运算放大器Ul的同相输入端3，C2为有源网络输出端隔直电容，第一电阻Rq连接运算放大器Ul输出端6与低通滤波器U2输入端，第二电阻Rf连接运算放大器Ul输出端6与反相端2，第三电阻Rs连接运算放大器Ul反相 端2与地之间，低通滤波器U2连接第一电阻％与源网络输出端隔直电容C2。本发明给出了一种基于负阻抗变换技术的电小接收天线宽带有源匹配方法及电路，实现的有源接收天线不但具有宽频带特性，而且和增强型Non-Foster (负阻抗)匹配方法具有类似的增益、信噪比性能，但电路更简单，综合性能好，放大和负阻抗变换在一个电路中实现，同经典有源接收天线相比，仅增加一个正反馈电容。本发明将与容性电小天线直接相连接的放大器中弓丨入负阻抗变换，使之成为负阻抗变换放大器，负阻抗变换的作用是在放大器的输入端得到负电容，当负电容的绝对值大于放大器的输入电容时，可以在放大器的输入端得到等效的负电容。由于电小天线输入电抗为容抗，可以等效为正电容，同有源网络输入端的等效负电容抵消，使有源网络输入端为等效负电容，实现宽带匹配，并使有源网络输入端的信号比天线接收的源信号要大，有源网络具有等效输入增益，可以有效的提高天线增益和改益信噪比。本发明中的负阻抗变换器特征在于可在宽频带内实现正电容特性转换，负阻抗变换器是在放大器电路中引入正反馈元件实现，通过调节放大器放大倍数与正反馈关系得到所需负阻抗。本发明涉及的放大器电路，可以采用诸如输入级为场效应晶体管的运算放大器电路、分立晶体管构成的放大电路等实现，以及通过负阻抗变换能在有源网络的输入端得到等效负电容的有源网络电路实现。本发明和现有技术相比，具有显著的优点I、由于引入了负阻抗变换，在有源网络的输入端得到等效负电容，与容性电小天线匹配，构成的有源天线的带宽与电小天线无关，只取决于有源网络的带宽，能够实现电小天线的宽频带。2、有源网络的输入端等效为负电容，能够提供能量，与容性电小天线匹配，使得有源网络输入端的信号要比天线接收的源信号要大，即存在有源网络的输入增益，加之有源网络的中放大器增益，能够得到更高的有源天线增益。3、有源网络的输入端等效为负电容，与容性电小天线匹配，存在有源网络的输入增益，可以使本发明的有源接收天线输出信噪比明显改善，获得更高的灵敏度。4、负阻抗变换同放大电路在同一有源网络中实现，具有电路简单，综合性能好的特点。
图I是本发明的原理图；图2是本发明采用运算放大器实施实例的电路图；图3是本发明运算放大器实施实例的等效输入增益测量结果。
具体实施例方式下面结合附图，以负阻抗匹配单鞭电小天线为实例，对本发明做更详细地描述负阻抗匹配的电小天线，在设计负阻抗有源电路时，与电小天线的输入阻抗有关，单鞭电小天线的输入阻抗如下单鞭天线的输入电阻为
权利要求
1.一种基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配方法，其特征是将与容性电小天线直接相连接的放大器中引入负阻抗变换，使之成为负阻抗变换放大器，所述负阻抗变换在放大器的输入端得到负电容，当负电容的绝对值大于放大器的输入电容时，在放大器的输入端得到等效的负电容，电小天线输入电抗的等效正电容所述负电容抵消，使有源网络输入端为等效负电容。
2.一种基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配电路，其特征是包括运算放大器(U1)，隔直电容(C1)连接于无源天线与运算放大器(Ul)的同相输入端(3)，第一电阻(Rq)连接运算放大器(Ul)输出端(6)与低通滤波器(U2)输入端，第二电阻(Rf)连接运算放大器(Ul)输出端(6)与反相端(2)，第三电阻( )连接运算放大器(Ul)反相端(2)与地之间，低通滤波器(U2)连接第一电阻(％)与源网络输出端隔直电容(C2)。
全文摘要
本发明提供的是一种基于负阻抗变换的电小接收天线宽带有源匹配方法。将与容性电小天线直接相连接的放大器中引入负阻抗变换，使之成为负阻抗变换放大器，所述负阻抗变换在放大器的输入端得到负电容，当负电容的绝对值大于放大器的输入电容时，在放大器的输入端得到等效的负电容，电小天线输入电抗的等效正电容所述负电容抵消，使有源网络输入端为等效负电容。本发明实现的有源接收天线不但具有宽频带特性，而且和增强型Non-Foster(负阻抗)匹配方法具有类似的增益、信噪比性能，但电路更简单，综合性能好，放大和负阻抗变换在一个电路中实现，同经典有源接收天线相比，仅增加一个正反馈电容。
文档编号H03H11/28GK102751962SQ20121024147
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者李思, 李文兴, 翟宁, 陈瑞龙 申请人:哈尔滨工程大学