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振荡器在天线设计中的应用

时间:2011-08-30 09:11:19

       振荡器式有源微带天线集成了具有微带天线的有源器件来产生稳态振荡。该振荡器采用有源器件的负阻特性将直流电源转换为射频功率。已经研制成功这种有源天线的集成版本来用于在低功率水平的传感器应用。进一步的研究已设法克服这种固态源设计的功率限制,这是因为结合空间电源技术。该振荡器包括了结合微带天线的有源器件,该天线同时既是确定振荡频率的负载,又作为向空间辐射产生射频功率的器件。适当选择有源器件的工作点对工作性能而言很重要。

      对于振荡器式有源微带天线,有源器件可以是二端器件,例如,IMPATT器件和Gunn二极管,或者也可以是三端器件,例如金属-外延-半导体场效应管晶体管(MESFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT),以及异质结-双极晶体管(HBT)器件。一般来说,每类固态源有利也有弊。二端器件适合毫米波频率的高功率应用,但具有低直流到射频转换效率,需要在电路与系统设计中认真注意散热。另一方面,三端器件可以提供高的直流到射频转换效率和低噪音指数,但降低了功耗水平。

      微带天线具有适度尺寸、小外形,以及平面形状的优势,造就了低生产成本。平面结构也适合于集成相关的电子电路,例如有源天线的形式。本论文报告了一项研发用于本地无线局域网(WLAN)以及蓝牙有源发射天线的实验。该天线是一个工作在2.45GHz附近的振荡器型微带有源天线,其连接到一个二端不稳定有源器件。该有源器件与矩形接线天线直接集成,除了一个在天线输入端口和用于测量的有源器件之间引入短微带线外。一般情况下,这种设计过程中,馈线损耗被认为是微不足道的,但它包括在本论文中。

      所有接线天线以及振荡器的设计步骤都是并行执行的。在天线旁引入了天线馈线的辐射影响,并且在馈线处的输入阻抗变化作为振荡器设计的输入参数。采用电压串联反馈来将振荡器输出动态范围最大化,并保证保持工作在有源器件的最不稳定区,以满足振荡条件的需要。

      天线被认为是一个单端输入,并且在所关心的频段上,对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子,。另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,首先利用现行仿真器实现设计来预测所需的振荡频率,然后再进行优化。此后,实现非线性仿真来预测振荡条件、相位噪声和功率性能。

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