一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线

本发明属于天线，涉及一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线。

背景技术：

1、近年来，随着科学技术的快速发展，无线通讯系统中的器件集成度越来越高。另外，在未来通信中的应用不断扩大，这就导致了现有的窄带天线越来越难以适应目前通信系统的需求。在这一发展趋势下，无线通讯系统中的天线也需要朝着体积小型化、工作频带宽带化等方向发展，因此，超宽带电小天线成为目前天线设计的研究热点之一。然而，电小天线是高q值，低辐射能力的天线，等效电路为小电阻和大电抗串联，无源匹配难以突破带宽约束理论的限制，难以满足人们对天线宽带小型化的需求。

2、但是，不受增益-带宽-体积约束理论的限制的非福斯特有源电路为突破这一理论限制给予希望。非福斯特电路可以产生负电容或负电感，与电小天线呈现的正电容或正电感可以相互抵消，理论上可实现超宽频带的阻抗匹配。non-foster元件在微波领域中的研究与应用日益成为研究的热点。仿真及实测结果表明，引入non-foster元件可以显著提高电磁结构的性能。但是，许多文献中设计的non-foster元件多数工作于较低频段，频段范围较窄，也无法在全频段实现宽带化。另外需要复杂的阻抗变换的匹配网络才能够将天线的等效电路匹配到50欧姆的纯电阻，如此复杂的电路结构也限制了其应用。因此，对于超宽带电小天线匹配网络的设计提出了新的挑战。

技术实现思路

1、本发明针对以上存在的技术问题，基于非福斯特理论，在实现天线小型化的同时实现了超宽带匹配，更加适合系统集成化的发展。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，包括天线几何结构和非福斯特阻抗匹配电路两部分，所述的天线的几何结构包括蝶形偶极子辐射贴片，介质基板，条带贴片，以及分布式电阻加载；所述的蝶形偶极子辐射贴片蚀刻在介质基板的上表面，所述的条带贴片蚀刻在介质基板的下表面，所述的分布式电阻加载位于两相邻的条带贴片之间。

4、进一步地，所述的非福斯特阻抗匹配电路，具有两个端口，为一端口和二端口。

5、进一步地，所述的一端口与50ohm同轴线连接。

6、进一步地，所述的二端口与天线的馈电端连接。

7、进一步地，所述的非福斯特阻抗匹配电路包括相互连接的至少一个晶体管、电容、电感或电阻。

8、进一步地，所述的晶体管采用10v直流电源进行直流偏置点的馈电。

9、进一步地，所述的晶体管为bjt_npn型晶体管，采用背靠背的形式在电路中连接。

10、进一步地，所述的电容值为1uf。

11、进一步地，所述的串联的电容电感连接在两个晶体管之间，实现非福斯特功能的转换。

12、进一步地，所述的电阻包括三种阻值，分别是2.75kohm，1.1kohm以及280ohm。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于：

14、1.本发明的超宽带电小天线采用天线几何结构和非福斯特电路相结合的形式，与以往的超宽带电小天线相比，该天线的低频工作频率更低，同时也可以在全频段保证超宽工作频带。

15、2.本发明的超宽带电小天线采用天线折叠技术和分布电阻加载的形式，不需要复杂的阻抗变换的匹配网络就能够将天线的等效电路匹配到50欧姆的纯电阻，简化了电路结构，扩大应用场景。

16、3.本发明的超宽带电小天线天线在实现低频超宽工作频带的同时，具有结构紧凑的特性，适用于高速数据传输、室内定位、雷达成像以及其他需要宽带性能的应用场景。此外，该有源匹配网络的设计还提供了更大的设计灵活性，使得天线的性能可以根据特定应用的需求进行调整和优化。

技术特征：

1.一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，包括天线几何结构和非福斯特阻抗匹配电路两部分，所述的天线的几何结构包括蝶形偶极子辐射贴片，介质基板，条带贴片，以及分布式电阻加载；所述的蝶形偶极子辐射贴片蚀刻在介质基板的上表面，所述的条带贴片蚀刻在介质基板的下表面，所述的分布式电阻加载位于两相邻的条带贴片之间。

2.根据权利要求1所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的非福斯特阻抗匹配电路，具有两个端口，为一端口和二端口。

3.根据权利要求2所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的一端口与50ohm同轴线连接。

4.根据权利要求2所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的二端口与天线的馈电端连接。

5.根据权利要求1所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的非福斯特阻抗匹配电路包括相互连接的至少一个晶体管、电容、电感或电阻。

6.根据权利要求5所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的晶体管采用10v直流电源进行直流偏置点的馈电。

7.根据权利要求6所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的晶体管为bjt_npn型晶体管，采用背靠背的形式在电路中连接。

8.根据权利要求5所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的电容值为1uf。

9.根据权利要求5所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的串联的电容电感连接在两个晶体管之间，实现非福斯特功能的转换。

10.根据权利要求5所述一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，其特征在于，所述的电阻包括三种阻值，分别是2.75kohm，1.1kohm以及280ohm。

技术总结
本发明公开了一种基于有源匹配网络加载的超宽带电小天线，包括天线几何结构和非福斯特阻抗匹配电路两部分，所述的天线的几何结构包括蝶形偶极子辐射贴片，介质基板，条带贴片，以及分布式电阻加载；所述的蝶形偶极子辐射贴片蚀刻在介质基板的上表面，所述的条带贴片蚀刻在介质基板的下表面，所述的分布式电阻加载位于两相邻的条带贴片之间。本发明的超宽带电小天线天线在实现低频超宽工作频带的同时，具有结构紧凑的特性，适用于高速数据传输、室内定位、雷达成像以及其他需要宽带性能的应用场景。

技术研发人员：林先其,韩金凤,郝新杰,陈哲,苏一洪,杨歆汨,秦涛
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15