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宽带有源发射天线的技术研究

作　者: 赵国研
导　师: 李文兴
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 负阻抗变换器输入阻抗有源发射天线宽带化
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 145次
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内容摘要

一直以来,有关天线小型化与宽带化的新理论与新技术都是天线领域的研究热点。随着高性能电子器件的不断涌现,越来越多的新技术从理论走向了实践,天线的带宽也因此而做的越来越宽。但是为了有效地实现电磁能量的转换,在设计天线时需保持一定的天线尺寸。尤其在短波波段,天线的实际尺寸都较大,短波天线的小型化也就难以实现。有源天线由于易于实现天线的小型化,且能够有效地解决无源电小天线所存在的频带窄、效率低等问题,而越来越受到天线工作者的关注。有源天线相对于无源天线来说具有很多优点,如提高天线系统的增益、利于实现电路间的级联以及拓宽天线的工作带宽等。但同时由于引入了有源器件,有源电路部分在放大有用信号的同时也增强了无用噪声。因为有源器件是不可逆的,有源接收天线不可以直接用来做发射天线。在发射天线系统中,天线的辐射电阻是频率的敏感函数,天线电尺寸的减小使得天线的输入端阻抗随工作频率剧烈变化,严重的限制了有源发射天线的工作带宽与输出功率,从而不能实现有源发射天线的宽带化。本文针对有源发射天线因为带宽不够宽、功率容量受限而导致在短波波段不能得到广泛地应用等问题,研究新的解决方案。文中设计了一种新的负阻抗变换器,通过其阻抗变换作用来改善发射天线的输入阻抗特性,从而大大地拓宽了有源发射天线的带宽。仿真结果表明,该负阻抗变换器不仅能够有效地减小对天线电长度变化十分敏感的输入电抗的影响,还能够提高天线系统的输入电阻,使有源发射天线在短波波段内的输入阻抗不受频率变化的影响,较好地实现与50Ω同轴电缆匹配,进而解决了有源发射天线在短波波段的宽带化问题。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 宽带有源发射天线的研究背景  11-12
  1.2 有源发射天线的研究现状  12-14
  1.3 论文安排  14-15
第2章有源天线理论  15-25
  2.1 有源天线的基本知识  15-19
    2.1.1 有源天线的定义  15
    2.1.2 有源天线的小型化原理  15-16
    2.1.3 有源天线的等效模型  16-18
    2.1.4 有源天线的特点  18-19
  2.2 有源发射天线理论及等效模型  19-24
    2.2.1 有源发射天线简论  19
    2.2.2 有源发射天线与无源发射天线的比较  19-20
    2.2.3 有源发射天线的功率匹配  20-21
    2.2.4 有源发射天线的效率及谐波辐射  21-22
    2.2.5 有源发射天线的等效模型  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章负阻抗变换器  25-37
  3.1 负阻抗变换器原理  25-27
    3.1.1 负阻效应  25-26
    3.1.2 负阻效应的产生方式  26-27
    3.1.3 负阻抗变换器  27
  3.2 几种负阻抗变换器的电路形式  27-32
    3.2.1 负阻抗变换器的实现原理  28-29
    3.2.2 接地负阻抗变换器  29-30
    3.2.3 浮地负阻抗变换  30-32
  3.3 实现负阻抗变换的限制条件  32-34
  3.4 负阻抗变换器潜在的不稳定性  34-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章负阻抗变换器的限制条件及性能分析  37-51
  4.1 负阻抗变换器输入端的极性接法问题  37-39
  4.2 运算放大器的饱和电压与截止频率  39-43
    4.2.1 运算放大器的饱和电压  39-41
    4.2.2 运算放大器的截止频率  41-43
  4.3 反馈阻抗及负载对NIC性能的影响  43-49
    4.3.1 负载为纯电阻时的反馈参数设计  43-45
    4.3.2 负载为纯电抗时的反馈参数设计  45
    4.3.3 负载为阻抗形式的反馈参数设计  45-47
    4.3.4 利用NIC实现乘法器  47-49
  4.4 负阻抗变换器的稳定性分析  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 NIC在有源发射天线中的应用  51-61
  5.1 发射天线的带宽  51-53
    5.1.1 宽带天线的提出  51
    5.1.2 天线带宽的定义  51-53
  5.2 有源发射天线所存在的问题  53-54
  5.3 利用负阻抗变换器实现有源发射天线的阻抗匹配  54-59
    5.3.1 利用NIC解决天线的阻抗带宽问题  54-57
    5.3.2 引入NIC后对天线带宽的改善  57-58
    5.3.3 引入NIC后对天线输出电压的改善  58-59
  5.4 运放工作性能的实测数据  59-60
  5.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  65-66
致谢  66

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