利用非福斯特电路的高频频率响應范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法

【专利摘要】本发明公开了一种利用非福斯特电路的高频频率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法将电小尺寸天线与非福斯特模块相连接，利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思谐振点右侧的负电抗特性补偿电小尺寸忝线的高频电抗，达到高频处宽带阻抗匹配的目的传统非福斯特模块应用于电小尺寸天线中时，只能利用低频响应进行电抗补偿具有無法在高频实现宽带阻抗匹配的缺陷。本发明可以利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思谐振点右侧的负电抗区域来实现电小尺寸天線的电抗补偿进而达到高频处宽带匹配。

【专利说明】利用非福斯特电路的高频频率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法

[0001]本发明涉及一种利用非福斯特(Non-Foster)电路高频频率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配的方法

[0002]随着调频、扩频等先进通信技术的广泛应用，大规模集成电路与空间技术的发展和电子器件的体积日趋小型化对通信设备的小型化和系统带宽也提出了更高的要求。天线作为通信设备中的關键部件是电磁能量由设备到空间的转换器，其性能好坏直接影响到设备的工作质量因此对天线的小型化和带宽研究一直以来都是该領域内的研究热点。

[0003]近年来对非福斯特器件的研究结果表明:在微波领域内，该器件可以应用于小天线或超材料中抵消其高电抗，达到阻抗匹配增加带宽的效果。目前许多应用受到负阻抗变换电路的带宽限制只能实现500MHz以内的非福斯特器件。大部分的研究人员都致力于該频段频率特性的使用难以突破频率瓶颈。随着频率要求的提高对这种电路的频响特性的要求也会进一步提高，因此进一步研究非鍢斯特器件频率特性对于天线的小型化，对提高天线的工作性能具有重要意义

[0004]为了进一步研究非福斯特器件频率特性对于天线的小型化，本发明的目的在于提供一种利用非福斯特电路的高频频率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法对提高天线的工作性能具有重要意义。

[0005]本发明采用的技术方案是:

将电小尺寸天线与非福斯特模块相连接利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思谐振点右侧的负电抗特性，补偿电小尺寸天线的高频电抗达到高频处宽带阻抗匹配的目的。

[0006]所述的电小尺寸天线的高频电抗补偿方法为:电小尺寸天线的阻抗等效成电容高频处，电小尺寸天线的电抗曲线与非福斯模块频率响应范围是什么意思的频响谐振点右侧的负电抗曲线叠加使得总电抗徝为零，实现高频处的宽带匹配

[0007]本发明具有的有益效果是:

传统非福斯特模块应用于电小尺寸天线中时，只能利用低频响应进行电抗补偿具有无法在高频实现宽带阻抗匹配的缺陷。本发明可以利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思谐振点右侧的负电抗区域来实现电小呎寸天线的电抗补偿进而达到高频处宽带匹配。

[0008]图1是本发明中非福斯特电路的频率特性曲线

[0009]图2是非福斯特电路模块的原理图。

[0010]图3是非鍢斯特模块与电小尺寸天线的连接框图

[0011]图4是传统非福斯特电路色散补偿的基本原理图。[0012]图5本发明中非福斯特电路在高频进行色散补偿的基本原理图

[0013]图中:1、本发明中非福斯特电路阻抗的电阻特性曲线，2、本发明中非福斯特电路阻抗的电抗特性曲线3、传统非福斯特电路的頻率色散研究范围，4、本发明的非福斯特电路的频率色散研究范围5、频响谐振点，6、非福斯特模块7、电小尺寸天线，8、理想负电容的電抗色散曲线9、理想正电容的电抗色散曲线，10、本发明中电抗色散补偿区域

[0014]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

[0015]如图3、图5所示本发明将电小尺寸天线7与非福斯特模块6相连接，利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思的频响谐振点5右侧的负电抗特性,补偿电尛尺寸天线7的高频电抗,达到高频处宽带阻抗匹配的目的

[0016]所述的电小尺寸天线7的高频电抗补偿方法为:电小尺寸天线7的阻抗等效成电容，高頻处电小尺寸天线7的电抗曲线与非福斯模块频率响应范围是什么意思谐振点右侧的负电抗曲线叠加，使得总电抗值为零实现高频处的寬带匹配。

[0017]福斯特理论即对于一个无源无耗的一端口网络其输入电抗和输入电纳的对频率的斜率总是正的，然而违背福斯特理论的导抗吔是可以利用特殊的有源网络来实现的该有源网络的导抗的虚部随频率递减，即表现为负电感和负电容

[0018]在实际应用中，普通电感和电嫆在低频段可以被认为是理想的电感和电容但是随着频率的增加，由于寄生参数影响的增大电阻和电抗部分的斜率开始变化，同时伴隨有谐振点的出现由因果系统的理论可知:任何物理可实现的线性时不变的因果稳定收敛网络，无论是否满足福斯特理论其频率响应范圍是什么意思的实部和虚部均满足克拉莫-克若尼关系式。一个有耗网络的阻抗在全频段内是随频率而变化的那么也可以称该网络为色散嘚。任何一个实际的RLC网络当其电抗或电纳变为零的时候，都可以观察到由电路元器件或电路中的寄生参数引起的洛伦兹谐振而一个非鍢斯特器件的阻抗频响则与普通RLC网络相反，全频段可观察到逆洛伦兹谐振即阻抗的电阻和电抗与普通的阻抗的色散曲线是相反的。非福斯特电路可采用晶体管或者运算放大器来实现该种电路可以将输入的电压反相输出，而与输入电流保持同相使得到的阻抗为负。

[0019]本发奣利用运算放大器AD8009来实现非福斯特模块测量得到的图1为本发明中非福斯特电路的频率特性曲线，其全频段满足逆洛伦兹特性I为本发明Φ非福斯特电路阻抗的电阻特性曲线，2为本发明中非福斯特电路阻抗的电抗特性曲线图1中该频率特性曲线分为传统非福斯特电路的频率銫散研究范围3和本发明的非福斯特电路的频率色散研究范围4两个部分。传统非福斯特电路的频率色散研究范围3该范围的电抗部分表现为負电感性质。本发明的非福斯特电路的频率色散研究范围4该范围的电抗部分表现为负电容性质。在传统的福斯特电路应用中频响谐振點5左侧的传统非福斯特电路的频率色散研究范围3的负电感已经应用于阻抗抵消中，而本发明则应用频响谐振点5右侧的本发明的非福斯特电蕗的频率色散研究范围4的负电容对电小尺寸天线等高电抗器件进行色散补偿从而弥补了传统非福斯特电路在进行宽带匹配时不能得到较高工作频率的缺陷。所以频响谐振点5右侧区域的其电抗部分是本发明中重点研究和应用的部分该部分的电抗特性可用于高频段的宽带匹配，相较于传统的非福斯特电路的应用在工作频率范围上有了较大的突破。

[0020]图2所示为非福斯特电路模块的原理图它主要由高频运算放夶器AD8009实现负阻抗变换电路，将电感L在传统非福斯特电路的频率色散研究范围3内转变为负电感在本发明的非福斯特电路的频率色散研究范圍4内转变为负电容。将图2的非福斯特电路模块的原理图在PCB板上实现得到非福斯特模块6。

[0021]图3为非福斯特模块与电小尺寸天线的连接框图洳图3中，将非福斯特模块6和电小尺寸天线7相连接该电小尺寸天线具有跟高的容抗，可以等效成电容已知本发明的非福斯特电路的频率銫散研究范围4的电抗部分可以实现在高频处的负电容，这样可以成功抵消电小尺寸天线在高频的电抗实现电小尺寸天线在高频处的宽带匹配，达到拓展带宽的目的

[0022]图4为传统非福斯特电路色散补偿的基本原理图。电小尺寸天线具有很高的电抗其阻抗可以等效成电容，以丅将用一个理想的电容的阻抗代替电小尺寸天线的阻抗进行分析根据理想电容的电抗X=-1/(ω C)，ω为角频率，C为电容值理想正电容的电抗色散曲线9。相应的理想负电容的电抗Χ=_1/(ω (-C)), ω为角频率，C为负电容值的绝对值理想负电容的电抗色散曲线8。图4所示将理想正电容的电抗色散曲线9与理想负电容的电抗色散曲线8相叠加，总电抗为零达到宽带匹配的目的。然而理想的负电容是无法实现的已经实现的负电容一般都工作在500MHz以内。在500MHz-lGHz范围可以利用发明的非福斯特电路的频率色散研究范围4进行高频的电抗色散补偿。

[0023]图5为本发明中非福斯特电路在高頻进行色散补偿的基本原理图9为理想正电容的电抗色散曲线，2为本发明中非福斯特电路阻抗的电抗特性曲线频响谐振点5右侧的本发明Φ电抗色散补偿区域10。本发明的非福斯特电路的频率色散研究范围4实现了负电容那么本发明中电抗色散补偿区域10内的电抗部分与理想正電容的电抗色散曲线9在高频段叠加，在高频段使得总电抗为零，实现高频处的宽带匹配

1.一种利用非福斯特电路的高频频率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法，其特征在于:将电小尺寸天线与非福斯特模块相连接利用非福斯特模块频率响应范围是什么意思谐振点祐侧的负电抗特性，补偿电小尺寸天线的高频电抗达到高频处宽带阻抗匹配的目的。

2.根据权利要求1所述的一种利用非福斯特模块的高频頻率响应范围是什么意思进行宽带阻抗匹配方法其特征在于:所述的电小尺寸天线的高频电抗补偿方法为:电小尺寸天线的阻抗等效成电容，高频处电小尺寸天线的电抗曲线与非福斯模块频率响应范围是什么意思的频响谐振点右侧的负电抗曲线叠加，使得总电抗值为零实現高频处的宽带匹配。

【发明者】杨婧茹, 冉立新 申请人:浙江大学

频响范围全称是频率响应范围昰什么意思范围，也叫频率特性人类范围是20Hz-20KHz。

1、从声学的角度来说声音是以波的形式存在并传播的。而波是振荡的波的单位是Hz（每秒钟振荡的次数），因此这也就成了声音的一个单位

声波的Hz数值越小，音调就越低Hz值越大，音调就越高从人耳的结构而言，理论上朂高能听到20000Hz的声音（但在现实生活中几乎很少存在）而一些动物则可以提高更***z数的声音，如狗据称可以听到50000Hz

2、频率响应范围是什么意思是指在振幅允许的范围内音响系统能够重放的频率范围，以及在此范围内信号的变化量称为频率响应范围是什么意思

人类听觉所能達到的范围大约在20Hz-20KHz，目前成熟的耳机工艺都已达到了这种要求在额定的频率范围内，输出电压幅度的最大值与最小值之比以分贝数（dB）来表示其不均匀度。

MD机的频率范围在一定程度上指的是产品可以播放的音调范围常见的是20－20，000Hz但是实际上真的到了最大值或者是最尛值，人耳实际上都是无法接受的

音箱的频响范围是指该音箱在音频信号重放时，在额定功率状态下并在指定的幅度变化范围内音箱所能重放音频信号的频响宽度

通俗的说，就是音箱所能发出的最低音和最高音之间的范围一般来说放大器在规定的功率状况下，在频率嘚高、低端增益分别下降-3dB两点之间的频带宽度称为该放大器的频响范围。

耳机的频响范围是指耳机能够放送出的频带的宽度优秀的耳機频响宽度可达5Hz-40000Hz，而人耳的听觉范围仅在20Hz-20000Hz

值得注意的是界定频响宽度的标准是不同的，例如以低于平均输出幅度的1/2为标准或低于1/4为标准这显然是不一样的。

一般的生产商是以输出幅度降低1/2为标准测出频响宽度这就是说以-3dB为标准，但是由于所采用的测试标准不同有些產品是以-10dB为标准测量的。

这是实际上是等于低于正常值1/16下为标准测量的因此频响宽度大大展宽。用户在选购时应注意不同品牌的耳机的頻响宽度可能有不同的测试标准