噪聲指數(shù) - 基于集成振蕩器式的有源天線設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　安捷倫科技公司的ATF-10136型GaAs MESFET在4 GHz下具有0.5 dB的噪聲指數(shù)，其被選為用于集成天線/振蕩器的不穩(wěn)定二端有源器件。通過將開路傳輸線連接到FET源端口來代表電壓串聯(lián)反饋。對線性電路進(jìn)行了優(yōu)化，從而在2.45 GHz下將輸入和輸出端口的反射最大化。圖 1表示了這些反射的響應(yīng)。2.45

　　GHz下S11和S22的峰值分別為1.9和1.3；這些值被認(rèn)為在輸入和輸出穩(wěn)定環(huán)路是可以接受的，該環(huán)路需要集成天線/振蕩器設(shè)計(jì)。

　　天線和RF電路器件被安裝在羅杰斯公司（Rogers）具有以下規(guī)格的Duroid電路板材料上。相對介電常數(shù)、損失角正切，以及襯底高度分別是 2.55、0.0018和1.524 mm。作為有源天線振蕩電路有限接地的總面積大約是8×5 cm。天線被視為一個(gè)帶狀饋線矩形微帶通路。通路尺寸分別為長度36 mm，寬度為46

　　mm，而饋線尺寸分別為長15 mm，寬2 mm。2.45 GHz下饋線輸入端的回波損耗幅度和相位分別為0.299和-147度。

　　當(dāng)天線與RF電路被截?cái)鄷r(shí)，天線饋線和輸出傳感器之間的二端S參數(shù)如圖2所示。當(dāng)傳感器置于距離輻射路徑末端2mm處時(shí)，來自實(shí)測數(shù)據(jù)相應(yīng)的校準(zhǔn)因子 S‘21由公式1計(jì)算得到：

　　圖3表示了從1.8至3.0 GHz校準(zhǔn)系數(shù)的響應(yīng)。然而，考察從2變化到4mm不同距離校正因子的變化，而這些測量表明，在2.45 GHz幅度變化的最高速率，在2mm距離初讀取的幅度約為0.25dB。還考察了在天線輸入回波損耗處該傳感器的影響，并發(fā)現(xiàn)小于0.01 dB，有賴于同軸饋線的使用。

　　天線輸入阻抗數(shù)據(jù)被變換到RF電路仿真器，并且觀察了有源器件輸入端口處的諧振條件。然后，使用有源器件的非線性模型對輸入匹配電路進(jìn)行了優(yōu)化，使得天線端口處的輸入功率最大化。非線性模型和有源天線振蕩電路的原型，其中包括了傳感器，分別如圖4和圖5所示。正如表中所示，由實(shí)測結(jié)果證明其滿足了所有指定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　圖6表示了自由運(yùn)行振蕩的頻譜分析圖，標(biāo)記在2.4240 GHz和-13.33dBm處。來自指定目標(biāo)的實(shí)測振蕩頻率之間的差別大約是1.23％：這代表了與使用射頻器件有關(guān)的誤差。通過改變天線輸入導(dǎo)納的靈敏度，在目標(biāo)輸出功率附近實(shí)現(xiàn)了振蕩頻率的精細(xì)調(diào)節(jié)和控制。這已經(jīng)通過將MESFET輸出與5-pF可變電容連接來實(shí)現(xiàn)。振蕩頻率范圍大約在目標(biāo)值的 6.4％之內(nèi)。

　　總之，提出并設(shè)計(jì)了集成振蕩器式有源天線，其采用正串聯(lián)反饋并工作在約為2.45GHz的中心頻率處。接線天線和振蕩器的設(shè)計(jì)步驟并行實(shí)現(xiàn)。電壓串聯(lián)反饋在振蕩器輸出導(dǎo)致了良好的動態(tài)范圍。采用經(jīng)過校準(zhǔn)的輸出傳感器，對天線輸入端口處的實(shí)測頻率和正向功率，給出了可靠的結(jié)果，而不影響天線和振蕩器電路元件的輻射特性，已經(jīng)滿足所有標(biāo)稱的設(shè)計(jì)目標(biāo)。