振荡器及天线的集成设计

安捷伦科技公司的ATF-10136型GaAs MESFET在4 GHz下具有0.5 dB的噪声指数，其被选为用于集成天线/振荡器的不稳定二端有源器件。通过将开路传输线连接到FET源端口来代表电压串联反馈。对线性电路进行了优化，从而在2.45 GHz下将输入和输出端口的反射最大化。图 1表示了这些反射的响应。2.45GHz下S11和S22的峰值分别为1.9和1.3;这些值被认为在输入和输出稳定环路是可以接受的，该环路需要集成天线/振荡器设计。

　　天线和RF电路器件被安装在罗杰斯公司(Rogers)具有以下规格的Duroid电路板材料上。相对介电常数、损失角正切，以及衬底高度分别是 2.55、0.0018和1.524 mm。通路尺寸分别为长度36 mm，宽度为46mm，而馈线尺寸分别为长15 mm，宽2 mm。2.45 GHz下馈线输入端的回波损耗幅度和相位分别为0.299和-147度。

　　当天线与RF电路被截断时，天线馈线和输出传感器之间的二端S参数如图2所示。当传感器置于距离辐射路径末端2mm处时，来自实测数据相应的校准因子 S'21由公式1计算得到：

图3表示了从1.8至3.0 GHz校准系数的响应。然而，考察从2变化到4mm不同距离校正因子的变化，而这些测量表明，在2mm距离初读取的幅度约为0.25dB。还考察了在天线输入回波损耗处该传感器的影响，并发现小于0.01 dB，有赖于同轴馈线的使用。

　　天线输入阻抗数据被变换到RF电路仿真器，并且观察了有源器件输入端口处的谐振条件。然后，使用有源器件的非线性模型对输入匹配电路进行了优化，分别如图4和图5所示。正如表中所示，由实测结果证明其满足了所有指定的设计目标。

　　电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。实质上是个等效阻抗。只有确定了输入阻抗，才能进行阻抗匹配，从信号源、传感器等获取输入信号。阻抗是电路或设备对交流电流的阻力，输入阻抗是在入口处测得的阻抗。高输入阻抗能够减小电路连接时信号的变化，因而也是最理想的。在给定电压下最小的阻抗就是最小输入阻抗。作为输入电流的替代或补充，它确定输入功率要求。

天线的输入阻抗定义为输入端电压和电流之比，随着天线长度及工作频率不同而发生变化。其值表征了天线与发射机或接收机的匹配状况，体现了辐射波与导行波之间能量转换的好坏。
　　

　　图6表示了自由运行振荡的频谱分析图，标记在2.4240 GHz和-13.33dBm处。来自指定目标的实测振荡频率之间的差别大约是1.23%：这代表了与使用射频器件有关的误差。通过改变天线输入导纳的灵敏度，在目标输出功率附近实现了振荡频率的精细调节和控制。这已经通过将MESFET输出与5-pF可变电容连接来实现。振荡频率范围大约在目标值的 6.4%之内。

　　
总之，提出并设计了集成振荡器式有源天线，其采用正串联反馈并工作在约为2.45GHz的中心频率处。线天线和振荡器的设计步骤并行实现。采用经过校准的输出传感器，对天线输入端口处的实测频率和正向功率，给出了可靠的结果，而不影响天线和振荡器电路元件的辐射特性，已经满足所有标称的设计目标。