分析振荡器及天线的集成式设计

采用传感器校正因子来确定天线输入端口测量到的频率和正向功率，当天线与振荡器电路截断时，该校正因子被估算。传感器是一小块尺寸为3×5 mm的路径，置于天线边沿产生最高电压。包含的50-O电阻可以确保这种传感器功能正确，还保证了传感器的输出连接器作为一个相对良好匹配的源出现。这将减少将其连接到一个匹配很差的功率计或频谱分析仪所可能造成的误差。首先，当将天线与有源RF电路截断时，测量该校正因子：然后，重新连接来测量振荡器的输出功率。

　　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。