一种低频段超宽带合路器的设计

一种用于计算机无线电接收机中的超宽带LNA设计超宽带低噪声放大器（LNA）是计算机无线电接收机中的重要组成部分。

它的作用是放大接收机接收到的无线电信号，并将其送入后续的信号处理电路。

在设计超宽带LNA时，需要考虑到频率带宽、噪声指标、增益、稳定性等因素。

本文将介绍一种常见的超宽带LNA设计方案。

首先，超宽带LNA需满足宽带特性，即在整个工作频段内具有一致的增益和噪声性能。

为了实现这一点，可以采用宽带匹配网络和宽带耦合方案。

常见的宽带匹配网络包括L、π、T形式的网络，可以根据具体要求选择合适的网络结构。

在宽带耦合方面，可以采用短耦合技术，即将输入和输出端口之间的耦合长度尽量缩短，从而提高整个LNA的宽带性能。

其次，超宽带LNA需要具备低噪声特性。

低噪声是无线电接收机的重要指标之一，对接收机的灵敏度和性能影响较大。

为了降低噪声指标，可以采用多级放大器结构和合理的源极偏置技术。

多级放大器结构可以提供更高的增益，并且每级放大器的噪声功率互补叠加，从而降低整个LNA的噪声指标。

在源极偏置技术方面，可以采用共源极配置或共基极配置，根据具体设计要求选择合适的极性和电路结构。

此外，超宽带LNA的增益也是一个关键指标。

增益决定了LNA输出信号的强度，对后续的信号处理电路起到重要作用。

为了增加增益，可以通过增加电源电压、调整工作点偏置电流、采用高增益晶体管等方式。

但同时也需要注意增益和稳定性之间的平衡，过高的增益可能导致放大器的不稳定性。

最后，超宽带LNA的稳定性也需要考虑。

稳定性是指在LNA的输入和输出端口所加入的无条件导纳之间的关系。

为了保证LNA的稳定性，可以采用反馈技术，通过引入反馈电路来提高整个LNA的稳定性。

在超宽带LNA设计中，还需要考虑功耗、线性度等因素，以平衡设计的要求。

在实际设计过程中，可以通过模拟仿真、实验测试和参数优化等方法来调整设计方案，以满足具体的应用要求。

综上所述，超宽带LNA设计需要综合考虑频率带宽、噪声指标、增益、稳定性等因素，通过合理选择匹配网络、耦合方案、放大器结构、偏置技术、稳定性设计等手段来实现优化设计。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueNov. 2023Vol. 46 No. 222023年11月15日第46卷第22期频率合成器被称为现代通信系统的“心脏”，是通信系统的核心组成部分，因此频率合成器性能的好坏直接影响着整个系统性能的好坏。

随着现代通信技术的快速发展和信道资源的日益拥挤，信号频率已经由原来的短波、超短波、L 、S 、X 频段拓展到现在Ku 、Ka 频段甚至更高频率，并且系统的集成度越来越高[1]。

传统意义上的频率合成器体积大、功耗高、相位噪声大、输出信号频率范围窄，因此已经不能满足当前的需要，特别是在空间通信、遥测遥控、雷达测量、雷达定位、雷达侦察、信息对抗等领域，尤其是雷达探测和侦察领域迫切需要性能优良的小型化低功耗超宽带低相噪频率合成器。

因此高性能的小型化低功耗超宽带低相噪频率合成器的应用和研究显得非常重要，不仅可以提高系统的侦测能力，还能降低系统功耗和尺寸。

1 技术指标本文主要是设计一个小型化低功耗超宽带低相位噪声的频率合成器，具体技术指标如下：1） 输出频率：50 MHz~20 GHz 。

2） 跳频步进：1 Hz 。

3） 相位噪声@20 GHz ：≤-75 dBc/Hz@100 Hz ；≤-100 dBc/Hz@1 kHz ；≤-110 dBc/Hz@10 kHz ；≤-110 dBc/Hz@100 kHz 。

4） 外参考输入输入频率：100 MHz ；相位噪声：≤-135 dBc/Hz@100 Hz ；≤-165 dBc/Hz@1 kHz ；≤-170 dBc/Hz@10 kHz ；≤-175 dBc/Hz@100 kHz 。

2 方案设计2.1 总体方案设计传统的小步进低相噪频率合成器采用DDS+PLL 方DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.22.005引用格式：鲁纯，韩周安，王飞龙.Ka 频段小型化低功耗超宽带低相位噪声频率合成器的设计与实现[J].现代电子技术，2023，46（22）：23⁃27.Ka 频段小型化低功耗超宽带低相位噪声频率合成器的设计与实现鲁 纯， 韩周安， 王飞龙（成都爱科特科技发展有限公司， 四川 成都 610054）摘 要： 提出一种小型化低功耗超宽带低相位噪声频率合成器的设计方法。

第45卷第4期2019年8月兰州理工大学学报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.45No.4Aug.2019文章编号：1673-5196(2019)04-0110-04一种对踵型Vivaldi超宽带天线设计岳新东（甘肃省无线电监测站，甘肃兰州730000）摘要：为了提高传统Vivaldi天线低频段的前向辐射增益，设计了一种尺寸为96mmX50mmXI.5mm的对踵型Vivaldi超宽带天线.该天线通过在其底层增加了一个矩形地板,并将其介质基板在比和夕轴上分别向外进行一定延伸来提高辐射特性.最后，利用仿真和实测相结合的方法进一步验证了设计的可靠性.结果表明，该天线的最高增益超过8dB,具有良好的阻抗匹配特性，而且在3〜12GHz的频带范围内方向图特性良好，可以实现超宽带传输.关键词：Vivaldi天线；超宽带；前向辐射增益中图分类号：TN821文献标志码：ADesigning of an antipode-type Vivaldi ultra wideband antennaYUE Xin-dong(Gansu Radio Monitoring Station,Lanzhou730000,China)Abstract:In order to improve the forward radiation gain of the traditional Vivaldi antenna with low fre­quency band,an antipode-type Vivaldi ultra wideband antenna with dimension of96mmX50mmX 1.5 mm is designed.The radiation characteristics of this antenna is enhanced by means of adding a rectangular floor to its bottom layer and extending outward the dielectric substrate to a certain extent along x and y axis,respectively.Finally,the reliability of the design is verified by means of combined simulation and ac­tual measurement.The result shows that the maximum gain of the antenna will be more than8dB,pos­sessing fine impedance matching characteristics and fine orientation characteristics at a range of frequency band from3to12GHz，so that the ultra wideband transmission will be able to achieve.Key words:Vivaldi antenna；ultra wideband；forward radiation gain在现代无线通信系统中，天线作为一种发射或接收电磁波的单元，可实现自由空间电磁场和导波系统电磁场之间的相互转换，因此在雷达系统、卫星导航和医疗设备等领域得到了广泛应用.目前，随着科学技术的不断发展，无线电系统的带宽也随之不断拓展，超宽带（ultra wide-band,UWB）天线已经成为了天线领域的研究热点之一口切・作为超宽带天线的一种,Vivaldi天线具有超宽带性能、单方向性和稳定的辐射模式,且结构简单、易于加工、易于馈电、便于集成等特点，已被成功应用于微波成像领域⑸.Vivaldi天线最早是在1979年由Gibson提出，作为一种渐变式、非周期、端射行波天线，理论上具有无限的频带宽度然而传收稿日期：2019-01-05作者简介:岳新东（1980-）,男，甘肃兰州人，硕士，高级工程师.统Vivaldi天线的带宽受限于天线的有限尺寸和馈线结构［⑹.针对传统Vivaldi天线馈电结构限制天线带宽的缺陷，本文提出了一种对踵型Vivaldi天线•与传统Vivaldi天线相比,对踵型Vivaldi天线的输入阻抗较低，易于和特征阻抗为50Q的馈线匹配•仿真和实测数据表明,天线的工作频段不仅覆盖了超宽带通信所规定的频段，而且还具有较高的增益，可用于超宽带无线通信系统.1天线结构设计传统Vivaldi天线是由蚀刻在带有介质层的金属底板上的渐变锥形缝隙构成，由于受到有限的尺寸和馈线结构的影响，其带宽往往受限•为了获得较大的传输带宽，通过在传统Vivaldi 天线的底面添第4期岳新东:一种对踵型Vivaldi 超宽带天线设计・111・加矩形地板，并将介质基板在工轴正向延伸Lo ,在 夕轴正负方向各延伸Wo,提出了一种对踵型Vival ­di 天线•该天线选用相对介电常数硏为4. 4、厚度h为1. 5 nrni 的双面覆铜环氧板(FR4)作为介质基板，该对踵型Vivaldi 天线的结构如图1所示.图1 中的深色部分为顶层结构,浅色部分为底层结构.图1 Vivaldi 天线结构Fig. 1 Structure diagram of Vivaldi antennaPermittivityh;;8GHzGeometry DataLength unitFrequency:IQ Include DispersionImpedance staticZ_o= 150.95 Ohm eps.eff =卩怎Phase shift = |l .5325e+01Line length:| Calculate『Build 3D ]| Exit ][ Help |由图1可知,介质基片两侧导体结构关于乂轴 对称•力和处分别表示天线的内外指数渐变槽线, 其数学表达式为仍=寺［卅门 000) - 1］ — *乙(0 W * L1)(1)% =寺［卅曲—叮 + |l 2(0 IW L1)⑵式中丄2为天线顶面的微带馈线宽度;居和怂为与天线的渐变槽线曲率有关的参数.利用CST 电磁仿真软件中的特征阻抗计算工具，在天线所用FR4材料的相对介电常数硏和厚度h 给定的情况下，经计算可得如图2所示的结果.由图2可见,当参数乙=2. 8 mm 时,天线的特征阻抗约为50. 95 Q.由此可见，该天线的特征阻抗可以 与特征阻抗为50 Q 的馈线相匹配.天线的渐变槽线曲率直接影响Vivaldi 天线的图2对踵型Vivaldi 天线特征阻抗计算Fig. 2 Characteristic impedance calculation of antipode-typeVivaldi antenna辐射性能，因此，参数居和怂的选取是一个关键•依据设计天线的尺寸与形状，利用CST 电磁仿真软件 中的参数扫描功能进行回波损耗值的计算•计算过 程中人和爲分别在78〜90、24〜40之间平均选取3个样本点，回波损耗(SG 如图3所示•为了实现3〜12 GHz 的目标带宽，这就要求该频率范围内的回波损耗全部在一10 dB 以下•依据该要求，从图3中选取回波损耗值最优曲线(即S n (1))所对应的参数为和爲的最佳值，即尿=84，爲=32.通过以上仿真和进一步优化参数后，所设计出 的对踵型Vivaldi 天线模型可实现设计要求，天线单元的具体尺寸为:长96 mm,宽50 mm,厚度1. 5mm.其余天线各参数见表1,其中丄。

专利名称：低耦合度超宽频带MIMO天线专利类型：发明专利
发明人：郭陈江,江磊,丁君
申请号：CN201610673846.0
申请日：20160816
公开号：CN106099365A
公开日：
20161109
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种低耦合度超宽频带MIMO天线，涉及一种MIMO天线领域，对常用的中间线结构进行变形来实现超宽频带内的去耦合，中间线结构为中间是正方形贴片，正方形贴片和微带线平行的两边分别伸出一条L型金属臂与圆形印刷单极子辐射贴片相连，本发明由于去耦合结构被放置在两个天线单元之间，因此整个MIMO系统的尺寸较小，去耦合结构的加入，有效提高了频带的隔离度；圆形印刷单极子辐射贴片，变形后的中间线结构，50欧姆微带线都采用印刷结构，介质基板采用介电常数为4.4的FR4，作为PCB板最常见的板材，价格低廉，易于购买，所以，本发明制作成本低，易于加工，可批量生产，具有较大的实际应用价值。

申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
代理机构：西北工业大学专利中心
代理人：金凤
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Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 121【关键词】超宽带 有源阵面 微波数字复合板 波控1 引言随着数字相控阵技术的飞速发展，构建集雷达、通信、电子对抗等多功能于一体的综合射频系统已成为现代电子战装备的发展要求。

根据不同作战功能对天线及射频前端的要求，将多功能综合射频系统分为多个射频孔径实现，每个子孔径配合阵面公用设备一起，完成射频信号收发、校正、变频、中频数字化和信号的光电-电光转换传输等功能。

有源阵面是子孔径的重要有源部件，是将天线、集成射频前端、波控、二次电源乃至变频、延时放大等进行综合集成的结果，其性能指标决定了整个阵面战术性能。

对阵面进行合理化布局，开展轻量化设计及高集成设计，是控制系统的体积、重量的一个重要手段。

本文介绍了一种SCX 频段超宽带新型有源阵面的研制，该有源阵面采用全金属Vivaldi 天线，确保超宽带；利用三角布阵，减少辐射单元数目；采用多功能芯片，将幅相控制功能、LNA 功能及开关功能集成在一起，实现接收前端功能；基于多层微波数字复合基板技术，完成低频信号的走线和射频网络功能；通过三维立体叠层装配，SMP 盲配互联，提高了有源阵面的系统集成度，优化了阵面体积和重量。

2 设计方案研制的SCX 频段超宽带有源阵面采用轻量化高集成的设计方案，针对接收阵面热量小的特点，利用微波数字多层复合基板设计多功能板，极大的提升了集成度，降低了重量。

有源阵面的实现方案如图1所示，主要由天线单元与多功能板组成，两者通过SMP 射频垂直互联实现对接。

其中射频接收前端功能主要由幅相多功能模块和射频合成网络实现，位于多功能板正面，波控位于多功能板背面，通过多层PCB 布线实现对幅相多功能模块的馈电与控制。

3 关键电路设计一种SCX 频段超宽带新型有源阵面的研制文/花婷婷 张瑞 唐永福3.1 天线单元和阵面有源阵面天线需要在限定的重量、体积下实现5个倍频程的宽带设计，在满足增益效率要求下优化扫描状态下的驻波，采用全金属Vivaldi 天线设计，并采用天线单元整体加工的方式保证天线之间的电连接，避免其它不可控因素造成的影响。

专利名称：超宽带双频合路器
专利类型：发明专利
发明人：邸英杰,何涛,贺斌,舒萌萌,黄景民申请号：CN200710027110.7
申请日：20070312
公开号：CN101267219A
公开日：
20080917
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种超宽带双频合路器，包括合路端口、第一端口和第二端口，以及两个同轴谐振子带通滤波器和两路直流通路，第一直流通路接入第一端口和合路端口之间；第二直流通路接入第二端口和合路端口之间，第一同轴谐振子带通滤波器一端通过第一隔直电容与第一端口电性连接；第二同轴谐振子带通滤波器一端通过第二隔直电容与第二端口电性连接；第一和第二同轴谐振子带通滤波器的另一端共同通过第三隔直电容与合路端口电性连接，所述各隔直电容均为分布参数式电容。

本发明通过应用分布参数式隔直电容，使合路器的体积大大缩小；由于对整体结构进行了重新布局，还带来了差损小、功率容量大、通道间隔离度高等优点。

申请人：京信通信系统(中国)有限公司
地址：510663 广东省广州市科学城神舟路10号
国籍：CN
代理机构：广州三环专利代理有限公司
代理人：刘延喜
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921362948.6(22)申请日 2019.08.21(73)专利权人 南京曼杰科电子工程有限公司地址 211303 江苏省南京市高淳区桠溪镇东风路12号1幢(72)发明人 夏琛海　刘本东　衡文忠　(51)Int.Cl.H01Q 1/36(2006.01)H01Q 1/38(2006.01)H01Q 1/50(2006.01)H01Q 1/48(2006.01)(54)实用新型名称一种小型低频超宽带天线(57)摘要本实用新型涉及微波通信技术领域，且公开了一种小型低频超宽带天线，包括渐变槽天线，所述渐变槽天线包括有微带线、扇形短截线、圆形槽线、渐变槽线和开口末端，所述开口末端的数量为两个，两个所述开口末端的右侧分别通过集总电阻固定连接有贴片单元，且贴片单元与渐变槽线形成的开槽形状符合连续指数分布，所述圆形槽线的右侧与渐变槽线的左侧固定连接，所述贴片单元包括有贴片斜边和寄生贴片，寄生贴片为与渐变槽开口的两个开口末端通过集总电阻分别相连的两个相对放置的金属贴片。

该小型低频超宽带天线，通过缩减馈电槽线和加载寄生贴片，缩小了渐变槽天线的尺寸，具有带宽大、交叉极化好等特点，具有实际应用和推广价值。

权利要求书1页 说明书3页 附图7页CN 210245712 U 2020.04.03C N 210245712U1.一种小型低频超宽带天线，包括渐变槽天线（1），其特征在于：所述渐变槽天线（1）包括有微带线（11）、扇形短截线（12）、圆形槽线（13）、渐变槽线（14）和开口末端（15），所述开口末端（15）的数量为两个，两个所述开口末端（15）的右侧分别通过集总电阻（2）固定连接有贴片单元（3），且贴片单元（3）与渐渐变槽线（14）形成的开槽形状符合连续指数分布，所述圆形槽线（13）的右侧与渐变槽线（14）的左侧固定连接，所述贴片单元（3）包括有贴片斜边（31）和寄生贴片（32），所述寄生贴片（32）为与渐变槽开口的两个开口末端（15）通过集总电阻（2）分别相连的两个相对放置的金属贴片，所述渐变槽天线（1）的左侧固定连接有金属背板（4）。

专利名称：一种宽带低相噪频率合成装置
专利类型：发明专利
发明人：曹阳,陶长亚,凌云志,黄武,赵润年,张煜,汤瑞,张黎明,周建烨
申请号：CN201710251274.1
申请日：20170418
公开号：CN107196653A
公开日：
20170922
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种宽带低相噪频率合成装置，具体涉及频率合成技术领域。

该宽带低相噪频率合成装置，包括相互连接的参考电路、宽带信号产生电路、混频电路、点频信号发生电路和小数分频电路，利用第一压控振荡器和第二压控振荡器组合实现6～12GHz的宽频率覆盖，采用点频信号发生电路产生的2.5GHz、5GHz、10GHz的低相噪点频信号与6～12GHz的宽带高频信号进行混频，实现宽带高频信号频率向下搬移到0.2～3GHz，降低因为倍频效应带来的相噪恶化，实现输出信号的低相噪，使用小数分频技术实现频率合成装置输出频率的高频率分辨率。

申请人：中国电子科技集团公司第四十一研究所
地址：233010 安徽省蚌埠市华光大道726号
国籍：CN
代理机构：青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：肖峰
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专利名称：一种宽带超低频天线专利类型：发明专利
发明人：李迎松,孟露露
申请号：CN202210093802.6申请日：20220126
公开号：CN114430105A
公开日：
20220503
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种宽带超低频天线，包括圆形正负电极、圆形压电材料、连接正负电极之间的电桥，圆形正负电极分别与电源的正极和负极连接，电桥将所有的圆形正电极和负电极分别连接在一起。

所述的宽带超低频天线的所有单元尺寸不一，且圆形压电材料的厚度呈现阶梯递增，电压驱动圆形正负电极工作，电压通过电桥传递给每个超低频天线单元，圆形压电材料的不同厚度使每个超低频天线单元产生不同谐振频率，通过谐振频率的叠加，实现宽带超低频天线设计。

本发明的超低频天线可以实现超低频全频带覆盖，比传统的超低频天线体积大大减小，带宽大大增加，且可以实现深水与深空的互联互通。

申请人：安徽大学
地址：230601 安徽省合肥市九龙路111
国籍：CN
代理机构：北京盛询知识产权代理有限公司
代理人：陈巍
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