一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路及其设计方法技术

本发明专利技术是一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路及其设计方法，该种电路包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器。可以依据自己需要设置电路的群时延、插入损耗参数，进而计算出所需的电路参数，例如电路中电阻R、电感L、电容C的值。并且电路的插损可以为0，这在一定程度上可以通过LNA来补偿由RLC负群时延电路所带来的损耗,提高NGD带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路及其设计方法
本专利技术是涉及微波工程
，具体的说是用于一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路及其设计方法。
技术介绍
20世纪早期，美国科学家A.Sommerfeld和L.Brillouin提出了群时延为负的可能性后，在相当长的一段时间内“负群时延”颇受争议，直到贝尔实验室的Chu和Wong第一次在激光脉冲穿过GaP:N样品的实验中观察到了负群速。此后，在其他光学、量子试验中，群速为负或大于光速也被多次被证实。进入二十世纪后，随着左手材料等新型材料的发展和对通信系统性能的要求越来越高，更多的研究人员开始对群时延展开研究。尤其是近些年来，负群时延电路因其特殊的性能和在前馈放大器、天线阵列等领域的广泛应用，吸引了世界各国研究者的注意，成为又一个研究热点。然而目前负群时延电路的研究成果主要集中在西方发达国家，特别是美国和日本，国内对于这一领域还处在起步阶段。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路及其设计方法，该种电路的群时延、插入损耗可以任意设置，并且电路的插损可以为0，可以通过LNA来补偿由RLC负群时延电路所带来的损耗,提高群时延带宽。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器，所述的基于RLC的谐振电路由电阻R、电感L、电容C依次串联组成，所述的基于RLC的谐振电路并连在网络输入端口与网络输出端口之间。一种基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的设计方法，其特征在于：确定合适的LNA并提出LNA的S参数模型；根据S参数理论，推导出群时延电路的S参数矩阵，利用推导出的S参数矩阵中的插入损耗,由公式来求出电路的相位函数,最后由群时延定义来求出群时延函数，同时明确低噪声放大器LNA的反射系数和增益，群时延电路的带宽，然后根据指定的负群时延、增益、NGD带宽和匹配水平综合计算出NGD电路的参数电阻R、电感L、电容C，具体步骤如下：首先,定义低噪声放大器LNA的S参数模型：式中r、t分别是LNA的反射系数和插入增益；根据S参数理论，推导出电路的S参数：其中R0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；电路中电容C满足：式中ω0为电路中心频率；在中心频率ω0时的S参数如下：根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：其中由公式(2)、(3)、(5)、(6)可得在中心频率ω0处的群时延:当ω＝ω0时，由公式(4)得：令由公式(7)、(8)、(9)得：根据公式(3)、(10)、(11)，可以设置任意大小群时延τ0，插入增益g，进而求得电阻R,电感L，电容C。一种基于并联RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器，所述的基于RLC的谐振电路由相互并联的电阻R、电感L、电容C组成，所述的基于RLC的谐振电路串连在网络输入端口与网络输出端口之间。一种基于并联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的设计方法，其特征在于：确定合适的LNA并提出LNA的S参数模型；根据S参数理论，推导出群时延电路的S参数矩阵，利用推导出的S参数矩阵中的插入损耗,由公式来求出电路的相位函数,最后由群时延定义来求出群时延函数，同时明确低噪声放大器LNA的反射系数和增益，群时延电路的带宽，然后根据指定的负群时延、增益、NGD带宽和匹配水平综合计算出NGD电路的参数电阻R、电感L、电容C，具体步骤如下：首先,定义低噪声放大器LNA的S参数模型：式中r、t分别是LNA的反射系数和插入增益；根据S参数理论，推导出电路的S参数：其中R0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；电路中电容C满足：式中ω0为电路中心频率；在中心频率ω0时的S参数如下：根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：其中由公式(13)、(14)、(16)、(17)可得在中心频率ω0时的群时延:当ω＝ω0时，由公式(15)得：令由公式(18)、(19)、(20)得：根据公式(13)、(18)、(19)，可以设置任意大小群时延τ0，插入增益g，进而求得电阻R,电感L,电容C。本专利技术的有益效果是：研究人员可以依据自己需要设置电路的群时延、插入损耗参数，进而计算出所需的电路参数，例如电路中电阻R、电感L、电容C的值。并且电路的插损可以为0，这在一定程度上可以通过LNA来补偿由RLC负群时延电路所带来的损耗,提高群时延带宽。附图说明图1为本专利技术基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的电路图。图2为本专利技术基于并联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的电路图。图3为本专利技术基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路插入增益的参数仿真结果示意图。图4为本专利技术基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的群时延仿真结果示意图。图5为本专利技术基于并联RLC和低噪声放大器的负群时延电路插入增益的参数仿真结果示意图。图6为本专利技术基于并联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的群时延仿真结果示意图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器，所述的基于RLC的谐振电路由电阻R、电感L、电容C依次串联组成，所述的基于RLC的谐振电路并连在网络输入端口与网络输出端口之间。一种基于串联RLC和低噪声放大器的负群时延电路的设计方法，其特征在于：根据S参数理论，推导出群时延电路的S参数矩阵，利用推导出的S参数矩阵中的插入损耗,由公式来求出电路的相位函数,最后由群时延定义来求出群时延函数，同时明确低噪声放大器LNA的反射系数和增益，群时延电路的带宽，然后根据指定的负群时延、增益、NGD带宽和匹配水平综合计算出NGD电路的参数电阻R、电感L、电容C，具体步骤如下：首先,定义低噪声放大器LNA的S参数模型：式中r、t分别是LNA的反射系数和插入增益；本实施例中，t＝8.5dB，r＝-22dB，LNA选择LEE-9+。根据S参数理论，将带入中，推导出电路的S参数：其中R0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；本实施例中，R0＝50Ω；电路中电容C满足：式中ω0为电路中心频率；在中心频率ω0时的S参数如下：根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：其中由公式(2)、(3)、(5)、(6)可得在中心频率ω0处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器。

【技术特征摘要】
1.一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口连接，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为R0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有两组基于RLC的谐振电路，两组基于RLC的谐振电路之间连接有低噪声放大器。2.如权利要求1所述的一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路，其特征在于：所述的基于RLC的谐振电路由电阻R、电感L、电容C依次串联组成，所述的基于RLC的谐振电路并连在网络输入端口与网络输出端口之间。3.如权利要求1所述的一种基于RLC的带通负群时延电路，其特征在于：所述的基于RLC的谐振电路由相互并联的电阻R、电感L、电容C组成，所述的基于RLC的谐振电路串连在网络输入端口与网络输出端口之间。4.权利要求2所述的一种基于RLC和低噪声放大器的负群时延电路的设计方法，其特征在于：确定合适的LNA并提出LNA的S参数模型，根据S参数理论，推导出群时延电路的S参数矩阵，利用推导出的S参数矩阵中的插入损耗,由公式来求出电路的相位函数,最后由群时延定义来求出群时延函数，同时明确低噪声放大器LNA的反射系数和增益，群时延电路的带宽，然后根据指定的负群时延、增益、NGD带宽和匹配水平综合计算出NGD电路的参数电阻R、电感L、电容C，具体步骤如下：首先,定义低噪声放大器LNA的S参数模型：式中r、t分别是LNA的反射系数和插入增益；根据S参数理论，推导出电路的S参数：其中R0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；电路中电容C满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：万发雨，李宁东，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32