[发明专利]一种用于信号包络畸变补偿的串联双端口负阻抗变换器

说明书

本发明公开了一种用于信号包络畸变补偿的串联双端口负阻抗变换器。基于对浮地型差分结构负阻抗变换器改进，是将三端口网络结构改进为双端口网络结构，即将差分输入正极改进为输入端口，将差分输入负极改进为输出端口，并去除原来的差分输出端口，使其成为具有串联特性的双端口负阻抗变换器，并通过与运算放大器正负极输入端口相连接的电阻以及与运算放大器间相连接的阻抗，调节阻抗变换器整体电路的传输系数的非福斯特特性，从而对经过高通滤波器畸变后的方波信号进行包络的色散补偿。本发明克服传统负阻抗变换器只能并联的缺点，具有尺寸小、结构简单、高精度调节特点，实现对电路传输系数的调节。在射频收发机等电路的色散补偿有应用前景。

技术领域

本发明涉及负阻抗变换器，尤其是涉及一种用于信号包络畸变补偿的串联双端口负阻抗变换器。

背景技术

信号传输时不可避免的产生畸变。无论是在电子电路、射频微波电路、光纤通信，还是在空间信号传输中，只要信号有带宽，就一定会受到不同程度的畸变。畸变是信号传输过程中抑制传输距离、传输精度、传输品质的主要原因。在众多畸变种类中，最常见同时也最重要的就是群延时畸变。在信号传输中，群延时是指对给定的频率表现为负斜率的相位响应，从而产生相对原始信号波形包络的时延。而当信号中不同的频率分量受到非线性响应时(色散)，会导致信号的包络产生波形畸变，这被称为群延时畸变。群时延畸变会导致信号带宽展宽、误码率变大、信道噪声增大、同步性变差、传输距离变短等影响，严重的畸变甚至会导致信号无法被解调。在电子电路中，信号的色散主要由福斯特器件的非线性阻抗特性引起，如何抵消福斯特器件的非线性响应是抑制群时延畸变的核心。

科学界对负阻抗变换器的研究已有很长的历史，自1920年Rodolph Sanon提出非福斯特器件的概念以来，已经有多种形式的非福斯特器件，并且对其工作稳定性已有大量研究。目前对于非福斯特器件的实现都是基于负阻抗变换器的原理，利用晶体管有源器件构造电路，在输出端口的等效电路参数实现。如Linwill在1953年首次利用晶体管实现接地型负阻抗变化器；Antoniou在1972年提出利用差分输入电路结构实现浮地型差分结构负阻抗变器。浮地型差分结构负阻抗变换器电路结构如图1所示，包括两个运算放大器、与两个运算放大器正负极输入端口相连接的四个独立电阻R以及一个阻抗Z_L两端分别连接两个运算放大器的负极输入端口及正极输入端口的电路结构。其中差分输入正极在第一个运算放大器的正极输入端口与相连接的电阻处引出，差分输入负极在第二个运算放大器的负极输入端口与相连接的电阻处引出，阻抗Z_L两端为差分输出端口。

Zhiwei A.Xu在2012实现利用反馈理论来调节负阻抗变器的稳定性。同时大量利用非福斯特器件的非福斯特特性(即阻抗的色散特性曲线随频率的变化的斜率为负值)补偿福斯特器件的研究也在近年引起广泛关注。如2009年，Sussman Fort成功将负电容应用于小天线中抵消了其电抗，扩展了带宽并且提高了天线接收的信噪比；Fei Gao在2014年实现利用非福斯特器件实现对人工介电材料的反射系数进行补偿。

到目前为止，在微波通信领域已有多种方法对阻抗值进行补偿，抵消电路的电抗特性，如利用负阻抗变换器补偿电小天线和人工介电材料的输入阻抗。但是受限于负阻抗变换器的电路结构，这些工作中的负阻抗变换器都是并联接入电路，再对电路中的阻抗进行补偿。而浮地型差分结构负阻抗变换器由于结构复杂，限制其在天线和人工材料领域的使用。以上原因使得利用负阻抗变换器补偿电路始终停留在对反射系数的补偿。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于信号包络畸变补偿的串联双端口负阻抗变换器，使其成为一种具有串联特性的双端口负阻抗变换器，克服传统负阻抗变换器只能并联的缺点，尺寸小、结构简单、高精度调节特点，拓宽负阻抗变换器的应用范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：