文献基本信息

  • 题目：Bandwidth and Stability of Reflection Amplifiers for Intelligent Reflecting Surfaces
    • 用于智能反射式超表面的反射放大器的带宽与稳定性
  • 发表于《International Conference on Applied Electromagnetics and Communications (ICECOM)》
  • 作者来自克罗地亚 University of Zagreb

基本理论分析

反射式放大器为一个有源的一端口网络，可以将入射的电磁波放大后反射回去。它的增益就是反射系数，可以由阻抗进行定义：

其中是系统的特性阻抗。

如果有 ，则 。可以用负阻变换器实现，具体方式有分立晶体管，隧道二极管，运算放大器。

基本结构实现

电流负阻反射放大器

如图所示是一个使用运放构成的电流负阻反射放大器的基本电路。整体的输入阻抗实部计算如下：

其中为运放的闭环增益。

注意到这个电流反射放大器有两条反馈回路，即同相端与反向端分别有


其中 是反射信号对应的输出负载阻抗。

稳定性分析

如果要让运放闭环工作，必须要使反向端的反馈系数大于同相端，即 ，回代之后导出稳定条件为。

以 为例，如下史密斯图中的阴影区就是能满足稳定性条件的 范围。

稳定范围

带宽与稳定性保证

接入的负载在不同频率上可能有不同的阻抗表现，因此不保证对所有频率稳定工作。为了消减这一问题，可以通过引入LC谐振回路，谐振回路调谐至工作的中心频率。而在实际的系统中，往往还需要考虑从负载到反射放大器的传输线。总体表现如下图所示：

带LC谐振回路的反射放大器

经过传输线与LC谐振回路后，阻抗的变换可用如下公式描述：
。
为了对所有的与所有的都保证稳定性条件成立，则需要满足
。

考虑到在谐振回路的带外，谐振回路中的电感与电容会有一个被视为短路，因此整体主要由串联电阻决定。考虑最坏的情况，只用去做放大器的负载，只要计算，那么就一定可以满足稳定性条件。