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一种用于整流天线的无源SPICE模型

DOI：10.1108/COMPEL-04-2017-0163 期刊：COMPEL - The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 目的——本文旨在提出一种用于表征接收模式下天线的SPICE模型。该模型可用于评估天线与多种不同非线性电路耦合时的性能。所提出的方法特别适用于整流天线应用，因其能比直接耦合全波分析仿真器与每个整流电路的方式更高效地分析不同整流天线配置。设计/方法/途径——该模型运用互易定理计算天线的戴维南等效电路理想电压源，随后采用矢量拟合将模型近似为可转换为电阻、电感及电容电路的有理函数，并添加额外元件以防止数值不稳定。研究发现——通过两个整流天线（一个基于2.45GHz矩形贴片天线，另一个基于平面螺旋天线）展示所提模型的性能。第二个天线的阻抗在频段内具有正负实部，可能导致数值不稳定。研究表明该方法在处理这些可能出现在电路参数化过程中的负电阻值时仍保持稳定。研究局限/意义——该等效SPICE电路模型便于模拟连接天线的非线性电路并进行瞬态分析，降低了天线分析的计算成本，其效率高于涉及全波仿真的方法。这一特性使其成为处理整流天线或任何电路时间常数远长于入射波周期的应用的有趣方案。原创性/价值——对于多数天线应用，可通过无源强制实现电路数值稳定性。但根据天线相位响应，表征其远场特性的阻抗可能出现负实部，此时无源强制将失效。本文通过向模型引入偏移电阻和电流控制电压源解决了数值不稳定问题。
作者： Polyanna Mara Pereira，Felipe Campelo，Takuya Mori，Hajime Igarashi，Ricardo Adriano
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出一种用于接收模式下天线（特别是整流天线应用）的SPICE模型，以评估其与非线性电路耦合时的性能，并提高相对于全波仿真的计算效率。

研究成果

所提出的SPICE模型为模拟与非线性电路（特别是整流天线）耦合的天线提供了一种稳定且计算高效的方法。该模型通过增加偏移电阻和CCVS来处理负电阻值，在确保稳定性的同时不会显著损失精度。通过示例验证表明，当使用足够极点时，该模型与全波仿真结果高度吻合，使其在能量收集应用的优化和重复评估中具有实用价值。

研究不足

该模型的精度取决于近似过程中所使用的极点数量以及频率范围的采样情况。它可能对非线性电路中的二极管模型较为敏感，虽然计算效率有所提升，但未进行详细量化。该方法最适用于电路时间常数远大于波周期的应用场景。

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