基于PT对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法

基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法
技术领域
1.本发明属于二端口传输系统领域，尤其涉及一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法。


背景技术：

2.二端口传输电路分为互易传输电路和非互易传输电路两种。互易传输电路的定义是信号在两个端口间的传输是相同的，因此互易传输电路不具有方向性，通常使用全无源原件构建。与互易传输电路相反，非互易传输电路的定义是信号在两个端口间的传输是不同的，改变输入信号的端口可以在另一个端口看到不同的输出信号幅度，具有方向性，通常使用磁性原件或者非线性有源原件搭建。利用非互易传输电路可以构造声波信号的非互易传输以及电学信号的非互易传输，常用于构造环形器和隔离器。当前的非互易传输系统只能实现单一频率信号的非互易传输，如果信号频率发生改变，需要从新制作一个非互易传输系统，这在以及应用中大大增加了成本以及不便，不适用于频率可变的应用环境。因此发明一种频率可调的非互易传输系统是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法,使用电容可调构造pt对称系统的耦合模块，实现了pt对称系统在破缺区的传输信号频率调节，利用跨阻放大器的非线性，实现信号在二端口间的非互易传输，以解决当前的非互易传输系统只能实现单一频率信号的非互易传输，如果信号频率发生改变，需要从新制作一个非互易传输系统，这在以及应用中大大增加了成本以及不便，不适用于频率可变的应用环境的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
5.一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统，其由损耗谐振电路、增益谐振电路以及可调耦合模块三部分组成，增益谐振电路由第二电感、正电阻和负电阻并联组成，其中负电阻由跨阻放大器构成；当跨阻放大器工作在线性区时，负电阻呈不随输入电压变化的定值负电阻；当跨阻放大器工作在负饱和区时，负电阻阻值为受输入电压控制的负电阻；损耗谐振电路和增益谐振电路通过可调耦合模块耦合在一起，通过改变可调耦合模块的耦合电容来改变损耗谐振电路与增益谐振电路之间的耦合系数，从而改变系统的传输频率。
6.进一步的，损耗谐振电路由第一电感、第一电容和正电阻并联组成。
7.进一步的，跨阻放大器包括第一电阻、运算放大器、第二电阻、第三电阻；第一电阻连接在运算放大器同向输入端和输出端之间，第二负电阻连接在运算放大器的反向输入端和输出端之间，第三电阻一端接地一端接第二电阻。
8.进一步的，可调耦合模块由可调电容构成。
9.进一步的，损耗谐振电路中的第一电感、正电阻分别与增益谐振电路中的第二电
感、负电阻相等。
10.进一步的，损耗谐振电路中的正电阻的阻值与增益谐振电路中负电阻工作在线性区时的电阻值的绝对值相等。
11.一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统的检测方法，包括以下步骤：
12.步骤1，调节跨阻放大器电阻值，使跨阻放大器线性区等效负阻值的绝对值等于损耗谐振电路的正电阻的绝对值，使系统处于pt对称状态；
13.步骤2，调节可调耦合模块的电容值，使其值在
14.之间，此时系统处于pt对称破缺区；其中c
l
是损耗谐振电路电容，r
l
是损耗谐振电路正电阻，l
l
是损耗谐振电路电感；
15.步骤3，调节输入信号的幅值，定义信号从损耗谐振电路往增益谐振电路传输是正向传输，此时负电阻工作在线性区，定义信号从增益谐振电路往损耗谐振电路传输为反向传输，此时负电阻工作在负饱和区，由于正向传输和反向传输时跨阻放大器的等效负电阻不同，系统形成非互易传输；
16.步骤4，调节可调耦合模块的可调电容值，使其在之间变化，改变系统信号传输频率，形成传输频率可调谐的非互易传输系统。
17.本发明的基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法，具有以下优点：
18.本发明通过改变可调电容耦合模块改变损耗模块与增益模块之间的耦合系数，从而改变系统的传输频率。调节传输信号幅值，利用增益谐振模块中负电阻的饱和性质实现正向传输系数与反向传输系数的差异，实现非互易传输。该系统具有高非互易比，低插入损耗以及频率可调的优点。
附图说明
19.图1为本发明的一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统的等效电路图；
20.图中标记说明：1、损耗谐振电路；2、增益谐振电路；3、可调耦合模块；11、第一电容；12、正电阻；13、第一电感；21、第二电容；22、负电阻；23、第二电感；221、第一电阻；222、运算放大器；223、第二电阻；224、第三电阻。
具体实施方式
21.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统及其检测方法做进一步详细的描述。
22.pt对称系统按照耦合系数和损耗因子关系可以分为pt对称区，pt对称临界点以及pt对称破缺区三个工作区。耦合系数大于临界耦合系数时，系统处于pt对称区，pt对称区的系统谐振频率是两个不等的实数，损耗谐振电路的信号幅值和增益谐振电路的信号幅值相同，可以应用于信号的等幅传输；耦合系数等于临界耦合系数时，系统处于pt对称临界点，pt对称临界点的系统谐振频率会合并为一个实数频率，当系统存在微扰时，实数频率会发生分裂，分裂的频率差值对于微扰十分敏感，常应用于高灵敏度传感器设计；耦合系数小于
临界耦合系数时，系统处于pt对称破缺区，pt对称破缺区的系统谐振频率是两个具有相同实部相反虚部的复数，损耗谐振电路的信号幅值随时间指数减小，增益谐振电路的信号幅值随时间指数增加，由于负电阻器件的非线性，增益谐振电路的信号幅值在跨阻放大器进入负饱和区后会被非线性放大，导致两个传输方向打的传输系数不相等，可以被应用于构造非互易传输系统。
23.如图1所示，一种基于pt对称原理的频率可调非互易传输系统，由损耗谐振电路1、增益谐振电路2以及可调耦合模块3三部分组成，增益谐振电路2由第二电感23、正电阻12和负电阻22并联组成，其中负电阻22由跨阻放大器构成；当跨阻放大器工作在线性区时，负电阻22呈不随输入电压变化的定值负电阻；当跨阻放大器工作在负饱和区时，负电阻22阻值为受输入电压控制的负电阻；损耗谐振电路1和增益谐振电路2通过可调耦合模块3耦合在一起，通过改变可调耦合模块3的耦合电容来改变损耗谐振电路1与增益谐振电路2之间的耦合系数，从而改变系统的传输频率。
24.损耗谐振电路1由第一电感13、第一电容11和正电阻12并联组成。
25.跨阻放大器包括第一电阻221、运算放大器222、第二电阻223、第三电阻224；第一电阻221连接在运算放大器222同向输入端和输出端之间，第二负电阻223连接在运算放大器222的反向输入端和输出端之间，第三电阻224一端接地一端接第二电阻223。
26.可调耦合模块3由可调电容构成。
27.损耗谐振电路1中的第一电感13、正电阻12分别与增益谐振电路2中的第二电感23、负电阻22相等。
28.损耗谐振电路1中的正电阻11的阻值与增益谐振电路中负电阻21工作在线性区时的电阻值的绝对值相等。
29.调节第一电阻221、第二电阻223、第三电阻224使其满足公式
30.其中r1是第一电阻221、r2是第二电阻223、r3是第三电阻224。
31.定义损耗因子的符号为γ，损耗因子满足公式其中c
l
是损耗谐振电路电容11，r
l
是损耗谐振电路正电阻12，l
l
是损耗谐振电路电感13。
32.定义电容耦合系数符号为c，电容耦合系数满足公式设定电容可调耦合模块的电容变化范围满足公式保证系统工作在pt对称破缺区。调节可调耦合模块(3)电容值然后在跨阻放大器(22)在负饱和区的条件下测量正向传输系数和反向传输系数，可以实现频率可调的非互易传输系统。
33.其具体工作过程为：
34.如图1，运算放大器222和第一电阻221、第二电阻223、第三电阻224构成跨阻放大器，初始状态调节其线性区电阻满足公式当信号幅值增加，跨阻放大器会进入饱和区；
35.设置可调耦合模块电容值的取值范围满足
36.给定合适的输入信号幅值使跨阻放大器模块处于反向传输处于负饱和区，正向传输处于线性区，然后在固定信号幅值改变信号频率的条件下测量正向传输系数和反向传输系数。
37.在范围内调节可调耦合模块电容值并重复上述步骤，可以得到频率可调的非互易传输测量结果。
38.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。