УДК 621.382.32, 621.373
ГЕНЕРАЦИЯ И ФИЛЬТРАЦИЯ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ В СХЕМЕ МИКРОПОЛОСКОВОЙ
АНТЕННЫ-ГЕНЕРАТОРА, ИНТЕГРИРОВАННОЙ С ВОЛНОВОДОМ, ВСТРОЕННЫМ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПОДЛОЖКУ
В.
Е.
Любченко, В. И. Калинин, В. Д. Котов, Д.
Е. Радченко, С. А.Телегин, Е.
О. Юневич
Институт радиотехники и электроники им.
В. А. Котельникова РАН
Статья поступила в редакцию 20 сентября 2016 г.
Аннотация. Экспериментально
исследована конструкция генератора микроволнового излучения на основе
микрополосковой антенны логопериодического типа, интегрированной с полевым
транзистором, и волновода, встроенного в диэлектрическую подложку. Волновод
состоял из двух диэлектрических пластин, покрытых с одной стороны тонкой
металлической пленкой. Другая сторона одной из пластин служила подложкой для
антенно-связанного полевого транзистора. Таким образом микрополосковая
антенна-генератор была размещена внутри волновода. Геометрия волновода
обеспечивает возможность распространения и выхода излучения, как на основной
частоте логопериодической антенны, так и на ее второй гармонике. Для повышения
эффективности генерации один конец волновода замыкался накоротко, а другой
сужался до размера, запредельного для основной частоты, поэтому
антенна-генератор оказывается внутри прямоугольного резонатора. Методом
конечных разностей во временной области проведено компьютерное моделирование конструкции
генератора в частотном диапазоне вблизи первой и второй гармоники. Определены S-параметры в диапазоне
10,5-12,5 ГГц, что позволило подтвердить хорошее согласование и уровень
обратной связи в генераторе. Расчеты показали также, что при использовании
запредельного волновода по основной гармонике, энергия излучения
сконцентрирована внутри резонатора, а излучение на второй гармонике выходит
через суженную часть волновода. В качестве диэлектрика для изготовления
волновода использовался Arlon AD255, а транзистор NE350184C с коэффициентом усиления 13,5 дБ на
частоте 20 ГГц служил активным элементом антенны-генератора. Экспериментально
полученная мощность на выходе составила 1 мВт на
частоте основной гармоники (12 ГГц) и 100 мкВт на частоте второй гармоники.
Ключевые слова: СВЧ, автогенератор, интегрированный
в подложку волновод, логопериодическая антенна, полевой транзистор.
Abstract: Microwave
oscillator, based on the microstrip log-periodic antenna integrated with
field-effect transistor and substrate integrated waveguide (SIW) is
experimentally studied. SIW consisted of two dielectric plates with one side
being covered by thin metal film. Another side of one of these dielectric
plates was used as a substrate for the antenna-coupled field-effect transistor.
Thus the microstrip antenna-oscillator was inserted into the SIW. SIW geometry
provides microwave propagation and output both at the fundamental frequency of
the log-periodic antenna and at the second harmonic. For more generation
efficiency one end of the SIW was shorted and another one was narrowed,
so the microstrip antenna-oscillator turned to be inside the rectangular
microwave resonator. Computer modeling of the oscillator construction at the fundamental frequency and second harmonic was
performed via FDTD method. S-parameters were evaluated in the frequency range
10.5-12.5 GHz, that confirmed a good matching and feedback in the oscillator.
The simulation showed also, that the microwave energy at the fundamental
frequency is concentrated inside the resonator and the second harmonic
radiation propagates outside through the narrow part of the SIW if the
evanescent waveguide is used. In the experiments Arlon AD255 was used as a
dielectric for SIW fabrication and NE350184C field-effect transistor with 13,5
dB gain at 20 GHz was integrated with log-periodic antenna. Experimentally obtained output power was 1mW at the
fundamental frequency (12 GHz) and 100 uW at the second harmonic.
Key words: microwave, oscillator, substrate
integrated waveguide, log-periodic antenna, field-effect transistor.