Суммирование мощностей микрополосковых антенн-генераторов в резонаторе, встроенном в диэлектрическую подложку

Abstract

Microwave oscillator, based on the one-dimentional microstrip log-periodic antenna array, integrated with field-effect transistors and substrate integrated waveguide (SIW), is proposed and studied. The waveguide consists of the dielectric substrate bounded with two parallel metal plates and two rows of interlayer metalized cylindrical holes. Substrate integrated waveguide technology has some advantages, such as low loss, high Q-factor of cavities, good shielding properties, and the ability to integrate all components on the same substrate. The oscillator is based on the rectangular substrate integrated cavity. The cavity was excited by four active antenna-oscillators. Field effect transistor NE350184C with G_a = 13.5 dB at 20 GHz was used as an active device. The substrate integrated waveguide with sizes corresponding to the estimated frequency was used to transmit the energy from the cavity. The end of the waveguide had a wedge form and was inserted into the hollow metal waveguide. The fundamental frequency of generation was ~ 12 GHz. Mutual synchronization of all four antenna-oscillators was obtained despite the difference of the fundamental frequencies. Measured total output power was 1.5 mW, that exceeded the summarized power of the single antenna-oscillators.

• microwaves
• oscillator
• Substrate Integrated Waveguide
• log-periodic antenna
• field-effect transistor

Аннотация (на русском)

Суммирование мощностей микрополосковых антенн-генераторов в резонаторе, встроенном в диэлектрическую подложку

Предложена и исследована конструкция автогенератора СВЧ излучения на основе линейки микрополосковых антенн логопериодического типа, интегрированных с полевыми транзисторами, и волновода, встроенного в диэлектрическую подложку. Данный тип волноводов представляет собой линию передачи, которая состоит из диэлектрической подложки, ограниченной двумя параллельными металлическими пластинами и двумя рядами межслойных цилиндрических переходов, и обладает рядом достоинств, среди которых: малые потери, высокая добротность резонаторов на их основе, хорошие экранирующие свойства, а также возможность интегрировать все компоненты на одной подложке. Геометрия конструкции генератора представляла собой прямоугольный резонатор, выполненный на основе волновода, встроенного в подложку, интегрированного с четырьмя антеннами-генераторами. В качестве активного элемента использовался полевой транзистор NE350184C с коэффициентом усиления 13,5 дБ на частоте 20 ГГц. Вывод энергии из резонатора осуществлялся через волновод, встроенный в подложку, размеры которого выбирались в соответствии с расчетной частотой генерации антенны-генератора. Для измерения параметров генерируемого сигнала конец волновода был сделан в форме клина и вводился в полый металлический волновод. Основная частота генерации всех антенн-генераторов составила ~12 ГГц. В результате эксперимента получено, что имеет место взаимная синхронизация всех четырех генераторов, несмотря на относительно большую разницу их собственных частот; суммарная мощность при этом более чем вдвое превысила сумму мощностей отдельных антенн в данном резонаторе и составила порядка 1,5 мВт.

For citation

References

1. Murata M. et al. Active radiating butterfly antenna //Antennas and Propagation Society International Symposium, 1997. IEEE., 1997 Digest. - IEEE, 1997. - Vol. 4. - P. 2464-2467.
2. Любченко В. Е. и др. Генерация СВЧ колебаний в логопериодической антенне, интегрированной с полевым транзистором //Радиотехника и электроника. - 2008. - Т. 53. - №. 11. - С. 1417-1419.
3. Калинин В. И. и др. Сложение мощностей и синхронизация излучения активных антенн на полевых транзисторах в СВЧ диапазоне //Радиотехника и электроника. - 2010. - Т. 55. - №. 8. - С. 1-4.
4. Bozzi M., Georgiadis A., Wu K. Review of substrate-integrated waveguide circuits and antennas //IET Microwaves, Antennas & Propagation. - 2011. - Vol. 5. - №. 8. - P. 909-920.
5. Любченко В. Е. и др. Логопериодическая активная антенна, интегрированная с волноводом на диэлектрической подложке. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. №1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan15/5/text.pdf
6. Lyubchenko V. et al. Active integrated antennas and arrays with field-effect transistors //Information and Telecommunication Sciences. - 2012. - Т. 3. - №. 1. - С. 55 - 60
7. Любченко В. Е. и др. Генерация микроволнового излучения активными антеннами на полевых транзисторах в условиях синхронизации внешним сигналом //Радиотехника и электроника. - 2013. - Т. 58. - №. 10. - С. 1044-1047.