Генерация шумоподобных сигналов в микрополосковых активных антеннах, интегрированных с полевыми транзисторами

Abstract

Microwave solid-state oscillators of noise-like signals are of the great interest for wireless telecommunication systems, imaging systems and electronic warfare. For instance, there is a method of direct-chaotic information transfer (transmission by chaotic pulses) in the ultra-wideband wireless personal communication standards. In this paper, the possibility of microwave noise-like signal generation is investigated. A microstrip log-periodic antenna integrated with a field-effect transistor (antenna-oscillator - AO) is used. In the oscillator construction, one antenna petal is excited, and the positive feedback is realized by means of the microwave electromagnetic field induction in another petal. As an active element, NE3514S02 field-effect transistor with 13.5 dB gain at 12 GHz was chosen. The conditions of the chaotic oscillation emergence are determined experimentally. It is found that the main factor resulting in broadening of the signal frequency band is the distance between the plane of the antenna and the reflecting screen (thickness of the substrate) and the value of the current in the drain-source circuit of the transistor. Chaotic oscillations in the antenna-oscillator with substrate thickness ranged from 0.015λ to 0.025λ (λ is the wavelength in the dielectric) and drain-source circuit current located in the saturation region of the current-voltage characteristic is experimentally studied. The chaotic signal with a bandwidth up to 3 GHz in the frequency range from 6 to 20 GHz is obtained.

• microwave
• log-periodic antenna
• field-effect transistor

Аннотация (на русском)

Генерация шумоподобных сигналов в микрополосковых активных антеннах, интегрированных с полевыми транзисторами

Твердотельные генераторы шумоподобных сигналов сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн представляют большой интерес для беспроводных телекоммуникационных систем, систем радиовидения и радиоэлектронной борьбы. В данной работе исследована возможность генерации шумоподобных сигналов СВЧ диапазона с помощью антенны-генератора (АГ) - устройства, представляющего собой микрополосковую антенну логопериодического типа на диэлектрической подложке, интегрированную с полевым транзистором. В данной конструкции генератора возбуждается один лепесток антенны, а положительная обратная связь реализуется за счет наведения СВЧ электромагнитного поля на другом лепестке. Экспериментально определены условия возникновения хаотических колебаний. Обнаружено, что основными факторами, приводящим к уширению полосы генерируемого сигнала является расстояние между плоскостью антенны и отражающим экраном (толщина подложки) и величина тока в цепи сток-исток транзистора. Экспериментально исследована генерация хаотических колебаний в АГ с толщиной диэлектрической подложки от 0,015λ до 0,025λ (λ - длина волны в диэлектрике) и при токе в цепи сток-исток, находящемся в области насыщения вольт-амперной характеристики. При этом в спектре генерации получены полосы хаотического сигнала шириной до 3 ГГц на частотах от 6 до 20 ГГц.

For citation

References

1. Любченко В. Е. и др. Генерация миллиметровых волн в логопериодической антенне, интегрированной с полевым транзистором. // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. - 2009. - Т. 52. - №. 8. - С. 627-631.
2. York R.A., Martinez R.D., Compton R.C. Active patch antenna element for array application.s // Electronics letters. - 1990. - Vol. 26. - №. 7. - P. 494-495. DOI: 10.1049/el:19900321
3. Shi Z. G., Ran L. X. Microwave chaotic Colpitts oscillator: design, implementation and applications. // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. - 2006. - Vol. 20. - №. 10. - P. 1335-1349.
4. Garmatyuk D. S., Narayanan R. M. ECCM capabilities of an ultrawideband bandlimited random noise imaging radar. // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. - 2002. - Vol. 38. - №. 4. - P. 1243-1255. DOI: 10.1109/TAES.2002.1145747
5. Дмитриев А. С. и др. Генерация хаоса. // М.: Техносфера. - 2012. - С. 423.
6. Григорьев Е. В. и др. Генератор хаоса на полевом транзисторе. Математическое и схемотехническое моделирование. // Радиотехника и электроника. - 2007. - Т. 52. - №. 12. - С. 1463-1471.
7. 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. DOI: 10.1109/APS.1997.625499
8. Любченко В. Е. и др. Многочастотная и хаотическая генерация в микрополосковой антенне, интегрированной с полевым транзистором. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. №. 1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan15/5/text.pdf