Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 10 · ELECTRODYNAMICS

Quasi-optical power combining and radiation pattern control in microstrip active antenna arrays

V.E. Lyubchenko1, S.A. Telegin1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.10.1 UDC 621.382.32 EDN FDFZXZ

Abstract

Possible methods of power combining and radiation pattern control in microstrip antenna-oscillator arrays are investigated in the microwave range of electromagnetic waves with purpose of further use as active phased antenna arrays (APAA). Space power combining for active antennas based on Gunn diodes and field-effect transistors is demonstrated, and synchronization conditions of single elements in the antenna arrays are examined. The possibility of synchronizing generators and radiation pattern control using a semitransparent dielectric reflector is investigated.

  • microwaves
  • radiation pattern
  • log-periodic antenna
  • field-effect transistor
Аннотация (на русском)

Квазиоптическое сложение мощности и управление диаграммой направленности излучения в матрицах микрополосковых антенн-генераторов

Исследованы возможные способы сложения мощности и управления диаграммой направленности излучения матриц микрополосковых антенн-генераторов в СВЧ-диапазоне электромагнитных волн с целью использования их в качестве активных фазированных решеток (АФАР). Продемонстрировано сложение мощности в пространстве для активных антенн на диодах Ганна и полевых транзисторах, а также изучены условия синхронизации отдельных элементов в матрице антенн. Исследована возможность синхронизации генераторов и управления диаграммой направленности с применением полупрозрачного диэлектрического отражателя.

For citation

Lyubchenko V.E., Telegin S.A. Quasi-optical power combining and radiation pattern control in microstrip active antenna arrays // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.1

References

  1. Любченко В.Е. Фундаментальные ограничения и перспективы применения полупроводниковых приборов в радиосистемах миллиметрового диапазона волн. Радиотехника, 2002, № 2, с. 16-27.
  2. Шишлов А.В., Денисенко В.В., Левитан Б.А., Топчиев С.А., Шитиков А.М. Активные фазированные антенные решетки - состояние и тенденции развития. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023 №1 https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.5
  3. Michael P. DeLisio, Robert A. York. Quasi-Optical and Spatial Power Combining. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, v. 50, no. 3, pp. 929-931.
  4. R. H. DuHamel, D. E. Isbell, Broadband Logarithmically Periodic Antenna Structures, IRE Intern. Convention. Record, 1957, pp. 119-128.
  5. Рамзей В. Частотно независимые антенны. - 1968.
  6. Любченко В.Е., Юневич Е.О., Котов В.Д., Калинин В.И. Генерация СВЧ колебаний в логопериодической антенне, интегрированной с полевым транзистором. Изв. ВУЗов. Радиофизика, 2009, № 8, c.627-631.
  7. Любченко В.Е., Телегин С.А., Юневич Е.О., Моделирование логопериодической печатной антенны методом пространственной матрицы передающих линий, Радиотехника, 2013, № 4, c. 82-86.
  8. Любченко В.Е., Котов В.Д., Юневич Е.О. Активная микрополосковая антенна с диодом Ганна. Радиотехника и электроника, 2003, т.48, №10, с 1270-1272.
  9. R.A. York, R.C.Compton. Quasi-Optical Power Combining Using Mutually Synchronized Oscillator Arrays. IEEE Trans. Theory Tech., 1991, v.39, NO.6, pp. 1000-1009.
  10. Любченко В.Е., Юневич Е. О., Калинин В. И., Котов В. Д., Радченко Д. Е., Телегин С.А. Активные микрополосковые антенны и фазированные решетки на полевых транзисторах. РЭНСИТ: радиоэлектроника, наносистемы, информационные технологии. 2015. Т.7. №1. с. 3-14.
  11. R.J. Pogorzelski, A. Georgiadis, Coupled-Oscillator Based Active-Array Antennas, NJ: John Wiley, 2012. - 380 p.
  12. S.C. Ortiz, J,Hubert, L.Mirth, E. Schlecht, A. Mortazawi. A high-power Ka.band quazi-optical amplifier array. IEEE Transactions on MTT, vol. 50, pp. 487-494, Feb. 2002.
  13. Любченко В.Е., Калинин В.И., Маречек С.В., Радченко Д.Е., Телегин С.А., Юневич Е.О. Управление спектром генерации в многоэлементных матрицах микрополосковых антенн-генераторов, работающих в режиме стохастизации колебаний. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.9
  14. Ispir, R., Nogi, S., Sanagi, M., & Fukui, K. Transmission line coupled active microstrip antennas for phased arrays. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1996, vol. 2, pp. 931-934.
  15. R. Ispir, S. Nogi, M. Sanagi, and K. Fukui, Transmission-Line Coupling of Active Microstrip Antennas for One- and Two-Dimensional Phased Arrays, IEICE Transactions on Electronics, 1997, vol. E80-C, no. 9, pp. 1211-1220.
  16. Любченко В.Е., Любченко Д.В. Перспективные разработки в области терагерцовой рефлектометрии. Биомедицинская радиоэлектроника, 2018. №2, с. 4-8.