ГЕНЕРАТОР КВАЗИХАОТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ С ИЗМЕНЯЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ СПЕКТРА Российский патент 2008 года по МПК H03B5/00 H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в качестве формирователей сигналов в радиостанциях, измерительных устройствах, передатчиках помех различного назначения и т.д.

Известны генераторы шума по а.с. 1817634, Н03В 5/12, пат. РФ 2042260, Н03В 5/12, их недостатком является узкая полоса частот излучаемого сигнала, пат. РФ 25251, Н03В 29/00, генератор хаотических колебаний по пат. РФ 2058660, Н03В 29/00, недостатком которого является ограниченная полоса частот, а также невозможность управления таким параметром как спектральная плотность шума.

Известна также система связанных генераторов при наличии инерционности, описанная в статье Кальянова Э.В., Лебедева М.Н. «Стохастические колебания в системе связанных генераторов при наличии инерционности», опубликованной в журнале «Радиотехника и электроника», том XXX, вып. 8, август 1985 г., с.1574, ее недостатком является значительная неравномерность спектральной плотности генерируемого шума и невозможность управления параметрами стохастических колебаний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор шума с перестройкой параметров спектра по пат. РФ 54277, Н03В 29/00, принятый за прототип.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:

1 - автогенератор на базе генератора, управляемого напряжением (ГУН);

1.1 - перестраиваемый формирователь постоянного напряжения;

2.1 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

6 - нагрузка;

7 - формирователь релаксационного колебания;

7.1 - формирователь нормализованного шума;

7.2 - формирователь последовательности пилообразных импульсов;

7.3 - сумматор.

Генератор-прототип содержит последовательно соединенные формирователь модулирующего релаксационного колебания 7, автогенератор на базе ГУН 1 и нагрузку 6. При этом формирователь модулирующего релаксационного колебания 7 состоит из последовательно соединенных формирователя нормализованного шума 7.1, формирователя последовательности пилообразных импульсов 7.2 и сумматора 7.3, выход которого является выходом формирователя модулирующего релаксационного колебания 7. Кроме того, второй выход формирователя нормализованного шума 7.1 соединен со вторым входом сумматора 7.3. Автогенератор 1 состоит из последовательно соединенных перестраиваемого формирователя постоянного напряжения 1.1 и ГУН 2.1. Выход ГУН 2.1 является выходом автогенератора 1 и соединен с входом нагрузки 6. Вход формирователя постоянного напряжения 1.1 является входом для управляющего напряжения U_упр.

Устройство-прототип работает следующим образом. При включении напряжения питания происходит формирование постоянного напряжения в блоке 1.1 и модулирующего релаксационного колебания в блоке 7, которые поступают на вход ГУН 2.1. Амплитуда постоянного напряжения устанавливает частоту гармонического колебания ω₀ ГУН 2.1, являющуюся средней частотой спектра шумового сигнала. Амплитуда постоянного напряжения может быть изменена под воздействием U_упр, подаваемого на вход блока 1.1. Полоса рабочих частот генератора шума определяется амплитудой модулирующего релаксационного колебания. Модулирующее релаксационное колебание формируется на выходе сумматора 7.3 и представляет собой аддитивную смесь нормализованного шума и промодулированной этим же шумом последовательности пилообразных импульсов. Импульсы в последовательности отличаются по длительности, а значит и по крутизне «пилы» и «нормализуют» релаксационное колебание на входе ГУН 2.1. Средняя длительность пилообразных импульсов выбирается такой, что при определенных соотношениях со временем реакции ГУН 2.1 на возмущающее воздействие происходит расширение спектра шумовых колебаний. Под воздействием изменяемых амплитуд постоянного напряжения и релаксационных колебаний в нагрузке 6 формируется шумовой сигнал с заданными параметрами.

Недостатком генератора-прототипа является ограниченный диапазон перестройки параметров шумового сигнала, а также невозможность управления таким параметром, как спектральная плотность шума.

Для устранения указанных недостатков в генератор квазихаотических колебаний с изменяемыми параметрами спектра, содержащий последовательно соединенные первый перестраиваемый формирователь постоянного напряжения и первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), а также нагрузку, выход которой является выходом устройства, при этом вход первого перестраиваемого формирователя постоянного напряжения является входом для управляющего напряжения, согласно изобретению введены (n-1) перестраиваемый формирователь постоянного напряжения, (n-1) ГУН, последовательно соединенные нелинейный элемент, первый полосовой фильтр и второй полосовой фильтр, выход которого соединен с входом нагрузки, причем выход первого полосового фильтра соединен с входом нелинейного элемента, кроме того, выходы (n-1) перестраиваемых формирователей постоянного напряжения соединены с входами соответствующих (n-1) ГУН, выходы которых объединены и соединены с выходом первого ГУН и с входом нелинейного элемента, входы (n-1) перестраиваемых формирователей постоянного напряжения являются входами для управляющих напряжений.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:

1.1-1.n - с первого по n-ный перестраиваемые формирователи постоянного напряжения;

2.1-2.n - с первого по n-ный генераторы, управляемые напряжением (ГУН);

3 - нелинейный элемент;

4, 5 - первый и второй полосовые фильтры;

6 - нагрузка.

Предлагаемое устройство содержит n перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 1.1-1.n, выходы которых соединены с входами соответствующих n ГУН 2.1-2.n, выходы которых объединены и соединены с входом нелинейного элемента 3, выход которого через последовательно соединенные первый 4 и второй 5 полосовые фильтры подсоединен к входу нагрузки 6, выход которой является выходом устройства. Кроме того, выход первого полосового фильтра 4 соединен с входом нелинейного элемента 3. При этом входы перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 1.1-1.n являются входами для управляющих напряжений U_упр.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

За счет выбора значений амплитуд управляющих напряжений U_упр, которые подаются на входы n перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 1.1-1.n, на их выходах формируются постоянные напряжения, амплитуды которых определяют частоту гармонических колебаний ω₁, ω₂, ...ω_n для ГУН 2.1-2.n соответственно.

Гармонические колебания с выходов ГУН 2.1-2.n поступают на вход нелинейного элемента 3. На выходе нелинейного элемента 3 образуются комбинационные составляющие гармонических колебаний ω₁, ω₂, ...ω_n (суммарные, разностные и т.д.), которые после прохождения первого полосового фильтра 4 вместе с гармоническими колебаниями, поступающими с выходов ГУН 2.1-2.n, подаются на вход нелинейного элемента 3. После начала работы устройства, в течение некоторого времени, осуществляется образование гармонических колебаний, постепенно заполняющих полосу частот, определяемую полосой первого полосового фильтра 4, плотность заполнения полосы частот определяется значениями частот гармонических колебаний ω₁, ω₂, ...ω_n ГУН 2.1-2.n соответственно.

Полоса второго полосового фильтра 5 выбирается исходя из условия обеспечения заданного значения полосы излучаемого сигнала.

В качестве примера рассмотрим работу устройства при наличии двух перестраиваемых формирователей постоянного напряжения 1.1 и 1.2 и двух ГУН 2.1 и 2.2, в качестве нелинейного элемента 3 используется нелинейный двухполюсник типа диодный мост, причем применяемые диоды имеют квадратичную характеристику.

Например, частоты гармонических колебаний ω₁, ω₂ имеют значения 1,1 МГц и 2МГц соответственно, полоса первого полосового фильтра 4 выбрана в диапазоне 0,8...4 МГц.

Результаты образования комбинационных составляющих гармонических колебаний ω₁, ω₂ для первых четырех шагов процесса приведены в таблице.

ТаблицаНомер шагаЗначения комбинационных составляющих (МГц)11,12             20,91,122,23,14         30,91,11,31,822,22,93,14      40,91,11,31,61,822,22,42,72,93,13,33,53,84

В результате работы устройства на выходе второго полосового фильтра 5 формируется сигнал со спектром, полоса которого определяется значением полосы пропускания второго полосового фильтра 5, и расстояниями между спектральными составляющими 0,2 МГц.

Расстояние между спектральными составляющими регулируется путем выбора амплитуд управляющих напряжений U_упр, определяющих значения частот гармонических колебаний на выходе ГУН 2.1-2.n. При определенных соотношениях между частотами гармонических колебаний, например, когда разность между ними стремится к иррациональному числу, спектр формируемого сигнала стремится к сплошному спектру.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает формирование сигнала, полоса которого ограничивается только частотными характеристиками используемых элементов, а «заполняемость» спектра гармоническими колебаниями регулируется путем выбора значений амплитуд управляющих напряжений.

Использование: в радиотехнике, например, в качестве формирователей сигналов в радиостанциях, измерительных устройствах, передатчиках помех различного назначения и т.д. Технический результат - расширение диапазона перестройки параметров шумового сигнала (помехи), а также возможность управления таким параметром, как спектральная плотность сигнала (помехи). В генератор введены (n-1) перестраиваемый формирователь постоянного напряжения (1.1-1.n), (n-1) генератор, управляемый напряжением (ГУН) (2.1-2.n), последовательно соединенные нелинейный элемент (3), первый (4) полосовой фильтр и второй (5) полосовой фильтр, выход которого соединен с входом нагрузки (6), причем выход первого полосового фильтра (4) соединен с входом нелинейного элемента (3). Кроме того, выходы n перестраиваемых формирователей постоянного напряжения (1.1-1.n.) соединены с входами соответствующих n ГУН (2.1-2.n), выходы которых объединены и соединены с входом нелинейного элемента (3), входы n перестраиваемых формирователей постоянного напряжения (1.1-1.n) являются входами для управляющих напряжений U_упр._{1 табл., 2 ил.}

Генератор квазихаотических колебаний с изменяемыми параметрами спектра, содержащий последовательно соединенные первый перестраиваемый формирователь постоянного напряжения и первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), а также нагрузку, выход которой является выходом устройства, при этом вход первого перестраиваемого формирователя постоянного напряжения является входом для управляющего напряжения, отличающийся тем, что введены (n-1) перестраиваемый формирователь постоянного напряжения, (n-1) ГУН, последовательно соединенные нелинейный элемент, первый полосовой фильтр и второй полосовой фильтр, выход которого соединен с входом нагрузки, причем выход первого полосового фильтра соединен с входом нелинейного элемента, кроме того, выходы (n-1) перестраиваемых формирователей постоянного напряжения соединены с входами соответствующих (n-1) ГУН, выходы которых объединены и соединены с выходом первого ГУН и с входом нелинейного элемента, входы (n-1) перестраиваемых формирователей постоянного напряжения являются входами для управляющих напряжений.