Генератор шумовых сигналов Советский патент 1993 года по МПК H03B29/00 

ФигЛ

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может найти применение в контрольной и измерительной технике, установках СВЧ-нагрева, радиолокации, медицинской и другой радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения - повышение равномерности спектральной плотности мощности и расширение спектра шумовых сигналов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого генератора шумовых сигналов.

Генератор содержит соединенную с выходом генератора и выходами активных многополюсников нагрузку 1, первый активный многополюсник 2, элемент связи 3, первый формирователь субгармоник 4, первый колебательный контур 5, первую цепь обратной связи 6, второй активный многополюсник 7, второй формирователь субгармоник 8, вторую цепь обратной связи 9, второй колебательный контур 10.

Генератор шумовых колебаний работает следующим образом.

При незначительной связи или ее отсутствии в каждой из систем, состоящей из активного многополюсника 2 или 7 и последовательно соединенных с ним колебательного контура 5 или 10 и цепи обратной связи 6 или 9, возбуждаются колебания основной частоты, а в формирователях субгармоник 4 или 8 одновременно вырабатываются их субгармоники с амплитудами, отличающимися от амплитуд основных колебаний не более чем в 10 раз. Элементы 2, 4, .5, 6 образуют первую динамическую систему (первый из связываемых автогенераторов), эволюционирующую на простом аттракторе и вырабатывающую регулярные двоякопе- риодические колебания, а элементы 7-10 образуют вторую динамическую систему (второй из связываемых автогенераторов), также эволюционирующую на простом, но отличном от первого аттракторе, и вырабатывающую регулярные двоякопериодиче- ские колебания, частоты компонент которых (основная частота и ее субгармоника) находятся в некратных отношениях с частотами основного колебания и его субгармоники первой динамической системы. Колебания каждой динамической системы поступают в нагрузку 1. При сильной (превышающей критическую величину) связи этих двух динамических систем, осуществляемой посредством элемента связи 3, происходит качественное изменение характера колебаний: благодаря эффекту поочередного самопроизвольного захватывания одного автогенератора другим наблюдается стохастизация колебаний и ансамбль из связанных автогенераторов превращается в генератор шума, представляющий собой динамическую систему, эволюционирующую на странном аттракторе, Колебания, поступающие в нагрузку 1, становятся хаотическими. Наличие в схеме связываемых автогенераторов формирователей субгармоник приводит к расширению спектра хаотических колебаний генератора шума до величин, превышающих октаву, и повышению равномерности их спектральной характеристики. При построении генератора шумовых колебаний на твердотельных активных многополюсниках целесообразно в качестве формирователя субгармоник использовать элемент структуры самых активных многополюсников, являющихся слоем пространственного заряда (называемый

также обедненной областью) и представляющий собой нелинейный конденсатор. В частности, при построении генераторов шума на биполярных транзисторах (активных четырех полюсниках) формирователями суб

гармоник являются их р - n-перёходы. В области сверхвысоких частот генерируемых колебаний в качестве колебательного контура эффективно применение распределенных колебательных систем, допускающих конструктивное исполнение в виде единого

элемента с цепью обратной связи.

Изобретение иллюстрируется примером конкретного выполнения генератора СВЧ-шума в микрополосковом (МП) гибрид- 5 но-интегральном исполнении: на припаянной к металлическому теплоотводу поликоровой пластине нанесена кольцеобразная несимметричная МП-линия с МП-перемычкой и МП-выходом. В разрывы 0 кольцеобразной МП-линии впаяны бипо- лярны§ транзисторы, в разрыв МП-пере- мычки-конденсатор емкостной связи, в разрыв МП-линии выхода - разделительный конденсатор. Особенности топологии МП- 5 линий и взаимного расположения функциональных элементов экспериментального макета иллюстрируются фиг. 2, на которой введены следующие обозначения: 11 и 12 - биполярные транзисторы соответственно 0 первого и второго связываемых автогенераторов; 13 - конденсатор емкостной связи; 14, 16, 17, 19 - отрезки кольцеобразной несимметричной МП-линии; 15, 18 - отрезки МП-линии перемычки; 20 - МП-линия выхо- 5 да генератора хаотических колебаний; 21 - разделительный конденсатор выхода. Перемычка (отрезки 15, 18) разделяет кольцеобразную МП-линию на два неравных (с целью частотной расстройки) полукольца, образующих (совместно с реактивными элементами и резисторами транзисторов) колебательные системы и цепи обратной связи связываемых автогенераторов. Биполярные транзисторы выполняют функции активных многополюсников автогенераторов, а их р - п-переходы - функции формирователей субгармоник.

Спектральные характеристики выходных колебаний первого и второго автономных автогенераторов и ансамбля связанных автогенераторов (генератора шумовых колебаний) показаны на фиг. За,б,в соответственно.

На фиг, За,б,в обозначены Ап - амплитуда n-й частотной компоненты регулярного колебания, f - частота колебания, f0 - частота нормирования, S - спектральная плотность генерируемого хаостического сигнала. Различие амплитуд основной и субгармонической компоненты регулярных ко- лебаний каждого из автономных автогенераторов невелико и спектр хаотических колебаний равномерен в широком частотном интервале.

Работоспособность предлагаемого уст- ройства продемонстрирована с использованием формирователей вторых субгармоник, но в нем могут быть использованы формирователи иных субгармоник или нескольких субгармоник.

Формула изобретения Генератор шумовых сигналов, содержащий первый активный многополюсник, второй активный многополюсник, последовательно соединенные первый колебательный контур и первую цепь обратной связи, последовательно соединенные второй колебательный контур и вторую цепь обратной связи, элемент связи, один вывод которого подключен к другим выводам первой и второй цепей обратной связи, а другой вывод элемента связи соединен с выходами первого и второго активных многополюсников и является выходом генератора шумовых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности спектральной плотности мощности и расширения спектра шумовых сигналов, между входом первого активного многополюсника и другим выводом первого колебательного контура введен первый формирователь субгармоник, а между входом второго активного многополюсника и другим выводом второго колебательного контура введен второй формирователь субгармоник.

Использование изобретения: радиотехника, электроника и измерительная техника. Сущность изобретения: генератор шумовых сигналов содержит нагрузку 1, первый активный многополюсник 2, элемент связи 3, первый формирователь 4 субгармоник, первый колебательный контур 5, первую цепь обратной связи 6, второй активный многополюсник 7, второй формирователь субгармоник 8, вторую цепь обратной связи 9, второй колебательный контур 10 и позволяет сформировать шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью и расширенным спектром. 1 ил.

Фиг, 2

ч,Р

6,0

8,0

а

10,0

12,0 У

Ј