Генератор свч шумовых колебаний

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке аппаратуры миллиметрового диапазона волн различного назначения. Технический результат - повышение средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне волн. Генератор СВЧ шумовых колебаний содержит металлический корпус, в котором выполнены отрезок прямоугольного волновода и цилиндрическая полость, подвижный короткозамыкающий поршень, неподвижную тонкостенную металлическую трубу, подвижную дополнительную металлическую трубу, полупроводниковый диод, теплоотвод, центральный проводник, образующий с тонкостенной трубой коаксиальную линию с контактным диском и заграждающим фильтром, штыри связи с нагрузкой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке аппаратуры миллиметрового диапазона волн различного назначения, в частности для шумовой радиолокации, радиовидения и медицины.

Известно описание генерации шумовых колебаний в диодном генераторе с коаксиальным резонатором при возбуждении одночастотного и трехчастотного режима генерации («Экспериментальное исследование возбуждения шумовых колебаний в генераторах на лавинно-пролетных диодах» // Радиотехника и электроника. 1996, том 41, №12, с 1484-1489). Генератор СВЧ шумовых колебаний представляет собой одномодовый или многомодовый резонатор, образованный отрезком коаксиальной линии, короткозамкнутой с одного конца неподвижной металлической пластиной, а с другого - одной подвижной закорачивающей шайбой. При этом к металлической пластине подключен одним контактом лавинно-пролетный диод (ЛПД), а к другому его контакту подсоединен центральный проводник коаксиальной линии. Постоянное напряжение подводится к ЛПД через центральный проводник коаксиальной линии. В зависимости от положения подвижной шайбы, устанавливаемой на разные расстояния от диода, возбуждается либо один, либо несколько резонансов, а затем при увеличении тока реализуется режим шумовой генерации.

Недостатком такого генератора является то, что такую конструкцию нельзя использовать в миллиметровом диапазоне длин волн.

Известен также генератор СВЧ шумовых колебаний по АС №1308143А. Конструкция этого диодного генератора наиболее близка к предлагаемому изобретению.

Он содержит отрезок прямоугольного волновода, в котором установлен подвижной короткозамыкающий поршень и полупроводниковый диод, установленный между концом коаксиальной линии, перпендикулярно присоединенной к одной широкой стенке отрезка прямоугольного волновода, и одним концом ее центрального проводника, другой конец которого пропущен сквозь отверстие в другой широкой стенке отрезка прямоугольного волновода, при этом в отверстие соосно с центральным проводником отрезка коаксиальной линии установлена с возможностью продольного перемещения тонкостенная металлическая труба, а в тонкостенной металлической трубе установлена с возможностью продольного перемещения дополнительная металлическая труба, имеющая электрический контакт с внутренней поверхностью тонкостенной металлической трубы и центральным проводником отрезка коаксиальной линии, торец подвижного короткозамыкающего поршня имеет форму цилиндрической поверхности, сосной с центральным проводником отрезка коаксиальной линии и радиусом R, выбранным из соотношения 0.5а≤R≤0.6a, где а - размер широкой стенки волновода, а внешний радиус r тонкостенной металлической трубы выбран из соотношения r≤0.4а.

Недостатком этой конструкции является невозможность использования ее в миллиметровом диапазоне, особенно в коротковолновой его части. Действительно, уже для 8 мм диапазона размер широкой стенки волновода составляет 7.2 мм, а наружный диаметр 2r≤(2×0.4)а тонкостенной металлической трубы должен согласно описанию по АС №1308143А генератора СВЧ шумовых колебаний быть равен 5.76 мм. Если толщина ее стенки равна 0.38 мм, а для обеспечения жесткости центрального металлического проводника его диаметр должен быть по крайней мере 2 мм, то толщина дополнительной металлической трубы будет 1.5 мм. Поэтому, например, для волновода, у которого ширина широкой стенки 5.2 мм, при той же толщине стенок тонкостенной трубы (5.2×0.8-0.76)=3.4 мм толщина дополнительной металлической трубы составит 0.7 мм. Для волновода с широкой стенкой 3.6 мм аналогичный расчет дает толщину дополнительной металлической трубы 0.06 мм. Таким образом, для реализации этого изобретения в миллиметровом диапазоне, а особенно в коротковолновой его части, возникают непреодолимые трудности.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне длин волн.

Для решения этой задачи генератор СВЧ шумовых колебаний, содержащий отрезок прямоугольного волновода с подвижным короткозамыкающим поршнем и двумя соосными отверстиями в его широких стенках, тонкостенную металлическую трубу, центральный проводник, расположенный в тонкостенной металлической трубе соосно с ней, полупроводниковый диод, подключенный одним контактом к центральному проводнику, дополнительную металлическую трубу, установленную сосно с тонкостенной металлической трубой с возможностью перемещения вдоль нее и имеющую с ней электрический контакт, в отличие от прототипа, содержит металлический корпус, в котором выполнены упомянутый отрезок прямоугольного волновода, цилиндрическую полость, имеющую диаметр D, равный внешнему диаметру дополнительной металлической трубы, и расположенную со стороны одной из широких стенок волновода, соосно с цилиндрической полостью внутри нее расположена упомянутая тонкостенная металлическая труба и установлена неподвижно так, что ее торец образует с внешней поверхностью упомянутой широкой стенки волновода кольцевую щель, упомянутый центральный проводник установлен с возможностью осевого перемещения и содержит сменный контактный диск на конце, обращенном к полупроводниковому диоду, дополнительная металлическая труба установлена в цилиндрической полости снаружи тонкостенной трубы соосно с ней и цилиндрической полостью и имеет с ними электрический контакт, при этом наружный диаметр d тонкостенной металлической трубы и наружный диаметр D дополнительной металлической трубы выбираются из соотношения π(D+d)/2>λ>а, где λ - высокочастотная длина волны спектра генерации шумовых СВЧ-колебаний, а - размер широкой стенки волновода, при этом полупроводниковый диод другим своим контактом подсоединен к теплоотводу, установленному в отверстие противоположной широкой стенки волновода с возможностью перемещения вдоль оси и имеющему с этой стенкой электрический контакт.

Для регулировки связи генератора с нагрузкой в отрезок волновода между диодом и нагрузкой могут быть установлены тонкие штыри, встроенные в широкую стенку отрезка волновода с возможностью их перемещения в направлении, перпендикулярном ей. Изменением связи с нагрузкой можно влиять на режим работы генератора для перевода его в режим генерации шумовых колебаний.

Для предотвращения проникновения излучения в свободное пространство из коаксиальной линии, которую образуют тонкостенная металлическая труба и центральный проводник, последний может быть выполнен с заграждающим фильтром. При этом заграждающий фильтр располагается внутри тонкостенной металлической трубы и при перемещении его вместе с центральным проводником вдоль оси коаксиальной линии может влиять на режим генерации шумовых колебаний.

Для расширения спектра генерируемого шума и увеличения его средней частоты по крайней мере в 2 раза отрезок волновода, в котором размещен диод, имеет размер широкой стенки a1≤а/2<λ и является запредельным для основной длины волны λ. В этом случае в нагрузку поступает шумовой сигнал на 2-й гармонике основной частоты диапазона, в котором возникает отрицательное сопротивление в диоде.

На фиг. 1 изображена схематично конструкция генератора шумовых колебаний миллиметрового диапазона длин волн (продольный разрез).

Генератор СВЧ шумовых колебаний содержит металлический корпус 1, в котором выполнены отрезок прямоугольного волновода 2 и цилиндрическая полость 3, подвижный короткозамыкающий поршень 4, неподвижную тонкостенную металлическую трубу 5, подвижную дополнительную металлическую трубу 6, имеющую внешний диаметр, равный диаметру цилиндрической полости, а внутренний - внешнему диаметру тонкостенной трубы, полупроводниковый диод 7, теплоотвод 8, центральный проводник 9, образующий с тонкостенной трубой коаксиальную линию с контактным диском 10 и заграждающим фильтром 11, штыри 12 связи с нагрузкой. При этом наружный диаметр d тонкостенной металлической трубы 5 и наружный диаметр D дополнительной металлической трубы 6 выбираются из соотношения π(D+d)/2>λ>а, где λ - высокочастотная длина волны спектра генерации шумовых СВЧ-колебаний, а - размер широкой стенки волновода.

Генератор СВЧ шумовых колебаний работает следующим образом. При подведении через центральный проводник 9 к полупроводниковому диоду 7 постоянного напряжения в полупроводниковом диоде появляется отрицательное сопротивление. Перемещением дополнительной металлической трубы 6, а также перемещением подвижного короткозамыкающего поршня 4, теплоотвода 8 с присоединенным диодом 7 и центрального проводника 9 в осевом направлении достигается сначала выполнение условий возбуждения СВЧ-колебаний на всех резонансных частотах электродинамической системы, определяемой конструкцией генератора, а затем при увеличении тока через диод возбуждаются СВЧ шумовые колебания во всей полосе частот, в которой выполняются условия возбуждения и нелинейного взаимодействия всех резонансов электродинамической системы генератора и имеет место отрицательное сопротивление. При этом подбором положения дополнительной металлической трубы 6, а также перемещением подвижного короткозамыкающего поршня 4, теплоотвода 8 с присоединенным диодом 7 и центрального проводника 9 в осевом направлении достигается улучшение неравномерности спектральной плотности мощности по всей ширине спектра возбуждаемых СВЧ шумовых колебаний.

Регулировкой погружения тонких штырей 12 в волновод 2 (и изменяя, таким образом, связь с нагрузкой) можно влиять на режим работы генератора, облегчая его перевод в режим генерации шумовых колебаний.

При выполнении центрального проводника 9 с заграждающим фильтром 11, который расположен внутри тонкостенной металлической трубы 5, его перемещением вдоль ее оси можно влиять на режим генерации шумовых колебаний, облегчая его получение.

При необходимости увеличения средней частоты и одновременного расширения спектра генерируемых шумовых колебаний по крайней мере в 2 раза должно быть изменено соответствующим образом только поперечное сечение отрезка волновода 2, а именно изменен размер его широкой стенки a1≤а/2<λ, тогда он является запредельным для основной длины волны λ. Поэтому настройка генератора на режим генерации шумовых колебаний происходит так же, как было описано выше.

Таким образом, за счет выполнения генератора в металлическом корпусе с размещением в нем отрезка волновода с короткозамыкающим поршнем, цилиндрической полости, дополнительной металлической трубы с возможностью перемещения внутри нее и вне тонкостенной металлической трубы, которая выполнена неподвижной, но с электрическим контактом между ними, техническая задача, состоящая в повышении средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне волн, решена предлагаемым изобретением в полном объеме.

1. Генератор СВЧ шумовых колебаний, содержащий отрезок прямоугольного волновода с подвижным короткозамыкающим поршнем и двумя соосными отверстиями в его широких стенках, тонкостенную металлическую трубу, центральный проводник, расположенный в тонкостенной металлической трубе соосно с ней, полупроводниковый диод, подключенный одним контактом к центральному проводнику, дополнительную металлическую трубу, установленную соосно с тонкостенной металлической трубой с возможностью перемещения вдоль нее и имеющую с ней электрический контакт, отличающийся тем, что генератор содержит металлический корпус, в котором выполнены упомянутый отрезок прямоугольного волновода и цилиндрическая полость, имеющая диаметр D, равный внешнему диаметру упомянутой дополнительной металлической трубы, и расположенная со стороны одной из широких стенок волновода, соосно с цилиндрической полостью внутри нее расположена упомянутая тонкостенная металлическая труба, установленная неподвижно так, что ее торец образует с внешней поверхностью упомянутой широкой стенки волновода кольцевую щель, упомянутый центральный проводник установлен с возможностью осевого перемещения и содержит сменный контактный диск на конце, обращенном к полупроводниковому диоду, дополнительная металлическая труба установлена в цилиндрической полости снаружи тонкостенной металлической трубы соосно с ней и цилиндрической полостью и имеет с ними электрический контакт, при этом наружный диаметр d тонкостенной металлической трубы и наружный диаметр D дополнительной металлической трубы выбираются из соотношения π(D+d)/2>λ>а, где λ - высокочастотная длина волны спектра генерации шумовых СВЧ-колебаний, а - размер широкой стенки волновода, при этом полупроводниковый диод имеет теплоотвод, установленный в отверстие противоположной широкой стенки волновода с возможностью перемещения вдоль оси и имеющий с этой стенкой электрический контакт.

2. Генератор шума по п. 1, отличающийся тем, что в отрезок волновода между диодом и нагрузкой установлены тонкие штыри, встроенные в широкую стенку отрезка волновода и имеющие возможность перемещения в перпендикулярном ей направлении.

3. Генератор шума по п. 1, отличающийся тем, что центральный проводник выполнен с заграждающим фильтром, расположенным внутри тонкостенной трубы.

4. Генератор шума по п. 1, отличающийся тем, что отрезок волновода, в котором находится диод, имеет размер широкой стенки a1≤а/2<λ и является запредельным для основной длины волны λ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоизмерительной технике и в радиосистемах различного назначения в качестве опорного генератора случайного сигнала, обладающего фрактальным характером распределения вероятностных свойств.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении независимости ширины спектра от последовательности хаотических импульсов, отсутствии импульсных генераторов и возможности применения генераторов любых периодических сигналов с симметричными фронтами.

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной и имитационной аппаратуре, предназначенной, в частности, для определения коэффициента шума различных устройств и их калибровки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение возможностей видоизменения хаотического аттрактора при работе генератора в гиперхаотическом режиме.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации и гидролокации, в измерительной технике, в системах связи, а также для формирования тестовых и маскирующих сигналов в аудиометрии.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Технический результат заключается в обеспечении генерирования хаотического сигнала, содержащего чередующиеся хаотические колебания двух различных типов - нерегулярно повторяющиеся короткие импульсы со случайной амплитудой и фазой и перемежающиеся с ними цуги затухающих высокочастотных осцилляций, имеющие случайную фазу и продолжительность.

Изобретение относится к электронным схемам и может быть использовано для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра.

Изобретение относится к области электротехники, радиотехники и может быть использовано в качестве источника хаотических колебаний, при моделировании релейных систем автоматического управления и систем передачи информации, при исследовании помехоустойчивости различных систем.

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в биомедицинских исследованиях. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения воздействия на параметры живого организма, в том числе на зрительные функции, неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени.

Изобретение относится к области защиты информации. Техническим результатом изобретения является снижение уровня мощности маскирующей помехи при сохранении уровня эффективности защиты речевой информации от несанкционированного прослушивания. Способ формирования маскирующей помехи для защиты речевой информации заключается в том, что формируют шумовой и маскирующий сигнал с последующим их смешиванием. При этом маскирующий сигнал формируют путем суммирования нормированных спектров мощности, выбранных случайным образом мод речевого сигнала, полученных путем применения преобразования Хуанга-Гильберта к записям речевого сигнала различной длительности и содержания. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности регулирования параметров хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит резистор, первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, устройство с отрицательным сопротивлением и нелинейный преобразователь импеданса. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - повышение относительных значений положительных характеристических показателей Ляпунова по сравнению с абсолютным значением отрицательного характеристического показателя Ляпунова, а также повышение точности и стабильности передаточной характеристики нелинейного усилителя напряжения и величины эквивалентного отрицательного сопротивления устройства с отрицательным сопротивлением. Генератор хаотических колебаний содержит первый и второй двухполюсные элементы с индуктивным сопротивлением, первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, резистор, нелинейный усилитель напряжения и устройство с отрицательным сопротивлением. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке аппаратуры миллиметрового диапазона волн различного назначения. Технический результат - повышение средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне волн. Генератор СВЧ шумовых колебаний содержит металлический корпус, в котором выполнены отрезок прямоугольного волновода и цилиндрическая полость, подвижный короткозамыкающий поршень, неподвижную тонкостенную металлическую трубу, подвижную дополнительную металлическую трубу, полупроводниковый диод, теплоотвод, центральный проводник, образующий с тонкостенной трубой коаксиальную линию с контактным диском и заграждающим фильтром, штыри связи с нагрузкой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх