Импульсный шумовой генератор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик ii>780150

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060278 (21) 2577939/18-21 с присоединением заявки Но (23) Приоритет (51)М. Кл.з

Н 03 В 29/00

Государственный комитет

СССР

Ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 15Л180, Бюллетень N9 42 (5З) УДК 681. 325 ° . 36 (088. 8) Дата опубликования описания 181180 (72) Авторы изобретения

К.H. Мартышевский и В.П. Соколов (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ШУМОВОЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиотехнических установках, в частности, в радиоизмерительной аппаратуре в качестве генераторов шумо- з вых испытательных сигналов, а также в радиолокационных установках и в радиоастрономии.

Известен импульсный шумовой генератор, аналогичный данному только по 1() назначению и результату, достигаемому при его использовании. Техническая сущность этого генератора, обычно называемого тепловым генератором шума, заключается в следующем. По- . 15 глотитель электромагнитной энергии (согласованная нагрузка) нагревается или охлаждается с помощью специаль- . ных установок. Температура шума на выходе такого устройства определяет- 29 ся физической температурой материала нагрузки и приблизительно равна ей (1(.

Недостатком этого генератора является сложность конструкции, обусловленная наличием специальных охлаждаю- 25 щих и нагревательных устройств. Так, например, в низкотемпературных тепловых генераторах шума применяются сложные криогенные установки, в качестве охлаждающего агента в которых 30 используется жидкий азот, либо жидкий гелий или его пары, а в высокотемпературных импульсных генераторах шума сложные термостаты с подогревателем.

Кроме того, генератор такого типа имеет незначительный динамический диапазон рабочих уровней шумовых температур.

Известен также импульсный шумовой генератор, содержащий короткозамыкатель, блок управления и последовательно соединенные параллельный ключ, полосовой фильтр и невзаимный элемент, причем выход блока управпения. соединен с управляющим входом параллельного ключа 1,21 .

Недостатком этого генератора является недостаточный динамический диапазон рабочих уровней шумовых температур..

Этот недостаток обусловлен возможностями охлаждающих и нагревательных устройств и физическигли свойствами используемых материалов.

Целью настоящего изобретения яв" ляется расширение динаглического диапазона рабочих уровней шум-.выr. температур.

780150

Поставленная цель достигается тем, что в. импульсный шумовой генератор, содержащий .короткозамыкатель, блок управления и последовательно соединенные параллельный ключ, полосовой фильтр и невзаимный элемент, причем выход блока управления соединен с управляющим входом параллельного ключа, введена линия задержки, вход которой соединен с коготкозамыкателем, а выход со входом параллельного ключа.

На фиг. 1 приведена блок -схема импульсного шумового генератора, на фиг ; 2 даны графики зависимостей температуры шума от частоты в различных точках импульсного шумового генератора» на фиг. 3 представлены временные диаграммы температуры шума на выходе импульсного шумового генератора.

Импульсный шумовой генератор содержит линию 1 задержки, подключенную с одной стороны к короткозамыкателю 2, а с другой — к параллельному ключу 3. Выход ключа подсоединен к последовательно соединенным полосовому фильтру 4 и невзаимному элементу 5. Выход невзаимного элемента является выходом генератора. Вход управления ключа 3 соединен с выходом блока б управления.

Импульсный шумовой генератор работает следующим образом.

При размыкании выхода линии 1 задержки, закороченной с одно@ стороны короткозамыкателем 2, а с другой стороны — ключом 3, с нее на вход полосового фильтра 4 поступает шумовой сигнал с температурой шума Т (фиг. 2а) .Т (1-Е 4".Е)

Ф 1Е- з-2Е " ios4Wf ®

3 где T — физическая температура линии задержки; — постоянная затухания линии задержки; — длина линии задержки; — частота; — время задержки волны в ли3 нии задержки.

На выходе полосового фильтра 4, имеющего полосу пропускания Д f ((1/2 3 и центральную частоту f появится при этом шумовой сигнал с практически постоянной в полосе частот ДФ . температурой шума Тдф . Величина Т ., при условии, что фильтр 4 близок к идеальному, определяется формулой:.

1 (» ®-4Ф6 Ф 1e " -2е со®4LtC еЪ то есть, равна значению Т > в точке пФ .

На фиг. 2 в качестве центральных частот фильтра отмечены пунктиром две частоты f< и Г, соответствующие максимуму и минимуму T„> (резонансная и антирезонансная частоты линии задержки, закороченной с обоих концов), Далее этот шумовой сигнал поступает на невзаимный элемент 5, полоса рабочих частот которого шире, чем A, f и коэффициент передачи от фильтра 4 к выходу практически равен единице, а в обратном направлении близок к нулю. Можно считать, что на выходе невзаимного элемента шумовой сигнал будет иметь ту же температуру шума, что и на выходе полосового фильтра 4, т.е. Т(ы), Т ъф. Если коэффициент пе" ( редачи невзаимного элемента не равен единице, его надо учесть в Т . Шумовой сигнал с температурой шума Т,ц будет присутствовать на выходе невзаимного элемента 5, являющегося выходом предлагаемого генератора, в

20 течение времени 2 ь3, за которое линия 1 задержки очистится от накопленной в ней электромагнитной энергии.

На фиг. 2б показана зависимость температуры шума от частоты на выхо-

)5 де им у сного шумового генератор при разомкнутом ключе 3 для случая, когда полосовой фильтр 4 настроен на частоту

На фиг. 2в — то же, но для случая, когда полосовой фильтр 4 настроен на частоту Гпф =

Затем ключ 3 замыкается. Для того, чтобы при этом выходное сопротивление генератора не изменялось и используется невзаимный элемент 5, в качест, ве которого в диапазоне высоких и сверхвысоких частот может быть применен вентиль или циркулятор. Шумовой сигнал, который после замыкания клю ча поступает на выход, определяется

40 шумами генерируемыми невзаимным элементом 5 в сторону полосового фильтра 4.

Составляющие спектра этого шума, которые лежат в полосе пропускания фильтра 4, поступают на выход генератора после отражения от ключа 3, а остальные — после отражения от входа полосового фильтра 4. Температура шума этого сигнала равна физической

50 температуре невзаимного элемента 5.

При равномерном распределении температуры в элементах генератора она равна Тф.

С момента замыкания ключа 3 в линии 1 задержки начинается процесс накопления и концентрации электромагнитной энергий на собственных резонансных частотах (линия задержки, .закороченйая с обоих концов, образует резонатор).. Этот процесс длится

® в течение времени

,= з ч, (Ь) где V — " скорость распространения волны вдоль линии задержки.

По истечении времени tq накопле65 ние и концентрация электромагнитной

780150 энергии в линии задержки 1 прекраща. ется, в ней устанавливается состояние термодинамического равновесия (стационарный режим). Ключ 3 снова размыкается и на выходе генератора шума в полосе gf появляется шумовой сигнал с температурой шума Т .

Периодическое размыкание и замыканик ключа 3 производится c ïoìoùüþ. управляющих импульсов, вырабатываемых блоком управления 6. При этом на выходе генератора образуется последовательность импульсов шума с периодом следования, равным (с +21 )" t>, На фиг. За показана временная диаграмма температуры шума на выходе импульсного шумового генератора для 15 случая, когда полосовой фильтр 4 настроен на частоту f< . На фиг. Зб— временная диаграмма Т вых. для случая, когда полосовой фильтр настроен на частоту f< . 20

Величины шумовЫх температур, кото- рые могут быть получены на выходе импульсного шумового генератора в полосе частот Ь Г в импульсе длительностью 21, определяются потерями в линии задержки 1 и могут быть рассчитаны по формуле (2), При малых потерях, когда 1х . т 0(<РАЙ(1), максимальное и минимальное значения Т могут быть определены по следующим упрощенным формулам, которые получаются,из (2)

%ыХм>1>1 (4) Ъыхмакс э/ 8 (5) З5

Температуру шума Тб „ на. выходе импульсного шумового генератора в полосе gf можно плавно изменять в пределах от т ых.ми> до ТВых.мав.

На фиг. 2 показано, что величи- 4О на Т1>ф зависит от положения макси- мумов и минимумов Тц относительно центральной частоты полосового фильтра. Положение максимумов и минимумов

ТИ определяется расстоянием, в ко- 45 тором расположен коротк зэамыкатель 2 относительно линии задержки (меняетсй резонансная частота резонатора, образованного линией задержки 1, короткозамыкателем 2 и ключом 3). Выпол- gp нив короткозамыкатель 2 в виде длинной линии переменной электрической длины, можно получать на выходе импульсного шумового генератора в им- . пульсе длительностью 2ТЗ любую температуру шума в пределах от Тфсб до т s.

При этом изменение длины линии короткозамыкателя составляет величину, равную Vg /4f 4>, где V - скорость распространения электромагнитной вол- 6р ны в линии короткозамыкателя °

Короткозамыкатель 2 может быть выполнен в виде нескольких (по числу уровней шума) ключей замыкания со своим блоком управления, разделенных 65 отрезками линии передачи и закорачивающих поэтому вход линии задержки 1 на разных расстояниях. В этом случае импульсный шумовой генератор будет оперативно обеспечивать в полосе частот p f импульсы шума с различными уровнями. Ключи замыкания, могут переключаться вручную, либо автоматически, от своего блока управления по заданной программе °

Как показали испытания, температура шума на выходе генератора в диапазоне частот 70 0,1 ИГц в импульсе длительностью 0,5 мкс в зависимости от положения короткозамыкателя изменяется от 200 до 650 К. Если требуется получить более широкий динами- ческий диапазон рабочих уровней шума, то нужно применять линию задержки с меньшими, чем 0,05 дБ/м потерями.

Импульсный шумовой генератор прост по конструкции, так как в нем отсутствуют сложные охлаждающие и нагре- вательные устройства, нет дорогостоящих и дефицитных материалов, не требуется герметизация устройства и т.п.

Генератор имеет широкий динамический диапазон рабочих уровней, так как на выходе генератора могут быть получены в импульсе шумовые температуры от значений близких .к 0 до значений, превышающих 10 К. Кроме того, он.потребляет незначительную энергию от источников питания (по существу, энергия нужна только для переключения ключей), так как электромагнитная энергия на выходе генератора"является результатом непосредственного преобразования тепловой энергии окружающей среды. Все это обуславливает большой технико-экономический эффект, который может быть получен от внедрения генератора.

Формула изобретения

Э

Импульсный шумовой генератор, со держащий короткозамыкатель, блок управления и последовательно соединенные параллельный ключ, полосовой фильтр и невзаимный элемент, причем ,выход блока управления соединен с управляющим входом параллельного клю ча, о т л и ч а ю щ .и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона рабочих уровней шумовых температур, в него введена линия задержки, вход которой соединен с короткозамыкателем; а выход со входом параллельного ключа.

Источники информации, принятые во вниманйе йри экспертиз

1. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. "Энергия" M., 1971, с. 85-86.

2. Долгов В.A. и Келин /1.В. Электронные датчики для автоматических систем контроля. M., "Сов. ради >", 1968, с. 78-79.

780150

Рит. f тюь/к

0ь

uz. J

Составитель В. Казаков

Редактор И. Прусова Техред K,ÃàâðîH Корректор А. Гриценко

Заказ 9342/22 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 а

Ту

Ту

d т, Тираж 995- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеннй и открытий

113035, Москва, 7(-35, Раушская наб., д; 4/5