Импульсный шумовой генератор

САН О П ИЗО Союз Советскид СоциалистическиРеспублик и 7801 РЕТЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 61) Дополнительное к авт. с(22) Заявлено 060278 (21) 2577939/18-2с присоединением заявки йо(23) Приоритет Н 03 В 29/ осударствеииый коми СССР яо делам изобретеии и открытийОпубликовано 15 Л 180,6 Дата опубликования опис плетень ЙВ 42ия 18,1 18 0 53) УДК 681. 325. 36 (088. 8)(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ШУМОВОЙ ГЕНЕРАТО ибо жид- высоко- операторах используетсякий гелий илитемпературныхшума сложныетелем,кроме тогоет незначион рабочих идкий его п импул ермос зот,ы, аных гты с одог еваиме паз рат 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 121 . Недостаткомэтого генератора является недостаточный динамический ди апазон рабочих уровней шумовых температур.Этот недостаток обусловлен возможностями охлаждающих и нагреватель ных устройств и физическили свойствами используемых материалов,Целью настоящего изобретения яв" ляется расширение динамического диапазона рабочих уровней шумовых температур. О Изобретение относится к областирадиотехники и может быть использовано в радиотехнических установках, вчастности, в радиоизмерительной аппаратуре в качестве генераторов шумовых испытательных сигналов, а такжев радиолокационных установках и в радиоастрономии,Известен импульсный шумовой генератор, аналогичный данному только по 10назначению и результату, достигаемому при его использовании. Техническая сущность этого генератора, обычно называемого тепловым генераторомшума, заключается в следующем. По- . 15глотитель электромагнитной энергии(согласованная нагрузка) нагреваетсяили охлаждается с помощью специальных установок. Температура шума навыходе такого устройства определяется физической температурой материаланагрузки и приблизительно равна ей 11,Недостатком этого генератора является сложность конструкции, обусловленная наличием специальных охлаждающих и нагревательных устройств. Так,например, в низкотемпературных тепловых генераторах шума применяютсясложные криогенные установки, в качестве охлаждающего агента в которых 30 генератор такого типа ельный динамический диауровнейшумовых темпеПоставленная цель достигается тем, что в. импульсный шумовой генератор, содержащий .короткозамыкатель, блок управления и последовательно соединенные параллельный ключ, поло- совой фильтр и невзаимный элемент, причем выход блока управления соединен с управляющим входом параллельного ключа, введена линия задержки, вход которой соединен с короткозамыкателем, 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 одноВ стороны короткозамыкателем 2, а с другой стороны - ключом 3, с нее на вход поло" сового фильтра 4 поступает шумовой сигнал с температурой шума Т (фиг, 2 а).Т (Р-Е ".з)1=а 1 фе-тоще ф сообщу уИ)Ъгде Тф - физическая температура линии задержки;- постояннаязатухания линиизадержки;- длина линии задержки;Г - частота;- время задержки волны в ли 3нии задержки.На выходе полосового фильтра 4, имеющего полосу пропускания Д 11/2 ь и центральную частоту Уф появится при этом шумовой сигнал с практически постоянной в полосе частот ДГ. температурой шума Тпф . Величина Тп при условии, что фильтр 4 близок к идеальному, определяется формулой:;Т, Р-Ь 4 фв) ьФ 1 е ффе фоов 4%й еЗто есть, равна значению Т в точке ЬФНа фиг. 2 в качестве центральных частот фильтра отмечены пунктиром двечастоты Г и Г , соответствующие максимуму и минимуму Тд (резонанснаяи антирезонансная частоты линии задержки, закороченной с обоих концов),Далее этот шумовой сигнал поступаетна невзаимный элемент 5, полоса рабочих частот которого шире, чем Ь Г,и коэффициент передачи от фильтра 4к выходу практически равен единице,а в обратном направлении близок к нулю. Можно считать, что на выходе невзаимного элемента шумовой сигналбудет иметь ту же температуру шума,что и на выходе полосового фильтра 4,т.е. Т(ы), Тъф. Если коэффициент пе"редачи невзаимного элемента не равен5 единице, его надо учесть в Т 6. Шумовой сигнал с температурой шума Тбудет присутствовать на выходе невзаимного элемента 5, являющегося выходом предлагаемого генератора, в20 течение времени 2 ь 3, за которое линия 1 задержки очистится от накопленной в ней электромагнитной энергии.На фиг. 2 б показана зависимостьтемпературы шума от частоты на выхо-р 5 де импульсного шумового генераторапри разомкнутом ключе 3 для случая,когда полосовой фильтр 4 настроен начастоту У = Г .На фиг. 2 в - то же, но для случая,когда полосовой Фильтр 4 настроен начастоту Гпф = Г .Затем ключ 3 замыкается, Для того,чтобы при этом выходное сопротивлениегенератора не изменялось и используется невзаимный элемент 5, в качест, ве которого в диапазоне высоких исверхвысоких частот может быть применен вентиль или циркулятор. Шумовойсигнал, который после замыкания ключа поступает на выход, определяется40 шумами генерируемыми невзаимным элементом 5 в сторону полосового фильтра 4.Составляющие спектра этого шума,которые лежат в полосе пропусканияФильтра 4, поступают на выход генератора после отражения от ключа 3, аостальные - после отражения от входаполосового фильтра 4. Температурашума этого сигнала равна физической0 температуре невзаимного элемента 5.При равномерном распределении температуры в элементах генератора онаравна Тф,С момента замыкания ключа 3 в линии 1 задержки начинается процесснакопления и концентрации электромагнитной энергий на собственных резонансных частотах (линия задержки,закороченйая с обоих концов, образует резонатор),. Этот процесс длится0 в течение времениь ЬЪ/Ыч, (Ь)где Ч - "скорость распространения вол"ны вдоль линии задержки.По истечении временинакопле 65 ние и концентрация электромагнитнойэнергии в линии задержки 1 прекращается, в ней устанавливается состояние термодинамического равновесия(стационарный режим). Ключ 3 сноваразмыкается и на выходе генераторашума в полосе Г появляется шумовойсигнал с температурой шума Т 1 ФПериодическое размыкание и замыканик ключа 3 производится спомощью,управляющих импульсов, вырабатываемых блоком управления 6, При этом навыходе генератора образуется последовательность импульсов шума с периодомследования, равным (с Ф 2)й с,На Фиг. За показана временная диаграмма температуры шума на выходеимпульсного шумового генератора для 15случая, когда полосовой фильтр 4 настроен на частоту Г 1На фиг. Зб -временная диаграмма Т вых. для случая,когда полосовой Фильтр настроен начастоту Г, 20Величины шумовйх температур, кото-рые могут быть получены на выходе импульсного шумового генератора в полосе частот Ь Г в импульсе длительностью 21, определяются потерями влинии задержки 1 и могут быть рассчитаны по формуле (2), При малыхпотерях, когда сс т 0 (сР 1(1), максимальное и минимальное значения Тмогут быть определены по следующимупрощенным Формулам, которые получаются,из (2)ЪЫХМ 11 Н ф . 4)Ъых,макс Ф lф(6) З 5Температуру шума Тбна. выходеимпульсного шумового генератора вполосе Г можно плавно изменять впределах от ТАЛЫХ Мин До ТЫу.максНа Фиг. 2 показано, что величина Т 11 Ф зависит от положения макси-мумов и минимумов Тц относительноцентральной частоты полосового Фильтра. Положение максимумов и минимумовТ определяется расстоянием, в котором расположен короткоэамыкатель 2относительно линии задержки (меняетсйрезонансная частота резонатора, образованного линией задержки 1, короткозамыкателем 2 и ключом 3), Выполнив короткозамыкатель 2 в виде длинной линии переменной электрическойдлины, можно получать на выходе импульсного шумового генератора в им- .пульсе длительностью 2 сз любую температуру шума в пределах от Тфсб доТ ФЕ,При этом изменение длины линии короткозамыкателя составляет величину,равную Ч 1 /4 ГФ, где Н 1 - скоростьраспространения электромагнитной волны в линии короткозамыкателяКороткозамыкатель 2 может быть выполнен в виде нескольких (по числууровней шума) ключей замыкания сосвоим 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 л Г импульсы шума с различными уровнями. Ключи замыкания, могут переключаться вручную, либо автоматически, от своего блока управления по заданной программеКак показали испытания, температура шума на выходе генератора в диапазоне частот 700,1 МГц 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 изобретенияЭИмпульсный шумовой генератор, содержащий короткозамыкатель, блок управления и последовательно соединенные параллельный ключ, полосовойфильтр и невзаимный элемент, причем,выход блока управления соединен суправляющим входом параллельного ключа, о т л и ч а ю щ .и й с я тем,что, с целью расширения динамического диапазона рабочих уровней шумовыхтемператур, в него введена линия задержки, вход которой соединен с короткозамыкателем; а выхбд со входомпараллельного ключа.Источники информации,принятые во вниманйе йри экспертиз1. Бобнев М.П, Генерирование случайных сигналов. "Энергия" М., 1971,с. 85-86.2. Долгов В.А. и Келин А.В. Электронные датчики для автоматическихсистем контроля. М., "Сов. рад:,ю",1968, с. 78-79.780150 ьИ Ту Состав Техред В, Каэаковврон Корректор А. Грице актор И. Прусо 4 Тираж 995- Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 3035, москва, 5-35, Раушская наб д;