Генератор сверхширокополосного шума

Настоящая полезная модель относится к области радиотехники, а именно к источникам сверхширокополосных шумовых колебаний.
Из предшествующего уровня техники известен генератор шумового сигнала (патент RU 2421917 С1, 2010), состоящий из четырех биполярных транзисторов, двух конденсаторов, пяти сопротивлений и диода. Каждый из указанных транзисторов образует локальную автоколебательную систему, в которой указанные конденсаторы и диод выполняют функцию элементов обратной связи генератора. Таким образом, генератор представляет собой систему из четырех связанных парциальных генераторов, связь между которыми осуществляется по принципу «каждый с каждым». Функция диода, как общего нелинейного элемента цепи обратной связи генераторов, заключается в расширении спектра генерируемых шумовых колебаний. Такой генератор обеспечивает получение шумовых колебаний в диапазоне частот от 10 кГц до 2 ГГц и предназначен для защиты системы обработки информации от побочных электромагнитных излучений.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении полосы частот генерируемых им шумовых колебаний.
Данная задача решается за счет того, что генератор сверхширокополосного шума содержит шесть биполярных транзисторов, пять конденсаторов, индуктивность, три сопротивления, источник питания, две коллекторные шины, базовую шину и эмиттерные (земляные) шины, причем базы и эмиттеры всех упомянутых транзисторов подключены, соответственно, к базовой и эмиттерной (земляной) шине, коллекторы первого, третьего и пятого из упомянутых транзисторов подключены к первой упомянутой коллекторной шине, в то время как коллекторы второго, четвертого и шестого транзисторов подключены ко второй упомянутой коллекторной шине, первый и второй конденсаторы включены между первой коллекторной шиной и базовой шиной, а третий и четвертый конденсаторы включены между второй коллекторной шиной и базовой шиной, кроме того, базовая шина подключена к делителю напряжения, образованному первым и вторым из упомянутых сопротивлений и включенному между первой коллекторной и эмиттерной (земляной) шинами, упомянутые коллекторные шины подключены к источнику питания через фильтр нижних частот, образованному третьим из упомянутых сопротивлений и пятым из упомянутых конденсаторов, причем первая коллекторная шина подключена к упомянутому фильтру нижних частот непосредственно, в то время как вторая коллекторная шина подключена к фильтру нижних частот через индуктивность. Причем, в генераторе сверхширокополосного шума упомянутые первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, а также первое и второе сопротивления могут быть выполнены как фиксированными, так и переменными.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение более чем в два раза полосы частот генерируемого шумового сигнала (до 5 ГГц).
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - общая электрическая схема генератора сверхширокополосного шума.
На фиг. 2 - фотография макета генератора.
На фиг. 3 - типовой спектр мощности выходного шумового сигнала генератора.
На фиг. 4 - пример временной реализации генерируемого шумового сигнала и функция распределения его мгновенных значений.
Генератор сверхширокополосного шума содержит шесть биполярных транзисторов (1-6), пять конденсаторов (11, 12, 13, 14, 19), индуктивность (20), три сопротивления (15, 16, 18), источник питания (17), две коллекторные шины (7, 8), базовую шину 9, эмиттерные (земляные) шины (10), причем базы и эмиттеры всех упомянутых транзисторов подключены, соответственно, к упомянутым базовой 9 и эмиттерной шине 10, коллекторы первого 1, третьего 3 и пятого 5 из упомянутых транзисторов подключены к первой упомянутой коллекторной шине 7, в то время как коллекторы второго 2, четвертого 4 и шестого 6 из упомянутых транзисторов подключены ко второй упомянутой коллекторной шине 8, первый 11 и второй 12 из упомянутых конденсаторов включены между упомянутыми первой коллекторной шиной 7 и базовой шиной 9, а третий 13 и четвертый 14 из упомянутых конденсаторов включены между второй коллекторной шиной 8 и базовой шиной 9, кроме того, базовая шина подключена к делителю напряжения, образованному первым 15 и вторым 16 из упомянутых сопротивлений и включенному между первой коллекторной 7 и эмиттерной (земляной) шинами 10, упомянутые коллекторные шины подключены к источнику питания 17 через фильтр нижних частот, образованному третьим 18 из упомянутых сопротивлений и пятым 19 из упомянутых конденсаторов, причем первая из упомянутых коллекторных шин 7 подключена к упомянутому фильтру нижних частот непосредственно, в то время как вторая из упомянутых коллекторных шин 8 подключена к фильтру нижних частот через индуктивность 20. Причем, в генераторе сверхширокополосного шума первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 конденсаторы, а также первое 15 и второе 16 сопротивления могут быть выполнены как фиксированными, так и переменными.
Устройство работает следующим образом. На фиг. 1 изображена принципиальная схема генератора сверхширокополосного шума. Для реализации решаемой задачи, в структуру предлагаемого генератора, по сравнению с указанным выше аналогом, дополнительно введены еще два парциальных генератора. В качестве активного элемента во всех парциальных генераторах используется биполярный транзистор (например, BFP 620). Связь между генераторами осуществляется по принципу «каждый с каждым», образуя, таким образом, сложную многопетлевую автоколебательную систему.
Питание коллекторных и базовых цепей всех используемых транзисторов обеспечивается одним источником питания напряжением 5 В через фильтр цепи питания, образованный резистором 18 и емкостью 19, и резисторами 15 и 16, выполняющими функцию делителя напряжения. Емкости 11, 12, 13, 14 выполняют функцию элементов обратной связи парциальных генераторов.
Фиг. 2 демонстрирует макет генератора, выполненный на плате размером 40*25 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,0 мм с использованием микрополосковых линий.
При подключении макета генератора к источнику питания на его выходе наблюдаются сверхширокополосные шумовые колебания, спектр мощности которых приведен на фиг. 3.
~
Как следует из представленного спектра, эффективная полоса генерации занимает диапазон частот от 9 кГц до 5 ГГц, причем в полосе частот 9 кГц - 4 ГГц неравномерность спектральной характеристики не превышает 10 дБ. Фиг. 4 демонстрирует пример временной реализации генерируемого шумового сигнала для указанного выше режима и функцию распределения его мгновенных значений. При этом, оценка энтропийного коэффициента качества шумового сигнала на выходе генератора дает величину не менее 0,9887. Измеренный уровень мощности выходного сигнала на нагрузке 50 Ом составляет не менее 1 мВт.
Важно отметить, что по сравнению с упомянутым выше аналогом в предложенном генераторе удалось существенно увеличить полосу шумового сигнала (до 5 ГГц). Причем, данное свойство имеет эффект наряду с другим свойством предложенного генератора - улучшение надежности работы генератора в условиях потенциально возможного изменения, в процессе эксплуатации, величины его напряжения питания. В эксперименте зафиксирован тот факт, что режим генерации сверхширокополосных шумовых колебаний с присущим ему спектром мощности и распределением мгновенных значений сохраняется при изменении номинального напряжения питания генератора в пределах ±20% (4-6 В). С другой стороны, описанный выше режим возникает сразу после подачи на генератор напряжения и не требует дополнительной подстройки с помощью входящих в его состав элементов.