Генератор шума на лавинно-пролетном диоде Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Электроника СВЧ

УДК 621.317.756.8

Ю. И. Алексеев, А. В. Демьяненко, И. В. Малиев

Технологический институт Южного федерального университета

Генератор шума на лавинно-пролетном диоде

Обсуждается один из вариантов построения шумового генератора на лавинно-пролетном диоде и приводятся его энергетические характеристики.

Лавинно-пролетный диод, генератор шума

Назначением противорадиолокационного шумового устройства является внесение в работу радиотехнической системы передачи и приема информации элемента неопределенности, что тем самым ухудшает надежность, точность, пропускную способность и другие параметры системы. В этой связи к генератору шума, составляющему основное звено передатчика шумовой помехи, предъявляются высокие требования, в частности по его энергетической эффективности.

Из всех твердотельных источников шума наиболее эффективным считается шумовой генератор на лавинно-пролетном диоде (ЛПД), поскольку активный элемент генератора в силу физических особенностей работы ЛПД (лавинного умножения электронно-дырочных

пар) генерирует повышенный в сравнении с другими твердотельными источниками уровень шума.

В настоящей статье обсуждаются результаты экспериментального исследования одного из вариантов шумового генератора на ЛПД, конструкция которого представлена на рис. 1, где 1 -колебательная система генератора - отрезок короткозамкнутой коаксиальной линии; 2 - активный элемент - ЛПД; 3 - диодный держатель - теплоотвод с винтовой контактной системой; 4 -выходной канал генератора на основе волновода 23 х 2 мм; 5 -штырь регулировки связи с нагрузкой; 6 - поршневая контактная система частотной перестройки генератора; 7 - система подачи питания на ЛПД.

Основная задача обсуждаемой экспериментальной работы состояла в исследовании возможности разработки шумового генератора на основе генераторной камеры ЛПД - автогенератора без каких-либо конструктивных ее переделок. Требовалось исследовать уровни шума в различных участках частотного диапазона, задаваемого изменяющейся длиной резонатора I. Кроме того, было исследовано влияние рабочего тока ЛПД не только на

© Алексеев Ю. И., Демьяненко А. В., Малиев И. В., 2007 71

Рис. 1

уровень генерируемого шума, но также и на полосу частот шумовой генерации. Результаты указанных исследований в рабочем частотном диапазоне ЛПД типа 3А707А показаны на рис. 2 (при механической настройке генератора) и 3 (при электронной настройке).

Диапазонные свойства исследуемого генератора шума (рис. 2), в значительной степени зависели от рабочего тока диода, изменявшегося в пределах 10...40 мА1. Исследования показали, что при перестройке резонатора поршневой системой (см. рис. 1, поз. 6) исследуемая генераторная камера позволила осуществить шумовую генерацию во всем рабочем частотном диапазоне ЛПД 3А707А с примерно одинаковой эффективностью; при этом уровень шума возрастал пропорционально рабочему току диода2. Полученная при перестройке резонатора амплитудная неравномерность шумовой генерации объясняется тем, что измерение мощности шума проводились без подстройки нагрузки генератора, поскольку генератор по схеме рис. 1 имел прямую связь с нагрузкой через выходную волноводную линию передачи.

Рш/ кТ0

3700

3000

2300 1600

Рш/ Щ)

6400

4800

3200 1600

Рш/ кТ0 3700 3000 2300 1600

1 = 4 мм / ¡0 = 10 мА

1 /

-- 2

\ 1" \л

3

7\| 11 \

8.8 9.2 9.6 I = 4 мм

10.0 /, ГГц 10 = 15 мА

I ^ 0

8.4 8.9 9.4 9.9 /, ГГц I = 4 мм

8.8 9.2

9.6

10.0 /, ГГц

Рш/ Т 14 800 19 800

8.7

Рш/ Щ

45 000

31 000

17 000 3000

Рш/ Щ 7300 5100 2900 700

9.1 9.5

I = 4 мм

.Ул

8.7 9.1 I = 4 мм

9.5

5

А

8.7 9.1

9.5

Рис. 2

I ^ 0

9.9 /, ГГц ¡0 = 33 мА

1 л I ^ 0

99 /, ГГц ¡0 = 40 мА

I ^ 0

А

9.9 /, ГГц

1 Нижняя граница определялась технически приемлемым уровнем генерируемого шума, а верхняя - порогом возбуждения автоколебаний.

2 На рис. 2 результаты измерения шума представлены при дискретных положениях поршня, замыкающего резонатор генератора, характеризуемых параметром I.

2

1

Рис. 3

На рис. 3 дано представление полученных экспериментальных результатов во всем рабочем частотном диапазоне ЛПД 3А707А, отличающееся постоянным масштабом шкалы шумовой мощности (оси ординат). При таком представлении удалось выявить совместное влияние колебательной системы генератора (через длину резонатора I, см. рис. 1) и значения рабочего тока диода на формирование главного параметра - мощности шума генератора. В исследуемой конструкции наибольшей шумовой мощности удалось добиться при длине резонатора I = 2 мм, что объяснялось достигнутым согласованием импеданса колебательной системы и ЛПД, а наибольшей широкополосности шумового генератора

(по уровню 10 кТо) - при исчезающе малой длине I, когда короткозамыкающий поршень

почти вплотную приближался к диоду (I ^ 0).

Следует отметить определяющее влияние рабочего тока ЛПД не только на значение шумовой мощности, но также и на широкополосность исследуемого генератора шума (см.

о

границы кривых на рис. 3 при Рш/кТ) = 10 ). Рабочим током ЛПД непосредственно определяются импедансные свойства диода, а их изменение служит дополнительным фактором согласования ЛПД с резонансной камерой. Также обращает на себя внимание существенная взаимосвязь между диапазонными свойствами шумового генератора и нелинейным реактансом диода, влияющего на формирование амплитудно-частотной шумовой характеристики практически при отсутствии резонатора (при I ^ 0).

Проведенные исследования показали возможность разработки шумового генератора на основе автоколебательной системы на ЛПД с подавленными выбором рабочего режима диода автоколебаниями. Такие шумовые генераторы узкополосны, однако могут быть использованы при разработках передатчиков прицельной шумовой помехи.