CC BY
40УДК 621.382.27
Ю. И. Алексеев, А. В. Демьяненко
Технологический институт Южного федерального университета
I Широкополосный генератор шума на лавинно-пролетном диоде миллиметрового диапазона
Приведены результаты экспериментальной отработки шумового генератора миллиметрового диапазона. Описываются особенности получения такого генератора на основе широкополосного шунтирования активной колебательной системы СВЧ.
Генератор шума, лавинно-пролетный диод, миллиметровый диапазон длин волн
Развитие систем противорадиолокации и одновременное их продвижение в область миллиметровых волн стимулируют поиск высокоэффективных шумовых источников, являющихся задающими генераторами передатчиков прямошумовых помех либо источниками сигналов, модулирующих несущее колебание в передатчиках модулированных шумовых помех.
В настоящее время при разработках радиоэлектронной аппаратуры предпочтение по совокупности технических характеристик отдается твердотельным шумовым источникам, а среди твердотельных активных элементов - лавинно-пролетным диодам (ЛПД) и устройствам на их основе. Именно ЛПД-шумовые генераторы в силу специфических особенностей работы этих диодов показали лучшие результаты как по качеству генерируемого шума, так и по эффективности управления частотно-мощностными характеристиками шумового генератора [см. лит.].
В настоящей статье приведены результаты разработки ЛПД-шумового генератора миллиметрового диапазона длин волн, полученные при специфическом шунтировании колебательной системы СВЧ, вызвавшем существенное расширение полосы шумовой генерации.
Эскиз СВЧ-шумового генератора на основе ЛПД показан на рис. 1, где 1 - лавинно-пролетный диод; 2 - колебательная система в виде короткозамкнутого отрезка волновода сечением 7.2х3.4 мм; 3 - шунтирующая поглощающая нагрузка; 4 - держатели ЛПД; 5 -волноводный выход генератора. На рис. 2 приведена структурная схема измерений параметров шумовой генерации.
Рис. 1
74
Рис. 2
© Алексеев Ю. И., Демьяненко А. В., 2008
S
Щ
800 400
Согласование I0 = 90 по двум стенкам волновода
f, ГГц
S
щ
800 400
пл.
Согласование по ширине волновода
□
I0 = 90 мА
30 б
f, ГГц
Для существенного расширения полосы шумовой генерации в колебательную систему введена поглощающая согласованная нагрузка из ферроэпоксидного материала (рис. 1, 3), с помощью которой проводилось эффективное шунтирование резонатора, резко уменьшающее его нагруженную добротность. Поглощающая нагрузка предварительно отрабатывалась по критерию минимального коэффициента стоячей волны (КСВ)1. Кроме того, были исследованы способы согласования по широкой, узкой и одновременно по обеим стенкам волновода (профили нагрузок показаны на рис. 3).
Результаты работы представлены также на рис. 3 в виде амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) - зависимостей спектральной плотности мощности выходного шума £ от частоты /. Эксперимент проводился на ЛПД типа 2А717А при различных рабочих токах /0 , характерных для этого
диода, для шунтирующих нагрузок трех типов. Из приведенных на рис. 3 АЧХ следует, что получен широкополосный шумовой генератор, полностью перекрывающий рабочий диапазон измерительного приемника П5-15А при общей неравномерности уровня шумовой генерации менее 10 дБ.
Следует отметить существенно неравномерный характер зависимости АЧХ шумового генератора от рабочего тока диода, наблюдаемый при всех исследованных профилях поглощающих нагрузок. Это объясняется характерной особенностью ЛПД, заключающейся в резкой зависимости импеданса диода как от частоты, так и от рабочего тока. Именно это обстоятельство затрудняет согласование ЛПД с высокочастотным трактом в широкой полосе частот при одновременном выполнении требований по уровню спектральной плотности мощности шума. Как следует из рис. 3, увеличение рабочего тока ЛПД от 30 до 90 мА существенно (более чем на 10 дБ) увеличивает мощность шума, но, к сожалению, приводит к неравномерности АЧХ в исследуемом диапазоне 26... 34 ГГц даже при хорошо согласованной поглощающей нагрузке.
S
Щ
800 400
Согласование по высоте волновода
I0 = 90 мА
f, ГГц
в
Рис. 3
1 В исследованиях, описанных в настоящей статье, применялись нагрузки различного профиля, согласованные в полосе частот 26... 34 ГГц до значений КСВ » 1.05___1.1.
Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2008. Вып. 4======================================
Из рис. 3 видно, что имеется возможность выбора участков упомянутого частотного диапазона шумовой генерации, удовлетворяющих требованиям, предъявленным к задающим генераторам шума, либо по критерию максимальной мощности шума (при существенной частотной неравномерности), либо по критерию максимально гладкой АЧХ (при малых уровнях мощности шума). Последнему критерию хорошо удовлетворяющей АЧХ шумового генератора, приведенная на рис. 3, в для тока диода /0 = 30 мА: она свидетельствует о возможности получения шумовой генерации во всем исследуемом диапазоне частот при неравномерности АЧХ около 3 дБ. Генератор шума с такой АЧХ может быть исходным (базовым) элементом при построении передатчика заградительной прямошумовой помехи.
Из приведенных на рис. 3 АЧХ следует также целесообразность исследования шумовых свойств описанного генератора в диапазоне свыше 34 ГГц и рассмотрения на этой основе возможности создания шумового генератора в частотном диапазоне волноводного канала сечением 7.2 х 3.4 мм.
В заключение следует отметить, что поскольку основным источником шума ЛПД являются флуктуации тока, протекающего через p-n-переход диода, существенно превышающие тепловые флуктуации, то ЛПД используются именно в качестве источников стабильного "белого" шума [см. лит. 1]. Это дает основания полагать, что исследованный в настоящей работе шумовой генератор формирует сигнал, весьма близкий по статистическим характеристикам к "белому" шуму.
Библиографический список
Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов. радио, 1968. 479 с.
J. I. Alekseev, A. V. Demyanenko
Technology institute of the South federal university
The broad-banded millimeter-wave impact noise generator
Results of experimental workout of millimeter-wave noise generator are presented. Designing peculiarities of such generator based on broad-banded shunting of active microwave oscillating system are described.
Генератор шума, лавинно-пролетный диод, миллиметровый диапазон длин волн
Noise generator, impact diode, millimeter-wave band Статья поступила в редакцию 5 апреля 2008 г.
