Надширокосмужний напівпровідниковий генератор шуму міліметрового діапазону

Устройство относится к области радиоизмерительной техники и предназначено для использования в радиотехнических устройствах миллиметрового (мм) диапазона, а также в медицине для КВЧ терапии. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является полупроводниковый низкочастотный генератор шума на стабилитроне. Генератор имеет высокую надежность, благодаря использованию полупроводникового прибора в качестве источника шума, и относительно широкую полосу частот шумового колебания по отношению к аналогам. Недостатком прототипа является низкая граничная частота шумового колебания (десятки кГц), а также ограничения по ширине полосы. В основу изобретения поставлена задача расширения полосы и увеличения граничной частоты шумового сигнала путем преобразования спектра полупроводникового низкочастотного генератора шума и переноса его в область мм диапазона. Поставленная задача решена тем, что выход полупроводникового низкочастотного генератора шума (НГШ), согласно изобретению, соединен с входом мультипликативного переносчика частоты, состоящего из последовательно соединенных генератора, управляемого напряжением (ГУН), нелинейного элемента с регулировкой рабочей точки (НЭ) и выходного фильтра, при этом выход переносчика является выходом устройства. Положительный эффект состоит в увеличении граничной частоты и расширении полосы шумового сигнала вплоть до сотен ГГц, что в десятки раз превышает классические генераторы шума, с сохранением высокой надежности, присущей полупроводниковым генераторам. Эффект достигается путем размножения и переноса в мм диапазон спектра сигнала НГШ при по мощи мультипликационного переносчика частоты. Частота ГУН (F) и диапазон перестройки (f) выбраны таким образом, что размноженный сигнал без пропусков перекрывает весь частотный диапазон начиная с нижней рабочей частоты (Fнр). Это условие можно записать в виде выражения (1): В этом случае, при частотной модуляции низкочастотным шумовым сигналом в пределах диапазона перестройки ГУН спектр умноженного сигнала в области мм диапазона представляет собой непрерывную шумовую полосу. Т.о. при помощи ГУН и НЭ происходит перенос в мм область и размножение диапазона частот НГШ. Снизу диапазон частот ограничивается только условием (1), сверху максимально возможным коэффициентом умножения (т.е. типом НЭ). На чертеже приведена структурная схема генератора. Выход НГШ 1 соединяется с входом мультипликативного переносчика частоты, состоящего из последовательно соединенных ГУН 2, НЭ с регулировкой рабочей точки 3, фильтра 4, при этом выход фильтра 4 является выходом переносчика частоты и генератора в целом. Генератор работает следующим образом. ГУН 2 - основной элемент предлагаемого генератора. Его средняя частота и диапазон перестройки выбираются из условия (1). НГШ 1 модулирует частоту ГУН2. При этом уровень выходного сигнала НГШ 1 выбирается таким, чтобы девиация частоты соответствовала полному диапазону перестройки ГУН 2. Т.о. на выходе ГУН 2 получается сигнал, спектр которого представляет собой шумовую полосу совпадающую с диапазоном перестройки ГУН 2. НЭ 3 размножает этот сигнал путем образования набора гармоник. Каждая гармоника представляет собой шумовую полосу, средняя частота и диапазон которой превышают исходную в число раз соответствующее номеру гармоники. Выполнение условия (1) обеспечивает перекрытие гармоники без пропусков всего рабочего диапазона. Регулировка рабочей точки НЭ 3 обеспечивает равномерность распределения шума по частотному диапазону. Фильтр 4 выделяет из набора гармоник требуемый диапазон частот. Т.о. на выходе устройства получается сигнал, спектр которого представляет собой непрерывную шумовую полосу во всем требуемом диапазоне частот. Авторы испытали генератор, собранный по предлагаемой схеме. В качестве ГУН был использован транзисторный генератор с центральной частотой 2 ГГц и диапазоном перестройки 160 МГц, собранный по классической схеме емкостной трехточки. Перестройка генератора во всем диапазоне обеспечивается при изменении управляющего напряжения в пределах от 3 до 12 В. В качестве генератора шума может быть использован любой НГШ с выходным напряжением в пределах от 3 до 12 В. Например, прототип. В качестве НЭ был использован СВЧ диод ЗА139А с резистором 100 кОм, ограничивающим ток смещения, а в качестве фильтра - набор широкополосных фильтров на волноводно-диэлектрических резонаторах. В результате был получен генератор с шумовой полосой в диапазоне 50-150 ГГц. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет многократно расширить диапазон рабочих частот шумового сигнала.