RU2327278C2 - Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals - Google Patents

Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals Download PDF

Info

Publication number
RU2327278C2
RU2327278C2 RU2005110493/09A RU2005110493A RU2327278C2 RU 2327278 C2 RU2327278 C2 RU 2327278C2 RU 2005110493/09 A RU2005110493/09 A RU 2005110493/09A RU 2005110493 A RU2005110493 A RU 2005110493A RU 2327278 C2 RU2327278 C2 RU 2327278C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplification
signal
stages
amplifier
stage
Prior art date
Application number
RU2005110493/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005110493A (en
Inventor
Александр Сергеевич Дмитриев (RU)
Александр Сергеевич Дмитриев
Елена Валериевна Ефремова (RU)
Елена Валериевна Ефремова
ргинский Борис Егорович К (RU)
Борис Егорович Кяргинский
Антон Михайлович Лактюшкин (RU)
Антон Михайлович Лактюшкин
Андрей Иванович Панас (RU)
Андрей Иванович Панас
Original Assignee
Александр Сергеевич Дмитриев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Дмитриев filed Critical Александр Сергеевич Дмитриев
Priority to RU2005110493/09A priority Critical patent/RU2327278C2/en
Publication of RU2005110493A publication Critical patent/RU2005110493A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2327278C2 publication Critical patent/RU2327278C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to generation of the wide band SHF chaotic signals and may be used in communication, radars, instruments. The method allows reducing the irregularity of spectral characteristic and features a consecutive signal amplification by, at least, two amplification stages, the first operating in a minor amplification mode, while the other one, in a mode of nonlinear amplification. The signal is limited after amplification in the third amplification cascade which operates in a limiting mode. A part of the signal, after limitation, is branched off in the load, and the part of signals left after branching off is sent to the first amplification cascade. The generator incorporates the first and second amplification cascades, the limitation cascade made as the third amplification cascade, and a microband coupler.
EFFECT: reduced irregularity of spectral characteristic.
10 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится в целом к радиотехнике и, в частности, к формированию широкополосных сверхвысокочастотных (СВЧ) хаотических сигналов.The present invention relates generally to radio engineering and, in particular, to the formation of broadband microwave (microwave) chaotic signals.

Уровень техникиState of the art

Хаотические сигналы находят все более широкое применение в различных областях техники, таких как связь, радиолокация, измерительная техника, медицина и т.д.Chaotic signals are increasingly used in various fields of technology, such as communications, radar, measurement technology, medicine, etc.

Ныне известны различные способы и устройства, предназначенные для формирования (генерирования) широкополосных СВЧ хаотических сигналов. Так, известен хаотический генератор (патент США №6842745, опубл. 11.01.2005), в котором имеется четыре операционных усилителя, охваченных несколькими петлями обратной связи. Эта схема достаточно сложна и не позволяет получить СВЧ сигнал в силу использования операционных усилителей.Various methods and devices are now known for generating (generating) broadband microwave chaotic signals. Thus, a chaotic generator is known (US patent No. 6842745, publ. 11.01.2005), in which there are four operational amplifiers, covered by several feedback loops. This circuit is quite complex and does not allow to obtain a microwave signal due to the use of operational amplifiers.

Известно использование двух ламп бегущей волны (ЛБВ) для генерирования хаотических колебаний, причем первая ЛБВ работает в режиме линейного усиления, а вторая ЛБВ - в нелинейном режиме на падающем участке амплитудной характеристики (авторское свидетельство СССР №1125735, опубл. 23.11.1984). Такой генератор имеет большие размеры и не позволяет получить широкополосные сигналы без дополнительной модуляции.It is known to use two traveling wave tubes (TWTs) to generate chaotic oscillations, the first TWT operating in linear amplification mode, and the second TWT working in nonlinear mode on a falling section of the amplitude characteristic (USSR author's certificate No. 1125735, publ. 11/23/1984). Such a generator is large and does not allow to obtain wideband signals without additional modulation.

Еще один генератор СВЧ хаотических сигналов выполнен на микрополосковых линиях, в разрывы которых впаяны два биполярных транзистора, в результате чего образуются две динамических системы (патент СССР №1806439, опубл. 30.03.1993). Этот генератор реализует способ генерирования широкополосных СВЧ хаотических сигналов, однако неравномерность спектральной характеристики этих динамических систем довольно велика, т.к. в основе данного способа лежит взаимодействие двух связанных многочастотных СВЧ генераторов.Another microwave chaotic signal generator is made on microstrip lines, into the gaps of which two bipolar transistors are soldered, as a result of which two dynamic systems are formed (USSR patent No. 1806439, publ. 30.03.1993). This generator implements a method for generating broadband microwave chaotic signals, however, the unevenness of the spectral characteristics of these dynamic systems is quite large, because the basis of this method is the interaction of two coupled multi-frequency microwave generators.

Наиболее близкие аналоги к объектам заявленной группы изобретений описаны в патенте США №6127899 (опубл. 03.10.2000). Из этого патента известен способ генерирования широкополосных СВЧ хаотических сигналов, заключающийся в том, что осуществляют последовательное усиление сигнала по меньшей мере двумя усилительными каскадами, ограничивают сигнал после усиления и подают сигнал после ограничения на первый из упомянутых усилительных каскадов.The closest analogues to the objects of the claimed group of inventions are described in US patent No. 6127899 (publ. 03.10.2000). A method for generating broadband microwave chaotic signals is known from this patent, which consists in sequentially amplifying the signal with at least two amplifying stages, limiting the signal after amplification, and supplying the signal after limiting to the first of the mentioned amplifying stages.

Из того же патента США №6127899 известен генератор широкополосных СВЧ хаотических сигналов, содержащий соединенные последовательно первый и второй усилительные каскады и каскад ограничения, выход которого соединен со входом первого усилительного каскада.From the same U.S. Patent No. 6,127,899, a broadband microwave chaotic signal generator is known comprising first and second amplification stages connected in series and a limiting stage, the output of which is connected to the input of the first amplification stage.

Недостатком указанных способа и генератора является то, что для получения хаотических сигналов необходимо наличие дополнительного генератора периодических колебаний с управляемыми амплитудой и частотой.The disadvantage of these methods and the generator is that to obtain chaotic signals, it is necessary to have an additional generator of periodic oscillations with controlled amplitude and frequency.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание таких способа генерирования и генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов, которые могли бы преодолеть указанные выше недостатки существующих аналогов и обеспечили получение широкополосных и сверхширокополосных СВЧ хаотических сигналов с малой неравномерностью спектральной характеристики в простой схеме без использования дополнительной модуляции и генерации.The problem to which the present invention is directed is the creation of such a method for generating and generator of broadband microwave chaotic signals that could overcome the above disadvantages of existing analogs and provided broadband and ultra-wide microwave chaotic signals with low spectral characteristics in a simple circuit without using additional modulation and generation.

Для достижения указанного технического результата в первом из заявленной группы объектов - способе генерирования широкополосных СВЧ хаотических сигналов, заключающемся в том, что осуществляют последовательное усиление сигнала по меньшей мере двумя усилительными каскадами, ограничивают сигнал после усиления и подают сигнал после ограничения на первый из упомянутых усилительных каскадов, в соответствии с настоящим изобретением усиление сигнала осуществляют усилительными каскадами так, что первый из них работает в режиме усиления малого сигнала, а второй - в режиме нелинейного усиления сигнала; ограничение сигнала осуществляют в третьем усилительном каскаде, который работает в режиме ограничения сигнала и образует вместе с первым и вторым усилительными каскадами усилительный тракт; ответвляют часть сигнала после ограничения в нагрузку; на первый из усилительных каскадов подают оставшуюся после ответвления часть сигнала.To achieve the specified technical result in the first of the claimed group of objects - a method for generating broadband microwave chaotic signals, which consists in sequentially amplifying the signal with at least two amplifier stages, limiting the signal after amplification and applying the signal after limiting to the first of the mentioned amplifier stages , in accordance with the present invention, the amplification of the signal is carried out by amplifier stages so that the first of them operates in the amplification mode is small second signal, and the second - in the mode of non-linear signal amplification; the signal is limited in the third amplifier stage, which operates in the signal limit mode and forms, together with the first and second amplifier stages, an amplifier path; branch part of the signal after limiting the load; the first of the amplification stages serves the remainder of the signal after the branch.

Дополнительной особенностью способа по настоящему изобретению является то, что ответвление сигнала выполняют с помощью частотно-избирательного ответвителя.An additional feature of the method of the present invention is that the signal branch is performed using a frequency selective coupler.

Еще одной особенностью способа по настоящему изобретению является то, что пропускают сигнал после по меньшей мере одного из усилительных каскадов через соответствующую частотно-избирательную структуру, имеющую заранее заданную частотную характеристику.Another feature of the method of the present invention is that they pass the signal after at least one of the amplification stages through the corresponding frequency-selective structure having a predetermined frequency response.

Еще одной особенностью способа по настоящему изобретению является то, что изменяют по заранее заданным законам либо усиление усилительных каскадов, либо параметры частотно-избирательных структур, посредством чего осуществляют управление параметрами генерируемых сигналов.Another feature of the method of the present invention is that, according to predetermined laws, either the amplification of the amplification stages or the parameters of the frequency-selective structures are changed, whereby the parameters of the generated signals are controlled.

Наконец, еще одной особенностью способа по настоящему изобретению является то, что последовательное усиление и ограничение сигнала в усилительном тракте повторяют по меньшей мере еще в одном усилительном тракте, параллельном этому усилительному тракту, и суммируют сигналы всех параллельных усилительных трактов, после чего и осуществляют ответвление сигнала в нагрузку.Finally, another feature of the method of the present invention is that the sequential amplification and limitation of the signal in the amplification path is repeated in at least one other amplification path parallel to this amplification path, and the signals of all parallel amplification paths are summed, after which the signal is branched into the load.

Для достижения того же технического результата во втором из заявленной группы объектов - генераторе широкополосных СВЧ хаотических сигналов, содержащем соединенные последовательно первый и второй усилительные каскады и каскад ограничения, выход которого соединен со входом первого усилительного каскада, в соответствии с настоящим изобретением первый усилительный каскад предназначен для работы в режиме усиления малых сигналов, второй усилительный каскад предназначен для работы в режиме нелинейного усиления сигналов, а каскад ограничения выполнен в виде третьего усилительного каскада, предназначенного для работы в режиме ограничения, при этом выход третьего усилительного каскада соединен со входом первого усилительного каскада через микрополосковый ответвитель сигнала в нагрузку.In order to achieve the same technical result, in the second of the claimed group of objects — a broadband microwave chaotic signal generator, comprising first and second amplification stages connected in series and a limiting stage, the output of which is connected to the input of the first amplifier stage, in accordance with the present invention, the first amplifier stage operation in the mode of amplification of small signals, the second amplifier stage is designed to operate in non-linear amplification of signals, and the cascade is limited The circuit is made in the form of a third amplifier stage, designed to operate in the limiting mode, while the output of the third amplifier stage is connected to the input of the first amplifier stage through a microstrip signal coupler to the load.

Дополнительной особенностью генератора по настоящему изобретению является то, что по меньшей мере одно из последовательных соединений усилительных каскадов и соединения третьего усилительного каскада с ответвителем сигнала в нагрузку выполнено через соответствующую микрополосковую частотно-избирательную структуру.An additional feature of the generator of the present invention is that at least one of the series connections of the amplifier stages and the connection of the third amplifier stage to the signal coupler to the load is made through the corresponding microstrip frequency-selective structure.

Еще одной особенностью генератора по настоящему изобретению является то, что усилительные каскады и (или) частотно-избирательные структуры выполнены регулируемыми для обеспечения возможности управления параметрами генерируемого сигнала.Another feature of the generator of the present invention is that the amplifier stages and / or frequency-selective structures are made adjustable to allow control of the parameters of the generated signal.

Наконец, еще одной особенностью способа по настоящему изобретению является то, что в него введен по меньшей мере еще один усилительный тракт, включающий в себя усилительные каскады, аналогичные упомянутым усилительным каскадам, при этом входы всех первых усилительных каскадов подключены к соответствующим выходам ответвителя сигнала в нагрузку, а выходы всех третьих усилительных каскадов соединены со входами сумматора, выход которого подключен к ответвителю сигнала в нагрузку.Finally, another feature of the method of the present invention is that at least one additional amplification path is introduced into it, which includes amplification stages similar to the mentioned amplification stages, while the inputs of all first amplification stages are connected to the corresponding outputs of the signal coupler to the load , and the outputs of all third amplifying stages are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the signal coupler to the load.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На нижеследующих чертежах и в тексте дальнейшего описания одинаковыми ссылочными позициями обозначены те же самые или сходные элементы.In the following drawings and in the text of the further description, the same reference numbers indicate the same or similar elements.

Фиг.1 изображает общую блок-схему генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов, иллюстрирующую принцип генерирования таких сигналов по настоящему изобретению.Figure 1 depicts a General block diagram of a generator of broadband microwave chaotic signals, illustrating the principle of generating such signals of the present invention.

Фиг.2 изображает один вариант осуществления генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов по настоящему изобретению.2 depicts one embodiment of a broadband microwave chaotic signal generator of the present invention.

Фиг.3 представляет конкретный пример реализации генератора со структурой по фиг.2 при моделировании его в пакете ADS.Figure 3 represents a specific example of the implementation of the generator with the structure of figure 2 when modeling it in the ADS package.

Фиг.4 демонстрирует реализацию сигнала и его спектр мощности для типовых хаотических режимов генератора при схемотехническом моделировании в пакете ADS.Figure 4 shows the implementation of the signal and its power spectrum for typical chaotic modes of the generator during circuit simulation in the ADS package.

Фиг.5 изображает другой вариант осуществления генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов по настоящему изобретению.5 depicts another embodiment of a broadband microwave chaotic signal generator of the present invention.

Фиг.6 представляет функционально-топологическую схему микрополоскового варианта осуществления генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов по настоящему изобретению.6 is a functional topological diagram of a microstrip embodiment of a broadband microwave chaotic signal generator of the present invention.

Фиг.7 представляет пример спектра мощности одного из типовых режимов макета генератора по настоящему изобретению в варианте по фиг.2.Fig.7 is an example of a power spectrum of one of the typical modes of the layout of the generator of the present invention in the embodiment of Fig.2.

Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments

Представленная на фиг.1 блок-схема генератора широкополосных СВЧ хаотических сигналов иллюстрирует общий принцип генерирования таких сигналов согласно настоящему изобретению.The block diagram of a broadband microwave chaotic signal generator shown in FIG. 1 illustrates the general principle of generating such signals according to the present invention.

Генератор широкополосных СВЧ хаотических сигналов содержит первый усилительный каскад 1, который работает в режиме усиления малого сигнала («линейный усилитель»), второй усилительный каскад 2, который работает в режиме нелинейного усиления сигнала («нелинейный усилитель»), и третий усилительный каскад 3, который работает в режиме ограничения сигнала («усилитель-ограничитель»). Все эти усилительные каскады 1, 2 и 3 включены последовательно, начиная с первого, при этом выход третьего усилительного каскада 3 соединен со входом частотно-избирательного ответвителя 4. Этот частотно-избирательный ответвитель 4 обеспечивает ответвление усиленного и ограниченного сигнала в нагрузку 5 и подачу оставшейся части сигнала на вход первого усилительного каскада 1.A broadband microwave chaotic signal generator comprises a first amplifier stage 1, which operates in a small signal amplification mode (“linear amplifier”), a second amplifier stage 2, which operates in a non-linear signal amplification mode (“non-linear amplifier”), and a third amplifier stage 3, which works in signal limiting mode (“amplifier-limiter”). All of these amplifier stages 1, 2, and 3 are connected in series, starting from the first, while the output of the third amplifier stage 3 is connected to the input of the frequency-selective coupler 4. This frequency-selective coupler 4 provides a branch of the amplified and limited signal to load 5 and supply the remaining part of the signal to the input of the first amplifier stage 1.

Таким образом, усилительные каскады 1-3 и ответвитель 4 образуют замкнутую петлю, которая позволяет генерировать хаотический сигнал аналогично тому, как это делается в схеме вышеупомянутого патента США №6842745. Однако в настоящем изобретении, помимо замены диодного ограничителя усилительным каскадом, работающим в режиме ограничения, сами усилительные каскады 1-3 выполнены не на операционных усилителях, а на СВЧ транзисторных усилителях. Ответвитель 4 является частотно-избирательным, а не просто резисторным делителем. Все это позволяет получить широкополосный СВЧ хаотический сигнал.Thus, amplifier stages 1-3 and coupler 4 form a closed loop, which allows you to generate a chaotic signal in the same way as in the scheme of the aforementioned US patent No. 6842745. However, in the present invention, in addition to replacing the diode limiter with an amplifier stage operating in the limit mode, the amplifier stages 1-3 themselves are made not on operational amplifiers, but on microwave transistor amplifiers. The coupler 4 is a frequency selective, and not just a resistor divider. All this allows you to get a broadband microwave chaotic signal.

Для улучшения характеристик генерируемого сигнала в реальном генераторе широкополосного СВЧ хаотического сигнала между первым и вторым усилительными каскадами 1, 2, между вторым и третьим усилительными каскадами 2, 3 и между третьим усилительным каскадом 3 и частотно-избирательным ответвителем 4 устанавливаются первая, вторая и третья частотно-избирательные структуры 6, 7 и 8 соответственно (фиг.2). На практике такие частотно-избирательные структуры могут устанавливаться выборочно, скажем, только между усилительными каскадами 1, 2 и 2, 3, либо всего одна частотно-избирательная структура в любом из указанных положений. При необходимости в схему генератора могут быть добавлены дополнительные усилительные каскады (например, еще один линейный усилитель), и тогда число частотно-избирательных структур может быть соответственно увеличено для установки между каждой парой усилительных каскадов.To improve the characteristics of the generated signal in a real generator of a broadband microwave chaotic signal between the first and second amplifier stages 1, 2, between the second and third amplifier stages 2, 3 and between the third amplifier stage 3 and the frequency-selective coupler 4, the first, second and third frequency -selective structures 6, 7 and 8, respectively (figure 2). In practice, such frequency-selective structures can be installed selectively, say, only between amplification stages 1, 2 and 2, 3, or just one frequency-selective structure in any of these positions. If necessary, additional amplifier stages (for example, another linear amplifier) can be added to the generator circuit, and then the number of frequency-selective structures can be correspondingly increased for installation between each pair of amplifier stages.

Описанный выше способ генерирования широкополосного СВЧ хаотического сигнала иллюстрируется примером схемотехнического моделирования такого генератора в программном пакете ADS (Advanced Design System). Структурно такой генератор соответствует схеме по фиг.2. Подробное представление блоков этого генератора показано на фиг.3. В качестве усилителей используется микросхема MSA-0986, предназначенная для работы в диапазоне частот до 6 ГГц. Эта микросхема включена в цепь смещения, являющуюся стандартной для данного устройства и задающую рабочий режим устройства (фиг.3а). Цепь смещения состоит из источника напряжения V0, сопротивления R0, индуктивности L0 и двух блокировочных емкостей Cs. Параметры элементов V0, R0, L0 и Cs в цепи смещения усилителя могут меняться для того, чтобы задать нужный режим работы, т.е. либо режим усиления малого сигнала, либо режим нелинейного усиления, либо режим ограничения сигнала, в зависимости от роли конкретного усилителя в схеме генератора по настоящему изобретению.The method for generating a broadband microwave chaotic signal described above is illustrated by an example of circuit simulation of such a generator in the ADS (Advanced Design System) software package. Structurally, such a generator corresponds to the circuit of FIG. 2. A detailed representation of the blocks of this generator is shown in FIG. As amplifiers, the MSA-0986 chip is used, designed to operate in the frequency range up to 6 GHz. This chip is included in the bias circuit, which is standard for this device and sets the operating mode of the device (figa). The bias circuit consists of a voltage source V0, resistance R0, inductance L0, and two blocking capacitances Cs. The parameters of the elements V0, R0, L0 and Cs in the bias circuit of the amplifier can be changed in order to set the desired operating mode, i.e. either a small signal amplification mode, or a nonlinear amplification mode, or a signal limiting mode, depending on the role of a particular amplifier in the generator circuit of the present invention.

Функцию частотно-избирательной структуры выполняет RLC-цепь, показанная на фиг.3б и состоящая из цепочки последовательно включенных сопротивления R1, индуктивности L1, емкости С1 и включенной параллельно к ней RL-цепочки, состоящей из последовательно включенных сопротивления R2 и индуктивности L2, а также включенной параллельно им емкости С2. Приведенный на фиг.3б вариант частотно-избирательной структуры не является единственно возможным. В частности, в качестве частотно-избирательной структуры могут использоваться RC- или RLC-цепочки различной структуры.The function of the frequency-selective structure is performed by the RLC circuit shown in Fig.3b and consisting of a chain of series-connected resistance R1, inductance L1, capacitance C1 and an RL-circuit connected in parallel to it, consisting of series-connected resistance R2 and inductance L2, as well as the capacitance C2 connected in parallel to them. Shown in figb variant of the frequency-selective structure is not the only possible. In particular, RC or RLC chains of various structures can be used as a frequency selective structure.

Параметры элементов R1, L1, С1, R2, L2, С2 могут варьироваться для различных частотно-избирательных структур для достижения желательных частотных характеристик генератора по настоящему изобретению и для получения требуемого спектра мощности генерируемого хаотического сигнала.The parameters of the elements R1, L1, C1, R2, L2, C2 can vary for different frequency-selective structures to achieve the desired frequency characteristics of the generator of the present invention and to obtain the desired power spectrum of the generated chaotic signal.

В генераторе по фиг.2 и 3 входной сигнал усиливается в первом усилителе 1, работающем в режиме усиления малого сигнала, и фильтруется с помощью первой частотно-избирательной структуры 6. Отфильтрованный сигнал поступает на вход второго усилителя 2, работающего в режиме нелинейного усиления сигнала. Сигнал с выхода второго усилителя 2 снова фильтруется с помощью второй частотно-избирательной структуры 7, а затем ограничивается в третьем усилителе 3, работающем в режиме ограничения сигнала. Ограниченный в третьем усилителе 3 сигнал фильтруется с помощью третьей частотно-избирательной структуры 8. Затем часть этого сигнала ответвляется в нагрузку 5 с помощью частотно-избирательного ответвителя 4. Оставшуюся после ответвления часть сигнала снова подают на вход первого усилителя 1, и процедура повторяется.In the generator of FIGS. 2 and 3, the input signal is amplified in the first amplifier 1 operating in the small-signal amplification mode and filtered by the first frequency-selective structure 6. The filtered signal is fed to the input of the second amplifier 2 operating in the non-linear signal amplification mode. The signal from the output of the second amplifier 2 is again filtered using the second frequency-selective structure 7, and then it is limited in the third amplifier 3 operating in the signal limiting mode. The signal limited in the third amplifier 3 is filtered using the third frequency-selective structure 8. Then, part of this signal is branched off to load 5 using the frequency-selective coupler 4. The remaining part of the signal after the branch is again fed to the input of the first amplifier 1, and the procedure is repeated.

Хаотические колебания в таком генераторе реализуются путем подбора значений параметров используемых элементов. На фиг.4а показан пример реализации получаемого сигнала, а на фиг.4б представлен спектр мощности этого сигнала для одного из типовых хаотических режимов такого генератора. Форма огибающей этого спектра мощности определяется характеристиками конкретных частотно-избирательных структур 6, 7 и 8.Chaotic oscillations in such a generator are realized by selecting the values of the parameters of the elements used. On figa shows an example of the implementation of the received signal, and figb presents the power spectrum of this signal for one of the typical chaotic modes of such a generator. The envelope shape of this power spectrum is determined by the characteristics of specific frequency-selective structures 6, 7 and 8.

На фиг.5 показана блок-схема более сложной структуры генератора по настоящему изобретению. В этой блок-схеме параллельно цепочке из последовательно соединенных первого-третьего усилительных каскадов 1-3 добавлена еще одна цепочка из последовательно соединенных четвертого-шестого усилительных каскадов 11-13, режим каждого из которых аналогичен режиму соответствующего из усилительных каскадов 1-3. Таких цепочек может быть несколько. Выходы последних усилительных каскадов 3, 13 всех цепочек подключены ко входам сумматора 10, выход которого соединен со входом первого частотно-избирательного ответвителя 4, соответствующего ответвителю 4 на фиг.1 и 2. Часть сигнала, не поданная в нагрузку 5, поступает на второй частотно-избирательный ответвитель 9, который разделяет эту часть на составляющие по количеству параллельных цепочек и подает на входы первых усилительных каскадов 1, 11. Благодаря такому включению обеспечивается расширение спектра генерируемых частот и уменьшение изрезанности (неравномерности) этого спектра.Figure 5 shows a block diagram of a more complex structure of the generator of the present invention. In this block diagram, in parallel with the chain of the first to third amplification stages 1-3 connected in series, another chain of the fourth to sixth amplified stages 11-13 connected in series is added, the mode of each of which is similar to the corresponding mode of the amplification stages 1-3. There may be several such chains. The outputs of the last amplification stages 3, 13 of all the chains are connected to the inputs of the adder 10, the output of which is connected to the input of the first frequency-selective coupler 4, corresponding to the coupler 4 in Figs. 1 and 2. A part of the signal not supplied to the load 5 is fed to the second frequency -selective coupler 9, which divides this part into components by the number of parallel circuits and supplies the inputs of the first amplifying stages 1, 11. Thanks to this inclusion, the spectrum of the generated frequencies is expanded and the of affection (unevenness) of the spectrum.

В частном случае частотно-избирательные структуры 6-8 и частотно-избирательные ответвители 4, 9 могут быть выполнены в виде микрополосковых линий. Пример такого варианта осуществления настоящего изобретения показан на фиг.6.In the particular case of frequency-selective structures 6-8 and frequency-selective couplers 4, 9 can be made in the form of microstrip lines. An example of such an embodiment of the present invention is shown in Fig.6.

Генератор по фиг.6 состоит из трех микросхемных усилителей 1-3, включенных последовательно и замкнутых в кольцевую схему через микрополосковый ответвитель 4. Последний ответвляет большую часть сигнала в нагрузку, а оставшуюся часть направляет на вход первого усилителя 1. Основной волноведущей структурой генератора по фиг.6 является 50-омная микрополосковая линия. Отрезки микрополосковых линий, соединяющие микросхемные усилители, являются СВЧ-резонаторами и играют роль частотно-избирательных структур 6-8. В качестве микросхемных усилителей используются стандартные промышленно выпускаемые усилительные элементы, согласованные по входу и выходу на 50 Ом.The generator of FIG. 6 consists of three microcircuit amplifiers 1-3, connected in series and closed in a ring circuit through a microstrip coupler 4. The latter branches most of the signal into the load, and sends the remainder to the input of the first amplifier 1. The main waveguide structure of the generator of FIG. .6 is a 50 ohm microstrip line. The segments of microstrip lines connecting the microcircuit amplifiers are microwave resonators and play the role of frequency-selective structures 6-8. As microcircuit amplifiers, standard industrially produced amplifying elements are used, which are matched to the input and output of 50 Ohms.

Анализ токов, протекающих через эти усилители, свидетельствует о том, что первый (по направлению распространения сигнала в кольцевой схеме) усилитель 1 работает в режиме усиления малого сигнала, второй усилитель 2 работает в режиме нелинейного усиления сигнала, а третий усилитель 3 работает в режиме ограничения сигнала, играя тем самым роль основного нелинейного элемента генератора по фиг.6.An analysis of the currents flowing through these amplifiers indicates that the first (in the direction of signal propagation in the ring circuit) amplifier 1 operates in a small signal amplification mode, the second amplifier 2 operates in a nonlinear signal amplification mode, and the third amplifier 3 operates in a limiting mode signal, thereby playing the role of the main nonlinear element of the generator of Fig.6.

Диапазон и полоса генерируемых частот полностью соответствуют аналогичным параметрам используемых усилителей. Так, если рабочая полоса микросхемного усилителя по паспортным данным соответствует 100-5500 МГц, то именно ее и занимает спектр мощности выходного сигнала этого генератора. Один из типовых спектров мощности выходного сигнала в режиме генерирования хаотических колебаний для случая использования усилителей типа MSA-0986 приведен на фиг.7.The range and band of the generated frequencies fully correspond to the similar parameters of the amplifiers used. So, if the working band of the microcircuit amplifier according to the passport data corresponds to 100-5500 MHz, then it is precisely it that occupies the power spectrum of the output signal of this generator. One of the typical power spectra of the output signal in the mode of generating chaotic oscillations for the case of using amplifiers of the type MSA-0986 is shown in Fig.7.

Функцию ответвителя выполняет балансный микрополосковый элемент, рассчитываемый на среднюю частоту генерируемого диапазона частот. Этот ответвитель включен таким образом, что в нагрузку поступает около 90% мощности сигнала на выходе третьего микросхемного усилителя.The coupler function is performed by a balanced microstrip element, calculated on the average frequency of the generated frequency range. This coupler is turned on in such a way that about 90% of the signal power at the output of the third microcircuit amplifier enters the load.

Макеты генераторов были реализованы по микрополосковой технологии. В качестве подложки использовались материалы толщиной 1 мм с диэлектрической постоянной ε=2,8 и ε=10,0.The models of the generators were implemented using microstrip technology. As the substrate, we used materials 1 mm thick with a dielectric constant ε = 2.8 and ε = 10.0.

В макетах использовались следующие микросхемные усилители:The following microcircuit amplifiers were used in the mock-ups:

1. MSA-0986 (кремниевый биполярный усилитель малой мощности фирмы Agilent Technologies) с полосой рабочих частот 100-5500 МГц по уровню 3 дБ; коэффициент усиления и максимальная выходная мощность, измеренные на частоте 1000 МГц, составляют соответственно 7,3 дБ и +10,5 дБм; рабочее напряжение + 7,8 В; ток 35 мА.1. MSA-0986 (a low-power silicon bipolar amplifier from Agilent Technologies) with a working frequency band of 100-5500 MHz at a level of 3 dB; the gain and maximum output power, measured at a frequency of 1000 MHz, are respectively 7.3 dB and +10.5 dBm; operating voltage + 7.8 V; current 35 mA.

2. SGA-6286 (технология SiGe, Sirenza Microwaves) с полосой частот 0-5,5 ГГц; коэффициент усиления и максимальная выходная мощность, измеренные на частоте 1,95 ГГц, составляют соответственно 12,4 дБ и +17,8 дБм; рабочее напряжение - 4 В; ток 75 мА.2. SGA-6286 (SiGe technology, Sirenza Microwaves) with a frequency band of 0-5.5 GHz; gain and maximum output power, measured at a frequency of 1.95 GHz, are respectively 12.4 dB and +17.8 dBm; operating voltage - 4 V; current 75 mA.

В обоих случаях спектр мощности выходного хаотического сигнала простирается от сотен МГц до 5000-5500 МГц (см. фиг.7). Мощность сигнала в нагрузке составляла 10-12 мВт при использовании MSA-0986 и 12-15 мВт для 80А-6286.In both cases, the power spectrum of the output chaotic signal extends from hundreds of MHz to 5000-5500 MHz (see Fig.7). The signal power in the load was 10-12 mW when using MSA-0986 and 12-15 mW for 80A-6286.

В процессе работы генератора по любой из приведенных схем способ генерирования широкополосного СВЧ хаотического сигнала по настоящему изобретению реализуется следующим образом.In the process of operation of the generator according to any of the above schemes, the method of generating a broadband microwave chaotic signal of the present invention is implemented as follows.

Рассмотрим однократное прохождение, например, гармоническим сигналом цепочки из трех усилительных каскадов 1-3, работающих в режимах соответственно усиления малого сигнала, нелинейного усиления и ограничения. Если уровень входного сигнала невелик, то первый усилительный каскад 1 усиливает его практически в линейном режиме или, иначе говоря, без искажения формы сигнала. Усиленный первым усилительным каскадом 1 гармонический сигнал по отношению к следующему (второму) усилительному каскаду 2 попадает в область его нелинейного усиления, что приводит к появлению искажений формы сигнала на выходе второго усилительного каскада 2 и находит свое отражение в возникновении гармоник (субгармоник) в спектральной характеристике сигнала. Наконец, последний этап - прохождение сигнала с гармониками через третий усилительный каскад 3. Амплитуда сигнала на выходе второго усилительного каскада 2 такова, что третий усилительный каскад 3 уже не может его усилить, работая в режиме ограничения сигнала (т.е. в режиме насыщения). Сигнал приобретает еще более сильные искажения формы, обогащая спектральную характеристику появлением дополнительных частотных компонент.Let us consider a single passage, for example, by a harmonic signal of a chain of three amplifier stages 1-3 operating in the modes of small signal amplification, nonlinear amplification, and limitation, respectively. If the input signal level is low, then the first amplifier stage 1 amplifies it almost linearly or, in other words, without distorting the waveform. The harmonic signal amplified by the first amplifier stage 1 relative to the next (second) amplifier stage 2 falls into the region of its nonlinear amplification, which leads to the appearance of waveform distortions at the output of the second amplifier stage 2 and is reflected in the appearance of harmonics (subharmonics) in the spectral characteristic signal. Finally, the last stage is the passage of the signal with harmonics through the third amplifier stage 3. The amplitude of the signal at the output of the second amplifier stage 2 is such that the third amplifier stage 3 can no longer amplify it, working in the signal limiting mode (i.e., in saturation mode) . The signal acquires even stronger form distortions, enriching the spectral characteristic with the appearance of additional frequency components.

Если далее ослабить этот сигнал, возвращая его к описанному выше малому уровню сигнала на входе усилительной цепочки, и многократно повторить рассмотренный процесс (усиление - ограничение - ослабление), то с учетом всегда существующих на практике задержек сигнала в усилительных каскадах и эффекта затягивания частот в используемом СВЧ тракте, влияния шумов и т.п., сигнал по форме становится шумоподобным, а его спектральная характеристика - сплошной.If we further weaken this signal, returning it to the low signal level described above at the input of the amplification chain, and repeat the process under consideration (amplification - limitation - attenuation), then taking into account the signal delays in amplification stages that always exist in practice and the effect of frequency pulling in Microwave path, the influence of noise, etc., the signal becomes noise-like in shape, and its spectral characteristic becomes solid.

Описанную функцию ослабителя сигнала в способе по настоящему изобретению выполняет ответвитель 4, который большую часть сигнала ответвляет в нагрузку 5, а оставшуюся часть направляет на вход первого усилительного каскада 1.The described function of the signal attenuator in the method of the present invention is performed by a coupler 4, which branches out most of the signal to load 5 and directs the remainder to the input of the first amplifier stage 1.

Наличие между усилительными каскадами частотно-избирательных структур, равно как и использование частотно-избирательного ответвителя не нарушает общей концепции генерации, но помогает формировать хаотический сигнал с заданными спектральными характеристиками. Полоса частот генерируемого хаотического сигнала определяется соответствующей рабочей полосой усиления используемых в схеме усилительных каскадов.The presence of frequency-selective structures between amplifying cascades, as well as the use of a frequency-selective coupler, does not violate the general concept of generation, but helps to form a chaotic signal with specified spectral characteristics. The frequency band of the generated chaotic signal is determined by the corresponding working gain band used in the amplification stages circuit.

Поскольку современные усилительные СВЧ сборки имеют рабочую полосу практически от 0 до нескольких ГГц, настоящее изобретение дает возможность реализовать широкополосные и сверхширокополосные хаотические сигналы с малой неравномерностью спектральной характеристики без дополнительного генератора периодических колебаний с управляемыми амплитудой и частотой.Since modern microwave amplification assemblies have a working band from almost 0 to several GHz, the present invention makes it possible to realize broadband and ultrawideband chaotic signals with a small spectral non-uniformity without an additional generator of periodic oscillations with controlled amplitude and frequency.

Claims (10)

1. Способ генерирования широкополосных СВЧ хаотических сигналов, заключающийся в том, что осуществляют последовательное усиление сигнала по меньшей мере двумя усилительными каскадами; ограничивают сигнал после усиления; подают сигнал после ограничения на первый из упомянутых усилительных каскадов, отличающийся тем, что упомянутое усиление сигнала осуществляют упомянутыми усилительными каскадами так, что первый из них работает в режиме усиления малого сигнала, а второй - в режиме нелинейного усиления сигнала; упомянутое ограничение сигнала осуществляют в третьем усилительном каскаде, который работает в режиме ограничения сигнала и образует вместе с упомянутыми первым и вторым усилительными каскадами усилительный тракт; ответвляют часть сигнала после ограничения в нагрузку; на упомянутый первый из усилительных каскадов подают оставшуюся после ответвления часть сигнала.1. A method of generating broadband microwave chaotic signals, which consists in the fact that carry out sequential amplification of the signal by at least two amplifier stages; limit the signal after amplification; applying a signal after limiting to the first of said amplification stages, characterized in that said signal amplification is carried out by said amplification stages so that the first of them operates in a small signal amplification mode, and the second in a non-linear signal amplification mode; said signal limiting is carried out in a third amplification stage, which operates in a signal limiting mode and forms, together with the first and second amplification stages, an amplification path; branch part of the signal after limiting the load; the aforementioned first of the amplification stages serves the remainder of the signal after the branch. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое ответвление сигнала выполняют с помощью частотно-избирательного ответвителя.2. The method according to claim 1, characterized in that the said signal branch is performed using a frequency selective coupler. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропускают сигнал после по меньшей мере одного из упомянутых усилительных каскадов через соответствующую частотно-избирательную структуру, имеющую заранее заданную частотную характеристику.3. The method according to claim 1, characterized in that the signal is passed after at least one of the aforementioned amplification stages through an appropriate frequency-selective structure having a predetermined frequency response. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют усиление упомянутых усилительных каскадов по заранее заданным законам, посредством чего осуществляют управление параметрами генерируемых сигналов.4. The method according to claim 1, characterized in that the gain of said amplification stages is changed according to predetermined laws, whereby the parameters of the generated signals are controlled. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют параметры упомянутых частотно-избирательных структур по заранее заданным законам, посредством чего осуществляют управление параметрами генерируемых сигналов.5. The method according to claim 1, characterized in that the parameters of the mentioned frequency-selective structures are changed according to predetermined laws, whereby the parameters of the generated signals are controlled. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые последовательное усиление и ограничение сигнала в упомянутом усилительном тракте повторяют по меньшей мере еще в одном усилительном тракте, параллельном упомянутому усилительному тракту, и суммируют сигналы всех параллельных усилительных трактов, после чего и осуществляют упомянутое ответвление сигнала в нагрузку.6. The method according to claim 1, characterized in that said series amplification and signal limitation in said amplification path is repeated in at least one additional amplification path parallel to said amplification path, and the signals of all parallel amplification paths are summed, after which the aforementioned branching the signal into the load. 7. Генератор широкополосных СВЧ хаотических сигналов, содержащий соединенные последовательно первый и второй усилительные каскады и каскад ограничения, выход которого соединен со входом первого усилительного каскада, отличающийся тем, что упомянутый первый усилительный каскад предназначен для работы в режиме усиления малых сигналов, упомянутый второй усилительный каскад предназначен для работы в режиме нелинейного усиления сигналов, а упомянутый каскад ограничения выполнен в виде третьего усилительного каскада, предназначенного для работы в режиме ограничения, при этом выход упомянутого третьего усилительного каскада соединен с упомянутым входом первого усилительного каскада через микрополосковый ответвитель сигнала в нагрузку.7. A broadband microwave chaotic signal generator comprising first and second amplification stages and a restriction stage connected in series, the output of which is connected to the input of the first amplification stage, characterized in that said first amplification stage is designed to operate in a mode of amplification of small signals, said second amplification stage is designed to operate in non-linear amplification of signals, and said limiting stage is made in the form of a third amplifying stage, designed to I work in the limiting mode, while the output of the said third amplifier stage is connected to the said input of the first amplifier stage through a microstrip signal coupler to the load. 8. Генератор по п.7, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из упомянутых последовательных соединений усилительных каскадов и соединения третьего усилительного каскада с ответвителем сигнала в нагрузку выполнено через соответствующую микрополосковую частотно-избирательную структуру.8. The generator according to claim 7, characterized in that at least one of the aforementioned series connections of the amplifier stages and the connection of the third amplifier stage with a signal coupler to the load is made through the corresponding microstrip frequency-selective structure. 9. Генератор по п.8, отличающийся тем, что упомянутые усилительные каскады и (или) частотно-избирательные структуры выполнены регулируемыми для обеспечения возможности управления параметрами генерируемого сигнала.9. The generator according to claim 8, characterized in that the aforementioned amplifier stages and (or) frequency-selective structures are made adjustable to provide the ability to control the parameters of the generated signal. 10. Генератор по п.7, отличающийся тем, что в него введен по меньшей мере еще один усилительный тракт, включающий в себя усилительные каскады, аналогичные упомянутым усилительным каскадам, при этом входы всех первых усилительных каскадов подключены к соответствующим выходам упомянутого ответвителя сигнала в нагрузку, а выходы всех третьих усилительных каскадов соединены со входами сумматора, выход которого подключен ко входу упомянутого ответвителя сигнала в нагрузку.10. The generator according to claim 7, characterized in that at least one additional amplifier path is introduced into it, including amplifier stages similar to said amplifier stages, while the inputs of all first amplifier stages are connected to the corresponding outputs of the said signal coupler to the load and the outputs of all third amplifying stages are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the said signal coupler to the load.
RU2005110493/09A 2005-04-12 2005-04-12 Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals RU2327278C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005110493/09A RU2327278C2 (en) 2005-04-12 2005-04-12 Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005110493/09A RU2327278C2 (en) 2005-04-12 2005-04-12 Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005110493A RU2005110493A (en) 2006-10-20
RU2327278C2 true RU2327278C2 (en) 2008-06-20

Family

ID=37437537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005110493/09A RU2327278C2 (en) 2005-04-12 2005-04-12 Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2327278C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469460C1 (en) * 2011-11-01 2012-12-10 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Generator of chaotic signal with permanent amplitude (versions)
RU2733204C1 (en) * 2019-12-31 2020-09-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Microwave voltage controlled generator
RU2740397C1 (en) * 2020-03-20 2021-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Method for generation of chaotic microwave pulses of sub-nanosecond duration
RU2803456C1 (en) * 2022-09-12 2023-09-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Module for forming a quasi-random signal of microwave frequencies

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469460C1 (en) * 2011-11-01 2012-12-10 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Generator of chaotic signal with permanent amplitude (versions)
RU2733204C1 (en) * 2019-12-31 2020-09-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Microwave voltage controlled generator
RU2740397C1 (en) * 2020-03-20 2021-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Method for generation of chaotic microwave pulses of sub-nanosecond duration
RU2803456C1 (en) * 2022-09-12 2023-09-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Module for forming a quasi-random signal of microwave frequencies

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005110493A (en) 2006-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
De Carvalho et al. Large-and small-signal IMD behavior of microwave power amplifiers
Webster et al. Low-distortion MMIC power amplifier using a new form of derivative superposition
US7920029B2 (en) Power amplifier
Narendra et al. Vectorially combined distributed power amplifiers for software-defined radio applications
Duffy et al. Efficient multisignal 2–4-GHz power amplifier with power tracking
RU2327278C2 (en) Method of generation of wide-band shf chaotic signals and generator of wide-band shf chaotic signals
Milićević et al. Power and conjugately matched high band UWB power amplifier
US7598806B2 (en) Distortion compensation circuit
JP2017184055A (en) Amplifier circuit
RU51805U1 (en) GENERATOR OF WIDEBAND MICROWAVE CHAOTIC SIGNALS
Olavsbråten et al. Design of an efficient wideband (1–5GHz) 10W PA in GaN technology using harmonic tuning
Duffy et al. Discrete supply modulation of a three-stage K-band PA
Mohadeskasaei et al. A 30 watt high efficient high power RF pulse power amplifier
Latha et al. Methodology to Realize Wideband High Efficiency Power Amplifier Using Active Harmonic Injection
Campovecchio et al. Large signal design method of distributed power amplifiers applied to a 2–18‐GHz GaAs chip exhibiting high power density performances
Zemlyaniy Experimental investigation of chaotic waveform generator for ultra wide band noise radar
Mohadeskasaei et al. A 10 watt class-AB pulse power amplifier
US6624695B2 (en) Waveform pershaping for efficiency improvements in DC to RF conversion
Sun et al. Simple synthesized harmonic matching strategy in broadband PA design
Kashif et al. Two-stage GaN HEMT based class-C pulsed amplifier for S-band radar applications
Martens On high frequency/mm-wave IMD measurements with small tone spacing
Wong et al. High power, wideband frequency doubler design using AlGaN/GaN HEMTs and filtering
RU2332780C1 (en) Superhigh frequency wide band random signal generator
Alam 2.4 GHz Low Noise Amplifier Design for Broadband IoT Runway Application
Manni et al. Experimental Validation of Class F Waveform Engineering in Class C Biasing Condition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080413