генератор хаотических колебаний

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ХАОТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий связанные автогенераторы, отличающийся тем, что в цепь питания по крайней мере одного из автогенераторов включен формирователь релаксационных колебаний, частота колебаний которого не менее чем в 10 раз меньше частоты автогенератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и радиоэлектронике и может быть использовано в измерительной технике, контрольно-поверочной аппаратуре, радиолокации, в микроволновой нагревательной аппаратуре, медицине, учебной радиоаппаратуре.

Известно устройство генератора хаотических колебаний [1] содержащего связанные автогенераторы (см. например, [2]).

Наиболее близким к изобретению является генератор шума, содержащий автогенераторы, соединенные через управляемые элементы связи, к каждому из которых подключен блок управления, а сами связанные автогенераторы выполнены в виде генераторов детерминированных несинусоидальных колебаний [3]

Однако такой генератор имеет недостаточную нормализацию хаотических колебаний и неэффективен при управлении формой спектра генерируемых шумов.

Цель изобретения нормализация хаотических колебаний, увеличение их спектральной плотности в заданной полосе частот, перестройка средней частоты и ширины этой полосы.

Для этого в генераторе хаотических колебаний, содержащем связанные автогенераторы, в цепи питания по крайней мере одного из автогенераторов включен формирователь релаксационных колебаний, частота которого не менее чем в 10 раз меньше частоты автогенератора.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого генератора хаотических колебаний.

Он содержит связанные автогенераторы 1, формирователи релаксационных колебаний 2, включенные в цепи питания по крайней мере одного из автогенераторов, устройство связи 3 и нагрузку 4.

Генератор хаотических колебаний работает следующим образом.

При частотах колебаний формирователей 2 не менее чем в 10 раз меньших частот связанных автогенераторов 1 последние модулируются релаксационными колебаниями. Спектр модулированных колебаний управляем и амплитуды частотных компонент формируются увеличенными в заданном частотном интервале, который допускает перестройку по ширине и перемещение (в частности, электрическим способом) в заданную область частот рабочего диапазона. Связывание автогенераторов, включая и модулированные, посредством устройства связи 3 приводит (при условии сильной связи) к стохастизации колебаний ансамбля автогенераторов как единой динамической системы, эволюционирующей на аттракторе с возрастанием спектральной плотности в областях увеличенных спектральных составляющих колебаний связываемых автогенераторов. Хаотические колебания системы связанных автогенераторов, поступающие в нагрузку 4, приобретают свойство управляемости формой спектра, включая увеличение спектральной плотности в заданной полосе частот, перестройку средней частоты и ширины этой полосы. Одновременно происходит нормализация колебаний связанной системы, обусловленная сложностью распределения амплитуд модулированных автогенераторов. Возможное прерывание колебаний отдельных автогенераторов [4,5] при модуляции с превращением их в импульсные или квазиимпульсные (если колебания автогенераторов стохастизированы) не является препятствием для нормализации колебаний связанной системы.

Реализуемость отдельных автогенераторов, устройств их связи и модуляции не вызывает технических затруднений.

На фиг.2 показано одно из возможных выполнений формирователя релаксационных колебаний посредством включения в низкочастотный апериодический контур (RC-контур) элемента с отрицательным сопротивлением (проводимостью), где 5,6 резистор и конденсатор апериодического контура; 7 элемент с отрицательной проводимостью; 8 источник питания. Наличие отрицательной проводимости компенсирует потери и вызывает в апериодическом контуре релаксационные колебания. Элемент с отрицательной проводимостью (сопротивлением) формирователи релаксационных колебаний и модулированного ими автогенератора целесообразно выполнять с использованием одного и того же активного элемента.

Изобретение иллюстрируется примером конкретного выполнения генератора хаотических колебаний на биполярных транзисторах в микрополосковой (МП) гибридно-интегральном исполнении. Каждый из двух связываемых автогенераторов представляет собой замкнутую в кольцо и нанесенную на общую поликоровую подложку МП линию, в разрыв которой впаян биполярный транзистор. Связь автогенераторов осуществлена соединением их кольцеобразных МП линий с образованием общего для них отрезка МП линии, в разрыв которого впаян безвыводной разделительный конденсатор. Другой безвыводный разделительный конденсатор впаян в разрыв МП линии выхода. Формирователи релаксационных колебаний выполнены в виде апериодических RC-контуров, сопряженных с активными элементами, обладающими отрицательным сопротивлением на частотах релаксаций. В качестве этих активных элементов использованы те же биполярные транзисторы кольцеобразных МП линий. Эквивалентные R и С элементы RC-контуров построены на отрезках МП линий, являющихся коденсаторами и резисторами на частотах релаксаций, и на элементах электрических схем самих биполярных транзисторов.

На фиг.3 показаны особенности взаимного расположения функциональных элементов экспериментального макета, где введены следующие обозначения, 9,18 резисторы, 10, 11, 19, 20 дроссели, 13-16-конденсаторы цепей питания. 12,17-клеммы коллекторного и эмиттерного питания транзисторов, 23-26 отрезки кольцеобразной МП линии первого автогенератора, 27,28 отрезки МП линии связи автогенераторов, 29-32 отрезки кольцеобразной МП линии второго автогенератора, 33,34 -биполярные транзисторы первого и второго автогенераторов соответственно, 21,35 разделительные конденсаторы, 22 МП линия выхода, 36-41 элементы настройки апериодического контура первого формирователя релаксационных колебаний, 42-47 элементы настройки апериодического контура второго формирователя релаксационных колебаний, 48 выход генератора хаотических колебаний.

Элементы настройки 36-47 выполнены в виде емкостных площадок, напыленных на поликоровой подложке вблизи МП линий. Их соединение с МП линиями приводит к управлению релаксационными колебаниями формирователей или к срыву релаксационных колебаний формирователей.

На фиг. 4а, б, в показаны спектры колебаний первого и второго отдельных автогенераторов и ансамбля связанных автогенераторов (генератора хаотических колебаний) соответственно, где на фиг.4а, б, в обозначены A_n амплитуда n-й частотной компоненты регулярных колебаний, F частота колебания, F_o частота нормирования, S спектральная плотность генерируемого хаотического сигнала.

При одночастотных регулярных колебаниях первого (немодулированного) автогенератора (см. фиг.4,а) и при регулярных многочастотных колебаний второго (модулированного) автогенератора (см.фиг.4,б) спектр генератора хаотических колебаний (см. фиг. 4,в) обладает повышенной спектральной плотностью в интервале частот шириной около 80% Средняя частота спектра перестраивается в высокочастотную область в полосе порядка 40% Полоса генерируемых шумов с повышенной спектральной плотностью регулируется в высокочастотной области в пределах не менее 25-60% при практически нормальном характере распределения.