Способ генерации хаотических радиоимпульсов большой мощности для прямохаотических систем связи

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для передачи информации с использованием хаотических сигналов. Достигаемый технический результат - получение периодической последовательности хаотических радиоимпульсов большой мощности при снижении уровня помех. В способе генерации хаотических радиоимпульсов большой мощности для прямохаотических систем связи, включающем введение внешнего СВЧ радиоимпульса в цепь обратной связи СВЧ клистронного автогенератора с запаздывающей обратной связью, автогенератор настраивают на максимум хаотической мощности в автономном режиме, внешний СВЧ радиоимпульс выбирают малой мощности, подбирают его амплитуду и частоту до момента резкого падения хаотической мощности в течение длительности радиоимпульса. 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и передаче информации и может найти применение в коммуникационных каналах связи для передачи цифровых и аналоговых сообщений на основе использования хаотических сигналов.

В 2000 году ИРЭ РАН была предложена схема прямохоатической радиосвязи (Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Панас А.И., Старков С.О., Перспективы создания прямохаотических систем связи в радио и СВЧ-диапазонах. Радиотехника, 2000 г., №3, с.9-20; Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Панас А.И., Старков С.О., Прямохаотическая передача информации в СВЧ-диапазоне, Препринт №1 (625), Москва, ИРЭ РАН, 2000; Дмитриев А.С., Панас А.И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002). Прямохаотическая радиосвязь основана на использовании последовательности хаотических радиоимпульсов. Отдельный хаотический радиоимпульс представляет собой фрагмент хаотического сигнала с длительностью, превышающей длительность квазипериода хаотических колебаний. Полоса частот хаотического радиоимпульса определяется полосой частот исходного хаотического сигнала генератора хаоса и в широких пределах изменения длины импульса, не зависит от его длительности. Это существенно отличает хаотический радиоимпульс от классического (радиоимпульса) на периодической несущей частоте, длительность которого определяет полосу частот импульса. Свойства сохранения полосы хаотического импульса при изменении его длительности позволяет сохранить неизменными (фиксированными) частотные параметры передатчика и приемника. В этих работах указывается, что в основу прямохаотических систем связи заложены три базовые идеи: 1) источник хаоса генерирует хаотические колебания непосредственно в заданной полосе СВЧ-диапазона; 2) ввод информационного сигнала в хаотический осуществляется путем формирования соответствующего потока хаотических радиоимпульсов; 3) извлечение информации производится из СВЧ хаотического сигнала без промежуточного преобразования частоты.

Среди известных в настоящее время генераторов хаоса СВЧ-диапазона, пригодных для применения в хаотических системах связи, наибольшее распространение получили твердотельные генераторы, использующие в качестве активных элементов биполярные СВЧ-транзисторы с применением микрополосковой техники (Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Панас А.И., Старков С.О., Сверхширокополосная Прямохаотическая передача информации в СВЧ-диапазоне, Письма в ЖТФ, 2003 г., том 29, вып.2, с.70-76). Недостатком подобных автогенераторов является довольно низкая выходная мощность колебаний - 10-15 мВт.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ генерации прямохаотических импульсов большой мощности при подаче СВЧ-импульса в цепь обратной связи клистронного автогенератора с запаздыванием (Дмитриев Б.С., Жарков Ю.Д., Скороходов В.Н., Бирюков А.А., Генерация хаотических радиоимпульсов с помощью клистронного автогенератора с запаздыванием, Известия вузов, ПНД, 2006 г., том 14, №4, с.36-42). При этом выбирают режим работы автономного автогенератора, когда обеспечивается одночастотная генерация на пороге возникновения регулярной автомодуляции. Подача внешнего радиоимпульса вызывает смещение рабочей точки на амплитудной характеристике в область развитого хаоса и вызывает генерацию хаотических радиоимпульсов только в течение внешнего импульсного воздействия. Мощность хаотических радиоимпульсов достигает значения 20 Вт.

Однако в режиме между хаотическими радиоимпульсами присутствует одночастотный сигнал значительной мощности, что делает этот способ неудобным для передачи информации вследствие возникновения помех.

Задача настоящего изобретения заключается в получении периодической последовательности хаотических радиоимпульсов большой мощности при снижении уровня помех.

Технический результат заключается в подавлении одночастотного сигнала между последовательностью хаотических радиоимпульсов большой мощности.

Поставленная задача решается тем, что в способе генерации хаотических радиоимпульсов большой мощности для прямохаотических систем связи, включающий введение внешнего СВЧ радиоимпульса в цепь обратной связи СВЧ клистронного автогенератора с запаздывающей обратной связью, согласно решению автогенератор настраивают на максимум хаотической мощности в автономном режиме, внешний СВЧ-радиоимпульс выбирают малой мощности, подбирают его амплитуду и частоту до момента резкого падения хаотической мощности в течение длительности радиоимпульса.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена спектральная характеристика выходного сигнала автогенератора; на фиг.2 приведена схема установки клистронного автогенератора с запаздыванием, на которой были проведены эксперименты по изучению внешнего импульсного воздействия на генерацию хаотических колебаний; на фиг.3 в качестве примера приведена зависимость мощности клистронного автогенератора, генерирующего развитый хаос в автономном режиме мощностью 16 Вт от частоты внешнего СВЧ-радиоимпульса малой мощности (˜0,5 Вт); на фиг.4 - последовательность хаотических радиоимпульсов на выходе неавтономного автогенератора. На чертежах приняты следующие обозначения:

1) клистрон;

2) направленные ответвители;

3) поляризационные аттенюаторы;

4) измеритель мощности;

5) анализатор спектра сигнала;

6) кристаллические детекторы;

7) осциллограф;

8) цифровой частотомер;

9) осциллограф;

10) источник питания;

11) ферритовые вентили;

12) тройник;

13) ЛБВ;

14) источник внешнего воздействия - ГСС;

15) генератор импульсов.

Суть способа заключается в том, что выбором управляющих параметров (ток электронного пучка, ускоряющее напряжение пучка, затухание в цепи обратной связи) автогенератор в автономном режиме вводится в режим развитого хаоса с мощностью 20-30 Вт (фиг.1).

Затем в цепь обратной связи автогенератора подается внешний СВЧ-радиоимпульс, частота и амплитуда которого подбираются так, чтобы обеспечить, во-первых, резкое падение мощности хаотических колебаний и, во-вторых, привести к полному подавлению хаоса. В результате такого воздействия автогенератор генерирует периодическую последовательность хаотических радиоимпульсов, частота следования и длительность которых регулируется внешним СВЧ-радиоимпульсом. Причем в режиме между импульсами амплитуда сопутствующего сигнала во много раз меньше амплитуды хаотического радиоимпульса.

Способ был реализован с помощью устройства (фиг.2).

В клистроне 1 использованы двухзазорные объемные резонаторы, работающие на противофазном виде колебаний. Ток и напряжение клистрона обеспечивались источником питания 10. Выходной резонатор соединен с входным резонатором коаксиальной линией обратной связи, в которую через направленные ответвители 2 включены: измеритель мощности 4 с поляризационным аттенюатором 3, кристаллический детектор 6 для наблюдения на экране осциллографа 9 фазового портрета сигнала, анализатор 5, позволяющий исследовать полный спектр генерируемого сигнала, второй кристаллический детектор для наблюдения на экране осциллографа 7 огибающей сигнала, цифровой частотомер 8 и поляризационный аттенюатор 3, обеспечивающий изменение глубины обратной связи. В качестве источника внешнего воздействия был выбран генератор стандартных сигналов (ГСС) 14, сигналы которого модулировались генератором импульсов 15 и усиливались ЛБВ 13.

Система внешнего воздействия через ферритовые вентили 11 и тройник 12 подключалась к линии обратной связи.

На разработанной экспериментальной установке можно плавно регулировать управляющие параметры клистронного автогенератора и генератора внешних сигналов, фиксировать вид колебаний в системе и проводить съемку основных характеристик режимов работы.

Из зависимости на фиг.3 видно, что подбором частоты внешнего сигнала в интервале 13 МГц относительно частоты 2797 МГц можно снизить мощность сигнала более чем в 20 раз, причем полностью подавить хаос. В результате на выходе неавтономного автогенератора получим последовательность хаотических радиоимпульсов (фиг.4).

Способ генерации хаотических радиоимпульсов большой мощности для прямохаотических систем связи, включающий введение внешнего СВЧ радиоимпульса в цепь обратной связи СВЧ клистронного автогенератора с запаздывающей обратной связью, отличающийся тем, что автогенератор настраивают на максимум хаотической мощности в автономном режиме, внешний СВЧ радиоимпульс выбирают малой мощности, подбирают его амплитуду и частоту до момента резкого падения хаотической мощности в течение длительности радиоимпульса.