6. ГЕНЕРИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ СО СЛУЧАЙНОЙ АМПЛИТУДОЙ

Задача получения случайных по амплитуде периодических импульсов весьма часто возникает в процессе проведения радиотехнического эксперимента. Достаточно указать на задачу имитации отраженного радиолокационного сигнала: исследования в области радиолокации требуют получения импульсов, модулированных по амплитуде в соответствии с диаграммой направленности антенны РЛС, законом обзора и флуктуацией отражающей поверхности цели. Последний вид амплитудной импульсной модуляции должен осуществляться случайным сигналом, имеющим заданные плотность вероятностей и корреляционную функцию. Получение случайных по амплитуде периодических импульсов является одновременно весьма простым способом получения флуктуаций со сплошным спектром в области низких частот. При этом весьма лросто и легко контролировать регулировку ширины спектра (времени корреляции) получаемого случайного сигнала и, что особенно важно, удается сохранить без изменений одномерную плотность вероятностей исходных флуктуаций.

Первая задача — имитация отраженного радиолокационного сигнала — сводится к получению случайного напряжения, воспроизводящего закон изменения огибающей и модуляции по амплитуде этим напряжением периодических импульсов. Модулятор должен обладать полосой пропускания от до и линейной модуляционной характеристикой.

Этим требованиям удовлетворяет схема рис. 17, состоящая из двух катодных повторителей и диодного каскада совпадений (диоды резистор ).

Рис. 117. (Принципиальная схема линейного импульсного модулятора.

Исходные периодические импульсы поступают на сетку предварительно запертой лампы Ли а затем — на вход каскада совпадений. Случайный сигнал через катодный повторитель, работающий в линейном режиме, поступает на вход II этого каскада. Амплитуда импульсов на входе I должна превышать максимальную величину сигнала на входе II. В этом случае на выходе схемы будут иметь место импульсы, амплитуда которых меняется по закону

Эквивалентная схема представлена на рис. 18,а. Здесь катодные повторители и диоды заменены эквивалентными генераторами с и внутренними сопротивлениями включающими сопротивления диодов и выходные сопротивления катодных повторителей. Параметры схемы выбираются из условия, (при открытых диодах). Если импульсы на схему не подаются, диод будет заперт благодаря тому, что напряжение на катоде при действии сигнала положительно. Соответственно диод открыт, а выходное напряжение постоянно и равно:

где — сопротивление открытого диода.

При поступлении импульсов запирается диод а диод напротив, остается открытым и так как падение напряжения на последнем невелико, выходной сигнал будет иметь величину, близкую к Более точно, выходное напряжение в момент действия импульса:

Здесь сумма внутреннего сопротивления открытого диода и выходного сопротивления катодного повторителя; коэффициент передачи катодного повторителя. Перепад выходного напряжения Аивых

Следовательно, выходной сигнал имеет вид импульсов, модулированных по амплитуде шумовым напряжением

Если бы напряжение превысило амплитуду импульсов то в результате действия Последних запирался бы диод а выходное напряжение было бы равно что и отображается амплитудной характеристикой схемы (рис. 18,б).

Рис. 18. Эквивалентная схема и характеристика модулятора.

Вторая задача — получение флуктуаций со сплошным спектром в области низких частот без изменения одномерной плотности исходных флуктуаций решается обычно методом, основанным на амплитуд-но-временном квантовании шумов с фиксацией мгновенного уровня квантуемых флуктуаций. Идея метода иллюстрируется рис. 19. На рис. 19,а приведена упрощенная блок-схема генератора, на рис. эпюры

напряжений на входе и выходе амплитудного квантователя такого типа.

Шумовое напряжение первичного источника усиливается и поступает на амплитудный квантователь. На второй вход квантователя подаются периодические импульсы, определяющие частоту взятия проб

Рис. 19. Упрощенная блок-схема и график напряжений амплитудного квантователя с фиксацией уровня

Амплитудный квантователь работает так, что напряжение, зафиксированное в момент остается неизменным до момента Если удовлетворить условию ( — время корреляции шумов на входе квантователя), то функция корреляции процесса на его выходе будет описываться формулой

где дисперсия амплитуд генерируемого сигнала. Спектральная плотность квантованного процесса

Такое преобразование сигнала обладает следующими важными для практики свойствами:

1) дисперсия выходного сигнала равна дисперсии входного, что позволяет контроль за интенсивностью сигнала перенести с выхода прибора (где этот контроль достаточно сложен) в область сравнительно высоких частот (где он значительно проще);

2) спектральная плотность сигнала у нулевых частот

пропорциональна периоду взятия проб и, следовательно, легко поддается регулировке и контролю;

3) закон распределения амплитуд сигнала на выходе генератора совпадает с законом распределения амплитуд флуктуаций на входе квантователя;

4) спектр выходного сигнала подчиняется закону распределения амплитуд случайных импульсов, что позволяет осуществлять раздельную регулировку закона распределения и ширину спектра.

Рис. 20. Простейшая схема амплитудного квантователя.

Рассмотрим один из возможных методов реализации устройства такого типа.. Начнем с простейшей схемы, приведенной на рис. 20. При замкнутом ключе частотная характеристика схемы

При полоса пропускания фильтра лежит в пределах от Постоянная времени фильтра должна выбираться из условия неискаженного пропускания исходных флуктуаций. При размыкании ключа на выходе фильтра фиксируется напряжение, имевшее место в момент размыкания. При этом, конечно, предполагается, что выходное сопротивление

усилителя постоянного тока неизмеримо меньше суммарного сопротивления Если предположить, что отсутствуют сопротивления утечки, то схема будет обладать чрезвычайно большой памятью. При использовании высококачественных конденсаторов можно брать порядка 100—200 сек.

В такой простейшей схеме время замкнутого состояния ключа должно быть во много раз меньше периода

Рис. 21. Блок-схема амплитудного квантователя с фиксацией уровня квантуемого напряжения.

В то же время оно должно удовлетворять условию т. е. должно позволять полностью установиться процессу на выходе схемы. Так как выполнение этих двух условий значительно уменьшает возможности схемы, применяют более сложные квантователи. Один из вариантов практической схемы приведен на рис. работа которой поясняется графиками напряжений рис. 22.

Напряжение синусоидальной формы с периодом подается на два преобразователя, которые формируют из него две пары противофазных импульсных напряжений Напряжения коммутируют вход первого усилителя постоянного тока УПТ-1 так, что в интервале он отключен от входа и на его выходе

удерживается постоянное налряжё» ние, величина которого равна мгновенному значению флуктуаций в момент переключения. Величины напряжений выбраны таким образрм, чтобы коммутация УПТ-2 происходила в моменты, когда на выходе УПТ-1 удерживается постоянное напряжение. Это достигается за счет выбора Фазы коммутирующих напряжений выбраны так, что подключенному входу УПТ-2 соответствует отключенное состояние благодаря чему зафиксированное на интервале напряжение продолжает удерживаться и на интервале Как указано в использование в качестве коммутирующих устройств полупроводниковых диодов предъявляет особые требования к стабильности их параметров, особенно обратного сопротивления и динамической емкости. С этой целью диоды желательно помещать в термостаты.

Динамический диапазон УПТ-1 и УПТ-2 должен выбираться из условия отсутствия ограничений входных флуктуаций. Для нормальных флуктуаций это соответствует

Рис. 22. Графики напряжений в различных точках амплитудного квантователя.