一种具有高超噪比的宽带随机噪声源

本发明属于微波、毫米波真空器件，具体涉及一种基于回旋行波管实现具有高超噪比以及宽带特性的随机噪声源。

背景技术：

1、噪声源是指在特定频率范围内人为产生功率谱平坦、幅度随机变化的噪声生成仪器，其在系统噪声系数测量、噪声雷达系统、目标检测和成像、电磁干扰和安全通信等方面都具有广泛的应用。目前噪声的产生主要有热力学、电子学和光子学的三种技术方案。常用的噪声源包括冷热负载噪声源、有源冷噪声源、气体放电噪声源、饱和真空二极管噪声源、固态噪声源、光子噪声源等。然而，这些噪声源难以满足雷达和远距离通信对更高功率、更高效率的要求。

2、基于电子回旋脉塞机理的回旋行波管能够实现百kw量级的高功率、宽带宽、高频率微波放大，使得其颇具成为宽带高功率噪声源的潜力。然而，在传统的回旋行波管中，噪底信号增益通常都较低以维持较高的信噪比。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：传统噪声源功率较低，难以满足噪声雷达和远距离通信对噪声功率的需求。针对该问题，本发明提出了一种高功率宽带随机噪声源。该噪声源利用介质加载回旋行波管产生极宽谱噪底信号，再结合布拉格滤波器对其反射滤波，最后生成高功率、高平坦度、宽频谱的随机噪声信号。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，包括：介质加载回旋行波管、布拉格滤波器。

4、所述介质加载回旋行波管，通过增加介质加载电路的轴向长度，以产生宽谱的噪底信号。

5、所述布拉格滤波器设置于介质加载回旋行波管的收集级和输出窗之间，以对宽谱的噪底信号进行反射滤波，得到高平坦度、宽频谱的随机噪声信号。

6、进一步地，当介质加载回旋行波管工作在ku波段时，所述介质加载电路的轴向长度取值范围为400mm～600mm。

7、进一步地，所述布拉格滤波器，包括主波导、以及加载于主波导上的非周期性圆柱形栅齿结构，以实现更好的通带传输和更低的阻带传输。

8、进一步地，所述布拉格滤波器，通过第一渐变波导与收集级连接，通过第二渐变波导与输出窗连接。

9、进一步地，所述主波导的半径r1为(1～1.3)r0，r0为介质加载电路的波导半径；将主波导的半径设置在该范围内，目的是截止低频阻带内的微波传输。

10、进一步地，所述非周期性圆柱形栅齿结构中的各栅齿结构沿轴向的长度不完全相同，半径也不完全相同，且所有栅齿结构的半径取值范围在(1～1.5)r1。

11、进一步地，所述第一渐变波导和第二渐变波导满足切比雪夫曲线，以实现微波的低反射传输。

12、本发明的工作原理如下：

13、本发明设计的一种具有高超噪比的新型宽带随机噪声源，以介质加载回旋行波管作为主体结构。在无输入微波信号的情况下，磁控注入电子枪发射的回旋电子注在加长的损耗介质加载电路中进行预群聚并激励起宽谱的噪底信号；然后在非线性注波互作用电路中，预群聚结束的电子注将对噪底信号进行高功率微波放大，此时，被放大的宽谱噪底信号为一个高功率、低超噪比平坦度的宽谱噪声信号；该噪声信号进入布拉格滤波器时，特定波长的微波(即需要频带内的噪声信号)将透射出输出窗进行微波输出，其余波长的微波将反射回到损耗介质加载电路被衰减陶瓷所吸收。因此，介质加载回旋行波管所产生的噪底信号借助布拉格滤波器的作用可以实现滤波和一定程度的功率均衡，从而输出宽频谱、高功率、高平坦度的随机噪声。和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：

14、本发明实现了一种具有高超噪比的新型宽带随机噪声源，利用回旋行波管放大微波的高功率、高频率、宽带宽特点，可以放大噪底信号来产生高功率噪声信号。同时加载布拉格滤波结构对该噪底信号进行滤波和功率均衡，从而实现高功率、宽频谱、高平坦度的随机噪声信号输出，有效提高了现有技术所产生噪声信号的输出功率。

15、本发明中布拉格滤波器集成到了介质加载回旋行波管中，使得整体系统更为紧凑和一体化。

技术特征：

1.一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，包括：介质加载回旋行波管、布拉格滤波器；

2.如权利要求1所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，当介质加载回旋行波管工作在ku波段时，所述介质加载电路的轴向长度取值范围为400mm～600mm。

3.如权利要求1或2所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，所述布拉格滤波器，包括主波导、以及加载于主波导上的非周期性圆柱形栅齿结构。

4.如权利要求3所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，所述布拉格滤波器，通过第一渐变波导与收集级连接，通过第二渐变波导与输出窗连接。

5.如权利要求4所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，所述主波导的半径r1为(1～1.3)r0，r0为介质加载电路的波导半径。

6.如权利要求5所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，所述非周期性圆柱形栅齿结构中的各栅齿结构沿轴向的长度不完全相同，半径也不完全相同，且所有栅齿结构的半径取值范围在(1～1.5)r1。

7.如权利要求4-6任一项所述的一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，其特征在于，所述第一渐变波导和第二渐变波导满足切比雪夫曲线。

技术总结
本发明公开了一种具有高超噪比的宽带随机噪声源，属于微波、毫米波真空器件技术领域。该宽带随机噪声源包括介质加载回旋行波管、布拉格滤波器；通过增加介质加载回旋行波管中介质加载电路的轴向长度，以产生宽谱的噪底信号，通过在收集级和输出窗之间设置布拉格滤波器，以对宽谱的噪底信号进行反射滤波，得到高平坦度、宽频谱的随机噪声信号。本发明利用回旋行波管放大微波的高功率、高频率、宽带宽特点，可以放大噪底信号来产生高功率噪声信号，同时加载布拉格滤波器对该噪底信号进行滤波和功率均衡，从而实现高功率、宽频谱、高平坦度的随机噪声信号输出，有效提高了所产生噪声信号的输出功率。

技术研发人员：刘国,曹英健,王宇,王玮杰,蒋伟,姚叶雷,王建勋,罗勇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/27