Статті в журналах з теми "Генератор хаосу"

Впервые изложены результаты исследования возможности создания мощного широкополосного источника хаотического сигнала микроволнового диапазона длин волн на основе однотранзисторной системы на мощном биполярном транзисторе путем реализации генератора с выделенной инерционностью. Произведены теоретические расчеты, показывающие возможность построения такого генератора. Разработан экспериментальный макет генератора хаоса с выделенной инерционностью в гибридно-интегральном исполнении на основе отечественного мощного транзистора 2Т982А-2. Продемонстрирована возможность генерации хаотического СВЧ-сигнала с центральной частотой 4.55 GHz и интегральной мощностью 1.1 W. Эффективная ширина спектра мощности хаотического сигнала составляла 11% при неравномерности спектральной характеристики 3 dB, спектральная плотность генерируемых шумовых колебаний была 2.2·10-3 W/MHz, КПД равнялся 15%. Ключевые слова: мощный биполярный транзистор, динамический хаос, генератор с выделенной инерционностью.

For the first time, the phenomenon of laminar chaos is experimentally studied in a radio engineering generator with time-delayed feedback, the delay time of which is modulated by an external harmonic signal. Regions of various regimes of laminar chaos are constructed on the plane of the parameters of modulating signal. The nonlinear function of generator is reconstructed in the regime of laminar chaos.

Рассматривается задача освещения предметов и поверхностей искусственными некогерентными источниками микроволнового излучения с целью их последующего наблюдения с помощью радиометрической аппаратуры. Одной из основных проблем при реализации этой задачи является создание эффективных источников самого микроволнового излучения, подобных осветительным устройствам в видимом диапазоне света. Предлагается в качестве источников некогерентного широкополосного микроволнового излучения использовать генераторы сверхширокополосных хаотических колебаний. Описываются экспериментальный образец такого источника, реализованный в виде микрогенератора хаоса на основе кремниево-германиевого кристалла, и его характеристики.

Показана возможность генерации хаотического шумоподобного излучения в гироусилителях с винтовым гофрированным волноводом при введении запаздывающей обратной связи. Для реализации режима развитого динамического хаоса оптимален выбор расстройки циклотронного резонанса, соответствующей максимальной крутизне спада амплитудной характеристики усилителя после насыщения. Сделаны оценки параметров шумового генератора на основе экспериментально реализованной гиро-ЛБВ диапазона 35 GHz, согласно которым возможна генерация многочастного излучения с шириной спектра 3-4 GHz со средней мощностью до 70 kW при КПД порядка 10%. DOI: 10.21883/PJTF.2017.03.44227.16313

Background and Objectives: Studying the dynamical mechanisms of the emergence of nonlinear phenomena that are characteristic for multimode self-oscillating systems consisting of interacting oscillators and an ensemble of passive oscillators or representing active nonlinear systems with complex feedback channels is an important urgent task. The simplest example of a self-oscillating system with a complex feedback is the well-known classical van der Pol oscillator with an additional linear oscillatory circuit included in the feedback channel. We investigate the behavior of the multimode system increasing the number of oscillatory circuits in the oscillator’s feedback loop. The research in this paper can help to better understand the mechanisms of multistability formation in infinite-dimensional self-oscillating systems such as a generator with delayed feedback and a generator with distributed feedback. Materials and Methods: The system equations were derived for the electronic scheme of the self-oscillating system. To describe the existing dynamic modes by numerical simulation methods, the projections of the phase portraits and the Poincare sections were obtained. To study the mechanisms of formation of multistable states, the bifurcation analysis methods were used. Results: It was found that the mechanism underlying the multistability formation is based on a sequence of two supercritical Andronov – Hopf bifurcations and a subcritical Neymark – Saker bifurcation. Therefore, the multistability emerges as a result of gaining stability by the unstable limit set that existed before the multistability appears. Conclusion: The discovered mechanism of multistability formation opens up wide possibilities for managing the multistability, which are inaccessible for systems in which the multistability is realized through tangential bifurcations. In contrast to the tangential bifurcation, the subcritical Neymark – Sacker bifurcation assumes the existence of a limit cycle both before and after the bifurcation. Thus, it is possible to use a wide range of methods and tools to stabilize saddle limit cycles in order to control the boundaries of the multistability region in the space of control parameters of the system.

A method for detection a continuous chaotic signal with a Gaussian noise by quantizing over four amplitudes and comparing the parameters of the obtained discrete sequence with the parameters of a similar sequence for a non-noisy chaotic signal is proposed. A quantization scheme is developed. It is determined by the structure of the phase space of a dynamic system that generates a chaotic signal. The source of the chaotic signal is a model of a radio engineering generator. The identified chaotic signal has a positive senior Lyapunov exponent and a continuous power spectrum.

Теория фракталов совместно с теорией дробных операторов интегродифференцирования и фрактальная трактовка самых разнообразных задач, возникающих в различных областях науки и техники, не обошли стороной и современную радиотехнику. Появившиеся термины «фрактальная радиофизика», «фрактальная радиолокация», «фрактальная радиоэлектроника» отражают принципиально иной подход к представлению составляющих электрических сигналов и электромагнитного поля.В данном обзоре в ознакомительных целях даны понятия об основных операторах дробного исчисления – производной и интеграла дробного порядка, которые незаменимы для описания и исследования фрактальных систем и процессов.Во многих практических задачах, когда их математическая формулировка вызывает затруднение или не требуется их аналитическое решение, а необходимо знать лишь реакцию динамической системы на некоторое входное воздействие, широко используется аналоговое схемотехническое моделирование. Однако в случае систем дробного порядка его реализация требует наличия специфических двухполюсных пассивных элементов, в которых связь между током и напряжением описывается дифференциальным уравнением дробного порядка. Показано, что в таких элементах импеданс зависит от частоты не в целой степени, как у обычных емкостных или индуктивных элементов, а в дробной степени a (0 < a < 1). Поэтому такие элементы в работе мы назвали элементами с фрактальным импедансом (ЭФИ).Поскольку информация об ЭФИ, их характеристиках, вариантах конструкций и принципах реализации фрактального импеданса, использовании ЭФИ для совершенствования функциональных устройств радиотехники и связи практически не известна отечественным исследователям, инженерам, начинающим ученым, то одной из задач данной работы является устранение этого информационного вакуума.Приведена классификация ЭФИ и представлены некоторые существующие конструктивно-технологи­ческие варианты ЭФИ и их характеристики. Проведенный сравнительный анализ характеристик различных ЭФИ показал, что большинство из них в настоящее время не пригодны для изготовления в промышленных масштабах, чтобы удовлетворить потребности ученых и инженеров. Однако в качестве перспективы можно выделить ЭФИ, построенные на основе многослойной резистивно-емкостной среды с контролируемыми геометрическими и электрофизическими параметрами среды. Эти элементы конструктивно выполняются в виде интегральных конструкций, изготовленных с помощью стандартных технологий, используемых для создания пленочных или полупроводниковых микросхем. Для их анализа и синтеза разработаны математические модели, алгоритмы и программы, позволяющие проектировать конструкции ЭФИ с заданными показателями a в заданном, хотя и ограниченном диапазоне частот. В работе показаны образцы ЭФИ, изготовленные промышленным способом, и сравнение реализованных на практике характеристик с синтезированными на стадии проектирования.Наличие физических образцов ЭФИ позволяет оценивать потенциальные достоинства их применения, возможные ограничения, методики проектирования с учетом тех особенностей, которые отличают ЭФИ от традиционных пассивных элементов, используемых в схемотехнике и аналоговом моделировании.Рассмотрены принципы построения интеграторов и дифференциаторов дробного порядка, результаты интегрирования и дифференцирования сигналов с помощью устройств, использующих ЭФИ на основе резистивно-емкостной среды (ЭФИ на основе одномерных однородных резистивно-емкостных элементов со структурой слоев R-C-NR (сокращенно ОО R-C-NR ЭРП)). На конкретном примере показана возможность создания аналогового процессора, использующего аналоговые интеграторы и дифференциаторы дробного порядка для решения дифференциальных уравнений дробного порядка.Приведен пример реализации ПИД-регулятора дробного порядка для построения системы автоматического управления антенно-поворотным устройством. Результаты работы спроектированного устройства были проверены с помощью схемотехнического моделирования, при котором в качестве ЭФИ были использованы их математические модели в виде ОО R-C-NR ЭРП. Было показано, что регулятор дробного порядка позволяет создать систему управления с лучшими характеристиками регулирования по сравнению с классической системой управления.Показано, что применение ЭФИ при создании генераторов хаоса, являющихся основой систем, характеризующихся детерминированным хаосом, позволяет изменять характер хаотических сигналов и формы аттракторов без изменения начальных условий или переключения систем формирования хаоса.В работе также рассмотрены принципы построения частотно-избирательных фильтров дробного порядка, особенности частотных характеристик различных видов фильтров и показаны возможности управления параметрами и характеристиками фильтра за счет использования дополнительной степени свободы в виде показателя a, являющегося параметром ЭФИ.Поскольку частотно-избирательные фильтры являются неотъемлемой частью автогенераторов электрических колебаний, то применение в них фильтров дробного порядка также вносит заметные отличия в параметры автогенераторов дробного порядка по сравнению с параметрами их классических прототипов. Основное отличие – частоты генерации на несколько порядков превышают частоты генерации прототипов при одинаковых постоянных времени фазирующих цепей. Кроме того, наличие дополнительных степеней свободы позволяет независимо управлять частотой и фазой сигнала на выходе генератора, строить многофазные генераторы.