Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Комков П. С., Пыхтунов Д. С., Романенко Д. В., Скороходов В. Н., Гришин С. В. Когерентный резонанс в микроволновых генераторах хаоса // Известия вузов. ПНД. 2025. Т. 33, вып. 3. С. 322-340. DOI: 10.18500/0869-6632-003150, EDN: DPHWFG

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2025-3_komkov_et-al_322-340.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-003150
EDN: 
DPHWFG

Когерентный резонанс в микроволновых генераторах хаоса

Авторы: 
Комков Павел Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Пыхтунов Дмитрий Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Романенко Дмитрий Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Скороходов Валентин Николаевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Гришин Сергей Валерьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Цель настоящего исследования — экспериментальное наблюдение явления когерентного резонанса в двух микроволновых одномодовых генераторах хаоса с запаздывающей обратной связью, находящихся под внешним шумовым воздействием. Первым генератором является вакуумный генератор хаоса на основе лампы бегущей волны и многорезонаторного пролетного клистрона. В роли второго генератора выступает твердотельный генератор хаоса на основе транзисторного усилителя и спин-волновой линии передачи на поверхностной магнитостатической спиновой волне (ПМСВ). Хаотическая динамика вакуумного генератора обусловлена наличием падающего участка на амплитудной характеристике пролетного клистрона. У твердотельного генератора развитие хаотической динамики связано с нелинейным параметрическим трехволновым распадом ПМСВ на коротковолновые спиновые волны.

Методы. Для наблюдения явления когерентного резонанса в одиночных хаотических осцилляторах (микроволновых генераторах хаоса) используется метод временной фильтрации хаоса под воздействием шума с ограниченной полосой частот. Метод базируется на эффекте вынужденной синхронизации хаоса (через его подавление) внешним шумовым воздействием. Предложенный метод обладает наибольшей эффективностью при частотном разделении спектров мощности хаотического и шумового сигналов (спектры мощности обоих сигналов не должны перекрываться).

Результаты. В исследуемых микроволновых генераторах хаоса различной физической природы экспериментально установлено существование режима “on-off” перемежаемости, в котором наблюдается явление когерентного резонанса. Показано, что время автокорреляции огибающей хаотического сигнала имеет максимальное значение при определенном уровне мощности внешнего шумового сигнала, и это максимальное значение зависит от ширины полосы частот шумового сигнала.

Заключение. Разработанный метод наблюдения когерентного резонанса может быть применим и к микроволновым многомодовым (широкополосным) генераторам хаоса с запаздывающей обратной связью.
 

Ключевые слова: 
генераторы хаоса
лампа бегущей волны
Многорезонаторный пролетный клистрон
спиновые волны
когерентный резонанс
перемежаемость типа “on-off”
Благодарности: 
Авторы выражают благодарность профессору О.И. Москаленко за консультации по диагностике “on-off” перемежаемости. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-22-00274, https://rscf.ru/project/23-22-00274/.
Список источников: 
  1. Hu G., Ditzinger T., Ning C. Z., Haken H. Stochastic resonance without external periodic force // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 71, no. 6. P. 807–810. DOI: 10.1103/PhysRevLett.71.807.
  2. Pikovsky A., Kurths J. Coherence resonance in a noise-driven excitable system // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78, no. 5. P. 775–778. DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.775.
  3. Lindner B., Garca-Ojalvo J., Neiman A. B., Schimansky-Geier L. Effects of noise in excitable systems // Phys. Rep. 2004. Vol. 392, iss. 6. P. 321–424. DOI: 10.1016/j.physrep.2003.10.015.
  4. Han S. K., Yim T. G., Postnov D. E., Sosnovtseva O. V. Interacting coherence resonance oscillators // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 83, no. 9. P. 1771–1774. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.1771.
  5. Giacomelli G., Giudici M., Balle S., Tredicce J. R. Experimental evidence of coherence resonance in an optical system // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84, no. 15. P. 3298–3301. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.84.3298.
  6. Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Садовников С. А., Скороходов В. Н., Степанов А. О. Когерентный резонанс в клистронном автогенераторе на пороге самовозбуждения // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, № 22. С. 86–94.
  7. Palenzuela C., Toral R., Mirasso C. R., Calvo O., Gunton J. D. Coherence resonance in chaotic systems // Europhys. Lett. 2001. Vol. 56, no. 3. P. 347–353. DOI: 10.1209/epl/i2001-00526-5.
  8. Liu Z., Lai Y.-C. Coherence resonance in coupled chaotic oscillators // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86, no. 21. P. 4737–4740. DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.4737.
  9. Calvo O., Mirasso C. R., Toral R. Coherence resonance in chaotic electronic circuits // Electron. Lett. 2001. Vol. 37, no. 17. P. 1062–1063. DOI: 10.1049/el:20010735.
  10.  Calvo O., Gomes I., Mirasso C. R., Toral R. Experimental observation of coherence and stochastic resonances in an electronic Chua circuit // AIP Conf. Proc. 2002. Vol. 622, no. 1. P. 427–432. DOI: 10.1063/1.1487561.
  11.  Ланда П. С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. М.: Наука, 1980. 359 с.
  12.  Неймарк Ю. И., Ланда П. С. Стохастические и хаотические колебания. Изд. 2-е, доп. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. 424 с.
  13.  Marchewka C., Larsen P., Bhattacharjee S., Booske J., Sengele S., Ryskin N., Titov V. Generation of chaotic radiation in a driven traveling wave tube amplifier with time-delayed feedback // Phys. Plasmas. 2006. Vol. 13, no. 1. P. 013104. DOI: 10.1063/1.2161170.
  14.  Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Скороходов В. Н., Геншафт А. М. Синхронизация хаотических колебаний путем подавления хаоса в клистронном автогенераторе внешним гармоническим сигналом // Известия вузов. ПНД. 2007. Т. 15, № 3. С. 52–57. DOI: 10.18500/0869- 6632-2007-15-3-52-57.
  15.  Гришин С. В., Гришин В. С., Храмов А. Е., Шараевский Ю. П. Генерация широкополосного хаотического сигнала в автоколебательной системе с нелинейной линией передачи на магнитостатических волнах // ЖТФ. 2008. Т. 78, № 5. С. 89–98.
  16.  Кислов В. Я., Мясин Е. А., Богданов Е. В. Способ генерации электромагнитных шумовых колебаний // А.с. № 1125735 (СССР). 1984. Бюл. № 43.
  17.  Анисимова Ю. В., Воронцов Г. М., Залогин Н. Н., Кислов В. Я., Мясин Е. А. Шумотрон // Радиотехника. 2000. № 2. С. 19–25.
  18.  Блиох Ю. П., Любарский М. Г., Подобинский В. О., Файнберг Я. Б. Исследование механизмов стохастизации секционированных пучковых СВЧ–генераторов // Физика плазмы. 1994. Т. 20, № 7–8. С. 718–728.
  19.  Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Клокотов Д. В., Рыскин Н. М. Экспериментальное исследование сложной динамики в многорезонаторном клистронном автогенераторе с запаздывающей обратной связью // ЖТФ. 2003. Т. 73, № 7. С. 105–110.
  20.  Wu M. Nonlinear spin waves in magnetic film feedback rings // Solid State Phys. 2010. Vol. 62. P. 163–224. DOI: 10.1016/B978-0-12-374293-3.00003-1.
  21.  Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Скороходов В. Н. Способ генерации хаотических радиоимпульсов большой мощности для прямохаотических систем связи // Патент на изобретение № 2349027 C1 РФ, МПК H03K 3/84: заявл. 25.07.2007: опубл. 10.03.2009. 7 с.
  22.  Гришин С. В., Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Манышев Р. А., Скороходов В. Н. Генерация хаотических СВЧ импульсов в широкополосных спин-волновых и вакуумных генераторах хаоса под внешним периодическим воздействием // Известия вузов. ПНД. 2012. Т. 20, № 5. С. 137–155. DOI: 10.18500/0869-6632-2012-20-5-137-155.
  23.  Grishin S. V., Moskalenko O. I., Pavlov A. N., Romanenko D. V., Sadovnikov A. V., Sharaevskii Yu. P., Sysoev I. V., Medvedeva T. M., Seleznev E. P., Nikitov S. A. Space-quasiperiodic and time-chaotic parametric patterns in a magnonic quasicrystal active ring resonator // Phys. Rev. Appl. 2021. Vol. 16, no. 5. P. 054029. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.16.054029.
  24.  Гришин С. В., Никитов С. А., Романенко Д. В., Худоложкин В. О., Шараевский Ю. П. Генерация одиночных хаотических импульсов в кольцевой автоколебательной системе с ферромагнитной пленкой под внешним шумовым воздействием // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39, № 7. С. 9–18.
  25.  Гришин С. В., Скороходов В. Н. Генерация темных импульсов огибающей в модифицированной схеме шумотрона // Письма в ЖТФ. 2023. Т. 49, № 18. С. 37–41. DOI: 10.21883/PJTF.2023. 18.56176.19516.
  26.  Демидов В. Е., Ковшиков Н. Г. Стохастическая генерация при параметрическом возбуждении спиновых волн в пленках железоиттриевого граната // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24, № 7. С. 66–72.
  27.  Демидов В. Е., Ковшиков Н. Г. Некоторые особенности перехода к хаосу при автомодуляции поверхностных спиновых волн // Письма в ЖЭТФ. 1997. Т. 66, № 4. С. 243–246.
  28.  Дмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002. 252 с.
  29.  Залогин Н. Н., Кислов В. В. Широкополосные хаотические сигналы в радиотехнических и информационных системах. М.: Радиотехника, 2006. 205 с.
  30.  Legenstein R., Maass W. Edge of chaos and prediction of computational performance for neural circuit models // Neural Netw. 2007. Vol. 20, no. 3. P. 323–334. DOI: 10.1016/j.neunet.2007.04.017.
Поступила в редакцию: 
15.10.2024
Принята к публикации: 
29.11.2024
Опубликована онлайн: 
06.12.2024
Опубликована: 
30.05.2025
  • 495 просмотров