Сложная динамика распределенных автоколебательных систем с запаздыванием: Модель автогенератора с кубичной нелинейностью, модели клистронов-генераторов с внешней обратной связью
Диссертация
Очевидный интерес вызывает изучение перспектив создания хаотических систем связи в СВЧ диапазоне. На сегодняшний день успешно реализована система связи дециметрового диапазона, в которой использован генератор на биполярном транзисторе небольшой мощности (до 10 mW). Однако для продвижения в область более коротких волн, прежде всего — миллиметровых, и более высоких мощностей вакуумные генераторы… Читать ещё >
Содержание
- 1. СЛОЖНАЯ ДИНАМИКА ПРОСТЫХ МОДЕЛЕЙ АВТОГЕНЕРАТОРОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ
- 1. 1. Простая модель автогенератора с кубичной нелинейностью и запаздыванием
- 1. 1. 1. Теоретический анализ
- 1. 1. 2. Результаты численного моделирования
- 1. 1. 3. Приближение трех взаимодействующих мод
- 1. 2. Модель «однорезонаторного клистрона» с запаздыванием
- 1. 2. 1. Режимы стационарной генерации и их устойчивость
- 1. 2. 2. Результаты численного моделирования
- 1. 2. 3. Основные уравнения нестационарной теории отражательного клистрона
- 1. 3. Расчет показателей Ляпунова
- 1. 4. Выводы
- 1. 1. Простая модель автогенератора с кубичной нелинейностью и запаздыванием
- 2. СЛОЖНАЯ ДИНАМИКА ДВУХРЕЗОНАТОРНОГО КЛИСТРОНА-ГЕНЕРАТОРА С ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
- 2. 1. Основные уравнения нестационарной теории двухрезонаторного клистрона-генератора
- 2. 2. Теоретический анализ
- 2. 2. 1. Условия самовозбуждения
- 2. 2. 2. Режимы стационарной генерации и их устойчивость
- 2. 2. 3. Мощность и КПД двухрезонаторного клистрона-генератора
- 2. 3. Результаты численного моделирования
- 2. 4. Учет сил пространственного заряда
- 2. 4. 1. Основные уравнения
- 2. 4. 2. Результаты расчетов
- 2. 5. Применение клистрона-генератора в схеме прямохаотической передачи информации
- 2. 6. Выводы
- 3. НЕСТАЦИОНАРНАЯ ТЕОРИЯ МНОГОРЕЗОНАТОРНЫХ КЛИСТРОННЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
- 3. 1. Основные уравнения
- 3. 1. 1. Трехрезонаторный клистрон
- 3. 1. 2. Приближение большого усиления в промежуточных каскадах. Клистрон с произвольным числом резонаторов
- 3. 2. условия самовозбуждения автоколебаний
- 3. 3. Численное моделирование сложной динамики многорезонаторных клистронов
- 3. 3. 1. Трехрезонаторный клистрон
- 3. 3. 2. Пятирезонаторный клистрон
- 3. 4. Сопоставление с результатами экспериментальных исследований
- 3. 5. Численное моделирование нестационарных процессов в клистроне-генераторе методом «частиц в ячейке»
- 3. 6. Выводы
- 3. 1. Основные уравнения
Список литературы
- Рабинович М.И., Трубецков Д. И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1984. 432 с.
- Неймарк Ю.И., Ланда П. С. Стохастические и хаотические колебания. М.: Наука, 1987. 424 с.
- Ахромеева Т.С., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г., Самарский А. А. Нестационарные структуры и диффузионный хаос. М.: Наука, 1992. 544 с.
- Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.: Наука, 1997. 496 с.
- Infeld Е., Rowlands G. Nonlinear waves, solitons and chaos. Cambridge: Cambridge University Press, 1990. 424 p.
- Кузнецов С.П. Сложная динамика генераторов с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т.25, № 12. С.1410−1428.
- Дмитриев А.С., Кислов В. Я. Стохастические колебания в радиофизике и электронике. М.: Наука, 1989.278 с.
- Ikeda К., Daido Н., Akimoto О. Optical turbulence: chaotic behavior of transmitted light from a ring cavity // Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 45, No. 9. P. 709−712.
- Гласс Л., Мэки M. От часов к хаосу: Ритмы жизни. М.: Мир, 1991. 248 с.
- Ажиппо В.А., Айзацкий Н. И. Автоколебательный режим в линейных резонансных ускорителях // ЖТФ. 1987. Т.57, № 4. С.797−800.
- Мохов И.И., Елисеев А. В., Хворостьянов Д. В. Эволюция характеристик межгодовой климатической изменчивости, связанной с явлениями Эль-Ниньо/Ла-Нинья // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2000. Т. 36, № 6. С. 741−751.
- Трубецков Д.И., Мчедлова Е. С., Красичков Л. В. Введение в теорию самоорганизации открытых систем. М.: Физматлит, 2002. 200 с.
- Дмитриев А.С., Старков С. О. О возможности моделирования некоторых свойств развитой турбулентности с помощью генераторов с запаздывающей обратной связью // Радиотехника и электроника. 1988. Т. ЗЗ, № 7. С.1472−1481.
- Кислов В.Я., Залогин Н. Н., Мясин Е. А. Исследование стохастических автоколебательных процессов в автогенераторах с запаздыванием // Радиотехника и электроника. 1979. Т. 24, № 6. С. 1118−1130.
- Анисимова Ю.В., Воронцов Г. М., Залогин Н. Н., Кислов В. Я., Мясин Е. А. Шумотрон // Радиотехника. 2000. № 2. С. 19−25.
- Гинзбург Н.С., Сергеев А. С. Динамика ЛСЭ генераторов с резонаторами произвольной добротности // ЖТФ. 1991. Т. 61, № 6. С. 133−140.
- Гинзбург Н.С., Кузнецов С. П., Федосеева Т. Н. Теория переходных процессов в релятивистской ЛОВ //Изв. вузов. Радиофизика. 1978. Т. 21, № 7. С. 1037−1052.
- Калинин В.И., Залогин Н. Н., Кислов В. Я. Нелинейный резонанс и стохастичность в автоколебательной системе с запаздыванием // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, № 10. С. 2001−2007.
- Анисимова Ю.В., Дмитриев А. С., Залогин Н. Н., Калинин В. И., Кислов В. Я., Панас А. И. Об одном механизме перехода к хаосу в системе электронный пучок — электромагнитная волна// Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37, № 8. С. 387−389.
- Кац В. А. Возникновение хаоса и его эволюция в распределенном автогенераторе с запаздыванием (эксперимент) //Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28, № 2. С. 161−176.
- 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.
- Рыскин H.M. Исследование нелинейной динамики ЛБВ-генератора с запаздывающей обратной связью //Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т. 47, № 2. С. 129−142.
- Кузнецов С.П., Перельман А. Ю., Трубецков Д. И. Автомодуляционные и стохастические режимы в клистроне бегущей волны с внешней обратной связью // ЖТФ. 1983. Т. 53, № 1.С. 163−166.
- Ергаков B.C., Моисеев М. А. Двухрезонаторный генератор с запаздывающей обратной связью // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31, № 5. С. 962−967.
- Афанасьева В.В., Лазерсон А. Г. Динамический хаос в двухрезонаторных клистрон-ных автогенераторах с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1995. Т. 3, № 5. С. 88−99.
- Айзацкий Н.И., Волобуев В. В., Иванов Г. М. Автомодуляционный режим в задающем генераторе ЛУЭ // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13, № 12. С. 758−761.
- Специальные выпуски // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1997. № 10- 1998. № 11.
- Hasler М. Synchronization of chaotic systems and transmission of information // Int. J. Bifurcation and Chaos. 1998. Vol. 8, No. 4. P. 647−660.
- Special Issue on Noncoherent Chaotic Communications // IEEE Trans. Circuits and Systems. Part 1. 2000. Vol. 47, No. 12.
- Special Issue on Application of Nonlinear Dynamics to Electronic and Information Engineering // Proc. IEEE. 2002. Vol. 90, No. 5.
- Dmitriev A.S., Hasler M., Panas A.I., Zakharchenko K.V. Basic principles of direct chaotic communications //Nonlin. Phenom. Complex Systems. 2003. Vol. 6, No. 1. P. 488−501.
- Chaotic Electronics in Telecommunications. Ed. by M.P. Kennedy, R. Rovatti, and G. Setti. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2000.445 p.
- Дмитриев A.C., Паиас А. И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002. 252 с.
- Proceedings of the First International Workshop on the Noise Radar Technology (NRTW 2002). Yalta, Crimea, Ukraine, 2002. Ed. by K. Lukin and W. Miceli. 280 p.
- Dixon R.C. Spread Spectrum Systems with Commercial Applications, 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, 1994. 573 p.
- Дмитриев A.C., Кяргинский Б. Е., Панас А. И., Пузиков Д. Ю., Старков С. О. Сверхширокополосная прямохаотическая передача информации в СВЧ—диапазоне // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, № 2. С. 70−76.
- Dronov V., Hendrey M.R., Antonsen T.M., Ott E. Communication with a chaotic traveling wave tube microwave generator // Chaos. 2004. Vol. 14, No. 1. P. 30−37.
- Luzyanina T. Computation, continuation and bifurcation analysis of periodic solutions of delay differential equations // Int. J. Bifurcation and Chaos. 1997. V. 7, No. 11. P. 25 472 560.
- Redmond B.F., LeBlanc V.G., Longtin A. Bifurcation analysis of a class of first-order nonlinear delay-differential equations with reflectional symmetry // Physica D. 2002. V. 166. P. 131−146.
- Ucar A. On the chaotic behaviour of a prototype delayed dynamical system // Chaos, Soli-tons and Fractals. 2003. V.16. P. 187−194.
- Erneux Т., Larger L., Lee M.W., Goedgebuer J.-P. Ikeda Hopf bifurcation revisited // Physica D. 2004. V.194. P. 49−64.
- Pyragas K. Continuous control of chaos by self-controlling feedback // Phys. Lett. A. 1992. V. 170, No. 6. P. 421−428.
- Mensour В., Longtin A. Chaos control in multistable delay-differential equations and their singular limit maps // Physical Review E. 1998. V 58, No. I. P.410−422.
- Pagano D.J., Ponce E., Aracil J. Bifurcation analysis of time-delay control systems with saturation // Int. J. Bifurcation and chaos. 1999. V. 9, No. 6. P. 1089−1109
- Balanov A.G., JansonN.B., Scholl E. Delayed feedback control of chaos: Bifurcation analysis //Phys. Rev. E. 2005. V.71, 1 6222(9).
- Солнцев В.А., Андреевская Т. М. Условия амплитудной автомодуляции в автогенераторе с запаздыванием //Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, № 3. С. 561−568.
- Андреевская Т.М., Солнцев В. А. Численное исследование автомодуляции в автогенераторе с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32, № 1.С. 34−40.
- Рубаник В.П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием. М.: Наука, 1969. 287 с.
- Кузнецов А.П., Кузнецов С. П., Рыскин Н. М. Нелинейные колебания. М.: Физматлит, 2002. 292 с.
- Antonsen Т.М., Levush В. Mode competition and suppression in free electron laser oscillators // Phys. Fluids B. 1989. Vol. 1, No. 5. P. 1097−1108.
- Reddy D.V.R., Sen A., Johnston G.L. Dynamics of a limit cycle oscillator under time delay linear and nonlinear feedbacks // Physica D. 2000. Vol. 144, No. 3−4. P. 335−357.
- Lugiato L.A., Narducci L.M., Eschenazi E.V., Bandy D.K., Abraham N.B. Multimode instabilities in a homogeneously broadened ring lasers // Phys. Rev. A. 1985. Vol. 32, No. 3. P. 1563−1575.
- Narducci L.M., Tredicce J.R., Lugiato L.A., Abraham N.B., Bandy D.K. Mode-mode competition and unstable behavior in a homogeneously broadened ring laser // Phys. Rev. A. 1986. Vol. 33, No. 3. P. 1842−1854.
- Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. М.: Наука, Физматлит, 1999. 368 с.
- Дмитриева Т.В., Рыскин Н. М. Сложная динамика распределенного параметрического генератора // ЖЭТФ. 2001. Т. 120, № 6(12). С. 1517−1526.
- Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. М.: Наука, 1990. 312 с.
- Анищенко B.C., Астахов В. В., Вадивасова Т. Е., Нейман А. Б., Стрелкова Г. И., Шиман-ский-Гайер JI. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 544 с.
- Кузнецов С.П. Динамический хаос. М.: Физматлит, 2001. 296 с.
- Шустер Г. Детерминированный хаос. М.: Мир, 1988. 240 с.
- Кац В.А., Кузнецов С. П. Переход к многомодовому хаосу в простой модели генератора с запаздыванием // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13, № 12. С. 727−733.
- Ikeda К., Kondo К., Akimoto О. Successive higher-harmonic bifurcations in systems with delayed feedback // Phys. Rev. Lett. 1982. Vol. 49, No. 20. P. 1467−1470.
- Нусинович Г. С. Взаимодействие мод в лазерах на свободных электронах // Письма в ЖТФ. 1980. Т. 6, № 14. С. 848−852.
- Бляхман Л.Г., Нусинович Г. С. Динамика многомодовых электронных мазеров // Радиотехника и электроника. 1982. Т.27, № 5. С. 996−1003.
- Шевчик В.Н. Основы электроники сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1959. 308 с.
- Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовича и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 832 с.
- Трубецков Д.И., Храмов А. Е. Лекции по СВЧ электронике для физиков. В 2 т. Т. 1. М.: Физматлит, 2003. 496 с.
- Шевчик В.Н., Трубецков Д. И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. радио, 1970. 584 с.
- Гайдук В.И., Палатов К. И., Петров Д. М. Физические основы электроники СВЧ. М.: Сов. радио. 1971. 600 с.
- Вайнштейн JI.A., Солнцев В. А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. радио, 1973.400 с.
- Кузнецов С.П., Трубецков Д. И. Хаос и гиперхаос в лампе обратной волны // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т.48, № 5−6. С.383−398.
- Farmer J.D. Chaotic attractors of an infinite-dimensional dynamical system // Physica D. 1982. V.4, No.3. P.366−393.
- Cenys A., Tamasevicius A., Mykolaitis G., Blumeliene S. Coupled VHF delay line chaos generators // Proceedings of the First International Workshop on the Noise Radar Technology (NRTW-2002). Yalta, Ukraine, September 18−20,2002. P. 136−140.
- Дмитриев B.C., 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.
- Солнцев В.А. Нелинейные волны в электронных потоках // Изв. вузов. Радиофизика. 1974. Т. 17, № 4. С. 616−625.
- Рапопорт Г. Н. О механизме возрастания КПД генератора обратной волны («карсино-трона-О») при увеличении параметра объемного заряда // Радиотехника и электроника. 1958. Т. 3, № 2. С. 255−261.
- Proakis J.G. Digital Communications, 3rd ed., McGraw-Hill, 1995.
- Benedetto S., Montorsi G., Divsalar D. Concatenated convolutional codes with interleavers // IEEE Communications Magazine. 2003. Vol. 41, No. 8. P. 102−109.
- Зильберман И.И. Расчет параметров двойного ВЧ зазора с противофазными напряжениями // Электронное приборостроение. Вып. 5. Л.: Энергия. 1968. С. 59−76.
- Рыскин Н.М. Численное моделирование клистрода на основе гидродинамических уравнений //Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т.40, № 12. С.1511−1525.
- Роу Дж. Теория нелинейных явлений в приборах СВЧ. М.: Сов. радио, 1969. 616 с.
- Кац A.M., Ильина Е. М., Манькин И. А. Нелинейные явления в СВЧ приборах О-типа с длительным взаимодействием. М.: Сов. радио, 1975. 296 с.
- Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц. М.: Мир, 1987. 640 с.
- Birdsall С.К., Langdon А.В. Plasma physics via computer simulation. NY: McGraw-Hill, 1985.
- Кузнецов С.П. Об одной форме уравнений возбуждения периодического волновода // Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, № 2. С. 419−421.
- Дмитриева Т.В., Рыскин Н. М., Титов В. Н., Шигаев A.M. Сложная динамика простых моделей распределенных электронно-волновых систем // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1999. Т. 7, № 6. С. 66−82.
- Дмитриев Б.С., Жарков Ю. Д., Рыскин Н. М., Шигаев A.M. Теоретическое и экспериментальное исследование хаотических колебаний клистронного автогенератора с запаздыванием // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46, № 5. С. 604−610.
- Dmitrieva T.V., Ryskin N.M., Shigaev A.M. Complex dynamics of simple models of distributed self-oscillating delayed feedback systems // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2001. Vol. 4, No. 4. P. 376−382.
- Рыскин H.M., Шигаев A.M. Сложная динамика простой модели распределенной автоколебательной системы с запаздыванием // ЖТФ. 2002. Т. 72, № 7. С. 1−8.
- Дмитриев Б.С., Жарков Ю. Д., Кижаева К. К., Клокотов Д. В., Рыскин Н. М., Шигаев A.M. Сложная динамика многорезонаторных клистронных автогенераторов с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2002. Т. 10, № 5. С. 37−49.
- Shigaev A.M., Dmitriev B.S., Zharkov Y.D., Ryskin N.M. Chaotic dynamics of delayed feedback klystron oscillator and its control by external signal // IEEE Trans. Electron Devices. 2005. Vol. 52, No. 5. P. 790−797.
- Рыскин H.M., Шигаев A.M. Сложная динамика двухрезонаторного клистрона-генератора с запаздывающей обратной связью //ЖТФ. 2005. Т. 75 (в печати).
- Ryskin N.M., Shigaev A.M. Chaotic oscillations in delayed-feedback electronic oscillators // Proceedings of the 11th Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems (NDES 2003). May 18−22,2003, Scuol/Schuls, Switzerland. P. 217−220.
- Titov V.N., Shigaev A.M., Ryskin N.M. Numerical Simulation of Nonstationary Dynamics of Resonant Microwave Oscillators // Sixth International Vacuum Electronics Conference IVEC 2005. April 20−22, 2005. Noordwijk, The Netherlands. P. 199−202.
- Shigaev A.M., Ryskin N.M. Direct Chaotic Communications System on the Basis of a Delayed Feedback Klystron Oscillator // Sixth International Vacuum Electronics Conference IVEC 2005. April 20−22, 2005. Noordwijk, The Netherlands. P.313−316.
- Юб.Шигаев A.M. Сложная динамика простой модели распределенной автоколебательной системы с запаздыванием // Материалы научной школы-конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых — 99». Саратов, Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 1999. С. 71−74.
- Шигаев A.M. Исследование сложной динамики клистронного автогенератора с запаздывающей обратной связью // Материалы научной школы-конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых — 2000». Саратов, Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 2000. С. 35−38.
- Шигаев A.M. Сложная динамика моделей автогенераторов на базе многорезонатор-ных пролетных клистронов // Материалы научной школы-конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых — 2003». Саратов, Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 2003. С. 250−253.
- Шигаев A.M. Нелинейная динамика и хаос в цифровых системах связи // Материалы научной школы-конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых — 2003». Саратов, Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 2003. С. 122−124.
- Ш. Дмитриева Т. В., Рыскин Н. М., Шигаев A.M. Сложная динамика простых моделей распределенных электронно-волновых систем // Труды VII Всероссийской школы-семинара «Физика и применение микроволн». Т.1. М.: МГУ, 1999. С.135−137.
- Шигаев A.M. Сложная динамика простой модели электронного автогенератора с запаздыванием. // Сборник тезисов Седьмой Всероссийской научной конференция студентов-физиков и молодых ученых. Санкт-Петербург, СПбГУ, 2001. С. 733−734.
- Ryskin N.M., Shigaev A.M. Self-modulation and chaos in delayed-feedback klystron oscillator //31st IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS 2004). June 28 -July 1,2004. Baltimore, Maryland, USA. P. 379.