Когерентный резонанс в микроволновых генераторах хаоса

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.  

Об авторах

Павел Сергеевич Комков

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)

ORCID iD: 0009-0002-5988-5352
410012, Россия, Саратов, ул. Астраханская, 83

Дмитрий Сергеевич Пыхтунов

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)

410012, Россия, Саратов, ул. Астраханская, 83

Дмитрий Владимирович Романенко

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)

ORCID iD: 0000-0003-1872-6697
SPIN-код: 4853-0881
ResearcherId: D-5767-2013
410012, Россия, Саратов, ул. Астраханская, 83

Валентин Николаевич Скороходов

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)

410012, Россия, Саратов, ул. Астраханская, 83

Сергей Валерьевич Гришин

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)

ORCID iD: 0000-0002-3654-3299
SPIN-код: 2117-5382
Scopus Author ID: 7005849094
ResearcherId: JQW-7780-2023
410012, Россия, Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).