Infocommunications and Radio Technologies Infocommunications and Radio Technologies ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 2587-9936 53304 10.29039/2587-9936.2022.05.2.16 Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) ELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONS (2.2) Электроника, фотоника, приборостроение и связь (2.2) Stable and Unstable Dynamic Processes in a Self-Oscillating System with Three Degrees of Freedom Устойчивые и неустойчивые динамические процессы в автоколебательной системе с тремя степенями свободы Новиков Сергей Сергеевич Novikov Sergey S. nss@sibmail.com

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Костерова Влада Сергеевна Kosterova Vlada S. vsk727@yandex.ru Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия National Research Tomsk State University Tomsk Russian Federation 28 06 2022 28 06 2022 5 2 218 235 20 06 2022 20 06 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/53304/view

Работа посвящена исследованию динамической неустойчивости когерентных режимов системы двух автогенераторов с сильной взаимной резонансной связью. Показано, что данная система может генерировать синхронные колебания на трех различных частотах, которые соответствуют базовым типам колебаний — модам: одной синфазной и двум противофазным. Проведен качественный анализ влияния характеристик резонансной связи на устойчивость собственных синхронных типов колебаний. Сформулирован аналитический критерий неустойчивости синфазных колебаний и условия его выполнения. Обсуждается возможность подавления устойчивости противофазных колебаний. Методом численного моделирования исследованы временные и спектральные характеристики колебательных процессов в различных режимах, включая хаотический. Продемонстрированы варианты поведения системы при конкуренции и подавлении мод, сопровождаемые автомодуляционными процессами. Обсуждаются особенности настройки динамического хаоса и диагностики его составляющих. Показана возможность получения хаотических сигналов с непрерывным спектром в полосе частот, превышающей октаву.

The work is devoted to the study of the dynamic instability of coherent regimes of a system of two self-oscillators with a strong mutual resonant coupling. It is shown that this system can generate synchronous oscillations at three different frequencies, they correspond to the basic types of oscillations-modes: one in-phase and two anti-phase. A qualitative analysis of the influence of the characteristics of the resonant coupling on the stability of natural synchronous modes of oscillations has been carried out. An analytical criterion for the instability of in-phase oscillations and the conditions for its fulfillment are considered. The possibility of suppressing the stability of antiphase oscillations is discussed. The method of numerical simulation was used to study the temporal and spectral characteristics of oscillatory processes in various modes, including chaotic. Variants of the system behavior under competition and mode suppression accompanied by self-modulation processes are demonstrated. The features of dynamic chaos tuning and diagnostics of its components are discussed. The possibility of obtaining chaotic signals with a continuous spectrum in a band exceeding an octave is shown.

 неустойчивость резонансная связь синхронные колебания динамический хаос instability resonant coupling synchronous oscillations dynamic chaos

Новиков С. С., Усюкевич А. А. Неустойчивость синхронных режимов в системе двух связанных СВЧ-автогенераторов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2012. Т. 55, № 11. С. 51-56. S. S. Novikov and A. A. Usjukevitch, “Instability of synchronous mode in a system of two coupled microwave self-oscillators,” Russian Physics Journal, vol. 55, no. 11, pp. 1296-1302, Apr. 2013, doi: 10.1007/s11182-013-9959-x. (In Russ.). Новиков С. С., Майдановский С. А. Симметричные и несимметричные системы сильно связанных автогенераторов // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48, № 5. С. 595-600. S. S. Novikov and S. A. Maidanovsky, “Symmetric and asymmetric systems of strongly coupled self-oscillators,” Radiotekhnika i electronika, vol. 48, no. 5, pp. 595-600, 2003. (In Russ.). Владимиров С. Н., Майдановский А. С., Новиков С. С. Нелинейные колебания многочастотных автоколебательных систем. Томск : Изд. Том. ун-та, 1993. 203 с. S. N. Vladimirov, A. S. Maidanovsky, and S. S. Novikov, Nonlinear oscillations of multi-frequency self-oscillating systems, Tomsk: Tomsk Univ., 1993. (In Russ.). Shigeji N., Jenshan L., Tatsuo I. Mode analysis and stabilization of a spatial power combining array with strongly coupled oscillators // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 1993. V. 41, no.10. P. 1827-1837. S. Nogi, Jenshan Lin, and T. Itoh, “Mode analysis and stabilization of a spatial power combining array with strongly coupled oscillators,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 41, no. 10, pp. 1827-1837, 1993, doi: 10.1109/22.247929. Ram R. J., Sporer R., Blank H.-R., York R. A.. Chaotic Dynamics in Coupled Microwave Oscillators // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2000. V. 48, no. 11. P. 1909-1916. R. A. York, H.-R. Blank, R. Sporer, and R. J. Ram, “Chaotic dynamics in coupled microwave oscillators,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 48, no. 11, pp. 1909-1916, 2000, doi: 10.1109/22.883871. Lynch J. J., York R. A. Synchronization of Oscillators Coupled Through Narrow-Band Networks // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2001. Vol. 49, no. 2. P. 237-249. J. J. Lynch and R. A. York, “Synchronization of oscillators coupled through narrow-band networks,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 49, no. 2, pp. 237-249, 2001, doi: 10.1109/22.903084. Винтизенко И. И., Новиков С. С. Релятивистские магнетронные СВЧ-генераторы. Томск : Издательство НТЛ, 2009. 430 с. I. I. Vintizenko and S. S. Novikov, Relativistic magnetron microwave generators, Tomsk: NTL Publishing House, 2009. (In Russ.). Новиков С. С., Усюкевич А. А. Разрушение когерентного режима в системе двух автогенераторов при сильных резонансных взаимных связях // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, № 5. С. 14-25. S. S. Novikov and A. A. Usyukevich, “Destruction of the coherent regime in a system of two self-oscillators with strong resonant mutual coupling,” Izv. vuzov. Applied nonlinear dynamics, vol. 20, no. 5, pp. 16-30, 2012. (In Russ.). Новиков С. С., Усюкевич А. А. Явление разрушения когерентности в системе двух связанных СВЧ-автогенераторов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57, № 9/2. С. 16-20. S. S. Novikov and A. A. Usyukevich, “Phenomenon of destruction of coherence in the system of two coupled microwave self-oscillators,” Izv. vuzov. Physics, vol. 57, no. 9/2, pp.16-20, 2014. (In Russ.). Novikov S. S. Hyper-chaos mode in the mutual coupled and partual stable microwave oscillators system // Progress In Electromagnetics Research Symposium : proceedings. St. Peterburg, 2017. P. 1065-1069. S. S. Novikov, “Hyper-chaos mode in the mutual coupled and partual stable microwave oscillators system,” Progress in Electromagnetics Research Symposium: proceedings. St. Peterburg, pp. 1065-1069, 2017. Новиков С. С. Бифуркационные переходы в системе двух СВЧ автогенераторов при резонансной взаимной связи // Актуальные проблемы радиофизики АПР 2019. Сборник трудов конференции. Томск, 2019. С. 200-205. S. S. Novikov, “Bifurcation transitions in a system of two microwave self-oscillators with resonant mutual coupling,” Actual problems of radiophysics APR 2019: Proceedings of the conference. Tomsk, pp. 200-205, 2019. (In Russ.). Новиков С. С., Усюкевич А. А. Динамические режимы системы двух связанных СВЧ автогенераторов // 24-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» - КрыМиКо’2014 (Севастополь, 7-13 сент. 2014 г.). 2014. С. 109-110. S. S. Novikov and A. A. Usyukevitch, “Dynamic modes of two coupled microwave oscillators,” Proc. 24th Int. Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology”, Sevastopol, Crimea, Russia, pp.109-110, 2014. (In Russ.). Новиков С. С., Усюкевич А. А. Цепи связи для систем СВЧ автогенераторов с хаотической динамикой // 25-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» - КрыМиКо’2015 (Севастополь, 6-12 сент. 2015 г.). 2015. С. 525-526. S. S. Novikov and A. A. Usyukevitch “Coupling circuits for microwave self-oscillator systems with chaotic dynamics,” Proc. 25th Int. Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology”, Sevastopol, Crimea, Russia, pp. 525-526, 2015. (In Russ.). Антипов О. И., Неганов В. А., Потапов А. А. Детерминированный хаос и фракталы в дискретно-нелинейных системах / Под ред. и с предисловием акад. Ю. В. Гуляева и чл.-корр. РАН С. А. Никитова. М. : Радиотехника, 2009. 235 с. O. I. Antipov, V. A. Neganov, and A. A. Potapov, Deterministic Chaos and Fractals in Dis-crete Nonlinear Systems, Moscow: Radiotekhnika, 2009. (In Russ.).