УПРАВЛЕНИЕ ХАОТИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ КЛИСТРОННОГО АВТОГЕНЕРАТОРА ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

April 12, 2012 by admin Комментировать »

Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Лёвин Ю. И. Саратовский государственный университет Московская ул., д. 156, Саратов – 410026, Россия Тел.: (8452) 516947; e-mail: dmitrievBS@info.sgu.ru

Аннотация – Проведено экспериментальное исследование сложной динамики клистронного автогенератора с запаздыванием, находящегося под внешним гармоническим воздействием.

I.  Введение

В последнее время, в связи с возрастающим интересом к изучению хаотических процессов в детерминированных системах, большое внимание уделяется эффектам практического применения синхронизации хаотических систем и управления колебаниями для достижения заданных свойств [1]. В этом плане СВЧ автогенераторные системы с запаздывающей обратной связью (ЗОС) как типичные электронные устройства обладают целым рядом существенных преимуществ при изучении сложной динамики по сравнению с механическими, гидродинамическими и другими системами, т. к. они весьма просты в реализации, допускают простое и удобное управление параметрами, применение стандартной измерительной аппаратуры для наблюдения и обработки генерируемых сигналов. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования эффектов, наблюдаемых в автогенераторе, реализованного на основе многоре- зонаторного клистрона с ЗОС, при введении в систему внешнего периодического сигнала. Была изучена возможность управления динамикой системы с помощью внешнего сигнала. Ранее подобные исследования для таких систем не проводились.

II.  Основная часть

В качестве резонансной СВЧ колебательной системы с ЗОС был использован промышленный пятире- зонаторный клистрон среднего уровня мощности, работающий на частоте 2800 МГц. В клистроне использованы двухзазорные объемные резонаторы с противофазным видом колебаний. Для построения автогенератора собиралась схема, в которой входной и выходной резонаторы клистрона соединялись коаксиальной линией обратной связи с набором необходимых элементов и приборов для комплексного контроля характерных физических параметров, а также наблюдения фазовых портретов и спектра колебаний

[2]    . Полное время запаздывания вдоль кольца обратной связи, определённое с учётом длины линии обратной связи, времени пролёта электронов в пространстве дрейфа и добротности резонаторов клистрона, составляло 0,3 мкс. Такой автогенератор с запаздыванием позволил вариацией управляющих параметров реализовать разнообразные регулярные и хаотические режимы генерации [3]. Внешнее периодическое воздействие осуществлялось генератором стандартных сигналов (ГСС), сигнал которого усиливался с помощью ЛБВ и подавался на вход клистрона через направленный ответвитель.

В процессе эксперимента было изучено поведение исследуемой системы при внешнем периодическом воздействии. При помощи настроек ГСС и ЛБВ в эксперименте менялись частота и амплитуда воздействия. Воздействие внешнего гармонического сигнала приводило к существенному изменению свойств и характера колебаний клистронного автогенератора с ЗОС в зависимости, как от исходного режима автономной системы, так и от параметров сигнала внешнего воздействия.

Полученные данные позволили представить результаты экспериментов в виде карт режимов на плоскости управляющих параметров внешнего воздействия. Для примера на рис. 1 приведена последовательность спектров и фазовых портретов при переходе к хаосу под внешним воздействием. Исходным автономным режимом был выбран режим одночастотной генерации.

Для физической интерпретации наблюдаемых эффектов необходимо обратить внимание на то, что при больших входных сигналах электронный поток в клистроне перегруппирован, а реакция автоколебательной системы на начало действия нелинейности запаздывает из-за конечной длины линии обратной связи. По этой причине амплитуда сигнала начинает осциллировать и в спектре появляются сателлиты основной частоты. В этих режимах коэффициент усиления многорезонаторного клистрона оказывается сложной функцией амплитуд действующих одновременно входных сигналов, их числа и частотных расстроек. Этот сложный режим, по-видимому, и приводит к эффектам «хаотизации» и «дехаотизации» под действием внешнего гармонического сигнала, если частота этого воздействия оказывается в полосе пропускания резонансной системы клистрона.

III.  Заключение

Экспериментально показано, что в резонансных автогенераторах СВЧ с ЗОС введение внешнего гармонического сигнала позволяет существенно влиять на динамику системы. Изменяя параметры внешнего сигнала можно достаточно уверенно управлять возникновением и срывом сложных колебаний в системе, добиваясь самых разных режимов

–   от одночастотных гармонических до хаотических.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (проект 03-02-16269) и программы «Университеты России – Фундаментальные Исследования» (проект 01.01.049).

1\/.Список литературы

[1] В. Д. Шалфеев, Г. В. Осипов, А. К. Козлов, А. Р. Волковский. Хаотические колебания – генерация, синхронизация, управление. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1997. №10. С 27.

[2] Дмитриев Б. С., Жарков Ю. Д., Рыскин Н. М., Шига- ев А. М. Теоретическое и экспериментальное исследование хаотических колебаний клистронного автогенератора с запаздыванием. Радиотехника и электроника.

2001,               т. 46, № 5. с. 604.

[3] 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.

Рис. 1. Спектры и фазовые портреты клистронного автогенератора с ЗОС при переходе к хаосу под внешним воздействием.

Fig. 1. Spectra and phase portraits of klystron self-sustained oscillator with delay feedback illustrating transition to chaos under external influence

OPERATING ON CHAOTIC FLUCTUATIONS OF KLYSTRON OSCILLATORS BY EXTERNAL FORCE

Dmitriev B. S., Zharkov Yu. D., Levin Yu. I.

The Saratov State University

Astrakhanskaya st., 156, Saratov, Russia 410012 Phone: (8452) 516947; e-mail: dmitrievBS@info. sgu.ru

Abstract – the experimental study of complex dynamics of multi-cavity klystron self-oscillator with delay feedback under external periodic influence is presented.

I.  Introduction

Recently great attention is paid to the practical application of the synchronization of chaotic systems and oscillations control for the requested purposes. From this point of view the microwave generator with delay feedback attracts special interest. In this paper the results of the experimental study of the complex dynamics of self-sustained oscillator based on the multi-cavity klystron controlled by the external periodical signal is presented. Such investigations have never been made before.

II.  Main part

As a resonance microwave oscillation system with delay feedback has been chosen the five-cavity klystron of average power with working frequency of 2800 MHz.

The feedback line contains necessary elements and devices for the complex control of different parameters and for the observation of phase portraits and signal spectrums.

The external periodic influence is brought in by the signal of the calibrated generator amplified by the traveling-wave tube, being given to the input resonator of the klystron.

During the experiment the frequency and amplitude of the external signal are changed, what leads to essential changes of the properties and the character of the oscillations of the klystron auto-oscillator. At the same time the effect depended also on the initial regime of the investigated system. For example, on Fig. 1 can be seen the sequence of phase portraits and spectrums illustrating the transition from the regime of one- frequency generation to chaos.

The various regime maps are drawn and physical interpretation of observable effects is given.

III.  Conclusion

It is experimentally shown, that the addition of external harmonic signal into the multi-cavity klystron self-sustained oscillator with delay feedback influences essentially on the system dynamics and helps to operate on the oscillation character.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты