Книга: Дмитриев А. C., Ефремова Е. В., Максимов Н. А., Панас А. И. «Генерация хаоса»

Серия: "Мир физики и техники"

Явление динамического хаоса, открытое в последней трети двадцатого века, широко распространено в природе и искусственных системах. Его необычные свойства буквально перевернули обычные представления о том, что малые возмущения или события могут приводить лишь к незначительным изменениям в будущем. Оказалось, что все может быть с точностью до наоборот ( "эффект бабочки" ).
Подобно тому, как лазеры являются эффективными источниками узкополосного света, генераторы хаотических колебаний являются эффективными источниками широкополосных аналоговых шумоподобных колебаний.
Излагаются теория генерации динамического хаоса в радио- и микроволновом диапазонах частот, принципы построения источников хаоса и их реализация в виде твердотельных устройств с сосредоточенными параметрами.

Содержание:

Предисловие...... 9 Введение...... 11 Глава 1. Начало процесса. Обнаружение явления в электронных системах. Первые экспериментальные и теоретические результаты...... 19 1. 1. Введение...... 19 1. 2. Генерация хаоса в вакуумных приборах...... 20 1. 3. Микрополосковые генераторы хаоса...... 23 1. 4. Моделирование генераторов хаоса...... 26 Глава 2. Радиофизические системы с собственной сложной динамикой и методы их исследования...... 32 2. 1. Введение...... 32 2. 2. Кольцевые радиофизические системы...... 34 2. 3. Теоретические предпосылки исследования сложной динамики физическиx систем...... 40 2. 4. Методы компьютерного моделирования...... 42 2. 5. Экспериментальные методы исследования. Обработка данных...... 45 Глава 3. Хаотическая динамика кольцевых автоколебательных систем с полутора степенями свободы...... 47 3. 1. Введение...... 47 3. 2. Динамика автогенератора с инерционным запаздыванием первого порядка...... 48 3. 3. Теоретическое и численное исследование влияния асимметрии на динамику кольцевого автогенератора...... 70 3. 4. Экспериментальное исследование автогенератора с асимметричной характеристикой нелинейного элемента...... 83 Глава 4. Динамический хаос в кольцевых системах с произвольным числом степеней свободы...... 95 4. 1. Введение...... 95 4. 2. Странные аттракторы в кольцевых автоколебательных системах с апериодическими звеньями...... 96 4. 3. Динамика модели с 2, 5 степенями свободы и симметричной характеристикой нелинейного элемента...... 98 4. 4. Явление затягивания и переключения мод в системе с 2, 5 степенями свободы...... 114 4. 5. Развитие странных аттракторов с ростом надкритичности. Фазовые переходы «хаос—гиперхаос»...... 119 4. 6. Динамика модели с 3, 5 степенями свободы. Хаос на основе двухи трехчастотных колебаний...... 123 4. 7. Экспериментальное исследование системы с 2, 5 степенями свободы и асимметричной характеристикой нелинейного элемента...... 125 Глава 5. Прецизионные генераторы хаоса...... 135 5. 1. Введение...... 135 5. 2. Понятие хаотического синхронного отклика...... 136 5. 3. Примеры декомпозиции автоколебательных систем...... 138 5. 4. Оценка качества хаотического синхронного отклика...... 141 5. 5. Устойчивость отклика. Явление «on–off»-перемежаемости...... 142 5. 6. Критерий прецизионности генераторов...... 146 5. 7. Структура прецизионных генераторов хаоса...... 147 5. 8. Генератор хаоса с 1, 5 степенями свободы...... 149 5. 9. Генератор хаоса с 2, 5 степенями свободы...... 158 Глава 6. Синтез хаотических сигналов с заданным спектром мощности...... 166 6. 1. Введение...... 166 6. 2. Модель автоколебательной системы (АКС)...... 166 6. 3. АКС с числами n = 1, m = 0...... 168 6. 4. АКС с числами n = 2, m = 0...... 171 6. 5. АКС с числами n = 1, m = 1...... 173 6. 6. Динамические характеристики хаотических сигналов с заданными спектральными характеристиками...... 174 Глава 7. Твердотельные источники хаотических колебаний на базе автоколебательных систем с малым числом степеней свободы...... 177 7. 1. Введение...... 177 7. 2. Базовые модели низкоразмерных автоколебательных систем на основе твердотельных активных элементов...... 177 7. 3. Автоколебательная система с 1, 5 степенями свободы...... 180 7. 4. Автоколебательная система с 2, 5 степенями свободы...... 182 7. 5. Задача формирования спектральных характеристик сигналов в низкоразмерных автоколебательных системах...... 189 7. 6. Спектральные характеристики автоколебательной системы с 1, 5 степенями свободы...... 190 7. 7. Спектральные характеристики автоколебательной системы с 2, 5 степенями свободы...... 195 7. 8. Автоколебательная система с 2, 5 степенями свободы с экспоненциальной характеристикой активного элемента...... 199 7. 9. Влияние размерности автоколебательной системы на спектральные свойства хаотических сигналов...... 203 7. 10. Генерация хаотических колебаний с более сложными формами спектра мощности...... 205 Глава 8. Компьютерное моделирование твердотельных источников хаоса микроволнового диапазона...... 208 8. 1. Введение...... 208 8. 2. Принципы построения имитационных моделей для хаотических систем микроволнового диапазона...... 210 8. 3. Средства моделирования...... 211 8. 4. Модель твердотельного источника хаоса дециметрового диапазона...... 213 8. 5. Экспериментальный макет твердотельного источника хаоса дециметрового диапазона...... 223 8. 6. Модель твердотельного источника хаоса сантиметрового диапазона...... 227 8. 7. Экспериментальный макет твердотельного источника хаоса сантиметрового диапазона...... 228 8. 8. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов...... 230 Глава 9. Генерация хаотических импульсов...... 232 9. 1. Введение...... 232 9. 2. Модель неавтономной автоколебательной системы с 2, 5 степенями свободы...... 233 9. 3. Динамика низкоразмерной модели автоколебательной системы при внешнем гармоническом воздействии...... 235 9. 4. Динамика низкоразмерной модели автоколебательной системы при периодическом воздействии видеоимпульсами...... 237 9. 5. Генерация сложных идентичных импульсов...... 239 9. 6. Модель неавтономной автоколебательной системы с сосредоточенными параметрами...... 240 9. 7. Моделирование автоколебательной системы с сосредоточенными параметрами под внешним управляющим воздействием...... 241 9. 8. Идентичность импульсов...... 244 9. 9. Экспериментальный макет...... 245 9. 10. Генерация импульсов. Эксперимент...... 246 Глава 10. Твердотельные источники хаоса микроволнового диапазона...... 249 10. 1. Введение...... 249 10. 2. Динамика некоторых простых автоколебательных систем с сосредоточенными параметрами при учете эквивалентной схемы корпуса транзистора...... 249 10. 3. Источник хаоса микроволнового диапазона с одним источником питания. Моделирование без учета топологии платы...... 256 10. 4. Источник хаоса микроволнового диапазона с одним источником питания. Моделирование с учетом топологии платы...... 258 10. 5. Экспериментальное исследование твердотельного источника хаоса микроволнового диапазона с одним питанием...... 260 10. 6. Источник хаоса микроволнового диапазона с одним источником питания с печатными индуктивностями...... 262 10. 7. Экспериментальное исследование динамических режимов твердотельного источника хаоса микроволнового диапазона с одним источником питания с печатными индуктивностями...... 267 10. 8. Экспериментальное исследование зависимости спектральных характеристик сигнала от значений параметров системы...... 271 Глава 11. Генерация хаотических колебаний в автоколебательной системе на основе полевого транзистора...... 275 11. 1. Введение...... 275 11. 2. Модель автоколебательной системы с полевым транзистором в качестве активного элемента...... 275 11. 3. Генерация хаоса на высоких частотах при заданной крутизне характеристики транзистора...... 279 11. 4. Моделирование с учетом реальных характеристик транзистора...... 281 Глава 12. Моделирование твердотельных источников хаоса микроволнового диапазона в виде интегральных микросхем...... 285 12. 1. Введение...... 285 12. 2. Моделирование твердотельных источников хаоса микроволнового диапазона в виде интегральных микросхем на основе кремний-германиевой технологии...... 286 12. 3. Экспериментальная реализация твердотельного источника хаоса микроволнового диапазона в виде интегральной микросхемы на основе кремний-германиевой технологии...... 293 Глава 13. Распределенная автоколебательная система с тремя активными элементами...... 294 13. 1. Введение...... 294 13. 2. Структура автоколебательной системы...... 294 13. 3. Экспериментальное исследование системы...... 295 13. 4. Модель распределённой системы...... 299 13. 5. Исследование бифуркационных явлений...... 302 Глава 14. Система на сосредоточенных элементах...... 309 14. 1. Введение...... 309 14. 2. Переход от системы с распределёнными элементами к структуре на сосредоточенных элементах...... 309 14. 3. Динамика основных режимов колебаний...... 315 14. 4. Экспериментальное исследование системы...... 320 14. 5. Изменение спектральных и энергетических свойств колебаний при вариации количества активных элементов в кольце обратной связи...... 324 14. 6. Управление спектром автоколебаний...... 326 Глава 15. Генерация хаоса в системе на КМОП-структуре...... 330 15. 1. Введение...... 330 15. 2. Структура и модель системы...... 331 15. 3. Исследование динамических свойств системы...... 334 15. 4. Управление диапазоном частот спектра мощности колебаний...... 338 15. 5. Влияние длины канала КМОП-структуры на частотные и энергетические характеристики хаотических колебаний...... 340 15. 6. Эксперимент...... 344 Процесс разработки экспериментального макета...... 344 Исследование экспериментального макета...... 348 Глава 16. Генерация хаотических импульсов микроволнового диапазона в системе на КМОП-структуре...... 351 16. 1. Введение...... 351 16. 2. Динамика системы при работе в импульсном режиме...... 351 16. 3. Экспериментальное подтверждение возможности генерации хаотических импульсов...... 357 Глава 17. Генераторы хаоса средней мощности в микрополосковом исполнении...... 359 17. 1 Введение...... 359 17. 2 Описание конструкции генератора и его динамических режимов...... 359 17. 3. Низкочастотное периодическое воздействие на СВЧ-генератор...... 366 Глава 18. Феноменологические модели и их анализ...... 369 18. 1 Введение...... 369 18. 2. Динамика нелинейного осциллятора с р—n-переходом при внешнем гармоническом воздействии. Численный эксперимент...... 369 18. 3. Экспериментальное исследование физической модели нелинейного осциллятора...... 377 18. 4. Нелинейный осциллятор при внешнем гармоническом воздействии и постоянном смещении на р—n-переходе...... 383 18. 5. Низкочастотная модель генератора с варактором...... 386 Глава 19. Моделирование генерации микроволнового хаоса повышенной мощности...... 391 Литература...... 397 Предметный указатель...... 418

Издательство: "Техносфера" (2012)

ISBN: 9785948363219