Дмитрієв Б. С., Жарков Ю. Д., Левін Ю. І. Саратовський державний університет Московська вул., Д. 156, Саратов – 410026, Росія Тел.: (8452) 516947; e-mail: dmitrievBS@info.sgu . ru

Анотація – Проведено експериментальне дослідження складної динаміки клістронів автогенератора з запізненням, що знаходиться під зовнішнім гармонійним впливом.

I. Вступ

Останнім часом, у зв’язку зі зростаючим інтересом до вивчення хаотичних процесів в детермінованих системах, велика увага приділяється ефектів практичного застосування синхронізації хаотичних систем та управління коливаннями для досягнення заданих властивостей [1]. В цьому плані СВЧ автогенераторного системи з запізнілої зворотним зв’язком (ЗОС) як типові електронні пристрої мають цілу низку істотних переваг при вивченні складної динаміки в порівнянні з механічними, гідродинамічними та іншими системами, тому що вони дуже прості в реалізації, допускають просте і зручне управління параметрами, застосування стандартної вимірювальної апаратури для спостереження та обробки генеруються сигналів. У даній роботі наведено результати експериментального дослідження ефектів, які спостерігаються в автогенератори, реалізованого на основі многоре-зонаторного клістрона з ЗОС, при введенні в систему зовнішнього періодичного сигналу. Була вивчена можливість управління динамікою системи за допомогою зовнішнього сигналу. Раніше подібні дослідження для таких систем не проводилися.

II. Основна частина

Як резонансної СВЧ коливальної системи з ЗОС був використаний промисловий пятіре-зонаторний клістрон середнього рівня потужності, що працює на частоті 2800 МГц. В клістроні використані двухзазорние об’ємні резонатори з протівофазним видом коливань. Для побудови автогенератора збиралася схема, в якій вхідний і вихідний резонатори клістрона з’єднувалися коаксіальної лінією зворотного зв’язку з набором необхідних елементів і приладів для комплексного контролю характерних фізичних параметрів, а також спостереження фазових портретів і спектра коливань

[2]. Повний час запізнювання уздовж кільця зворотного зв’язку, визначене з урахуванням довжини лінії зворотного зв’язку, часу прольоту електронів в просторі дрейфу і добротності резонаторів клістрона, становило 0,3 мкс. Такий автогенератор з запізненням дозволив варіацією керуючих параметрів реалізувати різноманітні регулярні та хаотичні режими генерації [3]. Зовнішнє періодичне вплив здійснювалося генератором стандартних сигналів (ГСС), сигнал якого посилювався за допомогою ЛБВ і подавався на вхід клістрона через спрямований відгалужувач.

У процесі експерименту було вивчено поведінку досліджуваної системи при зовнішньому періодичному впливі. За допомогою настройок ГСС і ЛБВ в експерименті змінювалися частота і амплітуда впливу. Вплив зовнішнього гармонійного сигналу приводило до істотної зміни властивостей і характеру коливань клістронів автогенератора з ЗОС в залежності, як від вихідного режиму автономної системи, так і від параметрів сигналу зовнішнього впливу.

Отримані дані дозволили представити результати експериментів у вигляді карт режимів на площині керуючих параметрів зовнішнього впливу. Для прикладу на рис. 1 приведена послідовність спектрів і фазових портретів при переході до хаосу під зовнішнім впливом. Вихідним автономним режимом був обраний режим одночастотної генерації.

Для фізичної інтерпретації спостережуваних ефектів необхідно звернути увагу на те, що при великих вхідних сигналах електронний потік в клістроні перегруппирован, а реакція автоколебательной системи на початок дії нелінійності запізнюється через кінцевої довжини лінії зворотного зв’язку. З цієї причини амплітуда сигналу починає осцілліровать і в спектрі з’являються сателіти основної частоти. У цих режимах коефіцієнт посилення багаторезонаторного клістрона виявляється складною функцією амплітуд діючих одночасно вхідних сигналів, їх числа і частотних расстроек. Цей складний режим, мабуть, і призводить до ефектів «хаотизації» і «дехаотізаціі» під дією зовнішнього гармонійного сигналу, якщо частота цього впливу виявляється в смузі пропускання резонансної системи клістрона.

III. Висновок

Експериментально показано, що в резонансних автогенераторах СВЧ з ЗОС введення зовнішнього гармонійного сигналу дозволяє істотно впливати на динаміку системи. Змінюючи параметри зовнішнього сигналу можна досить впевнено керувати виникненням і зривом складних коливань в системі, домагаючись самих різних режимів

– від одночастотних гармонійних до хаотичних.

Робота виконана за підтримки грантів РФФМ (проект 03-02-16269) та програми «Університети Росії – Фундаментальні Дослідження» (проект 01.01.049).

1 \ /. Список літератури

[1] В. Д. шавлії, Г. В. Осипов, А. К. Козлов, А. Р. Волковський. Хаотичні коливання – генерація, синхронізація, управління. Зарубіжна радіоелектроніка. Успіхи сучасної радіоелектроніки. 1997. № 10. З 27.

[2] Дмитрієв Б. С., Жарков Ю. Д., Рискін Н. М., Шига-їв А. М. Теоретичне та експериментальне дослідження хаотичних коливань клістронів автогенератора з запізненням. Радіотехніка та електроніка.

2001, т. 46, № 5. с. 604.

[3] Дмитрієв Б. С., Жарков Ю. Д., клекіт Д. В., Рискін Н. М. Експериментальне дослідження складної динаміки в багаторезонаторного клістроном автогенератори з запізнілої зворотним зв’язком. ЖТФ. 2003. Т.73. № 7. с. 105.

Рис. 1. Спектри і фазові портрети клістронів автогенератора з ЗОС при переході до хаосу під зовнішнім впливом.

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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»