Coherent resonance in the microwave chaos generators

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of this study is the observation of coherent resonance phenomenon in two microwave single-mode chaos generators with a delayed feedback under external noise influence. The first generator is a vacuum chaos generator based on a traveling wave tube and a multi-resonator drift klystron. The second generator is a solid-state chaos generator based on a transistor amplifier and a spin-wave transmission line supporting a magnetostatic surface wave (MSSW) propagation. The chaotic dynamics of the vacuum generator is caused by the presence of a falling section on the amplitude characteristic of the drift klystron. In the solid-state generator, the development of chaotic dynamics is associated with a nonlinear parametric three-wave decay of the MSSW into short-wave spin waves. Methods. To observe the coherent resonance phenomenon in single chaotic oscillators (the microwave chaos generators), the time filtering method under the noise influence with a limited frequency band is used. The method is based on the effect of forced chaos synchronization (through its suppression) by external noise. The proposed method has the greatest efficiency in frequency separation of the power spectra of chaotic and noise signals (the power spectra of both signals should not overlap). Results. In the studied microwave chaos generators of various physical natures, the existence of the “on-off” intermittency mode, in that the coherent resonance phenomenon is observed, has been experimentally established. It has been shown that the autocorrelation time of the envelope of a chaotic MW signal has a maximum value at a certain power level of the noise MW signal, and this maximum value depends on the noise MW signal bandwidth. Conclusion. The developed method for the coherent resonance observation can also be applied to the multimode (broadband) ring chaos generators with the delayed feedback.  

About the authors

Pavel Sergeevich Komkov

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0002-5988-5352
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Dmitry Sergeevich Pyhtunov

Saratov State University

ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Dmitrij Vladimirovich Romanenko

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0003-1872-6697
SPIN-code: 4853-0881
ResearcherId: D-5767-2013
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Valentin Nikolaevich Skorokhodov

Saratov State University

ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Sergej Valerevich Grishin

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-3654-3299
SPIN-code: 2117-5382
Scopus Author ID: 7005849094
ResearcherId: JQW-7780-2023
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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).