Методи і пристрої генерування та формування сигналів з регулярною й хаотичною динамікою для інфокомунікаційних систем

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково-прикладної проблеми, яка полягає у необхідності розроблення нових та вдосконалення відомих методів і пристроїв генерування та формування сигналів, що забезпечують керування регулярною та хаотичною динамікою сигналів при електричному перелаштуванні параметрів автоколивних систем таких пристроїв у широких межах зі збереженням стійкості режимів їх роботи, що оптимізовані за максимумом інформаційних властивостей, зокрема ентропією й фрактальною розмірністю. Отримали подальший розвиток метод Ван дер Поля для побудови генераторів сигналів з регулярною динамікою та методи Чуа, Кияшко-Піковського-Рабіновича й Аніщенко-Астахова для побудови генераторів сигналів з хаотичною динамікою, які, на відміну від відомих, полягають у застосуванні нелінійних і реактивних властивостей транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Удосконалені математичні моделі генераторів Ван дер Поля періодичних і квазіперіодичних електричних коливань на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Удосконалені математичні моделі генераторів Кияшко-Піковського-Рабіновича й Аніщенко-Астахова хаотичних електричних коливань на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Розроблено нові та удосконалено відомі схеми генераторів з електричним керуванням динамікою регулярних і хаотичних коливань. Досліджені динамічні процеси в автоколивних системах таких генераторів при електричному перелаштуванні їх параметрів у широких межах. Досліджено нелінійні та хаотичні режими роботи у розроблених схемах генераторів із електричним керуванням динамікою періодичних і хаотичних сигналів та оптимізовані параметри їх автоколивних систем по максимуму ентропії Колмогорова-Сіная. Досліджено динамічні процеси в генераторах Колпітца з однотранзисторним і двотранзисторним активними елементами із застосуванням керованих напругою транзисторних еквівалентів ємності та оптимізовані параметри їх автоколивних систем по максимуму ентропії Колмогорова-Сіная. Запропонований новий метод формування періодичних сигналів у неавтономних пристроях на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором зі статичною ВАХ Λ-типу. Розроблена нова математична модель пристроїв формування періодичних сигналів та досліджені динамічні процеси, що мають місце в них, у режимах підсилення вхідних сигналів, ділення частоти та амплітудної модуляції. Розроблено нові та удосконалені відомі схеми електрично керованих помножувачів частоти, електричних фільтрів та фазообертачів сигналів з регулярною динамікою, принцип роботи яких заснований на використанні нелінійних і реактивних властивостей транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Диссертационная работа посвящена решению научно-прикладной проблемы, которая заключается в необходимости разработки новых и усовершенствования известных методов и устройств генерирования и формирования сигналов, обеспечивающих управление регулярной и хаотической динамикой сигналов при электрической перестройке параметров автоколебательных систем таких устройств в широких пределах с сохранением устойчивости режимов их работы, оптимизированных по максимуму информационных свойств, в частности энтропии и фрактальной размерности. Получили дальнейшее развитие метод Ван дер Поля для построения генераторов сигналов с регулярной динамикой и методы Чуа, Кияшко-Пиковского-Рабиновича и Анищенко-Астахова для построения генераторов сигналов с хаотической динамикой, которые, в отличие от известных, заключаются в применении нелинейных и реактивных свойств транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Усовершенствованы математические модели генераторов Ван дер Поля периодических и квазипериодических электрических колебаний на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Усовершенствованы математические модели генераторов Кияшко-Пиковского-Рабиновича и Анищенко-Астахова хаотических электрических колебаний на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Разработаны новые и усовершенствованы известные схемы генераторов с электрическим управлением динамикой регулярных и хаотических колебаний. Исследованы динамические процессы в автоколебательных системах таких генераторов при электрической перестройке их параметров в широких пределах. Исследованы нелинейные и хаотические режимы работы в разработанных схемах генераторов с электрическим управлением динамикой периодических и хаотических сигналов и оптимизированы параметры их автоколебательных систем по максимуму энтропии Колмогорова-Синая. Исследованы динамические процессы в генераторе Колпитца с однотранзисторным и двухтранзисторным активными элементами с применением управляемых напряжением транзисторных эквивалентов емкости и оптимизированы параметры их автоколебательных систем по максимуму энтропии Колмогорова-Синая. Предложен новый метод формирования периодических сигналов в неавтономных устройствах на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением со статической ВАХ Λ-типа. Разработана новая математическая модель устройств формирования периодических сигналов и исследованы динамические процессы, имеющие место в них, в режимах усиления входных сигналов, деления частоты и амплитудной модуляции. Разработаны новые и усовершенствованы известные схемы электрически управляемых умножителей частоты, электрических фильтров и фазовращателей сигналов с регулярной динамикой, принцип работы которых основан на использовании нелинейных и реактивных свойств транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. The thesis is dedicated to solving the scientific and practical problem, that is creating new and improving well-known methods and devices of generating and forming signals, that provide regular and chaotic signal dynamics control at electric retuning self-oscillatory system parameters of such devices in a wide range, preserving stability of their operating modes, optimized by the maximum of informational properties, particularly entropy and fractal dimension. The Van der Pol method for constructing oscillators of signals with regular dy-namics and the Chua, Kiyashko-Pikovsky-Rabinovich, and Anishchenko-Astakhov methods for constructing oscillators of signals with chaotic dynamics have got a further development. They differ from well-known ones by applying non-linear and reactive properties of the transistor structures with negative differential resistance. Mathematic models of the Van der Pol oscillators of periodic and quasiperiodic electric oscillations based on transistor structures with negative differential resistance have been improved. Mathematic models of the Kiyashko-Pikovsky-Rabinovich and Anishchenko-Astakhov oscillators of chaotic electric oscillations based on transistor structures with negative differential resistance have been improved. For oscillators with electric control of periodic and chaotic signal dynamics new circuits have been developed and well-known ones have been improved. Dynamic processes in the self-oscillatory systems of these oscilla-tors have been examined at electric retuning their parameters in a wide range. Non-linear and chaotic operating modes in the developed oscillator circuits with electric control of periodic and chaotic signal dynamics have been examined. Parameters of self-oscillatory systems of these oscillators have been optimized by the maximum of the Kolmogorov-Sinai entropy. Dynamic processes in the Colpitts oscillators with one-transistor and two-transistor active element using voltage-controlled transistor capacitance equivalents have been examined. Parameters of self-oscillatory systems of these oscillators have been optimized by the maximum of the Kolmogorov-Sinai entropy. A new method for forming periodic signals in non-autonomous devices based on the transistor structures with negative differential resistance and a Λ-type static I-V curve has been proposed. A new mathematical model of devices for forming periodic signals has been developed, dynamic processes in them have been examines in modes of input signal amplification, frequency division, and amplitude modulation. There have been developed new and improved wellknown circuits of electrically-controlled frequency multipliers, electric filters, and phase shifters with regular dynamics, which operate using nonlinear and reactive properties of the transistor structures with negative resistance.