С.А. Винокуров1, Д.А. Фролов2, А.Р. Сафин3

1-3 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия)

1,3 Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН (Москва, Россия)

1 sergey.vinokurow@yandex.ru; 2 frolovdan12@gmail.com; 3 arsafin@gmail.com

Постановка проблемы. К важным характеристикам автогенераторов (АГ) относятся ширина линии генерации и способность синхронизироваться с другими АГ. Для расчета переходных процессов, связанных в ансамбль АГ, необходимо учитывать множество параметров каждого из синхронизируемых АГ. Существует множество примеров использования массивов АГ в физике и микроволновой электронике. Так, генерирующие джозефсоновские переходы или наногенераторы с вращающим моментом, для которых свойство синхронизации крайне важно, а также отдельные АГ имеют относительно низкую выходную мощность, но для практического применения этих устройств необходимо действие синхронизированной матрицы. В отличие от аналогичных генераторов с сосредоточенными параметрами АГ с задержанной обратной связью (ЗОС) обладают широким диапазоном перестройки частоты, малым уровнем спектральной плотности мощности (СПМ) фазовых шумов, высокой чувствительностью к внешним воздействиям и др. Несмотря на существующие данные, полученные в теории связанных генераторов с задержкой, в работах, описывающих динамику автоколебательных систем, временна́я задержка в контуре обратной связи АГ или игнорируется, или рассматривается как небольшая коррекция.

Цель. Провести исследование влияния линии задержки (ЛЗ) на стационарный режим АГ, а также на амплитудные и фазовые шумы АГ.

Результаты. Выявлено, что ЛЗ оказывает влияние на фазу и частоту сигнала АГ, а значение времени задержки имеет существенно влияет на фазовый шум. Установлено, что на значение амплитуды генерируемого сигнала задержка не влияет и, как следствие, она имеет слабое влияние на амплитудный шум. Показано, что при помощи ЛЗ можно изменять фазу сигнала АГ, а также частоту колебаний.

Практическая значимость. Представленные результаты исследования влияния значения задержки ЛЗ на амплитудные и фазовые шумы, а также наблюдения свойств неизохронности могут оказать существенную помощь при моделировании и расчете АГ с ЗОС.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания РФ в ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН.

Винокуров С.А., Фролов Д.А., Сафин А.Р. Исследование влияния линии задержки на стационарный режим и шумы автогенератора с задержанной обратной связью // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 1. С. 99−109. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202501-09

1. Chernikov A., Schmidt G. Conditions for synchronization in Josephson-junction arrays // Phys. Rev. E. 1995. V. 52. № 4. P. 3415–3419.
2. Slavin A.N., Tiberkevich V.S. Nonlinear auto-oscillator theory of microwave generation by spin-polarized current // IEEE Transaction on Magnetics. 2009. V. 45. № 4. P. 1875–1910.
3. Ruotolo A. et al. Phase-locking of magnetic vortices mediated by antivortices // Nature Nanotechnology. 2009. V. 4. P. 528–532.
4. Leeson D.B. A simple model of feedback oscillator noise spectrum // Proc. IEEE. 1966. V. 54. № 2. P. 329.
5. Razavi B. Analysis, modeling, and simulation of phase noise in monolithic voltage controlled oscillators // in Monolithic Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits: Theory and Design. IEEE. 1996. P. 195-198, DOI:10.1109/CICC.1995.518195.
6. Robins W.P. Phase Noise in Signal Sources // The Institution of Engineering and Technology. 2007. P. 338.
7. Lee T.H., Hajimiri A. Oscillator phase noise: a tutorial // IEEE J. Solid-State Circuits. 2000. V. 35. № 3. P. 326–336.
8. Hajimiri A., Lee T.H. A general theory of phase noise in electrical oscillators // IEEE J. Solid-State Circuits. 1998. V. 33. № 2. P. 179.
9. Demir A., Mehrotra A., Roychowdhury J. Phase noise in oscillators: a unifying theory and numerical methods for characterization // IEEE Transactions on Circuits and Systems: Fundamental Theory and Applications. 2000. V. 47. № 5. P. 655–674.
10. Keller M.W., Pufall M.R., Rippard W.H., Silva T.J. Nonwhite frequency noise in spin torque oscillators and its effect on spectral linewidth // Phys. Rev. B 82. 2010. Р. 054416.
11. Pykovsky A., Rosenblum M., Kurths J. Synchronization: a universal concept in nonlinear science. Cambridge University Press. 2003. P. 432.
12. Kaka S. et al. Mutual phase-locking of microwave spin torque nano-oscillators // Nature. 2005. № 437. P. 389–39.
13. Hoppensteadt F.C., Izhikevich E.M. Synchronization of laser oscillators, associative memory, and optical neurocomputing // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. № 3. P. 4010–4013.
14. Rezavi B. A study of injection locking and pulling in oscillators // IEEE J. Solid-State Circuits. 2004. № 39. P. 1415–1424.
15. Strogatz S.H. Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order. Hyperion Press. 2003. 360 р.
16. Rubiola E. Phase Noise and Frequency Stability in Oscillators. Cambridge University Press. 2009. 228 р.
17. Schuster H.G., Wagner P. Mutual entrainment of two limit cycle oscillators with time delayed coupling // Prog. Theor. Phys. 1989. № 81. P. 939–945.
18. Yeung M.K.S., Strogatz S.H. Time delay in the Kuramoto model of coupled oscillators // Phys. Rev. Lett. 1999. № 82. P. 648–651.
19. D’Huys O., Vicente R., Erneux T., Danckaert J., Fischer I. Synchronization properties of network motifs: Influence of coupling delay and symmetry // Chaos. 2008. V. 18. Р. 037116.
20. Popovych O.V., Krachkovskyi V., Tass P.A. Phase-locking swallows in coupled oscillators with delayed feedback // Phys. Rev. E. 2010. № 82. Р. 046203.
21. Tiberkevich V.S., Khymyn R.S., Tang H.X., Slavin A.N. Sensitivity to external signals and synchronization properties of a non-isochronous auto-oscillator with delayed feedback // Sci. Rep. 2014. V. 4. Р. 3873. DOI:10.1038/srep03873.