ЖИГ-резонатор
ЖИГ-резонатор, резонатор на железо-иттриевом гранате — резонатор СВЧ-диапазона на основе ферромагнитных свойств железо-иттриевого граната.
ЖИГ-резонаторы имеют исключительно высокую добротность (2…3·10 3 ), при этом способны перестраиваться по частоте в широком диапазоне (в некоторых конструкциях — больше декады, в большинстве практических конструкций — порядка октавы).
Применение
На основе ЖИГ-резонаторов строятся перестраиваемые генераторы и фильтры СВЧ-диапазона. ЖИГ-генераторы используются в качестве гетеродинов анализаторов спектра и генераторов стандартных сигналов, благодаря сочетанию способности к перестройке в широком диапазоне и малых фазовых шумов. Фильтры, построенные на основе ЖИГ-резонаторов, находят применение в качестве преселекторов высококачественных приемников СВЧ-диапазона, в составе широкополосных умножителей частоты.
Устройство и принципы работы
Работа ЖИГ-резонаторов основана на явлении ферромагнитного резонанса (резонанса прецессионного движения спиновых моментов электронов) в монокристалах феррита — железо-иттриевого граната. От прочих ферритов, в которых также проявляются аналогичные резонансные явления, ЖИГ отличается малыми потерями различного происхождения, что и объясняет высокую добротность. Частота резонанса с высокой степенью линейности пропорциональна внешнему магнитному полю, что и позволяет осуществлять перестройку резонатора,и не зависит от размера образца, что позволяет сделать резонатор весьма малым.
Резонирующий элемент, как правило, оформлятся в виде сферы (редко — диска) диаметром около 0,5 мм, с хорошо обработанной поверхностью. Для использования в качестве фильтра связь с резонатором осуществляется, как правило, двумя взаимно перпендикулярными индуктивными полупетлями, одна из которых соединяется с входом фильтра, другая — с выходом. Резонатор помещается между полупетлями, на держателе из материала с хорошей теплопроводностью. На нерезонансных частотах ЖИГ ведет себя как диэлектрик и связь между линиями отсутствует в силу их перпендикулярности. На частотах, близких к резонансу возникают компоненты поля, обеспечивающие сильную связь входной и выходной цепей. В случае использования резонатора в составе генератора можно обойтись одной петлей связи, что упрощает конструкцию.
На аналогичном принципе действует фильтр с резонатором в окне между перпендикулярными волноводами.
Резонатор с цепями связи помещается в магнитную систему, обеспечивающую подмагничивание. Как правило, система состоит из двух соленоидов (один для создания основного поля, другой, с меньшим числом витков, для обеспечения модуляции поля) и постоянного магнита (для уменьшения потребления тока основным соленоидом).
Источник
Жиг генератор что это
Исторически в высококачественных синтезаторах с кольцами фазовой подстройки частоты (ФАПЧ) использовались подстраиваемые ЖИГ-генераторы, в которых сочетаются широкая полоса и низкий уровень фазовых шумов [1]. Кроме этого, ЖИГ-генераторы имеют линейные, хорошо воспроизводимые перестроечные характеристики, что упрощает предварительную установку частот в многокольцевых синтезаторах. Благодаря этим уникальным свойствам технические решения, основанные на использовании ЖИГ, широко используются при разработке генераторов сигналов для измерительно-испытательных стендов. Недостатками таких решений являются высокое энергопотребление, большие габариты и относительно высокая цена. Самый же серьезный недостаток, свойственный ЖИГ-технологии, – низкая скорость перестройки (порядка миллисекунд), объясняющаяся большой индуктивностью электромагнитной системы, которая обеспечивает управление частотой. Хотя многие существующие системы все еще успешно работают с такими временами переключения, в новейших системах допустимые времена переключения измеряются микросекундами, но при таких же прочих характеристиках (уровнях фазовых шумов, побочных дискретных составляющих и т.д.), как в синтезаторах с большими временами переключения [2]. Очевидно, что проектирование такого генератора и поиск компромиссных решений связаны с определенными трудностями.
Альтернатива ЖИГ-генераторам – генераторы, управляемые по частоте напряжением (ГУН). В отличие от ЖИГ-генераторов, они перестраиваются гораздо быстрее – можно без труда достичь скорости переключения порядка микросекунд. Габариты, энергопотребление и стоимость ГУН значительно меньше по сравнению с ЖИГ-генераторами, однако шумовые характеристики у них гораздо хуже, что может ограничить использование ГУН в высококачественных синтезаторах. Поэтому сформировалось общепринятое представление (или, лучше сказать, миф?) о том, что на базе ГУН невозможно создать синтезаторы, обладающие столь же низкими уровнями фазовых шумов, как в аналогичных устройствах с ЖИГ-генераторами.
Теоретическое решение
Существует ли способ уменьшения шумов ГУН до уровня, при котором его можно было бы использовать вместо ЖИГ-генератора? Сравним поведение фазовых шумов двух гипотетических генераторов (ЖИГ и ГУН), в которых используются одинаковые активные приборы. Формулу для фазовых шумов генераторов обычно записывают в виде:
Источник
ЖИГ (YIG) генератор 3.2-5.64 ГГц. Как расширить диапазон?
Есть такой генератор для экзекуций. Требуется расширить диапазон перестройки, на сколько возможно для данного варианта. На фото начинка. Генератор однотактный, одна петля связи, развязка от реакции нагрузки внешняя на вентиле.
Вопрос к знатокам ЖИГов, что в конструкции генератора является определяющим для частотного диапазона перестройки и для шумовых параметров:
— материал сферы;
— конфигурация (количество) петель связи;
— схемотехника собственно генератора;
— диапазон изменения магнитного поля подмагничивания.
Можно допустить, что нагрузка генератора чисто активная во всём диапазоне (вентиля на выходе нет). Скажу сразу — материал сферы менять не могу, всё остальное возможно. Генератор будет работать в петле ФАПЧ, в качестве первого гетеродина, поэтому низкий шум тоже важен (пока не берем во внимание шумы ФАПЧ). Прежде чем ковырять методом научного тыка, хотелось бы узнать мнение специалистов.
Зачем поломали.? Специалисты. Если они и спейиалисты и так все поймут. Помоему до того как вы его вскрыли внутри был энертный газ.
Куда там еще разширять диапазон и так пчти актава.(может октава)(короче двухкратное перекрытие по частоте). По шумам. Наверное должы быть хорошие (в смысле низкий уровень фазовых шумов) На сколько это можно было сделать в те времена. Подобного типа генераторов существовала целая линейка. от 1ггц. идо 12 точно. Что стоит в генераторе на 12ггц.не знаю но имеется. Как правило две катушки. одна грубой настройки вторая точной. Ценность этих генераторов в четкой зависимости перестройки по частоте от тока на катушку. Она линейная. Генераторы шли. В ИЧХ. Анализаторы спектра. Измерители КСВ.
Теоретически, зависимость частоты от магнитного поля линейная, ограничений не указывается, по крайней мере практические конструкции есть с перекрытием в 10 раз (2-20Ггц)
Поэтому, направление понятно: увеличивайте магнитное поле, судя по конструкции увеличить его в 1.5 — 2 раза можно просто повысив ток.
Дальше нужно перематывать катушку.
Кстати, при помощи постоянного магнита можно вносить «сдвиг» частоты.
=
Да, повысить размах пилы на катушках и током через диод поиграться.
Если будет срыв на краю диапазона можно попробовать добавить диэлектрич. резонатор
и поиграться местоположением, можно кусочками фольги (можно индий применить).
На выходе генератора нужет вентиль, если стоит, то уточните полосу вентиля,
. он может нарушить планы.
Можно закрыть диапазон набором обычных генераторов, коммутируемых через
через ПИН-диоды или с коммутацией резонаторов-полосков пин-диодами.
=
Аргон закачать после настройки не проблема, . если на предприятии.
Облегчить на краях диапазона можно не напрямую давать нагрузку, а через
фильтровую структуру типа ФНЧ.
Если мощность не важна, то можно аттенюатор добавить.
Нет и небыло там никакого аргона- даже в герметичных заваренных avantekах обычный сухой азот. Разобрали- надо будет перекалибровывать, но если система управления будет с фапч- это неважно. Главное, чтобы сферу не крутили по углу ( в державке). Мультиоктавные ЖИГи обычно только фильтры, с генератором очень трудно получить усточивую обратную связь во всем диапазоне. Самое простое- не мучать жиг и приделать генератор третьей гармоники отключаемый на PiN диодах.
Если же очень хочется помучать- то во первых снять характеристику зависимости мощи от частоты и от тока в катушке. Пересчитать в магнитное поле (или измерить поле холловским датчиком). Разобраться кто виноват в узком диапазоне- диаметр сферы взять слишком большой или транзистор низкочастотный. Если транзистор- то выпаять его нафиг и найти буржуя с граничной частотой ГГц в 20 и выше. Пересчитать под него цепи согласования и напряжения смещения. Временно вместо транзистора запаять перемычку и панорамой снять семейство характеристик резонатора при перестройке во всем диапазоне. Запаять буржуя, согласовать на краях диапазона, добиться генерации, померять фазовый шум и вторую гармонику.
Где то так 🙂 Не пугает?
ЗЫ. Внимательно посмотрел на генератор- вокруг сферы ЖИГ полная петля связи. На ВЧ работать небудет- слишком велика индуктивность. Надо переделывать под полупетлю. Полупетлю формировать на хвостовике тонкого сверла. А вот монтаж ее — вопрос прямых рук и хорошего микроскопа.
то есть на Украине тоже СВЧ одеяло короткое. студенты на оборонных заводах.
А.еще. Ферритовый вентиь менять прийдется- его то перестроить вряд ли получится. Так что ищите новый на свой диапазон.
Еще посмотрите спектр в диапазоне (на анализаторе).
Чтобы не рассыпался нигде и не давал палки, там где не надо.
Источник
Тема: Про генераторы на ЖИГ
Опции темы
Поиск по теме
Про генераторы на ЖИГ
Тут будет продожение темы с 97 страницы «Опознать деталь, блок, изделие.» — тема специфическая и я думаяю, что излишне загромождать тред про детали _не стоит_.
«..старались приклеить сферу не по критерию максимальной добротности..» — если есть возможность выбирать между добротностью и ТКЧ, я выбрал бы все-таки добротность.
«Одно с другим не связанно» — у не совсем качественного граната может оказаться очень узкой область существования полезного эффекта. Вариации внутри этой области очень сильно влияют на добротность — вот поэтому было очень много публикаций по гранатидам. У чистого Y3Fe5O12 область полезного эффекта составляет всего 2-5 % от поля — это сильно усложняет эксплуатацию устройства в естественных условиях (и подбором ориентации кристалла тут не обойтись). Путем введения лигатур область расширили до 10-12%.
Кроме того, есть еще один не хороший момент — чувствительность к температуре имеет и магнитная система и это нужно учитывать прежде собственных температурных изменений кристалла. Для электромагнита стабилизация поля легко и непринужденно делается электронно.
«Не подскажите ли процедуру рассчета витка связи. » — а в каком диапазоне: в отн. низкочастотном будет оптимальнее виток, а в других (>3-4 ГГц) будет действовать «емкостная» связь с «иммерсионной» средой — диэлекриком с малыми потрями на свч. И с каким типом нелинейного элемента (точнее интересен не сам элемент — а какая у него будет присоединенная проводимость )?
«В старых советских ЖИГ было обязательно присутствие ферритового циркулятора на выходе, иначе отраженная волна сводила генератор с ума.» — по той же самой причине, по которой у полупроводниковых и газовых лазеров происходит в аналогичной ситуации увеличение уровня «шумов» (это деликатно именуется «многомодовый режим»). И там и там генерация происходит фактически в режиме нелинейного двуполюсника. Если будет «возврат» мощности (а это означает связь с другой резонирующей системой), то задающий генератор будет перемещаться по всем возможным в этом устройстве точкам, где есть условия для резонанса — этот процесс выглядит как шум, но обладает свойством упорядоченности (ala странный аттрактор). Единственый сособ добится «одномодового» режима генерации — развязка. Так как старые транзиторы (германь и кремний) обладали большой проходной емкостью, то единственным способом уменьшить уровень шума у генератор был циркулятор или же аттеньюатор (серый фильтр).
«Почему не применяли дополнительный усилитель,» — Сделать хороший усилитель с малой проходной емкостью только на полупроводниках черезвычайно сложная задача не только на СВЧ — поэтому народ шел по грубому, но эффективному пути.
Вопрос — есть ли на СВЧ усилители (ввиде схем или же готовых устройств) с развязкой между выходом и входом на уровне 40 дБ?
«только желательно по-крупнее» — а там и так x1.5.
Источник
Тема: ЖИГ (YIG) генератор 3.2-5.64 ГГц. Как расширить диапазон?
Опции темы
Поиск по теме
ЖИГ (YIG) генератор 3.2-5.64 ГГц. Как расширить диапазон?
Есть такой генератор для экзекуций. Требуется расширить диапазон перестройки, на сколько возможно для данного варианта. На фото начинка. Генератор однотактный, одна петля связи, развязка от реакции нагрузки внешняя на вентиле.
Вопрос к знатокам ЖИГов, что в конструкции генератора является определяющим для частотного диапазона перестройки и для шумовых параметров:
— материал сферы;
— конфигурация (количество) петель связи;
— схемотехника собственно генератора;
— диапазон изменения магнитного поля подмагничивания.
Можно допустить, что нагрузка генератора чисто активная во всём диапазоне (вентиля на выходе нет). Скажу сразу — материал сферы менять не могу, всё остальное возможно. Генератор будет работать в петле ФАПЧ, в качестве первого гетеродина, поэтому низкий шум тоже важен (пока не берем во внимание шумы ФАПЧ). Прежде чем ковырять методом научного тыка, хотелось бы узнать мнение специалистов.
Миниатюры
Зачем поломали.? Специалисты. Если они и спейиалисты и так все поймут. Помоему до того как вы его вскрыли внутри был энертный газ.
Куда там еще разширять диапазон и так пчти актава.(может октава)(короче двухкратное перекрытие по частоте). По шумам. Наверное должы быть хорошие (в смысле низкий уровень фазовых шумов) На сколько это можно было сделать в те времена. Подобного типа генераторов существовала целая линейка. от 1ггц. идо 12 точно. Что стоит в генераторе на 12ггц.не знаю но имеется. Как правило две катушки. одна грубой настройки вторая точной. Ценность этих генераторов в четкой зависимости перестройки по частоте от тока на катушку. Она линейная. Генераторы шли. В ИЧХ. Анализаторы спектра. Измерители КСВ.
Теоретически, зависимость частоты от магнитного поля линейная, ограничений не указывается, по крайней мере практические конструкции есть с перекрытием в 10 раз (2-20Ггц)
Поэтому, направление понятно: увеличивайте магнитное поле, судя по конструкции увеличить его в 1.5 — 2 раза можно просто повысив ток.
Дальше нужно перематывать катушку.
Кстати, при помощи постоянного магнита можно вносить «сдвиг» частоты.
=
Да, повысить размах пилы на катушках и током через диод поиграться.
Если будет срыв на краю диапазона можно попробовать добавить диэлектрич. резонатор
и поиграться местоположением, можно кусочками фольги (можно индий применить).
На выходе генератора нужет вентиль, если стоит, то уточните полосу вентиля,
. он может нарушить планы.
Можно закрыть диапазон набором обычных генераторов, коммутируемых через
через ПИН-диоды или с коммутацией резонаторов-полосков пин-диодами.
=
Аргон закачать после настройки не проблема, . если на предприятии.
Облегчить на краях диапазона можно не напрямую давать нагрузку, а через
фильтровую структуру типа ФНЧ.
Если мощность не важна, то можно аттенюатор добавить.
Нет и небыло там никакого аргона- даже в герметичных заваренных avantekах обычный сухой азот. Разобрали- надо будет перекалибровывать, но если система управления будет с фапч- это неважно. Главное, чтобы сферу не крутили по углу ( в державке). Мультиоктавные ЖИГи обычно только фильтры, с генератором очень трудно получить усточивую обратную связь во всем диапазоне. Самое простое- не мучать жиг и приделать генератор третьей гармоники отключаемый на PiN диодах.
Если же очень хочется помучать- то во первых снять характеристику зависимости мощи от частоты и от тока в катушке. Пересчитать в магнитное поле (или измерить поле холловским датчиком). Разобраться кто виноват в узком диапазоне- диаметр сферы взять слишком большой или транзистор низкочастотный. Если транзистор- то выпаять его нафиг и найти буржуя с граничной частотой ГГц в 20 и выше. Пересчитать под него цепи согласования и напряжения смещения. Временно вместо транзистора запаять перемычку и панорамой снять семейство характеристик резонатора при перестройке во всем диапазоне. Запаять буржуя, согласовать на краях диапазона, добиться генерации, померять фазовый шум и вторую гармонику.
Где то так 🙂 Не пугает?
ЗЫ. Внимательно посмотрел на генератор- вокруг сферы ЖИГ полная петля связи. На ВЧ работать небудет- слишком велика индуктивность. Надо переделывать под полупетлю. Полупетлю формировать на хвостовике тонкого сверла. А вот монтаж ее — вопрос прямых рук и хорошего микроскопа.
то есть на Украине тоже СВЧ одеяло короткое. студенты на оборонных заводах.
А.еще. Ферритовый вентиь менять прийдется- его то перестроить вряд ли получится. Так что ищите новый на свой диапазон.
Источник