реклама на сайте
подробности

 
 
 
Reply to this topicStart new topic
> Фазовые шумы генератора двухчастотных колебаний, Оценка фазовых шумов в нестандартной системе.
Artemij14
сообщение May 10 2017, 21:41
Сообщение #1


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 103
Регистрация: 21-07-10
Пользователь №: 58 537



Здравствуйте!

Решил добраться до старой идеи об измерении магнитных полей с помощью ЖИГ генераторов.

Как известно, в ЖИГ генераторах частота сигнала зависит от магнитного поля, как внешнего так и внутреннего. Это можно использовать для измерения магнитных полей. Казалось бы, по частоте можно напрямую судить о величине поля. Однако, сразу возникает проблема температурной нестабильности и фазовых шумов. Даже при постоянном поле, частота генератора будет гулять. В разных временных масштабах с разной амплитудой. Это описывается вариацией Алана для конкретного генератора.

Есть мысль как минимизировать температурную и фазошумовую нестабильность применяя следующую схему:



Можно использовать специальную схему намагничивания, при которой внешние магнитные поля будут уменьшать частоту одного резонатора и увеличивать частоту другого. Если подключить два резонатора в кольцевую схему применяя методику, на которой я не буду останавливаться, мы можем получить генератор двухчастотного сигнала - биений. Из биений легко выделить разностную частоту, по которой далее считается величина внешнего поля.

Вопрос состоит в том, позволит ли улучшить частотную стабильность данная схема?
Ведь усилитель в схеме один и флуктуации и нестабильности в нем будут пропорционально влиять на обе частоты.
В отличие от схемы с двумя генераторами на тех же резонаторах по отдельности, где частота в какой то момент может начать
уплывать в противоположные стороны. Как минимум получаем выигрыш в два раза.

Хотелось бы также понять теорию.
Как посчитать фазовый шум разностного сигнала? Если к примеру частота резонатора номер
№1 - 1000МГц(фазовый шум с одиночным резонатором -90dBc/Hz at 10kHz offset),
№2 - 1010МГц(фазовый шум тот же)
Частота разностного сигнала будет соответственно 10МГц.
Скорее всего фазовый шум упрощенно улучшиться относительно базовых частот как 20logN, где N=1000МГц/10МГц

Дальше фазовый шум несложно перевести в вариацию Алана и понять, что существует наилучшее время накопления сигнала для получения максимальной относительной чувствительности. При этом, учитывая, что в области 10^0-10^3 секунд вариация Алана у ЖИГ генераторов сильно растет, абсолютная точность показаний датчика будет падать со временем. И вопрос до какого значения и когда она остановится и перейдет в относительно медленное старение из случайных фликкер флуктуаций фазы и частоты.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 11 2017, 00:15
Сообщение #2


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



тактактак, что-то знакомое. линия задержки, поди,нелинейная, ферритовая....

проблема в том что разрешение измерений (имхо) будет не выше датчика холла. дело в том, что ЖИГ устройства еще как черт зависят от температуры (кроме, например периодических линий нагруженных на сосредоточенные элементы, где температурная зависимость определяется нагрузкой)... а температурная стабилизация - это та еще головная боль. Еще хорошо если у вас в катушке маленький ток... А если это ампер, как получается при изготовлении на коленке, то температурный уход катушки адский.
В лабораториях под прибором ставят плитку, а сверху вентилятор, чтобы создать некоторое тепловое равновесие с мощностью источника превосходящей саморазогрев ферритового образца.
А снаружи ставят все тот же датчик холла в обратной связи регулятора тока катушки. В принципе на коротких измерениях подходит и стабилизатор на КРЕН, превращенный в источник тока путем обхвата прецизионного измерительного резистора, который тоже баксов в $100 обойдется - тогда вы действительно сможете и смещение подать и уход измерить.
Т.о ваша идея балансировки может и оправдаться. Но если у вас спин-волновые резонаторы, то наклон дисперсии спинволн зависит от поля, тоже нелинейно. Это имхо нарушит баланс.

по поводу шумов... не специалист. Как оценивать интермодуляцию - не знаю - просто подставляю синтезированный шум в Матлаб и считаю как нелинейный смеситель 2 порядка. Действительно ли она уменьшится? Я понимаю, что вы представляете эту цепь как PLL контур, где внутренний контур из резонаторов как будто-делитель. Но разностная частота вроде-бы образуется в усилителе, который сам же и является основным источником шума. Я когда-то измерял по инструкции, как обычно. Если в усилитель и в общее экранирование душу не вложить, то ничего особенного не выйдет. (вот ваши -90 дБц - это на бумаге, или вы уже измерили?) . Вся особенность, что кроме ФШ основных частот конечно очень много интермодуляций, хотя при небольшом усилении в кольце они немножко в стороне от опорных и от первого продукта. А вообще-то говоря, у вас там по сути 3(или четыре?) достаточно нелинейных элемента. В таких кольцах могут бегать солитоны разных конфигураций, такое же кольцо используют в экспериментах с детерминированным хаосом. Т.е. в худшей ситуации, по времени, система может скачками менять состояния и мощность будет перекачиваться в разные части спектра почти непредсказуемо. И вот вы посмотрите спектр, он будет красивенький, те же -90дБц и на 10 кГц и на 100кГц, может чуть потолще середина пика(а кто ее измеряет). а чуть подальше вместо полки БШ там такой забор начнется.

Сообщение отредактировал Hale - May 11 2017, 02:04
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Artemij14
сообщение May 11 2017, 05:27
Сообщение #3


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 103
Регистрация: 21-07-10
Пользователь №: 58 537



Там будет резонатор в виде диска из ЖИГ пленки. Работать он будет в линейном режиме. Мощность на него подавать запредельную не требуется.

Конечно, температурная зависимость сильна, но есть метод J.D. Adam"а, который описывает термостабилизацию подобных устройств на основе эффекта температурного размагничивания магнитов системы намагничевания и который мы выдавали года 3 за свое изобретение, пока не нашли его статью от 1984 года.

Здесь статья по этому поводу http://mwelectronics.ru/2012/Poster/C24_V....bilizatsiya.pdf
А здесь моя диссертация, в которой в самом конце еще подробнее описан этот подход и получена вполне неплохая термостабильность 10^-6 - 10^-7 на градус, если не ошибаюсь. http://www.sgu.ru/sites/default/files/diss...alitvinenko.pdf

Да, точно, я представляю это для себя как PLL. Тем более, что разностную частоту я получаю потом, после буфера и простейшего диода. Мне пока все таки представляется, что улучшение будет как 20logN =)




Солитонов как у Калиникоса или Гришина здесь не будет - здесь нет линий задержек, только пленочные резонаторы работающие на ФМР, либо ЖИГ сферы могут быть. Там нет бегущих волн.

Катушек с током у меня в схеме намагничивания принципиально нет. Там постоянные магниты и за счёт их температурного размагничивания достигается температурная компенсация.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
khach
сообщение May 14 2017, 10:46
Сообщение #4


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 196
Регистрация: 29-12-04
Пользователь №: 1 741



Если эти два резонатора включены с использованием обычного резистивного сплиттера, то шумы только ухудшаться- начнется "переливание" энергии ЭМ колебаний из одного резонатора в другой и обратно. Процесс очень похож на многомодовую генерацию пп лазера- там тоже один усилитель на много виртуальных резонаторов, каждый для своей моды.
Если же сопряжение резонаторов фазозависимое, то могут быть очень интересные решения.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Artemij14
сообщение May 14 2017, 14:46
Сообщение #5


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 103
Регистрация: 21-07-10
Пользователь №: 58 537



Планировался резистивный сплиттер и ограничители, чтобы реализовать режим конкуренции мод и получить двухчастотные колебания.

Как понять фазозависимое и где об этом почитать?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
khach
сообщение May 14 2017, 19:27
Сообщение #6


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 196
Регистрация: 29-12-04
Пользователь №: 1 741



Цитата(Artemij14 @ May 14 2017, 16:46) *
Как понять фазозависимое и где об этом почитать?

Два резонатора связанные через направленные ответвители или 90-градусные гибридные мосты, иногда устройств связи может быть больше двух.
Гуглить cross coupled resonator и artificial band gap. Большинство полезных ссылок будет по оптике, но можно экстраполировать на СВЧ

Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 15 2017, 00:18
Сообщение #7


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



Цитата
”Там будет резонатор в виде диска из ЖИГ пленки”

Если честно, я затрудняюсь сказать, в чем прелесть использования пленок на частоте ФМР. Пленки специально делают, чтобы перейти на резонанс спиновых. И как я представляю (могу и ошибаться, т.к. не изучил,к огда была возможность) уходя от k=0 получается небольшой выигрыш по шуму. Но дисперсия СВ с ростом поля меняется нелинейно, так что балансировка затруднительна.
Ну, ФМР, так ФМР.

Цитата
"Там постоянные магниты и за счёт их температурного размагничивания достигается температурная компенсация. "

Тогда хорошо. Я с этой технологией, к сожалению, не знаком. Довольно интересно, спасибо.

Сообщение отредактировал Hale - May 15 2017, 01:18
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Artemij14
сообщение May 15 2017, 19:23
Сообщение #8


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 103
Регистрация: 21-07-10
Пользователь №: 58 537



Цитата(Hale @ May 15 2017, 04:18) *
Если честно, я затрудняюсь сказать, в чем прелесть использования пленок на частоте ФМР. Пленки специально делают, чтобы перейти на резонанс спиновых. И как я представляю (могу и ошибаться, т.к. не изучил,к огда была возможность) уходя от k=0 получается небольшой выигрыш по шуму. Но дисперсия СВ с ростом поля меняется нелинейно, так что балансировка затруднительна.
Ну, ФМР, так ФМР.


Признаюсь, вы поймали меня на нестыковке. Если говорить сторого, то ФМР там не будет. Однако, учитывая что диаметр диска 2мм и намагничивание нормальное, то длина волны первой моды прямых объемных магнитостатических волн в данном резонаторе будет 4мм и это k=2.5. А это по частоте практически ФМР. В работах по генерации солитонов в генераторах с ЖИГ волноводами используются k=50...500. И дисперсия с ростом частоты в таких системах заметно нелинейна. Все таки широкополосный фильтр.

В данной системе на дисперсию и ее нелинейность можно внимание не обращать, т.к. мы имеем дело с резонаторома, работающими в узкой полосе (ЖИГи достаточно добротные, так что очень даже узкой). А про балансировку я не совсем понял о чем вы. Если балансировка мощности в резонаторах, то это будут осуществлять подключенные к ним параллельно земле ограничители-диоды.

Цитата(khach @ May 14 2017, 23:27) *
Два резонатора связанные через направленные ответвители или 90-градусные гибридные мосты, иногда устройств связи может быть больше двух.
Гуглить cross coupled resonator и artificial band gap. Большинство полезных ссылок будет по оптике, но можно экстраполировать на СВЧ


Да, были мысли как поток мощности разделить после усилителя. Частоты будут небольшие - максимум 2.5ГГц и разветвитель мощности на микрополосках будет большой, но раз это позволит шумы снизить, то надо делать. Спасибо за подсказки!
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 16 2017, 01:01
Сообщение #9


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



"В работах по генерации солитонов в генераторах с ЖИГ волноводами используются k=50...500."
просто там обычно середина полосы антенн, равномерное согласование и наименьшее ослабление. Еще довольно часто исследуется затухание пакета, соответственно волна желательно покороче. И на малых К у спинволн наблюдается куча паразитных эффектов, как-то взаимодействие с акустическими модами, а рядом еще оптическая ветвь. Формированию нелинейных процессов как таковых малые k сильно не препятствуют. Есть еще одна причина. Стараются сильно не понимать частоту, чисто из удобства (вес магнита). Поэтому нижнюю границу полосы выравнивают аккурат по границе 3-волновых процессов. Вам же придется поднять частоту(поле) еще выше.

про балансировку. Я говорил про балансировку ухода частоты в двух резонаторах. Положительный уход не будет равен отрицательному. Хотя при малых k, это действительно не критично.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Artemij14
сообщение May 16 2017, 17:56
Сообщение #10


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 103
Регистрация: 21-07-10
Пользователь №: 58 537



3-магнонные нелинейные процессы благо беспокоить не будут - мощность малая в резонаторе. Поэтому и поле может быть невелико.
Согласен, уходы будут практически равны, так как на k=2.5 частота практически равна OmegaH=gamma*H0 и не сильно будет уходить от нее при разных полях.

Сильнее всего будут влиять на результаты измерения именно фазовые шумы системы. Попробую реализовать эту штуковину и тогда отпишусь.

Спасибо всем за подсказки и внимание.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Hale
сообщение May 16 2017, 23:53
Сообщение #11


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 11-10-11
Пользователь №: 67 667



в отличие от 4-магнонных, порог 3-магнонных в ЖИГ пленках очень низкий, т.е. они слабо пролезают практически при любой мощности. поэтому и советуют поднимать частоту.
Go to the top of the page
 
+Quote Post

Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 17th October 2017 - 16:59
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01288 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016