[khach 33]

Добрый день!

Прошу помощи клуба. Появилась задача управлять ЖИГом низкочастотным 1-2 ГГц в петле ФАПЧ. Вроде тривиальная задача. Но оказалось что эти ЖИГ генераторы просто не имеют ЧМ обмотки. Индуктивность основной обмотки достаточно низкая по сравнению с обычными для ЖИГ величинами, но все для получения желаемой полосы частот ФАПЧ требуются напряжения управления под 60-80 вольт.

Вопрос- как решить лучше такую проблему?

Резать полосу ФЧН петли и терять в ФШ?

Делать высоковольтный быстрый драйвер обмотки на достаточно большой ток?

Делать гибридный драйвер обмотки с разделением НЧ- ВЧ каналов, скорее всего через трансформатор?

Разбирать ЖИГ и пытаться приделать ЧМ обмотку?

 

[тау 23]

1 час назад, khach сказал:

но все для получения желаемой полосы частот ФАПЧ требуются напряжения управления под 60-80 вольт.

это действительно так ?  т.е. в установившемся режиме , после окончания перестройки на новую частоту  и с целью работы в полосе для подавления шумов  в этой полосе требуется такой размах ?  

[khach 33]

Сложно ответить. Индуктивность обмотки измеренная на низких частотах 45mH. Но у нее есть и собственные резонансы на сотнях кгц, получится ли на таких частотах запустить петлю ( что там будет с фазой) - большой вопрос.

Если исходить из того что управляющее напряжение  драйвера расходуется на перестройку магнитного поля только в пределах ширины спектральной линии и полосе ФНЧ ФАПЧ пусть 250 КГц, то при чувствительности обмотки 13 -15 МГц/mA  получим  размах тока 16мкА что при индуктивном сопротивлении обмотки на 250 кгц в 70 КОм действтиельно дает потребный размах управляющего напряжения в пару вольт.

Похоже ошибся с начальными данными, т.к тупо считал напряжение для перестройки на весь диапазон ЖИГа. Надо будет пробовать на макете. Еще бы с фазой разобраться. Интересно, как лучше снимать модуляционную характеристику по амплитулде и фазе обмотки ЖИГа в режиме свободной генерации? Выходной сигнал то частота. Если  амплитуду еще можно по ширине спектра определить, то что с фазой делать? Или строить петлю ФАПЧ с полосой заведомо шире полосы модуляции обмотки и снимать диаграму Боде через инжектирующий трансформатор?

Спектр ФШ в рещиме свободной гененерации тоже не получается измерить- ЖИГ колбасит на несколько ширин спектральной линии при питании обмотки  постоянным током даже от источника с 6 знаками точности по току. Строить что ли низкочастотную АПЧ что бы хоть как то положение спектральной линии застабилизировать?

А не имеяя спектра ФШ в режиме свободной генерации рассчитать полосу ФАПЧ для получения нужных ФШ как то затруднительно...

PS https://www.mwrf.com/technologies/components/active-components/article/21846852/yig-oscillators-offer-20mhz-fm-bandwidth

Вот интересная заметка как из ЖИГ ов выжимали сверширокую полосу модуляции. Но технических особенностей там маловато. Например почему полоса модуляции ЖИГа на постоянных магнитах и электромагните почти в 2 раза отличается.

[тау 23]

5 часов назад, khach сказал:

Строить что ли низкочастотную АПЧ что бы хоть как то положение спектральной линии застабилизировать?

наверное это вариант.  Например рассчитать/сделать заведомо узкополосную фапч, с полосой 10 Гц .  за пределами полосы на спектре наблюдать шумовой вклад ЖИГа. 

[Chenakin 12]

11 hours ago, khach said:

Прошу помощи клуба. Появилась задача управлять ЖИГом низкочастотным 1-2 ГГц в петле ФАПЧ. Вроде тривиальная задача. Но оказалось что эти ЖИГ генераторы просто не имеют ЧМ обмотки. Индуктивность основной обмотки достаточно низкая по сравнению с обычными для ЖИГ величинами, но все для получения желаемой полосы частот ФАПЧ требуются напряжения управления под 60-80 вольт.

Вопрос- как решить лучше такую проблему?

Не надо пытаться обмануть природу – большая индуктивность обмотки не даст Вам оптимизировать петлю. Можно, конечно, городить огород с высокими напряжениями и т.п., но есть куда более простое и изящное решение. Большая индуктивность – ну и ладно. Добавьте “свою собственную”. Я беру в кавычки, т.к., конечно, никто не станет курочить ЖИГ и что-то там доматывать. Я имею ввиду функциональный аналог – например, на фазовращателе. Подробно – в одном из моих патентов (см. ниже), а по-простому, вот, как на этом рисунке (из нашей с Андреем книги):

Замените только ГУН на ЖИГ, а вместо связки смесителей (это общий случай) поставьте обычную офсетную петлю (или любую другую, какая Вам нравится). При этом верхняя петля будет устанавливать ЖИГ на нужную частоту (да, довольно медленно, и кстати можно заменить на предустановку ЦАП-ом), а нижняя подчистит шумы с нужной Вам шириной петли.

Дешево и сердито.

P.S. Кстати, такая ФАПЧ с фазовращателем даже быстрее чем собственно на ГУНе (имеется ввиду управление фазовращателем, а не перестроечном входом ГУНа). Мне удавалось разогнать такие петли до 10 МГц и выше (ширина петли).

P.P.S. Если лень делать фазовращатель на СВЧ (а лень – это большое подспорье в инженерном деле), то можно и фактически на постоянном токе (МГц-ы), закинув фазовращатель слева от фазового детектора. На первый взгляд, выглядит нелепо и громоздко, но если разобраться, то решение получается предельно простым. Главное, не выдумывать себе лишние проблемы 🙂.

Patent 9793904.pdf

 

[khach 33]

15 минут назад, Chenakin сказал:

При этом верхняя петля будет устанавливать ЖИГ на нужную частоту (да, довольно медленно, и кстати можно заменить на предустановку ЦАП-ом), а нижняя подчистит шумы с нужной Вам шириной петли.

Спасибо за идею петли с ФВ, надо будет попробовать. Я еще предполагал "доводить" ЖИГ до точки нулевого баланса ЧМ обмотки с выхода ФЧД через ФНЧ- это одна из задач из ТЗ которую я не озвучивал раньше- схема должна иметь функцию линейного преобразователя частота- напряжение, поэтому собственно ЖИГ и образовался в ней, иначе можно было бы и ГУН-ом обойтись из нескольких субоктавных ПАВ генераторов. Надо будет подумать как сигнал управления с ФВ отфильтровать чтобы добавить его в ток обмотки ЖИГ. Там же в отличии от  сигнала ЧМ обмотки всегда будет офсет по постоянке.

А как оценить запас регулировки по фазе, который надо в ФВ заложить при заданной ширине спектра ЖИГ ( в петле или при свободной генерации, если обмоткой ЦАП управлять)? Фазовращатель наверно надо варикапный использовать, а у СВЧ варикапов характеристика вольт-фарадная весьма нелинейная, те коэффициент передачи по фазе будет сильно меняться и от рабочей частоты и ширины петли ФВ.  Как будет отражаться нелинейность ФВ в спектре выходного сигнала? Стоит ли ожидать появления артефактов типа "ушей бетмана" как бывает в обычной петле на ФЧД при неоптимальном проектировании?

По поводу курочить ЖИГ- была идея пересадить сферу из разбавленного НЧ ЖИГ из так называемых GPS ЖИГ фильтров (они низкочастотные, от 800 МГц до полутора ГГц) в корпус обычного ЖИГ генератора 2-4 ГГц, там где ЧМ обмотка уже существует. Но что будет со спектром ФШ при такой пересадке- большой вопрос.

[Chenakin 12]

4 hours ago, khach said:

Надо будет подумать как сигнал управления с ФВ отфильтровать чтобы добавить его в ток обмотки ЖИГ.

Не совсем понял, зачем. Обмотка ЖИГа (единственная) используется как обычно – подмагничивание присутствует, чтобы держать ЖИГ вблизи нужной частоты (в пределах захвата ФАПЧ с фазовращателем).

4 hours ago, khach said:

А как оценить запас регулировки по фазе

Рассчитываем ФАПЧ как обычно в каком-нибудь калькуляторе – считаем, что фазовращатель – это тот же ГУН, пересчитывая регулировочную характеристику из рад/вольт в Гц/вольт.

4 hours ago, khach said:

иначе можно было бы и ГУН-ом обойтись из нескольких субоктавных ПАВ генераторов

А что за “субоктавный ПАВ”? Всегда думал, что ПАВ – это на фиксированную частоту…

4 hours ago, khach said:

По поводу курочить ЖИГ- была идея пересадить сферу из разбавленного НЧ ЖИГ из так называемых GPS ЖИГ фильтров (они низкочастотные, от 800 МГц до полутора ГГц) в корпус обычного ЖИГ генератора 2-4 ГГц, там где ЧМ обмотка уже существует. Но что будет со спектром ФШ при такой пересадке- большой вопрос.

Для меня это был бы полный экстрим 🙂.

[khach 33]

12 часов назад, Chenakin сказал:

А что за “субоктавный ПАВ”? Всегда думал, что ПАВ – это на фиксированную частоту…

SAW или BAW там трудно разобрать. Многослойный пьезомодуль с акустической волной. Вот тут принцип примерно описан

https://www.researchgate.net/publication/261282013_Tunable_composite_piezoelectric_resonators_A_possible_Holy_Grail_of_RF_filters

Предполагалось на одной общей подложке сделать несколько резонаторов с перекрывающимися диапазонами перестройки и электронной коммутацией.

но там возникло куча технологических проблем по крайней мере  с нитридной подложкой, вроде как конечный продукт никто так пока и не выпускал.

ЖИГ как преобразователь частота- напряжение для управления потом фильтром умножителя высоких порядков- ну так например  в текстрониксах 72xx было- выход пилы которая образовывалась суммированием токов основной и ЧМ обмотки ЖИГа с весовыми коэффициентами. В современных приборах такого сигнала нет, а если и есть то формируется ЦАПом и не всегда попадает в нужную гармонику умножителя.

Пересадить ЖИГ сферу на самом деле весьма просто, если есть два генератора одного производителя. Приходилось такое делать со сгоревшими ЖИГами или если сфера отвалилась от держателя.

Еще проще, когда получается пересадить не саму сферу а весь генераторный модуль, просто поменяв электромагнит.

По поводу ФАПЧ на фазовращателе вопрос- а что происходит, если запас регулировки по фазе исчерпается? Т.е в силу каких то причин упремся или в ноль или в напряжение питания фазовращателя. Зависним там или схема перескочит по фазе сама?  Очень бы хотелось для понимания посмотреть на сигнал управления ФВ в таком режиме. Конечно в установившемся режиме в правильно рассчитанной петле такое событие маловероятно, но вот в процессе перестройки ЖИГа на новую частоту.. Или надо каждый раз выключать ФЧД петли ФВ для сброса начальных условий?

 

 

[тау 23]

20 часов назад, khach сказал:

а что происходит, если запас регулировки по фазе исчерпается? Т.е в силу каких то причин упремся или в ноль или в напряжение питания фазовращателя.

Имхо: для этого чфд1 отработает. Канал оос по фазе через ЧФД1 имеет  один или два  интегратора в своём пути и может обеспечить тот самый астатизм второго порядка, который например не предполагается по схеме с чфд2.  А вообще полосы работы можно и вообще разделить , например для чфд2 вообще отсечь DC компоненту сигнала ООС фазы.

[rloc 43]

В 31.10.2023 в 23:09, Chenakin сказал:

Мне удавалось разогнать такие петли до 10 МГц и выше (ширина петли).

При какой частоте ЧФД? Остались картинки? Любопытно посмотреть, что там с устойчивостью.

[Chenakin 12]

On 10/31/2023 at 1:51 PM, khach said:

Как будет отражаться нелинейность ФВ в спектре выходного сигнала? Стоит ли ожидать появления артефактов типа "ушей бетмана" как бывает в обычной петле на ФЧД при неоптимальном проектировании?

От ФВ не так уж много и надо, как заметил выше Тау. Тут больше играет роль зависимость чувствительности ФВ (рад/В) от частоты – если ФВ берется широкополосный и на СВЧ (как на картинке). Тут полная аналогия с широкополосным ГУН – подстраиваем усиление петли в зависимости от частоты (например, током ЧФД). Но! Есть ещё более простое решение (см. P.P.S. выше). ФВ можно поставить прямо перед ЧФД (справа или слева – как нравится). При этом ФВ может быть узкополосным (фактически на одну фиксированную частоту при использовании архитектур а-ля QS). Тогда все становится до смешного просто, и подстраивать ничего не нужно.

On 11/1/2023 at 4:24 AM, khach said:

SAW или BAW там трудно разобрать. Многослойный пьезомодуль с акустической волной. Вот тут принцип примерно описан

Спасибо. Познавательно, но пока (как я понимаю) это только на бумаге (в смысле нет стандартных компонентов, которые можно купить).

12 hours ago, тау said:

Имхо: для этого чфд1 отработает. Канал оос по фазе через ЧФД1 имеет  один или два  интегратора в своём пути и может обеспечить тот самый астатизм второго порядка, который например не предполагается по схеме с чфд2.  А вообще полосы работы можно и вообще разделить , например для чфд2 вообще отсечь DC компоненту сигнала ООС фазы.

Присоединяюсь к сказанному Тау.

9 hours ago, rloc said:

При какой частоте ЧФД? Остались картинки? Любопытно посмотреть, что там с устойчивостью.

Преимущество в том, что ФВ на самом деле нужен на одну (низкую) частоту, а ОУ при этом можно вообще исключить (т.е. убираем значительные задержки, что помогает в плане устойчивости). Подробнее отвечу по эл. почте (пока все это ещё сыро).

 

P.S. Ну, и заброшу уж совсем прикольную идею. Балансный ФД (может использоваться вместо ЧФД) – это два диода + навеска. Низкочастотный ФВ на фиксированную частоту – это два диода + навеска (большой диапазон регулировки фазы не требуется). Что если совместить два в одном? Сам об этом ещё не думал, пока это у меня лишь записано на листике “подумать на потом” 🙂.

[тау 23]

14 часов назад, Chenakin сказал:

Низкочастотный ФВ на фиксированную частоту – это два диода + навеска (большой диапазон регулировки фазы не требуется)

Для наиболее ленивых инженеров паять 2 диода для ФВ непозволительно. 🙂

  Можно сигнал ошибки прямо на REf запускать  совместно с синусоидальной опорой ( на картинке показано примерно как)

Но, к сожалению, в данной теме для khach ему такой способ не подходит ( низкочастотный ФВ)

 

[khach 33]

Над низкочастотным ФВ долго думал, но так и не понял, как он может исправить спектр ЖИГа- ведь если ФВ стоит перед ФЧД то в тракте СВЧ сигнала просто нет никакого исполнительного элемента чтобы влиять на сигнал.  А полоса управления ЖИГом ограничена обмотками.

Так что пока решил попробовать с СВЧ фазовращателем но с одинарной петлей ФАПЧ с разделением управления по полосам частот- ВЧ часть на фазовращатель, НЧ на усилитель обмотки ЖИГа чтобы избежать проблем с переполнением ФВ.  Пошел искать фазовращатель октавный. На мостиках XINGER  что то фазовращатель не получается на широкую полосу. Вроде можно сделать самому из витой пары квадратурный мостик и к нему два варикапа приспособить?

[Chenakin 12]

5 hours ago, khach said:

нет никакого исполнительного элемента чтобы влиять на сигнал

Вы правы. Говоря о ЖИГе, я как-то незаметно для себя перескочил обратно на ГУН (все-таки надо рисовать картинки). В Вашем случае, как раз, весь смысл в добавлении исполнительного элемента (ввиду отсутствия катушки ЧМ), т.е. действительно нужен ФВ на СВЧ.

7 hours ago, тау said:

Для наиболее ленивых инженеров паять 2 диода для ФВ непозволительно. 🙂

Мне нравится Ваш подход 🙂. В 9 из 10 случаев ничего путного не выходит, но из оставшегося может получиться конфетка.

[тау 23]

В 02.11.2023 в 22:10, Chenakin сказал:

Что если совместить в одном?

. Надо ещё раз будет посмотреть. 

Изменено 4 ноября, 2023 пользователем тау
Неверно оценил сложность