eng
Выпуск #6/2014
В.Кувшинов, В.Кочемасов, В.Горбачев
Устройства на основе ЖИГ-резонаторов – продукция компании Micro Lambda Wireless. Часть 1
Устройства на основе ЖИГ-резонаторов – продукция компании Micro Lambda Wireless. Часть 1
Просмотры: 4018
Один из ведущих производителей ЖИГ-устройств – компания Micro Lambda Wireless, которая была основана специально для разработки и продвижения на рынок высокотехнологических СВЧ-устройств на основе ЖИГ-резонаторов. О современных продуктах компании, их особенностях и преимуществах, рассказывается в статье.
ЖИГ-фильтры
Принцип работы ЖИГ-фильтров основан на ферромагнитном резонансе. Он возникает, когда к кристаллу ЖИГ (железо-иттриевый гранат – Y3Fe5O12), находящемуся в постоянном магнитном поле (далее оно называется подмагничивающим), прикладывается внешнее электромагнитное поле определенной частоты и поляризации. ЖИГ-резонатор обычно имеет сферическую или эллиптическую форму – так обеспечивается его наибольшая добротность. Шарик ЖИГ помещается между двумя микрополосковыми полупетлями (входной и выходной), расположенными под углом 90° для уменьшения прямой связи между ними (рис.1). На нерезонансных частотах связь между линиями отсутствует, а на частотах, близких к резонансу, возникают компоненты поля, обеспечивающие связь между входом и выходом. Таким образом, через ЖИГ-резонатор, выступающий в роли фильтра, проходят только волны определенных частот.
Важное достоинство ЖИГ-резонаторов – возможность электронной перестройки по частоте в широких пределах с достаточно высокой скоростью. Это достигается изменением напряженности подмагничивающего поля, причем настроечная характеристика, выражающая зависимость резонансной частоты от величины магнитного поля, является линейной.
Следует отметить, что ЖИГ-кристаллы анизотропны, что ухудшает температурную стабильность частоты ферромагнитного резонанса. Для компенсации температурного дрейфа требуется точное управление подмагничивающим полем. Оно достигается при помощи внешних управляющих устройств, называемых драйверами. Поэтому ЖИГ-фильтры целесообразно рассматривать в связке "фильтр + драйвер". Для каждого типа драйверов компанией Micro Lambda Wireless разработаны специальные методики калибровки и юстировки.
Кроме того, нужно иметь в виду, что в фильтрах может быть установлено несколько ЖИГ-резонаторов. Это, с одной стороны, увеличивает крутизну скатов АЧХ и уровень гарантированного затухания фильтров, но, с другой стороны, усложняет их настройку и эксплуатацию, а также увеличивает вносимые потери. Уровень гарантированного затухания для фильтров с различным количеством ЖИГ-резонаторов можно оценить по специальному графику (рис.2). По нему можно также выполнить обратную процедуру – определить число ЖИГ-резонаторов для обеспечения требуемого гарантированного затухания при заданной отстройке от центральной частоты.
Компания Micro Lambda Wireless выпускает большой набор полосно-пропускающих и режекторных, или полосно-заграждающих, фильтров (www.microlambdawireless.com, www.avrex.ru. Сайты содержат, в том числе, демонстрационные видеоматериалы). Полосно-пропускающие фильтры (рис.3) выпускаются для широкого диапазона частот от 500 МГц до 50 ГГц с полосой пропускания по уровню 3 дБ от 15 до 500 МГц. Отметим несколько серий фильтров из модельного ряда компании.
Миниатюрные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с рабочим диапазоном частот 1–8 ГГц (серия MLFI). Устройства этой серии (рис.4а) – самые миниатюрные на рынке ЖИГ-фильтров. Малые размеры (1,25×1,25×0,56 дюймов) достигнуты за счет использования встроенного электромагнита оригинальной конструкции. В серии есть четырех- и шестирезонаторные фильтры. Минимальная полоса пропускания по уровню 3 дБ составляет у них 20 МГц, частотные диапазоны – 1–2; 2–4; 4–8; 2–8 ГГц, гарантированное затухание – до 80 дБ у четырехрезонаторных и до 100 дБ у шестирезонаторных моделей.
Перестраиваемые ЖИГ-фильтры с постоянным магнитом с диапазоном частот 4–16 ГГц (серия MLFF). В данной серии используются те же малогабаритные корпуса, что и в серии MLFI. Фильтры имеют гарантированное затухание 80 дБ и полосу пропускания не менее 50 МГц по уровню 3 дБ. Поскольку для работы таких фильтров не требуется радиатор, они идеально подходят для работы в устройствах с низким потреблением энергии.
Стандартные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с электромагнитом с диапазоном частот от 500 МГц до 50 ГГц (серии MLFM и MLFP). Фильтры этого типа (рис.4б–в) доступны в корпусах кубической формы с размерами граней 1; 1,2; 1,4; 1,7 и 2 дюйма. Диапазон перестройки составляет от одной до нескольких октав, в зависимости от модели. Возможны различные варианты исполнения: двух-, четырех-, шести-, семи-, восьмирезонаторные, с гарантированным затуханием от 45 до 120 дБ (рис.5). Компания также предлагает модели с двумя двухрезонаторными и двумя трехрезонаторными фильтрами в одном корпусе (Dual Two и Dual Three). Низкие пульсации и широкий рабочий диапазон частот делают эти серии самыми распространенными на рынке.
Режекторные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с электромагнитом в диапазоне частот 2–20 ГГц. Такие фильтры представлены рядом моделей (рис.4г, табл.1). Все они поставляются в корпусе в виде куба с размером граней 1,4 дюйма. Тип выходного разъема – SMA.
Фильтры для лабораторных испытаний с диапазоном частот 500 МГц до 50 ГГц. Компания Micro Lambda Wireless выпускает две серии ЖИГ-фильтров в виде полнофукционального прибора (рис.6): полосовые фильтры (серия MLBFP) и режекторные фильтры (серия MLBFR) с диапазонами частот от 500 МГц до 50 ГГц и от 500 МГц до 20 ГГц, соответственно, (табл.2). Вносимые потери для полосовых фильтров в зависимости от модели составляют от 6,2 до 9,2 дБ, а для режекторных – от 2,7 до 3,2 дБ. Приборы серий MLBFP и MLBFR питаются от стандартной электрической сети. Управление ими выполняется с помощью ручки настройки, клавиатуры, а также через USB- или Еthernet-интерфейсы. Данные серии фильтров идеально подходят для производственных и лабораторных измерений.
Генераторы гармоник
Генератор гармоник представляет собой умножитель частоты с широким диапазоном изменения кратности. Он включает СВЧ-диод с накоплением заряда (ДНЗ), формирующий радиоимпульсы с частотой входного сигнала, и перестраиваемый четырехрезонаторный полосно-пропускающий ЖИГ-фильтр, выделяющий определенную гармонику входного сигнала с кратностью частот N = fвых/fвх от 1 до 180 (в зависимости от модели). Такой узел характеризуется малой неравномерностью мощности выделяемой гармоники и высоким значением параметра подавления побочных спектральных составляющих (Harmonic Rejection, HR).
Компания Micro Lambda Wireless предлагает несколько моделей генераторов гармоник (табл.3) с рабочим диапазоном от 1 до 18 ГГц. По заказу изготавливаются модели с выходной частотой до 26,5 ГГц. Размер генераторов этой серии составляет 3,6×3,6×3,6 см, масса – 312 г (без модуля управления), гарантированный интервал рабочих температур – 0–65°С. Модель генератора гармоник MLMA-1818 содержит встроенный усилитель входного сигнала, что снижает требования к входной мощности. В этой модели настройка на выбранную гармонику выполняется изменением управляющего напряжения в пределах от 0 до 10 В.
Продолжение следует.
Принцип работы ЖИГ-фильтров основан на ферромагнитном резонансе. Он возникает, когда к кристаллу ЖИГ (железо-иттриевый гранат – Y3Fe5O12), находящемуся в постоянном магнитном поле (далее оно называется подмагничивающим), прикладывается внешнее электромагнитное поле определенной частоты и поляризации. ЖИГ-резонатор обычно имеет сферическую или эллиптическую форму – так обеспечивается его наибольшая добротность. Шарик ЖИГ помещается между двумя микрополосковыми полупетлями (входной и выходной), расположенными под углом 90° для уменьшения прямой связи между ними (рис.1). На нерезонансных частотах связь между линиями отсутствует, а на частотах, близких к резонансу, возникают компоненты поля, обеспечивающие связь между входом и выходом. Таким образом, через ЖИГ-резонатор, выступающий в роли фильтра, проходят только волны определенных частот.
Важное достоинство ЖИГ-резонаторов – возможность электронной перестройки по частоте в широких пределах с достаточно высокой скоростью. Это достигается изменением напряженности подмагничивающего поля, причем настроечная характеристика, выражающая зависимость резонансной частоты от величины магнитного поля, является линейной.
Следует отметить, что ЖИГ-кристаллы анизотропны, что ухудшает температурную стабильность частоты ферромагнитного резонанса. Для компенсации температурного дрейфа требуется точное управление подмагничивающим полем. Оно достигается при помощи внешних управляющих устройств, называемых драйверами. Поэтому ЖИГ-фильтры целесообразно рассматривать в связке "фильтр + драйвер". Для каждого типа драйверов компанией Micro Lambda Wireless разработаны специальные методики калибровки и юстировки.
Кроме того, нужно иметь в виду, что в фильтрах может быть установлено несколько ЖИГ-резонаторов. Это, с одной стороны, увеличивает крутизну скатов АЧХ и уровень гарантированного затухания фильтров, но, с другой стороны, усложняет их настройку и эксплуатацию, а также увеличивает вносимые потери. Уровень гарантированного затухания для фильтров с различным количеством ЖИГ-резонаторов можно оценить по специальному графику (рис.2). По нему можно также выполнить обратную процедуру – определить число ЖИГ-резонаторов для обеспечения требуемого гарантированного затухания при заданной отстройке от центральной частоты.
Компания Micro Lambda Wireless выпускает большой набор полосно-пропускающих и режекторных, или полосно-заграждающих, фильтров (www.microlambdawireless.com, www.avrex.ru. Сайты содержат, в том числе, демонстрационные видеоматериалы). Полосно-пропускающие фильтры (рис.3) выпускаются для широкого диапазона частот от 500 МГц до 50 ГГц с полосой пропускания по уровню 3 дБ от 15 до 500 МГц. Отметим несколько серий фильтров из модельного ряда компании.
Миниатюрные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с рабочим диапазоном частот 1–8 ГГц (серия MLFI). Устройства этой серии (рис.4а) – самые миниатюрные на рынке ЖИГ-фильтров. Малые размеры (1,25×1,25×0,56 дюймов) достигнуты за счет использования встроенного электромагнита оригинальной конструкции. В серии есть четырех- и шестирезонаторные фильтры. Минимальная полоса пропускания по уровню 3 дБ составляет у них 20 МГц, частотные диапазоны – 1–2; 2–4; 4–8; 2–8 ГГц, гарантированное затухание – до 80 дБ у четырехрезонаторных и до 100 дБ у шестирезонаторных моделей.
Перестраиваемые ЖИГ-фильтры с постоянным магнитом с диапазоном частот 4–16 ГГц (серия MLFF). В данной серии используются те же малогабаритные корпуса, что и в серии MLFI. Фильтры имеют гарантированное затухание 80 дБ и полосу пропускания не менее 50 МГц по уровню 3 дБ. Поскольку для работы таких фильтров не требуется радиатор, они идеально подходят для работы в устройствах с низким потреблением энергии.
Стандартные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с электромагнитом с диапазоном частот от 500 МГц до 50 ГГц (серии MLFM и MLFP). Фильтры этого типа (рис.4б–в) доступны в корпусах кубической формы с размерами граней 1; 1,2; 1,4; 1,7 и 2 дюйма. Диапазон перестройки составляет от одной до нескольких октав, в зависимости от модели. Возможны различные варианты исполнения: двух-, четырех-, шести-, семи-, восьмирезонаторные, с гарантированным затуханием от 45 до 120 дБ (рис.5). Компания также предлагает модели с двумя двухрезонаторными и двумя трехрезонаторными фильтрами в одном корпусе (Dual Two и Dual Three). Низкие пульсации и широкий рабочий диапазон частот делают эти серии самыми распространенными на рынке.
Режекторные перестраиваемые ЖИГ-фильтры с электромагнитом в диапазоне частот 2–20 ГГц. Такие фильтры представлены рядом моделей (рис.4г, табл.1). Все они поставляются в корпусе в виде куба с размером граней 1,4 дюйма. Тип выходного разъема – SMA.
Фильтры для лабораторных испытаний с диапазоном частот 500 МГц до 50 ГГц. Компания Micro Lambda Wireless выпускает две серии ЖИГ-фильтров в виде полнофукционального прибора (рис.6): полосовые фильтры (серия MLBFP) и режекторные фильтры (серия MLBFR) с диапазонами частот от 500 МГц до 50 ГГц и от 500 МГц до 20 ГГц, соответственно, (табл.2). Вносимые потери для полосовых фильтров в зависимости от модели составляют от 6,2 до 9,2 дБ, а для режекторных – от 2,7 до 3,2 дБ. Приборы серий MLBFP и MLBFR питаются от стандартной электрической сети. Управление ими выполняется с помощью ручки настройки, клавиатуры, а также через USB- или Еthernet-интерфейсы. Данные серии фильтров идеально подходят для производственных и лабораторных измерений.
Генераторы гармоник
Генератор гармоник представляет собой умножитель частоты с широким диапазоном изменения кратности. Он включает СВЧ-диод с накоплением заряда (ДНЗ), формирующий радиоимпульсы с частотой входного сигнала, и перестраиваемый четырехрезонаторный полосно-пропускающий ЖИГ-фильтр, выделяющий определенную гармонику входного сигнала с кратностью частот N = fвых/fвх от 1 до 180 (в зависимости от модели). Такой узел характеризуется малой неравномерностью мощности выделяемой гармоники и высоким значением параметра подавления побочных спектральных составляющих (Harmonic Rejection, HR).
Компания Micro Lambda Wireless предлагает несколько моделей генераторов гармоник (табл.3) с рабочим диапазоном от 1 до 18 ГГц. По заказу изготавливаются модели с выходной частотой до 26,5 ГГц. Размер генераторов этой серии составляет 3,6×3,6×3,6 см, масса – 312 г (без модуля управления), гарантированный интервал рабочих температур – 0–65°С. Модель генератора гармоник MLMA-1818 содержит встроенный усилитель входного сигнала, что снижает требования к входной мощности. В этой модели настройка на выбранную гармонику выполняется изменением управляющего напряжения в пределах от 0 до 10 В.
Продолжение следует.
Отзывы читателей
