CN202374229U - 一种ytf驱动电路、yig滤波器及频谱测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种YTF驱动电路，包括可调参考信号电路、控制信号输入电路、调谐电流输出电路，可调参考信号电路和控制信号输入电路分别包括含有电位器的第一调节电路和第二调节电路，每一调节电路还包括至少一个与其电位器串联的串联电阻器。本实用新型减少了电位器可调节的电压范围，从而使电位器本身的温度敏感性对输出的调谐电流的影响减弱，最终使包括有本实用新型YTF驱动电路的YIG滤波器的中心频率随温度漂移的量减小，并将该YIG滤波器应用于频谱测量装置时，能够提高测量精准度的同时节省生产成本。

Description

一种YTF驱动电路、YIG滤波器及频谱测量装置

技术领域

本实用新型涉及滤波技术。更具体地，本实用新型涉及一种YTF驱动电路、一种YIG滤波器及一种频谱测量装置。

背景技术

现代扫频频谱仪通常使用超外差式。超外差的基本原理为：如果在频率轴上有一个特定的窗口，只有进入该窗口的信号才能被检测到。当窗口从频率点f₁扫描到频率点f₂，就可以得到不同频率点上的信号功率，也就是得到了被测信号的频谱。为了实现这个特定的窗口和频率扫描，现代频谱仪都将窗口设计在一个固定的频率点上，利用扫描第一本振信号的方法，使频谱仪的第一本振频率和输入信号频率混频得到的中频信号逐个通过这个窗口，这样就等效于窗口的频率扫描。减小该窗口的大小就能更细致地观察频率差较小的两个信号，此窗口就是中频滤波器。

在超外差式频谱仪中，镜像和多重响应数目是随输入信号频率及本振信号扫频范围而变化的，为了识别这些镜像和多重响应，在宽带频谱分析仪的设计中，有两种方案可供选择，一种是采用预选器，一种是采用上变频。由于预选器频率下限的限制，宽带频谱仪总是被划分成高低两个频段。低频段采用高中频的方案，频谱仪只要一个固定的滤波器就可以对镜像进行抑制。频谱仪在高频段采用预选器对输入信号进行预选，有效地抑制镜像。

YTF全称钇铁石榴石(YIG)调谐滤波器，其利用YIG的铁磁共振原理，使与YIG小球谐振频率相同的输入信号通过YIG小球耦合至输出端以达到滤波的目的。铁磁共振在原理上与核磁共振、顺磁共振相似。由经典力学唯象理论可知，若将YIG晶体置于直流磁场当中，YIG晶体内部的自旋电子产生的总磁偶极矩M就要绕着直流磁场强度H作拉摩尔进动，M的进动角频率ω0＝γH，γ为旋磁比。由于YIG内部存在阻尼作用，总磁偶极矩M的方向趋于直流磁场强度H的方向，若同时在垂直于直流磁场强度H方向加一微波旋转磁场，其磁场强度用h表示，当微波旋转磁场h的旋转方向与总磁偶极矩M的进动方向一致且微波旋转磁场h的角频率ω等于总磁偶极矩M的进动频率ω0，即微波磁场的角频率与直流磁场满足ω＝ω0＝γH，则总磁偶极矩M便会从微波旋转磁场中吸收能量，用以克服阻尼维持进动。

为了利用YIG小球的铁磁共振原理，YTF的结构在于，如图1所示射频(用RF表示)输入信号通过输入端RF_in进入输入耦合环，调制YIG小球处的空间磁场，当调制的空间磁场与YIG小球谐振频率相同时将会产生磁振荡，继而将此时与YIG小球谐振频率相同的射频输入信号耦合到输出耦合环，再通过输出端RF_out输出。而输入端RF_in和输出端RF_out之间由于是正交结构，输入耦合环和输出耦合环之间无法直接传输射频信号。这样就构成了YTF的一个基本单元。YTF内部可以有一个或数个这样的单元串联而成以达到不同的滤波性能。

为了控制YIG小球的谐振频率还需要一个电磁铁装置如图2所示。在正负接线端通入电流就能调谐YIG小球的振荡频率，从而调谐YTF的中心频率。从外部看YTF基本结构包含有一个射频输入端一个射频输出端；一个调谐正端及一个调谐负端，用于控制调谐滤波器中心频率，例如图3所示。其基本原理为随着调谐端输入的调谐电流I_tune增大，滤波器中心频率随之增大。就可以如同前文所述的“窗口”一般使特定频率的信号通过。

如图4所示为含有YTF的超外差式频谱仪，输入信号经过程控步进衰减器后被分为两路，分别输入到高、低两个频段。在低频段，输入信号被切换到第一变频器中的基波混频器MXR1，得到第一中频信号f_1IF，第一中频信号f_1IF经过第二变频器得到第二中频信号f_2IF。在高频段，将YTF作为预选器使用，对输入信号的镜像进行有效地抑制，实现过程为，输入信号被切换到YTF，预选后的信号输入到第一变频器中的谐波混频器MXR2，得到第二中频信号f_2IF。第二中频信号f_2IF经过第三变频器变换得到第三中频信号f_3IF。对第三中频信号f_3IF进行处理，使该信号经过不同带宽滤波器的选择，再经过线性及对数放大、检波、数字量化和显示。调谐方程如下：

低频段：f_1LO-f_RF＝f_1IF……(1)

f_1IF-f_2LO＝f_2IF……(2)

高频段：N×f_1LO-f_RF＝f_2IF……(3)

式中：N为混频器谐波次数；f_1LO为第一本振频率；f_2LO为第二本振频率；f_RF为输入信号频率。

根据(3)式可知在扫频时YTF的中心频率要等于f_RF，跟随YTO(YIG调谐振荡器)的振荡频率f_1LO一同变化，以保证所需信号混频后都能落入中频f_2IF。这样正确的信号才不会被中频滤波器错误的滤除。

由于YTF使用的电磁铁制造离散性较大，每台YTF的起始和终止电流都有一定差别。以起始电流为例，在相同的频段内，现有的YTF的电流与频率相对应的函数不同，这样就使得YTF的可替换性变差。所以在一般应用下YTF与YTF驱动电路相配套，由YTF驱动电路提供调谐电流。这样可以达到两点目的：其一可以消除YTF离散性，使每个YTF部件外部控制接口相同。其次可以实现V/I转换，使YTF实现电压控制，对控制电路的功率要求降低，使起始电压一定的情况下，驱动器可以输出不同的起始电流，相应的起始电压一定那么YTF输出的频率即一定。

如图5，现有的驱动电路包括可调参考信号电路1、控制信号输入电路2、调谐电流输出电路3。其中，控制信号输入电路的控制信号是由采用了数模转换器(DAC)的控制电路输出的。可调参考信号电路1控制信号输入电路2分别包括含有电位器的调节电路，其中可调参考信号电路1包括含有电位器VR1的第一调节电路11。控制信号输入电路2包括含有电位器VR2的第二调节电路21。调谐电流输出电路3包括功放管。在该驱动电路中，控制信号通过控制信号输入电路2与可调参考信号电路1中的可调参考信号相加以后控制功放管，通过该功放管来输出调谐电流I_tune。图中箭头仅表示信号方向不代表实际电流方向。

具体地，如图5，调谐电流I_tune由电流i与电流I组成，因为AP3虚短，则电流I与电流i的比值由电阻R与电阻r的比值所决定。所以通过控制电流i可以控制输出调谐电流。

电流i由电流I1、I2、I3和I4组成。其中I1由固定参考源DC提供，I2可以通过微调电位器VR1微调，可以通过微调I2使在外加控制电压为零的情况下，输出的调谐电流I_tune恰好等于YTF起始频率所需要的电流值大小。同样可以通过调节电位器VR2使控制信号最大的情况下，输出的调谐电流I_tune恰好等于YTF的最高频率。这样就能使外加的控制信号与YTF中心频率一一对应。

因此，通过对配套的YTF驱动电路上的电位器调节，使对于使用YTF的外部控制信号来说都具有相同的外部接口，消除了YTF制造时的离散性。最终输出的调谐电流可由式(4)得出：

$I_{\mathrm{tune}}=(\frac{r}{R}+1)(I1+I2+I3+I4)\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$

由于现在常用DAC和参考源DC的温度特性都非常的好，外部输入电压和参考电压随温度的变化可以忽略不计，因此I1，I3几乎不变。但是现有的驱动电路的调节电路部分的电位器的两端到引线的电阻温度系数往往非常糟糕，电位器VR1和VR2的两端到引线温度变化将会影响到电流I2与I4的变化，所以利用调节电流i的方式控制输出调谐电流，这会使温度因素严重影响输出调谐电流I_tune的稳定，这在实际应用过程中表现为YTF中心频率随温度漂移的量增大，使YTF的性能降低。因此需要解决电位器的温度敏感性对调谐电流的影响较大的问题。而现有技术中，为了减少YTF的中心频率的温度漂移性，也出现了额外增加温度传感器来闭环控制YTF的电路部分的技术方案，但这种方案会增加一定的生产成本，不适宜广泛应用。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种YTF驱动电路，目的在于减小温度敏感性较大的电位器对调谐电流稳定性的影响程度，使YTF中心频率随温度漂移的量减小。

该YTF驱动电路包括可调参考信号电路、控制信号输入电路、调谐电流输出电路，所述可调参考信号电路和所述控制信号输入电路分别包括含有电位器的第一调节电路和第二调节电路，所述每一调节电路还包括至少一个与其电位器串联的串联电阻器。

进一步地，每一调节电路中，所述串联电阻器的电阻温度系数分别小于电位器的电阻温度系数。

进一步地，每一调节电路中，所述电阻器的电阻温度系数比电位器的电阻温度系数至少小一个数量级。

进一步地，每一调节电路中，所述串联电阻器的阻值与电位器的阻值之和为该电位器的阻值的至少10倍。

本实用新型还提供一种包括所述YTF驱动电路的YIG滤波器。

本实用新型还提供一种包括所述YIG滤波器的频谱测量装置。

本实用新型通过在现有的YTF驱动电路中的调节电路增加串联电阻器，减少了电位器可调节的电压范围，从而使电位器本身的温度敏感性对输出的调谐电流的影响减弱，并最终使包括有本实用新型YTF驱动电路的YIG滤波器的中心频率随温度漂移的量减小。并且进一步使含有这样的YTF驱动电路的滤波器应用于频谱测量装置时能够提高测量精准度的同时节省生产成本。

附图说明

下面将参照附图并结合实施例对本实用新型进行具体说明。

图1为通过YIG滤波的工作原理示意图；

图2为控制YIG的谐振频率的电磁铁装置示意图；

图3为YTF的外观结构示意图；

图4为含有YTF的超外差式频谱仪的简化框图；

图5为现有技术中YTF驱动电路图；

图6为本实用新型的YTF驱动电路图；

图7为本实用新型具体实施例中的调节电路示意图；

图8为本实用新型具体实施例中的等效电路示意图；

图9为自跟踪自锁定超外差系统的结构示意图；

图10为采用YIG带通滤波器引导的自动调谐干扰系统的结构示意图；

图11为采用YIG带通滤波器作预选器的全景接收机的结构示意图；

图12为集成统调组件射频前端的结构示意图；

图13为分频法YIG精密锁相频率合成控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图并借助本实用新型的实施例，对本实用新型的技术方案做详细描述。

如图6，本实用新型提供一种YTF驱动电路，包括可调参考信号电路1’、控制信号输入电路2’、调谐电流输出电路3’，其中可调参考信号电路1’、控制信号输入电路2’分别包括含有电位器的调节电路，其中可调参考信号电路1’中的第一调节电路11’含有电位器VR1，控制信号输入电路2’中的第二调节电路21’含有电位器VR2。本实用新型与现有的YTF驱动电路的区别在于，在每一调节电路中还包括至少一个与其电位器串联的串联电阻器。本实用新型可以在调节电路的电位器的任意端增加任意个电阻。例如，可以在电位器的一端串联一个或多个串联电阻器，也可以在两端分别串联一个或多个串联电阻器，也可以仅在第一调节电路11’或第二调节电路21’中增加串联电阻器，也可以在第一调节电路11’和第二调节电路21’中都增加串联电阻器。在本具体实施方式中，第一调节电路11’中的电位器VR1的两端各串联一个串联电阻器，分别为r1和r2，第二调节电路21’的电位器VR2的两端也各串联一个串联电阻器，分别为r3和r4。

下面以第二调节电路21’为例进行说明，第一调节电路11’中的原理与第二调节电路21’相同。

如图7所示，电位器VR2串联了串联电阻器r3和r4以后，串联电阻器的阻值与电位器VR2的阻值R_电位器之和构成总电阻R_总，即R_总＝R_电位器+r3+r4。由于增加了电阻，电位器VR2在第二调节电路21’上的分压比例减小，所以在输入电压恒定的情况下，电位器调节的可调节的电压范围减小。即使由于温度改变产生了电位器VR2的阻值变化，电位器VR2的两端到引线的电阻变化及电位器VR2的电阻变化已经对输出电压的影响变小。因此减弱了由于电位器VR2的温度敏感性造成的对输出的调谐电流的影响。

在减少电位器VR2的可调节电压范围的基础上，进一步减少电位器的受温度的影响导致的对I4稳定性的影响，就需要改善第二调节电路21’的电阻温度系数。电阻温度系数(TCR)就是每当温度改变1度时电阻值的相对变化。因此，本实用新型中，串联电阻器的电阻温度系数应小于所述电位器的电阻温度系数。在本实施例中，当电位器VR2两端的引线上分别串联电阻温度系数比电位器VR2的电阻温度系数TCR_原始小的串联电阻器r3、r4，可以等效为图8的电路图，即第二调节电路21’等效为一个电阻温度系数比电位器VR2低的电位器VR_等效。原理如下：

其中，TCR_等效表示等效电路中等效电位器VR_等效的电阻温度系数，TCR_r3表示串联电阻器r3的电阻温度系数，TCR_r4表示串联电阻器r4的电阻温度系数。

则通过数学运算得出：

由于TCR_r3＜TCR_原始且TCR_r4＜TCR_原始，因此(6)中TCR_等效-TCR_原始＜0，TCR_等效＜TCR_原始。

进一步地，所述电阻器的电阻温度系数至少比所述电位器的电阻温度系数小一个数量级。也就是说，当TCR_r3＜＜TCR_原始且TCR_r4＜＜TCR_原始时，比如TCR_r3、TCR_r4均比TCR_原始小两个数量级，则根据(5)式，图8中的等效电路中的等效电位器VR_等效的电阻温度系数的计算公式可以近似为：

这样，当选取的串联电阻的电阻温度系数越低，第二调节电路21’的等效电路的电阻温度系数就越与电位器VR2的电阻和调节电路的总电阻的比值有关。因此可以仅通过选取串联电阻的阻值改变总电阻来控制等效电位器的电阻温度系数，从而减少了选取串联电阻时需同时考虑的因素个数。

进一步地，所述串联电阻的阻值与所述电位器的阻值之和至少为该电位器的阻值的10倍。在本实施例的第二调节电路21’中，只要总阻值R_总每次比电位器VR2的电阻值R_电位器多一个数量级，根据(7)式可知，I4随温度的变化也将改善一个数量级。因此在串联电阻器r3、r4的电阻温度系数远小于电位器的电阻温度系数时，I4的稳定性仅取决于总阻值。因此，根据应用需求调整引入的串联电阻器的电阻值大小，就能使最终的调谐电流的温度变化在可接受的范围内。

例如，电位器VR2如果为1千欧，可调节的电压范围为0伏～输入电压V，如果要对第二调节电路21’的输出电压受温度的影响减小一个数量级，则在该1千欧的VR2一侧串联电阻或上下两侧分别串联r3、r4，并只要保证总阻值为10千欧，例如r3的阻值为0，r4的阻值为9千欧，或者r3为1千欧，r4为8千欧，或者r3为2千欧，r4为7千欧，如此依次遍历，那么总的可调节范围还是在0伏～输入电压V。所以，在输入电压恒定的情况下，通过选取r3、r4的不同的电阻值，仍旧能够达到等效电位器VR_等效的输出电压范围，但是等效电位器的TCR已经显著下降。从而能够有效改善驱动电路的温度漂移性能。

需要明确的是，在本说明书的具体实施方式中，对本实用新型的技术方案的描述虽然是以图5的驱动电路的电路结构为基础进行的，但由于图5中的YTF驱动电路本身的元件组成和电路连接方式不是固定不变的，可以做出一定的调整，如将控制信号输入电路或可调参考信号电路使用的反向放大器替换为同相放大器，如将调谐电流输出电路中的相加器的反向放大器替换为同相放大器，因此，本实用新型的技术方案不仅仅基于上述说明书中具体提到这一种YTF驱动的电路结构。

本实用新型还提供了一种包含有上述YTF驱动电路的YIG滤波器，由于改进后的YTF驱动电路输出的调谐电流随温度漂移的量减弱，使得经过调谐的YIG滤波器的中心频率更加稳定，YIG滤波器的滤波的精确性得到了更好的保证。

本实用新型还提供一种频谱测量装置，包括了上述含有本实用新型YTF驱动电路的YIG滤波器，比如超外差式频谱仪，见图4。

另外，本实用新型中包含有YTF驱动电路的YIG滤波器还可以应用于以下领域：自跟踪自锁定超外差系统，如图9所示；自动调谐干扰系统，如图10所示为采用YIG带通滤波器引导的自动调谐干扰系统；全景接收机，如图11所示为采用YIG带通滤波器作预选器的全景接收机；集成统调组件射频前端，如图12所示；分频法YIG精密锁相频率合成控制器，如图13所示。

应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。本实用新型的保护范围仅由随附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种YTF驱动电路，包括可调参考信号电路、控制信号输入电路、调谐电流输出电路，所述可调参考信号电路和所述控制信号输入电路分别包括含有电位器的第一调节电路和第二调节电路，其特征在于，

所述每一调节电路还包括至少一个与其电位器串联的串联电阻器。

2.根据权利要求1所述的一种YTF驱动电路，其特征在于，

每一调节电路中，所述串联电阻器的电阻温度系数分别小于电位器的电阻温度系数。

3.根据权利要求2所述的一种YTF驱动电路，其特征在于，

每一调节电路中，所述电阻器的电阻温度系数比电位器的电阻温度系数至少小一个数量级。

4.根据权利要求3所述的一种YTF驱动电路，其特征在于，

每一调节电路中，所述串联电阻器的阻值与电位器的阻值之和为该电位器的阻值的至少10倍。

5.一种YIG滤波器，其特征在于，包括如权利要求1至4中任意一项所述的YTF驱动电路。

6.一种频谱测量装置，其特征在于，包括如权利要求5所述的YIG滤波器。

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