DE102004056502B4

DE102004056502B4 - Vorrichtung zur Temperaturkompensation in einem Mikrowellen-Filter oder Mikrowellen-Oszillator mit Messung des Gleichstromwiderstandes

Info

Publication number: DE102004056502B4
Application number: DE200410056502
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Hechtfischer
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE102004056502A1

Abstract

Vorrichtung zur Temperaturkompensation für einen Mikrowellen-Bandpaßfilter (1) oder Mikrowellen-Oszillator, wobei das Mikrowellen-Bandpaßfilter (1) bzw. der Mikrowellen-Oszillator mehrere ferrimagnetische Elemente, die einem Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, sowie Magnetjöcher (2) mit Magnetpolen (3) und einen Erregerstromkreis (9) zur Erzeugung des Magnetfeldes (B₀) über zumindest eine Magnetspule (4) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Messvorrichtung (5) zur Messung des Gleichstromwiderstandes der Magnetspule (4) vorhanden ist, deren Messwerte des Gleichstromwiderstandes in Korrekturwerte des Erregerstromkreises (9) umgesetzt werden,
dass die Messvorrichtung (5) in einem Regelkreis (6) eingebettet ist,
dass das durch den Erregerstromkreis (9) erzeugte Magnetfeld (B₀) konstant gehalten wird, indem der die Magnetspule (4) durchfließende Strom von dem Regelkreis (6) geregelt wird, so dass die im Filter vorhandenen Resonatoren zu jedem Zeitpunkt einem konstanten Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, wobei Verschiebungen ihrer Resonanzfrequenz kompensiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturkompensation in einem Mikrowellen-Filter oder Mikrowellen-Oszillator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mikrowellen-Bandpaßfilter und Mikrowellen-Oszillatoren verfügen über zumindest ein ferrimagnetisches Element, welches vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und beispielsweise aus einem Yttrium-Eisen-Granat (Yttrium-Iron-Garnet oder YIG) oder einem anderen ferrimagnetischen Material hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Kopplungsleitungen vermittelt.
Ein YIG-Bandpaßfilter ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 43 09 852 C2 bekannt. Der durchstimmbare YIG-Bandpaßfilter weist dabei einen festen Magnetpol, einen von diesem beabstandeten drehbaren Magnetpol, einen Elektromagneten zur Veränderung des Magnetfeldes zwischen den Polen und mehrere Resonatoren (in diesem Fall YIG-Elemente) auf, die untereinander gekoppelt und in dem Magnetfeld zwischen den Polen angeordnet sind. Die Anzahl der ferrimagnetischen Resonatoren beträgt drei oder mehr mit je einem Eingangs- und Ausgangsresonator und zumindest einem dazwischenliegenden Resonator. Der drehbare Magnetpol wird so gedreht, daß die Resonatoren durch das Magnetfeld zwischen den beiden Magnetpolen auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt werden.
Nachteilig an dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten YIG-Bandpaßfilter ist dabei insbesondere, daß keine Vorrichtungen oder Maßnahmen zur Kompensation von während des Betriebes des Filters auftretenden Temperatureffekten insbesondere durch die Veränderung des Polabstandes und die dadurch auftretende Verschiebung der Resonanzfrequenz vorgesehen sind. In der Folge treten unerwünschte Veränderungen in der Filtercharakteristik auf.
Die DE 39 30 985 C2 geht aus von einem magnetfeldgesteuerten Resonator, der wenigstens ein YIG-Element aufweist, dessen temperaturabhängige Resonanzfrequenz über ein Magnetfeld einstellbar ist. In Abhängigkeit von vorgegebenen Frequenz-Sollwerten werden digitale Frequenzdaten zum Steuern des Magnetfeld-Erregerstroms des YIG-Resonators erzeugt. Diese digitalen Frequenzdaten bzw. ähnliche Korrekturdaten werden als aktuelle Betriebsdaten von einem Mikroprozessor weiterverarbeitet, indem daraus ein digitales Steuersignal generiert wird. Das digitale Steuersignal passiert einen Digital/Analog-Wandler und steuert dann als analoges Signal den Magnetfeld-Erregerstrom, wobei im Mikroprozessor der Widerstand der Magnetfelderregerspule des YIG-Resonators aus der Erregerspannung und dem Erregerstrom berechnet wird. Unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit und der Abhängigkeit vom Erregerstrom des Frequenzverlaufs werden Korrekturdaten vom Mikroprozessor ermittelt, welche den Erregerstrom korrigieren. Von Nachteil an diesem magnetfeldgesteuerten Resonator ist, dass die Korrektur des Frequenzverlaufs im Hinblick auf seine Temperaturabhängigkeit mittels einer aufwendigen Kombination von digitalen Schaltelementen erfolgt. Dadurch ist diese Korrektur fehleranfällig, wobei es dazu kommen kann, dass der Korrekturmechanismus zeitweise ganz ausfällt, wenn ein digitales Schaltelement einen undefinierten Zustand einnimmt.
Die DE 37 32 794 C2 geht aus von einem ferrimagnetischen Resonator mit einem ferrimagnetischen Resonanzelement, welches aus einem Dünnfilm gebildet ist, wobei der ferromagnetische Resonator einen Temperaturdetektor aufweist.
Die DE 21 58 513 C3 geht aus von einem dielektrischen Resonator mit mindestens zwei Elementen, deren Temperaturverhalten zueinander entgegengesetzt gerichtet ist. Für den Resonator ist keine messtechnische Erfassung eines Gleichstromwiderstands zur Temperaturkompensation eines Erregerstroms vorgesehen, sondern temperaturabhängige magnetische Eigenschaften werden durch die Auswahl von verschiedenen Materialien kompensiert, welche in ihrer Kombination keine Temperaturabhängigkeit ihrer magnetischen Eigenschaften zeigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Vorrichtung zur Kompensation temperaturbedingter Änderungen des Magnetfeldes durch Ausdehnung der Magnetkomponenten des Mikrowellen-Filters oder Mikrowellen-Oszillator zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung umfaßt dabei eine Meßvorrichtung, welche den Gleichstromwiderstand der Magnetspule mißt und an einen Regelkreis weitergibt, welcher die Stromstärke des die Magnetspulen erregenden Stroms so regelt, daß die durch die Temperatur auftretenden Verschiebungen der Resonanzfrequenz kompensiert werden können. Dadurch ist eine einfache, stufenlos einstellbare Anpassung des Magnetfeldes an verschiedene Temperaturverhältnisse und eine Temperaturkompensation möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Mikrowellen-Bandpaßfilters gemäß dem Stand der Technik, und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Mikrowellen-Bandpaßfilters mit einem Regelkreis.
1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Mikrowellen-Bandpaßfilters 1 gemäß dem Stand der Technik. Derartige Mikrowellen-Bandpaßfilter 1 weisen einen großen Durchstimmbereich von ca. 5 Oktaven auf und werden beispielsweise in der Meßtechnik zur Spiegelfrequenzselektion in Spektrumanalysatoren verwendet. Als Resonatoren werden ferrimagnetische Elemente verwendet, deren Resonanzfrequenz durch ein äußeres Magnetfeld B₀ bestimmt ist.
Das Mikrowellen-Bandpaßfilter 1 weist dabei zwei Magnetjöcher 2 auf, die mit Magnetpolen 3 versehen sind. Magnetspulen 4 erzeugen das Magnetfeld B₀ zwischen den Magnetpolen 3.
Um ein Magnetfeld erzeugen zu können, müssen die Magnetjöcher 2 aus einem metallischen Material hergestellt sein. Dies führt jedoch dazu, daß sich das Material während des Betriebs des Filters 1 erwärmt und dadurch eine Veränderung des Abstandes der Magnetpole 3 zueinander eintritt, welche in einer unerwünschten Verschiebung der Resonanzfrequenz des Filters 1 und dadurch zu einer Verfälschung der Filtercharakteristik resultiert.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die durch die Temperatur bedingten Verstimmungen des Filters 1 auf nichtmechanischem Weg zu kompensieren.
Dies erfolgt durch die Messung des Gleichstromwiderstandes der Magnetspulen 4 mittels einer Meßvorrichtung 5 und die anschließende Regelung des durch die Magnetspulen 4 erzeugten Magnetfeldes B₀ durch Variation des die Magnetspulen durchfließenden Stromes.
Die Meßvorrichtung 5 kann dabei in herkömmlicher Weise ausgebildet sein. Sie gibt die über einen Sensor 10 ermittelten Werte des Gleichstromwiderstandes an einen Regelkreis 6 ab. Dieser umfaßt zumindest eine Komparatoreinheit 7 zum Vergleich des gemessenen Wertes mit einem Soll-Wert sowie eine Regeleinheit 8 zur Ausgabe eines Korrekturwertes an einen die Magnetspule 4 erregenden Stromkreis 9. Dadurch kann die Stromstärke in dem Erregerstromkreis jeweils so eingeregelt werden, daß die in dem Filter 1 vorhandenen Resonatoren zu jedem Zeitpunkt einem konstanten Magnetfeld B₀ ausgesetzt sind und Verschiebungen der Resonanzfrequenz kompensiert sowie eine Verfälschung der Filtercharakteristik vermieden werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt und für beliebig ausgestaltete Mikrowellen-Bandpaßfilter 1 geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Vorrichtung zur Temperaturkompensation für einen Mikrowellen-Bandpaßfilter (1) oder Mikrowellen-Oszillator, wobei das Mikrowellen-Bandpaßfilter (1) bzw. der Mikrowellen-Oszillator mehrere ferrimagnetische Elemente, die einem Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, sowie Magnetjöcher (2) mit Magnetpolen (3) und einen Erregerstromkreis (9) zur Erzeugung des Magnetfeldes (B₀) über zumindest eine Magnetspule (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung (5) zur Messung des Gleichstromwiderstandes der Magnetspule (4) vorhanden ist, deren Messwerte des Gleichstromwiderstandes in Korrekturwerte des Erregerstromkreises (9) umgesetzt werden, dass die Messvorrichtung (5) in einem Regelkreis (6) eingebettet ist, dass das durch den Erregerstromkreis (9) erzeugte Magnetfeld (B₀) konstant gehalten wird, indem der die Magnetspule (4) durchfließende Strom von dem Regelkreis (6) geregelt wird, so dass die im Filter vorhandenen Resonatoren zu jedem Zeitpunkt einem konstanten Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, wobei Verschiebungen ihrer Resonanzfrequenz kompensiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (6) zumindest eine Komparatoreinheit (7) und eine Regeleinheit (8) aufweist.