DE102004056505B4

DE102004056505B4 - Vorrichtung zur Temperaturkompensation in einem Mikrowellen-Filter oder Mikrowellen-Oszillator mit Hilfsspule

Info

Publication number: DE102004056505B4
Application number: DE200410056505
Authority: DE
Inventors: Christian Evers
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: DE102004056505A1

Abstract

Vorrichtung zur Temperaturkompensation für einen Mikrowellen-Bandpassfilter (1) oder Mikrowellen-Oszillator,
wobei das Mikrowellen-Bandpassfilter (1) bzw. der Mikrowellen-Oszillator mehrere ferrimagnetische Elemente (6), die einem ersten Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, sowie Magnetpole (3) und zumindest eine Hauptspule (4) zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes (B₀) umfasst,
wobei durch zusätzliche Hilfsspulen (5) ein weiteres Magnetfeld (B_T) erzeugbar ist, das dem ersten Magnetfeld (B₀) überlagert ist,
wobei die Hauptspule (4) und die Hilfsspulen (5) separat ansteuerbar sind,
und wobei die zusätzlichen Hilfsspulen (5) durch Überleitungen (7) miteinander gekoppelt 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 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-Element 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 37 32 794 A1 zeigt einen ferromagnetischen Resonator, insbesondere für ein YIG-Bandpassfilter, mit einem ferrimagnetischen Resonatorelement und einem magnetischen Kreis, der aus einem Paar glockenförmiger Magnetkerne mit den mittigen Magnetpolen gebildet wird. Das Magnetfeld, dem das ferrimagnetische Resonatorelement ausgesetzt ist, wird durch einen Elektromagneten mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule oder zweier Spulen erzeugt. Ferner ist bei dem vorbekannten ferromagnetischen Resonator ein Temperaturdetektor vorgesehen, der nahe am ferrimagnetischen Resonatorelement liegt und die Temperatur im Luftspalt zwischen den Magnetpolen erfasst. Das der Temperatur entsprechende Analogsignal des Temperaturdetektors wird in digitale Temperaturdaten umgewandelt. Diesen digitalen Temperaturdaten sind in einem ROM gespeicherte Temperaturkompensationsdaten zugeordnet, die wieder in Analogsignale umgewandelt und dem Stromtreiber zugeführt werden. Vom Stromtreiber wird die zweite Spule 7 zur Temperaturkompensation mit einem Kompensationsstrom angesteuert. Alternativ ist dem Stromtreiber eine Addierschaltung vorgeschaltet, welche die dem Frequenzsteuerstrom entsprechende Frequenzsteuerspannung und die dem Kompensationsstrom entsprechende Temperaturkompensationsteuerspannung addiert und die Summenspannung dem Stromtreiber zuführt. Dieser erzeugt daraus den entsprechenden Summenstrom und prägt ihn den in Reihe geschalteten Spulen auf.
Die US 4,636,756 beschreibt ebenfalls einen ferromagnetischen Resonator mit einer Vielzahl von magnetischen Resonanzelementen, die im Magnetfeld der Magnete liegen. Die magnetischen Resonanzelemente sind vorzugsweise YIG-Elemente und bilden einen YIG-Filter.
Die DE 39 30 985 C2 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einem magnetfeldgesteuerten Resonator, der wenigstens ein YIG-Element besitzt, dessen temperaturabhängige Resonanzfrequenz mittels eines Magnetfeldes einstellbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass von einem Mikroprozessor zur Temperaturkompensation des YIG-Resonators der Widerstand von dessen Magnetfelderregerspule aus Erregerstrom und Erregerspannung berechnet wird, dass daraus die am YIG-Resonator auftretende Temperatur bestimmt wird, und dass unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit und Erregerstromabhängigkeit des Frequenzverlaufs Korrekturdaten für die Korrektur des Erregerstroms vom Mikroprozessor ermittelt werden.
Aus der DE 39 27 347 C2 ist ein ferrimagnetischer Resonator, insbesondere in YIG-Filtern und Oszillatoren, bekannt mit einem Gehäuse, das die Magnetpolstücke und die Spulen umschließt. Im Luftspalt zwischen den kurzen abgeschrägten Spitzen der Polstücke liegen ein oder mehrere ferromagnetische, kristallische Resonatorelemente. Gemäß einer speziellen Ausgestaltung hat der Polschaft einen treppenstufenartigen Ansatz zur Verbreiterung des Polschaftes zum Gehäuse hin. Dieser Ansatz ermöglicht es, dass die Windungen der Spule von den Treppenstufen des Polschaftes gestützt werden.
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 zusätzliche Magnetspulen, welche ein zusätzliches Magnetfeld erzeugen. Dadurch ist eine einfache, stufenlos einstellbare Anpassung des Gesamtfeldes 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,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Mikrowellen-Bandpaßfilters, und
3 eine schematische, perspektivische Darstellung der zusätzlichen Magnetspulen gemäß 2.
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. Hauptspulen 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 der Temperatur in Polnähe und die anschließende Regelung des resultierenden Gesamt-Magnetfeldes B₀ + B_T mit Hilfe eines zusätzlichen Magnetfeldes B_T, welches, wie in 2 dargestellt, durch Hilfsspulen 5 erzeugt wird, wobei diese vorzugsweise auf die Magnetpole 3 gewickelt sind. Das zweite Magnetfeld B_T ist vorzugsweise durch eine separate Ansteuerschaltung ansteuerbar und dadurch gesondert und unabhängig von dem durch die Magnetspulen 4 erzeugten Magnetfeld B₀ einstellbar.
Das zusätzliche Magnetfeld B_T ist dabei in die gleiche Richtung wie das ursprüngliche Magnetfeld B₀ gerichtet und wirkt somit additiv. Die Magnetspulen 4 und 5 können auch in Serie geschaltet sein, um die für die Kompensation nötige Stromstärke zu reduzieren.
3 zeigt die Magnetpole 3 mit im Ausführungsbeispiel vier zwischen den Magnetpolen 3 angeordneten ferrimagnetischen Resonatoren 6, um die Gesamtsituation zu verdeutlichen. Die Hilfsmagnetspulen 5 sind dabei durch Überleitungen 7 miteinander verbunden. Die Temperaturmessung kann über einen Temperaturfühler 8 erfolgen, welcher direkt an einem der Magnetpole 3 angebracht ist.
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 (6), die einem ersten Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, sowie Magnetpole (3) und zumindest eine Hauptspule (4) zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes (B₀) umfasst, wobei durch zusätzliche Hilfsspulen (5) ein weiteres Magnetfeld (B_T) erzeugbar ist, das dem ersten Magnetfeld (B₀) überlagert ist, wobei die Hauptspule (4) und die Hilfsspulen (5) separat ansteuerbar sind, und wobei die zusätzlichen Hilfsspulen (5) durch Überleitungen (7) miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Hilfsspulen (5) auf die Magnetpole (3) gewickelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (B₀) der Hauptspule (4) und das Magnetfeld (B_T) der Hilfsspulen (5) additiv überlagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Magnetpole (3) ein Temperaturfühler (8) vorgesehen ist und dass der die Hilfsspulen (5) durchfließende Strom in Abhängigkeit von der von dem Temperaturfühler (8) gemessenen Temperatur geregelt wird.