DE3930985A1 - Schaltungsanordnung mit einem magnetfeldgesteuerten resonator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit ei­ nem magnetfeldgesteuerten Resonator gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

YIG-Resonatoren werden in der Höchstfrequenztechnik so­ wohl in Höchstfrequenzoszillatoren als auch in Höchst­ frequenzfiltern eingesetzt. Die Resonanzfrequenz der YIG-Resonatoren läßt sich mittels eines Magnetfeldes verändern. Über eine Änderung des Erregerstroms einer das Magnetfeld erzeugenden Magnetanordnung läßt sich eine Frequenzeinstellung vornehmen, so daß derartige YIG-Resonatoren in wobbelbaren Filtern und wobbelbaren Oszillatoren eingesetzt werden können. Da die Magnetan­ ordnungen der YIG-Resonatoren ein von ihrer Temperatur abhängiges Magnetfeld erzeugen, müssen bei hohen An­ forderungen an die Frequenzgenauigkeit geeignete Temperatur-Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden. Im Wobbelbetrieb ändert sich jedoch ständig der Erregerstrom, so daß eine ständige Anderung der Ver­ lustleistung auftritt, die eine entsprechende ständige Änderung der Temperatur im Bereich des YIG-Resonators zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung mit einem YIG-Resonator zu schaffen, die eine Temperaturkompensation bei zeitlich veränderlichen Temperatureinflüssen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptan­ spruch angegebenen Merkmale erhalten. Durch die Berück­ sichtigung unterschiedlicher zeitabhängiger Parameter, die als Betriebsdaten einem Mikroprozessor zugeführt werden, kann dieser Korrekturdaten erzeugen, die mit Frequenzdaten zu einem Steuersignal verknüpft werden, welches den für die Frequenzeinstellung erforderlichen Magnetfeld-Erregerstrom steuert. Die Betriebsdaten kön­ nen für einen bestimmten YIG-Resonator bei den unter­ schiedlichen Betriebszuständen und zu unterschiedlichen Betriebszeiten gemessen werden, so daß daraus der Mi­ kroprozessor geeignete digitale Korrekturdaten erzeugen kann.

Die Frequenzdaten, welche die digitale Information zu unterschiedlichen Sollfrequenzen darstellen, bestehen vorzugsweise aus jeweils größeren Datenworten als die digitalen Korrekturdaten. Durch einfache Addition in einem Addierer kann die Verknüpfung von Korrekturdaten und Frequenzdaten erfolgen, so daß ein nachgeschalteter Digital-Analogwandler das analoge Steuersignal zur Steuerung des Magnetfeld-Erregerstroms liefern kann. Die geringere Wortlänge der Korrekturdaten bedeutet ei­ nen entsprechend geringen Aufwand, weil die Korrektur­ daten in einem Speicher abgelegt sein können, der einen verhältnismäßig geringen Speicherumfang hat.

Die Korrekturdaten, die vom Mikroprozessor, von einem Mikrokontroler oder dergleichen aufgrund einer ge­ wunschten Betriebsweise und aufgrund aktueller Betrieb­ sinformationen erzeugt werden, können als Datenblock beispielsweise in einem RAM abgelegt sein. Die Dicke des Luftspalts des Magneten, in welchem sich die YIG- Elemente befinden, ist temperaturabhängig, da sich der Magnetkern in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnt, wodurch sich der Luftspalt entsprechend ändert. Da die Temperatur sich während des Betriebs ständig ändern kann, werden die Korrekturdaten während des Betriebs ständig aktualisiert. Die Aktualisierung der Korrektur­ daten kann dabei so erfolgen, daß der laufende Betrieb dadurch nicht behindert wird. So kann beispielsweise im Wobbelbetrieb der Datenteil der Korrekturdaten aktuali­ siert werden, der den Frequenzbereich betrifft, der ge­ rade nicht angesteuert wird.

Liegen die Frequenzdaten in einem Festwertspeicher und die Korrekturdaten in einem Schreib-Lesespeicher, so können beide Speicher im Betrieb über die aktuelle Sollfrequenz angesteuert werden. Zu der aktuellen Soll­ frequenz kann in den beiden Speichern die zugehörige Information abgelegt sein, so daß die Adressierung der Speicher über eine gemeinsame Adressierung erfolgen kann.

Zur Temperaturkompensation des YIG-Resonators wird die am Resonator auftretende Temperatur ermittelt. Dabei wird vorzugsweise der Verlustwiderstand des Erreger­ kreises aus gemessener Spannung und gemessenem Erreger­ strom berechnet, so daß die auftretende Temperatur nach folgender Gleichung vom Mikroprozessor bestimmt werden kann:

Dabei ist T₀ eine Ausgangstemperatur, bei der der Ver­ lustwiderstand des Erregerkreises R₀ ist. Weiterhin ist α der Temperaturkoeffizient des Wicklungsmaterials, wel­ ches beispielweise Kupfer ist.

Der Mikroprozessor kann aufgrund der rechnerisch ermit­ telten Temperatur T eine Korrektur des Erregerstromes vornehmen, so daß der Temperatureinfluß ausgeglichen wird. Eine optimale dynamische Temperaturkompensation für sich schnell ändernde Vorgänge erfordert jedoch auch die Berücksichtigung weiterer Parameter. Bei hoher Wobbelfrequenz wird sich eine mittlere Temperatur am YIG-Resonator einstellen, da das System eine thermische Trägheit besitzt. Außerdem muß unmittelbar nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung berücksichtigt werden, daß ein allmählicher Temperaturanstieg im Be­ reich des YIG-Resonators erfolgt. Hierzu kann der Mi­ kroprozessor den Einschaltzeitpunkt und die Dauer des Betriebs für die Erzeugung der geeigneten Korrekturda­ ten berücksichtigen.

Werden die Korrekturdaten in einem separaten Speicher abgelegt, so kann dadurch im Störungsfall erreicht werden, daß zwar die Korrekturdaten keine Berücksichti­ gung finden, jedoch der Nicht-Korrigierte- Betrieb un­ gehindert aufrecht erhalten werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nä­ her erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung besitzt einen Frequenzdatenspeicher 1 und einen Korrek­ turdatenspeicher 2, die ausgangsseitig mit einem Addie­ rer 3 verbunden sind. An den Ausgang des Addierers 3 ist ein Digital-Analogwandler 4 angeschlossen, der eine Treiberstufe 5 für die Bereitstellung des Magnetfelder­ regerstroms eines YIG-Resonators steuert. Der YIG- Resonator ist im dargestellten Ausführungsbeispiel Teil eines steuerbaren Filters 6, welches als YTF (YIG­ tuned-filter) bezeichnet werden kann. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann der YIG-Resonator auch Teil eines Höchstfrequenzoszillators sein.

Der Frequenzdatenspeicher 1 ist als EPROM ausgebildet, während der Korrekturdatenspeicher 2 als RAM vorgesehen ist. Der Korrekturdatenspeicher 2 erhält die in ihm ab­ gespeicherten Korrekturdaten von einem Mikroprozessor 7, der die Korrekturdaten aufgrund unterschiedlicher Parameter 8 ermittelt. Als betriebskennzeichnende Para­ meter können dem Mikroprozessor 7 beispielsweise fol­ gende Informationen zugeführt werden: Sollfrequenz, Wobbelbereich, Startfrequenz und Stopfrequenz im Wobbelbetrieb, Wobbelgeschwindigkeit, Magnetfeld- Erregerstrom I, Magnetfeld-Erregerspannung U, Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Schaltung und aktuelle Zeit (Betriebsdauer).

Aus diesen Informationen ermittelt der Mikroprozessor 7 die geeigneten Korrekturdaten, die zu den unterschied­ lichen Sollfrequenzen im Korrekturdatenspeicher 2 abge­ legt werden. Die Adressierung des Frequenzdatenspei­ chers 1 und des Korrekturdatenspeichers 2 kann nun über Datenleitungen 9 erfolgen, wobei eine feste Zuordnung zwischen Sollfrequenz und Adressierung besteht. Diese Informationen der Datenleitung 9 werden über ein Latch 10 nicht nur zum Korrekturdatenspeicher 2, sondern auch zum Mikroprozessor 7 übertragen.

Ein weiteres Latch 11 ist in die zwischen Korrekturda­ tenspeicher 2 und Addierer 3 befindliche Datenleitung 12 eingeschaltet, wobei sowohl das Latch 10 als auch das Latch 11 vom Mikroprozessor 7 gesteuert werden. Das Latch 10 ist im Ausführungsbeispiel als 16-Bit- Zwischenspeicher und das Latch 11 als 8-Bit- Zwischenspeicher ausgebildet. In entsprechender Weise sind die Frequenzdaten im Frequenzdatenspeicher 1 als 16-Bit-Daten abgelegt, während im Korrekturdatenspei­ cher 2 die Korrekturdaten als 8-Bit-Daten abgespeichert sind.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lassen sich magnetfeldgesteuerte Filter und Oszillatoren im Gigahertzbereich mit sehr hoher Genauigkeit realisieren, wobei Temperatureinflüsse und andere Be­ triebsparameter zur Erhöhung der Frequenzgenauigkeit herangezogen werden.

Anstelle eines Mikroprozessors 7 kann ein Mikrokontro­ ler oder ganz allgemein ein Rechner Verwendung finden, wobei der Frequenzdatenspeicher 1 und der Korrekturda­ tenspeicher 2 in der Speicherkonfiguration des Rechners integriert sein können.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung mit einem magnetfeldgesteuerten Resonator, insbesondere YIG-Resonator, der wenigstens ein YIG-Element besitzt, dessen temperaturabhänige Re­ sonanzfrequenz mittels eines Magnetfeldes einstellbar ist, wobei in Abhängigkeit von vorgegebenen Frequenz- Sollwerten digitale Frequenzdaten zur Steuerung des Magnetfeld-Erregerstroms des YIG-Resonators erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu mehreren aktuellen Betriebsdaten (8) des YIG- Resonators (6) von einem Mikroprozessor (7) oder der­ gleichen Korrekturdaten erzeugt und mit den Frequenzda­ ten zu einem digitalen Steuersignal verknüpft werden, welches über einen Digital-Analogwandler (4) den Magnetfeld-Erregerstrom steuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Daten­ worte der Korrekturdaten jeweils aus einer deutlich ge­ ringeren Anzahl von Bits bestehen als die Datenworte der Frequenzdaten, und daß die Frequenzdaten und die Korrekturdaten in einem Addierer (3) zu dem digitalen Steuersignal verknüpft werden.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturdaten, die zu sämtlichen vorgegebenen Parame­ tern und Momentanwerten einer eingestellten Betriebs­ funktion gehören, in einem Korrekturdatenspeicher (2) als Datenblock abgelegt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Mikroprozes­ sor (7) Frequenzdaten und weitere Einflußgrößen (8), wie aktuelle Frequenz, Wobbelgeschwindigkeit, Startfrequenz, Wobbelbereich, Erregerstorm, Betriebs­ dauer und dergleichen, zur Berechnung der Korrekturda­ ten und zu deren Adressierung im Korrekturdatenspeicher (2) ausgewertet werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Mikroprozessor (7) zur Temperaturkompensation des YIG-Resonators dessen Verlustwiderstand R aus Erre­ gerstrom I und Erregerspannung U gemäß der Gleichung R = U/I berechnet wird, daß die am YIG-Resonator auftre­ tende Temperatur T aus der Gleichung bestimmt wird, wobei T₀ eine festgelegte Ausgangs­ temperatur, R₀ der zu dieser Ausgangstemperatur gehöri­ ge Ausgangswiderstand und α Temperaturkoeffizient des YIG-Resonators ist und daß unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit und Erregerstromabhängigkeit des Frequenzverlaufs Korrekturdaten für die Korrektur des Erregerstroms I vom Mikroprozessor (7) ermittelt werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdaten in einem EPROM (1) und die Kor­ rekturdaten in einem RAM (2) abgelegt sind, die über Datenleitungen ausgangsseitig an einen Addierer (3) an­ geschlossen sind, der einen Digital-Analogwandler (4) speist, an dessen Ausgang ein Treiber (5) für die Steuerung des Magnetfeld-Erregerstroms angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturdaten während des Betriebs unter Be­ rücksichtigung sich ändernder Parameter (8) aktuali­ siert werden.