DE4038759C1 - Variable current supply for tuning coil of YIG filter - is regulated in dependence on measured induction voltage so that latter follows differential of control signal - Google Patents

Variable current supply for tuning coil of YIG filter - is regulated in dependence on measured induction voltage so that latter follows differential of control signal

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Abstract

The current supplied to the tuning coil (2) is controlled by a signal (U). The current (1) is regulated depending on the voltage (V) induced and measured on the tuning coil so that the voltage induced follows the derivative du/dt of the control signal. The induction voltage (V) is tapped by an amplifier (11) at the ends of the timing coil. The difference between the induction (V) and control (U) voltages is formed in a following adder stage (12). The difference voltage is supplied to a difference circuit (16) so that the level of the amplifier is set such that difference voltage (B) is null at a constant control voltage (U). ADVANTAGE - Voltage induced is synchronised with control signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Stromquelle zum Speisen der Abstimmspule eines sogenannten YIG-Filters.The invention relates to a controllable current source for Feeding the tuning coil of a so-called YIG filter.

YIG-Filter, die durch einen die Abstimmspule magneti­ sierenden Gleichstrom linear abstimmbar sind, werden im GHz-Bereich sowohl als abstimmbare Bandpaßfilter als auch als Oszillatoren verwendet (Werner Schnorrenberg, "Spektrumanalyse" Seiten 50, 51, 96, 97, 1990, Vogel-Verlag) . Soll beispielsweise ein aus einem solchen YIG-Filter aufgebauter Oszillator mit einem nachgeordneten Bandpaß­ filter exakt im Gleichlauf betrieben werden, so muß auch für höhere Abstimmgeschwindigkeiten ein möglichst exakter Gleichlauf zwischen dem die Abstimmung steuernden Steuer­ signal und der dadurch bewirkten Änderung der magnetischen Feldstärke bestehen, da sonst der gewünschte Gleichlauf nicht erreichbar ist.YIG filters which can be linearly tuned by means of a direct current magnetizing the tuning coil are used in the GHz range both as tunable bandpass filters and as oscillators (Werner Schnorrenberg, "Spectrum Analysis" pages 50 , 51 , 96 , 97 , 1990 , Vogel- Publishing company) . If, for example, an oscillator constructed from such a YIG filter with a downstream bandpass filter is to be operated exactly in sync, then syncronization between the control signal controlling the tuning and the resulting change in the magnetic field strength must also exist for higher tuning speeds, since otherwise the desired synchronization cannot be achieved.

Es ist bekannt, den Speisestrom der Abstimmspule solcher YIG-Filter über eine Regelschaltung so zu regeln, daß für langsame Änderungen des Steuersignals der Speisestrom exakt dem Steuersignal folgt. Für schnelle Änderungen des Steuersignals ist diese bekannte Regelschaltung jedoch nicht mehr geeignet, den gewünschten möglichst propor­ tionalen Bezug zwischen Steuersignal und magnetischer Feldstärke herbeizuführen.It is known the feed current of the tuning coil such  Control the YIG filter using a control circuit so that for slow changes in the control signal of the feed current follows the control signal exactly. For quick changes of the control signal, however, is this known control circuit no longer suitable, the desired proportions as possible tional relationship between control signal and magnetic Bring about field strength.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Abstimm­ kennlinie des YIG-Filters für verschiedene Abstimmge­ schwindigkeiten zu bestimmen und daraufhin die Verstärkung der Regelschaltung entsprechend zu korrigieren (vgl. US 48 58 159). Die Abstimmkennlinie des YIG-Filters wird hier durch eine Gerade angenähert, was für kurze Teilbereiche eine gute Übereinstimmung mit der tatsäch­ lichen Kennlinie liefert. Wird das YIG-Filter aber über mehr als z. B. 5...10 GHz abgestimmt, so ist diese Methode zu ungenau.To solve this problem it is known to vote Characteristic curve of the YIG filter for different adjustments to determine speeds and then the gain correct the control circuit accordingly (cf. US 48 58 159). The tuning characteristic of the YIG filter is approximated here by a straight line, what a short Sub-areas have a good agreement with the actual characteristic curve. If the YIG filter is over more than z. B. 5 ... 10 GHz, this is the method too imprecise.

Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses Gleichlaufproblem bei YIG-Filtern auf einfachere Weise zu lösen.It is an object of the invention to address this problem of synchronism easier to solve with YIG filters.

Diese Aufgabe wird gemäß Hauptanspruch durch einen ent­ sprechenden Regelkreis der steuerbaren Stromquelle für die Abstimmspule des YIG-Filters gelöst, durch welchen der Speisestrom in Abhängigkeit von der an der Abstimm­ spule gemessenen Induktionsspannung geregelt wird. Vor­ teilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.This task is performed by an ent speaking control loop of controllable power source for released the tuning coil of the YIG filter, through which the feed current depending on the on the vote coil measured induction voltage is regulated. Before partial further training results from the Unteran sayings.

Durch den erfindungsgemäßen Regelkreis wird auch bei schnellen Änderungen des Steuersignals die magnetische Feldstärke der Abstimmspule immer proportional zum Steuersignal geändert, die Feldstärke läuft also auch bei sich schnell ändernden Steuersignalen nicht mehr gegenüber dem Steuersignal nach. Mit diesem nahezu idealen dynamischen Verhalten eines YIG-Filters ist es damit erstmals ohne großen Schaltungsaufwand auf der Hochfre­ quenzseite möglich, zwei oder mehrere solche YIG-Filter exakt im Gleichlauf zu betreiben, beispielsweise einen mit einem solchen YIG-Filter aufgebauten Oszillator exakt im Gleichlauf mit einem nachfolgenden Bandpaß-YIG-Filter zu betreiben. Da die Regelung nur auf der Gleich­ strom-Steuerseite des YIG-Filters durchgeführt wird, kann diese vorteilhafte Eigenschaft auch auf sehr einfache und billige Weise mit modernen elektronischen Bauelementen gelöst werden. Die erfindungsgemäße Regelschaltung für schnelle Steuersignal-Änderungen wird vorzugsweise in Kombination mit einer an sich bekannten Regelschaltung benutzt, mit welcher der Speisestrom der Abstimmspule des YIG-Filters unmittelbar proportional zum Steuersignal geregelt wird, damit wird auch im statischen Betrieb bzw. bei sehr langsamen Steuersignal-Änderungen der pro­ portionale Zusammenhang zwischen Steuersignal und magne­ tischer Feldstärke eingehalten.The control loop according to the invention also applies to rapid changes in the control signal the magnetic Field strength of the tuning coil always proportional to  Control signal changed, the field strength is also running no longer with rapidly changing control signals compared to the control signal. With this almost ideal It is dynamic behavior of a YIG filter for the first time without much circuitry on the Hochfre quenz side possible, two or more such YIG filters to operate exactly in sync, for example one oscillator built with such a YIG filter exactly in sync with a subsequent bandpass YIG filter to operate. Since the scheme is only on the same current control side of the YIG filter can be performed this beneficial property even on very simple and cheap way with modern electronic components be solved. The control circuit according to the invention for rapid control signal changes is preferred in Combination with a known control circuit used with which the feed current of the tuning coil of the YIG filter is directly proportional to the control signal is regulated, so that also in static operation or with very slow control signal changes the pro proportional relationship between control signal and magne table strength maintained.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will now be described more schematically Drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelschaltung für die Stromquelle 1 zum Speisen der Abstimmspule 2 eines YIG-Filters 3. Die Stromquelle 1 ist über ihren Eingang 4 durch ein Steuersignal, bei­ spielsweise eine Steuerspannung U (oder durch einen Steuerstrom) steuerbar. Der Speisestrom I für die Ab­ stimmspule 2 wird über einen Transistor 5 geliefert, am Widerstand 6 entsteht ein Spannungsabfall, der durch einen Differenzverstärker 7 auf eine Regelspannung gegen Masse umgesetzt wird. In einem zweiten Operationsverstär­ ker 8 wird dieser Spannungswert des Differenzverstärkers 7 mit der Steuerspannung U verglichen und der Transistor 5 wird so geregelt, daß der Speisestrom I unmittelbar proportional zur Steuerspannung U ist (U=R6 * I). Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a control circuit according to the invention for the current source 1 for supplying the tuning coil 2 of a YIG filter 3. The current source 1 can be controlled via its input 4 by a control signal, for example a control voltage U (or by a control current). The supply current I for the voice coil 2 is supplied via a transistor 5 , at the resistor 6 there is a voltage drop, which is converted by a differential amplifier 7 to a control voltage against ground. In a second operational amplifier ker 8 , this voltage value of the differential amplifier 7 is compared with the control voltage U and the transistor 5 is regulated so that the supply current I is directly proportional to the control voltage U (U = R 6 * I).

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der magnetischen Feldstärke H der Abstimmspule 2 bei Einspeisung eines Stromes mit konstanter Änderung dI/dT. Daraus ist er­ sichtlich, daß nach einer Anlaufphase to-t1 ein gewisser Nachlauf τ der magnetischen Feldstärke zur theoretisch erwarteten Feldstärke auftritt. Dieser Nachlauf τ ist nach der Zeit t1 nahezu konstant und kann damit bei­ spielsweise durch ein einfaches RC-Glied 9 in der Strom­ quelle 1 kompensiert werden. Diese Regelung und Kompensa­ tion des Nachlaufes ist jedoch nur für den statischen Betrieb mit konstanter Steuerspannung U bzw. für sich langsam ändernde Steuerspannungen U geeignet, für schnelle Änderungen der Steuerspannung U, bei denen beispielsweise bereits nach 20 ms der Zeitpunkt t2 erreicht wird, ist diese Regelschaltung nicht mehr ausreichend. Fig. 2 shows the time course of the magnetic field strength H of the tuning coil 2 in injecting a current at a constant change dI / dT. From this it can be seen that after a start-up phase t o -t 1 a certain lag τ of the magnetic field strength to the theoretically expected field strength occurs. This wake τ is almost constant after the time t 1 and can thus be compensated for in the current source 1 by a simple RC element 9, for example. However, this regulation and compensation of the overrun is only suitable for static operation with a constant control voltage U or for slowly changing control voltages U, for rapid changes in the control voltage U, for which the time t 2 is reached after 20 ms, for example this control circuit is no longer sufficient.

Um auch für schnelle Änderungen du/dt der Steuerspannung U, bei denen bereits beispielsweise nach 10 oder 20 ms der Zeitpunkt t2 in Fig. 2 erreicht ist, die Feldstärke H auf den idealen Kennlinienwert ohne Nachlauf zu regeln, ist gemäß Fig. 1 ein zweiter Regelkreis 10 vorgesehen, der den Strom I der Stromquelle 1 in Abhängigkeit von der in der Abstimmspule 2 erzeugten Induktionsspannung V so regelt, daß diese Induktionsspannung V der Ableitung du/dt der Steuerspannung U folgt. Diesem zweiten Regelkreis 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei schnellen Änderungen der Steuerspannung U an der Abstimm­ spule 2 des YIG-Filters eine Induktionsspannung V ent­ steht, die mehrere Volt betragen kann. Diese Induktions­ spannung V wird über einen Operationsverstärker 11 an den Enden der Abstimmspule 2 abgegriffen und invertiert einer Addierstufe 12 zugeführt, der auch die Steuerspan­ nung U zugeführt wird. In dieser Addierstufe 12 wird also die Differenz V-U gebildet. Durch Veränderung des Verstärkungsgrades des Operationsverstärkers 11 kann auf diese Weise der Spannungsabfall am Innenwiderstand 13 der Steuerspule 2 kompensiert werden, d. h. der Ver­ stärker 11 wird so eingestellt, daß im statischen Betrieb bei Einspeisung einer konstanten Steuerspannung U die am Ausgang 14 des Addierers 12 auftretende Spannung Null ist, dieses Ausgangssignal 14 also nur noch die Informa­ tion über die tatsächliche Induktionsspannung an der Spule 2 enthält.In order to regulate the field strength H to the ideal characteristic value without lag even for rapid changes du / dt of the control voltage U, for which the time t 2 in FIG. 2 has already been reached after, for example, 10 or 20 ms, one is shown in FIG Second control circuit 10 is provided, which controls the current I of the current source 1 as a function of the induction voltage V generated in the tuning coil 2 so that this induction voltage V follows the derivative du / dt of the control voltage U. This second control circuit 10 is based on the knowledge that when there are rapid changes in the control voltage U at the tuning coil 2 of the YIG filter, an induction voltage V is produced, which can be several volts. This induction voltage V is tapped via an operational amplifier 11 at the ends of the tuning coil 2 and inverted an adder 12 , which is also the control voltage U is supplied. The difference VU is thus formed in this adding stage 12 . By changing the degree of amplification of the operational amplifier 11 , the voltage drop across the internal resistance 13 of the control coil 2 can be compensated in this way, that is, the United amplifier 11 is set so that in static operation when a constant control voltage U is fed in, the voltage occurring at the output 14 of the adder 12 Is zero, this output signal 14 thus only contains the information on the actual induction voltage on the coil 2 .

Die Steuerspannung U wird in einem Operationsverstärker 15 differenziert (du/dt), die Ausgangsspannung dieses Differenzierers 15 entspricht also der Soll-Induktions­ spannung der Spule 2 nach der Beziehung
V=k · du/dt.The control voltage U is differentiated in an operational amplifier 15 (du / dt), the output voltage of this differentiator 15 thus corresponds to the target induction voltage of the coil 2 according to the relationship
V = k · du / dt.

Diese der Ableitung der Steuerspannung U entsprechende Spannung wird zusammen mit der Ausgangsspannung des Addierers 12 einem Operationsverstärker 16 zugeführt, in welchem die Differenz zwischen diesen Spannungen als Regelspannung gebildet wird, die über einen Addierer 17 in der Stromquelle 1 dem Operationsverstärker 8 zuge­ führt wird und durch welche der Strom I durch die Ab­ stimmspule 2 so geregelt wird, daß die Induktionsspannung V unmittelbar der Ableitung der Steuerspannung U folgt.This voltage corresponding to the derivation of the control voltage U is fed together with the output voltage of the adder 12 to an operational amplifier 16 , in which the difference between these voltages is formed as a control voltage which is supplied to the operational amplifier 8 via an adder 17 in the current source 1 and by which the current I is regulated by the voice coil 2 so that the induction voltage V follows the derivative of the control voltage U directly.

Fig. 3 zeigt die in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Spannungen an den Schaltungspunkten A, B, C und D bei geöffneter Regelschleife 10 und Ansteuerung mit einer dreieckförmigen Steuerspannung U. FIG. 3 shows the voltages occurring in the circuit according to FIG. 1 at the circuit points A, B, C and D with the control loop 10 open and control with a triangular control voltage U.

Die beiden Eingangsspannungen B und C des Regelverstärkers 16 sind proportional du/dt, damit ist auch die Ver­ stärkung der Regelschleife 10 abhängig von der Anstiegs­ zeit der Steuerspannung U. Für den quasistatischen Fall mit kleiner Anstiegszeit ist die Regelverstärkung prak­ tisch Null und die Regelung des Spulenstromes U erfolgt ausschließlich über die Regelschaltung der Stromquelle 1 in Abhängigkeit vom Spannungsabfall am Widerstand 6. Für große Anstiegszeiten und damit großes du/dt und damit stärkerem Einfluß der Verzögerung der Abstimm­ spule wird die Kreisverstärkung des Regelkreises 10 jedoch so groß, daß sie ausreicht, um den Spulenstrom I in Ab­ hängigkeit von der Induktionsspannung V zu regeln. Die Kreisverstärkung der Regelschleife 10 wird daher so bemessen, daß sie bei merklichem Nachlauf des YIG-Filters zu wirken beginnt.The two input voltages B and C of the control amplifier 16 are proportional du / dt, so that the gain of the control loop 10 is also dependent on the rise time of the control voltage U. For the quasi-static case with a short rise time, the control gain is practically zero and the regulation of the Coil current U takes place exclusively via the control circuit of current source 1 as a function of the voltage drop across resistor 6 . For large rise times and thus large du / dt and thus stronger influence of the delay of the tuning coil, the loop gain of the control circuit 10 is so large that it is sufficient to regulate the coil current I as a function of the induction voltage V. The loop gain of the control loop 10 is therefore dimensioned such that it begins to work when the YIG filter is noticeably running.

Claims (5)

1. Steuerbare Stromquelle zum Speisen der Abstimmspule eines YIG-Filters, deren die Abstimmspule speisender Strom durch ein Steuersignal steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (I) in Abhängigkeit von der an der Abstimmspule (2) gemessenen Induktionsspannung (V) so geregelt ist, daß diese Induktionsspannung (V) dem Differential du/dt des Steuersignals (U) folgt.1. Controllable current source for feeding the tuning coil of a YIG filter, the tuning coil feeding current can be controlled by a control signal, characterized in that the current (I) is regulated as a function of the induction voltage (V) measured on the tuning coil ( 2 ) is that this induction voltage (V) follows the differential du / dt of the control signal (U). 2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strom (I) durch einen zusätzlichen Regelkreis (1, 5 bis 9, 17) pro­ portional zum Steuersignal (U) geregelt ist.2. Current source according to claim 1, characterized in that the current (I) is regulated by an additional control circuit ( 1 , 5 to 9 , 17 ) proportional to the control signal (U). 3. Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Diffe­ renzierschaltung (15) eine der Ableitung du/dt des Steuer­ signals (U) entsprechende Vergleichsspannung (C) er­ zeugt wird und in einer Differenzschaltung (16) die Differenz zwischen dieser Vergleichsspannung (C) und der gemessenen Induktionsspannung (V, B) als Regel­ spannung (D) für die Stromquelle (1) gebildet wird. 3. Power source according to claim 1 or 2, characterized in that in a dif ferent switching circuit ( 15 ) one of the derivative du / dt of the control signal (U) corresponding reference voltage (C) it is produced and in a differential circuit ( 16 ) the difference between this reference voltage (C) and the measured induction voltage (V, B) as a control voltage (D) for the current source ( 1 ) is formed. 4. Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Induktionsspannung (V) mittels eines mit den Enden der Abstimmspule (2) ver­ bundenen Verstärkers (11) abgegriffen wird und in einer nachgeschalteten Addierstufe (12) die Differenz zwischen dieser Induktionsspannung (V) und der Steuer­ spannung (U) gebildet wird, und diese Differenzspannung (B) der die Regelspannung (D) bildenden Differenz­ schaltung (16) zugeführt wird, wobei der Verstärkungs­ grad des Verstärkers (11) so eingestellt ist, daß diese Differenzspannung (B) bei konstanter Steuer­ spannung (U) Null ist.4. Current source according to claim 3, characterized in that the induction voltage (V) by means of a with the ends of the tuning coil ( 2 ) connected amplifier ( 11 ) is tapped and in a downstream adder ( 12 ) the difference between this induction voltage (V ) and the control voltage (U) is formed, and this differential voltage (B) of the control voltage (D) forming differential circuit ( 16 ) is supplied, the gain degree of the amplifier ( 11 ) is set so that this differential voltage (B ) at constant control voltage (U) is zero. 5. Stromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelspannung (D) über eine Addierstufe (17) dem Regelkreis der Stromquelle (1) überlagert ist.5. Current source according to claim 2, characterized in that the control voltage (D) via an adder ( 17 ) is superimposed on the control circuit of the current source ( 1 ).
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