yig调谐高速毫米波数字无线电
yig调谐振荡器(ytos)的尺寸在不断减小,成本逐年下降。现有高性能永磁体偏置yto的边长已做到0.6英寸(1.52cm)以下,批发价每只少于150.00美元。随着对高数据速率需求的增加,数字无线电调制电路的复杂性也在增大,yig调谐振荡器优异的相噪性能使其在这些无线电中成了很有竞争力的后选本振信号源。特别是endwave公司的永磁偏置yto产品,例如micro yig和mini yig信号源,在3~11ghz范围内的中心频率调谐范围宽至1ghz。
micro yig和mini yig可按3~11ghz内的中心频率规定其性能:前者的调谐范围是±500mhz,外形尺寸为1.0×0.4×0.7英寸(2.54×1.02×1.78cm);后者的调谐范围是±1000mhz,外形尺寸稍大一些——1.0×1.0×0.8英寸(2.54×2.54×2.03cm)。
y to产品质量的优劣取决于高度抛光yig小球在磁场中的行为。高度抛光的yig小球(典型的直径14密耳,0.3556mm)在磁场内起高品质因素(高q)调谐元件的作用。yig小球的共振频率是其周围磁场的线函数,故可以进行磁调谐。yig小球将以外加场2.8mhz/g的恒定速度调谐。用一个小的耦合环,窄的微波能带可耦合到yig小球上或者从中提取。这个耦合环和谐振子很象是具有固定电阻(r)、电感(l)和电容(c)值的并联电路,而r、l、c值的大小与小球的性能,如无载q值和环的几何尺寸有关。当其和负阻源(如不稳定晶体管)使用时,得到可调谐的低相噪振荡器。
在micro yig中,yig小球置于永磁体和高磁导率金属注射成型外壳(mim)的气隙之间,外壳及其盖子起着引导永磁体磁场磁通的作用,而高μ-金属屏蔽则可使yig小球与外部电磁场去耦。永磁体提供使yig小球饱和磁化所需要的磁场。通过永磁体周围的主调谐线圈增大或减弱磁场强度,以调谐yig小球的共振频率。次调谐线圈用来使yto锁相,并提供带宽超过400mhz的调频。这里,yig小球周围磁场的均匀度是关键。如果磁场不均匀,小球部分就会以略有不同的频率振荡,使相噪性能变坏。永磁体本来会产生有些不均匀的磁场,但是,在磁体面上贴一个小的铁磁圆片,就可以消除这种不均匀性。因为金属注射成型(mim)外壳的电阻率比机加工金属外壳的电阻率高,所以用这些mim yto可以获得较大的主线圈调制带宽。例如micro yig系产品的主线圈调制带宽大于35khz,这对很多锁相应用来说,已经足够宽了。该产品的主线圈调谐灵敏度(或调制灵敏度)一般为5mhz/ma,在整个调谐频段有显著稳定的调制灵敏度。
永磁偏置yto设计中的一个重要概念是,控制频率的温漂。组装yto传统的做法,是用环氧树脂把yig小球粘贴到陶瓷杆的一头上。陶瓷杆用支架固定,并可以把它和小球一起置于耦合环内,在初调过程中杆可以转动。起立方晶体作用的yig小球,安装在陶瓷杆平行于磁场的规定面方向(<111>面)上。在这个面上有四个不同的零漂移角,因此,必须转动小球,使其靠近频漂最小的一个角。在军用yto中,常常使用一个小的加热器来达到要求的频漂指标。这种加热器需要附加电流源。装配一只常规的yto,要用陶瓷杆、杆支架、加热器芯片等大量零件,并且要花费大量的时间来安装这些零件和使小球转动到正确的轴,这势必会附加很多制造成本。作为民用产品,则不能够采用这种通行的方法。
endwave的工程技术人员开发了一种新的yto设计方法,并申请了专利。用这种新方法,把yig小球固定到一根价廉的塑料注射成型矩形杆的面上,零温度轴就在这个面上。用这种方法,在自动化程度较高的振荡器组装过程中把以前繁琐的yig小球/杆调整过程变成了“拾-放”(“pick-and-place”)步骤。设计yto要考虑的另一个细节就是振动的影响。endwave的工程师们一般同用户一道工作,鼓励用户使用随演练装置一起供应的减震工具,更多地学习减震技术。
大家知道,yig信号源在电子战及其军事系统中的应用。但是,它们在高数据速率数字微波无线电的运行中也很重要,特别是那些运用高效调制电路的无线电,包括256级正交调幅(256qam)的产品。调谐范围宽的yig信号源可以增加微波无线电的频道数;当频率稳定在实际合成器的设计范围以内时,它们能够提供低的相噪性能,满足维持复杂调制格式的要求。
譬如,endwave的50系列频率合成器,可以用micro yig或mini yig完成,允许在同样的封装内进行成本-带宽折衷。此种合成器为了在宽的调谐范围有低的相位噪声,其中加入了一种单环、分数n锁相环(pll)结构。例如syn-50a-00、syn-50b-00和syn-50c-00三种合成器产品,其工作频率分别是4.5~7.0ghz、7~10ghz和10~12ghz,均有最低调谐级125khz;相位噪声,在偏离载频100khz时一般为-128dbc/hz,偏离载频1mhz时低至-143dbc/hz。50系列合成器用2khz环电带宽,在10ghz可达到级范围小至250khz,并保持-50dbc或更好的非谐波假响应性能。由于在yto和50系合成器外壳内采取了良好的减振措施,因而使相位冲击(phase hits)减小到了最低限度。精心选择材料,在-35~+75℃内可达到良好的机械阻尼。