Фазовые шумы генератора двухчастотных колебаний, Оценка фазовых шумов в нестандартной системе. Опции

[Artemij14]

Здравствуйте!

Решил добраться до старой идеи об измерении магнитных полей с помощью ЖИГ генераторов.

Как известно, в ЖИГ генераторах частота сигнала зависит от магнитного поля, как внешнего так и внутреннего. Это можно использовать для измерения магнитных полей. Казалось бы, по частоте можно напрямую судить о величине поля. Однако, сразу возникает проблема температурной нестабильности и фазовых шумов. Даже при постоянном поле, частота генератора будет гулять. В разных временных масштабах с разной амплитудой. Это описывается вариацией Алана для конкретного генератора.

Есть мысль как минимизировать температурную и фазошумовую нестабильность применяя следующую схему:



Можно использовать специальную схему намагничивания, при которой внешние магнитные поля будут уменьшать частоту одного резонатора и увеличивать частоту другого. Если подключить два резонатора в кольцевую схему применяя методику, на которой я не буду останавливаться, мы можем получить генератор двухчастотного сигнала - биений. Из биений легко выделить разностную частоту, по которой далее считается величина внешнего поля.

Вопрос состоит в том, позволит ли улучшить частотную стабильность данная схема?
Ведь усилитель в схеме один и флуктуации и нестабильности в нем будут пропорционально влиять на обе частоты.
В отличие от схемы с двумя генераторами на тех же резонаторах по отдельности, где частота в какой то момент может начать
уплывать в противоположные стороны. Как минимум получаем выигрыш в два раза.

Хотелось бы также понять теорию.
Как посчитать фазовый шум разностного сигнала? Если к примеру частота резонатора номер
№1 - 1000МГц(фазовый шум с одиночным резонатором -90dBc/Hz at 10kHz offset),
№2 - 1010МГц(фазовый шум тот же)
Частота разностного сигнала будет соответственно 10МГц.
Скорее всего фазовый шум упрощенно улучшиться относительно базовых частот как 20logN, где N=1000МГц/10МГц

Дальше фазовый шум несложно перевести в вариацию Алана и понять, что существует наилучшее время накопления сигнала для получения максимальной относительной чувствительности. При этом, учитывая, что в области 10^0-10^3 секунд вариация Алана у ЖИГ генераторов сильно растет, абсолютная точность показаний датчика будет падать со временем. И вопрос до какого значения и когда она остановится и перейдет в относительно медленное старение из случайных фликкер флуктуаций фазы и частоты.

[Hale]

тактактак, что-то знакомое. линия задержки, поди,нелинейная, ферритовая....

проблема в том что разрешение измерений (имхо) будет не выше датчика холла. дело в том, что ЖИГ устройства еще как черт зависят от температуры (кроме, например периодических линий нагруженных на сосредоточенные элементы, где температурная зависимость определяется нагрузкой)... а температурная стабилизация - это та еще головная боль. Еще хорошо если у вас в катушке маленький ток... А если это ампер, как получается при изготовлении на коленке, то температурный уход катушки адский.
В лабораториях под прибором ставят плитку, а сверху вентилятор, чтобы создать некоторое тепловое равновесие с мощностью источника превосходящей саморазогрев ферритового образца.
А снаружи ставят все тот же датчик холла в обратной связи регулятора тока катушки. В принципе на коротких измерениях подходит и стабилизатор на КРЕН, превращенный в источник тока путем обхвата прецизионного измерительного резистора, который тоже баксов в $100 обойдется - тогда вы действительно сможете и смещение подать и уход измерить.
Т.о ваша идея балансировки может и оправдаться. Но если у вас спин-волновые резонаторы, то наклон дисперсии спинволн зависит от поля, тоже нелинейно. Это имхо нарушит баланс.

по поводу шумов... не специалист. Как оценивать интермодуляцию - не знаю - просто подставляю синтезированный шум в Матлаб и считаю как нелинейный смеситель 2 порядка. Действительно ли она уменьшится? Я понимаю, что вы представляете эту цепь как PLL контур, где внутренний контур из резонаторов как будто-делитель. Но разностная частота вроде-бы образуется в усилителе, который сам же и является основным источником шума. Я когда-то измерял по инструкции, как обычно. Если в усилитель и в общее экранирование душу не вложить, то ничего особенного не выйдет. (вот ваши -90 дБц - это на бумаге, или вы уже измерили?) . Вся особенность, что кроме ФШ основных частот конечно очень много интермодуляций, хотя при небольшом усилении в кольце они немножко в стороне от опорных и от первого продукта. А вообще-то говоря, у вас там по сути 3(или четыре?) достаточно нелинейных элемента. В таких кольцах могут бегать солитоны разных конфигураций, такое же кольцо используют в экспериментах с детерминированным хаосом. Т.е. в худшей ситуации, по времени, система может скачками менять состояния и мощность будет перекачиваться в разные части спектра почти непредсказуемо. И вот вы посмотрите спектр, он будет красивенький, те же -90дБц и на 10 кГц и на 100кГц, может чуть потолще середина пика(а кто ее измеряет). а чуть подальше вместо полки БШ там такой забор начнется.

Сообщение отредактировал Hale - May 11 2017, 02:04