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]

”Там будет резонатор в виде диска из ЖИГ пленки”

Если честно, я затрудняюсь сказать, в чем прелесть использования пленок на частоте ФМР. Пленки специально делают, чтобы перейти на резонанс спиновых. И как я представляю (могу и ошибаться, т.к. не изучил,к огда была возможность) уходя от k=0 получается небольшой выигрыш по шуму. Но дисперсия СВ с ростом поля меняется нелинейно, так что балансировка затруднительна.
Ну, ФМР, так ФМР.

"Там постоянные магниты и за счёт их температурного размагничивания достигается температурная компенсация. "

Тогда хорошо. Я с этой технологией, к сожалению, не знаком. Довольно интересно, спасибо.

Сообщение отредактировал Hale - May 15 2017, 01:18

[Artemij14]

Если честно, я затрудняюсь сказать, в чем прелесть использования пленок на частоте ФМР. Пленки специально делают, чтобы перейти на резонанс спиновых. И как я представляю (могу и ошибаться, т.к. не изучил,к огда была возможность) уходя от k=0 получается небольшой выигрыш по шуму. Но дисперсия СВ с ростом поля меняется нелинейно, так что балансировка затруднительна.
Ну, ФМР, так ФМР.

Признаюсь, вы поймали меня на нестыковке. Если говорить сторого, то ФМР там не будет. Однако, учитывая что диаметр диска 2мм и намагничивание нормальное, то длина волны первой моды прямых объемных магнитостатических волн в данном резонаторе будет 4мм и это k=2.5. А это по частоте практически ФМР. В работах по генерации солитонов в генераторах с ЖИГ волноводами используются k=50...500. И дисперсия с ростом частоты в таких системах заметно нелинейна. Все таки широкополосный фильтр.

В данной системе на дисперсию и ее нелинейность можно внимание не обращать, т.к. мы имеем дело с резонаторома, работающими в узкой полосе (ЖИГи достаточно добротные, так что очень даже узкой). А про балансировку я не совсем понял о чем вы. Если балансировка мощности в резонаторах, то это будут осуществлять подключенные к ним параллельно земле ограничители-диоды.

Два резонатора связанные через направленные ответвители или 90-градусные гибридные мосты, иногда устройств связи может быть больше двух.
Гуглить cross coupled resonator и artificial band gap. Большинство полезных ссылок будет по оптике, но можно экстраполировать на СВЧ

Да, были мысли как поток мощности разделить после усилителя. Частоты будут небольшие - максимум 2.5ГГц и разветвитель мощности на микрополосках будет большой, но раз это позволит шумы снизить, то надо делать. Спасибо за подсказки!