Коллеги встречал на форуме несколько тем, где обсуждались вопросы по перестраиваемым фильтрам. Вижу много людей разбирающихся в этих вопросах. Меня интересует вопрос конкретных примеров реализации таких фильтров в готовых устройствах.
Дело в том, что мы с коллегами в рамках научной программы разработали и создали серию полосовых перестаиваемых МСВ фильтров(кто не знает это очень близкое к ЖИГ фильтру) на частоты от 1ГГц до 20 ГГц и с широким набором полос пропускания, от 10 до 300 МГц. Так же нам была важно добится большой скорости перестроения фильтров по частоте. Мы вышли на результаты:
300 МГц перестраивается за 9 мкс
1000 МГц перестраивается за 60 мкс
При том что потери в полосе пропускания не превышают 6 dB, а в полосе заграждения меньше 60 dB. А в одной конструкции получилось меньше 80 dB.
Так же полностью реализованна температурная стабильность центральной частоты и стабильность ширины полосы пропускания во всем диапазоне перестройки.

Так вот очень не хотелось бы, чтобы наш труд и достижения не легли на полку и покрылись пылью не найдя примененье. Буду рад если подскажите где можно применить фильтры или где такие фильтры уже применятся.

Прилагаю фото с векторного анализатора одного из фильтра:

Ну хто ж так говорит? "Не хуже 60 дБ", "лучше 80 дБ".

Предполагаю что в ППРЧ-связи они могут быть полезны.

Сейчас некоторые рапортуют что у них 20К прыжков в секунду, но там нет фильтров,
то есть аналоговая часть приёмника всё равно всю полосу слушает.

Если ваш фильтр перестраивается 9 мкс, то в принципе можно выйти на тот же результат
(20К это 50 мкс, из них 9 мкс на перестройку), но уже с новым качеством.

Вы из какой страны-то хоть?

kbradar.by

МСВ фильтры - это преимущественно монокристаллические пленки. Стейт оф арт. Устройства мелкосерийные, преимущественно спецпроектные. Например для европейских космических аппаратов какие-то отчеты по пленочным фильтрам за 90 годы в гугле гуляли. В штатах относительно не любят, т.к. они пытались конкурировать с бизнесом полировки сферок, предоставляя более дешевые и компактные решения... а сейчас уже потеснены пп. интегральной электроникой.
Самый известный коммерческий разработчик по моему это OMNIYIG. В России, после того как все разработки сгноили, в середине 2000х вдруг этим стал заниматься Магнетон. Разрабатывал дешевую технологию производства пригодных магнетронных пленок. А вот вышло ли у них, х.з. там дальше секретность начиналась.
А вы не из ФТИ случайно?
9 мкс. сендвич со встроенным полем? Или самосмещенные пленки?
Имхо - ехать надо в Дойчлянд, Париж, или в Колораду, и там открывать бизнес. Потому что рядом люди сидят, к которым можно обращаться, и которые эту тему любят.

Для построения радиолокаторов с частотной манипуляцией могут пригодиться.
Потому как крутые скаты, большие затухания в полосе заграждения, маленькие габариты и вес, да и потери хорошие в полосе пропускания на вес золота.
Засылайте соответствующим заводам свою рекламу.

Какая получилась ненагруженная добротность отдельного резонатора? Диапазон перестройки? Размеры?

Спасибо всем кто ответил!


Это так. Но так как автоматизация захватывает все сферы нашей жизни, вижу и здесь большой задел для внедрения. Собрать автомат для сборки посильная задача. Сложнее придумать алгоритм настройки. Но тут возникает следующий вопрос:


В этом тоже большой вопрос. Стоит ли овчинка выделки? Могут ли данные фильтры конкурировать с ПП. Есть мысли? Если даже удешивить производство и уменьшить габариты, всё равно это лишь только приблизит, но вряд ли сравняет... То есть это достаточно нишевый товар.

Но всё это забегание далеко вперед. Сейчас главное, чтобы хоть кому пригодилось...


Да, создается компенсирующее поле с помощью катушки.


Хмм. Я задумался, а реально какой диапазон перестройки. Надо будет померить. )) Перестраивается он хорошо, плюс минус 5 ГГц, а может и больше. Тут надо посмотреть на значение в полосе пропускания, чтобы не выходило за требуемые значения. Более уверенно могу сказать, что 3 фильтра перекрывают частоты от 1 до 20 ГГц.
Сейчас сделали размер из представления комфортной работы для исследований. Кубик 3 сантиметра грань. Есть представление, что можно уменьшить раза в 2.
Если кто хочет могу сделать фото.

Что значит хоть кому? Такие фильтры должны многих заинтересовать, нас тоже интересуют.

Это не резонаторы. Меня на конференциях тоже всегда пришибает этот вопрос. Рассказываешь, рассказываешь о фундаментальном эффекте, потом человек просыпается и жалуется, что нет не нагруженной добротности. Не понимаю, для чего может потребоваться знание ненагруженной добр. широкополосного фильтра. Просто, "чтоб было?".
МСВ фильтры в основном - одномодовые волноводы с зондами (на жаргоне, антенны). По принципу очень похожи на SAW. Поэтому какую антенну сделаешь, такая полоса и будет. Потери 1.5-3дБ, кстати, это в антеннах. Поэтому, узкие полосы делать дюже трудно, не переходя к обратной связи и тонким пленкам с многомодовым режимом. Резонанс подавляется на краях пленки косыми срезами, переводящими бегущую волновую моду в поперечную затухающую.
Есть МСВ фильтры на связанных пленочных резонаторах. но это больше экзотика, требующая точного травления граната по гранату, и перестраиваемость у них афаик ухудшается, то ради чего ферритовые пленки и задуманы.

в области стац. радаров и радиотелескопов конкуренты им только объемные ферриты, имхо. Вот только области дюже узкие и заняты коррумпированными военными господрядчиками. Я по опыту скажу, пробиться даже на полицейский рынок вот так, с улицы, или через аукцион, из-за коррупции практически нереально, даже если ты изобретешь гравицапу с трансклюкатором. Но в Америке, например, все становится чуть проще, если фирма зарег. в США и все работники - граждане США...

это несложно. но если антенна плохо согласована, будет мешать интерференция. Да и вообще, это ближнепольная область, там между антеннами и между витками антенн черти что творится.

Начал "курить" тему МСВ-фильтров. Правильно ли я понял, что это Магнетон?
http://mwelectronics.ru/2012/Poster/C32_V....aivaemy%60e.pdf

За 5 лет положение дел могло измениться.

Очень интересная тема!
Как я понял, это заменяет ЖИГ, особенно, широкополосные.
Интересно, дорого ли будет мелкосерийное производство?

Сильно Вы сказали!! Что поставить в конечное устройство, решает только разработчик! А у него есть объективные (и субъективные тоже) причины (и их достаточно много) выбрать то или иное схемотехническое решение. Вот в уже разработанное и выпускаемое серийно военное изделие поставить что-то новое головная боль ещё та (типовые испытания, объяснения с ВП, с другими службами и т.п.)

Просто тот, кто пытается двигать такие специфические (но очень интересные) разработки, должен рекламировать продукцию не через все "заводские службы" а напрямую разработчикам. А это уже огромная маркетинговая работа, которую мало кто проводит.

Как пример: два года назад разрабатывались умножители частоты в которых нужна была линейка миниатюрных фильтров категории качества "ВП". Работали с одним предприятием (умолчу каким) в этом направлении. По технической части всё замечательно, получилось, но запросили неподъёмную цену для нашего предприятия. Пришлось отказаться и срочно разрабатывать свои (но это не наша специальность и необходимого размера и с необходимыми характеристиками просто не получились, но поставили, так как деваться некуда). А если бы, к примеру, знали про Вас может в Вашей линейке нашлись бы фильтры подходящие нам. Это просто пример, но смысл, надеюсь, понятен.

Как раз с широкополосностью у МСВ-фильтров всё хуже, чем хотелось бы. Надеюсь, что это пока так

Мы Феррит-Домен. Магнетон наши коллеги. Раньше, до развала, мы работали вместе, в одной связке. И сейчас много общих тем. Мы для них ЖИГ шарики, например, катаем.
Потому и наработок у нас с ними много общих. Вот и появилось желание вернуться в производство МСВ фильтров.

В последней работе(из первого поста), мы продвинулись успешно в следующих направлениях:
1) Нижний рабочий диапазон, хоть я и писал 1ГГц, на самом деле получили от 800 МГц.
2) Верхний рабочий диапазон до 20 ГГц, что раньше считалось труднодостижимым.
3) Не используя каскадов, получили -80dB в полосе заграждения. Представляете, что будет если сделать 2-ой каскад...
4) Исследовали процесс времени перестроения фильтра. И получили требумые 9 мкс на 300 МГц перестройки. И теперь есть понимание как ещё уменьшить это время.


На данном этапе это сложный вопрос. Я бы тоже хотел его знать. Это будет ещё сильно зависить от стартового заказчика. Как только этот вопрос прояснится, я непременно дам знать где найти цену.


Они более широкополосные чем ЖИГ. Например, на МСВ нет разницы по конструктиву и сложности, какую ширину сделать 200 МГц или 300 МГц. А на ЖИГ сколько каскадов нужно сделать?

Извините, неправильно выразился. Имелся в виду широкий диапазон перестройки, а не ширина полосы пропускания. Хотел исправить на "с широкодиапазонностью", но Вы ответили раньше.

Да, в целом вы правы. Но тут есть один нюанс. Чем более широкополосный ЖИГ, тем меньше диапазон перестройки. Посмотрел у американцев ЖИГ фильтр полосой 100МГц имеет диапазон перестройки 6-20 ГГц. Правда не увидел какое затухание в полосе пропускания в таком диапазоне.
Потому что МСВ тоже могут так перестраиваться, но будет ли равномерно пропускание, это вопрос. Постораюсь сегодня измерить диапазон.

могло... хотя при нынешнем положении дел люди скорее уезжают, чем приездают. и деньги скорее пилят на яхты, чем на редкоземельные металлы... как показал парад армат, все оборонные программы, в т.ч. по возрождению отечественной элементной базы - пшик.


Да нифига. Цивилизованный, блин, мир, это я не по наслышке, устроен так, что когда менеджер, или груплидер смотрит в BOM и видит там непривычных поставщиков, особенно когда не видит привычных (с которыми рыбку на дачке ловили)... Разработчику спешно приходится менять свое решение. А поскольку разработчик не идиот, он старается время на исправления не тратить, а получить вовремя хороший бонус.


Ну как... чем ниже частота, тем полоса фундаментальной моды шире. В принципе, пленки работают от 500МГц, а практически от 3 ГГц из-за нелинейных процессов, с основной модой в пару ГГц на ЖИГ (зависит от намагниченности и экранирования... вообще, поиск феррита с большой M и малым DH - главная проблема магнетизма СВЧ. В том числе и в невзаимных приборах). При этом мода перестраивается до бесконечности, сколько смещения хватит. Полоса почти и диапазон полностью определяются антеннами. А антенны - волновым сопротивлением. А волновое сопротивление - групповой скоростью. А групповая скорость нелинейна по частоте. Поэтому антенны рассчитывают либо на узкий линейный участок... либо занимаются чистым искусством. В принципе, с одним токовым витком легко получается от 100 до 300 МГц. Вот только выше 40 гиг обычные токовые проводники работать перестают как изопропные проводники. Поэтому даже не знаю как поступать. Раньше в Физтехе на конфе предлагали облучать волноводной модой. В принципе, это работает - корейцы помещают пленку в SIW. Но как я понял, для них это все сделали "Русские" из Колорадо, потому что сами они в разговоре в элементарные вещи не врубались.


рад что вы выжили. конечно вас по миру пустила старая дирекция, даже больно было. не ожидал что на пленки перешли.

Так Вы не внимательно прочли, надо было вышестоящую цитату прочесть:

Т.е. я хотел сказать, что такие фильтры могли бы уже появиться и за рубежом.
Просто надо более глубокий и детальный поиск делать, если кому это нужно.

По теме предлагаю просто продумать возможные сферы применения МСВ-фильтров.
Я, например, уже вижу вариант с чисткой спектра синтезаторов частоты от спур и гармоник.
Причём, всем остальным возможным аналогам тут и ловить нечего в плане скорости.
Весь вопрос только и упирается в диапазон перестройки и минимальную ширину полосы.
Какую минимальную полосу можно реализовать МСВ-фильтрах, скажем, от 1 до 2 ГГц?

Думайте как хотите, но у нас именно так, как я написал, а мы занимаемся модернизацией (разработкой составных частей) серьёзных РЛС таких, например, как эта: "Подлёт" или эта: "Каста"

Я хотел сказать, что поскольку это state of art, а не маспроизводство, каталоги будут только на конфах (типа Intermag MMM, т.к. она прикладная) в стиле "мы можем". А в остальных случаях надо писать и договариваться. Навскидку мне приходит OMNIYIG.
А в остальном, надо смотреть кто с кем(на кого) работал из ученых.
Кстати, до меня доперло, почему корейцы этим занялись. Там сидит Гуслиенко, а Славин видимо ему переплавляет свои американские пленочки.


С синтезаторами сложно. надо думать в каком месте их втыкать, т.к. пленочки не переносят большую мощность в диапазоне существования моды, уходя в нелинейность разного рода. Зато ими очень хорошо ограничивать спектр, производя оптимальную фильтрацию слабых сигналов. Можно даже, играясь формой антенн, вводя обратную связь, модулировать полосу пропускания, максимально выжимая сигнал/шум из принимаемого.
Фишка пленочек в том, что у них мода ограничена сверху и на нее накладывается только первая полоса пропускания антеннок, а верхние кратные отрезаются, и можно быть на 100% уверенным что никакой посторонний сигнал (РЭБ?) не пролезет. так что если выше и ниже (ωH+ωM/2)/2π, то будет резать все. А внутри этого диапазона заграждение ограничено антеннами и надо стараться слишком большую мощность не подавать. Мощность как порог нелинейности, понятно, будет зависеть еще от толщины пленки.


Скорость физически ограничена только скоростью движения доменных стенок, а это очень большая скорость.
А вот практически - индуктивностью подмагничивания. Соответственно, быстрее работают миниатюрные интегральные фильтры, что может ограничить их мощность. Кроме того, как в данном примере, чтобы быстро перестраивать, выгодно встроить DC поле и компенсировать слабым внешним.
Но встраивая поле, это будет уже или не чистый ЖИГ, или жиг зажатый между другими ферритами, которые вроде бы должны влиять на ДГУ и на спектр мод. А также на теплоотвод, усложняя компенсацию ухода параметров. Хотя технологам виднее.

По этому параметру, что ЖИГ, что МСВ имеют одинаковое ограничение, где-то в пол эрстеда, что если перевести в частоты, получается около 3 МГц.
Но у МСВ более крутые скаты получаютя.
А на практике, чтобы он ещё перестраивался с 1 до 2 ГГц, то где-то 10-20 МГц ширину полосы можно получить.


Как я знаю, ещё в 80-ые были эксперементы, где пропускали 0,6 Вт мощности в непрерывном режиме, без существенных нелинейных искажений. Правда был разогрев и уход частоты. Если в импульсном режиме, то там соответственно больше получится значение.

ну так это от толщины пленочек конечно зависит. наверное, если толще 10 микрон взять, то пропустят. да, и разогрев - не шутка. греется то локально, а компенсировать надо по внешним признакам. хотя это в лаборатории. технологически у ГГГ теплопроводность должна быть превосходная, лазеры-шмазеры все-таки.


Возможно даже в режиме МСВ у хорошего монокристалла ЖИГ чуть меньше. Насколько я представляю, при ФМР колебания вырождены из нескольких типов колебаний по разным ионам и крист. направлениям, т.е. в реальности уровень слабо расщепляется и резонансный пик уширяется. В режиме бегущей МСВ вырождение частично снимается и ΔH чуть-чуть худеет. Это причина, почему измерения DH по МСВ резонансу лучше характеризуют материал чем измерения по ФМР.

Последнее - очень важное качество, так как для фильтрации в узкой полосе нужно 2 МСВ-фильтра, один работает на левом скате, другой - на правом.

Для фильтрации субгармоник этого может хватать. Речь идёт о синтезаторах на основе ФАПЧ, но не DDS, там увеличение скорости перестройки сопровождается увеличением уровня субгармоник из-за расширения полосы внутрипетлевого фильтра. Причём, тут может оказаться достаточно и одного фильтра.

Ограничение по мощности может и не иметь значения, если забыть про гармоники. Если синтезатор является ядром генератора, гармоники не важны. Если синтезатор является источником частоты гетеродина - гармоники тоже не важны.

А вот чистота спектра в широкой полосе зачастую является наиболее критичной характеристикой.

Тут могут вмешаться матёрые синтезаторщики и отлупить меня тапками, мол всё это решаемо и без применения перестраиваемых ППФ.
На всякий случай заранее возражу, что во-первых - не решаемо гарантированно в принципе, во-вторых - этот способ более сложный, дорогой, энергоёмкий, крупногабаритный, ненадёжный и т.д.

VCO, я немножко не уловил, "гармоники не важны, но важна чистота спектра", Так эти гармоники от нелинейности прут, и перемножаются сами на себя, образуя фрактальный забор вокруг входного сигнала. Особенно если работать ниже 3 ГГц.

После смесителя обычно основной головной болью являются зеркалка и относительно близко стоящие спуры или субгармоники, а также их комбинации с гармониками. Как гармоники перемножаются сами на себя, я не имею представления.

пленка длинная относительно длины спиновой волны в ней (поэтому они называются медленными). В нелинейном режиме, пока мощность не упадет ниже порога нелинейности, работает значительная ее часть. Соответственно, процессы можно представлять как коспускулярные (магнонные) взаимодействия на протяженной дистанции, которые происходят более одного раза. В спектре порождаются не только кратные частоты но и всякая непонятная хрень вокруг них. Особенно это заметно если вводить обратную связь, где весь спектр возвращается с приличной мощностью назад. И вот ты смотришь на эти гармоники, кратные времени задержки ОС, а между ними такой полисадничек растет.

Честно признАюсь - ничего не понял. Фильтр - не фильтр, а генератор???

"если вводить обратную связь"
он настолько же генератор, насколько смеситель - генератор гармоник. резонатор с обратной связью позволяет малой кровью (т.е. наглядно) получать сильно нелинейные эффекты. Но это не значит что этих эффектов нет в волноводе бегущей спиновой волны при большой мощности оной. Т.е. в сабж. фильтре. Трехмагнонный распад, это когда часть мощности уходит на образование двух гармоник на новых частотах, сумма которых, по закону сохранения импульса, равна начальной частоте　ω0=ω1+ω2. Правда, и волновые числа также должны суммироваться, но в ферритовых пленочках такие условия словить не сложно. Соостветственно, когда у тебя появляются новые частоты, они начинают давать новые продукты в неожиданных местах. Есть еще четырехмагнонные процессы, с простейшем случае одной входной частоты, описываемые как 2ω0=ω1+ω2. Ноу них порог мощности более четкий, ниже которого можно работать. В общем-то занимался я этим довольно давно, ответы вы можете легко нагуглить. Но как я помню, в полосе СВ до 3 ГГц условие для трехмагнонных выполняется легко за счет близости частоты и двух ее "половин". На более высоких частотах разница с половинной частотой велика настолько, что остаются только четырехмагнонные, обеспечивающие возбуждение близких частот. Резюмируя, делать такие фильтры на 500 МГц можно, но с большой осторожностью.

Есть такая идея сделать на МСВ генератор и фильтр в одной магнитной системе, чтобы можно было с высокой долей синхронности перестраивать их.

А пока продемонтрирую МСВ-фильтр с диапазоном перестройки 1-4 ГГц.

Круто выглядит! А вот например пару штук если у вас купить захочу - это можно будет? И как они по цене? А какая у них примерно допустимая мощность (линейный режим и для разрушения) в полосе заграждения/пропускания? Что по температурному дрейфу?

Спасибо! Нам тоже приятно добиваться качественных результатов.


Как я писал в первом посте, сейчас идет научная работа. Поэтому мы не анализировали пока цену. Но мне как разработчику, хотелось чтобы она была не завышена, как это обычно бывает в нашей стране.


Сейчас мы смотим проходящую мощность +14 дБм и наблюдаем начальные признаки насыщения МСВ пленки, скорее всего данные фильты работают до +16...+17 дБм.
Температурная стабильность центральной частоты достигается за счет использования термошунтов и подстоечным полем катушки с помощью драйвера управления. Таким образом получатся стабильность центральной частоты в широком диапазоне температур с отклонением не более +-3 МГц.
Если нужна температурная стабильность ширины полосы пропускания, то необходимо делать каскад из двух фильтров с небольшой расстройкой центральной частоты, которая будет с помощью драйвера управления её компенсировать. Таким образом, можно получить значение стабильности, менее 1% от ширины пропускания фильтра.

а чего так? мне казалось, стабильность ширины полосы где-то проценты, или доли от стабильности по частоте. Температурное расширение антенн сказывается? Сколько там примерно?

Вообще применять перестраиваемые фильтры есть соблазн в любых широкополосных приемниках/анализаторах спектра с верхней рабочей частотой выше 1,5 ГГц. Перестраиваемые фильтры нужны с целью увеличения динамического диапазона по побочным каналам приема (подавления побочных каналов приема). Только если бы удалось довести мощность линейного режима до 20 дБм было бы вообще замечательно.

Спасибо, направления для применения, для меня уже становятся более понятны. Теперь нужно будет определиться в какую сторону двигаться, это либо разрабатывать фильтры под заказ, т.е. по конкретным узким параметрам либо создавать линейку фильтров с определенными параметрами. У того и другого варианта есть свои плюсы и минусы.

Мощность в 20 дБм получить не так уж сложно, это просто мы сейчас используем такие плёнки, где насыщение наступает раньше. Если этот параметр для кого-то является криричным, то мы тоже можем начать двигаться в этом направлении. Я ранее уже писал, что по давнишнему опыту получали около 27 дБм.


Тут я наверное не совсем корректно выразился, надо было : Если нужна температурная стабильность и стабильность в диапазоне перестройки. Если не задаваться этой целью, то гуляние ширины полосы пропускания будет в пределах 10%. Но для меня остается неизвестным на сколько этот параметр важен разработчикам.