[实用新型]一种YTF驱动电路、YIG滤波器及频谱测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及滤波技术。更具体地，本实用新型涉及一种YTF驱动电路、一种YIG滤波器及一种频谱测量装置。

背景技术

现代扫频频谱仪通常使用超外差式。超外差的基本原理为：如果在频率轴上有一个特定的窗口，只有进入该窗口的信号才能被检测到。当窗口从频率点f₁扫描到频率点f₂，就可以得到不同频率点上的信号功率，也就是得到了被测信号的频谱。为了实现这个特定的窗口和频率扫描，现代频谱仪都将窗口设计在一个固定的频率点上，利用扫描第一本振信号的方法，使频谱仪的第一本振频率和输入信号频率混频得到的中频信号逐个通过这个窗口，这样就等效于窗口的频率扫描。减小该窗口的大小就能更细致地观察频率差较小的两个信号，此窗口就是中频滤波器。

在超外差式频谱仪中，镜像和多重响应数目是随输入信号频率及本振信号扫频范围而变化的，为了识别这些镜像和多重响应，在宽带频谱分析仪的设计中，有两种方案可供选择，一种是采用预选器，一种是采用上变频。由于预选器频率下限的限制，宽带频谱仪总是被划分成高低两个频段。低频段采用高中频的方案，频谱仪只要一个固定的滤波器就可以对镜像进行抑制。频谱仪在高频段采用预选器对输入信号进行预选，有效地抑制镜像。

YTF全称钇铁石榴石(YIG)调谐滤波器，其利用YIG的铁磁共振原理，使与YIG小球谐振频率相同的输入信号通过YIG小球耦合至输出端以达到滤波的目的。铁磁共振在原理上与核磁共振、顺磁共振相似。由经典力学唯象理论可知，若将YIG晶体置于直流磁场当中，YIG晶体内部的自旋电子产生的总磁偶极矩M就要绕着直流磁场强度H作拉摩尔进动，M的进动角频率ω0＝γH，γ为旋磁比。由于YIG内部存在阻尼作用，总磁偶极矩M的方向趋于直流磁场强度H的方向，若同时在垂直于直流磁场强度H方向加一微波旋转磁场，其磁场强度用h表示，当微波旋转磁场h的旋转方向与总磁偶极矩M的进动方向一致且微波旋转磁场h的角频率ω等于总磁偶极矩M的进动频率ω0，即微波磁场的角频率与直流磁场满足ω＝ω0＝γH，则总磁偶极矩M便会从微波旋转磁场中吸收能量，用以克服阻尼维持进动。

为了利用YIG小球的铁磁共振原理，YTF的结构在于，如图1所示射频(用RF表示)输入信号通过输入端RF_in进入输入耦合环，调制YIG小球处的空间磁场，当调制的空间磁场与YIG小球谐振频率相同时将会产生磁振荡，继而将此时与YIG小球谐振频率相同的射频输入信号耦合到输出耦合环，再通过输出端RF_out输出。而输入端RF_in和输出端RF_out之间由于是正交结构，输入耦合环和输出耦合环之间无法直接传输射频信号。这样就构成了YTF的一个基本单元。YTF内部可以有一个或数个这样的单元串联而成以达到不同的滤波性能。

为了控制YIG小球的谐振频率还需要一个电磁铁装置如图2所示。在正负接线端通入电流就能调谐YIG小球的振荡频率，从而调谐YTF的中心频率。从外部看YTF基本结构包含有一个射频输入端一个射频输出端；一个调谐正端及一个调谐负端，用于控制调谐滤波器中心频率，例如图3所示。其基本原理为随着调谐端输入的调谐电流I_tune增大，滤波器中心频率随之增大。就可以如同前文所述的“窗口”一般使特定频率的信号通过。

如图4所示为含有YTF的超外差式频谱仪，输入信号经过程控步进衰减器后被分为两路，分别输入到高、低两个频段。在低频段，输入信号被切换到第一变频器中的基波混频器MXR1，得到第一中频信号f_1IF，第一中频信号f_1IF经过第二变频器得到第二中频信号f_2IF。在高频段，将YTF作为预选器使用，对输入信号的镜像进行有效地抑制，实现过程为，输入信号被切换到YTF，预选后的信号输入到第一变频器中的谐波混频器MXR2，得到第二中频信号f_2IF。第二中频信号f_2IF经过第三变频器变换得到第三中频信号f_3IF。对第三中频信号f_3IF进行处理，使该信号经过不同带宽滤波器的选择，再经过线性及对数放大、检波、数字量化和显示。调谐方程如下：

低频段：f_1LO-f_RF＝f_1IF……(1)

f_1IF-f_2LO＝f_2IF……(2)