導語
在寬帶微波測量儀器中，有“微波萬用表”之稱的微波實時頻譜分析儀是測量頻譜最為有效的工具，是一種通用的電子測試儀器，也是電子設備研發、生產、檢測和維護的必備工具之一。YIG 調諧濾波器(YTF)作為預選器廣泛應用于現代頻譜分析儀中，對高頻段的帶外和鏡像響應進行有效的抑制。采用 YIG 材料制成的濾波器，不僅可以覆蓋到更高頻率(高達50GHz)，同時在中心頻率調諧時，濾波器的絕對帶寬變化很小，從而保證了頻譜的準確測試。
預選器在頻譜儀中的作用
如圖 1 所示，為帶有預選的典型頻譜分析儀前端結構。頻譜儀整個模擬前端包含多級混頻器，第一級混頻器的本振是可調諧的，混頻解決方案有可能使不同頻率的信號顯示在同一點上，即在同一本振頻率處產生響應。例如，當本振頻率為 5 GHz 時，頻率為 4.7 GHz 和 5.3 GHz 的輸入信號都能在中頻處產生響應，這些信號的頻率被稱為鏡像頻率，它們之間也是相隔 2 倍中頻。同時諧波混頻也會產生的多重響應。為從根本上抑制鏡像和多重響應，預選器成為頻譜儀中必不可少的器件。
圖1 帶有預選的典型頻譜分析儀前端結構
預選器在頻譜儀中的工作原理
圖 2 表示出了這類預選器的效果。這里利用了超外差式頻譜分析儀，即分析儀一次只調諧到一個頻率上。圖 2 中的虛線表示跟蹤預選器的帶寬。虛線以外的信號則被抑制掉。我們繼續使用前面實例假定分析儀輸入端存在 4.7 GHz 和 5.3 GHz 的信號，若設定 5 GHz 的中心頻率以及 2 GHz 的掃寬，讓我們來看看當頻譜儀調諧在這個頻率范圍時會發生什么情況。當本振掃過 4.4 GHz（可能是本振與 4.7 GHz 輸入信號相混頻的頻率）時，預選器被調諧到 4.1 GHz，因而抑制掉 4.7 GHz 信號。由于輸入信號未達到混頻器，故不產生混頻，顯示器上也不會出現響應。當本振掃過 5 GHz 時，預選器允許 4.7 GHz 信號到達混頻器，在顯示器上便能看到適當的響應。5.3 GHz 鏡像信號被抑制，故不產生與本自 4.7 GHz 信號的混頻分量。相互作用并引起虛假顯示的混頻分量。最后，當本振掃過 5.6 GHz 時，預選器允許 5.3 GHz 信號到達混頻器，從而能看到它被正常顯示。在圖 7-8 中可以看出，不同混頻模式沒有一處相交。所以，只要預選器帶寬足夠窄（典型情況下，從低頻的 35 MHz 到高頻的 80 MHz），便能消除所有鏡像響應和多重響應。
圖2 預選:跟蹤預選器的帶寬以虛線表示
從上面的描述可以看出，可調諧預選器對于頻譜的準確測量是至關重要的。YIG 調諧濾波器作為一款可調諧范圍寬、選擇性高以及帶外抑制高的器件，是頻譜分析儀的關鍵器件。
YIG寬帶調諧濾波器
利用YIG材料的鐵磁共振特性制成，可以在一個倍頻程或者幾個倍頻程范圍作線性電調諧。同時具有帶外抑制高及選擇性高的特點。該器件對于鏡像頻率和多重雜散頻率響應都具有高抑制的特點，還具有頻率選擇性高、體積小、工作溫度范圍寬、調諧線性度高的優點，可代替濾波器組件成為儀器儀表、超寬帶接收機系統的理想選擇。
應用介紹
磁調濾波器具有寬頻帶線性調諧、全頻帶無縫覆蓋、體積小、重量輕等突出的優越性，成為設計寬帶數控調諧器件的最佳途徑。磁調濾波器按功能可分為磁調帶通濾波器與磁調帶阻濾波器兩種。磁調帶通濾波器在系統中選取需用的信號，過濾不需要的頻率信號，它具有良好的電流-頻率線性關系，通過配置數字激勵器，快捷地實現數字調諧，以改變器件的工作頻率，可在現代電子設備、高級微波測量儀器等領域廣泛應用。
技術介紹
YIG單晶鐵氧體諧振器是磁調濾波器的核心，用它代替了普通微波濾波器中所用的分布參數諧振器，可實現濾波器的寬頻帶調諧。
YIG單晶鐵氧體材料中，每個分子含有一個未成對的電子，這些電子由于自旋產生磁矩。外加一偏置磁場，就可使這些磁矩圍繞外磁場方向進動，其進動頻率與外磁場強度和材料特性有關。
單晶鐵氧體YIG樣品置于一水平磁場H?中，樣品的各自旋電子磁矩受磁場H?的作用，將沿H?方向排列成為一個磁偶極子。此磁偶極子磁矩為m。當將磁場H?很快轉到與原來方向垂直的方向時，磁偶極子磁矩就以一定的速率圍繞著垂直方向的磁場H?進動。由于損耗的存在，磁矩的進動角將會逐漸縮小到與垂直的場H?平行為止。若在進動過程中對YIG樣品周圍的磁場取樣，則可看到YIG樣品周圍有一圓極化高頻磁場，它是以進動頻率旋轉的磁矩m所產生的。樣品向外輻射形成此圓極化高頻磁場，該磁場隨時間按指數律消逝，這和在有耗諧振電路中暫態電壓和電流的消逝相當。
如果加上偏置磁場H?后，再加一個與m的旋轉方向相同的圓極化高頻磁場，則當此高頻磁場的頻率與YIG樣品磁矩的進動頻率相同時，樣品磁矩不斷地受到h?的作用而無衰減地進動下去，故樣品周圍將激發并建立起強圓極化高頻磁場。這與在諧振頻率上激勵LC諧振電路時，電感中將建立起磁場的情況相當。若h?的頻率與m的進動頻率不等，樣品磁矩的進動還是逐漸消逝，其對高頻磁場的貢獻為零。若外加的圓極化高頻磁場與m的旋轉方向相反，即使其頻率等于樣品磁矩的進動頻率，對樣品也不起作用。
因此，YIG單晶鐵氧體樣品可看成一個諧振器，稱為“鐵磁諧振器”，其諧振頻率稱為“鐵磁諧振頻率”。在鐵磁諧振頻率上，諧振器四周將激發起強圓極化磁場，當失諧時諧振器對外加高頻磁場不起作用。
如果在垂直于偏置磁場H?方向上加的是一個線極化高頻磁場，則當此場的頻率等于鐵磁諧振頻率時，也能在樣品周圍激發并建立起圓極化高頻磁場，這是因為任何線極化磁場都可看作兩個大小相等旋轉方向相反的圓極化磁場之和，于是線極化磁場的圓極化分量之一（與樣品磁矩的進動方向相同的），就會激勵樣品。由此可見根據對樣品激勵方式不同，所做成的器件既可以是互易的也可以是非互易的。
YIG在磁場中產生的鐵磁共振頻率與施加的磁場強度成正比，并在多個倍頻程的微波頻率上具有線性調諧特性。磁場是利用電磁鐵、永久磁鐵或者兩者的組合而制成的。電磁鐵的磁場可以通過可變電流進行調諧。
磁調帶通濾波器的設計是集微電子學、鐵磁學、微波學等多種學科的集中體現。在上面的設計流程中，各個部分環環相扣，相互影響，最終決定了器件的性能指標。
諧振子的設計和實現是磁調帶通濾波器的關鍵。不同尺寸、形狀和性能參數的諧振子應用于不同技術指標的磁調帶通濾波器中，需要建立一個完善的諧振子設計、制作以及其他微波電路進行集成，解決器件的小型化問題。
驗證，其性能指標的優劣不僅決定了濾波器在各個頻率點的性能指標，而且決定了器件的各種電調特性：包括調諧線性度、磁滯、溫漂、頻率穩定度等關鍵技術指標。
聲明：
