مذبذب الميكروويف Microwave Oscillators

تستمر تقنية مذبذب الميكروويف في اتخاذ خطوات كبيرة في مجال توافر الأجهزة النشطة الجديدة وتقنيات الرنان؛ لأنّ تقنيات محاكاة الدارات والتصميم قد تقدمت، كما إنّ مصادر الضوضاء الحالية ذات التردد المنخفض هي دائرية ويتم تعديلها ليس فقط عن طريق التيار المستمر، ولكن أيضاً عن طريق تيار التردد اللاسلكي المتغير بمرور الوقت.

كيفية عمل مذبذب الميكروويف Microwave Oscillators:

المذبذبات هي المكونات الرئيسية لأي نظام اتصالات أو ملاحة أو مراقبة أو اختبار وقياس تقريباً والتي توفر وظيفة توقيت حرجة للأنظمة الرقمية عالية السرعة، كما حققت مذبذبات الترانزستور تطورات كبيرة في الربع الأخير من القرن مع ترانزستور التوصيل ثنائي القطب من السيليكون الذي يسيطر على مجال المذبذب.

يتم وصف دائرتين لاستخدامهما للتحكم في تردد مذبذب الميكروويف بواسطة تجويف خارجي عالي “Q” وتستخدم إحدى الدوائر مكافئ ميكروويف لمميز التردد، بالتزامن مع تيار مستمر والمضخم، ويستخدم الآخر التجويف في دائرة خاصة توفر إشارة تردد وسيطة وهي مقياس للاختلاف بين ترددات المذبذب والتجويف، وهذا يسمح باستخدام مضخم التردد المتوسط.

الثبات الناتج للمذبذبات هو أنّه يمكن إنتاج ترددات دقات مسموعة بين مذبذبين بسرعة “10000 ميكرو” في الثانية، كما يمكن تعديل الإشارة الناتجة بترددات صوتية مع استقرار يعمل طوال دورة التشكيل، حيث أنّ تقنية يمكن من خلالها استخدام أنظمة تثبيت التردد لفحص بنية أطياف امتصاص الميكروويف بدقة عالية.

كما يتم وصف طريقة للتحكم التلقائي في التردد لأي نوع من مذبذب الميكروويف القابل للضبط، وفي هذه الطريقة يتم استخدام آلية مؤازرة تشتمل على دائرة تمييز موجه الموجة، ومرحل ملامس للزئبق ومكبر صوت “60 دورة” ومحرك تحريضي صغير ثنائي الطور، وأظهرت الاختبارات التي تم إجراؤها على نموذج أولي لدائرة من هذا النوع تستخدم مع مذبذب “4000 ميجادورة” أنّه يمكن الحصول على ثبات جزء واحد في “50000”، كما يتم وصف الطريقة التي يمكن بها استخدام نظام التحكم هذا في مكرر الموجات الدقيقة.

مذبذب الميكروويف الكهروضوئي:

تُعد التطبيقات الضوئية مهمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية لتعزيز العديد من الوظائف بما في ذلك النقل عن بعد لإشارات الهوائي وتحويل تردد الموجة الحاملة لأعلى أو لأسفل، وتوجيه حزمة الهوائي وترشيح الإشارة، كما تتطلب العديد من هذه الوظائف مذبذبات التردد المرجعية، ومع ذلك لا يمكن لمذبذبات الميكروويف التقليدية تلبية جميع متطلبات أنظمة الاتصالات الضوئية التي تحتاج إلى توليد إشارات ضوضاء عالية التردد ومنخفضة الطور.

نظراً لأنّ الأنظمة الضوئية تتضمن إشارات في كل من المجالات البصرية والكهربائية، يجب أن يكون مصدر الإشارة المثالي قادراً على توفير الإشارات الكهربائية والبصرية، وبالإضافة إلى ذلك ينبغي أن يكون من الممكن مزامنة أو التحكم في مصدر الإشارة بالوسائل الكهربائية والبصرية، كما يتكون هذا المذبذب البصري الإلكتروني “OEO” من مضخة ليزر ودائرة تغذية راجعة بما في ذلك معدل شدة، وخط تأخير الألياف الضوئية وكاشف ضوئي ومضخم ومرشح ويمكن أن يصل تردد التذبذب، والذي يقتصر فقط على سرعة المغير إلى “75 جيجاهرتز”.

مع حجم دون المليمتر و”Q بصري” يصل إلى ما يقرب من “exp 10″، تُعد الكرات المجهرية مع أوضاع معرض الهمس “WG” مكوناً جديداً لتطبيقات الألياف الضوئية أو الضوئيات ونواة محتملة في بصرية فائقة النقاء عالية الطيف و مذبذبات الميكروويف، وبالإضافة إلى القفل البصري الذي تم إثباته سابقاً لليزر الصمام الثنائي في وضع “WG” في كرة دقيقة تم الإبلاغ عن تطبيق “microsphere” في مذبذب إلكتروني ضوئي للميكروويف “OEO”.

في “OEO” يتم الحصول على تعديل ميكروويف ثابت للحامل البصري في حلقة مغلقة بما في ذلك المغير الكهروضوئي وتأخير الألياف الضوئية والكاشف ومضخم الميكروويف، ويوضح “OEO” ضوضاء المرحلة المنخفضة بشكل استثنائي “-140 ديسيبل / هرتز” عند “10 كيلو هرتز” من حوالي “10 جيجاهرتز” بطول ألياف يبلغ حوالي “2 كم”.

تسمح التكنولوجيا الحالية بوضع جميع أجزاء “OEO” باستثناء الألياف على نفس الشريحة، ويمكن أن تحل الكرات المجهرية مع ما يعادل “Q” الذي تم إثباته لمسافة كيلومتر من تخزين الألياف، ومحل تأخيرات الألياف في جهاز متكامل حقاً، ولقد تم الحصول على تذبذب الميكروويف في “OEO” القائم على الكرة الدقيقة عند “5 جيجاهرتز” إلى “18 جيجاهرتز”، مع ناقل بصري “1310 نانومتر” و”1550 نانومتر”.

وكذلك في تكوينين، هما ليزر مضخة “DFB” خارجي ومع ليزر حلقي بما في ذلك “microsphere” ومكبر الألياف البصرية، وتم الإبلاغ أيضاً عن مقرنة ألياف بسيطة وفعالة للكرات المجهرية تسهل تكاملها مع أجهزة الألياف البصرية الموجودة، وتم وصف مذبذب جديد يحول طاقة الضوء المستمرة إلى إشارات ميكروويف مستقرة ونقية طيفياً، حيث يتكون مذبذب الميكروويف الكهروضوئي من مضخة ليزر ودائرة تغذية مرتدة بما في ذلك مُعدِّل شدة وخط تأخير للألياف الضوئية وكاشف ضوئي ومضخم ومرشح.

كما تم تطوير نظرية شبه خطية والحصول على تعبيرات عن حالة العتبة والسعة والتردد وعرض الخط وكثافة القدرة الطيفية للتذبذب، وتم تقديم بيانات تجريبية للمقارنة مع النتائج النظرية، وتشير النتائج إلى أنّ مذبذب الميكروويف الكهروضوئي يمكن أن يولد إشارات مرجعية فائقة الاستقرار ونقية طيفياً للميكروويف تصل إلى “75 جيجاهرتز” مع ضوضاء طور أقل من “-140 ديسيبل / هرتز” عند “10 كيلو هرتز”.

• “DFB” هي اختصار لـ “distributed feedback”.

• “OEO” هي اختصار لـ “optoelectronic oscillator”.

تصميم مذبذب الميكروويف باستخدام طريقة تسلسل الحلقة المفتوحة:

يقوم التحليل الخطي  على تحدد هوامش التصميم وهي طريقة سريعة وبسيطة لدراسة خصائص الضبط ويمكن استخدامها للتقديرات الأولية لضوضاء المرحلة، كما أنّه سريع في استكشاف الهياكل الجديدة وأفكار التصميم الأساسية، والأهم من ذلك أنّ التحليل الخطي يوفر رؤية قيمة لعملية التصميم على الرغم من أنّها طريقة عرض مبسطة، إلّا أنّها توفر فهمًا بديهيًا لكيفية عمل المذبذبات.

كما إنّه يوفر فقط فهماً نوعياً لمستويات الطاقة التشغيلية أو الإخراج التوافقي أو السلوك العابر، كما يمكن الحصول على هذه المعلومات من خلال تحليلات التوازن التوافقي اللاحقة، حيث يتم استخدام طريقتين للتحليل الخطي، والطريقة الشائعة لمذبذبات الميكروويف خاصة لتصميمات “VCO” وهي طريقة الانعكاس أحادية المنفذ، ويشير معظم المصممين إلى هذه التقنية باسم “تحليل المقاومة السلبية”.

وكلاهما مقاومة سلبية ومذبذبات التوصيل السلبي، والاختلاف ليس عبارة عن دلالات، ولكن يجب أن يستخدم مذبذب المقاومة السلبية مرناناً متسلسلاً، ويجب أن يستخدم مذبذب التوصيل السلبي مرناناً موازياً، كما يتم إجراء التحليل الأولي لمذبذب المقاومة السلبية من خلال النظر إلى الجهاز من خلال مرنان متسلسل.

لتشكيل المذبذب تتم إزالة منفذ الاختبار وتأريض هذا المنفذ. يتم إجراء التحليل الأولي لمذبذب التوصيل السلبي من خلال النظر إلى الجهاز عبر الجزء العلوي من مرنان موازٍ، ولتشكيل المذبذب تتم إزالة منفذ الاختبار وترك هذا المنفذ مفتوحاً، وفي بعض الدوائر لا يشتمل المذبذب على عقدة يمكن فتح الحلقة فيها، وفي هذه الحالة يجب استخدام طريقة تحليل المقاومة السلبية أو التوصيل.