Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

О достаточности величины измеряемого напряже­ ния «вх судят по неизменности показаний измерителя при уменьшении его на 30%, когда в положении пере­ ключателя П\ «Контроль» подключается входной дели­ тель напряжения.

Для коррекции градуировки прибора переключатель ставится в положение «10 кГц». При этом входной ка­ скад усилителя преобразуется во внутренний калибро­ вочный генератор эталонной частоты, по которому пе­ ременным резистором Re производится коррекция гра­ дуировки шкалы.

К конденсаторным частотомерам относятся приборы

43-1 (ИЧ-6), 43-7 (ИЧ-7).

Для проверки градуировки по частоте измеритель­ ных генераторов и частотомеров применяются электрон­

применение в диапазоне высоких и сверхвысоких частот. Приборы для измерения частоты этим методом называ­ ются резонансными частотомерами или волномерами.

Резонансный волномер состоит из образцового коле­ бательного контура высокой добротности, точного верньерного механизма настройки и индикатора резо­ нанса. Колебательный контур возбуждается измеряемой частотой, отбирая часть энергии генератора.

Для измерения неизвестной частоты fx волномер на­ страивается путем изменения параметров контура Ь0С0 в резонанс с измеряемой частотой по показанию индика­ тора. При этом измеряемая частота равна собственной

частоте контура f x = / 0 = - ^ у = - .

Контур, с одной стороны, связывается с источником колебаний измеряемой частоты, а с другой — с индика­

244

тором резонанса. Эти связи должны быть минимальны­ ми, чтобы вносимые сопротивления не уменьшали его добротности.

Резонансные волномеры характеризуются диапазо­ ном частот, точностью измерений и чувствительностью. Величина погрешности измерений зависит от способа включения, точности настройки и отсчета, ширины диа­ пазона измеряемых частот и температуры окружающего воздуха. Она составляет от десятых до сотых долей про­ цента. Контур волномера градуируется обычно при тем­

зуются контуры с сосредо­ точенными постоянными, а для более высоких частот — с распределенными постоянными.

Рассмотрим частотомер типа 42-1 (50кГц — 50МГц), принципиальная схема которого представлена на рис. 17.4. Его колебательный контур образуется шестью сменными катушками индуктивности L и конденсатором переменной емкости С. Это позволяет перекрыть значи­ тельный диапазон частот при сравнительно узких под­ диапазонах. Конденсатор градуируется отдельно для каждой катушки. Индикатором является диодный вольт­ метр, слабо связанный с контуром через емкостной де­ литель С\С2. Связь с источником колебаний индуктив­ ная. Основная погрешность его равна 0,25%.

В резонансных СВЧ волномерах колебательный кон­ тур выполнен либо в виде отрезков коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора. Полуволновой резо­ нансный волномер имеет короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии, длина которого регулируется пере­ мещением поршня П (рис. 17.5). Резонанс наступает каждый раз, когда длина линии равна половине длины

245

волны измеряемых колебаний:/ = л-^-. Если микроме­

трический механизм перемещения поршня проградуиро­ ван в единицах /, то, настроив контур последовательно дважды на максимум показаний индикатора, можно определить длину волны Х = 2 (/2 — 1\), где 1\ и h — Два соседних отсчета резонанса.

Рис. 17.5. Схема частотомеров СВЧ

Четвертьволновый резонансный волномер имеет ра­ зомкнутый отрезок коаксиальной линии (рис. 17.5,6). Настройка его осуществляется изменением длины вну­ треннего проводника линии. Резонанс наступает при /=

= (2/г -f 1) где п — целое число. Измерением длины

внутреннего проводника при двух соседних резонансах находится значение полуволны

= (2л+ 3 -2 л-1)4- = 4"-

Для расширения диапазона частот разомкнутая коаксиальная линия нагружается на емкость, которая образуется торцами внутреннего и наружного проводни­ ков (рис. 17.5, в). При настройке одновременно изменя­ ются длина линии I и емкость С. Четвертьволновые вол­

2 4 6

номеры применяются на частотах до 10 ГГц. Погреш­ ность измерений их составляет 0,05%.

На более высоких частотах используются волномеры с объемными резонаторами, настройка которых осуще­ ствляется изменением объема резонатора, перемеще­ нием поршня или настроечного стержня. Эти волномеры имеют дополнительные погрешности, возникающие за счет изменения температуры и влажности воздуха, кото­ рые следует учитывать с помощью поправочных таблиц.

Индикатор волномера состоит из кристаллического детектора и магнитоэлектрического микроамперметра. С колебательным контуром индикатор связан посредст­ вом петли связи. Такая схема индикатора применяется для измерения частоты непрерывных колебаний.

Для измерения частоты импульсно-модулированных колебаний применяется индикатор, состоящий из инте­ грирующего усилителя и детекторного вольтметра. Ча­ сто используют внешние индикаторы-осциллографы или ламповые вольтметры, которые включаются в соответст­ вующее гнездо на панели прибора. Для повышения чув­ ствительности индикаторы некоторых типов волномеров имеют усилитель постоянного тока.

Волномер связывается с источником измеряемой ча­ стоты (генератором СВЧ) либо с помощью антенны (ру­ пор или штырь), либо с помощью проходной секции, включаемой в волноводный тракт генератора, либо с помощью волноводно-коаксиального перехода.

В зависимости от способа связи волномера с линией возможны две схемы включения волномера между гене­ ратором и нагрузкой (рис. 17.6). В первом случае вол­ номер поглощает незначительную часть мощности и не вносит заметных рассогласований в линию. Настройка его производится по максимуму тока через детектор (рис. 17.6, а). Во втором случае при расстроенном вол­ номере индикаторный прибор дает максимальные пока­ зания, а при настройке волномер отбирает часть мощно­ сти, вследствие чего ток детектора уменьшается до ми­ нимума (рис. 17.6,6). Преимущество таких волномеров заключается в том, что даже при ненастроенном контуре можно судить о наличии поля высокой частоты и об ис­ правности индикаторной цепи. Кроме того, точность определения резонанса по минимуму выше, чем по максимуму.

2 4 7

Механизмы настройки волномеров имеют замедле­ ние в 20—100 раз и снабжены шкалой, разбитой на 100 делений, а на основной шкале органа настройки

лучить большое число отсчетных точек. Для определе­ ния частоты к каждому волномеру прилагаются градуи­ ровочные таблицы. Некоторые типы волномеров градуи­ руются непосредственно в единицах частоты.

Рис. 17.6. Методы измерений частоты на СВЧ

Промышленностью выпускаются более двадцати раз­ личных типов резонансных частотомеров чувствительно­ стью 0,1—5 мВт.

§ 5. Гетеродинный метод

Принцип гетеродинного метода состоит в сравнении измеряемой частоты с частотой эталонного генератора. Частотомеры, работа которых основана на этом методе, называются гетеродинными. Основными элементами их являются: нелинейный элемент — детектор или смеси­ тель; гетеродин — генератор высокой частоты с плавной настройкой; кварцевый калибратор — генератор высо­ кой частоты с кварцевой стабилизацией; усилитель низ­ кой частоты и индикатор — телефон, осциллограф, де­

2 4 3

текторный или ламповый вольтметр, индикаторная лам­ почка. Блок-схема приведена на рис. 17.7.

При измерении частоты в положении переключателя «Измерение» на смеситель подаются колебания двух высоких частот /0 и fx. В цепи смесителя возникают ко-

Рис. 17.7. Структурная схема гетеродинного частотомера

лебания, содержащие разностную комбинационную ча­ стоту биений: /б=(/о — fx)- Изменением частоты гете­ родина добиваются получения нулевых биений, обнару-

Рис. 17.8. Зависимость частоты биений от частоты образцового генератора

живаемых по пропаданию звука в головных телефонах. Таким образом, измерение частоты сводится к определе­ нию частоты гетеродина, при которой наступают нуле­ вые биения.

Из графика зависимости частоты биений от настрой­ ки гетеродина (рис. 17.8, а) видно, что при отходе отточки

249

нулевых биений разностная частота /б возрастает как при увеличении, так и при уменьшении частоты гетеро­ дина. Это обусловливает ошибку измерения в несколько десятков герц, так как наше ухо не воспринимает тона звуковых частот ниже некоторой частоты fn. Значение этой частоты лежит в пределах 10—30 Гц. Следователь­ но, появляется зона нулевых биений, в которой слыши­ мость исчезает раньше момента равенства частот. Для уменьшения погрешности применяют визуальные инди­ каторы. Например, при включении осциллографа на ча­ стоте биений ниже 10 Гц линия развертки колеблется в вертикальном направлении. По мере приближения к ну­ левым биениям частота колебаний уменьшается. Прекра­ щение их свидетельствует о равенстве частот /ж и /0, при этом погрешность уменьшается до долей герца.

Необходимо, чтобы связь между гетеродином и гене­ ратором измеряемой частоты была минимальной во из­ бежание возникновения явления «захватывания» и свя­ занного с ним возрастания погрешности измерения. При сильной связи между двумя генераторами, разность на­ стройки которых невелика, один из генераторов может навязать свою частоту другому и оба генератора будут вырабатывать колебания одинаковой частоты, т. е. во всей области захватывания частота биений будет равна нулю (рис. 17.8,6).

Особенностью измерения частоты гетеродинными ча­ стотомерами является возможность получения нулевых

предварительно определить приближенное значение из­ меряемой частоты одним из методов непосредственного отсчета.

Шкала гетеродина разбита на большое число отсчетных точек, каждой из которых соответствует опре­ деленная частота, указанная в градуировочных табли­ цах, придаваемых к прибору. По разным причинам гра­ дуировка шкалы гетеродина с плавной настройкой нару­

250