Файл: Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения.pdf

Применение преобразования частоты позволяет расширить диа­ пазон измеряемых частот до 10 ГГц. Погрешность измерения со ставляет такую же величину, что и у обычных гетеродинных час­ тотомеров.

§ 5.4 РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД

Резонансный метод измерения частоты основан на использо­ вании явления резонанса в колебательной системе. Он заключается в сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колеба­ ний системы и фиксации равенства этих частот. Метод нашел до­ статочно широкое распространение в радиочастотном диапазоне, особенно в области СВЧ, и пригоден в случаях, когда требования к точности относительно невелики. Из веере методов измерения час­ тоты резонансный метод является наиболее простым. В связи с использованием колебательных систем, размеры которых соизме­ римы с длиной волны исследуемых колебаний, резонансный метод широко используется для измерения непосредственно длины вол­ ны колебаний. Поэтому приборы, реализующие этот метод, часто называют волномерами.

Структурная схема резонансного частотомера (волномера) приведена на рис. 5.10. Входное устройство служит для связи ко-

I— ----1

! Орган 1

'наетройкиі

'(/ отсчета \

> ' ---------- 1

Рис. 5.10.

лебательной системы с источником сигнала измеряемой частоты. Связь должна быть возможно более слабой во избежание влияния подключения волномера на исследуемый источник.

Через элемент связи перестраиваемая колебательная система возбуждается сигналом исследуемого источника. С помощью орга­ на настройки частоту собственных колебаний системы изменяют до наступления резонанса. В момент резонанса, фиксируемого по ин­ дикатору, производят отсчет измеряемой частоты или длины вол­ ны по шкале органа настройки.

79

Индикатор резонанса — это измеритель высокочастотного на­ пряжения или тока. В качестве индикатора обычно используется магнитоэлектрический микроамперметр с полупроводниковым де­ тектором. Значительно реже (в основном в диапазоне высоких частот) применяется электронный вольтметр.

Основным узлом резонансных частотомеров является .колеба­ тельная система, устройство которой зависит от диапазона изме­ ряемых частот. Находят применение колебательные системы с со­ средоточенными постоянными (LC-контуры) и колебательные сис­ темы с распределенными постоянными (коаксиальные и объемные резонаторы). Могут также использоваться колебательные системы

сэлементами переходного типа.

1.Колебательные системы с сосредоточенными постоянными состоят из катушки индуктивности и прецизионного конденсатора

переменной емкости со шкалой настройки. Весь диапазон изме­ ряемых частот обычно разделяется на ряд поддиапазонов. Измене­ ние частоты собственных колебаний в пределах каждого поддиа­ пазона производится изменением емкости конденсатора, а пере­ ход от одного поддиапазона к другому — переключением кату­ шек индуктивности.

Перекрытие по частоте при данной катушке L определяется коэффициентом перекрытия

'де

/.макс —

макс

Погрешность измерения зависит от погрешности градуировки шкалы, стабильности элементов, добротности колебательной сис­ темы и составляет величину +(0,1 —1)%. Такие колебательные системы применяются на частотах до 100 МГц. Для колебательных систем с сосредоточенными постоянными характерна индуктивная связь с источником колебаний.

2. Колебательные системы с распределенными постоянными представляют собой отрезки коаксиальных линий (коаксиальные резонаторы) или объемные резонаторы. Коаксиальные резонато­ ры применяются в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн (примерно до частот порядка 10 ГГц).

В современных волномерах, как правило, в качестве коаксиаль­ ных резонаторов применяют четвертьволновые отрезки, замкнутые

80

контактного соединения. Длина отрезка / регулируется перемеще­ нием центрального стержня при помощи микрометрического вин­

Для связи резонатора с источником колебаний измеряемой час­ тоты и с индикаторным устройством предусмотрены две петли связи, которые обычно помещаются в пучность тока, т. е. у ко­ роткозамкнутого конца линии (магнитная связь). Одна петля представляет собой окончание коаксиального кабеля, соединяю­ щего резонатор с источником колебаний. Исследуемый сигнал может также приниматься антенной (штыревой или рупорной). Вторая петля — индикаторная — связана с детектором, к которо­ му подключен микроамперметр. Непосредственная связь петель ничтожно мала и напряжение на индикаторной петле наводится лишь тогда, когда резонатор настроен в резонанс с возбуждающи­ ми его колебаниями.

Связь с источником колебаний выбирается так, чтобы волно­ мер обладал достаточной чувствительностью. Однако при изме­ рении несущей частоты радиоимпульсов чувствительность может оказаться недостаточной. В этом случае резонансные частотомеры снабжаются усилителями.

Добротность коаксиальных резонаторов достигает величины порядка нескольких тысяч, погрешность измерения частоты со­ ставляет + (0,05—0,1)%. Примерами подобных волномеров служат приборы 42-34 (диапазон измеряемых частот 3,3—4,3 ГГц, погреш­ ность измерения +0,05%, чувствительность 0,2 мВт) и 42-36 (диа­ пазон частот 5,5—7,7 ГГц, погрешность ±0,05%), чувствительность

0,2 мВт).

Объемные резонаторы применяются в сантиметровом и мил­ лиметровом диапазонах волн (обычно на частотах выше 3000 МГц). 4аще всего используются цилиндрические резонаторы. Такой резо­ натор представляет собой отрезок круглого волновода, замкнутый накоротко с обеих сторон. На одном конце отрезка находится не­ подвижная торцевая стенка, на другом — перемещающийся короткозамыкающий поршень (рис. 5.11,6).

При перемещении поршня изменяется длина / резонатора, вследствие чего изменяется частота собственных колебаний. Резо­ нанс наступает при

Л.

1— п ~2

где Л — длина волны в волноводе, связанная с длиной волны в свободном пространстве (длиной волны колебаний источника) однозначной зависимостью (для данного типа колебаний в резона­

энергия в резонаторе имеет максимальное значение. Регулировка степени связи волномера с исследуемым источником осуществляет­ ся изменением расстояния /, изменением длины штыря h либо из­ менением положения штыря относительно направления поляриза­ ции электромагнитных колебаний.

82