Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



2р1,радиань1

-к/г

Относительная расстройка

Рис. 6.18. Смещение минимума напряжения относительно узла при расстройке

частоты. При 3 » 1 КСВН велик и его трудно измерить, в то время как соответствующие узлы напряжения отчетливо выражены и их сдвиг при перестройке резонатора легко обнаруживается. Процесс измерения заключается в определении положения узлов напряжения относительно некоторого произвольного опорного сечения при перестройке резонатора или источника сигнала. Вне области, близкой к резонансу, передающая линия ведет себя как линия, короткозамкну-тая на конце, а вдоль нее на расстоянии половины длины волны друг от друга располагаются узлы напряжения. При перестройке резонатора положение узлов меняется. Аналогичный результат получается и в случае, когда настройка резонатора остается постоянной, а меняется частота сигнала.

Положение узла напряжения определяется по круговой диаграмме электрической длиной 2р/, где I - расстояние между узлом напряжения и положением пучности при расстройке. На рис. 6.18 представлена зависимость 2р/ от относительной расстройки 5 для трех степеней связи.

Точка на рис. 6.18, соответствующая резонансу (5 = 0), берется за центр антисимметрии. Крутизна в этой точке обозначается через S(j. При связи больще критической от-

носительные расстройки, при которьк кривая проходит точки, соответствующие углам 90°, обозначаются 5i и Sj. Для связи меньще критической относительные расстройки, соответствующие точкам с нулевой крутизной, обозначаются через 63 и 64.

Аналитические выражения, связывающие значения QhPc5i -би позволяющие вычислить основные параметры резонатора для связи меньще критической (Р < 1), имеют вид:

Р = 5з5о/21/(6з5„/2)2 + 1; Оо = 1/25з1/(5з5о/2)-Н1,

а для связи больше критической (Р > 1) имеют вид:

P = So5;/2l/(So6i/2)-l;

eo = l/25il/(So6i/2)-l;

Qbh = Qo/P = I/S06?; бнагр = Qo/(l + p).

(6.16)

При 3 » 1 So = 4eo/P;

бвн = So/4-

(6.17)

Решая совместно уравнения (6.16) и (6.17) для случая р » 1, получим

е,н = l/25i = 1/(6, - 62) = /o/(/i - Л).

Оценка уравнений, полученных для связи больше критической, показывает, что знаменатели содержат разность примерно равных чисел, поэтому этот метод не может дать точного значения величин р и Qq. "отя он позволяет точно измерить Qbh-

Метод измерения декремента затухания. На рис. 6.19 показана схема, позволяющая использовать для измерения добротности не резонатор, а происходящий в нем переходный затухающий процесс. Импульсный генератор на небольшой отрезок времени запускает генератор СВЧ. Под воздействием колебаний генератора резонатор возбуждается, и после прекращения воздействия импульса генератора в нем возникают собственные колебания на резонансной частоте

Генератор СВЧ •»] Резонатор Смеситель

Генератор

УГГЧ

Генератор импульсов

Схема задержки импульсов

Аттенюатор

-* Осциллограф

Детектор

Генератор развертки

Рис. 6.19. Структурная схема измерения добротности методом декремента затухания



/?5 С1=

Рис. 6.20. Эквивалентная схема резонатора

или несколько отличной от нее вследствие вносимых генератором и детектором реактивных сопротивлений. Колебания резонатора детектируются полупроводниковым детектором или супергетеродинным приемником. Огибающую колебаний можно наблюдать на осциллографе, развертка которого запускается тем же импульсом, что и генератор СВЧ.

Из эквивалентной схемы (рис. 6.20) можно определить сопротивление R промежуточного контура, пренебрегая при этом влиянием вносимых реактивных сопротивлений: R = Rs + ifsMiflZi + {fuMflZi = = R,(1 + Pi + P-

Добротность при нагруженном состоянии, определяемая равенством 6шгр = юЬ/Я, равна

бнагр = ао/(1 + р1 + р2)-

Предположим, что в момент включения источника сигнала в контуре появился ток. Затухающий процесс в этом случае описывается выражением

i(t) = io exp - (/?/2L) = io exp - ((u/2Q„).

Если ток i{t) измерить для двух следующих друг за другом моментов времени ti и t2, то

i(t,) = ioexp-(co/2e„arp)ti; i(t2) = о exp - (co/2e„arp) fj-

Их отнощение Uti)A(t2) =ехр -(ra/2e„arp)(ti -*2)-

(6.18)

Рещая (6.18) относительно Снагр> получаем

eHarp = n/(t2-ri)/ln[i(ti)/i(g].

Если Дг соответствует отрезку времени, в течение которого ток уменьщается в е раз, то (6.18) примет вид

енагр = п/Д£. Величина /Дг представляет собой число ко-

лебаний СВЧ за время At. Таким образом, ток изменяется в е раз за Q/n периодов колебаний.

Постоянная времени затухания может бьггь определена также путем подачи импульсного напряжения на последовательную цепочку RC к одновременного наблюдения на осциллографе переходной характеристики этой цепочки и процесса затухания в резонаторе. Подбором параметров RC можно добиться совпадения этих двух затухающих кривых. Добротность определится по значению RC. Погрешность метода возрастает с уменьшением измеряемой добротности.

Динамические методы. Уменьшение погрешности измерения добротности часто затруднено из-за нестабильности источника сигнала. Это особенно заметно при измерениях, которые требуют большого времени на их проведение, как, например, при использовании метода измерения полного сопротивления. Метод определения декремента затухания свободен от этого недостатка, но измерение коротких интервалов времени иногда затруднительно. Поэтому бьши предложены способы автоматизированного динамического представления резонансной кривой, позволяющие быстро и с меньшей погрешностью измерять нагруженную добротность.

На рис. 6.21 изображена структурная схема устройства, позволяющего сравнивать резонансную кривую резонатора, имеющего высокое значение добротности, непосредственно с резонансной кривой низкочастотного контура. Если параметры низкочастотного контура известны, то в этом случае удается значительно уменьшить погрешность измерения и получить прямой отсчет добротности. Схема работает следующим образом. Генератор СВЧ модулируется по частоте пилообразным напряжением, которое подается и на осциллограф. Сигнал, модулированный по частоте, проходит через резонатор, детектируется, усиливается и подается через коммутатор на вертикально отклоняющие пластины осциллографа. Одновременно формируется резонансная кривая низкочастотного контура путем преобразования модулированного по частоте сигнала СВЧ с помощью специального гетеродина. Полученный в результате этого преобразования частотно-модулированный сигнал вводится в низкочастотный контур, а затем детектируется и усиливается так же, как в канале СВЧ. После этого сигнал проходит через коммутатор, который обеспечивает поочередное наблюдение на осциллографе сигналов, поступающих с обоих каналов, пере-



6.4. Средства измерения добротности - куметры

ЧМ генератор

Генератор развертки

Генератор 2

Резонатор

Детектор

Усилитель

Смеситель

R-L-C

контур

Детектор

Осциллограф

Электронный коммутатор

Усилитель

Рис. 6.21. Схема измерения добротности методом сравнения

страивая частоту генератора или резонансного контура. Изменяя добротность низкочастотного контура (шунтируя его сопротивлением), добиваются совпадения обоих изобра-жеш1й на экране. Добротность резонатора вычисляется по формуле

ео = 0о(/о о).

где Qo и /о ~ соответственно добротность и частота низкочастотного контура. Например, резонатор с Q = 10* на частоте 3000 МГц имеет резонансную кривую, которая достаточно точно воспроизводится контуром на частоте 3 МГц с добротностью 100. Этот способ требует идентичности характеристик детекторов и усилителей в обоих каналах, а также точной калибровки низкочастотного контура.

На рис. 6.22 представлена еще одна схема динамического измерения добротности с использованием метода передачи, где определение полосы пропускания производится несколько по-иному, чем в предыдущем случае. Здесь генератор СВЧ модулируется си-нусоидальнь»! напряжением с частотой, равной 1 МГц. Если несущая частота настроена в резонанс с собственной частотой резонатора, то огибающая передаваемого сигнала будет содержать только вторую гармонику модулирующей частоты. После детектирования сигнал подается на усилитель, настроенный на частоту 2 МГц, и затем измеряется вольтметром. Значение второй гармоники пропорционально девиации частоты и добротности резонатора. Степень модуляции, т. е. девиация частоты, определяется несколькими способами. Например, для подавления бо-

ковых частот модулированный сигнал может быть пропущен через фильтр-резонатор с высоким Q.

Как следует из теории частотной модуляции, несущая частота пропорциональна

/о = (Д Г).

где Д/ - девиация частоты; F - модулирующая частота.

Если индекс модуляции Д 5 = 2,405, то амплитуда несущей частоты становится равной нулю. Это можно проверить экспериментально, изменяя модулирующее напряжение до тех пор, пока продетектированный сигнал на выходе высокодобротного фильтра не станет равным нулю. Зная модулирующую частоту, легко определить девиацию частоты. При F = 1 МГц девиация частоты равна 2,405 МГц.

6.4. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ - КУМЕТРЫ

Первые промышленные образцы куме-тров появились в США в 1936 г., когда фирмой Bunion был разработан прибор типа 100 А Отечественные образцы куметров появились в 1940 г. Массовое производство отечественных куметров относится к 1947 г., когда начался выпуск приборов типа КВ-1. В 1948 г. И. М. Элькиным и И. И Богомоловым был разработан и освоен в серийном производстве куметр УКВ диапазона типа УК-1. К этому же периоду относится и разработка образцовых мер добротности А. Л. Грохольским. »

Куметры как конструктивно закон-

Го±1МГц

Резонатор

Детектор

генератор

.....

Генератор

Резонаторный фильтр

1 МГц

с высоким Q

Усилитель 2 МГц

Электронный вольтметр

Детектор

Индикатор

Рис. 6.22. Способ динамического измерения добротности с использованием метода передачи



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 [80] 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0576