5.3. Высокочастотные измерительные генераторы

Высокочастотные измерительные генераторы работают в диапазоне частот от 300 кГц и выше. Данный диапазон условно разбивается на два поддиапазона: высокочастотный (ВЧ) – до 500 МГц и сверхвысокочастотный (СВЧ) – свыше 500 МГц. В соответствии с этим высокочастотные генераторы подразделяются на генераторы ВЧ (высокочастотные) и СВЧ (сверхвысокочастотные).

Высокочастотные генераторы сигналов

Высокочастотные ИГ являются источниками синусоидальных немодулированных или амплитудно-модулированных электрических колебаний в диапазонах частот 300 кГц—500 МГц и напряжений от 1 мкВ до 1 В. Используют их для настройки радиовещательных приемников, измерения характеристик четырехполюсников и питания различных радиоустройств.

Основными узлами ИГ высокой частоты общего применения с амплитудной модуляцией (AM) являются задающий генератор, широкополосный усилитель-модулятор и выходное устройство (рисунок 5.7, а).

Задающий LC-генератор вырабатывает синусоидальные напряжения. Диапазон генерируемых частот разбивается на ряд поддиапазонов, перестройка частоты в пределах поддиапазона осуществляется конденсатором переменной емкости, переход же к новому поддиапазону – с помощью коммутации катушек индуктивности. Формирование поддиапазонов можно осуществить, подавая сигнал на цепочку делителей частоты и через совокупность фильтров на модулятор.

Рис. 5.7. Структурная схема высокочастотного генератора

Амплитудная модуляция осуществляется в широкополосном усилителе-модуляторе с переменным коэффициентом усиления, управляемым электрическим напряжением. Модулирующее напряжение создается либо внутренним генератором низкой частоты (частота 1 кГц), либо внешним генератором. На выходе модулятора образуется высокочастотный сигнал, амплитуда которого меняется по закону изменения модулирующего сигнала. Глубина модуляции контролируется измерителем амплитудной модуляции.

Выходное устройство представляет собой систему калиброванных аттенюаторов, уменьшающих напряжение в целое число раз (кратное 10), и потенциометра, обеспечивающего плавную регулировку выходного напряжения. Вольтметр включен на входе аттенюатора, отградуирован в значениях выходного сигнала. Выход генератора рассчитан на подключение типового коаксиального кабеля с выносным делителем напряжения. В генераторах высокой частоты предусматривается также вспомогательный выход через широкополосный усилитель для точного измерения частоты цифровым частотомером.

Сверхвысокочастотные генераторы сигналов

Сверхвысокочастотные генераторы работают в диапазоне примерно от 500 МГц и выше. Каждый из таких генераторов обычно рассчитывается на один узкий диапазон с коэффициентом перекрытия 1,5 – 2. Они в основном предназначены для измерения чувствительности приемных устройств СВЧ, измерения диаграмм направленности антенн, исследования трактов передачи СВЧ и т.д.

Основной частью таких генераторов являются задающие генераторы, которые могут выполняться на клистронах, лампах обратной волны (ЛОВ) или на диодах Ганна. Структурная схема генератора СВЧ на клистроне изображена на рисунке 5.6. Здесь: ЗГ – задающий генератор, МБ – модуляционный блок, Ат – аттенюатор, ФВ – ферритовый вентиль, ЧТ – частотомер.

Задающий генератор на клистроне настраивается сначала грубо механическим способом за счет изменения объема резонатора, а затем точно, электрическим способом – за счет изменения напряжения на отражателе клистрона.

Рисунок 5.8 – Структурная схема СВЧ генератора

Уровень мощности на выходе генератора устанавливается аттенюатором Ат и контролируется терморезисторным ваттметром Вт. Ферритовый вентиль ФВ предназначен для согласования выходного сопротивление генератора с нагрузкой. Сигнал СВЧ может модулироваться по амплитуде синусоидальным или импульсным сигналом, по частоте – пилообразным напряжением. Источником модуляции является модуляционный блок МБ, на вход которого может подаваться также внешнее управляющее напряжение.

Особенностью СВЧ генераторов является отсутствие усилителей высокой частоты. Поэтому наибольшая выходная мощность таких генераторов определяется типом задающего генератора и параметрами СВЧ тракта. СВЧ тракты представляют собой совокупность узлов в коаксиальном, волноводном и микрополосковом исполнении.

Кроме того, в диапазоне СВЧ теряют физический смысл понятия тока и напряжения. Единственным видом измерений, однозначно характеризующим интенсивность электромагнитных колебаний, становится измерение мощности. Поэтому в качестве измерительных приборов здесь применяются ваттметры (термоэлектрические или термисторные). Они могут применяться здесь как для измерения проходящей, так и поглощаемой мощности.