4. Гетеродинный метод

Сущность гетеродинного метода заключается в сравнении частоты исследуе­мого напряжения с частотой напряжения перестраиваемого гетеродина, кото­рый заранее проградуирован. Приборы, осуществляющие этот метод, называ­ют гетеродинными частотомерами. Их используют для измерения в диапазонах высоких и сверхвысоких частот, хотя в настоящее время такие частотомеры как самостоятельные приборы не выпускают. Основное применение гетеродин­ный метод находит в гетеродинных преобразователях частоты, которые служат для расширения диапазона частот, измеряемых цифровым частотомером (см. § 4.7).

Работа гетеродинного частотомера (рис. 4.23) и методика измерений сводяться

к следующему. В положении И переключателя П на смеситель поступают одновременно напряжения двух частот: измеряемой fx и гетеродина f_г. На Выходе смесителя получаются напряжения комбинационных частот, и в то» числе биений. Гетеродин перестраивают по частоте до появления нулевых (низ­кочастотных) биений, выделяемых ФНЧ и фиксируемых индикаторным при­бором. Индикатор может быть визуальным (осциллограф, стрелочный прибор) или тональным (телефон). После получения пулевых биений по шкале гетероди­на определяют частоту его напряжения и, следовательно, fx, так как при ну­левых биениях fx = f_г.

Погрешность измерений складывается из погрешности меры, т. е. неста­бильности частоты и непостоянства градуировочной характеристики гетероди­на, погрешностей сравнения и фиксации нулевых биений. Для уменьшения по­грешности, связанной е градуировкой гетеродина, в схемах частотомеров пре­дусмотрен кварцевый генератор, выполняющий функции образцовой меры. С его помощью поверяют и корректируют градуировочную характеристику шка­лы гетеродина. Эту операцию производят после предварительного (ориентиро­вочного) измерения неизвестной частоты. Для этого переключатель рода рабо­ты ставят в положение К. К смесителю помимо гетеродина оказывается под­ключенным кварцевый генератор, напряжение которого содержит много гар­моник. Отсчетный лимб гетеродина устанавливают в положение, соответствую­щее ближайшей к измеряемой частоте гармонике — «кварцевой точке». Инди­каторный прибор фиксирует наличие биений, которые е помощью «корректо­ра» гетеродина доводят до нулевых. Если у гетеродина отсутствует «коррек­тор», то шкалу проверяют в соседних по обе стороны от fx точках, произво­дят линейиую интерполяцию и вводят поправку, уточняющую градуировочную характеристику. После корректировки кварцевый генератор отключают и на смеситель подают сигнал измеряемой частоты. Гетеродин настраивают на час­тоту, при которой получаются нулевые биения, и делают окончательный отсчет по его шкале.

В диапазоне СВЧ применяют гетеродины, основная частота напряжения которых во много раз ниже измеряемой. При этом используются высшие гар­моники гетеродина. Измеряемая частота сравнивается с частотой n-й гармо­ники гетеродина при нулевых биениях.

При смешении напряжений гетеродина и источника измеряемой частоты возможны биения между различными гармониками, например между второй гармоникой источника и пятой гетеродина. В ряде случаев эти явления исполь­зуют для расширения диапазона гетеродинного частотомера. Иногда же они нежелательны, так как осложняют процесс измерений.

Гетеродинные измерители частоты характеризуются следующими основны­ми параметрами: классом точности, диапазоном измеряемых частот, диапазо­ном частот гетеродина, значениями опорных частот и их погрешностями, чув­ствительностью и др.