4.11. Нулевой метод

Сущность метода заключается в компенсации измеряемого фазового сдви­га (или дополнении до 180°) с помощью градуированного фазовращателя.

При измерениях фазовых сдвигов, вносимых четырехполюсниками, в облас­ти низких и высоких частот удобна схема с осциллографическим индикатором, упрощенный вариант которой приведен на рис. 4.35,а. Методика измерений та­кова. После включения генератора и осциллографа на экране появляется изо­бражение эллипса (см. рис. 4.26). Фазовращателем изменяют фазу напряжения, подаваемого на одну пару пластин, до тех пор, пока эллипс не преобразуется в прямую. Если прямая наклонена вправо, то общий фазовый сдвиг напряже­нии, поданных на обе пары пластин, равен нулю. По шкале фазовращателя отсчитывают внесенный нм сдвиг а. Измеряемый сдвиг φ =— а. В случае нак­лона прямой влево общий фазовый сдвиг равен 180° и φ =180°—а. Точность будет наибольшей тогда, когда прямая наклонена к оси под углом 45° (135°). Для этого необходимо так отрегулировать коэффициенты передачи каналов X и У, чтобы на обе пары пластин поступали напряжения, вызывающие одина­ковые отклонения луча в горизонтальном и вертикальном направлениях: либо изменяют коэффициенты усиления в каналах осциллографа, либо используют аттенюатор, не дающий фазовых сдвигов.

Пользуясь осциллографическим индикатором, нужно помнить, что возмо­жен начальный фазовый сдвиг между каналами вертикального и горизонталь­ного отклонений. Его наличие проверяют, подавая одно и то же напряжение на оба входа сразу. В случае необходимости начальный сдвиг компенсируют или вносят поправку в результаты измерений.

Нулевой метод применяют и в диапазоне СВЧ. Известно много схем, реали­зующих этот метод. Одна из простейших схем для измерения фазового сдвига, который вносится СВЧ элементом, включаемым в тракт, представлена на рис. 4.35,6. Методика измерений сравнительно проста. Приняв за опорную плоскость сечение конечного фланца 5 фазовращателя 4, к нему подключают короткозамыкающую заглушку 7. После включения измерительного генератора 1, сигнал ко­торого поступает на вход фазовращателя 4 через развязывающий аттенюатор 2, перестройкой фазовращателя 4 добиваются того, чтобы узел напряжения стоя­чей волны получался в сечении зонда 3, и отсчитывают по шкале фазовраща­теля. Затем к правому фланцу фазо­вращателя 4 вместо заглушки 7 подсое­диняют исследуемый четырехполюсник 6, короткозамкнутый на конце. Узел стоя­чей волны при этом смещается. С помо­щью фазовращателя 4 изменяют фазу стоячей волны настолько, чтобы узел скова оказался в сечении зонда. Сни­мают отсчет Ψ2 и определяют фазовый сдвиг вносимый четырехполюсником Ψ=(Ψ1—Ψ2)/2. Вместо фазовращателя и неподвижного зонда можно также при­менить измерительную линию (см. §9,6)

Рис. 4.35

9. Расширение частотного диапазона фазометров

Применение гетеродинного преобразователя частоты существенно расширяет частотный диапазон, в котором измеряются фазовые сдвиги. Оно позволяет из­мерять фазовые сдвиги сигналов очень высоких частот, включая сверхвысокие, низкочастотными фазометрами.

Сущность метода заключается в следующем. Два напряжения U1 и U2 час­тотой f, фазовый сдвиг между которыми нужно измерить, подаются на два оди­наковых смесителя (рис. 4.36). Одновременно к обоим смесителям подводится напряжение частотой f_г от одного и того же гетеродина. На выходах смесителей получаются напряжения комбинированных частот, из которых выделяется на­пряжение разностной частоты f_г—f.

Если оба канала идентичны и напряжение гетеродина подается на оба сме­сителя в одинаковой фазе, то фазовый сдвиг между напряжениями, образующи­мися на выходах усилителей разностной частоты, равен φ. Его измеряют низко­частотным фазометром. Преобразование частоты при необходимости может быть двухступенчатым.

Во избежание погрешностей схему регулируют так, чтобы при подаче на­пряжения от одного и того же источника на оба входа фазометр показывал бы нулевой сдвиг. Показания не должны изменяться и тогда, когда и₁ и и₂ меняют местами.

Чтобы фазометр работал в широком диапазоне частот, применяют перестра­иваемый в заданном диапазоне гетеродин, широкополосные смесители, аттенюа­торы и другие элементы.

В качестве примера можно привести низкочастотный фазометр, непосредст­венно измеряющий фазовые сдвиги в диапазоне частот 20 Гц...50 кГц, а сов­местно с гетеродинным преобразованием в диапазоне 20 ГЦ...10 МГц. Име­ются фазометры с гетеродинным преобразованием частоты, которые измеряют также фазовые сдвиги импульсных СВЧ сигналов, например от 1 до 1000 МГц или от 0,1 до 12,4 ГГц.

Рис. 4.36

ГЛАВА ПЯТАЯ