LS-Sb87957

ний индикатора, записать полученное значение затухания Аи12 на всех частотах в пределах рабочего диапазона генератора.

6.Собрать измерительную установку согласно рис. 4.4.

7.Провести калибровку установки в диапазоне частот генератора (на частотах измерений). Для этого установить аттенюатором новое значение затухания Ак, при котором показания индикатора будут соответствовать значениям, выбранным в п. 5. Найти значения затухания, вносимого измеряемым устройством, по формуле А12 = Ак – Аи12 .

8.Собрать измерительную схему согласно рис. 4.2. Включить вентиль в «обратном направлении» и повторить измерения п. 5. Найти значения развязки вентиля по формуле А21 = Ак – Аи21.

9.Подключить детектор измерительной линии к милливольтметру и повторить измерения по п. 4.

10.Определить полосу рабочих частот вентиля при условии, что развязка не должна быть хуже – 20 дБ, затухание не должно превышать – 2 дБ, а КСВ должен быть менее 1,5.

11.Собрать измерительную установку согласно рис. 4.4, б.

12.Провести измерения характеристик передачи циркулятора в диапазоне частот генератора (на частотах калибровки). Для этого установить аттенюатором значение затухания Аи, при котором показания индикатора будут соответствовать калибровке. Найти значения затухания, вносимого измеряемым устройством, по формуле А = Ак – Аи.

13.Подключить детектор прошедшей волны последовательно к следующим выходам циркулятора и повторить измерения п. 6.

14.Подключить генератор к другим плечам циркулятора и повторить измерения по пп. 12 и 13.

15.Определить затухание между соответствующими входами–выходами циркулятора по формуле А = Ак – Аи .

16.Рассчитать рабочую полосу циркулятора при условии, что ослабление в рабочем тракте не должно превышать – 2 дБ, а развязка должна быть не хуже – 10 дБ.

21

Лабораторная работа 5

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ СВЧ-СИГНАЛОВ

Цель работы: изучение основных способов измерения несущей частоты СВЧ-сигнала и анализа спектра; приобретение практических навыков работы по работе с измерительной аппаратурой.

5.1. Основные положения

Одной из важнейших задач измерительной техники является измерение частоты. Одним из самых распространенных методов ее измерения – гетеродинный метод измерения частоты. Суть данного метода заключается в следующем: сигнал неизвестной частоты fx смешивается с сигналом гетеродина

известной частоты fо. Суммарный сигнал подается на вход нелинейного эле-

мента – смесителя (как правило, детекторного диода). Выходной сигнал после нелинейного элемента содержит несколько гармоник с частотами: fх; fо;

fх+ fо; │fх – fо│; 2 fх; 2 fо. Далее, как правило, при помощи фильтра низких частот отбирают сигнал разностной частоты: fи=│fх – fо│, которую часто

называют частотой биений. Этот сигнал подают на индикатор, в качестве которого могут служить осциллограф или цифровой частотомер. При условии, что сигнал частоты fи лежит в рабочем диапазоне частот измерительных

приборов (см. рис. 5.1 – диапазон частот между fп и f =0) на экране осциллографа наблюдаются колебания с периодом Tи = 1/Δfи, а на индикаторе частотомера видно значение измеренной частоты fи. Неизвестная частота fх находится как fх = fо н + fи, или fх= fо в – fи, где fо н и fо в – соответственно,

нижнее и верхнее значение частоты опорного генератора, при которых наблюдается частота биений fи.

f f1

fп

fи

fmin

На рис. 5.2 показан качественно вид спектра непрерывной последова-

23

тельности СВЧ-сигналов с частотой повторения fм. Для наблюдения такого

спектра потребуется полоса пропускания ФНЧ fп<< fм.

A

fmax<< fм

Рис. 5.2

При очень узкой полосе пропускания фильтра нижних частот биения fп наблюдаются практически при совпадении частот fо = fх. Уменьшение

полосы пропускания fп фильтра нижних частот дает возможность провести анализ спектрального состава СВЧ-сигналов.

5.2. Описание экспериментальной схемы

Блок-схема установки для измерения частоты показана на рис. 5.3. В состав установки входят следующие основные элементы: СВЧ-генератор 1,

генерирующий сигнал неизвестной частоты; СВЧ-генератор известной ча-

24

тоты 2; модулятор СВЧ-сигнала 3; сумматор 4; детекторный диод 5; фильтр низких частот 6; делитель мощности 7; осциллограф 8; частотомер цифровой 9; генератор прямоугольных импульсов 10.

5.3.Задание и порядок выполнения работы

1.Изучить устройство и принцип действия приборов, входящих в измерительную установку (см. инструкцию по эксплуатации).

2.Включить приборы и подготовить их к работе согласно инструкции.

3.Собрать измерительную установку согласно рис. 5.3, не включая модулятор.

4.Измерить частоту СВЧ-генератора 1. Для этого, меняя частоту опорного СВЧ-генератора 2, добиться исчезновения биений частоты на экране осциллографа и нулевого значения измеряемой частоты на частотомере.

5.Варьированием частоты СВЧ-генератора 2 оценить погрешность измерений частоты по отдельности для осциллографа и для цифрового частотомера.

6.Собрать измерительную схему согласно рис. 5.2. Включить модулятор прямоугольных импульсов в режиме указанном преподавателем (по умолчанию fм = 10 МГц).

7.Действуя аналогично п. 5, произвести спектральный анализ сигнала, включив фильтр нижних частот fmax = 1 МГц и отмечая амплитуду биений частоты наблюдаемых гармоник.

5.4.Содержание отчета

1.Схемы экспериментальной установки.

2.Тип и основные характеристики использованной аппаратуры.

3.Краткое описание методики исследования.

4.Значения частоты с значениями погрешности, полученные различными способами.

5.Графики измеренных спектров модулированного сигнала.

5.5.Контрольные вопросы

1.Объясните способы измерения частоты, использованные в данной работе.

25

2.Назовите основные блоки и узлы измерительных схем и их функциональное назначение.

3.Объясните происхождение погрешностей при измерении частоты.

4.Зачем в измерительной схеме нужен смеситель, как он работает?

5.Какие основные источники погрешностей имеются при определении частоты монохроматического СВЧ-сигнала в данной работе?

6.Чем отличается спектр непрерывного СВЧ-сигнала от спектра амплитуд- но-модулированного СВЧ-сигнала?

26

Список основной литературы

1.Григорьев, А. Д. Электродинамика и микроволновая техника: учеб. для вузов. СПб.: Лань, 2007.

2.Чернушенко, А. М., Майбородин, А. В. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазона длин волн. М.: Радио и связь, 1986.

Список дополнительной литературы

1.Абубакиров, Б. А., Гудков, К. Г., Нечаев, А. В. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазонов волн. М.: Радио и связь, 1986.

2.Измерения в электронике: справ./ В. А. Кузнецов, В. А. Долгов, В. М. Коневских и др.; под ред. В. А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987.

3.Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ: в 2 Т.1. М.: Высш. шк., 1970.

4.Милованов, О. С., Собенин, Н. П. Техника сверхвысоких частот. М.: Атомиздат, 1980.

27

Содержание

Лабораторная работа 1. Определение полного сопротивления элементов СВЧ-тракта с помощью измерительной линии……………….3

Лабораторная работа 2. Измерение характеристик коаксиального кабеля с помощью панорамного измерителя КСВ и затуханий………………….7

Лабораторная работа 3. Измерение характеристик направленного ответвителя…………………………………………………………………14

Лабораторная работа 4. Исследование характеристик невзаимных ферритовых приборов…………………………………........…………..…17

Лабораторная работа 5. Измерение частоты СВЧ-сигналов…............…23 Список основной литературы…………………………..………………....27 Список дополнительной литературы………………………....…………..27

Редактор И. Б. Синишева

Подписано в печать 02.07.12. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Times New Roman» печ. л. 1,75. Тираж 40 экз.

Заказ 87.

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

28