6.3.7. Измерения фазового сдвига с гетеродинным преобразованием частоты.

В диапазоне очень высоких частот возникают трудности формирования счетных импульсов требуемой частоты и создания быстродействующих счетчиков. Поэтому для расширения частотного диапазона фазометров применяют гетеродинное преобразование частоты измеряемых сигналов, позволяющее свести измерение фазового сдвига практически на любой частоте к измерению фазового сдвига на фиксированной промежуточной частоте. Структурная схема фазометра с гетеродинным преобразованием частоты приведена на рис. 6.34.

Частоту напряжений и преобразуют (сдвигают) с помощью смесителей, на которые подают напряжение от общего гетеродина. Избирательные усилители, настроенные на промежуточную частоту , выделяют напряжения и промежуточной частоты . Фазовый сдвиг между и измеряют низкочастотным фазометром по любой из схем, разобранных ранее. Если оба канала схемы идентичны, фазовые соотношения между исследуемыми напряжениями при преобразовании частоты сохраняются и фазовый сдвиг между и равен фазовому сдвигу между и . Погрешность измерений связана с неидентичностью каналов и погрешностью низкочастотного фазометра. В случае необходимости преобразование частоты может быть многократным.

Подведем итоги и сформулируем основные идеи измерений .

1. В качестве при измерении фазовых сдвигов используются меры в виде градуируемых или расчетных фазовращателей, а также период, колебаний известной частоты. Частота при этом измеряется частотомером.

2. Сравнение измеряемого фазового сдвига с его действительным значением , выдаваемым фазовращателем, производится при помощи устройств сравнения в виде фазового детектора, осциллографа.

3. Сравнение измеряемого фазового сдвига, преобразованного во временной интервал , с его действительным значением осуществляется путем счета числа N периодов сигнала известной частоты, содержащихся в .

4. Если технические средства не позволяют измерять или N в диапазоне очень высоких частот, то применяют перенос (сдвиг) частоты в область низких частот с минимальными искажениями разности фаз сигналов, а затем выполняют измерение низкочастотными фазометрами.

Глава семь Измерения мощности свч и ослаблений на свч.

На всех стадиях научно-производственного процесса при необходимости количественно характеризовать электромагнитные излучения (ЭМИ) прежде всего отвечают на вопросы:

• - какова частота ЭМИ;

• - какова интенсивность ЭМИ.

Интенсивность - это обобщенное понятие, характеризующее излучение с позиции: сколько имеется излучения, то есть какова энергия излучения.

Физические величины, которыми можно численно оценивать энергию синусоидальных ЭМИ в закрытых трактах - это:

• энергия или мощность;

• напряжение и ток в передающей линии (фидере) при известном характеристическом сопротивлении и при известной нагрузке.

В открытом (свободном) пространстве интенсивность характеризуется:

• напряженностью магнитного и электрического полей;

• плотностью потока энергии или, что тоже самое, плотностью мощности.

В радиотехническом объекте потребителя интересуют чаще всего значения интенсивности в закрытых трактах в определенных плоскостях, перпендикулярных оси передающего тракта:

• на выходе генератора (І);

• на входе в передающую антенну (ІІ);

• на входе в приемную антенну (ІІІ);

• на выходе приемной антенны (ІV);

• на входе в приемник (V).

В сложном объекте с большим количеством усилительных и преобразовательных устройств иногда представляет интерес интенсивность ЭМИ, передаваемого фидером в устройствах, расположенных между плоскостями I и V. В пространстве между передающей и приемной антенной измеряют интенсивность как в свободном пространстве.

В некоторых наиболее ответственных объектах, когда недопустимы даже малые риски выхода изделия из строя или за пределы допустимых режимов работы, измерения необходимо выполнять непрерывно без выключения составных частей из объекта. В этом случае необходимы встроенные измерители, не мешающие работе объекта и производящие измерения непрерывно. Например, существуют необслуживаемые персоналом станции перекачки на магистральных нефтепроводах и газопроводах, режимы работы которых непрерывно передаются при помощи телеметрической информации по спутниковым каналам связи. Мощность излучения передающей антенны должна обеспечить непрерывную устойчивую связь. Поэтому измерения мощности производятся непрерывно, а при уменьшении мощности менее заданного порога посылается тревожное аварийное сообщение о работе связи. Для таких целей используются измерители проходящей мощности, которые могут включаться в различных местах фидера между выходом генератора I и входом в антенну II.

Другая задача возникает при регулировании, настройке, испытаниях составных частей объекта, например при определении коэффициента усиления усилителя большой мощности. В этом случае необходимо обязательно измерить выходную мощность прибором, который представляет собой поглотитель. Таким образом, существуют различные измерительные задачи при измерении СВЧ мощности.

Измерительная задача (ИЗ) заключается в определении значения физической величины с требуемой точностью в данных условиях измерений. При частотах менее иногда удобно измерять не мощность, а напряжение. Например, в процессе изготовления (настройки) печатных плат бывает удобно контролировать режим передачи энергии измерениями напряжений на отдельных элементах схем. Преимущество таких измерений в том, что нет нужды размыкать цепи, в то время как для измерений мощности это сделать придется, чтобы “вставить” измерители в схему.

В открытом пространстве между антеннами интенсивность ЭМИ можно характеризовать либо плотностью потока энергии, либо напряженностью электрического и магнитного полей. Очень часто при изготовлении, испытаниях, настройке систем интересуются отношением мощностей и напряжений падающих и отраженных волн. Для таких измерений используют различные измерители коэффициента отражения или коэффициента стоячей КСВ (или бегущей КБВ) волны.

В данной второй части пособия содержится материал, относящийся к измерениям мощности, напряжений, отражений и интенсивности полей. Измерения всех величин излагаются единым способом в следующей последовательности:

1. Определение измеряемой величины. Измерительные задачи.

2. Принципы и методы измерений.

3. Меры, с которыми сравнивается измеряемая величина.

4. Построение схемы, приборов для измерений.

5. Последовательность преобразований, процедура сравнения, устройства сравнения, шкалы измерителей.

6. Источники и численные значения погрешностей.

7. Классификация и технические характеристики наиболее распространенных средств измерений.

В конце каждого раздела приведены вопросы и задачи для самоконтроля усвоения материала.