книги из ГПНТБ / Розов В.М. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании

Используя эквивалент антенны с постоянным и активным со­ противлением, можно провести измерения мощности побочных излучений методом замещения. Для случая несимметричного вы­ хода передатчика и коаксиального фидера структурная схема мо­ жет иметь вид, изображенный на рис. 5.13. Измерительный гене-

Рис. 5.13

ратор Гизм должен иметь диапазон частот от 3 до 150 (200) МГц и мощность порядка десятков ватт. Способ измерения заключает­ ся в следующем. Передатчик соединяют посредством переключаю­ щего устройства с эквивалентом антенны ЭА, к делителю напря­ жения которого (Сь Сг) через фильтр верхних частот Фвч присое­ диняют индикатор напряженности поля ИНП (измерительный приемник или селективный вольтметр). Передатчик настраивают на рабочую частоту; при этом добиваются выделения в эквивален­ те номинальной мощности. Индикатор настраивают на вторую (или какую-либо другую) гармонику основной частоты. Отмечают показание прибора индикатора на частоте высшей гармоники. Пе­ редатчик выключают, и вместо него к эквиваленту антенны пере­ ключающим устройством присоединяют измерительный генератор,

Рис. 5.14

настроенный на частоту измеряемой гармоники. Регулировкой ат­ тенюатора добиваются тех же показаний прибора, что и при вклю­ ченном передатчике. Мощность гармоники определяют путем изме­ рения мощности измерительного генератора измерителем малой

мощности ИМ или рассчитывают по показанию высокочастотного вольтметра (измеритель напряжения) Нткгсп и сопротивлению ка­ беля 1F с учетом отсчета величины затухания аттенюатора:

Волновое сопротивление фидеров, изображенных на рис. 5.14, рассчитывается по следующим формулам:

Погрешность измерения в первом случае определяют степенью согласования выхода измерительного генератора с фидером пере­ датчика и погрешностью измерителя малой мощности; во втором случае — степенью согласования выхода измерительного генера­ тора и погрешностью измерителя напряжения и калибровки атте­ нюатора. В большинстве практических случаев создание эквива­ лента антенны (особенно на большие мощности по основной часто­ те пли при работе передатчика на симметричный фидер) с пос­ тоянным и активным сопротивлением в диапазоне высших частот затруднительно. Поэтому ниже приведем описания некоторых ме­ тодов измерения при работе передатчика на антенну или на экви­ валент антенны с непостоянным сопротивлением в диапазоне вы­ соких частот.

2. Измерения с помощью рефлектометра. Проходящая мощность

РПпобочного сигнала может быть определена как разность между падающей Ррад и отраженной Р0тр мощностями:

. . Если в (5.3) заменить мощности через токи или напряжения и: волновое сопротивление фидера, то получим для проходящей мощности следующие формулы:

132.

где /пад, / отр, 't/пад, /Уотр— токи и напряжения ‘падающей и отра­ женной волн соответственно; W — волновое сопротивление фидера.

Коэффициент бегущей волны для побочной частоты определит­ ся по известному соотношению

отраженной мощностям. Поэтому для расчета абсолютного значе­ ния напряжения в данном месте фидера необходимо учитывать пе-- реходное затухание направленного ответвителя <7Перзат. Оно опре­ деляется как отношение (в децибелах) мощности Рф или напряже­ ния /Уф в фидере к мощности Рр или напряжению 0 Р, получаемым

Настоящий метод измерения удобно рассмотреть на конкрет­ ном примере для передатчика с несимметричным выходом и коак­

циент бегущей волны фидера на несущей частоте кбв^=0,6, волновое сопротив­

ление № = 60 Ом.

Необходимо измерить мощность на четвертой гармонике //, = 80 МГц.

‘Порядок измерений и расчетов следующий:

а) измеряют с помощью вольтметра .напряжение в фидере i( b месте присое­

динения рефлектометра); пусть оно равно /Уфi=0700 В;

б) с помощью вч анализатора спектра измеряют уровни, пропорциональные падающей и отраженной волнам «,а частоте /ч=80 МГц; в нашем примере они оказались равны: /Упад ft = —52 дБ, /Уотрд, = —60 Д'Б;

метра на частоте 80 МГц; оно оказывается равным d пер.эат=|12 дБ;

в) измеряют ‘и рассчитывают но ф-ле (5.7) переходное затухание рефлекто-

133

г) вычисляют действительные (абсолютные) значения уровней напряжений падающей и отраженной волн:

тора спектра ДЛП, погрешности измерения и расчета переходного затухания рефлектометра Д^иер.зот, погрешности определения волнового сопротивления фи­ дера ДИ7:

д б = Д 1 / ф / 1 + Д ч 4 „ + Д ^ ер. з а т + Д ^ -

3. Метод замещения [14, 15]. Структурная схема измерений по этому методу приведена на рис. 5.16. От генератора вч Гпч, заме­ щающего передатчик, получают гармонический сигнал с плавно регулируемой мощностью от десятков микроватт до сотен ватт в

Рис. 5.16

диапазоне от 3—4 до 150—200 МГц. Для связи с фидером исполь­ зуется экранированная рамка. В качестве измерителя (индикато­ ра) применяется частотноизбирательный вольтметр или специаль­ ный измерительный приемник. Экранирование индикатора, а так-

134

же защита его входа от наводимых сигналов должны быть тща­ тельно выполнены. Индикатор располагают на расстоянии несколь­ ких длин волн (по несущей частоте) от передающих антенн.

Процесс измерения следующий: индикатор настраивают на. ча­ стоту побочного излучения и отмечают его показания. Затем пере­ датчик выключают и вместо <него включают в фидер генератор вч, мощность которого известна (она может быть измерена с по­ мощью измерителя малых мощностей ИМ). Мощность замещающе­ го генератора регулируют так, чтобы получить такое же показа­ ние индикатора на частоте побочного излучения, как и при работе радиопередатчика. В этом случае мощность, подаваемая от вч ге­ нератора, будет равна мощности побочных сигналов, поступающих от передатчика на данной частоте. В процессе измерения необхо­ димо следить за тем, чтобы условия измерений были неизменны­ ми, чтобы паразитные связи передатчика с излучаемой системой, прямое излучение передатчика или фидерных линий, а также на­ водки от других работающих передатчиков не искажали бы замет­ но результаты. Следует проверять как синфазную, так и противо­ фазную волны путем соответствующей ориентации рамки относи­ тельно плоскости фидеров (для синфазной (волны плоскость рамки должна быть перпендикулярна плоскости фидера, для противо­ фазной волны плоскость рамки параллельна плоскости фидера). Целесообразно провести несколько серий измерений, помещая ин­ дикатор в разных пунктах. При этом исключаются случайные ошибки и результаты измерений будут достовернее.

Для повышения точности измерений необходимо тщательно со­ гласовывать выходное сопротивление замещающего генератора и входное сопротивление фидера, сводить к минимуму потери мощ­ ности от генератора вч в подводящих проводах, в переключателе и в отрезке фидера от переключателя до места подвеса элемента связи. Следует отметить, что рамка обладает ограниченной селек­ цией при измерении синфазной и противофазной волн.

Погрешность измерения по этому методу находится в пределах

±1 дБ Ц4].

При отсутствии плавной регулировки мощности в замещающем генераторе процесс измерений можно несколько изменить. При включенном передатчике отмечают показания индикатора И, затем передатчик выключают и к фидеру подключают замещающий ге­ нератор и фиксируют показание индикатора U3т. Мощность сиг­ нала с побочной частотой рассчитывают по формуле

136

которых калиброваны, определяют напряжения, пропорциональ­ ные току фидера I$fx, напряжению на фидере U$,fx, а также угол

сдвига фаз между ними [16].

Структурная схема измерительной установки приведена на рис. 5.17. Устройство содержит емкостный и индуктивный элемен­ ты связи, два одинаковых измерительных приемника с общим гете-

Рис. 5.17

родином. Приемники раздельно усиливают сигналы, снимаемые с емкостного и индуктивного элементов связи, и преобразуют их ча­ стоту (до 1 кГц). По аттенюаторам Ati и Ат2 отсчитывают вели­ чины, пропорциональные напряжению и току побочной частоты в фидере, косинус угла определяют с помощью фазовращателей и осциллографа. Зная коэффициенты передачи схем, рассчитанные теоретически или полученные после предварительной градуиров­ ки, по показаниям отсчетных устройств вычисляют мощность по­ бочного излучения на данной частоте.

Схема установки должна обеспечивать идентичность и постоян­ ство коэффициентов передачи измерительных трактов, не должна вносить дополнительных фазовых сдвигов между сигналами в диа­ пазоне измеряемых частот. Для проверки идентичности коэффи­ циентов передач измерительных трактов служат генератор вч Гвч. и вольтметр V. Устройство не позволяет раздельно провести изме­ рения синфазной и противофазной волн.

Устройство обеспечивает измерение мощности побочных излу­ чений в пределах 20 мВт—50 Вт в диапазоне частот 10—70 МГц. при мощности по основным частотам до 50 кВт.

Погрешность измерения обусловлена погрешностью определе­ ния коэффициентов передачи и усиления элементов устройства и их постоянством во времени, а также погрешностью из-за допол­ нительного сдвига фаз между напряжениями, пропорциональны­ ми напряжению и току частоты побочного излучения. Погрешность измерения не превышает ±10%.

136

При измерениях элемент связи (рамку) передвигают вдоль фи­ дера и фиксируют значения напряжений, пропорциональных току в узлах и пучностях. Мощность побочных составляющих на изме­

ряемой частоте рассчитывают по формуле

Коэффициент q= a'a"W определяется по графику, заранее состав­ ленному при градуировке измерителя.

Описанный метод позволяет измерять раздельно мощности как синфазной, так и противофазной составляющих, что достигается соответствующей ориентацией плоскости рамки относительно плос­ кости фидера.

Погрешность измерения зависит от погрешности градуировки и калибровки устройства, погрешности, вносимой рамкой из-за не­ точного разделения синфазной и противофазной волн и, наконец, погрешностью от различия волновых сопротивлений градуировоч­ ного и реального фидеров и разной высоты их подвеса над землей. Общая погрешность измерений может составить ± (2—4) дБ.

5.4.Измерения уровня остатка и компрессии напряжения несущей частоты

Уровень остатка несущей измеряют непосредственно либо по выходу устройства обратного преобразования, либо по выходу пе­ редатчика по структурной схеме измерения рис. 4.1. Передатчик настраивают в режиме 100-процентной несущей при номинальной выходной мощности. На этом уровне несущей производят калиб­ ровку вольтметра (или анализатора спектра) или отсчитывают абсолютное значение выходного уровня. Затем несущую выклю­ чают или уменьшают ее уровень и при этом отмечают показание прибора, который в первом случае должен показать уровень не­ подавленного остатка несущей, а во втором — уровень излучаемой несущей. В первом случае вместе с неподавленным остатком несу­ щей измеряют и другие нежелательные составляющие. Однако, по­ скольку в нормальных условиях уровень нежелательных частот не­

138

велик, погрешность измерения, вследствие их наличия, оказывает­ ся незначительной.

Уровень остатка несущей рассчитывают в децибелах по фор­ муле

</ocT„ec = 2 0 1 g - ^ I ^ . uioo?s

Уровень остатка несущей измеряют также по методу со сме­ щенной несущей по схеме рис. 4.31. Процесс измерений аналогичен описанному в § 4.5. Погрешность измерений остатка несущей опре­ деляется погрешностью измерительных приборов, обычно она не превосходит ± (1—2) дБ.

Измерение компрессии напряжения остатка несущей частоты производят по схеме рис. 4.1. Для этого устанавливают определен­ ный уровень напряжения остатка несущей и его выходное напря­ жение измеряют с помощью анализатора спектра или селективно­ го вольтметра. Затем на вход передатчика подается однотоновый сигнал с большим уровнем, соответствующим максимальной мощ­ ности передатчика, и снова измеряется величина напряжения ос­ татка несущей частоты.-Относительное уменьшение амплитуды ос­ татка несущей в присутствии сильного полезного сигнала, выра­ женное в децибелах, и является показатем компрессии.

5.5. Измерения ограничителя уровня входных сигналов

Проверка усилителя-ограничителя УО осуществляется по сле­ дующим параметрам: порог ограничения и его погрешность, пос­ тоянные времени срабатывания и времени восстановления. Изме­ рения этих параметров можно провести по структурной схеме рис. 5.20.

Для определения порога огра­ ничения УО на .нч вход передат­ чика подается напряжение от ге­ нератора звуковой частоты. Из­ меняя его выходное напряжение по ламповому вольтметру ЛВ, включаемому на вход и выход УО, фиксируют пороговое значе­ ние. Сравнение полученных на­ пряжений для входа и выхода с номинальными значениями по­ зволяет определить порог сраба­ тывания УО.

Если УО имеет регулируемыйPllc- 5-20

порог срабатывания, то его обычно устанавливают по максималь­ ному уровню выходного .сигнала, указанному в технических усло­ виях на передатчик, или несколько ниже этого уровня.

Измерение постоянных времени срабатывания и восстановле­ ния проводят при помощи осциллографа с очень медленной раз­ верткой ,[1 мс—(0,5—2) с] и с длительным послесвечением экра­

139

на. Напряжение на вертикальный вход осциллографа подается не­ посредственно с выхода передатчика или с выхода детектора.

Для измерений постоянной времени срабатывания УО регули­ ровкой входного уровня нч сигнала устанавливают пороговое зна­ чение уровня УО, а затем скачком увеличивают входной уровень, например, на 10 или 20 дБ. Система развертки осциллографа дол­ жна находиться в ждущем режиме. При этом на экране осцилло­ графа можно будет видеть выброс сигнала и затем его постепен­ ное спадание. Постоянная времени срабатывания УО определяется временем, необходимым для уменьшения уровня выходного сиг­ нала на 90% от величины выброса '(рис. 5.21а).

Постоянную времени восстановления измеряют при скачкооб­ разном понижении входного уровня на 10 (20) дБ относительно порога ограничения. В этом случае постоянная времени восстанов­ ления определяется временем, необходимым для увеличения уров­ ня выходного сигнала на 90% по отношению к уменьшению уров­ ня на 10 (20) дБ (рис. 5.216).

В ряде современных передатчиков для постоянства загрузки линейных усилителей на выходе возбудителя устанавливают уст­ ройство для автоматического регулирования выходного напряже­ ния по групповому сигналу (АРМ). Поскольку рабочие параметры этого устройства влияют на уровень искажений при некоторых ви­ дах рабочих сигналов, желательно их измерять и поддерживать в соответствии с техническими условиями.

Как и для усилителя-ограничителя, наиболее важными пара­ метрами для этого устройства являются .следующие: стабильность среднего уровня выходного сигнала, а также постоянные времени срабатывания и восстановления. Измерение этих параметров мож­ но провести по методу, описанному выше для УО, с той лишь раз­ ницей, что в качестве регулируемого сигнала можно использовать пилот-сигнал.

5.6. Измерение взаимного влияния передатчиков (перекрестная модуляция)

Метод измерения перекрестной модуляции передатчиков рас­ смотрим на примере схемы рис. 5.22 [11].

140