Резонансные методы измерения частоты
Резонансный метод измерения частоты синусоидальных и модулированных сигналов (50 кГц — 80 ГГц) основан на явлении резонанса, возникающего в колебательной системе при равенстве собственной (резонансной) частоты ее контура и измеряемой частоты внешнего источника сигналов. Приборы, в которых реализован данный метод измерения, называются резонансными частотомерами или волномерами.
Обобщенная структурная схема резонансного частотомера приведена на рис. 2.1.1. Прибор состоит из входного устройства, высокодобротной колебательной системы (контура) и вольтметра (индикатора резонанса).
Входное Колебательная Вольт-
устройство
система метр
Рисунок 2.1.1.
Через входное устройство, осуществляющее согласование прибора с источником сигнала, частота которого измеряется, сигнал подводится к колебательной системе. При перестройке контура колебательной системы на частоте исследуемого сигнала возникает резонанс, который определяется по максимальному показанию вольтметра.
Основной частью резонансных частотомеров является колебательная система, в качестве которой в зависимости от диапазона измеряемой частоты могут применяться либо контуры с сосредоточенными постоянными, либо отрезки коаксиальной или волноводной линии. Упрощенная электрическая схема резонансного частотомера с сосредоточенными постоянными приведена на рис. 2.1.2.
Рисунок 2.1.2.
Частотомер связан с источником сигнала измеряемой частоты индуктивно. Величина связи устанавливается такой, чтобы стрелка вольтметра не выходила за пределы шкалы. Частотный диапазон резонансных частотомеров с сосредоточенными постоянными 0,05—100 МГц. Чувствительность их от 0,1 до 5 МВт, погрешность измерения частоты до 1%.
Погрешность измерения частоты определяется точностью настройки колебательного контура в резонанс с частотой исследуемого сигнала, добротностью контура, точностью отсчета значений параметров контура, рабочей частотой, величиной связи контура с источником измеряемой частоты, внешними условиями — температурой и т. п.
Резонансные частотомеры с колебательным контуром на компонентах с сосредоточенными постоянными вследствие их относительно низкой точности (до 1%) и наличия частотомеров, работающих в том же частотном диапазоне (50 кГц — 100 МГц) с более высокой точностью, в настоящее время промышленностью не выпускаются. Основным достоинством резонансных частотомеров с колебательными контурами является их простота. Поэтому они широко применяются в радиолюбительских конструкциях и используются при измерениях частот, не требующих высокой точности.
Большое применение в практике измерения частоты сигналов передатчиков, приемников и гетеродинов, работающих в непрерывном, амплитудно-модулированном и импульсно-модулированном режимах, находят резонансные частотомеры, построенные на основе колебательных систем в виде коаксиальных (100 МГц— 10 ГГц) и волноводных (объемные резонаторы) линий (10—80 ГГц).
Резонансные контуры, выполненные на основе коаксиальной линии, настраиваются в резонанс путем изменения ее длины. В зависимости от способа включения частотомеров в измерительную цепь они подразделяются на проходные (рис. 2.1.3) или поглощающие.
Рис. 2.1.3.
Сигнал измеряемой частоты подводится к резонатору через элемент связи (петлю, зонд). Индикатор частотомера состоит из детектора, связанного с резонатором также через элемент связи, и магнитоэлектрического микроамперметра.
При измерении частоты импульсно-модулированных сигналов, средняя мощность которых мала, сигнал низкой частоты усиливают с помощью усилителей.
Резонансные системы, выполненные на волноводных линиях, настраивают в резонанс либо путем изменения объема волноводной камеры (рис. 2.1.4), либо введением в волноводную камеру металлической пластины или стержня (рис. 2.1.5).
Рисунок 2.1.4
Рисунок 2.1.5
Сигнал, частота которого измеряется, подводится к волноводной камере либо с помощью волноводов, тогда связь камеры с, волноводом осуществляется через отверстия, либо с помощью коаксиального кабеля — в этом случае связь с волноводной камерой производится чаще всего через петлю связи.