25 Резонансные методы измерения частоты. Резонансные частотометры и волномеры

Резонансный метод — основан на использовании явления резонанса в колебательной системе и заключается в сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колебаний контура или резонатора, заранее проградуированного. Этот метод применяется в радиочастотном диапазоне, преимущественно в области СВЧ.

Прибор, измеряющий частоту резонансным методом, называют резонансным частотомером (вид Ч2). Колебательная система через элемент связи возбуждается сигналом источника, частоту колебаний которого необходимо измерить. С помощью органа настройки изменяется частота собственных колебаний колебательной системы до наступления резонанса. В момент резонанса, фиксируемого по индикатору, производят отсчет по шкале настройки колебательной системы.

Основным узлом резонансного частотомера является колебательная система. В приборах высокочастотного диапазона она образуется одной из сменных катушек индуктивности и прецизионным конденсатором переменной емкостью, снабженным шкалой настройки.

Индикатор резонанса — полупроводниковый детектор или термоэлемент с микроамперметром. В качестве примеров резонансных частотомеров можно привести прибор Ч2-1, работающий в диапазоне от 50 кГц до 50 МГц, или частотомер, входящий в гетеродинный переносчик к электронно-счетному частотомеру Ч3-30.

Характерной особенностью резонансных частотомеров СВЧ являются перестраиваемые резонаторы:

• коаксиальные;

• объемные.

. Резонансные волномеры

Приборы для измерения длины волны и частоты электромагнитных колебаний, основанные на резонансных явлениях колебательных систем, называются резонансными волномерами.

Основными элементами резонансного волномера являются: колебательная система, элемент связи, индикатор и элемент настройки.

В волномерах миллиметрового диапазона применяются колебательные контуры следующих типов: контуры в виде отрезков волновода; контуры в виде объемных резонаторов.

На рис. 11 показан волиомер с отрезком волноводнои линии круглого сечения. В этом волномере обычно используются волны типа Нц.

Рис. п. Схема волномера с отрезком волновода круглого сечения.

С помощью поршня / можно изменить длину линии I. Положение поршня фиксируется микрометрическим винтом. Связь волномера с источником колебаний осуществляется при помощи отверстия 2.

Передвигая поршень добиваются максимального отклонения стрелки микроамперметра. При этом длина лниин / кратна целому числу полуволн, то есть

п

где >.в - длина волны в волноводе;

л - целое положительное число. Длина волны в волноводе определяется формулой

кр/

где Х, -длина волны в свободном пространстве. Хр -критическая длина волны. Для волновода круглого сечения при волне типа Яц

>.р = 3,41/?.

где -радиус волновода. 20

Продолжая перемещение поршня в сторону укорочения и уд. линенйя линии, получают повторные показания настройки конту ра в резонансе. Очевидно, что расстояние между двумя положениями поршня, при которых отмечается резонанс, равно половине длины волны.

Точность волномера с таким контуром может быть существенно повышена, если поршень можно перемещать в пределах не-олькнх полуволн.

Волномеры с отрезком волноводнои линии нашли применение при измерении длины волны в диапазоне 5-30 мм. Погрешность измерений

Рис. 12. Схема вол номераспрямоугольным резонатором.

составляет 0,05 - 0,\%-На рис. 12 дана принципиальная схема резонансного волномера с объемным резонатором. Волномер состоит из прямоугольного объемного резонатора, передняя стенка которого имеет щель для

связи с источником колебаний. Задней стенкой служит поршень, при помощи которого изменяют размеры резонатора при настройке. На боковой поверхности резонатора помещается петля связи с индикатором.

Другая схе.ма резонансного волномера с объемным резонаторо.м показана на рис. 13.

С волноводом 7 через отверстие 2 связан цилиндрический резонатор 3. Настройка резонатора производится с помощью плунжере 4. Для подавления паразитных колебаний применяется поглощающий материал 5.

Рис. 13. Схема волномера с цилиндрическим резонатором.