
- •Інститут інформатики та радіоелектроніки
- •До виконання лабораторної роботи
- •1 Подготовка к работе
- •2 Порядок выполнения работы
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Краткие теоретические сведения
- •5.1 Способы измерений частоты
- •5.2 Способ дискретного счета
- •5.2.1 Структура и принцип действия эсч
- •5.2.2 Погрешность измерения частоты при помощи эсч
- •5.2.3 Способы уменьшения погрешности дискретности
- •5.2.4 Погрешность измерения периода сигналов
- •5.2.5 Основные характеристики эсч
- •5.3 Гетеродинный способ измерения частоты
- •5.4 Резонансный способ измерения частоты
- •6 Литература
5.4 Резонансный способ измерения частоты
Резонансный способ основывается на сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колебаний колебательного контура или резонатора, отсчётные устройства которых предварительно градуируются.
Приборы, измеряющие частоту резонансным методом, называют резонансными частотомерами. Эти простые приборы применяются в частотном диапазоне от килогерц до сотен гигагерц. Основным узлом резонансного частотомера является перестраиваемая по частоте колебательная система. На частотах до сотен мегагерц в качестве колебательной системы применяются резонансные контуры с сосредоточенными постоянными, на более высоких частотах, вплоть до 1 ГГц - контуры с распределенными постоянными в виде отрезков коаксиальной или полосковой линии, на еще более высоких частотах применяются объемные резонаторы.
Применение резонансных частотомеров в диапазоне СВЧ легко объясняется возможностью создания в этом диапазоне высокодобротных колебательных систем с резким проявлением резонанса и его точной фиксацией. Колебательными системами в диапазоне СВЧ являются контуры с распределенными постоянными в виде коаксиальных и волновых резонаторов. Как известно из теории длинных линий, размеры резонаторов, в момент настройки их в резонанс, однозначно связанны с длиной волны возбуждаемых колебаний. Это позволяет определить по результатам измерения искомое значение fх. В качестве примеров можно рассмотреть РЧ с коаксиальным резонатором (рис.5.5).
Рисунок 5.5 - Схемотехническое устройство резонансного частотомера СВЧ
Как видно из рис.5.5, коаксиальный резонатор представляет собой отрезок короткозамкнутой коаксиальной линии, длина которого изменяется перемещением поршня П с помощью микрометрического механизма, снабженного соответствующей шкалой.
Связь резонатора с источником сигнала fх и индикатором резонанса - индуктивная, осуществляемая с помощью петель связи 1 и 2. Индикатор резонанса состоит из детекторной камеры 3 с полупроводниковым диодом и индикатора И, в качестве которого при измерении частоты непрерывных сигналов применяют магнитоэлектрические приборы, а при измерении частоты импульсно-модулированных сигналов - селективные измерительные усилители.
Резонанс в такой системе наступает каждый раз, когда = n * /2, где n = 1, 2, 3, ..., и фиксируется по максимальным показаниям индикатора И. Шкалу перемещения поршня П иногда градуируют в значениях fx и тогда получается прямоотсчетный РЧ с фиксацией только одного резонанса, или пользуются градуировочными таблицами.
Класс точности таких РЧ определяется как добротностью резонатора, чувствительностью и погрешностью микрометрического механизма П, так и влиянием на РЧ внешних условий - температуры и влажности. Для минимизации этого влияния применяются материалы с малым температурным коэффициентом расширения (ТКР) (например, инвар), температурная компенсация и герметизация резонаторов.
В общем случае основная погрешность измерения резонансным способом может быть записана в виде:
δfx = δf обр + δfгр + 2 δfнр + δfотс,
где δfобр - относительная погрешность образцового прибора, по которому проводилась градуировка; δfнр - относительная погрешность настройки в резонанс, которая проявляется при градуировке и при измерении; δfгр - погрешность градуировки, обусловленная неточностью нанесения делений на шкале; δfотс - погрешность отсчета.
Погрешность градуировки δfгр и погрешность отсчета δfотс могут быть сделаны пренебрежимо малыми по сравнению с остальными составляющими.
[1.с.178-200; 2.с.129-139; 3, с.111-118;].