Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Измерение мощности с использованием направленных ответвителей

Метод измерения мощности с использованием направленных ответвителей основан на явлении отражения падающей волны от нагрузки. Проходящая мощность -- это мощность попавшая в нагрузку

Рис. 1

Небольшая часть волны будет ответвляться через отверстия в боковой волновод (рис 1). Расстояние между отверстиями . Вправо будет распространяться часть мощности равная , где . Две волны из 1-ого и 2-ого отверстий складываются в фазе. Волны распространившиеся влево будут в противофазе.

Отраженная волна также пройдет через отверстия (обозначено пунктиром на рис. 1). Однако две отраженные волны, прошедшие через отверстия будут в противофазе из-за разности хода в . При движении влево две волны будут складываться в фазе, но они полностью поглотятся в нагрузке и отражения не будет.

Таким образом направленный ответвитель может выделять либо падающую волну, либо отраженную (если верхний волновод направить в другую сторону). Направленный ответвитель характеризуется коэффициентом затухания и коэффициентом направленности Рассмотрим структурную схему вольтметра проходящей мощности (рис. 2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2

В данной схеме использовано два вольтметра поглощаемой мощности, которые поглощают практически всю мощность.

Измерение частоты

Измерение частоты применяется довольно часто, и при этом бывает необходима высокая точность измерения. Существует несколько способов измерения частоты. Рассмотрим резонансный способ измерения частоты.

Резонансный способ измерения частоты

Резонансный способ измерения частоты основан на использовании резонансных цепей. Рассмотрим цепь с сосредоточенными параметрами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3

На колебательный контур подается напряжение . С помощью конденсатора колебательный контур настраивается в резонанс со входным сигналом. Частота резонанса определяется выражением

Из выражения (2) видно, что если шкалу градуировать в единицах частоты, то она получается крайне неравномерной и поэтому ее градуируют в некоторых условных единицах. Для перевода этих единиц в единицы частоты используют специальные таблицы. Резонанс в колебательном контуре определяют по максимальному току в цепи. Чем острее резонансная характеристика, том точнее измерение. Что бы уменьшить потери в контуре, необходимо выполнение следующих условий: и трансформаторная связь должна быть мала.

Такой метод измерения позволяет измерять частоты до 300 МГц. Точность измерения определяется добротностью контура, которая обычно достигает нескольких сотен. Точность в этом случае составляет (0,1 - 1)%

На более высокой частоте используют цепи с распределенными параметрами. Примером цепи с распределенными параметрами является короткозамкнутая линия изображенная на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4

На рис. 4 цифрой 1 обозначен элемент настройки, который может перемещаться в горизонтальном положении и изменять длину l коаксиального кабеля с высокой точностью (порядка 0,01 мм), которая достигается благодаря использованию микрометрической резьбы.

В этой линии резонанс возникает при и при . При вычитании и . При этом методе напрямую измеряется длина волны, а частота находится из выражения . Поэтому такие измерители еще называют волномерами. В данном случае волномер называется полуволновым волномером, т. к. резонанс в нем наступает при длине волны . Добротность порядка .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5

В качестве цепи с распределенными параметрам можно также использовать объемный резонатор (рис. 5). Объемный резонатор -- это резонансная система. Принцип измерения такой же.

Большинство методов измерения частоты используют метод уравновешивания, причем в качестве сравнивающего устройства может использоваться обычный осциллограф. Рассмотрим осциллографический метод измерения частоты.

Осциллографический метод сравнения частот

Источник измеряемой частоты подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа (канал Х). На вертикально отклоняющие пластины (канал Y) подается сигнал с источника известной частоты . Если отношение , то на экране получается фигура Лиссажу. Частоты не должны различаться более чем в 6-8 раз. На экране получается изображение, показанное на рис. 6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6

Далее проводятся горизонтальные и вертикальные линии и считается число пересечений. В данном примере (рис. 6)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7

Если на экране будет эллипс или круг, то это значит, что частоты и равны. Соотношение радиусов эллипса зависит от разности фаз. Фигура Лиссажу не очень устойчива, так как меняется разность фаз напряжений. Однако при этом число пересечений и остаются. Если период повторений 1 с, то неточность измерений будет 0,5 Гц. Круг получается когда разность фаз , а частоты и равны. Прямая линия, если . Точность измерения в данном методе измерения определяется точностью измерительного генератора.

Метод сравнения частот с помощью биений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8

В данном методе используется эффект биения при сложении двух колебаний. Для анализа биений используется осциллограф. На рис. 8 изображена структурная схема измерителя использующего данный метод.

Если частоты сигналов находятся в диапазоне звуковых волн, то для анализа суммарного сигнала можно использовать наушники. Если измеряемая частота и образцовая частота не равны, в наушниках будет слышно два разных звука. При сложении этих частот возникают биения (рис. 9).

На рис. 9 период биений , сигнал такой формы называется биением с близкими гармониками. Нужно, чтобы биения происходили реже. Когда , измеряемая частота . Частота биений

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9

Не стоит путать сигнал с биениями (рис. 9) и амплитудно-модулированный сигнал, т. к. спектр АМ сигнала имеет 3 гармоники: центральную и 2 боковые, а в сигнале с биением только 2 гармоники, соответствующие частотам и . Если в наушниках тон звука сливается, то можно сказать, что частоты и равны.

Точность измерения частоты определяется точностью отсчета частоты .резонансный ответвитель плотность колебание

Метод разностной частоты (гетеродинный метод)

Метод разностных частот разностной частоты основан на выделении в спектре сигналов разностной частоты. Такие частотомеры используются в диапазоне УВЧ и СВЧ частот. Рассмотрим упрощенную структурную схему данного измерителя (рис. 10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10

На смеситель подаются частоты и . Так как смеситель -- это нелинейный элемент, то спектр на выходе смесителя будет содержать множество гармоник: кратные гармоники , и комбинационные гармоники . На выходе усилителя низких частот (остальные частоты не проходят через УНЧ). При измерении необходимо, чтобы , тогда . Частота отсчитывается по шкале подстроечного конденсатора С (шкала конденсатора проградуирована в единицах частоты). В качестве индикатора разности частот используются наушники.

Для калибровки шкалы генератора образцовой частоты используется кварцевый генератор.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11

Размещено на Allbest.ru