Радиоизмерения. Метрология и радиоизмерения
 Скачать 3.68 Mb.
|
Р-параметры (параметры выходной мощности или напряжения опорный уровень выходной мощности, основная и дополнительные по- грешности установки уровня выходной мощности или напряжения, основ- ная погрешность установки ослабления аттенюатора, нестабильность опорного уровня выходной мощности); АМ-параметры (параметры амплитудной синусоидальной моду- ляции: частота сигнала внутреннего или внешнего модулятора, пределы изменения коэффициента модуляции, коэффициент гармоник огибающей модулированного выходного сигнала); FМ-параметры (параметры частотной синусоидальной модуля- ции: частота внутреннего и внешнего модулятора, основная погрешность установки девиации частоты по отсчетному устройству, коэффициент гар- моник огибающей частотно-модулированного сигнала при частоте моду- ляции 1 000 Гц); РМ-параметры (параметры импульсной модуляции: частота и длительность импульсов от внутреннего модулятора, погрешности уста- новки длительности выходного высокочастотного импульса по отсчетному устройству и др.). 11.4.4. Классы точности генераторов высокочастотных Для каждой группы высокочастотных генераторов установлены классы точности по основным параметрам (табл. 11.2). Индекс класса оз- Глава 11. Измерительные генераторы 377 начает максимально допустимое значение основной относительной по- грешности установки по отсчетному устройству частоты генерируемых колебаний (F-параметр), коэффициента амплитудной модуляции (АМ- параметр), девиации частоты при частотной модуляции (FМ-параметр), длительности модулирующего импульса при импульсной модуляции (РМ- параметр). По мощности (напряжению) вместо класса точности указывает- ся основная погрешность в децибелах относительно значения мощности 1 Вт (или напряжения 1 B). Таблица 11.2 Классы точности генераторов высокочастотных Параметр Класс точности генераторов радиовещательного диапазона метрового и дециметрового диапазона c коаксиальным выходом СВЧ-диапазона c волновым выходом F-параметры F 0,2 ; F 0,5 ; F 1,0 ; F 2,0 F 0,01 ; F 0,05 ; F 0,5 ; F 1,0 ; F 1,5 F 0,02 ; F 0,05 ; F 0,1 ; F 0,2 ; F 0,5 ; F 1,0 Р-параметры P 0,5 дБ ; P 1,0 дБ ; P 2 дБ P 0,5 дБ ; P 1,0 дБ ; P 1,5 дБ ; P 2 дБ P 0,5 дБ ; P 1,0 дБ ; P 1,5 дБ AM-параметры АМ 5 ; АМ 10 ; АМ 20 АМ 5 ; АМ 10 ; АМ 20 АМ 5 ; АМ 10 ; АМ 20 FM-параметры FM 5 ; FM 10 ; FM 15 FM 5 ; FM 10 ; FM 15 ; FM 25 FM 5 ; FM 15 ; FM 25 РМ-параметры PM 5 ; PM 10 ; PM 25 РМ 5 ; РМ 10 ; РМ 15 ; РМ 25 PM 5 ; PM 10 ; PM 25 11.4.5.Генераторы радиовещательного диапазона Группу генераторов радиовещательного диапазона составляют при- боры Г4-73, Г4-102, Г4-106, Г4-117, Г4-118 и др. (табл. 11.3). Для этих ге- нераторов характерно наличие режима амплитудной модуляции и доволь- но высокие требования к форме огибающей модулированного сигнала, другие режимы модуляции (частотная, импульсная) отсутствуют или име- ют вспомогательное значение. Генератор внутреннего модулятора работа- ет на фиксированной частоте 1 000 Гц. Значение модулирующей частоты 1 000 Гц является обязательным для всех высокочастотных генераторов независимо от класса точности. По принципу действия современные генераторы радиовещательного диапазона весьма схожи между собой. Структурная схема генератора Г4-102 включает (рис. 11.8): задающий генератор; устройство установки и отсчета коэффициента амплитудной моду- ляций AM; устройство формирования и отсчета уровня выходного сигнала ФО. Раздел 2. Измерительная техника 378 Таблица 11.3 Характеристики генераторов сигналов радиовещательного диапазона Тип Диапазон частот, МГц Выходной сигнал, В Искажения огибающей при АМ, % Класс точности Тип за- дающего генератора Основная особенность Г4-93 0,01–50 1 3(М = 90 %) F 0,5 ; U 0,5 дБ ; АМ 5 LС Повышенная точность Г4-102 0,1–50 0,5 5(М = 80%) F 1,0 ; U 1 дБ ; АМ 10 LС Массовый Г4-106 0,01–10 0,5 5(М = 80 %) F 1,0 ; U 1 дБ ; АМ 10 LС Массовый Г4-118 0,1–30 100 5(М = 80 %) F 1,0 ; U 1 дБ ; АМ 10 LС Повышенная точность Рис. 11.8. Структурная схема генератора радиовещательного диапазона Задающий генератор выполнен по индуктивной трёхточечной схеме. Выбор поддиапазона осуществляется коммутацией контурных кату- шек индуктивности переключателем S, а плавная регулировка частоты в пределах поддиапазона – с помощью конденсатора переменной ёмкости С. Основной выход Атт. Регулятор опорного уровня ШУ1 ШУ2 УПТ Высокочастотный модулятор Регулировка и отсчёт АМ Г 1 000 Гц Активный элемент задающего генератора Диапазоны Вспомогательный выход «1 В» Регулировка уровня выходного напряжения Внешняя АМ Уровеньмодуляции Установка частоты Задающий генератор ФО Устройство установки и отсчёта коэффициента АМ R б Глава 11. Измерительные генераторы 379 Частота генерируемых колебаний 1 2 f LC изменяется пропорциональ- но 1 LC , поэтому у LC-генераторов перекрытие по частоте существенно меньше, чем у RC-генераторов (как правило, на поддиапазоне не более 2–3). Задающий генератор определяет все частотные параметры прибора: диапа- зоны частот; погрешность установки, стабильность частоты; паразитную девиацию частоты и в значительной степени уровень гармоник выходного сигнала. Сигнал задающего генератора поступает на вход широкополосного усилителя ШУ1, а затем на гнездо «1 В» вспомогательного выхода, а также на один из выходов высокочастотного модулятора. Напряжение на вспо- могательном выходе не модулировано и амплитуда его не регулируется. Этот выход может быть использован для подключения частотомера с це- лью контроля частоты генератора. Высокочастотный модулятор совместно с регулятором уровня АМ и генератором 1 000 Гц составляет устройство установки и отсчёта коэф- фициента АМ. В регуляторе уровня АМ суммируются низкочастотный мо- дулирующий сигнал U н частоты 1 000 Гц (рис. 11.9, а) и высокочастотный сигнал U в (рис. 11.9, б), амплитуда которого существенно меньше ампли- туды низкочастотного сигнала. Результирующий сигнал (рис. 11.9, в) пода- ётся на вход модулятора, представляющего собой широкополосный усили- тель с нелинейной передаточной функцией (рис. 11.10, а), нагруженный на фильтр верхних частот. Рис. 11.9. Эпюры напряжения, поясняющие работу устройства установки и отсчёта коэффициента АМ u вх t б u в t u н а t в Раздел 2. Измерительная техника 380 б г Рис. 11.10. Эпюры напряжения, поясняющие работу модулятора Под действием сигнала (рис. 11.10, б) рабочая точка усилителя как бы перемещается по нелинейной характеристике (рис. 11.10, а) на участки с различной крутизной, изменяя тем самым коэффициент передачи усили- теля. Выходной сигнал усилителя (рис. 11.10, в) поступает в фильтр, по- давляющий низкочастотную составляющую 1 000 Гц. После фильтрации модулирующей частоты выходной высокочас- тотный сигнал U ф (рис. 11.10, г) оказывается промодулированным по ам- плитуде. Причем коэффициент модуляции сигнала U ф не зависит от ам- плитуды высокочастотного несущего колебания, а определяется парамет- рами модулятора и амплитудным значением модулирующего сигнала. Это позволяет вести регулировку и отсчёт коэффициента модуляции, из- меняя и измеряя напряжение звуковой частоты генератора 1 000 Гц, встроенного в корпус прибора, либо внешнего генератора, подключаемого к разъему «ВНЕШНЯЯ АМ». Дискретность регулировки коэффициента модуляции – 10 %. u вых u м в 0 u вх u вх 0 а t u вх 0 t 0 u ф Глава 11. Измерительные генераторы 381 Устройство обеспечения и регулирования уровня выходного сигнала на основном выходе состоит ив широкополосного усилителя (ШУ2), атте- нюатора (Атт.), детектора высокочастотных колебаний и дифференциаль- ного усилителя постоянного тока (УНТ) с регулируемым опорным напря- жением (рис. 11.8). Детектор, усилитель постоянного тока с регулятором опорного напряжения образуют цепь автоматической регулировки уровня сигнала (АРУ). Сигнал с выхода усилителя ШУ2 поступает на вход детектора и пре- образуется в постоянное напряжение. Последнее подается на один из вхо- дов дифференциального усилителя УПТ. На второй вход этого же усили- теля поступает сигнал от источника постоянного опорного напряжения, уровень которого устанавливается с помощью регулятора. Выходное на- пряжение дифференциального усилителя, пропорциональное разности входных напряжений, изменяет сигнал на входе широкополосного усили- теля ШУ2 так, что уровень выходного напряжения основного канала ста- новится пропорциональным уровню опорного напряжения. При постоян- ном опорном напряжении система обеспечивает стабилизацию выходного напряжения генератора. Та же система используется для плавного измене- ния выходного напряжения в пределах 10 дБ с помощью ручек регулятора спорного сигнала. Постоянная времени цепи автоматического регулирова- ния уровня выбрана такой, что система не реагирует на АМ-сигнал, т. е. она поддерживает опорный уровень в заданных пределах и в режиме ам- плитудной модуляции. Структурная схема генератора Г4-106 (рис. 11.11) в значительной степени повторяет схему прибора Г4-102, но отличается дополнительным устройством для получения АМ-сигналов в диапазоне частот от 10 до 100 кГц. С этой целью в схему прибора введены смеситель и генератор Г1 фиксированной частоты 415 кГц. На один вход смесителя подается напряжение генератора Г1, а на второй вход через высокочастот- ный модулятор поступает напряжение основного генератора Г2 (модули- рованное или немодулированное, в зависимости от установленного режи- ма). На выходе смесителя установлен фильтр нижних частот Ф1. При час- тоте генератора Г2 в пределах 425–515 кГц на его выходе выделяется сигнал частоты 10–100 кГц. Применение метода гетеродинного переноса частоты, реализуемого с помощью смесителя и генератора Г1, позволило сформировать АМ-сигнал на частотах, на которых его получение обычным способом затруднительно. Метод гетеродинного переноса частоты обычно сопровождается ухудшением точности отсчета частоты в нижней части диапазона. Для компенсации этого недостатка в прибор введен калибратор частоты. Сиг- нал широкополосного усилителя ШУ1 вспомогательного канала попадает на фильтр Ф2, настроенный на частоту10 кГц (переключатели S1, S2, S3 – Раздел 2. Измерительная техника 382 в положении «1»). Подключив к основному выходу 50-омную нагрузку и установив по шкале основного генератора частоту 10 кГц, шлицом КОРРЕКЦИЯ ЧАСТОТЫ подстраивают частоту генератора Г1 так, чтобы выходная частота прибора стала равной 10 кГц ±0,5 %. Индикация настрой- ки осуществляется по максимальному отклонению стрелки гальванометра. При эксплуатации генератора Г4-106 необходимо учитывать сле- дующее: в диапазоне частот 10–100 кГц с вспомогательного выхода в ре- жиме амплитудной модуляции снимается модулированный сигнал, ампли- туда которого не превышает 1 В и зависит от уровня сигнала на основном выходе. Это связано с тем, что преобразование частоты сигнала происхо- дят после амплитудного модулятора; постоянная времени детектора системы автоматического регули- рования уровня (АРУ) при переходе с поддиапазона 10–100 кГц на сле- дующий поддиапазон изменяется, и уровни сигнала частоты 100 кГц на этих поддиапазонах могут отличаться друг от друга при установке одного и того же значения по шкале плавной регулировки. Рис. 11.11. Структурная схема генератора Г4-106 Г1 415 кГц Г2 0,1–12,5 МГц Регули- ровка и отсчёт АМ Г 1 кГц ВЧ- моду- лятор Смеситель Ф1 ШУ 2 ШУ1 УПТ Регулятор опорного уровня Атт. Ф2 10 кГц S2 S3 Внешняя АМ Коррекция частоты Вспомогательный выход Основной выход мкВ R б 1 1 2 PV 1 2 2 S1 Глава 11. Измерительные генераторы 383 В генераторах радиовещательного диапазона для обеспечения изме- нения уровня выходного сигнала в широких пределах используются мно- гоступенчатые аттенюаторы, выполняемые на резисторах. 11.4.6.Генераторы метрового и дециметрового диапазонов Генераторы Г4-76, Г4-107, Г4-116, Г4-120, Г4-129 перекрывают мет- ровый и дециметровый диапазоны (до 1–2 ГГц) и работают практически со всеми видами модуляции. Частота модулирующего сигнала при внутрен- ней частотной синусоидальной, амплитудной синусоидальной и импульс- ной модуляциях принимается равной 1 000 Гц и является обязательной для высокочастотных генераторов. Генераторы этой группы отличаются разнообразием технических решений при их построении (табл. 11.4). Часть генераторов построены по типу генераторов радиовещательного диапазона, другие (Г4-76, Г4-120) выполнены однодиапазонными и по способу построения приближаются к генераторам СВЧ. Многие современные генераторы (Г4-107, Г4-116, Г4-128) построены по принципу деления частот. Таблица 11.4 Основные сведения о некоторых генераторах метрового и дециметрового диапазонов Тип Диапазон частот, МГц Выходной сигнал, В Режим работы Основная особенность Г4-107 12,5–400 1 НГ, АМ, РМ Универсальный Г4-116 4–300 1 НГ, АМ, ЧМ, ТМ Режим ТМ Здесь: НГ – непрерывная генерация; АМ – амплитудная модуляция; ЧМ – час- тотная модуляция; РМ – импульсная модуляция; ТМ – модуляция видеосигналом. Рассмотрим структурную схему генератора Г4-116 (рис. 11.12). Сиг- нал задающего генератора Г1 с частотой 200–372 МГц смешивается в пре- образователе частоты (смеситель) с сигналом фиксированной частоты 72 МГц генератора Г2. Образующийся на выходе преобразователя сигнал разностной частоты 128–300 МГц фильтруется усилителем УПЧ с полосо- вым фильтром Ф. Настройка полосового фильтра производится варикапа- ми, напряжение смещения на которых изменяется синхронно с настройкой частоты задающего генератора Г1. Переход от поддиапазона к поддиапа- зону обеспечивается подключением к выходу фильтра цепочки делителей частоты на 2n. Изменение частоты в пределах каждого поддиапазона осу- ществляется регулировкой частоты генератора Г1. Раздел 2. Измерительная техника 384 Рис. 11.12. Структурная схема генератора Г4-116 Согла- сующий дели- тель Отсчёт- ный де- литель f кГц Вспомогательный выход Г1 200–372 МГц Сме- ситель Г2 72 Гц УЛУМ-2 УПТ Г4 1 000 Гц УЛУМ-1 Отсчётный делитель М % Регулятор опорного на- пряжения Рег. Моду- лятор Моду- лятор НЧ Схема сравне- ния Пред. УВЧ Вых. УВЧ дБ ВЧ R б Основной выход АМ ВМ АМ f 2 f f 2 Ф1 Г5 1 000 Гц ВМ + – Контроль и регу- лировка видео- модуляции Индикатор напряжения Установка видео- модуляции УМ Ф2 Ф f f 2 Ф n Глава 11. Измерительные генераторы 385 Форма сигналов на выходе делителей частоты сильно отличается от синусоидальной. Для обеспечения малого уровня гармоник в выходном сигнале применяются фильтры Ф1, ..., Фn, коммутируемые одновременно с переключением поддиапазонов. После фильтрации сигнал поступает в блок усилителей, состоящий из регулирующего усилителя Рег., модулятора, предварительного ПРЕД. УВЧ и выходного высокочастотного усилителя, а затем через аттенюаторы (2 дБ 10 и 20 дБ 6) – на основной выход прибора. Устройство автоматического регулирования обеспечивает постоян- ство уровня выходного напряжения во всех режимах работы прибора. Оно включает в себя детектор средних значений, пиковый детектор, дифферен- циальный усилитель постоянного тока (схему сравнения) и регулятор опорного напряжения. На один вход дифференциального усилителя пода- ется опорное напряжение, а на второй вход – управляющее напряжение, поступающее с нагрузки пикового детектора (в режиме ВМ) или с нагруз- ки детектора средних значений (в режиме АМ). С выхода дифференциаль- ного усилителя сигнал, пропорциональный разности управляющего и опорного напряжения, передаётся на регулирующий усилитель. Изменение напряжения выходного усилителя влечет за собой измене- ние управляющего напряжения, напряжения дифференциального усилителя и, как следствие, изменение коэффициента передачи регулирующего усили- теля, что и обеспечивает постоянство выходного напряжения прибора. Для модуляции высокочастотного сигнала по амплитуде использует- ся генератор синусоидального напряжения фиксированной частоты 1 000 Гц или видеосигнал внешнего источника. В первом случае модули- рующий сигнал поступает на модулятор через устройство автоматической установки модуляции (УАУМ-1) и отсчётный делитель М (%), а во втором случае – непосредственно на модулятор. Контроль глубины видеомодуля- ции осуществляется по значению модулирующего напряжения. Для час- тотной модуляции применяется тот же генератор Г3 частоты 1 000 Гц, вы- ходной сигнал которого поступает на генератор Г2 через устройство авто- матической установки модуляции (УАУМ-2), отсчётный делитель Δf кГц и согласующий делитель. Блок УАУМ-2 обеспечивает постоянство опор- ного модулирующего напряжения. Значение девиации частоты отсчитыва- ется по уровню модулирующего сигнала. 11.4.7.ГенераторыСВЧ |