Меню

Измерения ачх с помощью гкч



Измерение АЧХ антенны при помощи ГКЧ

Измерение АЧХ антенны при помощи ГКЧ

Случилось, как-то изготовить и настроить передающую телевизионную антенну на 10 канал. Как известно на таких частотах измерители КСВ неработают, показывают неопределённые значения, а то и вообще ничего не показывают. Много было перелопачено разнообразной литературы по настройкам антенн, но конкретного, удовлетворяющего требования так и не нашлось. В небольшой книге «Антенны», автор Карл Ротхаммель, была найдена неплохая конструкция для измерения волнового сопротивления и резонансной частоты выполненного по мостовой схеме.
Измерительный мост высокой частоты представляет собой обычный мост Уинстона и известна под многими названиями (например, «Антенноскоп» и т. д.), но в основе её всегда лежит принципиальная схема изображенная на рисунке 1.


Рис. 1.

По мостовой схеме протекают токи высокой частоты, поэтому все резисторы, используемые в ней, должны представлять чисто активное сопротивление для частоты возбуждения. Резисторы R1 и R2 подбираются в точности равные друг другу (с точностью 1% или даже больше), а само сопротивление не имеет особого значения. При сделанных допущениях измерительный мост находится в равновесии (нулевое показание измерительного прибора) при следующих соотношениях между резисторами: R1=R2, R1:R2=1:1, R3=R4, R3:R4=1:1.
Если вместо резистора R4 включить испытываемый образец, сопротивление которого требуется определить, а в качестве R3 использовать отградуированное переменное сопротивление, то нулевое показание измерителя разбаланса моста будет достигнуто при значении переменного сопротивления, равном активному сопротивлению испытываемого образца. Таким образом можно непосредственно измерить сопротивление антенны.


Рис. 2.

На рисунке 2 показана схема высокочастотного измерительного моста, предназначенного для антенных измерений, предложенная американским радиолюбителем W2AEF (так называемый «антенноскоп»).
Резисторы R1 и R2 обычно выбираются равными ом, и абсолютная их величина не играет особой роли, важно только, чтобы сопротивление резисторов R1 и R2, а также ёмкости конденсаторов C1 и C2 были равны друг другу. В качестве переменного сопротивления следует использовать только безындуктивные объёмные переменные резисторы и ни в коем случае не проволочные потенциометры. Дополнительное сопротивление Rш зависит от внутреннего сопротивления измерительного прибора и требуемой чувствительности измерительной схемы. В качестве измерительного прибора следует применять микроамперметрмка. В качестве выпрямителя может использоваться любой германиевый диод. При конструировании следует соблюдать симметрию и минимальную длинну массовых проводников. В качестве измерительного генератора вполне достаточно использовать гетеродинный измеритель резонанса. Мощность генератора не должна превышать 1 Вт и вполне достаточно 0,2Вт. Вследствие того, что схемные элементы измерительного моста в диапазоне УКВ имеют уже комплексный характер, баланс моста становится неточным, и если в диапазоне 2 м его ещё можно добиться, тщательно выполнив конструкцию моста, то в диапазоне 70 см рассмотренный измерительный мост совершенно неприменим.


Рис. 3.

Проводники мостовой схемы должны быть выполнены как можно короче для уменьшения их собственной индуктивности и ёмкости. При конструировании прибора следует соблюдать симметрию в расположении его деталей. Прибор заключается в кожух, разделённый на три отдельных отсека, в которые, как показано на рисунке 3, помещаются отдельные элементы схемы прибора. Одна из точек моста заземляется, и, следовательно, мост несимметричен относительно земли. Поэтому мост наиболее подходит для измерения на несимметричных (коаксиальных) линиях передачи. Если требуется использовать мост для измерения на симметричных линиях передачи и антеннах, то необходимо тщательно изолировать его от земли с помощью изолирующей подставки. Антенноскоп может применяться в диапазоне как коротких, так и ультракоротких волн, и граница его применения в диапазоне УКВ в основном зависит от конструкции и отдельных схемных элементов прибора.

Но это не всё.
Хотелось видеть всю частотную характеристику антенны а не отдельные участки на которые следовало настраивать измерительный генератор ВЧ. Это очень нудное и кропотливое занятие было испытано при настройках на радиолюбительских антеннах. При изменении длины одних элементов отвечающих за нижнюю часть диапазона обязательно изменялись верх и середина. Кто когда-либо настраивал, меня поймёт. Поэтому пришлось модернизировать схему и немного переделать весь прибор. Требовалось видеть весь диапазон работы антенны, а это мог позволить только прибор для измерения АЧХ в состав, которого входит генератор качающейся частоты и измерительная часть ВЧ составляющей с высокочастотной детекторной головкой. В наличии имелся неплохой измеритель амплитудно-частотной характеристики ХА1-50 с верхней граничной частотой 1000 MHz и в дополнении имеет свой цифровой частотомер, который показывает среднюю частоту качания. По моему мнению, это идеальные приборы для таких целей, поэтому можно применять и другие приборы ГКЧ. Схема модернизированного осциллоскопа приведена на рис. 4 и так же собрана по мостовой схеме в диагональ которого включена измерительная детекторная головка.


Рис. 4.

Описывать назначение всех элементов не буду, скажу что при измерении антенны с волновым сопротивлением 50 ом достаточно поменять сопротивления в приборе с 75 ом на 50 ом. После изготовления прибора настройки никакой не требуется. На высоких частотах, выше 250 MHz следует германиевый диод заменить аналогичным, но более высокочастотным. В принципе можно и не менять, всё будет работать и так прекрасно только упадёт уровень измеряемой частоты что даже и неважно. На дисплее ГКЧ мы будем видеть АЧХ антенны перевёрнутую как на рисунке 5.

Читайте также:  Как измерить кислород самсунг


Рис. 5.

После того как соберёте прибор и подключите к АЧХометру, следует проверить без антенны. Для этого вместо антенны включаем безиндукционное сопротивление 75 ом или 50, в зависимости для какого волнового сопротивления изготовили прибор. На дисплее увидите горизонтальную прямую, без каких либо горбов и искажений. Если убрать сопротивление или закоротить то горизонтальная переместится вверх при указанной полярности диода или в низ при другой полярности. Всё, подключайте настраиваемую антенну и наслаждайтесь работой с прибором. Малейшие изменения элементов антенны вы будете видеть на дисплее АЧХометра безо всяких перестроек по диапазону. Конструктивно, прибор был выполнен из штатного ответвителя состоящего из небольшого прямоугольного корпуса, у которого с обеих сторон установлены разъёмы СР-75 или СР-50. Посередине стакан для подключения высокоомной детекторной головки, именно ВЫСОКООМНОЙ. Схема была передана многим радиолюбителям которые характеризовали работу прибора на высоком уровне. В своё время этим прибором настраивали антенны на диапазон 470 MHz. Выше измерения не проводились, не было необходимости.

Источник

Промышленные ГКЧ и измерители АЧХ

Генераторами качающейся частоты (ГКЧ) или свип-генераторами называют генераторы, частота которых меняется обычно изменением некоторого управляющего напряжения. Чаще всего частота меняется с помощью варикапов или (в функциональных генераторах) изменением токов заряда и разряда времязадающего конденсатора. Закон изменения частоты может быть линейным или логарифмическим.

Для получения изменения частоты в широких пределах используется принцип смешения двух частот с помощью смесителя. Одна частота меняется в пределах от/а до f+ А/, а вторая 4acTOTa^=const. Смеситель выделяет разностную частоту, которая меняется от 0 до А/

На основе ГКЧ строятся измерители амплитудно-частотных (или просто частотных) характеристик (АЧХ) [60, 61]. Это одни из весьма эффективных и полезных, но сложных приборов, применяемых при регулировке и настройке различных электронных устройств. Например, таких, как активные фильтры на операционных усилителях, резонансные цепи, частотные дискриминаторы, усилители, радиоприемники, телевизоры и т. д. Любопытно отметить, что первый отечественный ламповый измеритель частотных характеристик ИЧХ-1 был весьма громоздким прибором массой в 200 кг (!). Он позволял снимать АЧХ в диапазоне частот от 0,1 до 20 МГц при девиации частоты до 4 МГц.

В СССР в середине 80-х годов прошлого века был освоен массовый выпуск вполне современного по тем временам измерителя АЧХ Х1-50. Небольшой, напоминающий осциллограф, прибор (рис. 1.56) предназначен для исследования АЧХ и настройки ВЧ- и СВЧ-узлов с воспроизведением АЧХ на экране ЭЛТ. Прибор Х1-50 применяется при производстве, настройке и ремонте радиоэлектронной аппаратуры в лабораториях и цехах, ремонтных мастерских, а также в качестве сервисного прибора при ремонте телевизоров на дому.

• Широкий диапазон частот: 0,36-1002 МГц (0,36-436, 434-636 и 636-1002 МГц).

Рис. 1.56. ИзмерительАЧХXl-50

• Отчет частоты: по цифровому индикатору в точке остановы развертки и по меткам.

• Полоса качания частоты: в узкополосном режиме 0,5—20 МГц, в широкополосном режиме от до всего поддиапазона.

• Частотные метки (кварцованные): через 1 и 10 МГц.

• Выходное напряжение ГКЧ: синусоидальное со стабильной амплитудой около 100 мВ на нагрузке 75 Ом.

• Неравномерность собственной АЧХ: в максимально узкой полосе качания +0,5 дБ, в широкой полосе качания +1,5 дБ.

• Пределы ослабления выходного напряжения 0—50 дБ.

• Чувствительность канала вертикального отклонения, мм/мВ:

без детекторов — 10; по входу согласованной детекторной головки — 1.

• Входное сопротивление и емкость высокоомной детекторной головки: 10 кОм и 2 пФ.

• Встроенный генератор сетчатого поля для испытания видеотракта телевизоров.

• Режим использования в качестве осциллографа с автоколебательной разверткой.

• Потребляемая мощность: 70 ВА.

• Габариты: 308x304x133 мм.

Приведем краткие данные еще по нескольким измерителям АЧХ отечественного производства.

Диапазон частот 1-1000М Гц, полоса качания: 0,5-20 МГц и 0,01/^-1000 МГц. Габариты 308x133x304 мм, масса 8,5 кг. Есть возможность измерения КСВ (коэффициента стоячей волны).

Диапазон частот 20 Гц — 1 МГц, плавно изменяется полоса качания, габариты 495x475x255 мм, масса 35 кг. Предназначен для исследования низкочастотных устройств.

Диапазон частот 1—1250 МГц, два блока сразмерами 488x173x507 и 488x173x507 мм, общая масса 45 кг.

Диапазон частот 0,1—150 МГц (три поддиапазона: 0,1 — 1,5 МГц, 1—15 МГц и 10— 150 МГц), размеры 480x170x490, масса 14 кг. Предназначен для исследования радиоприемных и телевизионных устройств с частотами до 150 МГц.

Диапазон частот 0,1—150 МГц, полоса качания 1500 Гц — 5,7 Мгц или 1 500 Гц — 150 МГц, микропроцессорное управление, самодиагностика, диалоговый режим, 2 блока с размерами 490x135x475 и 490x215x475 мм, общая масса 36 кг.

Диапазон частот 1 — 1400 МГц, полоса качания 0,1 — 11 МГц, 0,3—132 МГц и 3— 1400 МГц, микропроцессорное управление, самодиагностика, диалоговый режим, 2 блока с размерами 488x173x507 и 488x173x507 мм, общая масса 46 кг.

Читайте также:  Гепатит с единицы измерения

Диапазон частот 1-250 МГц (3 поддиапазона: 1-10 МГц, 5Гц — 50 МГц и 25-250 МГц), микропроцессорное управление, максимальный уровень сигнала 1 мВт; размеры 488x507x73 мм, масса 22 кг.

Нетрудно заметить, что большинство приборов этого типа — тяжелые и громоздкие изделия. Они явно не предназначены для массовых измерений. Поэтому помимо промышленных измерителей АЧХ полезны альтернативные средства, пригодные для снятия АЧХ, например, на основе применения массовых функциональных генераторов с управляемой в широких пределах частотой. Их описание читатель найдет в главах 3 и 5.

Источник: Дьяконов В. П. Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Источник

Измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников

При контроле технического состояния электронных устройств важ­ное место занимает измерение частотных характеристик различных их узлов, а именно АЧХ.

В электронике широко используют линейные четырехполюсники, АЧХ которых определяется зависимостью модуля коэффициента пе­редачи от частоты сигнала.

Коэффициент передачи k в цепях с со­средоточенными постоянными представля­ет собой отношение комплексных ампли­туд выходного и входного гармонических напряжений одной частоты при условии отсутствия отражения на входе, как показано на схеме четырехполюсника (рис. 5.16):

(5.28)

Если U2 U1, то сигнал усиливается, четырехполюсник является активным, a k > 1.

Значения коэффициента передачи четырехполюсника и частоты сигнала, на которой проводится его измерение, образуют точку в си­стеме соответствующих координат, а совокупность таких же точек об­разуют АЧХ в рассматриваемом частотном диапазоне.

Измерения параметров АЧХ четырехполюсника выполняются од­ним из двух методов:

· снятием зависимости модуля коэффициента передачи от частоты по точкам с последующим интерполированием кривой АЧХ;

· получением панорамного изображения АЧХ с использованием ге­нератора качающейся частоты и индикатора.

На практике при исследовании четырехполюсников определяют чаще всего АЧХ (рис. 5.17), которая отражает его свойства в исследуе­мой полосе частот — полосе пропускания, в которой модуль коэффи­циента передачи не должен быть меньше 0,7 kmaх. Полоса пропускания линейного четырехполюсника ограничивается нижней fн и верхнейfв частотой, поэтому его ширина составляет

(5.29)

Рис. 5.17.АЧХ четырехполюсника

Метод снятия АЧХ по точкам реализуется с помощью диапазонно­го генератора синусоидального сигнала и вольтметра (рис. 5.18). Из­меняя частоту гармонических колебаний в исследуемой полосе частот, измеряют вольтметром напряжение на выходе проверяемого четырех­полюсника при постоянстве значения входного напряжения.

Рис. 5.18. Структурная схема соединения приборов при снятии АЧХ четырехполюсника по точкам

Модуль коэффициента передачи рассчитывается по формуле (5.28). По результатам измерений графически строят АЧХ. Рассмотренный метод имеет ряд недостатков:

· трудоемкость измерения, связанная со снятием АЧХ по точкам, количество которых прямо пропорционально требуемой точности измерения;

· влияние длительных измерений на характер кривой АЧХ, измене­ния температуры окружающей среды и питающего напряжения, которые искажают достоверную кривую (рис. 5.19,а);

· возможность пропуска резких изменений кривой в промежутках меж­ду точками (рис. 5.19,6) из-за дискретности воспроизведения АЧХ.

Рис. 5.19.Достоверная кривая АЧХ четырехполюсника (а) и кривая, снятая по точкам (б)

Метод получения панорамного изображения лежит в основе рабо­ты специальных панорамных приборов — характериографов (X1 по каталоговой классификации). Этот метод лишен недостатков, присущих методу снятия АЧХ по точкам, но имеет меньшую точность измерения из-за короткого времени измерения в каждой точке кривой АЧХ.

Структурная схема простейшего измерителя АЧХ (рис. 5.20) состо­ит из генератора качающейся частоты (ГКЧ), частота которого плавно изменяется по определенному закону в рассматриваемой полосе ча­стот, и индикатора, воспроизводящего кривую АЧХ. В качестве инди­катора обычно используется осциллограф.

Рис. 5.20. Структурная схема простейшего измерителя АЧХ

Сигнал с ГКЧ подается на вход исследуемого четырехполюсника. Поскольку модуль коэффициента передачи четырехполюсника зави­сит от частоты сигнала на входе, то на его выходе сигнал изменяется по амплитуде. Огибающая этого сигнала, выделяемая детектором, который входит в состав индикатора, управляет отклонением луча индикатора по вертикали, изображая кривую АЧХ. Одновременно блок модулирующего напряжения синхронизирует работу ГКЧ и ин­дикатора и управляет частотой ГКЧ и отклонением луча индикатора по горизонтали.

В рассмотренном измерителе АЧХ горизонтальное отклонение луча на экране индикатора соответствует частоте на входе исследуе­мого четырехполюсника, а вертикальное — значению модуля коэф­фициента передачи на этой частоте. В результате на экране автомати­чески воспроизводится кривая АЧХ исследуемого объекта.

Форма модулирующего напряжения в этом случае может быть любой, но чаше применяется пилообразное напряжение, обеспечивающее одинаковую яркость всех участков АЧХ. Важно, чтобы закон изменения частоты совпадал с законом отклонения луча индикатора по горизонтали — только при этом условии создается линейный ча­стотный масштаб.

Для обеспечения отсчета частоты формируется система частотных меток, которые получают в результате детектирования сигнала, прошедшего через резонансный частотомер, либо смешиванием сиг­налов ГКЧ и встроенного кварцевого генератора.

Читайте также:  Как называется процедура измерения объема легких

Измерение модуля коэффициента передачи основано на методе замещения. Для этого перед началом измерения прибор калибруется сигналом, подаваемым с ГКЧ непосредственно на индикатор, а име­ющийся на выходе ГКЧ аттенюатор устанавливается в положение максимального ослабления, условно принимаемого за нуль. После подключения четырехполюсника восстанавливают показания ин­дикатора, которые соответствовали его положению при калибровке, изменяя ослабление аттенюатора ГКЧ, определяют ослабление или усиление четырехполюсника. При заранее калиброванной шкале осциллографического индикатора также можно провести измерение АЧХ, не отключая четырехполюсник.

Для повышения качества измерений и расширения функциональных возможностей прибора в структурную схему панорамного изме­рителя АЧХ вводятся дополнительные узлы (рис. 5.21).

Центральным узлом измерителя АЧХ является ГКЧ, который в зависимости от предъявляемых к нему требований выполняется в двух

Рис. 5.21. Структурная схема панорамного измерителя АЧХ

вариантах. Для получения большой выходной мощности и малых не­линейных искажений колебания вырабатываются непосредственно задающим автогенератором качающейся частоты. Для обеспечения широкого диапазона частот без разделения его на поддиапазоны ис­пользуется принцип смешивания сигналов фиксированной и пере­страиваемой частоты.

В целях обеспечения постоянства значения выходного сигнала во всем диапазоне качания частоты предназначен блок автоматического регулирования амплитуды. Одновременно часть сигнала с ГКЧ посту­пает на блок частотных меток, который вырабатывает целый спектр калибровочных меток в границах рабочего диапазона ГКЧ. При совпа­дении частоты ГКЧ с любой из калибровочных частот образуются сиг­налы, подаваемые в индикатор. Эти сигналы наблюдаются на экране в виде амплитудных меток.

Для получения калиброванного изменения напряжения на выходе ГКЧ предназначен аттенюатор.

В измерителе АЧХ может использоваться детекторная головка одного или двух видов:

· высокоомные — для измерения сигнала с минимальным влиянием на четырехполюсник;

· согласованные детекторные — для измерения на выходе согласо­ванных трактов. Эти головки содержат детектор и нагрузочное со­противление;

· проходные детекторные — для измерения сигнала на выходе изме­рителя АЧХ или в согласованных трактах без нарушения их одно­родности.

При исследовании АЧХ высокоселективных устройств возникает потребность наблюдения одновременно на экране измерителя больших перепадов уровня сигнала. В таких случаях между детекторной головкой и индикатором включаются широкополосные логарифмиче­ские усилители.

В качестве индикатора чаще всего используется дисплей. В зави­симости от скорости качания частоты ГКЧ выбирают дисплеи с нор­мальным или длительным послесвечением, с электромагнитным или с электростатическим управлением луча.

На уменьшение погрешности измерения АЧХ и увеличение разре­шающей способности прибора оказывают влияние размеры рабочей части дисплея. Для получения двух или более кривых АЧХ используют многоканальный индикатор, что заметно расширяет функциональные возможности таких приборов, как характернографы. В отечественной каталоговой классификации они обозначаются X1.

В зависимости от ширины полосы качания характернографы под­разделяются на узкополосные, широкополосные и комбинирован­ные.

Узкополосные характериографы обеспечивают полосу качания, со­ставляющую доли и единицы процента центральной частоты; широ­кополосные имеют полосу качания, составляющую полный диапазон частот прибора; комбинированные объединяют в себе функции узкопо­лосных и широкополосных.

Характериографы классифицируются еще по нескольким парамет­рам:

· по допустимым значениям основных частотных и амплитудных параметров — на классы точности;

· числу одновременно исследуемых АЧХ — одно- и многоканальные;

· динамическому диапазону воспроизведения АЧХ — с линейным и

· логарифмическим масштабом по амплитуде.

Использование в составе характериографов встроенного микропро­цессора (рис. 5.22) позволяет повысить уровень их автоматизации.

Такие приборы способны выполнять следующие функции:

· замена жесткой логики на программную, в результате чего прибор со встроенным микропроцессором при прочих равных условиях имеет меньшие габаритные размеры и более высокую надеж­ность;

· обеспечение диалога оператора с прибором и представление изме­рительной информации в более удобном цифровом виде;

· обеспечение контроля правильности действия оператора и само­контроля прибора, что повышает производительность и снижает ошибки в работе оператора;

· организация интерфейса, что позволяет применять измеритель в составе больших автоматизированных измерительных систем;

· уменьшение погрешности измерений за счет учета при вычисле­нии результата измерения факторов, влияющих на точностные ха­рактеристики измерителя АЧХ.

Рис. 5.22. Структурная схема характериографа со встроенным микропроцессором

Микропроцессор выполняет функции управления характериографом и обработки измерительной информации и решает следующие за­дач и управления:

· установка поддиапозонов частот и перестройка частоты в полосе качания;

· установка коэффициента передачи управляемого усилителя;

· установка поддиапозона детектора;

· индикация результатов измерения и функционирования измери­теля.

На основе поступающей в микропроцессор информации об уровне выходного сигнала с аттенюатора, о частоте выходного сигнала с частотомера и уровне измеряемого сигнала с детектора производится расчет параметров АЧХ исследуемого четырехпо­люсника. Одновременно обеспечивается линеаризация частотно­го масштаба и осуществляется коррекция неравномерности собственно АЧХ, что снижает погрешность измерения. При работе на малых уровнях сигнала для уменьшения влияния шумов и помех предусмотрен режим многократной выборки и усреднения резуль­татов измерения.

Прибор управляется через устройство сопряжения с помощью клавиатуры на передней панели прибора по двенадцатиразрядной инфор­мационной шине, трехразрядной шине управления и трехразрядной адресной шине.

Источник