Измерение высоких и сверхвысоких частот

 

Основным фактором, ограничивающим максимальное значение fx, является быстродействие счетчика импульсов, которое для двоич­но-десятичных счетчиков зависит от быстродействия декады млад­шего разряда (см. § 3.6.4). Верхняя граничная частота декад опре­деляется потенциальными возможностями активных элементов и принятыми схемными решениями (например, переход от асинхрон­ных к синхронным или кольцевым счетчикам). В серийно выпуска­емых ЦЧ она не превышает 150 МГц. Таким образом, измерение f_x >150 МГц требует принятия специальных мер и дополнения ба­зовой схемы рис.5.2 соответствующими функциональными узлами. Применяются два способа расширения диапазона измеряемых f_x в сторону ВЧ и СВЧ: предварительное деление частоты входного сиг­нала и дополнение ЦЧ гетеродинными преобразователями частоты.

Предварительное деление позволяет расширить диапазон измеря­емых f_x, если в качестве делителей частоты использовать двоичные делители, быстродействие которых выше, чем у декадных. С их помощью можно получить коэффициент деления 2ⁿ, а для обеспече­ния прямого отсчета f_x требуется, чтобы он был равен 10™. Поэтому двоичные делители дополняют делителями с коэффициентом деле­ния 5ⁿ. Возможности этого способа ограничены быстродействием двоичных делителей и позволяют расширить диапазон измеряемых f_x лишь до значений 1...2 ГГц.

Дальнейшее расширение диапазона требует переноса f_x в область промежуточных (разностных) частот (f_p) с помощью гетеродинных преобразователей частоты. Гетеродинные преобразователи, уже встречавшиеся при рассмотрении селективных вольтметров (см. § 3.5.1), могут быть двух модификаций: дискретные преобразовате­ли и преобразователи-переносчики.

Структурная схема дискретного гетеродинного преобразователя частоты представлена на рис.5.5. Сигналом гетеродина являются гармоники сигнала опорного генератора ЦЧ, формируемые с помо­щью генератора гармоник (нелинейный элемент). Перестраиваемый фильтр выделяет такую гармонику nf₀,при которой f_p=f_x — nf_o< 150 МГц, и попадает в полосу пропускания УПЧ. Значение f_р из­меряется ЦЧ, а значение nf₀ отсчитывается по шкале элемента пе­рестройки фильтра. Таким образом, измеряемое значение f_x=nf₀ + +fp.

 

Рис. 5.5. Структурная схема дискретного гетеродинного преобразователя частоты.

 

В преобразователях-переносчиках измеряемая частота f_x сравнивается с частотой n-й гармоники сигнала вспомогательного гетеродина (nf_г). Для уменьшения по­грешности преобразования сравнение f_x и nf_госуществляется с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) гетеродина. Пример структурной схемы переносчика частоты с кольцом ФАПЧ приведен на рис. 5.6. Сигналом ошибки системы ФАПЧ является выходное напряжение фазового детектора (ФД), обра­зующееся при (f_x — nf_г) ≠f_o. Это напряжение через фильтр нижних частот (ФНЧ)

Рис. 5.6. Структурная схема преобразователя — переносчика частоты.

подается на УУ (УПТ с реактивным элементом). С помощью УУ частота гете­родина f_г изменяется до тех пор, пока не наступит режим захвата. В режиме захвата и далее в режиме удержания частоты обеспечивается точное выполнение равенства f_o = f_x — nf_г.Установленное значение f_г измеряется ЦЧ, и, следова­тельно, f_x = f_о+ nf_г.