10.3. Гетеродинный метод измерения частоты

10.3. Гетеродинный метод измерения частоты

    Гетеродинный метод является одной из разновидностей методов сравне­ния измеряемой частоты fx  с частотой эталонного генератора — гетеродина. Этот метод использует принцип построения схем с нулевыми биениями.

   Упрощенная структурная схема гетеродинного частотомера представлена на рис. 10.4. Она содержит: входное устройство, кварцевый генератор, сме­ситель, гетеродин, усилитель низкой частоты и индикатор (нулевых биений).

Действие гетеродинного частотомера сводится к следующему простому принципу: при переключении ключа К в положение 1 производится калибровка шкалы гетеродина ;при положении 2 – измерение частоты fx,подаваемой на входное устройство.

 

Рис.10.4.Упрощенная структурная схема гетеродинного частотомера   Калибровка шкалы гетеродина (ключ К находится в положении 1) (осуществляется непосредственно перед проведением измерения с помощью дополнительного, кварцевого генератора. Сигнал, поступающий с кварцевого генератора, имеет сложную форму и содержит ряд гармонических составляющих  с кратными частотами: fкв1, fкв2, …, fквi ,…, f квn,где n— номер гармоники. Частоты этих гармоник кварцевого генератора в радиотехнике называются  кварцевыми точками.

    Отсчетный лимб гетеродина устанавливают в положение, соответствующее ближайшей к измеряемой частоте fx кварцевой точке (примерное значение измеряемой частоты должно быть известно, иначе процесс измерения  очень усложняется). Сигналы с кварцевого генератораfквi , и гетеродина поступают на смеситель, поэтому на его выходе возникают колебанияс суммарными, разностными и комбинационными частотами. Индикаторный прибор фиксирует наличие сигнала биений на минимальной разностной частоте

Fб= fквi-fг  , проходящего через усилитель низкой частоты (высокочастотные составляющие, получающиеся в результате смешения частот кварцевого генератора и гетеродина, через усилитель низкой частоты не проходят). Меняя емкость, в контуре гетеродина, получают нулевые биения, следовательно, частота гетеродина становится равной частоте кварцевой гармоникиfг≈ fквi.

   После этого приступают к измерению неизвестной частоты fx , переводя  ключ К в положение 2. Вращая отсчетный лимб гетеродина, добиваются  нулевых биений и по откорректированной шкале гетеродина определяют значение fг≈ fквi.

    Гетеродинные частотомеры являются достаточно точными измерительными приборами. Их относительная погрешность измерения лежит в пределах 10-3 …10-5. Однако в диапазоне средних частот (до 300 МГц и ниже) их вытесняют электронно-счетные частотомеры, которые обеспечивают ту же высокую точность, но значительно проще в эксплуатации.

     В диапазоне СВЧ-колебаний гетеродинный метод измерения частоты применяется совместно с цифровыми методами. Расширение предела измерения до 10… 12 ГГц достигается за счет переноса (преобразования) измеряемой частоты в область более низких частот. Такой перенос можно осуществить, например, с помощьюдискретного гетеродинного преобразователя частоты, структурная схема которого вместе с цифровым частотомером приведена на рис. 10.5.

В составе цифрового частотомера содержится генератор опорной (эталонной, образцовой) частоты f0 . Эта частота поступает на нелинейный элемент (генератор гармоник), который формирует сетку гармонических составляющих fn = n f0 , где п = 1, 2, 3,…— целые числа. С помощью перестраиваемого фильтра (обычно это обьемный резонатор с отсчётной шкалой) добиваются выделения

из них гармоники fn , ближайшей к измеряемой частоте fx. При этом на выходе смесителя появляется сигнал с разностной частотой △f = fx- n f0 .

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) имеет полосу пропускания, со­измеримою с разностной частотой △f .

  Результат измерения неизвестной частоты fx  колебаний вычисляют по формуле fx= n f0 ± △f , в которой номер гармоники п считывается со шкалы пе-рестраиваемого фильтра. Поскольку последнее выражение неоднозначно, то для получения наиболее точного результата проводят второе измерение, выбирая с помощью перестраиваемого фильтра гармонику(п ± 1)f0, соседнюю с гармоникой n f0  . Если результаты вычисления частоты fx  совпали при двух измерениях, то они считаются верными.