книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

нальны времени и, следовательно, будет иметь место соотношение

<6 '22>

где t — время нахождения составляющей спектра в полосе пропускания анализатора;

Т — время анализа или период развертки; / 7 — полоса пропускания анализатора;

AF — диапазон частот спектра.

Для .неискаженного воспроизведения спектра время нахождения каждой его составляющей в полосе пропу­ скания анализатора должно быть не меньше времени установления частоты, т. е.

t> x,

(6-23)

где*-с-— время установления частоты.

Время установления частоты обратно пропорциональ­ но полосе пропускания анализатора, т. е.

	< =	Д	(6-24)
где k — коэффициент пропорциональности.
С учетом (6-23) и (6-24)		(6-22) перепишется в виде:
	J _ _ n _
	ПТ ~ LF ’
откуда время анализа
	T = k ^ - t ,		(6-25)
где Т — время	анализа, т. е. период развертки;		уровне 0,7
П — полоса	пропускания	анализатора (на
от резонансного значения);
ДF — полоса	частот спектра.

Из (6-25) следует, что время анализа будет прямо пропорционально полосе частот исследуемого спектра и обратно пропорционально квадрату полосы пропускания анализатора.

Для правильного воспроизведения спектра значение k нужно выбирать возможно большим, чтобы частоты успевали полностью установиться. Практически с целью одновременного наблюдения составляющих спектра

180

уменьшают время анализа, беря k —\ —3. Например, для

полосы	частот спектра A/r= 20 кгц,	/7=100	гц	время
анализа	при k = \ 'составит согласно	(6-25)	Т = 2 сек,
а для AF=2 кгц и Я =10 гц 7 = 20 сек.
Разрешающая способность автоматического анали­
затора спектра (называемая динамической			разрешаю­
щей способностью) будет определяться не только				поло­

сой пропускания анализатора, но и временем анализа. Если в уравнении (6-25), определяющем время анализа, выбрать k достаточно большим, то частоты практически будут успевать полностью устанавливаться и динамиче­ ская разрешающая способность будет близка к стати­ ческой. С увеличением скорости анализа время уста­ новления частоты одной составляющей спектра начнет перекрываться временем установления соседней состав­ ляющей. При этом показания, соответствующие отдель­ ным составляющим, не будут четко различаться между собой, т. е. разрешающая способность анализатора в ди­ намическом режиме ухудшится.

Практически при приемлемых скоростях анализа, позволяющих одновременно наблюдать картину спектра на трубке с послесвечением, динамическая разрешающая способность анализатора ухудшается по сравнению со статической в 1,5—3 раза, т. е.

Afдин — (1>5 3) Д/ ст.

(6-26)

Для того чтобы реализовать данную динамическую раз­ решающую способность, должны быть надлежащим образом выбраны параметры трубки, схемы развертки и частотного модулятора.

Очевидно, что наилучшая разрешающая способность, которая может быть реализована с данной трубкой и частотным модулятором, определится из равенства

Д/яин = ?% !^ ,

(6-27)

где D — диаметр трубки, мм;

d — разрешающая способность трубки, мм, т. е. ми­

нимальное расстояние на экране	трубки, при ко­
тором различимы две соседние составляющие
спектра;	создаваемая ча­
Д /м ин — минимальная девиация частоты,
стотным модулятором.

181

Погрешности анализатора спектра

Основными погрешностями анализаторов при определении ча­

стоты и амплитуды составляющей спектра		являются	погрешность
по частоте « погрешность по напряжению.			нестабиль­
П о г р е ш н о с т ь по	ч а с т о т е определяется
ностью частоты гетеродина	и погрешностью	его градуировки.

Нестабильность частоты гетеродина обусловливается суммар­ ным действием различных дестабилизирующих факторов: темпера­ туры, изменения напряжения сети и др., и может быть оценена величиной порядка 0,5%. Если учесть, что погрешность градуиров­ ки составляет примерно также 0,5%, то суммарная погрешность за счет нестабильности частоты гетеродина и его градуировки может быть оценена величиной порядка 1 %.

К этой суммарной погрешности должна быть добавлена абсо­ лютная гогрешность по частоте, обусловливаемая разрешающей способностью анализатора спектра. Величина этой погрешности

определится для анализатора, работающего в	статическом	режиме
с ручной настройкой, величиной его полосы	пропускания,	а для

автоматического анализатора спектра может быть определена со­ гласно (6-26).

Таким образом, суммарная абсолютная погрешность по частоте анализатора спектра

Д = + (5Н +	Afs .n i)H ]>	(6-28)
где Sf — суммарная относительная	погрешность по частоте	гетеро­
дина;
f — измеряемая частота, гц\
Д/дпн — разрешающая способность анализатора, гц.
П о г р е ш н о с т ь по н а п р я ж е н и ю ( о с н о в н а я ,		с у м ­

м а р н а я ) складывается из погрешности калибровки делителя уь погрешности за счет нестабильности усиления уг, погрешности за счет нелинейности амплитудной характеристики уз, погрешности градуировки вольтметра у4.

Таким	образом, суммарная	основная	среднеквадратичная по­
грешность будет равна:
			(6-29)
Если	ориентировочно принять уi= 5%,		уг=5%, уз=4% и у4=
= 3%, то,	подставляя числовые	значения	составляющих погрешно­
стей, получим Уо=8,7%.

Помимо основной, будут иметь место также и дополнительные погрешности: частотная погрешность делителя бi= 3%, температур­ ная погрешность, которая при изменении температуры на ±10“ С относительно нормальной температуры 20±5°С может быть оцене­ на величиной порядка 62=3%, погрешность от изменения напря­ жения сети, величина которой может быть принята равной 63=3% .

С учетом дополнительных погрешностей суммарная среднеква­ дратичная погрешность анализатора спектра составит у = ± 1 0 %.

182

6-4. ИЗМЕРИТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

В измерителях коэффициента нелинейных искаже­ ний разделение напряжения основной частоты от напря­ жения гармоник осуществляется методом моста, ком­

пенсацией основной

частоты

или

применением фильтров.

ние

В схеме моста разделе­

напряжения

основной

частоты

от

напряжения гар­

моник достигается

баланси­

/

/?6 ГF

>

2

ровкой

моста

относительно

г

/

основной частоты. При этом

rt

напряжение,

поступающее

J

a 2

в диагональ моста, не со­

держит

составляющей

ос­

новной

частоты и

является

мерой

среднеквадратичного

Рис. 6-16.

Упрощенная

схема

напряжения

гармоник.

изме­

Упрощенная

схема

измерителя

коэффициента не­

рителя

коэффициента

нели­

линейных

искажений.

нейных

искажений

приведе­

на на рис. 6-16. В этой схеме три плеча моста образова­

ны активными сопротивлениями R ь	/?2, Rz,	а четвертое
плечо состоит из индуктивности L,	емкости	С и сопро­

тивления Ri. К одной диагонали моста подводится ис­ следуемое напряжение

u = y u ] + ul + ul + ...+:ul-

Индикатор, представляющий собой квадратичный электронный вольтметр, включается сначала в положе­ ние 1 — во вторую диагональ. Плечо, содержащее L и С, настраивают в резонанс с основной частотой подводи­ мого к мосту напряжения и, регулируя R4, добиваются баланса моста для основной частоты (по минимуму по­ казания индикатора). При этом индикатор дает показа­ ние, соответствующее среднеквадратичному напряжению

гармоник		# 2'/?, + /?s VУ	__________________
Uвых.гарм	, +		u l + v \ + . . .■+Т'v-'лl		(6-30)
	Я *■	■ s ‘	и г Т и з Т "
(параметры моста		подобраны	так,	что R3-f- Rs >	RJ, где
(^вых.гарм ■— среднеквадратичное				напряжение гармоник;

183

t/2,	U3, .. ., Un — эффективные значения 2-й, 3-й, . ..,
п-й	гармоник.

Затем индикатор переключается в положение 2 и на­ страивающееся плечо выключается. В этом случае к ин­ дикатору подводится от сопротивления R$ напряжение, содержащее основную частоту и гармоники. Показание

индикатора	соответствует напряжению
tw .o c ,. =	я, + „ У и] + ul + и\ + . . .	(6-31)

Затем регулируют движком, потенциометра сопротивле­ ние Rb так, чтобы показания 'индикатора при этих обоих измерениях были равны. Приравнивая (6-30) и (6-31), получаем:

б^вьгх.гарм = = П ВЫх. оси

ИЛИ

K'sVvl + ul + ... = R y u l + ul + ..„

откуда
	]/~ б'| + ^з +	. ■.	/?'	(6-32)
	У u]+ul +u\ + ...		Ri
При	малых нелинейных	искажениях для kf < 20°/0
У и ] +	и\ + и1 + ... « £ /, и
	y v l + u l	,	*5	(6-33)
	и ,

Из (6-33) следует, что градуировка прибора может быть нанесена в процентах коэффициента нелинейных иска­ жений непосредственно «а шкале потенциометра Rs.

Погрешность для значений &/>20% учитывается при градуировке и таким образом исключается.

Блок-схема измерителя коэффициента нелинейных искажений с разделением основной частоты от напря­ жения гармоник системой фильтров приведена на рис. 6-17. Основными элементами схемы являются пред­ варительный усилитель низкой частоты для усиления измеряемого напряжения, система фильтров для подав­ ления основной частоты в исследуемом сигнале с целью получения среднеквадратичного напряжения гармоник и

184

квадратичный электронный вольтметр, градуированный непосредственно в процентах коэффициента нелинейных искажений.

Измеряемое напряжение в положении переключателя 1 отсчитывается непосредственно электронным вольтметром,

показание которого	соответствует		напряжению £/сигн =
Предбарит	2	2	Электронный
		С ист ем а
УНЧ	V	ф и л ьт р о в	Вольтметр
		19	т

Рис. G-17. Блок-схема измерителя нелинейных иска­ жений с системой фильтров.

= V U* + Ul + — Затем в положении переключателя 2 включается система фильтров, подавляющая основную частоту, и на вход электронного вольтметра поступает

только напряжение гармоник UrSLim = V K + v \ + - - -

Отношение этих напряжений дает величину коэффициен­ та нелинейных искажений kf.

	Р г . а р м _	V U I + U 1 + ■ ■ ■	(6-34)
	(Усигп	V и\ + и\ + и\ + ...

Суммарная погрешность измерителя коэффициента нелинейных искажений определится геометрической суммой погрешностей от­

счета напряжения		сигнала UCKTll и измерения напряжения гармо­
ник t/гарм*		вольтметра прибора	складывается	из	основной
Погрешность
погрешности	Yi и	дополнительных погрешностей: частотной —■у2 и
температурной (для предела изменения			температуры	на ±10° С от­
носительно	нормальной температуры		20°±5°С), которую		обозна­
чим у3.

Таким образом, суммарная погрешность вольтметра

Ь = 1 А ? + ^2 + Тз -

Если принять Yi = 3%, Y2=4% и Y3=3%, то Yb= 6%.

Суммарная среднеквадратичная погрешность измерителя коэф­ фициента нелинейных искажений

Y 8 ’/о.

185

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ

7-1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Изучение ряда вопросов излучения, распространения и приема радиоволн связано с необходимостью измере­ ния напряженности поля. Измерение напряженности по­ ля, создаваемого радиостанцией на некотором расстоя­ нии от нее, позволяет определить дальность действия передатчика радиостанции и необходимую чувствитель­ ность приемника.

Измерения напряженности поля в различные време­ на года и суток для различных длин волн позволяют

	изучить	характер			распространения
	радиоволн		и	выбрать		оптимальную
	длину волны для надежной радио­
	связи. Кроме того, измерители на­
	пряженности			поля		используют­
	ся для	измерения			мощности		гар­
	моник, излучаемых передатчиком,
	для измерения малых высокочастот­
	ных напряжений				порядка единиц
Рис. 7-1. Векторы элек-	микровольт		и	в ряде		других	слу-
тромагнитного поля.	чаев.
чаемые антенной	Электромагнитные волны, излу­
	передатчика		и	распространяющиеся

земным лучом, на достаточно значительном расстоянии можно рассматривать в первом приближении как пло­ ские волны, поляризованные в вертикальной плоскости. Как известно', электромагнитное поле плоской волны ха­ рактеризуется системой трех взаимно-перпендикулярных векторов Е, Н, Р (рис. 7-1), где Е — вектор напряженно­ сти электрического поля; Н — вектор напряженности маг­ нитного поля; Р — вектор направления распространения электромагнитных волн.

Напряженность электрического поля, выражаемая как градиент потенциала, измеряется в вольтах на метр

или в производных единицах	(мв/м и мкв/м). Поскольку
в антенне, расположенной в	электромагнитном поле,

индуктируется э. д. с., пропорциональная напряженно­ сти поля, измерение напряженности поля может быть сведено к измерению э. д. с., индуктируемой полем в приемной антенне.

186

В общем случае соотношение между напряженностью поля и э. д. с., индуктированной полем в антенне, опре­ деляется равенством

Е	(7-1)
где Е — напряженность поля;	в антенне;
е — э. д. с., индуктированная

Ад — действующая высота антенны.

В измерителях напряженности поля в диапазоне ча­ стот до 30 Мгц наиболее часто в качестве приемной ан­ тенны используется рамка, так как для нее действую­ щая высота может быть наиболее точно рассчитана. Для рамочной антенны действующая высота

/гд — 2nSN

(7-2)

где АД'—действующая высота рамочной антенны, м; S — площадь рамки, м г\

N — число витков рамки; Я— длина волны, м.

Электродвижущая сила, индуктируемая в рамке

измеряемым полем,
е - - 2nSM Е cos 6,			(7-3)
где Е — напряженность поля;		рамки	с направле­
0 — угол, образуемый плоскостью
нием поля.			совпадает
В том случае, когда	плоскость	рамки
с направлением поля, 6 = 0 , c o s 0 = l		и
е =	2nSN		(7-4)
	X

Визмерителях напряженности поля УКВ диапазона

вкачестве приемной антенны часто используется ди­ поль, для которого действующая высота

А д = Д .

(7 - 5 )

При использовании штыревой антенны, длина которой

/К, ее действующая высота

Ад = 4 г .

(7-6)

187

7-2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ

Из (7-1) следует, что напряженность поля может быть определена путем расчета действующей высоты приемной антенны и измерения э. д. с., индуктированной в антенне измеряемым полем. В зависимости от способа намерения э. д. с., индуктированной полем в приемной антенне, различают две основные группы методов изме­

рения напряженности поля:

1) методы измерения напряженно­ сти сильных полей, основанные на не­ посредственном измерении э. д. с.

	в приемной антенне;
	2) методы измерения напряженно­
	сти слабых полей, основанные на
	сравнении (компарировании) э. д. с.,
Рис. 7-2. Измере­	индуктированной измеряемым		полем
	в приемной антенне с	напряжением
ние напряженности	той же частоты, которое вводится в ан­
сильных полей.
	тенну от местного калибровочного ге­
И з м е р е н и е	нератора.	с и л ь н ы х
	н а п р я ж е н н о с т и
п о л е й путем непосредственного измерения э. д.			с., ин­

дуктированной .полем в приемной рамочной антенне, вы­ полняется по схеме, показанной на рис. 7-2. Рамка и включенный последовательно с нею конденсатор пере­ менной емкости образуют антенный контур, .напряжение на котором измеряется электронным вольтметром, подсо­ единенным параллельно конденсатору. Рамка ориентиру­ ется на принимаемую радиостанцию, так чтобы ее плос­ кость совпадала с направлением поля, и антенный кон­ тур настраивается конденсатором на частоту измеряе­ мых колебаний. При настройке в резонанс и оптималь­ ной ориентации рамки, что отмечается по максимальному показанию электронного вольтметра, будет иметь место

соотношение	U ^ E h ^ Q ,	(7-7)
где U — показание	электронного вольтметра;
Е —• измеряемая напряженность поля;
/гд — действующая высота рамочной антенны;
Q —добротность рамки.
Из (7-7) напряженность поля
	и	(7-8)
	Е = hnQ

188

Приборы данного типа имеют в радиоизмерительной технике ограниченное применение и используются лишь при измерении сильных полей, создаваемых вблизи мощ­ ных радиостанций.

И з м е р е н и е н а п р я ж е н н о с т и с л а б ы х п о ­ ле й на больших расстояниях от радиостанций произво­ дится методами компарирования, т. е. сравнения э. д. с., индуктируемой в антенне измеряемым полем, с извест­ ным напряжением, получаемым от местного калибровоч­

ного	генератора				(рис.
7-3).
■В современной ра-
диоизмерительной					тех­
нике	наибольшее				при­
менение		получили			три
метода		иомпарирова-
ния. Первый метод за­
ключается			в	том,	что	К алибровоч­
измерение			сигнала, ин­			ный.
дуктируемого				полем в		ген ерат ор
антенне,		осуществляет­				Рис. 7-3. Измерение напряженности
ся сравнением				его с та­		слабых полей методом	компарирова­
ким же по амплитуде и						ния.
частоте сигналом, по­
даваемым			непосредственно в антенный контур от мест­
ного	калибровочного					генератора через делитель вы­
сокочастотного				напряжения. Недостатками			данного ме­

тода являются трудность изготовления делителя с по­ стоянной кратностью деления напряжения в широком диапазоне частот, необходимость тщательной экрани­ ровки калибровочного генератора и выходного делителя, неточность градуировки из-за помех, величины которых могут оказаться одного порядка с измеряемым сигналом.

Второй метод компарирования состоит в том, что сравнение слабого измеряемого сигнала порядка единиц микровольт производится с относительно сильным сиг­ налом постоянной амплитуды порядка нескольких мил­ ливольт, получаемым от местного калибровочного гене­ ратора. При этом делитель служит для калиброванного изменения усиления приемника, выполняется на одну фиксированную частоту и помещается обычно в тракт усилителя промежуточной частоты приемника. При при­ еме слабого измеряемого сигнала делитель дает мень­

189,