ИЗМЕРЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

April 8, 2012 by admin Комментировать »

Афонин И. Л., Лукьянчук Г. А., Плоткин А. Д., Саламатин В. В. Севастопольский национальный технический университет Севастополь – 99053, Украина Тел.: (0692) 235108, e-mail: RT.SevGTU@stel.sebastopol.ua

Аннотация – Рассмотрен метод измерения добротности объемных резонаторов, основанный на использовании амплитудно-модулированного микроволнового сигнала с перестраиваемой частотой модуляции. Получено соотношение, связывающее добротность резонатора с резонансной частотой и величиной полосы частот перестройки.

I.  Введение

Проектирование и разработка узкополосных систем связи в микроволновом диапазоне предъявляет высокие требования к точности измерения добротности избирательных систем. Этот параметр существенно влияет на энергетические характеристики систем связи и их частотную избирательность.

Классический метод измерения добротности колебательных систем является косвенным и заключается в измерении резонансной частоты /q и полосы пропускания колебательной системы 2Аf. Добротность определяется по формуле О = f0/2Д/, где

2Аf = fi — fi; fi и fi – граничные частоты полосы пропускания колебательной системы. Этот метод является достаточно простым и широко применяется в диапазоне частот 0,1… 100 МГц, с приемлемой для практики точностью.

В микроволновом диапазоне частот, где значения добротности резонаторов бегущей волны и объемных резонаторов стоячей волны имеют порядок 104, а резонансная частота имеет порядок – единицы, десятки гигагерц, классический метод не может быть использован для определения добротности из-за большой погрешности измерения полосы пропускания, а следовательно и добротности. Например, при резонансной частоте ^)=Ю ГГц и добротности 0=104,

расчетное значение полосы частот 2/У составляет

10е Гц. Если нестабильность частоты генератора будет равна 10′3, то абсолютная погрешность измерения полосы пропускания на порядок превышает само значение этой полосы, следовательно, и соответствующей будет погрешность измерения добротности резонатора.

II.  Основная часть

Предлагаемый метод измерения добротности основан на использовании амплитудно-модулированного (AM) сигнала, частоту модуляции которого можно перестраивать [1,2].

Функциональная схема измерителя представлена на рисунке 1, на котором приняты следующие обозначения: 1 – генератор низкой (модулирующей) частоты; 2 – генератор микроволнового диапазона (ГМД);

3   – частотомер; 4 – резонатор бегущей волны; 5 – детектор; 6 – индикатор; Гсн – согласованная нагрузка.

Принцип работы измерителя заключается в следующем. Колебания генератора микроволнового диапазона модулируются по амплитуде и, AM сигнал поступает на резонатор. Сигнал с выхода резонатора детектируется и, полученный низкочастотный сигнал, поступает на индикатор. AM сигнал на выходе ГМД имеет вид:

где Aq – амплитуда несущего колебания; М – коэффициент модуляции; сод = 2трд ‘ несущая частота ВЧ колебания; ср^ и <1^ – начальные фазы ВЧ и модулирующего колебания соответственно; Q,=2kF – частота модуляции.

где A^COq) – модуль коэффициента передачи резонатора на резонансной частоте; k(G>o~ Q), A^COq+Q) –

модули коэффициентов передачи резонатора на нижней и верхней боковых частотах AM сигнала соответственно; \|/ – фазовый сдвиг, вносимый резонатором на боковых частотах.

Нормированная амплитудно-частотная характеристика резонатора и спектр AM сигнала на его выходе представлен на рисунке 2. Умножение амплитуд боковых составляющих спектра на                                  можно рассматривать как изменение коэффициента модуляции, который становится равным М\ =k(®Q ±Q)A/. После квадратичного детектирования и выделения фильтром низкочастотных составляющих спектра, получаем сигнал на выходе детектора:

где С – коэффициент степенного ряда; Rн – сопротивление нагрузки детектора; Цп – амплитуда напряжения

несущей частоты.

Если на выходе индикатора используется селективный вольтметр, настроенный на вторую гармонику частоты модуляции, то показания вольтметра имеют вид где к – коэффициент, учитывающий сопротивление нагрузки детектора, коэффициент степенного ряда, коэффициент усиления усилителя индикатора.

Методика измерения добротности резонатора заключается в следующем. Установим настолько низкую частоту модуляции F, чтобы боковые составляющие спектра сигнала были близко расположены к несущей (50… 100 Гц). Настроим ГМД на резонансную частоту fo по максимуму показаний индикатора и определим с помощью частотомера резонансную частоту /q.

Коэффициент модуляции М\ в этом режиме равен единице. Тогда, в соответствии с (1) показание индика-

2

тора в этом режиме равно U\ =kUm.

Будем увеличивать частоту F генератора НЧ. При этом боковые составляющие спектра AM сигнала будут удаляться от несущей частоты Jq (рис. 2) и

коэффициент модуляции на выходе резонатора будет уменьшаться. Перестройку частоты будем проводить до тех пор пока уровень боковых составляющих спектра не станет равен М\ =0,707. При этом показание вольтметра индикатора в соответствии с

(1)    равноа отношение

этих напряжений – jV=L^/t/j =0,5.

При этом перестройка частоты прекращается и частотомером измеряется значение частоты модуляции F\ . Добротность резонатора определим из выражения

Анализ погрешности измерения рассмотренного измерителя показал, что при использовании элект- ронно-счетного частотомера и генераторов с относительной нестабильностью частоты 10′3 она не превышает 0,1%. Рассмотренный метод позволяет автоматизировать процесс измерения.

III.  Заключение

Рассмотренная методика измерения добротности резонаторов широко используется в лабораторном практикуме по дисциплине «Электродинамика и РРВ» на кафедре радиотехники СевНТУ.

IV. Список литературы

[1 ] Измеритель добротности резонаторов / Плоткин А. Д., Афонин И. Л., Гимпилевич Ю. Б., Салицкий В. Б. – Бюл. № 20, С. 4.

[2]  Измеритель добротности колебательных систем / Труш- кин А. Н., Плоткин А. Д., Афонин И. Л. – Бюл. № 9, С. 7.

Q-FACTOR MEASUREMENT OF ROLL-WAVE RESONATOR

Afonin I. L., Lykjanchuk G. A.,

Plotkin A. D., Salamatin V. V.

Sevastopol National Technical University Sevastopol – 99053, Ukraine E-mail: RT.SevGTU@stel.sebastopol.ua

Abstract – The method of q-factor measurement of cavity resonator, based on using amplitude-modulated microwave signal with tunable frequency of modulation was examined. The ratio connecting q-factor of the resonator with resonant frequency and size of frequencies tuning band of reconstruction is received.

I.  Introduction

Designing and development of bandlimited communication systems in a microwave range demands much of accuracy of q- factor measurement of selecting systems.

II.  Basic part

From the microwave generator the amplitude-modulated signal comes to the resonator in which each spectral component is multiplied by transfer ratio which module depends on frequency. Multiplication of amplitudes of lateral components of a spectrum to the module A'(cd0 +Q can be examined as changing

of modulation factor M that becomes equal Л/j = A'(cd0 +Q)A/,

where cd0 – carrier frequency radio-frequency oscillation; D.=2nF –

modulation frequency.

After square-law detecting, allocation by the filter of low- frequency components of a spectrum and indication of a signal by the selective voltmeter adjusted on the second harmonic, in-

2 2

dications of the voltmeter look like U=А’Ц„М1 , where к – the

factor which is taking into load resistance of the detector, factor of power series, amplification factor of the amplifier of the indicator. On resonant frequency /0 and F = 50…100 Hz,

A/j =1 and the indication of the indicator C/j maximum –

2

Ui =kUm . Frequency tuning of modulation F is carried out

2

until indications of the voltmeter becomes equal t/2 =0,5kUm . Q- factor of the resonator is defined from expression О = f$ /2F.

The accuracy of q-factor measurement does not exceed 0.1 % at use of generators with relative instability of frequency 10′3.

III.  Conclusion

The examined technique of Q-factor measurement of resonators is widely used in a laboratory practical work on discipline «Electrodynamics and RWP» on department of Radio-engineering of the Sevastopol National Technical University.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты