ИЗМЕРЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

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

10^е 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; Г_сн – 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; R_н – сопротивление нагрузки детектора; Ц_п – 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\ =kU_m.

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 =kU_m . Frequency tuning of modulation F is carried out

2

until indications of the voltmeter becomes equal t/₂ =0,5kU_m . 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»

• Предыдущая запись: ОДНОПЕТЛЕВОЙ СВЧ-СИНТЕЗАТОР С-ДИАПАЗОНА С МАЛЫМ ШАГОМ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ
• Следующая запись: МАЛОСИГНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОНОВ

Похожие посты:

• СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (0)
• ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИП (0)
• ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИП (0)
• ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ (0)
• ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ постоянных напряжений и токов (0)
• ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ КОМПОНЕНТОВ (0)
• ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА (0)