Электронно-счетные измерители сверхвысоких частот. Принципы построения ЭСЧ СВЧ

исследуемого сигнала представляется в виде суммы двух составляющих f_x=nf₀+f_пч (рис.1). Значение частоты гетеродина устанавливается дискретно с шагом опорной частоты f_o, получаемой в результате умножения кварцевой частоты f_кв с выхода ЭСЧ. Значение второй составляющей f_пч измеряется ЭСЧ методом прямого счета. Из сигнала опорной частоты f_o в генераторе гармоник формируется высокостабильный линейчатый спектр. С помощью фильтра выделяется любая из рабочих гармоник сигнала и подавляются другие. Полоса пропускания широкополосного УПЧ:n f_упч=f_в+f_н>f₀.

Рис. 1. ЭСЧ с дискретным гетеродинным преобразованием структурная схема. Поясняющие диаграммы.

В зависимости от соотношения частоты исследуемого сигнала и частоты гармоник возможны следующие случаи:

1. Частота измеряемого сигнала больше или равна частоте n-й гармоники, но меньше суммы частоты n-й гармоники и нижней граничной частоты УПЧ. Фильтр включает гармонику n-1, и промежуточная частота, превышая значение f₀, остается ниже верхней граничной частоты УПЧ f_в. Искомое значение f_x=(n-1)f₀+ f_пч.

2. Частота измеряемого сигнала больше суммы частоты n-й гармоники и нижней граничной частоты УПЧ, но меньше суммы частоты (n+1)-й гармоники и нижней граничной частоты УПЧ. Фильтр включает гармонику с номером n. С целью обеспечения прямого отсчета измеряемой частоты значение чаcтоты гетеродина nf₀ может быть введено в соответствующие  разряды индикатора ЭСЧ. Для облегчения ввода частота f₀ выбирается  равной 10^р МГц, где р=1,2,3... Обычно f₀=100 МГц, что  определяется диапазоном прямого счета ЭСЧ. Диапазон рабочих частот прибора ограничивается сверху максимальным номером рабочей  гармоники  n_max. К недостаткам скемы, приведенной на рис.1, относится необходимость ручного переключения номера гармоники  гетеродина. В микропроцессорных ЭСЧ переключения номера гармоники гетеродина  осуществляются автоматически.

Рис.2. ЭСЧ с переносом частоты

Метод-переноса частот (рис.2) отличается от дискретного гетеродинирования тем, что промежуточная  частота за счет использования фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) поддерживается постоянной. При этом измеряется частота гетеродина и определяется номер рабочей гармоники. В смесителе смешиваются частоты измеряемого сигнала с одной из гармоник гетеродина. На фазовый детектор поступают сигналы промежуточной частоты и опорного кварцевого генератора.

Сигнал ошибки через ФНЧ и усилитель подается на гетеродин. В режиме синхронизации f_x=nf_г±f_пч. Номер гармоники определяется по двум измерениям частоты первой гармоники гетеродина на прямом и зеркальном каналах f_пч=f_г-nf_1г’, f_пч= nf_1г’’-f_г , откуда n=2f_пч/(f_1г’’- f_1г’).

При нулевой промежуточной частоте структурная схема прибора формула для расчета f_x упрощаются. Структурная схема серийно выпускаемых ЭСЧ Ч3-45, Ч3-46, использующих принцип фазовой автоподстройки частоты гармоники гетеродина по частоте входного сигнала, приведена на рис. 3.

Рис.3. Структурная схема ЭСЧ Ч3-45 и Ч3-46.

Переключатель номера гармоники совместно с делителем с переменным коэффициентом явления (ДПКД) позволяет увеличить время счета в n раз, т.е. реализовать умножение измеряемой частоты гетеродина на n. В режиме синхронизации, когда f_x=nf_г  , обеспечивается прямой отсчет частоты на индикаторе прибора. Контроль работы режима синхронизации осуществляется по стрелочному прибору, показывающему наличие и уровень управляемого напряжения. Номер гармоники определяется по результатам измерения частоты первой гармоники гетеродина в двух соседних точках синхронизации ФАПЧ на гармониках n и (n+1): f_x=nf_1г’’ , f_x=(n+1)f_1г’ , f_1г’’>f_1г’.  Откуда n= f_x=f_1г’/(f_1г’’-f_1г’).

Здесь f_1г’ и f_1г’’ - значения частоты первой гармоники гетеродина