Це один з найнеобхідніших приладів для настройки на задану частоту різних колі-бательних контурів. Багатокаскадні гетеро-дини УКВ апаратів можна налаштувати тільки за допомогою цього приладу. Різних фірм-ні частотоміри в багатьох випадках окази-ються безсилі там, де тільки простий хвилемір здатний виконати настройку.
У радіоаматорського літературі є багато описів різних конструкцій цього приладу. Спочатку гетеродинні вимірювачі резонансу (ГІР) виконувалися на електронних лампах, потім було створено багато різних варіантів на транзисторах. Зазвичай цей прилад включає в себе три функції:
1. Вимірювання частоти, на яку налаштований про-вірячи контур. Таке вимір прово-диться в тому випадку, якщо перевіряється контур «знеструмлений», тобто контур знаходиться в аппара-турі з вимкненим живленням. В такому випадку ГІР працює як звичайний генератор електро-магнітних коливань, але при цьому колеба-вальний контур цього генератора індуктивно пов'язаний з підприємством, що перевіряється коливальним конт-ром. Змінюючи частоту випромінюючих Гіром коливань, слід спостерігати за показаннями стрілочного індикатора. Як тільки частота випромінюваних коливань стане рівною частоті настройки перевіряється контуру, відбудеться різке зменшення показань стрілочного індикатора.
2. Вимірювання частоти, випромінюваної про-вірячи коливальним контуром. Таке вимір проводиться при про-верке працюючого генератора, наприклад, під час налаштування коливатель-ного контуру многокаскадного УКВ гетеродина. При цьому ГІР повинен працювати в режимі волномера, тобто коливальний контур Гіра повинен бути индуктивно пов'язаний з підприємством, що перевіряється контуром, але входить до складу Гіра генератор повинен бути вимкнений. Випромінювані перевіряється контуром електромагнітні коливання Навої-дяться в контурі Гіра і як тільки частота випромінюваних коливань стане рівною частоті настройки контуру Гіра настає явище резонансу і показання стрілочного індика-тора різко зростуть.
3. Генеруються Гіром електромагнітні коливання можна використовувати для інших цілей, як коливання будь-якого вимірювального генера-тора. Тобто ГІР може використовуватися як звичайний генератор високої частоти (ГВЧ).
На рис. 10.3 наведена принципова електрична схема однієї з конструкцій радіоаматорського Гіра.
У моїй домашній лабораторії застосовується ГІР, виконаний на електронній лампі. При-бор працює дуже добре вже багато років. Представлена на рис. 10.3 схема, на мою думку, теж може працювати дуже добре. Каскади на транзисторах vt 3 і vt 4 можна і не робити, тому що на практиці робота в режимах, де використовуються ці каскади, проводиться дуже рідко. Не буду приводити докладний опис цієї конструкції, наведу далі тільки найнеобхідніші відомості.
При включенні харчування тумблером s 1 запіти- ється підсилювач постійного струму на vt 1, і прилад працює як звичайний хвилемір. Діод vd 3 і резистор r 4 оберігають стрілочний індикатор при «зашкалюють». Між базою транзистора vt 1 і землею можна включити блокувальний конденсатор ємністю в кілька тисяч пикофарад, наприклад, потужність 2200 ПКФ. Якщо наблизити змінне котушку l 1 до контуру працюючого генератора (гетеродин, ГПД), напруга, наведене в контурі li. С1, С2, СЗ і випрямлена детектором на vd 1 і vd 2, викличе відхилення стрілки приладу. При налаштуванні li. ci. С2, СЗ на частоту генератора свідчення ІМ будуть максимальні і за шкалою можна визначити частоту генеруючих коливань.
При включенні s 2 підключений до джерела живлення на осталь-ву частину схеми, і прилад використовується як гетеродинний індикатор резонансу або як генератор ВЧ коливань. Генератор ВЧ зібраний на vt 2, каскад на vt 3 - емітерний повторювач для зменшення впливу навантаження на частоту генерації при підключенні зовнішнього потре-вачів ВЧ енергії. На vt 4 зібраний генератор звукової частоти. При підключенні до "спільного" проводу r 13 тумблером s3 генератор 34 збуджується, і здійснюється амплітудна модуляція ВЧ коливань генератора на vt 2. Така схема дозволила виключити зміна частоти генератора ВЧ при включенні модуляції.
Прилад ІМ - стрілочний індикатор від будь-якого магнітофона з струмом повного відхилення не більше 250 мкА. Діоди vd 1 - vd 3 можуть бути будь-якими германієвими, наприклад, Д2, Д9; як vd 3 бажано застосувати діод типу Д310. СЗ - подсгроечний конденсатор з повітряним діелектриком 1КПВМ-1. До його осі припаяний подовжує відрізок довжиною 15 мм від осі змінного резистора СП-1. Транзистор vt 2 - КП305 з будь-яким буквеним індексом, можна замінити на КПЗОЗ, але при цьому погіршиться стабільність частоти і зменшиться амплітуда коливань на частотах 20 - 30 МГц. Транзистори vt 1, vt 3 і vt 4 - будь-які КТ3102, або інші кремнієві ВЧ: КТ312, КТ315 і т. П. Vt 4 і vt 1 можна замінити і НЧ транзисторами. s 1. s3-тумблери ТП1-2, r 1 і r 7- СПЗ- 23. Харчування від акумуляторної батареї 7Д-01.
До приладу виготовляється необхідне кіль-кість змінних контурів. Для отримання вирощуючи-нутих поддиапазонов треба підібрати відпо-ветствующие ємності С2 і С1, при максі-мальном перекритті по частоті вони не викорис-ся. Для котушок волномера і Гіра викорис-ся наявні пластмасові каркаси без сердечників. Намотувальні дані не прива-дяться, так як вони залежать від використовуваних кар-касового, конструкції змінних контурів і желае-мих поддиапазонов. Для прикладу, дані змінних контурів ГІР для піддіапазонів 1,8 - 2 МГц і 28 - 30 МГц, виконаних на каркасах діаметром 15 мм від контурів приймача Р154 (сердечники видалені): 160 м - 40 витків, С2 - 39 пФ, С1 - ЮПФ , 10 м - 4 витка, С2 - 27 пФ, С1 не використовується. Намотування - виток до витка, провід ПЕЛ 0,25.
Під час налаштування підібрати значення r 5 по максимальній амплітуді ВЧ напруги на найвищій частоті генерації - за показаннями індикатора ІМ або ВЧ вольтметра (осциллограм-фа), підключеного до роз'єму «Вихід ВЧ». Потім перевірити генерацію на найменшій годину-тоте і, якщо показання індикатора при максимальній чутливості менше 1/3 - Уг шкали приладу ІМ, дещо збільшити опір r 5. Підбором r 6 встановити струм колектора vt 3 рівний 5. 8 мА.
Градуювання шкали краще проводити в режимі ГІР, вимірюючи частоту вихідної напруги, яке знімають з роз'єму «Вихід ВЧ» або по контрольному радіоприймача.
На УКХ і надвисоких частотах замість изме ренію частоти електромагнітних коливань дуже зручно вимірювати безпосередньо їх дли-ну хвилі x, пов'язану з частотою / формулою: x = c / f. де С- швидкість поширення електромагнітних-нітних хвиль у вільному просторі, близька до 300 000 км / с. Як хвилемірів на метрових і дециметрових хвилях застосовують вимірювальні лінії, найчастіше виконані на базі короткозамкнутих відрізків двухпровод-ної або коаксіальної лінії, а на сантиметр-вих хвилях - об'ємні резонатори. Вимірювальна лінія являє собою коливальну систему з розподіленими по довжині індуктивністю і ємністю. За срав-рівняно з резонансними частотомірами вона має менші втрати на випромінювання і значно більшу добротність. Переважне при-трансформаційних змін вимірювальних ліній на УКХ і СВЧ пояснюється в основному конструктивними міркуваннями (довжина лінії повинна бути одного порядку з довжиною вимірюваних хвиль).
Поряд з вимірюванням довжини хвилі, вимірю-тільні лінії також застосовуються для взаємо-ного узгодження різних компонентів пристроїв СВЧ (антен, коливальних систем, ліній передачі) і вимірювання їх параметрів: повного і хвильового опору, коеффіці-тів стоячій і біжить хвиль і ін. перевагою вимірювальних ліній є простота їх конструкції. Коефіцієнт перекриття вимірюваних лінією довжин хвиль зазвичай не перевищує 1,5, а похибка вимірювань досягає 0.1 - 1%.
Двопровідні вимірювальні лінії примі-ються для різних вимірів резонансним методом на метрових і частково дециметрових хвилях. Пристрій лінії показано на рис. 10.4.
Лінія складається з двох туго натягнутих парал-лельно проводів, підвішених через ізолятів-ри до нерухомих опор. Такими опорами можуть служити, наприклад, протилежні сте-ни приміщення. Лінії довжиною до 2-3 м часто виконуються у вигляді переносних пристроїв з використанням в якості опор стійок з ізо-ційного матеріалу, встановлених на деревян-ном підставі. Паралельно проводам распола-гают шкалу, в одиницях довжини. Щоб уникнути помітного випромінювання електромагнітних хвиль в простір, расстоя-ня між проводами лінії не повинно переви-щувати 5% найменшої вимірюваної довжини хвилі. Проводи ліній метрового діапазону хвиль взаи-мно видаляють на 5-30 см, на дециметрових віл-нах яку зменшують до 1-5 см. Уздовж лінії може переміщатися металева перемичка (місток) У, яка замикає практично накоротко дроти лінії; її часто виконують у вигляді пластини, що екранує діючу ділянку лінії від її вільної частини.
Початок лінії за допомогою витка (петлі) Е зв'язується индуктивно з джерелом колеба-ний, довжина хвилі яких - вимірюється. При випробуванні малопотужних генераторів допуску-ється безпосереднє з'єднання їх вихідних затискачів з входом вимірювальної лінії за допомогою провідників або коаксіальногокабелю (при цьому виток зв'язку від лінії відключається). Лінія зв'язку повинна бути злагоди-Сова вимірювальної лінією, що досягається при рівності їх хвильових опорів. Тому вимірювальну лінію зазвичай ви- ють з певним значенням хвильового опору, який визначається формулою р = 276 lg (а / r), де а - відстань між центрами проводів лінії, а г - радіус перерізу проводів. Наприклад, при а = 37 мм і r = 3 мм отримуємо р «300 Ом.
Під дією е. д. е. наводимой в витку свя-зи, або напруги, що підводиться по кабелю від джерела коливань, в короткозамкненою лінії встановлюються стоячі хвилі струму і напруги. Розподіл среднеквадраті- чеських значень струму i і напруги u уздовж лінії при фіксованому положенні пере-мички В приблизно відповідає графіку у верхній частині рис. 10.4. На кінці лінії завжди має місце пучность струму і вузол напруги. Пучность струму (напруги), як і вузли, повторювали ряют через інтервали, рівні / 2. Через наявність деяких втрат в лінії в міру віддалення від її початку амплітуда пучностей поступово зменшується.
Для визначення пучностей служить стрелоч-ний індикатор d. що складається з високочастотн-ного діода vd. фільтруючого конденсатора С і магнітоелектричного вимірника ВП. Якщо виток зв'язку індикатора розташований паралель-но проводам, то зв'язок з лінією носить Індуктори тивний характер і індикатор реагує на струм в лінії; при розташуванні витка зв'язку перпен-дікулярно проводам зв'язок з лінією набуває ємнісний характер і індикатор реагує на напругу між проводами. Індикатор мож-но зв'язати з лінією і через конденсатор малої місткості. Для регулювання чутливості індикатора послідовно або паралельно з його вимірником включають змінний резистор.
При переміщенні індикатора уздовж лінії зв'язок між ними важко зберігати незмінною. Тому петлю зв'язку індикатора іноді закреп-ляють нерухомо в початковій частині лінії, а пересувають перемичку В, разом з якою переміщається і вся картина розподілу стоячих хвиль. Відстань між двома сусідніми-ми положеннями перемички, при яких поки-пізнання індикатора мінімальні (або максималь-ни), так само, очевидно, 0,5.
Похибка вимірювань виявляється найменшою, якщо вимірювальну лінію налаштовувати в резонанс з частотою досліджуваних коливань f = с / за допомогою зміни довжини її короткозамкнутого ділянки. Резонанс-ва настройка матиме місце при довжині останнього кратної 0,5, т. Е. При 0,5, , 1,5, 2 і т. д. Завдання вимірювання зводиться до визна-лення положень перемички В при резонансних налаштуваннях.
Резонанс характеризується сильним віку-ням енергії, відсмоктуваної вимірювальної лінією від досліджуваного генератора. При досл-Британії малопотужних автогенераторів реакція останніх на резонансне настроювання пов'язаної з ними лінії проявляється в різкій зміні струму в ланцюгах активного елементу - лампи або транзистора. При відсутності у генератора стрілочного індикатора резонанс можна обна-ружіть за найменшою яскравості світіння лампочки розжарювання, індуктивнозв'язаною з контуром генератора. Таким чином, при через вимір методом реакції вимірювальна лінія може не мати індикатора. У загальному випадку положення перемички В, відповідні налаштування лінії в резонанс, можна визначати досить точно по наиболь-шей яскравості світіння мініатюрної лампочки, що включається в розрив перемички. Для цього перемичку складають з двох металевих пластин, закріплених на ізоляційному осно-вання і ребрами стикаються з проводами лінії, а лампочку поміщають на ізоляторі між пластинами. Лампочка реагує на струм Ік в пучности на кінці лінії, який при пере-розміщенні перемички змінюється відповідно до графіка на рис. 10.4. При резонансі струм Ік різко зростає (для лінії без втрат він прямує до нескінченності); його амплітуда обмежується опором перемички і втратами в лінії і в міру збільшення довжини останньої поступово зменшується. Замість лампочки в розрив перемички можна включити термоелектричний прилад.
Як приклад практичного застосування вимірювальної лінії при деяких радіо-аматорських випадків, на рис. 10.5 наведена схема одного з варіантів описаної вище вимірювальної лінії, що застосовується в моїй домашній лабораторії. На цьому малюнку вимірювальна лінія показана схематично під час налаштування коливального контуру, що складається з ємності С і індуктивності l. Конструктивно лінія виконана на дерев'яній рейці довжиною 150 см. На кінцях рейки шурупами прикріплені пластмасові ізоляційні упори, службовці для кріплення проводів. На одному з кінців рейки, який служить початком лінії, між ізоляційними стійками укреп-лена плата з одностороннього фольгованого склотекстоліти з розташованими на ній елементами вимірювача. Як вимірю-вального приладу використовується підключається під час вимірювань тестер ТЛ-4. До плати також припаяна петля зв'язку, виконана з відрізка одножильного проводу в хлорвінілової ізоля-ції. Довжина проводу приблизно 20 см. Зазначені на схемі ВЧ дроселі мають кожен по 14 витків дроту ПЕЛ-0,4, намотаних на оправці діаметром 4 мм.
На початку вимірювань короткозамикающего пере-Мичко повинна знаходитися на початку лінії. Пет-лю зв'язку потрібно зігнути таким чином, щоб на цій петлі створити прямолінійний ділянку, котрі три-на якого повинна бути трохи менше довжини вимірюваної індуктивності. Розташувати рейку з довгою лінією таким чином, щоб прямол-лінійного ділянку петлі зв'язку розташовувався на відстані 1. 2 мм від вимірюваної індуктив-ності. При цьому, якщо в вимірюваному контурі вже є високочастотна енергія, то стрілка приладу повинна трохи відхилитися від нульового положення. Переміщати уздовж лінії перемичку і спостерігати зміни показань приладу. В нормальному випадку, у міру переме-щення перемички, показання приладу повинні змінюватися від якоїсь мінімальної величини до якогось максимуму. Слід відразу обра-тить увагу, які з показань - максимуми або мінімуми є більш різко виражені. Для проведення вимірювання слід заміряти відстань між двома сусідніми максиму-мами або мінімумами. Отримана величина буде дорівнює половині довжини хвилі присутності-нього в контурі ВЧ енергії. Для перерахунку довжини хвилі в частоту слід використовувати формулу
f = 30000 /. де f - частота в МГц, - довжина хвилі в сантиметрах.
Якщо вимірювання відстаней між двома сусідніми максимами одно 47 см, то довжина хвилі буде дорівнює: = 47 + 47 = 94 см.
При цьому отримаємо значення частоти дорівнюватиме: 30000/94 = 319,14 МГц.
Для настройки контуру в резонанс слід встановити перемичку на положення максимуму і змінювати ємність контурного конденсатора С до найбільшої величини показань вимірю-вального приладу.