Приставка - анализатор спектра

• 
• 

    Приставка – анализатор спектра предназначена для совместного использования с программно-аппаратным комплексом (измеритель АЧХ) «СКАТ». Приставка позволяет анализировать сигнал на предмет наличия в нём гармоник в диапазоне частот от 100 кГц до 33 МГц, при использовании в измерителе АЧХ «СКАТ» микросхемы DDS AD9850 с тактовой частотой 100 МГц или в диапазоне частот от 100 кГц до 60 МГц, при использовании микросхемы DDS AD9851 с тактовой частотой 180 МГц. Приставка позволяет просматривать уровни гармоник исследуемого сигнала до уровня минус 70 дБ. При этом уровень входного сигнала приблизительно в 1 мВ соответствует уровню 0 дБ логарифмической шкалы прибора. Приставка питается непосредственно от измерителя АЧХ напряжением +5 В.
     Анализатор спектра представляет собой простой приёмник прямого преобразования, в котором в качестве гетеродина используется сигнал качающейся частоты с выхода измерителя АЧХ. Следует иметь в виду, что спектр его сигнала, очень грязный и имеет множество «поражённых» частот - это основной недостаток микросхем прямого цифрового синтеза (DDS). С микросхемой AD9851 можно получить более чистый спектр выходного сигнала, чем с микросхемой AD9850, поэтому именно её рекомендуется применять в измерителе АЧХ. Кроме того, чтобы как-то улучшить картину с «поражёнными» частотами в новой версии 2.2.0 программы «СКАТ» (устанавливаемой на компьютер пользователя) имеется специальный программный фильтр. Для примера, ниже показана спектрограмма сигнала опорного кварцевого генератора частотой 1 МГц промышленного частотомера Ч3-32: Рис 1 – с выключенным программным фильтром, Рис 2 – с включённым
программным фильтром. В любом случае возлагать особых надежд на данное устройство не следует.

 
Рис 1.

 
Рис 2.

    Принципиальная схема приставки показана на Рис 3. Исследуемый сигнал подаётся на вход широкополосного усилителя собранного на транзисторе VT1.


Рис 3.

Усилитель собран по схеме с общим эмиттером и охвачен частотозависимой отрицательной обратной связью, которая повышает линейность и уменьшает неравномерность АЧХ. Со среднего вывода трансформатора TR3 усиленный сигнал подаётся на балансный кольцевой диодный смеситель собранный на диодах VD1-VD4 и трансформаторах TR1, TR2. На второй вход этого смесителя подаётся напряжение гетеродина (качающейся частоты) с выхода измерителя АЧХ напряжением 0.6..0.8 В. С выхода смесителя сигнал разностной частоты фильтруется ФНЧ седьмого порядка с частотой среза 30…50 кГц (не критично) и подаётся на двухкаскадный усилитель НЧ. Первый каскад усилителя собран на транзисторе VT2 типа КТ3102Е. Через конденсатор C13 каскад охвачен частотозависимой отрицательной обратной связью, что повышает его линейность и снижает уровень шума. С коллекторной нагрузки R7 усиленный сигнал подаётся на второй каскад усиления собранный на малошумящем операционном усилителе DA2 типа КР544УД1А. Для питания усилителя используется двухполярный преобразователь напряжения DC/DCDA1 с +5 В на ±9 В. С выхода усилителя сигнал подаётся на детекторный вход измерителя АЧХ. Конденсатор C19 уменьшает ВЧ - наводки на детекторный вход прибора.

    В приставке используются резисторы типа МЛТ – 0,25 (0,125), керамические конденсаторы типа К10-17, КМ или импортный аналог. Диоды КД514А можно заменить на КД922А или, с худшими результатами, на КД503А(Б). В любом случае их следует предварительно подобрать по прямому сопротивлению. У всех четырёх диодов оно должно быть одинаковым. Транзистор КТ3102Е можно заменить на КТ3102Д. Электролитические конденсаторы любого типа на рабочее напряжение 16 В. Преобразователь DC/DC MAU207 можно заменить на любой подходящий рассчитанный на выходной ток 20…50 мА. Трансформаторы TR1 – TR3 намотаны на кольцах К10х5х3 из феррита 400НН. TR1, TR2 мотаются сразу тремя слегка скрученными проводами ПЭВ-0.2 и имеют по 15 витков равномерно распределённых по кольцу. Трансформатор TR3 мотается сразу двумя слегка скрученными проводами ПЭВ-0.35 и имеет 12 витков. Средние точки у этих трансформаторов образуется путём соединения начала одной обмотки с концом другой. Катушки ФНЧ L1, L3, L4 намотаны на кольцах К10х5х3 из феррита 1000НН и имеют по 55 витков провода марки ПЭВ-0.2. Катушка L3 намотана на ферритовом кольце от старой компьютерной материнской платы. Она содержит 30 витков провода ПЭВ-0.35. L2 – стандартный дроссель типа ДМ-0.1 или подобный. Конденсатор C19 паяют непосредственно на самом ВЧ - разъёме, выводы конденсатора должны быть минимальные.

    Приставка собрана на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Фольга со стороны деталей зенкуется в местах сверления отверстий под детали и местами соединяется с общим проводом (фольга с нижней стороны платы).  Корпус приставки должен быть обязательно металлический, подходящего размера. На передней панели приставки располагают три ВЧ - разъёма типа СР-50, на задней - гнездо для подачи напряжения питания +5 В от измерителя АЧХ. Для работы с приставкой обязательно понадобится ступенчатый аттенюатор с шагом 1 дБ и максимальным ослаблением до -60…80 дБ (или более, зависит от уровней исследуемых сигналов). 

    На собранную приставку подают напряжение питания +5 В. Подбором резистора R2 устанавливают на эмиттере транзистора VT1 напряжение около 1 В. Подбором резистора R6 устанавливают на коллекторе транзистора VT2 напряжение около 8 В.

    Перед началом работы с приставкой необходимо обновить программу «СКАТ» до версии 2.2.0 и прошивку микроконтроллера до версии 2.0. Программа и прошивка значительно доработаны, повышена точность установки выходной частоты генератора «СКАТ». Далее выход генератора измерителя АЧХ соединяем коаксиальным кабелем с разъёмом «ГКЧ» приставки, а разъём «Выход» приставки соединяем коаксиальным кабелем с детекторным входом измерителя АЧХ. Запускаем программу «СКАТ». Заходим в меню «Опции» и выбираем команду «Настройки». В открывшемся окне необходимо выбрать тип используемой микросхемы DDS, указать частоту опорного генератора DDS и множитель точек измерений анализатора спектра. Чем шире будет полоса обзора анализатора спектра, тем этот множитель должен быть больше, что в свою очередь увеличивает время измерения. На практике, для полосы обзора 30 МГц этот множитель может быть равен 10…15. Внешний вид окна «Настройки» показан на Рис 4.



Рис 4.

    Далее через аттенюатор на вход приставки подают исследуемый ВЧ – сигнал нужной частоты, в программе «СКАТ» включают режим «Анализатор спектра» и запускают процесс измерения. Аттенюатором устанавливают уровень основной гармоники 0 дБ, при этом на самом входе приставке (входе смесителя) должно быть напряжение около 1 мВ. Если это не так, то следует ещё раз подобрать сопротивления резисторов R2, R6. В заключении рекомендуется проверить амплитудную линейность всего усилительного тракта анализатора спектра. Для этого уменьшают уровень входного сигнала каждый раз, например, на -10 дБ и проверяют его уровень на экране программы – он также должен уменьшаться на -10 дБ.
 
При публикации данной статьи на других ресурсах ссылка на источник http://ua3gdw.ru обязательна!