Analizator widma

[3Z6AEF]

Analizator widma (spectrum analyzer) jest urządzeniem pozwalającym na śledzenie widma sygnałów, czyli charakterystyki układu w dziedzinie częstotliwości. Nie jest to może urządzenie "pierwszej potrzeby" w pracowni radioamatora, ale na pewno będzie bardzo użyteczne przy pomiarach i ocenie jakości oscylatorów, wzmacniaczy, mieszaczy czy nawet filtrów.

Przeglądając konstrukcje SA, które byłbym w stanie zrealizować, a jednocześnie na tyle zaawansowane, aby można było dokonywać sensownych pomiarów wybrałem:

S53MV Spectrum Analyzer (1750 MHz)
Matias Vidmar, S53MV, opublikował konstrukcję tego analizatora już dość dawno; natomiast polski opis wykonania Rafała SQ4AVS był zamieszczony w Świat Radio (pierwszy artykuł w nr 2/2007). Ta konstrukcja mocno "zahacza" o mikrofale i jest dosyć trudna do powielenia - chociaż jest to na pewno możliwe (zob. uwagi Rafała na jego stronie o S53MV-SA ).

Scotty's Spectrum Analyzer (1000 MHz)
Konstruktorem tej dość skomplikowanej konstrukcji jest Scotty Sprowls, emerytowany inżynier z E-Systems Raytheon. Urządzenie jest modułowe, co pozwala na zbudowanie wersji podstawowej, a potem dobudowywanie kolejnych bloków. Dostępne są płytki drukowane, organizowane są też grupy zakupowe na trudniej dostępne części - jednak koszt i stopień trudności wykonania jest znaczny...

W7ZOI/K7TAU Spectrum Analyzer (150 MHz)
Oryginalny artykuł jest dostępny na stronach ARRL: część 1 oraz część 2 , natomiast w sieci można znaleźć sporo wykonań tej konstrukcji.
Bardzo dobry artykuł na temat swojej wersji WZZOI-SA napisał Jacek SP8BAI - zob. 'Świat Radio' 10/2009 i 11/2009 - nawet jeśli nie zamierzacie budować SA, to przeczytajcie chociaż pierwszą część tego opracowania, gdzie Jacek opisuje w jakich sytuacjach SA bywa wręcz niezbędny!
Również Andrzej SP2GOW wykonał ten przyrząd - wspominał już tu na Forum o jego zaletach.

SQ4AVS Spectrum Analyzer (70 MHz)
Pierwsza wersja tego analizatora jest opisana na stronie autora konstrukcji . Urządzenie jest przystawką do NWT-500 i działa pod kontrolą oprogramowania WinNWT, które od wersji 4.03 ma wbudowaną jej obsługę.
NWT-500 jest wykorzystywany jako przestrajany oscylator pierwszej przemiany oraz przetwornik ADC napięcia pomiarowego dostarczanego przez przystawkę.
Rafał zmodyfikował ostatnio swoją konstrukcję, zmieniając rodzaj pierwszego mieszacza oraz upraszczając pewne fragmenty schematu.
Nowy schemat chyba jeszcze nie jest dostępny w sieci - pewnie pojawi się wkrótce wraz ze szczegółowym opisem budowy i uruchamiania - o ile będzie zainteresowanie (bardziej niecierpliwi pewnie i tak znajdą adres mailowy do Rafała ).

Może odezwą się Koledzy, którzy już zrealizowali konstrukcję analizatora widma częstotliwości radiowych? Niekoniecznie którąś z powyższych (jest wiele innych!) - mój wybór jest na pewno subiektywny...
Zapraszam także do wypowiedzi również tych, którzy dopiero planują budowę takiego przyrządu.

---

========= 13.02.2010
Dzisiaj znalazłem chwilę czasu na uruchomienie analizatora widma na płytkach od Rafała SQ4AVS. Ponieważ układ uruchamiałem blokami, więc większych kłopotów z końcowym uruchomieniem nie było: musiałem tylko przełożyć przekaźniki na drugą stronę płytki (zastosowany typ przekaźnika rozróżnia +/- na cewce...). Całość wygląda w tej chwili tak:

Oczywiście wymaga to jeszcze - jak stwierdził Rafał: "zapuszkowania" poszczególnych modułów, dołożenia tłumików wejściowych, porządnego zasilacza oraz... modułu SDR! (to dodatkowa opcja umożliwiająca podłączenie poprzez kartę dźwiękową - "za darmo" mamy całkiem znośny odbiornik )
A jak to mierzy? Nawet w takim stanie "rozłożenia" całkiem nieźle - w załącznikach uzyskane wykresy:

  K3NHI_Calibrator_on_SQ4AVS-SA.pdf (Rozmiar: 16.36 KB / Pobrań: 1643)
Pomiar sygnału z kalibratora K3NHI; prążek 10MHz powinien być na poziomie -24dBm, zaś 50Mhz na poziomie ok. -38dBm - jest w miarę OK!
Widać też parzyste harmoniczne - jest to wynik niedoskonałej symetrii sygnału z kalibratora (zastosowałem typowy generator HCJ 10.0000 MHz).

  PG19_SigGen_on_SQ4AVS-SA.pdf (Rozmiar: 16.71 KB / Pobrań: 1508)
Pomiar sygnału z generatora sygnałowego PG-19 ustawionego na 15 MHz, co na oscyloskopie wygląda na zupełnie ładną sinusoidę

Na obu wykresach widać "śmieci" w okolicach 12 MHz i 36 MHz - nie zlokalizowałem źródła (12 MHz... np. zegar 8051 może któryś ze sterowników mojego systemu sterowania domem gdzieś za bardzo "sieje"?). W każdym razie nie są to artefakty z zasilacza - wykresy zdjąłem przy zasilaniu płytek z akumulatora 12.7V - bo przy zasilaniu z MAAS SPS-0250 było trochę więcej szumów...

[SQ4AVS]

Waldku częstotliwość śmiecia proponuje sprawdzić dokładnie na wąskim filtrze. Parę zmian które wprowadziłem to filtry wszystkie na cewkach smd (no cóż nie każdy ma dostęp do filtrów dolnoprzepustowych fabrycznych). Mieszacz na ad831 ma większą odporność na modulację skrośną niż stosowany wcześniej diodowy i łatwiejsze dopasowanie co wpływa też na dynamikę przyrządu. Drugi mieszacz sterowany jest z generatora monolitycznego 100MHz, a więc nie wymaga już uruchamiania. Zmieniono rozłożenia wzmocnienia pomiędzy poszczególnymi stopniami. Dynamika przyrządu wzrośnie i śmieci zewnętrzne ulegną zmniejszeniu po zaekranowaniu. Na to bardzo zwraca uwagę S53MV. Ta czynność jest bardzo ważna. W tej chwili układ nie wymaga już żadnego uruchomiania i działać powinien od pierwszego włączenia w przypadku nie popełnienia błędu montażowego, takie jest założenie. Całość jest niestrojona dzięki stosowaniu elementów o skupionej selektywności, filtry saw, ceramiczne, itp.. Kalibrację na poziomy teoretyczne można uzyskać opcją disp. shift. w opcji analizatora. Znacznie lepszy poziom wytłumienia parzystych harmonicznych w kalibratorze można uzyskać po zastosowaniu dzielnika przez 2 na 7474. Im szybsza seria tym lepiej. Proponuję 74lvc74 a jeszcze lepiej 74alvc74. Co do analizatorów widma, to układ S53MV rzeczywiście nie jest dla początkującego.

[TG50]

W ostatni numerze Elektroniki dla Wszystkich (04/2010) ukazał się opis analizatora Rafała SQ4AVS, druga część za miesiąc.
Dużym plusem dla redakcji jest coraz częstsze zamieszczanie na portalu programów do projektów oraz projektów płytek lub plików produkcyjnych do wykonania fabrycznych płytek tak jak dla analizatora.
Analizator widma 70MHz – płytki drukowane w formatach Gerber i PDF
Artykuł sugeruje, że będą do kupienia płytki w ramach kitu AVT2839.
Minusem jest niestety to, że płytek nie ma w chwili ukazania się artykułu a czasookres ich pojawienia się jest bliżej nie określony (subiektywny wniosek z rozmowy z działem sprzedaży).

Pozdrawiam wszystkich świątecznie i życzę wiele radości na Wielkanoc.

[SP5FCS]

Po siedmiu miesiącach oczekiwania doczekałem się płytek analizator widma zapowiadanych po ukazaniu się artykułu. Niestety maja radość trwała bardzo krótko ponieważ okazało się, że druki wykonane są na tradycyjnym laminacie 1,6mm a autor projektu sugerował stosowanie cieńszego laminatu.
Cóż, trzeba zmontować to co jest licząc na to, że nie pogorszy to parametrów urządzenia.

[SQ4AVS]

Adamie nie martw się to nie mikrofale i ścieżki nie tak długie, sam pierwszą sztukę tak zrobiłem i nie było praktycznie żadnej różnicy (niewielka) choć formalnie jest tak jak pisałem -po prostu tyle mówi teoria. Ciekawe czy ktoś się zastanowił na jakiej grubości laminatu musi być zrobione nwt500, czekam na odpowiedzi taki mały konkurs. Analizator DG8SAQ chodzi do 1,3 GHz a ścieżki sygnałowe ma 1mm ma na laminacie o grubości 1,6mmm.

[SP5FCS]

Kolejna strona z obszernym opisem analizatora widma bazującego na opracowaniu W7ZOI & K7TAU.

GBPPR 0 - 1000 MHz Spectrum Analyzer

Wiele ciekawych rozwiązań do zastosowania nie tylko w analizatorze.

[maciej_333]

Jestem nowy na tym forum. Zatem chciałbym serdecznie powitać innych użytkowników. Poniżej link do mojego superheterodynowego analizatora widma: http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1938664.html

Może ktoś tego jeszcze nie widział. W jaki sposób można ciekawie rozbudować ten przyrząd ? Jakieś pomysły, sugestie ?

[SP9FKP]

Witamy na forum !
Moja propozycja to rozbudowa o tracking-generator przydatny przy badaniu charakterystyk amplitudowych.

[maciej_333]

Generator śledzący to jak rozumiem układ w którym heterodyna pierwszej przemiany jest dołączona do dodatkowego mieszacza. Na jego wejście dołączony jest również generator o stałej częstotliwości, równej częstotliwości pierwszej pośredniej. Na wyjściu tego mieszacza powstają w dużym uproszczeniu sygnały o częstotliwościach będących sumą i różnicą częstotliwości sygnałów wejściowych.

Zatem I p.cz. to u mnie 38,9MHz. Załóżmy, że heterodyna głowicy TV (pierwsza przemiana) przestraja się w zakresie od 100MHz do 130MHz. Na wyjściu mieszacza będziemy mieć dwa sygnały o częstotliwościach z zakresu:

138,9MHz - 168,9MHz
61,1MHz - 91,1MHz

Właśnie w zakresie częstotliwości 61,1MHz - 91,1MHz analizuje widmo mój analizator w tej sytuacji. Jednak ten zakres 138,9MHz - 168,9MHz to częstotliwości lustrzane. Można jak widać zbadać ch-k częstotliwościową jakiegoś np. filtru. Jednak co jeżeli badane urządzenie akurat wzmocni silnie częstotliwości lustrzane ? Wtedy otrzymana ch-k będzie w złym miejscu na osi częstotliwościowej.

Jakiś w miarę prosty pomysł na pomiar amplitudy w tym układzie ?

[SP9FKP]

Taki sam problem występuje i przy analizie częstotliwościowej. Sygnały lustrzane i kombinacyjne dadzą fałszywe wynik. Po prostu p.cz. jest za mała. Ale wiedząc o tym fakcie można z pewnymi ograniczeniami wykorzystać i ten analizator. Stąd propopozycja. Przydałby się też marker do kalibracji.