Хочу построить несложный селективный вольтметр\ручной спектроанализатор 5-500 кГц

[viktor8m]

Селективный вольтметр вещь очень нужная в радиолюбительском хозяйстве, позволяет оценить уровень сигналов в определённой области частот, например, чтобы оценить уровень гармоник или шума, а если у селективного вольтметра сигнал после фильтрации подать не только на детектор уровня, но и вывести для подачи на осциллограф, то можно вырезанный диапазон и увидеть, т.е. получается практически спектроанализатор с той разницей, что у последнего выводится на экран сразу весь спектр, а для селективного вольтметра это придётся делать вручную перестройкой гетеродина (это конечно не так приятно, но когда частоты гармоник известны заранее, то получается не утомительно). Конечно звуковая плата до 90 кГц позволяет всё это делать, но а если надо выше? К примеру посмотреть 5-10 гармоник от частоты 20 кГц? И наконец в селективном вольтметре можно сделать выделение гармоник чисто аналоговыми методами, что позволяет повысить достоверность измерений по отношению к цифровым методам через математику (правда последний позволяет понизить планку шума ниже реального за счёт понижения достоверности, чего аналоговый не позволяет, поэтому для аналогового надо делать малошумящую схему). Именно аналоговый селективный вольтметр я и хочу собрать. Принцип простой (практически приёмник), входной сигнал преобразуется в ВЧ сигнал определённой частоты, получившийся сигнал фильтруется, а дальше или подаётся на детектор\осциллограф или преобразуется в более низкую частоту (для большей фильтрации и простоты измерений, особенно если надо эффективное значение, напр., для измерения шума), есть приборы и с тремя преобразованиями, всё зависит от заданного диапазона частоты по входу и минимальной полосы пропускания, мне хватает входного диапазона между 5 кГц и парой сотен кГц и полосы пропускания в 1 кГц, поэтому думаю хватит и одного преобразования. Итак блок схема получается простой, сигнал после аттенюатора и согласующего каскада с фильтрацией поступает на смеситель. Наименьшие шумы и помехи имеет балансный диодный смеситель (особенно на Шоттках) и именно такой используется в промышленных аппаратах, здесь очень важна симметрия, поэтому использую такой http://ru.farnell.com/avago-technolo...143/dp/1843077 (это готовый кольцевой смеситель на четырёх согласованных ВЧ диодах Шоттки). На смеситель надо подать от генератора синус нужной частоты (и довольно чистый для получения малых шумов) и именно он и определит измеряемую частоту (как в приёмнике), а значит он должен быть стабильным и удобным в перестройке. И вот тут удачно подойдёт недавно купленный у китайцев перестраиваемый энкодером до 5.74 МГц DDS генератор https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=66383, поэтому частоту на выходе смесителя (и соответственно фильтра) надо выбирать менее 5.74 МГц, я выбрал 4 МГц. После смесителя сигнал попадает через согласующее устройство на кварцевый полосовой фильтр, это просто несколько П-образных звеньев на дешёвых кварцах 4 МГц (кварцы последовательно, а между ними конденсаторы на землю), такой фильтр из-за высокой добротности кварцев (десятки тысяч) без проблем при отстройке +- 1 кГц обеспечивает подавление ниже -100 дБ (дополнительные преобразования позволили бы довести отстройку до 10 Гц, но меня и 1 кГц устраивает, частоты ниже 5 кГц я и обычной звуковой платой могу посмотреть до 10-ой гармоники). Всё, теперь сигнал 4 МГц можно подать или на пиковый вольтметр или на осциллограф, амплитуда (пик) этого сигнала равна амплитуде входного сигнала частотой, равной 4 МГц минус частота задающего генератора, к примеру, подаём на вход 20 кГц, генератором устанавливаем 3900 кГц, соответственно амплитуда сигнала 4 МГц после фильтра соответствует входной частоте 100 кГц, т.е. 5-ой гармонике от 20 кГц. Какие будут замечания и советы?

[Maxim_Sed]

viktor8m,

а не будет проще и быстрей купить цифровой осциллограф (например, усб-приставку) ?
в нем есть функция спектроанализа

[viktor8m]

а не будет проще и быстрей купить цифровой осциллограф (например, усб-приставку) ? в нем есть функция спектроанализа

Цифровые осциллографы, которые я могу потянуть финансово, имеют малую разрядность АЦП и, соответственно, небольшой ДД. И, кстати, селективный вольтметр я уже буду делать до 30 МГц, так что название темы устарело. Точность измерения должна быть не хуже 1% на всех частотах.

[Maxim_Sed]

Точность измерения должна быть не хуже 1% на всех частотах.

АЦП в осциллах применяют не менее 8 разрядов, т.е. +-128 отсчётов от нуля (середины шкалы)

если выбрать осцилл нормальный (с нешумящим входом), то в 1% можно уложиться

а с частотой проблем нет (у меня самый простой DSO до 75 МГц)

можно тут http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:2851 позадавать вопросы

[Gudronov]

Цифровые осциллографы, которые я могу потянуть финансово, имеют малую разрядность АЦП и, соответственно, небольшой ДД. И, кстати, селективный вольтметр я уже буду делать до 30 МГц, так что название темы устарело. Точность измерения должна быть не хуже 1% на всех частотах.

Такой вопрос - а каким образом вы собираетесь получить результирующую 1-процентную точность в вашем варианте, да еще на таких частотах? Не менее интересен вопрос, как вы собираетесь фиксировать настолько точные результаты, зрительно, что-ли ? Мотивы тоже не совсем понятны. Если это для производства, то 100,000р за 16-разрядный USB-аппарат в вашу полосу, или он же плюс 30% за отдельностоящий ящик - не деньги.

[viktor8m]

АЦП в осциллах применяют не менее 8 разрядов, т.е. +-128 отсчётов от нуля (середины шкалы)

Такой ДД (менее 50 дБ) меня совершенно не устраивает (для сравнения самый плохонький аналоговый спектроанализатор имеет ДД 80 дБ вплоть до сотен МГц). Моя цель это 100 дБ до 30 МГц, т.е. более 16 бит. Именно такая ДД у нормальных связных приёмников, а селективные вольтметры и спектроанализаторы делают по тем же методам.

Такой вопрос - а каким образом вы собираетесь получить результирующую 1-процентную точность в вашем варианте, да еще на таких частотах?

Видимо Вы не разбираетесь в устройстве селективных вольтметров. Их строят по принципу супергетеродинного приёмника, т.е. усиливают и измеряют не сам входной сигнал, а разность между ним и внутренними генераторами так, чтобы для измерения использовать низкие (десятки кГц) частоты, для чего входной сигнал преобразовывают несколько раз (в моём случае 2 раза). А само измерение производят пиковым детектором, который на низких частотах имеет очень высокую точность. Кстати, селективным вольтметром значительно правильнее (точней) мерить высокочастотные сигналы, чем обычными ВЧ вольтметрами на основе принципа усреднений.

Не менее интересен вопрос, как вы собираетесь фиксировать настолько точные результаты, зрительно, что-ли?

Выше написАл, что пиковым детектором. Более того, благодаря низкочастотности получившийся сигнал после преобразований можно подать и на звуковую плату компьютера.

Мотивы тоже не совсем понятны. Если это для производства, то 100,000р за 16-разрядный USB-аппарат в вашу полосу, или он же плюс 30% за отдельностоящий ящик - не деньги.

При чём тут производство, я же ранее уже указывал, что цель иметь дома такой прибор (как уже отмечал, полоса частот будет значительно выше, до 30 МГц, для измерения АЧХ разных усилителей и фильтров). А что касается затрат, то по моей оценке он обойдётся гарантировано меньше 10000р, но при этом будет соответствовать любому промышленному прибору с теми же характеристиками (1% до 30 МГц), причём включает и синтезатор частоты до 30 МГц (совмещение генератора и вольтметра не только удешевляет проект, но и обеспечивает автоматически точное соответствие настройки по промежуточным частотам). Ну и ещё добавить удовольствие от хобби делать что-то своими руками.

[boatsman]

самый плохонький аналоговый спектроанализатор имеет ДД 80 дБ вплоть до сотен МГц

Надо различать разные дециБелы.

ДД - диапазон от шумовой полки до компрессии по входу, при отключенном аттенюаторе и оговоренной полосе ПЧ. Обычно не указывается; указывают средний отображаемый уровень шума, DANL, и максимальный уровень на смесителе (-10дБм в обычном случае) - этот уровень несколько ниже точки компрессии на 1дБ.

Есть еще отображаемый диапазон в логарифмическом режиме - у середняков 80дБ, у топовых аж 120. За 100дБ платят двойную цену.

Кстати, рекомендую следящий генератор сделать - обязательно, всего-то нужен смеситель и второй КГ на частоту ПЧ, а удовольствия море. Когда свой покупал, было денег на топовый но взял скромного работягу 8596Е с трекингом почти за то же, нисколько не пожалел.

Полоса ПЧ фиксированная мыслится? При переключаемых фильтрах надо в занчительном диапазоне менять время сканирования в зависимости от полосы отбора, при фиксированной это все равно присутствует, но не в такой мере.

[viktor8m]

Кстати, рекомендую следящий генератор сделать

Пока я ещё не решил, надо ли мне это, я ведь делаю селективный вольтметр, а не спектроанализатор, и хоть это и почти одно и то же, но второе сложнее. Сама схема для вольтметра не сложная, но есть два важных узла, это смесители и генераторы. Смесители я видимо использую ключевые на мосфетах как имеющие большую линейность и ДД. А что касается генератора настройки частоты, то, как отмечал в посте 40, буду использовать цифровую ФАПЧ, иначе сложно обеспечить нужные характеристики. Предполагаемая схема внизу, управляется от микропроцессора, первый код меняет делитель 74НС40103 так, чтобы опорная частота понадобилась примерно одинакова (в пределах 100-130 кГц) при изменении выходной частоты до 30 МГц, при этом саму опорную частоту определяет генератор DDS (у него малые фазовые шумы, а спуры убираем полосовым фильтром и последующим делением на 64), в итоге при большой опорной частоте (а значит широкополосности ФАПЧ) обеспечивается очень малый шаг перестройки (с учётом делителя минимум 10 Гц, но в реальности мне хватает и 1 кГц).

[boatsman]

Восстановился сайтик почившего LA8AK - нашлась заметочка об улучшении подавления в полосе задерживания лестничных фильтров.

Если еще что интересно - сотенка мегов информации по практическому расчету/настройке кварцевых фильтров имеется.

[viktor8m]

Если еще что интересно - сотенка мегов информации по практическому расчету/настройке кварцевых фильтров имеется.

Буду благодарен за информацию, правда подумываю про мостовые схемы кварцевых фильтров (т.к. приобрёл симметрирующие ВЧ трансформаторы), такие фильтры имеют меньше кварцев.

[boatsman]

В таких схемах либо кварцы "пилить", либо строить распределенную по тракту ПЧ фильтрацию на однокристалльных звеньях расстраивая их.

Информация.

Первое и главное - естественно Зверев со всеобъемлющим трудом по синтезу фильтров. Клал в электронную библиотеку. Это теория и причем по полноте охвата непревзойденная. Не переводился.

Зааль (Saal) -

Роде. Также касался в одной статейке дифференциально-мостовых.

Нойбиг (работал на KVG и еще кучу производителей фильтров). На немецком.

Практика. G3JIR - Джек Хардкастл, придумал простой метод макетирования лестничных фильтров по "прикидочному" двухрезонаторному. Восьмикристалльные таким образом строятся с трудом, шести- я лично построил несколько. Точного измерения параметров не требуется, но панорама (свип- и панорамный индикаатор) желательны.

W7ZOI - Вес Хэйворд. Метод измерения параметров резонаторов для синтеза. Написал три книги - Solid state design for radioamateur, Introduction to RF design, Experimental methods in RF Design. Первая и третья есть в эл. виде, но слон меня растопчет.

G3UUR придумал метод измерения дин.емкости-индуктивности пробным генератором с подключением последовательной кварцу емкости.

Софт. Dishal - все в одном флаконе, снятие характеристик кварцев по W7ZOI и G3UUR, синтез лестничных.

Русскоязычные - упомяну Жалнераускаса UP2NV (статьи в Радио и книга о его трансивере). Ну, Дроздов с циклом статей в Радио "Современный КВ трансивер" - там мало.
Старые книги Бунимовича UB5UN и Яйленко "Техника любительской однополосной радиосвязи" 1964 и 1970 - есть про диффмостовые кое-что. "Справочн. коротковолновика" их же (но UB5UN уже перекрасился в Бунина - нескромненько так...)

---------- Сообщение добавлено 00.57 ---------- Предыдущее сообщение было 00.52 ----------

приобрёл симметрирующие ВЧ трансформаторы

ой не надо меня смешить... это сложный такой дивайс? Несколько витков скруткой на кольце. Можно не ферритовом, а металлопорошковом - и тудыть ему в резонанс.
Минисеркитс небось? Он именно таков, но на двухдырочном.

[viktor8m]

ой не надо меня смешить... это сложный такой дивайс? Несколько витков скруткой на кольце. Можно не ферритовом, а металлопорошковом - и тудыть ему в резонанс

Для меня это сложный дивайс из-за отсутствия приборов для проверки. Да и видя даташиты промышленных вариантов, делаю вывод, что не всё так просто даже для промышленности судя по приводимым графикам, в одних моделях погрешность меньше, в других больше, причём неоднородно по частотам, приходится подбирать конкретную модель на конкретные частоты. Так что для гарантии симметричности мне удобней купить конкретную модель. И хочу поблагодарить за Вашу помощь в этой теме, для меня многое или не изученная область или забытая и приходится много читать. И насчёт файлов большое спасибо.

[viktor8m]

Почитав ещё статей, решил изменить схему генератора из поста 47, а именно после DDS добавил ещё один смеситель, получил сигнал около 44 МГц, потом он поступает на ПАВ полосовой фильтр (нашёл на Ebay такие с полосой +-0.8 МГц) и ещё возможно на дополнительный ФНЧ (чтобы хорошо почистить спуры) и затем на делитель 20-4500. В итоге потенциально получаются очень малые фазовые шумы (поскольку референсную частоту делим больше, чем выходную, то фазовые шумы приближаются к шумам задающего TCXO) и достаточно высокое подавление искажений (из-за малого деления выходной частоты), причём всё это при большой скорости в петле ФАПЧ, а значит и подавлении в значительной области частот, но при этом, благодаря DDS, перестройка частоты остаётся очень точной, не хуже 100 Гц, но без проблем DDS (грязного спектра). Коэффициенты деления счётчиков при задании нужной частоты в программе процессора выбираем такими, чтобы на выходе DDS частота всегда была в пределах 3.2-4.7 MHz (чтобы попасть в полосу пропускания полосового фильтра). Оба смесителя ключевые (от меандра 40 МГц) балансные (ещё не решил, обычные или двойные, на диодах или на полевиках). Фазовый детектор хочу реализовать по схеме AD9901 (US4267514), как не имеющий мёртвой зоны (покупать саму AD9901 накладно, недешёвая она, да и частоты сравнения у меня максимум 2 МГц). Ещё надо продумать схему стабилизации амплитуды (мне надо не хуже 0.5% стабильности), а также вопросы захвата ФАПЧ при включении и резком изменении частоты. И если схема будет разрастаться, то возможно возьму готовую микросхему ФАПЧ, тогда схема будет намного проще, без дискретных счётчиков, но узел с DDS останется таким же.