スペアナの製作

今から５年くらい前になるでしょうか、秋月電子で「スペアナアダプタ」の製作キットが販売されていました。

スペアナの文字にふらふらと購入しましたが結構高価でした。（たしか８，８００円）

購入してから１年くらいは放置していましたが、思い立って製作を始めたのがスペアナにどっぷりつかることになりました。

最初は、オリジナル通りに作ってみましたが性能に満足できずにあれこれ改造を始めました。

初期のころのスペアナアダプタです。

内部の様子です。

この時の、スペアナアダプタと実際のスペアナとの比較です。

まずまず合っていると思います。

ところが、このアダプタにつないで表示させていたTRIOのオシロCO−１５０４のトランスから突然白煙が上がり御昇天されました。

困ってどうしようかと思っていたところにインターネットでJK1XKP貝原さんのページでデジタルオシロの記事を見つけこれだという

ことで貝原さんの掲示板に書き込みさせてもらいましたところいろいろサポートしていただき一体型のスペアナに進化しました。

http://www.saturn.dti.ne.jp/~khr3887/

（貝原さんのHPです）

一体型１号機の様子です。

この時は、３階構造にしたため調整するのが難しく困りました。

そこで今度は、御昇天されたオシロCO―１５０４のケースを利用することにしました。

フロントパネルの様子です。 表示が薄くてよく判りませんが１００Mhz −５ｄBmを入力しています。 第２高調波まで見えています。 周波数範囲　１Ｍ−１０００Ｍ ＲＢＷ　２０Ｋ，２００Ｋ，１Ｍ スパン　１０００Ｍ，１００Ｍ，１０Ｍ，　　１Ｍ 最大入力　０ｄｂｍ ＡＴＴ　−１０ｄＢ、−２０ｄＢ

300Mhz –5dBm Span 100Mhz/div Rbw=1M	50Mhz –5dBm Span 100Mhz/div Rbw=1Mhz	50Mhz –5dBm Span 10Mhz/div Rbw=200K
50Mhz –10dbm Span 1Mhz/div Rbw=200k	50Mhz –10dbm Span 1Mhz/div Rbw=20k	50Mhz –10dbm Span 100Khz/div Rbw=20k

表示の様子です。

今回第一Ｌｏには、ミニサーキット社のＰＯＳ−２１２０Ｗを使用しましたが電圧―周波数が直線ではなく表示部の中央付近で目盛りからずれています。

鋸波を直線ではなく少し補正すればいいのでしょうが今後の検討課題です。

又、第２Ｌｏの８６０Ｍｈｚが漏れてスプリアスとしてでています。これについては、第２Ｌｏを１１４０Ｍｈｚにすることで解決するつもりです。

又、Ｓｐａｎを１００Ｋｈｚ/divにすると最後の写真のように第３ＩＦのフィルタのリンギングにより波形が波打ちます。

これについては、第１ＬｏにＰＬＬもかけないただのＶＣＯ（ＰＯＳ−２１２０）を使用しているので対策がありません。

対策があるとすればＹＩＧを使うことでしょうが高価で手がでません。

ただ、このスペアナを作るのにもかなりお金がかかっています。現在ではヤフオクあたりでかなり安価にスペアナが買えますのでそちらのほうがコスト

的にはいいと思いますが、これを作る約３年半の間にいろいろ実験をしたり作ったり壊したりで自作のスキルは上がったと思います。

いい経験になりました。

全体のブロック図です。 拡大図はこちらです。

内部を上から見たところです。 撮影用に各BOXの蓋を取っています。 真中上から ８６０Mhz　２ndLO その下が、１４０Mhz　２ndIF 10.7Mhz 3rdIF 129Mhz 3rdLO その左がLogAmp　AD8307

下から見たところです。 右上がSweep回路 右下がRF 左上がPOS2120Wを使っている１ｓｔLO 左下が１GhzのBPF

プリント基板を直接真鍮板に半田付けする。

各BOXは５ｍｍ厚のアルミ板と真鍮板で 作りました SMA端子も直接真鍮板に半田付けしています。

各ブロックの説明

LogAmp

AD8307を使っています。

http://www.analog.com/jp/prod/0%2C2877%2CAD8307%2C00.html

データシートは、上記のHPからダウンロードできます。

出力にバッファをつけて１００ｍV/dBにしています。 （表示上は１目盛１０ｄBになります） 出力のOPAｍｐはLM358を使っています。 定数などは、データシートのままです。 C1は0.1uにしています。

3rdIFAmp

周波数は、10.7Mhzです。

Bw=1Mhz、２００Khz、２０Khzの3種類のフィルタを用意しました。

このフィルタを作るにあたっては、JR1PWZ　清水さんのHPの記事をかなり参考にさせてもらいました。

http://homepage3.nifty.com/jr1pwz/index.html

RBW１MHｚ	RBW２００KHz	RBW２０KHｚで作ったつもりだったのですが特性を取り直したら１０KHｚ強しかありませんでした？？

３ｒｄIF回路図です。 （大きな回路図はこちらから） RBW２０Khzの回路の中の半固定VRは要調整です。 安直ですが、最後のTrの前の１０KのVRで最終的に画面の表示レベルを合わせています。

内部の様子です。 ダイオードSWを使っている関係でシールドをしています。 これをしないと帯域外の減衰量が確保できませんでした。 ７５ｍｍ×９０ｍｍの大きさに作っています。 生基盤に空中配線で作っています。 なにせ不精なものでひとつしか作らないものですし回路の変更も自由自在なのでこの方式を採用しています。

3rdLO

内部の様子です。 回路図はこちらです。 64.5MHz×２＝129MHzを作っています。 スプリアスの様子です。 基本波をもう少し下げたいところですが、５０ｄB下なのでよしとします。 水晶は、手持ちがあった64.5MHzを使っていますがこの周波数に限ったことではありません。

たとえば、ここが１２８MHzとすると2ndLOを872MHzにすればよいだけです。

後ほど、書きますが2ndLOはPLLの分周比を変えれば柔軟に対応できます。

2ndIF

内部の様子です。 回路図はこちらです。 2ndIF部分だけでは、ほとんどゲインはありません。 アンプ部分の特性です。 ＴＧレベルが-10dBですので3dBのゲインです。

１G　−１０ｄBｍ ８６０M　＋１０ｄBm を入力したときの出力の様子です。 左が０−１Ｇ 右が０−３Gです。 ８６０MHｚの2ndLOの漏れがあります。 結局この漏れが最終的にスプリアスとなって表示されてしまいます。 対策としては、2ndLOを１１４０MHzにすればと思っていますが、秋月の安いVCOではそこまで可変できないので思案中です。 （POS-1025があるにはあるのですが他のことに使いたいことがあるのです）

2ndLO

内部の様子です。 回路図はこちらです。 この部分は、両面基盤を使っています。 まずTC5082Pで10Mhzを1/256して39062.5Hzを取り出しＶＣＯの出力（860Mhz）をPD6127Pで1/128してさらにTC9198Pで1/172して39062.5Hzを取り出しTC5081Pで位相比較してPLLをかけています。 3rdloとの関係で9198の分周比をかえれば対応できます。 出力スペクトラムです。

裏側の様子です。 切ったり貼ったりでぐちゃぐちゃです。 プリントパターンは最善ではありませんので掲載しません。 位相比較周波数のスプリアスが少し見えています。 uPC2709は、サトー電気で入手しました。 データシートはこちらです。 http://www.ncsd.necel.com/microwave/japanese/ic/wide_j.html

1GhzBPF

マキ電機の３セクションキャビティを使っています。

ＢＰＦの周波数特性です。 きれいな特性ではありません。 最初の頃の、画像をみてもらえば判るのですが信号の２０Ｍｈｚ位下にスプリアスがあります。それを少しでも抑えるために１Ｇｈｚを通過特性の下限にもってきています。 キャビティの中の仕切板は使わず銅版で１/3の大きさのもの作っていれています。 又、調整棒とケースの間に３ＰＦのチップコンを入れて共振周波数を下げています。

最近ヤフオクで１Ｇｈｚ付近の5素子のＢＰＦを入手しました。

高いところに、小さい山がありますが３０Ｍｈｚ下で上のＢＰＦより２０ｄＢ下がっているので使ってみたいと思います。

1stLO

1stLOには、ミニサーキットのＰＯＳ−２１２０Ｗを使っています。

この２１２０ＷはＶＣＯ制御電圧の中ほどで周波数/電圧が大きくなります。

回路図はこちらです。

左図を見てもらえば判りますがリニアではありません。 その結果FullSpanの時中央付近で目盛と合わないことになります。 （最初の画像をみてもらえば判ります） この解決には鋸波を細工して このような波形にするか、1stLOをＰＬＬ制御してＰＩＣなりを使って制御するかということになりますがわかって使う分には観測値を補正すればいいと割り切ってこのまま使っています。 コントロール電圧は、1.5〜15Vで１G~２Gを出力します。 （ミニサーキット　データシートから）

Sweep回路

１ｓｔLOと、オシロのX軸を制御する鋸波を発生させます。

回路図はこちらです。

（この回路は、SPECTRUM 電子工作の中のSweep回路を参考にしています）

最初に１０ＶP-Pの鋸波を発生させ、それをVCOを駆動するために必要な1.5V~15VP-Pに変換しATTで1/1,1/10,1/100,1/1000,1/10000

して100M/div,10M/div,1M/div,100K/div,10K/divになるようにしています。

（訂正　回路図が、一つ古い物が掲載されていました。掲載しなおしました）

穴開き基盤2枚に作っています。

裏側の様子です。 結構いい加減な作りです。 ここでは、貝原さんのプログラムの制約によりX軸の走査は2秒間以内に2回フルスイングするようにしています。 又、下の図のように鋸波の下りの部分を 使った方が表示確度が高かったのでこちらを使っています。 オシロを使って表示させる場合は上り、下りどちらを使われてもいいと思います。

SweepTime　100msec	SweepTime 200msec	SweepTime 500msec

RF

内部の様子です。 ガラエポ両面基盤にカッターでランドを 切り出して作りました。 UPC1677の、入出力を分けるようにシールドをしています。

回路図とパターンです。 見にくくて申し訳ありません。 まず１２００MhzLPF（１GhzのLPFだと１Ghzde−３ｄBになるのであえて１．２GhzのLPFにしました。） を通り１SV１７２のATTを通りRMS-30（ミニサーキットDBM）で１ｓｔLOとMIXして１Ghzのダイプレクサーを通ります。（ただ、このダイプレクサーはスペアナ＋TGがないと調整はかなり困難ですので３ｄBのATTでもOKです）。 その後、uPC1677で増幅しています。

		１SV172によるATTの様子です。 なんとか使える範囲ではと思っています。
１SV172　ATT　−１０ｄB	１SV172　ATT　−２０ｄB

液晶表示部

ここは、貝原さんのデジタルオシロのX-Y表示機能を使っています。

回路図はこちらです。　（詳しくはJK1XKP貝原さんのHPをご覧ください）

液晶表示機の裏側に H8マイコン 冷陰極管インバータ DC-DCコンバータ をすべて付けています。

この中で、貝原さんのオリジナルでは、Y軸のSHIFT電圧がー５Vになっていますがこちらでは逆に下に振りたいので＋１Vを入れています。

又、オリジナルではX軸入力制限用のツェナーDがRD５．１になっていますが貝原さんのアドバイスによりRD５．６に変えています。

（５．１では４．７Vあたりから電流が流れ始め４．８V以上に上がらないそうです。そのためX軸の端から端まで振れなくなるということです）

H８のプログラムは、貝原さんのHP上のXyscgren.MARをダウンロードされて書き込んでください。

ただ、ここで使っているシャープのＬＣＤは今では入手困難です。表示部にはオシロを使うか別の方法を考える必要があります。

電源部

電源としては、＋２４Ｖ・＋１２Ｖ・＋５Ｖ　−１２Ｖ・−５Ｖが必要です。容量的には＋は１．０Ａ、−は０．５Ａあれば足ります。

（しかし、発熱の問題などを考慮するともう少し大ききして余裕を持たせたほうがいいと思います）

もしこのＬＣＤが入手できればこの表示部回路のみは別電源で１２Ｖの１．２Ａ程度が必要です。（ここでは、秋月のスイッチングＡＣアダプタ

１２Ｖ　１．２Ａを使いました。）　参考回路

別に、参考回路通りの必要はありません。要は上記電圧・電流容量があればＯＫです。

全体の結線図

全体の結線図は、こちらです。

高周波の通るところは、同軸ケーブルを使用してください。

写真でみていただくとセミリジットを使っていますが、手持ちがあったので使っていますが３D-2V程度（１．５D-2V）の同軸ケーブルで

問題なく働きます。

ながながと書いてきましたが、ページが重たくなってきましたので製作の勘所などは別ページを立ち上げて説明します。

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