自作スペアナの解説
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全体の構成図です。 |
各部の説明ですが、最初に制御UNITから説明します。
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制御UNIT全体の様子です。 プログラム ＡＴmega48は、２７MHｚのクロックで動かしています。 ２７MHｚに深い意味は無く、手持ちで基本波の最高周波数 が２７MHｚの水晶です。 左のシールドBOXの中に、秋月のDDSが入っています。 |
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動作説明 ①ＤＤＳ制御用のＡＴｍｅｇａ４８が、ＤＤＳに信号出力命令を出します。 ②液晶制御用のＡＴｍｅｇａ４８に、シグナルを送ります。 ③液晶制御用のＡＴｍｅｇａ４８はＬｏｇＡｍｐからの信号をＡ／Ｄ変換して信号強度にあった線を描きます。 ④液晶制御用のＡＴｍｅｇａ４８は、ＤＤＳ制御用のＡＴｍｅｇａ４８に描画終了のシグナルを送ります。 ⑤２４０ライン分繰り返します。 ⑥ＤＤＳ制御用のＡＴｍｅｇａ４８は、ＡＴ９０Ｓ８５３５にシグナルを送り制御データを送信させます。 ⑦受信したデータに変更（中心周波数、スパン周波数、スイープ時間）があればデータを変更して又①から繰り返します。 |
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上が、DDS制御用のAＴmega48 その下がLCD制御用の AＴmega48です。 |
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１０Key、１６×4行のLCD制御のAT９０S８５３５ です。 |
Ｆｉｌｔｅｒ・LogAmp UNIT
このUNITはケースには入れていません。
そのまま、電源部の上に2段重ねで実装しています。
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上から ５MHｚ ガウシャンフィルタ １MHｚ LCフィルタ ２００KHｚ セラミックフィルタ×3段＋AMP １０KHｚ クリスタルフィルタ×3段＋AMP １KHｚ 5素子クリスタル ラダーフィルタ 切り替えには、リレーを使っています。 |
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上のシールドBOXの中に、AD８３１０のLogAmpが 入っています。 下は、PINダイオードを使ったレベル調整部＋１０ｄｂ NFBAmpです。 |
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LogAMPには、ＡＤ８３１０を使っています。 LogAMPといえば、ＡＤ８３０７が有名です。 ＡＤ８３０７は、ダイナミックレンジが－75～+17dbm までの92dbですが低い方を、このレベルにするにはそうとう大変です。（以前の実験） 又。AD603と組み合わせて－90dbmまで拡大できますが入手困難ですし電源が±２種類必要になります。 そこで、ＡＤ８３１０を入手して使っています。 前段に、２SC1815×２を使ったNFBAmpを付けています。 これは、全体のゲイン調整のためです。 |
RF・１ｓｔMIX UNIT
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CDROMのケースに入れています。 このCDROMは、最近リサイクルSHOPで100円で 入手できますしサイズが同じなので実装するときに とても便利です。 ただし、使う場合はアースの取り方に注意が必要です。 上にATTを取り付けています。 入力のLPFは、５００MHｚで５００MHｚのLPFと１０００MHｚのLPFを切り替えています。 これは、５００MHｚより上の信号を測定するときに５２５MHｚ下にスプリアスがでるためその対策として入れています。 |
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RF・１ｓｔMIX UNITのブロック図です。 まずAT-220で１０ｄｂ減衰されます。 ATTつまみの０ｄｂ表示の時は実は１０ｄｂ減衰されています。－１０ｄｂの時が減衰は０です。 その後、LPFを通りMIXに入ります。 MIXで１ｓｔLoとMIXされて1.05GHzのBPFに入りその後uPC1678で増幅されます。 このスペアナを作るとき、注意したのはミキサーの前で信号を十分に減衰させてミキサーのリニア域で使いその後必要なレベルまで増幅するということです。 |
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内部の様子です。 信号は左上から入ってUの字を横にした感じで左下から 出力されます。 ＢＰＦには、ヤフオクで入手したものを使っていますが マキ電気の３セクションのキャビティでも使えます。 左上 LPF 右上 MIX（MCA1－４２MH+） 右下 uPC1678 左下 １．０５GHｚ BPF
SMAコネクタ周りの処理の仕方です。 これでやっとSWRの暴れがなくなりました。 |
１ｓｔLO
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内部の様子です。 右の広いところが、ADF4118を使ったPLL制御部です。 左下が、VCO（POS-2120W）＋uPC2708 左上が、MNA-6+ |
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１ｓｔLOのブロック図です。 PLLの制御には、ADF4118を使っています。 DDSの出力は、１/10されて４２０KHｚ～８２０KHｚになります。 VCO（POS-2120W）の出力は1/2500されて４２０KHｚ～８２０KHｚになります。 DDSが１Hz動くと、VCOは２５０Hｚ動きます。 １スイープは２４０ポイントにしていますので、２５０Hz×２４０＝６０KHｚとなり最小スパンは６KHｚ/divになります。 |
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ＤＤＳ出力 ４．２MHｚ ＶＣＯ ＯＵＴ １０５０MHｚ |
ＤＤＳ出力 ５．２ＭＨｚ ＶＣＯ ＯＵＴ １５５０MHｚ |
ＤＤＳ出力 ７．２MHｚ ＶＣＯ ＯＵＴ １８００MHｚ |
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ＳＳＢ位相雑音 －９３ｄｂｃ／Ｈｚ （１０KHｚ オフセット） |
ＳＳＢ位相雑音 －９４．６ｄｂｃ／Ｈｚ （１０KHｚ オフセット） |
ＳＳＢ位相雑音 －９０．６ｄｂｃ／Ｈｚ （１０KHｚ オフセット） |
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レファレンスリーク |
レファレンスリーク |
レファレンスリーク |
ＴＲ４１７２の最高測定周波数が、１８００MHzまでなので２０５０MHzは測定出来ない。
レファレンスのスプリアスがひどいです。
結局このスプリアスが、スペアナ画像上でもスプリアスとして現れます。
このスプリアスを減らすように、ループフィルタを調整すると早いスイープタイムでは追随しなくなります。
現状のループフィルタは、最適のものではないと思われますが、これ以上改善できませんでした。
２ｎｄＭＩＸ・２ｎｄＩＦ ３ｒｄＭＩＸ・３ｒｄＩＦ ２ｎｄＬＯ・３ｒｄＬＯ
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内部の様子です。 右上から、２ｎｄＭＩＸ（ＭＣ１３１４３） その左が、１４３．２MHｚBPF＋Ａｍｐ（２SC3355） その下に、１４３．２MHｚBPF その右横が、３ｒｄＭＩＸ（２ＳＫ１２５×４）＋LPF 一番下が、３ｒｄＩＦ（２ＳＫ１２５×２）＋ＬＰＦ 最初は、 2ndMIX+2ndIF+2ndLO 3rdMIX+3rdIF+3rdLO というようにケースに入れていましたが、何となくここらあたりが５００ＭＨｚ下に出るスプリアスの発生源のような気がしてＬＯとＭＩＸ＋ＩＦというように分けてみましたがスプリアスは解消されませんでした。 （これは、まったくの見当違いでした） 回路図は元のくくりの回路図です。 |
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こちらには、２ｎｄＬＯ，３ｒｄＬＯをまとめています。 左のシールドで囲ってあるのが、２ｎｄＬＯのＰＬＬ制御用のＡＤＦ４１１７です。 プログラムの題名がＡＤＦ４１１８になっていますがどちらを使っても同じプログラムでＯＫです。 ＡＤＦ４１１７の最高周波数は１２００ＭＨｚでぎりぎりですが問題なく使えます。 |
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２ｎｄＬＯ １１９３．２Ｍｈｚ |
３ｒｄＬＯ １３２．５ＭＨｚ |
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ＳＳＢ位相雑音 －９６ｄｂｃ／Ｈｚ （１０KHｚ オフセット） |
ＳＳＢ位相雑音 －１０５ｄｂｃ／Ｈｚ （１０KHｚ オフセット） |
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操作パネル面です。 最初は、ロータリーエンコーダも使って設定値を変化させる予定でしたが、ロータリーエンコーダの変化に画面表示が追随出来ないので１０キーの入力だけにしています。 しかし操作しずらいので、キーが２つ空いているのでＵＰ・ＤＯＷＮとして可変出来るようにしようと思っています。 （改造済み） 下のつまみは、右側の入力コネクタの隣がＡＴＴ 真中がＲＢＷ 左側がＶＢＷ です。 １０キーで設定出来るのは、 中心周波数 スパン スイープ時間 の３つです。 上の液晶画面の表示は、左上から中心周波数、スパン、ＳＵＴＡＲＴ周波数、ＳＴＯＰ周波数 右側が、スイープ時間です。 |
このスペアナの表示と、Ｒ３１３１Ａでの表示を比較してみました。
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ １００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ２００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ４００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ５００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ６００MHｚ ０ｄｂｍ ５００MHｚのLPFの特性があまいため５２５MHｚ下のスプリアスが少し出ています。 |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ７００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ８００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ９００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ ＋１０ｄｂｍ どうにか、＋１０ｄｂｍの入力まで観測可能になりました。 |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ －１０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ －２０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ －３０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ －４０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ４００MHｚ －５０ｄｂｍ |
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SPAN=１０００MHｚ RBW=5MHｚ ３００MHｚ －６０ｄｂｍ |
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SPAN＝５０MHｚ RBW=２００KHｚ １０MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN＝５０MHｚ RBW=２００KHｚ ９５０MHｚ ０ｄｂｍ このあたりの周波数になると、いろいろな要素により 指示値が実際より低くなっています。 |
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SPAN＝２００MHｚ RBW=１MHｚ ５００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN＝２０MHｚ RBW=２００KHｚ ５００MHｚ ０ｄｂｍ |
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SPAN＝２MHｚ RBW=１０KHｚ ５００MHｚ ０ｄｂｍ １ｓｔLOのPLLのスプリアスがそのままスプリアスと なって表示されています。 |
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SPAN＝２００KHｚ RBW=１KHｚ ５００MHｚ ０ｄｂｍ １KHｚのフィルタは中心周波数が９KHｚずれています。その影響で中心周波数がずれています。 約３０KHｚ下にスプリアスがあります。これは、LPFを５００MHｚで切り替えている影響だと思われます。 その他の周波数（５００MHｚ以外）では出ません。 |
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50.0MHｚと50.1MHｚの－１０ｄｂｍの２信号を入力したときです。どちらも入力ATTは２０ｄｂです。メーカー製はATT分を後のIF段で増幅して表示レベルが変化しないようになっていますが、自作では対応していないので表示が１０ｄｂ下がります。 （自作では、常時１０ｄｂのATTが入っています） 自作スペアナのRBWは１０KHｚ |
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50.0MHｚと50.1MHｚの０ｄｂｍの２信号を入力したときです。 IMDの山が実際より高く表示されます。 これは、使っているMIXの性能の差だろうと思われます。 |
参考文献
PLL回路の設計と製作
トロイダル・コア活用百科
GHｚ時代の高周波回路設計
LCフィルタの設計と製先 以上 CQ出版社
参考HP
JR1PWZ 清水さんのHP