以虚拟扫频仪NWT150为核心部件，折腾简易的频谱仪（过程直播）

高清仁

不错。跟着学习。

jiangjieke

JHXC 发表于 2016-4-10 18:04
如果买最高扫频为500兆周的，那就意味能够将频谱仪的测频范围提高到0-250兆周，对比我的300兆周扫频仪可 ...

JHXC老师，您说的黑白电视U频段高频头是这种吗？

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-22 08:34
JHXC老师，您说的黑白电视U频段高频头是这种吗？

是的。波长太短不能采用传统的电感电容了，腔体，开路线，短路线，缩短电容等，不过这种结构Q值高，设计时按几何尺寸计算。业余制作这个频段的滤波器，可用双层电路板制作小盒，多年前捣弄过。

jiangjieke

JHXC 发表于 2016-4-23 00:04
是的。波长太短不能采用传统的电感电容了，腔体，开路线，短路线，缩短电容等，不过这种结构Q值高，设计时 ...

那这个高频头能用到简易频谱仪上面吗？

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-23 09:29
那这个高频头能用到简易频谱仪上面吗？

这个不好怎么用，直接作为一级电路用，最低输入频率大概在500兆周左右，输出中频一般是电视V波段频率，本振虽然可以调节，但是稳定性很差。
频谱仪内部的振荡器必须要稳定，LC振荡器难以满足要求，只有由晶体产生的振荡器才行，而晶体基频振荡器只在几十兆周以下，再高就得通过非线性倍频和锁相倍频获得，这是一般爱好者的难点，但是也不太难，现在一些专用器件不贵也好买，只要用心是能一成功的。

高中频频谱仪需要至少两级以上变频，制作复杂一点。低中频频谱仪制作比较简单，一次变频就行了，考虑到配合虚拟扫频仪，并且方便读取频率，这种方案用整数频率，最好是10的倍数的中频，比方说10兆周中频，这样，屏幕上的频率刻度只要加减10就是被测信号的实际值，以300兆周扫频仪为例，如里中频是10兆周，最高可测290兆周以内，这个对于业余爱好还是可以的，最低可测频率受中频滤波器带宽制约，我在实验中采用有源晶体滤波器，最低可低于10KHZ。

低中频一次变频采用10MHZ LC滤波器，灵敏度达-60dbm，就是说微伏级的信号也可以测出来！这是很不错的，这是示波器难以测出来的。

低中频有一个缺点，有镜频干扰，不过掌握方法不会误判。这种方案就是简单。

也可采用零中频，一个低通就行。

等屏蔽盒收到装进去，再将实验电路和测试结果贴上来。

JHXC

下面详细介绍采用10兆周中频制作成功的一次变频、低中频简易频谱仪。
为了充分利用NWT150扫频仪资源，中频越低扫频仪利用率越高。当采用40兆周中频时，扫频仪扫描范围为40-300兆周，只有260兆周。本来想采用零中频的方式，但是对扫频仪输入进去的对数检测器的频响还没有去弄清楚，所以折中采用10兆周的中频，制作出来的电路完全成功！
按照10兆周的中频，制作出来的简易频谱仪达到以下性能：
1.变频方式、一次变频
2.中频、10兆周
3.测试频率范围10KHZ - 289.99MHZ
4.中频带宽（频率分辨率）窄带：小于10KHZ
宽带:小于200KHZ
   5.最高灵敏度，-60dbm(223uv)
   6.不带输入衰减器动态范围，大于50db
   7.由于低中频方式，测试频率高于10兆周后存在中频镜像，识别容易。无信号输入时基本上看不到明显的寄生谱线。
   8.供电、12伏、70毫安

整个电路用了23只电阻，27只电容，7只电感，一只晶体，一只NE602集成电路，一只继电器，一只稳压管等，再就是配合NWT150扫频仪，其他类似的虚拟扫频仪可以通用，只是扫宽不同而已。制作的难度并不大，就是弄了一台10兆周中频的特殊接收机！
下面是电路图，图中元件只是参考值，特别是涉及谐振电路的，需要根据爱好者有头的元件或配置情况在调试中完成。

电路图的工作原理、制作中的注意事项明天继续叙述说明。机盒已经收到，屏蔽之后性能会更好一些，安装到屏蔽盒再来！


测试结果如下面的截图：

jiangjieke

这是全部电路吗？这7只电感的制作有难度。希望老师细细讲来。

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-25 10:53
这是全部电路吗？这7只电感的制作有难度。希望老师细细讲来。

是的，是低中频、一次变频的简易频谱仪。
    我因为早前从事电视发射与有线电视传输技术工作，经常使用模拟扫频仪和频谱仪，对测试原理有比较清晰的认识，现在做的这个实验是因为买了虚拟扫频仪才有了这个冲动。首次接触DDS虚拟扫频仪，对这种原理产生的扫频信号稳定度、信号的频谱质量等产生了好奇。以前接触的扫频仪，如BT3电子管的，采用的是磁调制扫频，BT3C，采用的是变容二极管调制，他们的寄生调频比较大，根本无法测试几十千周的滤波器，业余时间维修对讲机、无线电话机，因为都是窄带通信，那些扫频仪根本就不行！只好用信号发生器逐点测试或者用信号发生器的调频功能扫频来折腾。即便这样，对信号发生器的要求也比较高，比方说电子管的XF6A、晶体管的QF1076，这类仪器都是普通的LC振荡器，频率总是不断的漂移，窄带的测试也非常的麻烦，虽然以后有了频率合成的信号发生器，毕竟扫频测试不方便，而且不能进行宽带的扫频。

    这个虚拟的扫频仪频率分辨率、稳定性大大优于上述仪器，测试窄带滤波器比方说晶体滤波器才有了可能，实践证明表现不错。我自制的10兆周有源晶体滤波器，带宽只有几个千周，这个虚拟的扫频仪可以满意的完成！我们知道，频谱仪内的扫频振荡器要求是比较高的，一个是扫频带宽和频率、再就是稳定性，我的一台古老的泰克频谱仪7L14最高频率2.5G、分辨率可达30HZ，遗憾的是不带跟踪源，还有一台带跟踪源的最高频率1.5G，分辨率500HZ，国内现在大量生产的低档频谱仪，大多在500-1000兆周，分辨率才20KHZ，可见，高的频率分辨率实现是有技术瓶颈的。而这台虚拟的扫频仪可以分辨1HZ，假设充当频谱仪的扫频振荡器一定能够实现较高的频率分辨率！

  频谱仪在射频领域，微伏级别的信号也能测定；谱仪可以轻松的测定-60dbm以下的电平，相当于几百微伏以下的信号，这是一般的仪器做不到的……..，业内人员常常称这种仪器为射频万用表。对于业余爱好者来说，如果有一台带跟踪源的频谱仪用来折腾射频电路，许多问题就会轻松的解决！成品动辄好多万，即使二手的也要万儿八千的，如果爱好者自己动手利用这种虚拟的扫频仪制作一台简单的频谱仪，那就一台机器顶两台，相当于一台带跟踪源的频谱仪！即使对于熟练的爱好者，制作过程也是具有挑战性的，试图涉足高频电路的爱好者，制作过程是一个很好的实践，这里的一些爱好者总是习惯传统的办法，其实，换点思维，既然折腾收音机，这个简单的频谱仪不也就是一台简单的接收机吗！仅仅是中频不同，中频的带宽不同，收音机是要弄出声音，而这个玩意则是弄出数据来。
进入正题，说说自制过程中自己的一些体会，供有兴趣的朋友借鉴。
一、首先要理解频谱仪的测试原理，对原理要一些了解，才能正确的去假设，所以，想自制的朋友，如果不明确频谱仪测试原理，建议先看看一些资料，做到心中有数。
二、制作者需要的基本仪器
1.要有虚拟扫频仪，这个只要几百元就行。熟悉该仪器的扫频测试，明确屏幕上给出的一些参数的意义，这都是为制作频谱仪作为铺垫的。
再就是要会利用扫频仪完成滤波器的调试。建议做个合适的测试平台，利用这个平台，用扫频仪测试谐振来计算出被测的电感或电容、来配置谐振电路的元件数据。
2.能有Q表比较好，至少要有一台10KHZ以上的电桥，用来完成小电感、小电容的测试。当然也可以利用谐振原理来间接测试小电容和小电感。
3.信号发生器，用来试验自制的频谱仪。过于简易的效果不是太好，比较便宜的比方VP8177之类的锁相信号发生器比较好，一个是频率比较精确、二是输出最小电平低至-19dbuv，可达99dbuv，这在最后检验自制的频谱仪时比较有用，至少能够验证自制频谱仪的频率和电平值。这个三四百元可以买到，比起那些传统的老式信号发生器性能优越几百倍！
4.自己动手制作电感，电感不是通用的，自制是不可少的，自制的电感要能比较准确的测试，Q表电桥都可以完成。谐振电路，学会使用扫频仪配置，这个一定要掌握技巧，自制测试台，主要是为了测试或调试的方便，没有这个方便折腾起来是比较烦人的，盲调几乎没有成功率！
二、根据手头的元件购置一些必要的元件
1.高频用小容量电容，比方说PF级别的；再就是色码电感，作为滤波器，也可以组成谐振回路；小型的微调电容，本人采用的是早期对讲机上拆下来的，一个是电路中需要，再就是作为调试时可用他替代，这个淘宝也有卖的。这些元件不要弄那些体积太大的，频率高了之后太大的元件不利于电路安装，影响制作性能。
2.制作有源晶体滤波器，因为晶体的离散型，适当多买一点挑选谐振性能较好的，这玩意便宜，一两毛钱一只，作为振荡器的要求没有这么严格。比方说上述的10兆周晶体，买上十只或者更多一点也行。
3.尽量找替代品，比方说这里制作的10兆周LC滤波器的电感或中周，可以用调频广播用10.7兆周中周来稍微调试一下就到了要求的10兆周。我的这个电感来自于电视机上的4.43兆周用电感，因为原来配接的回路电容比较大，刚好滤波器谐振回路需要大一点的Q值，我就减少电容弄成10兆周了。作为滤波器的电感要用有屏蔽盒外壳的，裸体的会相互影响。也可以找短波振荡线圈重新绕制或配置。
4.继电器，因为用来转换高频电路的，触点间分布电容较大的不能用，那会造成信号串扰的，我用的继电器触点间分布电容不到1P，使用前测试一下。
也可以采用电子开关，二极管组成的，CMOS模拟开关都行，但是隔离度要好。
5.自制需要购置一些插接件，连接电缆，用于测试、电路板之间的信号连接，这个不是折腾一般的电路，信号频率比较高，不能泄露、不能随便一根线连接，那会导致实验失败的！我用的是SMA系列的，对比早前的BNC系类的轻巧好多！这个淘宝有卖，价格也不贵。
6.混频器，自制我用的是NE602，几元钱一个芯片，外加几个元件就行。买的AD831混频器成品需要大约80元，自己买芯片制作也行，但是麻烦一些。无源的二极管混频器损耗太大，需要加放大器。这些资料网上都可以查到，后面我会根据需要再上传。

制作好玩意已经装进买来的屏蔽盒，盒子大小与扫频仪差不多，20元左右一个，自制也行，这个不能少。
其他的就不说了。明天再来根据试验电路继续。

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-25 10:53
这是全部电路吗？这7只电感的制作有难度。希望老师细细讲来。

电感制作并没有什么难度，关键是要利用一些仪器来测试，好的方法用Q表，采用10KHZ的电桥也行，我有Q表，但是基本上都是电桥来操作的，Q表相对还麻烦一些。也建议自己制作一个测试台，利用这个测试台通过扫频仪测试谐振来配置，只需简单的计算就行。我在上面介绍过。

JHXC

下面是将电路板装进屏蔽盒之后测试1兆周信号时的频谱图，高频信号发生器输出的1兆周信号为-60dbm,折合成电压为223.6微伏，将信号发生器的输出减少到-70dbm，谱线仍然清晰可见，此时的电压为70.7微伏！如此小的信号一般仪器肯定测试不了的，这里用它就可以轻松的测试出来频率值和电平值。

jiangjieke

JHXC 发表于 2016-4-25 21:46
电感制作并没有什么难度，关键是要利用一些仪器来测试，好的方法用Q表，采用10KHZ的电桥也行，我有Q表，但 ...

老师，我想买个NWT500,扫频范围550M的，在具体使用时，将终止频率设置在300 M,就可以和你设计的这个简易频谱仪电路相一致了。我的想法能行吗？并且550M范围的扫频，作用更多。

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-26 07:13
老师，我想买个NWT500,扫频范围550M的，在具体使用时，将终止频率设置在300 M,就可以和你设计的这个简易频 ...

行啦，扫频范围更宽用途更广。

按照上面我给出的低中频一次变频方式，没有必要只设置为300兆周，直接利用到550兆周，频谱仪的测频范围会更宽。假设中频选10兆周，可达540兆周，岂不更好，又不增加什么元件。AD831或NE602都可以工作到500兆周。

这个电路一点也不复杂，元件也不多，制作不难。

JHXC

jiangjieke 发表于 2016-4-25 10:53
这是全部电路吗？这7只电感的制作有难度。希望老师细细讲来。

电感的制作和测试，其实难度很小，这是一种需要细心和耐心去操作的事，高频电路中使用的电感圈数都不多，不过几圈几十圈，绕制手工就行，关键是测试。

采用Q表当然可以，既能测试出电感量、还能知道Q值，这是他的优势，其实现在的手持或台式的数字电桥，采用10KHZ以上的电桥就行，我就用同惠TH2822在10KHZ频点上测试的，我又将测试件拿到100KHZ的台式电桥，测试值基本相近，只是电桥显示的Q值是在较低的频率下显示的，而Q表可以在更高的频率下显示Q值，理论上要求电感的测试最好在工作频率附近测试，一般的Q表最高频率大约在30-50兆周，所以频率再高的电感也不能做到。实践证明，如果忽略Q值，测试出来的电感值完全可以满足实用需求的。一个在兆周频率范围用Q表测试出来的电感，可能Q值有几十甚至上百，而在10KHZ的电桥上测试，Q值可能只有几个量，这个值代表的只是该元件在测试频率时对应的值，既然电桥能够显示出Q值，尽管不能表征在某一个高频频率的Q值，但是，不同的电感还是可以从电桥上看出Q值变化的，相对比较还是能行的。

由于高频电感在许多时候与电容配谐组成谐振回路，所以，我们完全可以依照谐振原理，将待测电感与一只已知的电容并联或者串联，通过扫频仪测试出谐振频率，再按照谐振公式就可以计算出电感了。而且这个方法有两个好处，一是可以按照电感工作的频率测试，这是上述两种仪器做不到的，二是通过谐振曲线也能分出回路的Q值大小。

电桥有专门的测试座，校准之后可以减少测试的误差，而扫频仪是多用的，需要我们自己动手自制一个测试台，这个测试台主要的用途就是测试电感、电容、电阻、谐振回路、晶体、陶瓷振子等。因为测试的频率比较高，需要讲究测试技巧，一些朋友初次接触扫频仪，随便用几根接线、几个鱼夹试图测试中周，结果测试不了，或者测试的误差比较大，还有就是这些朋友以为用扫频仪调校好了上机就能用。这不太符合实际，鱼夹、测试线等产生的寄生电容和电感会在测试时与被测元件一起作用，所以，做一个可以最大限度剔除寄生参数的测试台，测试的结果就更加逼近真实。我在上面用的测试台，在待测回路中还接入一只可变电容，在安装好之后给可调电容分好刻度，这样，一旦待测电容并联或者串联上去之后，通过调节可调电容就能改变谐振回路的谐振频率，反过来就能利用可调电容求出或者读出被测回路的配谐电容值、电感值等，操作是很方便的。买了扫频仪的朋友，极力建议你们自制一个测试台，既然花几百元甚至几千元买一个扫频仪，稍微动动手弄上这样的玩意，会给平时的折腾带来极大的方便！

下面是我刚才测试配置几个电感的照片。我用的扫频仪是频谱仪的跟踪源，与虚拟的扫频仪道理是一样的，因为我在工作台上操作方便一些，虚拟仪器需要在电脑旁。

JHXC

接着对上面实验的电路进行一些介绍。

NE602为早期的双平衡混频器和振荡器，详细资料随后上传。

T1和T2组成的电路可以看做是一个有源LC滤波器，滤波器都有插入损耗，T1担当放大，用来补偿滤波器的损耗，T2用来隔离滤波器与扫频仪的，这个很简单。我制作时直接采用手头现成的电视用4.43中周，将原来的回路电容减小之后弄到10兆周谐振频率，安装前用我前面介绍的测试台用扫频仪测试一下，将谐振频率每只都调到10兆周。C12、C13、C14三只是耦合电容，由于手头没有1个PF的电容，就用外皮绝缘的单股铜线绞合在一起替代的，因为需要的电容值很小，两根导线绞合在一起形成的电容可以满足要求，这个电容决定回路的耦合度，太大之后通带将会增宽，曲线的平顶部分会出现较大的波动，尽量调整为单峰曲线。也可以用合适的漆包线绞合。在扫频仪的帮助下，只要安装前测试好单只的中周，安装好之后调试很容易。这个电路大约有10多分贝的增益，用扫频仪不难测试出来。

T3和T4电路组成的是有源晶体滤波器，利用晶体的串联特性实现窄带滤波。T3是一个倒相器，输入信号加到这只管子的基极，发射极与集电极输出相位相反的两路信号，集电极经C23、发射极经过晶体再接在一起向下面的三极管耦合信号。我们知道，由于晶体的分布电容的存在，虽然他有很高的Q值，但是晶体的结构电容会造成直通信号，严重影响滤波器的阻带特性，调节C23大小，令电容值与晶体的结构电容相等，因为这两个元件的电流方向是相反的，所以会抵消掉结构电容造成的信号直通。R17用来调节射极的信号大小，令射极输出的信号与集电极输出的信号幅值上相等，也是为了配合C23用来抵消晶体结构电容的。C25起辅助调节作用，配合上述两个元件获得对称的、阻带特性较好的曲线。这个安装好之后必须要用虚拟扫频仪调试，因为滤波器的通频带很窄，通用扫频仪测试不了。

两路滤波器通过R13和R23合在一起送到虚拟扫频仪的信号输入端。本来这里用一只开关切换比较好，实践证明可以减少一只继电器。两个滤波器的输入端用隔离度较好的继电器转换，由于两路滤波器的输出端没有进行切换，两者之间会有一些影响，但是不影响正常工作，而且这样做还有一个好处，在宽带测试时，这个窄带的滤波器晶振会在曲线顶部形成一个很小的吸收点，注意观察不难看到，这个点可以用来宽带测试时用游标精确的测试频率。

有源晶体滤波器调试时注意自激，特征就是根本看不到曲线，并且扫频仪屏幕的基线上移到到最大值。自激可以通过仔细调节上述几个元件来解决。

由于这类电路比较敏感，调试时，人体感应、周围类似调光台灯这样的电器都、元件没有固定好，都会会造成干扰或不稳定。初步调试好之后，需要用屏蔽盒安装起来，我在实践中发现，安装到屏蔽盒之后，噪音可以下降10分贝以上。装在盒子里之后，螺钉一定要紧固好，电路板安装牢靠，轻轻的敲击盒子应该没有严重的影响才行。

由于该频谱仪可以测试到-70dbm的信号，在试验时，用来给频谱仪试验的信号电缆不要有开放的导线，与信号发生器的连接必须用屏蔽完善的同轴电缆和接插件，否则就会混进干扰，导致造成误判。弄好之后可以用终端露出导线的电缆输入信号，为了测试较大幅值的信号，建议输入端配置一个合适的衰减器，因为显示的动态较大，屏幕上会同时出现相差几百甚至上千倍的两个以上信号，注意不加输入衰减器时，输入的信号不要太大，最好小于-10dbm，过大的信号如果不衰减直接进入会造成NE602损坏。如果需要直流电压较高的电路，需要串接耐压较高的隔直流电容，内部电路的电容一般10伏左后直流没有问题。

感兴趣的朋友如果有什么问题欢迎共同切磋。