以虚拟扫频仪NWT150为核心部件，折腾简易的频谱仪（过程直播）

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贴上实验高中频二次变频简易频谱仪电路。虽然本振采用锁相合成保证了频率的稳定性，但是实验制作的锁相本振相噪不是太好，对比一次变频的窄带测试效果就差的多了。正在等待淘宝的温补低相噪的有源晶振，收到之后再利用一次变频的自制频谱仪，分别测试一下LC振荡器、锁相合成振荡器、普通晶体振荡器、普通有源晶振、温补晶振、恒温晶振振荡信号的质量。根据测试的结果，再选用合适的第二本振。

图中不太常见的电路就是采用MC145106组成的160兆周振荡器，对比普通的LC振荡器或晶体振荡器，电路显得复杂一些。一般情况下，LC振荡器由于稳定性太差，除了一些简易的设备如普通的收音机或一些小电器还在使用，其他场合基本上没有用武之地了，比方说无线话筒，稍好一点的都是采用晶振，采用LC振荡器的话筒使用效果很差，基本上是玩具产品。早前的技术，为了稳定频率，利用晶体的高Q值和良好的稳定性做出来的振荡器，受限于晶体制造技术的难度，频点不是太多，为了获得不同的频点，往往要采用倍频、混频、分频的方法来实现，但是变换中出现的噪声十分的讨嫌，而且调试技术要求较高；在DDS频率直接合成技术还不成熟的年代，采用锁相技术、再加上倍频、混频、分频技术，现在还在大量使用在各种设备中，比较典型的就是信号发生器、通信设备等；随着DDS技术的成熟，今后一段时间，也许是他的天下，这里的虚拟扫频仪就是典型的例子。我手头有一台采用DDS技术的函数信号发生器，对比那些模拟的函数信号发生器，指标高了几个量级！

最近为了这个折腾，天天在网上搜索和查找，振荡器作为电子技术中的关键技术，发展真快，以前一些不敢想象的东西现在花不了多少钱就可以获得，这是我们的福音！

感兴趣的朋友针对电路图什么需要说明的欢迎一起切磋，错误的地方欢迎指正！

园丁

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园丁 发表于 2016-5-8 10:39
继续关注【JHXC】老师的帖子，希望有能力的会员积极参与交流，谢谢。

谢谢园丁老师的鼓励！

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倒行逆施 发表于 2016-5-8 11:01
二次变频高中频频谱仪（实验图）.pdf
这个文件下载不了，麻烦重发一次！

图中有一个明显的错误，已经重新上传。

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折腾了一段时间，有些小小的体会。

总体来说，制作不是太难，最难得部分市场上有各种成品可以买到。

首先是扫频振荡器，这个虚拟的扫频仪不愧是一个好玩意，一是提供了稳定的、频谱纯净的信号源，如果采用传统技术自制，一般的方案就是电压控制的变容管扫频振荡器，在有仪器的帮助下，制作难度不是太大，但是很难获得好的效果，即使是采用现成的模拟扫频仪的扫频信号，比方说300兆周的BT3C，由于该扫频仪是混频产生的，大概是采用大于1GHZ的两个振荡器来完成的，一个所固频振荡器，一个作为调谐振荡器，取其混频之后的差拍信号、经过低通滤波、功率放大来完成的，由于混频信号中含有大量的谐波，不适合频谱仪作为扫频振荡，而且，这种VCO产生的信号寄生调频比较大，窄带应用就收到很大限制，最窄的中频通带在几十千周才会有用，像我用虚拟扫频仪获得几百HZ的通带是做不出来的。如果不要求很窄的中频通带，U波段的模拟扫频仪信号的频谱比较好，没有混频产物，但是，U波段的模拟扫频仪价格一般不低，所以，综合上述因素，采用虚拟扫频仪为我们折腾提供了良好的扫频源。采用虚拟的扫频仪，还充分的利用了屏幕多数功能，只要适当的匹配，就可以利用原来扫频仪的屏幕读出频率值和幅度值，是要将变换中的固有偏差简单的计算一下就行了，这是采用模拟扫频仪无法实现的。

再就是采用多次变频的方式，其中最关键的是本机振荡器，这个LC振荡器是肯定不行的，需要根据自己的手中的虚拟扫频仪的参数去配置，当然要根据市场司可以买到的元件了，可喜的是，市场上有许多有源晶振可买，廉价的十多元就够，稍好一点的几十上百元，再高级的几百几千元！我与几个商家聊过，他们可以根据客户的要求定做频率，我就要求买到160.7兆周的有源晶振，一个商家提供了，几天之后就可以收到。这个振荡器是制作多次变频接收机（频谱仪）的关键，采用倍频、混频、锁相合成虽然制作可以成功，但是工作量比较大，制作出来的效果不是太好，既然有现成的买，那就选择现成的搭配。

混频器，无源的据称噪声比较小，动态范围比较大，但是需要增加放大器。采用有源的混频器，像我使用的AD83和NE602之类的，前者内部芯片有放大器，由于模块是偏转元件，我的眼力不好，要想根据自己的要求变动一下有些困难，年轻人没有问题，好像AD831比较耗电，而NE602的指标与AD831相当，只要几个毫安就行，而且电路非常的简洁，这种芯片内部自带振荡电路，外部弄几个元件就行、或者用外部振荡器加进去。还有类似的芯片，如NE604、605........这些用于窄带通信系统中的混频器都很不错，还有如MC3357、3361...........之类的芯片含有混频、振荡、中放电路，而且这些芯片都有对数检测电路，不过由于虚拟扫频仪的输入电路本身采用了对数检测电路，但是这类芯片用来玩射频还是不错的，现在的价格都非常的便宜。

再就是滤波器，产品仪器都有好几档甚至几十档不同带宽的最后一级的中频滤波器，主要是为了适合不同扫宽时快速的测试，我们自己折腾的，有个两三档就可以了，考虑到折腾广播设备的方便，有一档适合FM中频的、一档适合AM的、还有一档适合窄带通信的几个KHZ，基本上可以满足平时的需要。只要我们在中频放大器之后制作对应的解调器（调幅检波、调频检波），我们就可以接受收音机信号了。

滤波器的制作，在扫频仪的帮助下容易完成。宽带的用LC元件组成，窄带的采用晶体滤波器。LC滤波器一般需要自制，晶体滤波器有许多成品，根据需要适当的配置。这个只要会使用扫频仪，制作的难度不大，何况扫频仪就是用来测试或调整谐振回路的，借此制作的机会，不管是模拟的扫频仪还是虚拟的扫频仪，对于爱好者来说这是一个很好的演练过程，熟悉射频电路的朋友知道，这些测试和制作是捣弄射频设备最关键的技巧！

制作中间，也许你会遇到以前只在书本上说过的事情，还有许多一般的书本没有介绍，你可以通过这个过程重新去认识和理解，这是一件多多益善的事情！如果电路中所有的部件都有成品当然好，就像组装电脑一样那样简单，其实组装电脑没有多大意思，因为那种组装当中操作并不需要多大技巧，你只要好好的阅读说明书、按照要求弄就行，而我们自己制作一个具体的电路，比电脑组装要精细的多。

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做这个简易的频谱仪，我们可以把它当作收音机机来做。调频广播中频通带在100至200KHZ范围，调幅广播在10到20KHZ范围，市埸上可以找到符会要求的陶瓷和晶体滤波器，使得中频放大器的制作相当的简单，
只需在中频输出再接一个AM,FM解调器，广播声音就出来了，而本振是由扫频仪提供的，非常精确和稳度，而且频率达几百兆周，那就是一台宽带接收机！比起一些朋友在电视高频头上下功夫，简单效果更好！这样一来，一个扫频仪就弄出了三个东西，扫频仪，频谱仪，宽频收音机！！

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今天收到了有源晶振和有源低相噪温补晶振，接着用自制的一次变频频谱仪测试了一下，实测证明了不同档级振荡器的频谱纯度，有源低相噪温补晶振表现最好，看来技术不是糊弄人的！LC振荡器没有参与比较，因为频率漂移窄带测试比较困难，如果用宽一点的中频测试LC振荡器还是可以的，只是无法知道信号的质量，作为一般的测试是没有问题的。高稳定振荡器的测试，只有通带很窄的频谱仪才能弄出有效的结果，其他如频率计、示波器等测试，看起来频率读数是稳定的，但是振荡器的质量是不好判断的。

高稳定振荡器常用于仪器、军事、天文等，这些大家都知道。我们接触比较多的就是仪器，比方说信号发生器、扫频仪、频谱仪、频率计等，高档的仪器少不了高级的晶体振荡器，那些高级的仪器昂贵也就顺理成章了。

自制的振荡器成本需要三十多元、普通有源晶振不到十元、低相噪温补晶振要60元。钱多力气大！

明天有空换掉制作好的二次变频机器的本振，看看效果如何，结果再随后贴上来。

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晶振资料忘记了贴上。

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此时的中频通带大约在400HZ以下，用来测试AM调制信号完全没有问题。我的一台产品仪器最窄通带是500HZ，使用起来需要经常微调频率旋钮，而且该机在10KHZ以下是加入锁相稳频的，而这个由虚拟扫频仪作为第一本振的简易频谱仪，在这么窄的带宽下，谱线根本就看不到晃动，说明DDS振荡器具有相当优良的性能！

多次变频频谱仪具有干扰小、灵敏度高、频率分辨率高。我折腾的这个最高灵敏度可达-80dbm，换算成电压值为22.36微伏，如果更加精心的制作，良好的屏蔽，理论上还可以提高也是可以做到的。作为一般测试，-60dbm就已经大大超过了毫伏表、频率计、示波器的灵敏度！

断续折腾了快一个月了，试验也达到了预期的效果，我这里都是用信号发生器提供信号的，而且信号发生器的频率及衰减设置都比较精细，除了能够定量的评估，操作起来也方便的多。但这并不意味想折腾的朋友必须要有这类仪器，不过，最好具有一台可靠的信号发生器，进行几百赫兹的通带测试，普通信号发生器是派不上用场的，这个可以用晶振代替。信号的幅值太小，要采用电平稳定、可以步进衰减的信号发生器就行，比方说AM和FM用的锁相信号信号发生器，如VP8177，这个只要几百元就可以买到。一般测试并不需要几百HZ的分辨率，所以想折腾的朋友建议采用10KHZ以上就足够了，最好一档20KHZ、一档200KHZ，这样就可以兼顾。

如果要求不高，一个变频器、一个低通滤波器也行，比方说采用100-500KHZ的低通，这种方案制作起来十分的简单。改天弄一个低通组合起来演示一下。

矿石1号

真是好帖啊。虽然我看不太懂，也要看完。楼主真是玩高频的高手，敬佩。

矿石1号

JHXC 发表于 2016-5-9 18:42
做这个简易的频谱仪，我们可以把它当作收音机机来做。调频广播中频通带在100至200KHZ范围，调幅广播在10到2 ...

！这样一来，一个扫 频仪就弄出了三个东西，扫频仪，频谱 仪，宽频收音机！！高！实在是高！

JHXC

采用低通滤波器可以使制作更为简单，只要手头有可以混频的器件加上一个低通就成了一台能够实用的频谱仪。无源混频器没有增益需要后级弄一个放大器，有源的相对简单些。AD831混频器组件需要几十元，而且耗电较大，如果采用NE602之类的混频器几元钱就可以实现，耗电也小的多，三极管混频也可以，就像收音机中的混频器那样，只是混频管需要采用高频管。低通滤波器采用现成的色码电感配接几只电容就行，在满足基本要求的情况下，低通基本上不需要十分的严格，100-500KHZ的通带就行。

采用低通滤波器制作的频谱仪，仍然面临像频的干扰，只是像频与真实的频率离得很近，加上扫频仪内的检测器电路可以工作在直流，因此、两个频率的信号会合在一起形成一根谱线，对宽带测试影响不大，用来检查信号的有无、一般的电磁污染评估等还是十分方便的。这种方案可以充分的利用扫频仪的扫频范围，由于低通形成的谱线形状具有一定的特征，如果需要比较精确测试频率的话，是可以做到的。



下面给出实验电路图。明天弄成一块电路之后测试一下，再来与喜欢的朋友一起切磋。

稳压器

JHXC 发表于 2016-5-6 22:07
采用我上面试验的一次变频方式，做起来不难啦。

只需购买一台虚拟扫频仪、一块AD831混频器、自己制作 ...

这位老师您好!因该我们年龄差不多少，您可能年长我两岁，再过一年我也将正式退休，有点时间圆圆自己儿时梦想，儿时我是一位无线电爱好者，后来工作与无线电有点沾边，再后来担任管理工作再也没空动手了，最近退二线了，添了工具仪表重操旧业心情非常愉快。找到人生一大乐趣，穷折腾。我己有了高低频信号发生器，示波器，目黑扫频仪，高频，超高频Q值表等等一堆仪器，本来准备再买一台频谱分折仪，一直在选型。看到您的文章，喜出望外，认真地拜读了几遍非常解渴，基本弄懂了频谱分析仪的基本原理，巧的是您所用的虚拟扫频仪我也有，并且有2台，一个500M的，一个300M的从20HZ到300M可以测音频放大器频响并且带直流输入的。看到您的文章勾起我自制频谱分折仪的愿望，但是我对高频电路实践很少，依照您的经验，先从选频放大电路开始，LC谐振的和晶振锁相环的，无奈本人这方面能力有限，恳请老兄能否详细介绍放大电路的制作与调测，不胜感激。