以虚拟扫频仪NWT150为核心部件，折腾简易的频谱仪（过程直播）

JHXC · 发表于 2016-5-14 17:39:40

本帖最后由 JHXC 于 2016-5-14 17:40 编辑

稳压器发表于 2016-5-14 12:55
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 ...

老师不敢当，我们是同龄人，都是矿坛的朋友，我退休大概有五年了。儿女们都不在身边，自己的钱也不担心他们要，年轻时有幸从事自己爱好的工作，退休在家，很多人闲逛、打麻将，我大部分时间呆在家里，没有其他的爱好，只有重温旧梦！

既然你有虚拟的扫频仪，尝试做一个可以实用的频谱仪不是太难，买一台当然好，但是全新的价格太贵，二手的风险太大，花上几千元说不定什么时候坏了，资料找不到的维修起来还是很难的。我就遇到一台泰克的频谱仪，锁相电路出了毛病，检查了几天找到了原因，但是器件难以找到，最后只能变成废品。当然，如果你要求高的话，买一台还是不错的。

这个虚拟的扫频仪具有很好的性能，即使是自己做频谱仪，我的实践体会，许多性能比起国内那些低档的频谱仪要优越的多。欢迎共同切磋探讨！

稳压器 · 发表于 2016-5-14 17:48:51

JHXC 发表于 2016-5-14 17:39
老师不敢当，我们是同龄人，都是矿坛的朋友，我退休大概有五年了。儿女们都不在身边，自己的钱也不担心 ...

您好，现在我就是想照着您的思路去实践，刚刚看到用低通滤波器直接输出的方案，准备先照这个试试，然后再做一个三变频的。关键在于150M带通放大器，还有160.7的本振及10.7的窄带滤波器心中没底。望老兄指教。

JHXC · 发表于 2016-5-14 18:35:08

本帖最后由 JHXC 于 2016-5-14 18:47 编辑

稳压器发表于 2016-5-14 17:48
您好，现在我就是想照着您的思路去实践，刚刚看到用低通滤波器直接输出的方案，准备先照这个试试，然后再 ...

我实验的低通效果也不错，可以先按照这个思路开始，成功的概率百分之百！

产品仪器许多都是采用三次变频的，再多的变频次数反而会降低性能，而且更加复杂，几百兆周的扫频仪，两次变频就行。变频的主要目的是降低频率之后，最后一级的中频带宽可以做的比较窄，如果有合适的高频率窄带滤波器，其实可以一次变频就行，遗憾的是LC滤波器肯定做不到，晶体滤波器看到有上百兆周几十千周通带的，不过价格好像比较贵，其他的如螺旋滤波器、微带线滤波器，同轴线滤波器，那些都是工作在较高频率下，自制有些难度，需要设计好进行机械加工，没有做过的很难几次试验就能获得好的效果。现在产品采用了数字滤波器，不过那玩意复杂的多。

本振的问题，自制效果不是太好，我在前面实践中就体会到了，我最后选择了直接购买产品，温补低相噪晶振也就几十元一只，买来就能用，效果很好。试验确定方案之后，具体的晶振你可以在淘宝找商家，有的商家可以定做需要的频率，这是以前不敢想的。

选频放大器，有扫频仪弄起来不难，主要是频率高了之后注意结构，电路的布局，小电感的制作和测试。为了试验方便和得出正确稳定的结果，试验中购买一些SMA系列的接插件，价格很低，一个插座不过一元钱左右，但是会给成功制作带来方便。

祝你成功！

稳压器 · 发表于 2016-5-14 20:46:59

如方便能否将低通滤波方案详细介绍一下，万分感谢

JHXC · 发表于 2016-5-14 21:40:25

本帖最后由 JHXC 于 2016-5-14 21:46 编辑

稳压器发表于 2016-5-14 20:46
如方便能否将低通滤波方案详细介绍一下，万分感谢

低通方案参照下面我实验的电路图。

NE602是早期一种常见的平衡混频器，可以工作在500兆周以下，资料我在前面已经上传，网络上也可以搜索到。它的供电电压在5 至8伏之间，耗电不到3毫安，淘宝有卖，价格很便宜，几元就能买到。它是一个平衡输入与平衡输出的混频器，这里只用了单端，6脚和7脚是内部作为振荡用的三极管引出脚，采用电容三点式振荡器很容易成功的工作在200兆周，也可以外接振荡器，从OSCb加进去，几十毫伏就够，具体参考我在前面上传的资料。

NE602的1脚输入端加进测试信号，OSCB第六脚加进扫频仪的扫频信号，在4和5脚就会有混频之后的信号存在，可以单端输出，可以平衡输出，这里采用的是单端输出。

为了达到直流的频响，耦合电容就像低频放大器一样。放大器不需特别的计算，我就是根据手头的元件来配置的，三极管的工作电流大约1.5毫安左右。

这是一种十分简单的低通滤波器，由于对通带要求不是很严格，我直接采用色码电感和瓷片电容，上机前测试了一下，只要误差不是很大影响很小。这个滤波器的电路元件安装之后用虚拟扫频仪测试一下，元件无误就能成功。

由于该电路只有信号输入端子和扫频仪输入的信号是高频信号，电路处理起来很简单，但是一定要注意本振接口就在集成电路的管脚就近，千万别把走线弄长，以免信号泄露影响效果，必要的话，这根很短的走线两旁PCB板要用接地铜箔包围。

元件不多，可以全部安装之后再测试。测试的信号借助信号发生器，信号发生器最好是频率比较稳定、电平可以定量衰减的，简易的信号源也行，但是要注意信号强度，由于过于简易的信号源无法给出比较小的信号，大致确定灵敏度就不好评估。我实验的结果灵敏度可达-80dbm，最大输入电平不要超过-30dbm，与仪器的连线最好用同轴结构，而且需要全部的屏蔽，以免周围的干扰混进去造成试验困难。

由于这种方式类似所谓的零中频方式，被测信号与本振信号会产生零拍，零拍两边是混频的边带，这里就是我们需要的谱线。展宽的谱线中间会有一个凹坑，那个凹坑就是测试频率点。

谱线的幅值高度只有带宽合适、扫宽合适、扫速合适才能显示正常的幅度，如果一次扫完300兆周带宽，比较合适的扫速下需要几个兆周通带的滤波器才能满足，试验时，通过改变扫速、扫描带宽就会发现这一现象。

制作中遇到什么问题，请随时贴上来探讨切磋。

单行道023 · 发表于 2016-5-16 07:47:57

从头看到尾，需要慢慢消化，谢谢老师

jiangjieke · 发表于 2016-5-16 18:07:35

矿石1号发表于 2016-5-12 10:03
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。

请问老师，你那几个有源晶振有链接吗？我的虚拟NWT500能不能用？

JHXC · 发表于 2016-5-16 18:07:58

本帖最后由 JHXC 于 2016-5-16 18:13 编辑

小结一下，几种简易方式的频谱仪附件折腾告一段落。

实验了三种形式的电路，低中频一次变频、高中频二次变频、低通滤波器一次变频。从业余爱好的角度看问题，他们的长处与短处如下：（这里以NWT150为例）

            低通滤波器                      低中频                               高中频
中频频率 100-500KHZ                      10MHZ                                  10MHZ
中频带宽 200KHZ                      3KHZ -200KHZ                         3KHZ -200KHZ
频率范围  100KHZ-300MHZ       5KHZ-290MHZ                            5KHZ-150MHZ
灵敏度    ≦ -75dbm                ≦ -90dbm                                  ≦-70dbm
干扰       无                   中频镜像干扰                   杂散小于-70dbm
制作成本 10元左右             30元左右                   100元左右（仅电路元件）
制作难度没有难度             没有难度                      稍微麻烦
读频方式凹坑读数             减去中频                减去第一中频（指扫频仪的频率标志）
谱线幅值       与扫频仪有一个固定差

低通滤波器方式最为简单实用，只是低通不能弄得带宽太窄，分辨率差一点，不影响频率读出的精度；一次变频方式由于采用了有源晶体滤波器，最窄带宽可达几个千周以下，适合用来分析调制信号、振荡器的稳定度；高中频方式电路稍显复杂，采用温补晶振同样可工作在有源晶体滤波器的通带，也适合分析调制信号的成分、振荡信号的稳定度，但是扫频仪的频率资源利用率太低，300兆周的扫频仪只能弄出150兆周的最高频率，而低通几乎全部利用，低中频看中频的高低，中频越高利用率就要降低。

对于大多数业余使用，低通方式是一种比较实用和简单的方式，可以在业余折腾活动中用来方便的测试信号的频率和电压，比起示波器、频率计等仪器要方便的多，而且灵敏度很高。

多次变频没有什么优势，首先是扫频仪的频率资源利用率低，只能利用扫频仪的频率资源一半，而且制作要麻烦些，因为电路中信号的频率比较高，第一中频就要弄高，制作150兆周的中频放大器相对来讲需要一些经验，电路的布局也要讲究一点，最好是单元电路单独屏蔽好。

即使没有接触过频谱仪的爱好者，上述的简易方案也会百分之百的成功，这样一来，手头就多了一台实用的仪器，一定会给折腾增加不少方便！

songjiao · 发表于 2016-5-17 15:59:19

老师辛苦了，真是学习的好帖子

youjianbaba · 发表于 2016-5-20 11:32:45

老师,您好!
看了你折腾简易扫描仪,我认真地读了多遍,了解了些原理,
频谱仪就是用一个可变信号发生器通过混频的方式,将被测信号上下一定带宽内的所有信号一一扫描变成一带宽较窄的固定中频,然后测量中频电频,最后在横(X)坐标为频率,竖(Y)坐标为电平的坐标系中描点显示出来,不知这样理解对吗?

JHXC · 发表于 2016-5-20 13:31:02

youjianbaba 发表于 2016-5-20 11:32
老师,您好!
看了你折腾简易扫描仪,我认真地读了多遍,了解了些原理,
频谱仪就是用一个可变信号发生器 ...

是这样的。

无线电制作中，我们总是关心信号的频率和功率（电压或者电流），常规的测试用数字频率计测试频率，用高频毫伏表测试电压，现在的示波器在测试信号波形的同时也能测出频率来，但是他们都具有自身的特定，相对频谱仪测试信号来说，普通的方法灵敏度受到限制，而频谱仪的灵敏度比他们高出百倍以上，频谱仪还能分析信号的频谱特征，比方说调制信号的调制频率、调制深度、调制的宽度等等..........，当然还有很多用处。

频谱仪其实就是一个扫描接收机，与收音机原理类似，仅仅是显示的方式不同，调到什么频率的台其实就是一个测频操作，收音机的声音大小其实就是功率的含义，除了扫描，频谱仪也是可以采用人工手动调节频率的，此时与收音机的调台一样，只不过显示的是谱线，如果频谱仪的中频带宽适合广播收音带宽的要求，只要在中放之后接上解调电路就能收到声音了。

yucs · 发表于 2016-5-21 09:53:05

本帖最后由 yucs 于 2016-5-21 09:54 编辑

做个记号，好追踪讨论。本人已经到了“阎王不请自己去”的年龄，已经没有亲自实现这么有技术高度的DIY的雄心了，但还有学习的兴趣。

youjianbaba · 发表于 2016-5-23 15:02:37

本帖最后由 youjianbaba 于 2016-5-23 15:04 编辑

谢谢老师回复，看了您的介绍后，我准备也折腾一个简易的500M频谱，见下简图
混频器均是AD831有源混频

JHXC · 发表于 2016-5-23 23:32:53

youjianbaba 发表于 2016-5-23 15:02
谢谢老师回复，看了您的介绍后，我准备也折腾一个简易的500M频谱，见下简图
混频器均是AD831有源混频

你这个有特色！

我有两个建议，第一个是末级的中频滤波器的带宽，太宽频率分辨率会降低，但是它适会一次扫频几百兆周的埸合，如全景扫。太窄频率分辨率增高，但是它不宜一次扫描很宽的频率范围，如全扫，谱线幅度会降底甚至看不到。所以，至少需要两种通带，宽带用于宽范围扫频或全扫，这样就能很快见到未知的信号谱线，如里要精确测频，置于窄带并减少扫宽。太窄的滤波器在较宽扫频状态，需要很长的扫描时间，不利于快速测试。
再就是混频产物的干扰，需要合理的设置第一中频频率，混频输出的总是有两个边带，最好时只出现一个边带。

youjianbaba · 发表于 2016-5-25 17:29:12

JHXC 发表于 2016-5-23 23:32
你这个有特色！

我有两个建议，第一个是末级的中频滤波器的带宽，太宽频率分辨率会降低，但是它适会一 ...

主要是没找到100K-550M的频率发生器模块，不然只要一次变频就可以测试低频频谱

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