Анализатор спектра

 

 

Введение

 

Данный анализатор разрабатывался для применения в качестве поискового устройства и для отладки передатчиков. При разработке ставились задачи создать недорогой, портативный анализатор, конструкция которого легко повторяется и основана на готовых узлах ранее разработанных и опубликованных в печати и в средствах Интернет.

Требования к характеристикам вытекают из основного предназначения прибора – поиск радиозакладок. Не претендуя на  обнаружение высокотехнологичных закладных устройств, определим основные характеристики прибора, необходимые для поисковых мероприятий.

1.                      Прибор должен содержать в своём составе FM демодулятор для прослушивания и идентификации ЗУ.

2.                      Прибор должен отображать форму сигнала, уровень принятого сигнала, рабочую частоту.

3.                      Основные, доступные радиозакладки работают в диапазоне 60-108мГц, 110-170мГц, 350-450мГц., следовательно, данные частоты должны быть перекрыты рабочим диапазоном частот анализатора.

4.                      Предполагается, что анализатор будет работать совместно с прибором для определения расстояния до радиозакладки (смотрите статью «Прибор для определения расстояния до радиозакладки»), т.е. поиск будет происходить в нутрии помещения на расстояниях «прямой видимости» от радиопередатчика. Исходя из этого, требования  высокой чуствительности по входу приёмника анализатора не предъявляются, это должен быть приёмник ближней зоны. Кроме того, в анализаторе должен быть предусмотрен звуковой выход для стыковки с прибором для определения расстояния до радиомикрофона.

 

Принципы построения и характеристики

1.                      Для того чтобы работать в заданном диапазоне частот, необходим приёмник с частотным диапазоном выше 450 мГц. Данным условиям, с учётом доступной цены и простого исполнения, являются приёмники, сконструированные на основе телевизионных СКВ с расширенным диапазоном. Первоначально в анализаторе был применён СКВ TDQ-38 c последующей обработкой сигнала ПЧ с помощью приёмника с двойным преобразованием частоты, выполненным на микросхемах К174ПС1 и К174ХА6. Данный анализатор мог работать в диапазоне частот 50-870мГц с максимальной шириной обзора 8мГц. Данные характеристики отвечали предъявленным требованиям, но конструкция содержала явные недостатки. Косвенное и неточное измерение частоты, небольшие «дыры» в частотном диапазоне, нестабильность приёмника.

2.                      Появление в печати описания приёмника «SEC-850» способствовало существенному улучшению конструкции, позволило на основе цифрового СКВ и схеме управления приёмника «SEC-850» создать прибор по удобству пользования намного превосходящий первоначальный вариант анализатора. Прежде всего, решилась задача точного отображения рабочей частоты и стабильности приёмника. К сожалению, ширина обзора в этом варианте не превысила 1мГц, но очевидные преимущества заставили идти на компромисс.

3.                      В качестве генератора пилообразного напряжения взята многократно опробованная схема из статьи «Анализатор спектра» В.А. Скрыпник.

4.                      В качестве осциллографического устройства применена простая, малогабаритная схема, описанная в статье «Проектируем и строим осциллограф» И.В. Городецкий. В качестве ЭЛТ применена трубка от осциллографа ОМЛ-2М.

Технические характеристики анализатора:

- рабочий диапазон частот – 50-850мГц;

- максимальная ширина обзора – 1мГц;

- шаг перестройки приёмника 50кГц;

- цифровое отображение частоты;

- режим перемещения по частоте – «ручной» или «сканирование»;

- отображение уровня принятого сигнала – десятиразрядная светодиодная шкала;

- встроенный демодулятор WFM, NFM;

- контроль звука через внутренний громкоговоритель или наушники;

- питание  ~220V;

- габариты: 255х172х75мм;

- масса – 8кг.

 

Блок схема

Блок схема анализатора приведена на рис.1. В состав прибора входят

- СКВ;

- блок управления и индикации;

- контрольный приёмник;

- блок узкополосного приёма;

- блок анализатора;

- блок осциллографа;

- блок питания.

 

Схема прибора

1.                      Как уже говорилось, за основу анализатора взята схема блока управления примененная в приёмнике «SEC-850». Данный узел полностью заимствован, отличия составляют – упразднение ИК приёмника (следовательно ДУ), отказ от АРУ и введение ручной регулировки усиления СКВ (на блок-схеме R101 - 33кОм, VR 101 - 50кОм. Обозначены «УРОВЕНЬ»). Схема данного узла не приводится, т.к. достаточно подробно описана в журналах «Радио» за 2002г., а также на доступных ресурсах Интернет - http://www.sazonik.narod.ru. Тип СКВ так же рекомендован в данных источниках.

2.                      С выходов СКВ – IF (контакты СКВ 10,11) ПЧ сигнал попадает на контрольный приёмник, рис.2. Через усилитель на VT1, и фильтр CF1 (телевизионный фильтр с параллельным каналом звука от телевизоров «Panasonic»), ПЧ сигнал частотой 31.7мГц попадает на вход приёмника, с двойным преобразованием частоты, выполненным на DA1 (TA2003). Микросхема включена согласно справочным данным, Контур 10.7мГц, от китайской «мыльницы», с сиреневой маркировкой. Применение данной микросхемы позволило существенно уменьшить размеры конструкции и свести к минимуму настройки приёмника.

К выходу фильтра СF2 (10.7мГц) подключен S-метр, выполненный на усилителе (VT2), детекторе (VD1, VD2), индикаторе (DA4, HL1 – HL10).

К одному из светодиодов индикатора S-метра (по схеме HL3) подключен оптрон PC1, с помощью которого реализована система шумопонижения (совместно с VT4) и торможения режима сканирования приёмника.

Выходной сигнал с приёмника через регулятор громкости (VR1) поступает на усилитель НЧ, выполненный на микросхеме DA3, включенной согласно справочным данным. Нагрузкой УНЧ служит малогабаритный динамик 0.5 Вт, 8ом или наушники.

Питается приёмник (DA1) напряжением 5В, преобразованным из 12В интегральным стабилизатором DA2. УНЧ, S-метр, входной усилитель питается 12В.

В качестве вспомогательной функции приёмника, возможно дополнение схемы устройством выделения видеосигнала. Для этого предлагается использовать схему телевизионного СМРК (DA5), подключенного к соответствующим выводам фильтра CF1.

Все компоненты приёмника стандартны за исключением контура L1, С6, настроенного на частоту ПЧ 31.7 мГц., именно он нуждается в настройке. Если у вас нет необходимого оборудования для настройки этого контура, вы можете произвести его настройку по максимальному значению S-метра входящего в состав приёмника. Для этого, приняв тестовый сигнал (или известной станции), регулировкой сердечника L1 добейтесь максимального значения показаний S-метра.

3.                      Блок узкополосного приёма полностью заимствован из конструкции приёмника «SEC-850» и в данном материале не приводится. Нужен ли данный блок при шаге перестройке 50кГц - решать вам, мне он пригодился.

4. К выходу IF СКВ также присоединён блок анализатора (Рис.3).

На микросхеме DA1 построен смеситель и генератор Качающейся частоты. Управляется ГКЧ пилообразным напряжением, приходящим с блока осциллографа, изменением ёмкости варикапа VD1, включенного в частотозадающие цепи ГКЧ. Питается микросхема напряжением 5В от интегрального стабилизатора DA2. Выделенный сигнал через усилитель VT1 и фильтр CF1 (10.7мГц.) поступает на усилитель VT2 – VT4. Далее сигнал поступает на амплитудный детектор (VD2, VD3) и систему АРУ (VT5). С выхода детектора через ёмкости С100, С101, регулируемое сопротивление VR100 поступает на вход «У» блока осциллографа.

Настраивается блок анализатора в следующем порядке. Движок подстроечного резистора VR2 устанавливается в левое по схеме положение. Блок анализатора присоединяется к блоку осциллографа. К входу ПЧ припаивается отрезок провода в качестве антенны. Далее необходимо использование ВЧ генератора для возбуждения тестового немодулированного сигнала частотой 31.7мГц. Регулировкой L1, С6 добейтесь появления огибающей сигнала в центре ЭЛТ блока осциллографа. Регулировкой VR1 и L2 добейтесь «красивой», симметричной картинки. Далее увеличивая мощность тестового сигнала 31.7мГц., регулируя VR2 добейтесь режима работы АРУ при котором картинка сигнала не искажается.

5.                      Блок осциллографа (Рис. 4) заимствован из статьи «Проектируем и строим осциллограф» И.В. Городецкий, «СОЛОН-Р» - Радиолюбителям, выпуск 14. Изменения в конструкции коснулись узла формирования пилообразного напряжения (VT1, VT2) и введением построечного резистора VR7. Останавливаться на описании данного узла в объёме данной статьи не имеет смысла, вся информация есть в первоисточнике.

6.                      Блок питания (Рис.5) выполнен из условия наличия необходимых напряжений: -1000В, +170В, +19.5В, +12В, +5В, -5В, +31В, ~6В. Реализован блок на трансформаторе от осциллографа ОМЛ-2М. Схема никаких особенностей не содержит. Альтернативный вариант  блока питания с использованием импульсного преобразователя от 12В, приведён на рис 6.  Выполнен на ШИМе DA4, включенным согласно справочнику, тоже никаких особенностей не содержит. Замечу,  что импульсник давал заметные помехи, для чего его пришлось экранировать. Габариты экранированного ИПБ вместе с источником 12В не вписались в данную конструкцию и выбор был сделан в пользу трансформаторного Б.П.. Прибор с данным БП в принципе гонялся непрерывно в течении 6 часов в закрытом корпусе. При этом трансформатор заметно нагрелся. Видимо, для длительного использования прибора необходимо ввести дополнительный источник  для питания приёмника и блока управления и индикации.

 

Заключение

Конструкция анализатора конечно «сырая» и требует доработки, но даже в таком виде функциональна и удобна. Решены практически все поставленные при разработке задачи: небольшие габариты, точное определение частоты принятого сигнала, достаточно качественный аудиоконтроль, небольшая стоимость. Замечу, что применение заводского малогабаритного осциллографа, даже радиолюбительского улучшит качество «картинки» принятого сигнала, но возрастут габариты конструкции.

Дальнейшая модернизация анализатора, я думаю, пойдет в следующих направлениях:

1.                      Применение ЖКИ индикатора в блоке осциллографа.

2.                      питание конструкции от внутренних аккумуляторов.

Список литературы

 

1.      Журналы «Радио» 4-8, 2002г. «Приёмник SEC-850»

2.      http://www.sazonik.narod.ru.

3.      В.А. Скрыпник «Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры». Москва «Патриот» 1990г.

4.      И.В. Городецкий «Проектируем и строим осциллограф», «Солон-Р», Радиолюбителям вып.14 2002г.

5.      И.П. Шелестов «Повышающие напряжение импульсные преобразователи», «Радиолюбителям полезные схемы» книга 4, «Солон-Р» 2001г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Блок контрольного приёмника

 

 

 

Блок контрольного приёмника

 

СПЕЦИФИКАЦИЯ

 

 

Катушка L1: намотана на каркасе диаметром 4мм, проводом 0.51мм, 9 витков, сердечник латуневый.

Контур L2C8 – стандартный 10.7 мГц, маркировка серенивая.

Контуры L3C27, L4C28 – стандартный 38 мГц, от телевизионного УПЧ.

 

 

Рис. 3. Блок анализатора

 

 

 

 

 

 

 

Блок анализатора

 

СПЕЦИФИКАЦИЯ

 

 

Катушка L1: намотана на каркасе диаметром 4мм, проводом 0.51мм, 9 витков, сердечник латуневый.

Контур L2C9 – стандартный 10.7 мГц, готовый от «ВЕГИ РМ-250С»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Блок осциллографа

 

 

Блок осциллографа

 

СПЕЦИФИКАЦИЯ

 

 

Рис. 5. Блок питания

 

 

 

 

Блок питания

 

СПЕЦИФИКАЦИЯ

 

 

Применён трансформатор от осциллографа «ОМЛ-3»

 

 

Рис. 2. Блок питания

 

 

 

Блок питания

 

СПЕЦИФИКАЦИЯ

 

 

Применён трансформатор: кольцо ферритовое К32Х20Х6,

 

W(1,2) - 8 витков ПЭЛ1

W(3,4) – 8 витков ПЭЛ1

W(5,6) – 220 витков ПЭЛ0.25

W(7,8) – 11 витков ПЭЛ0.8

W(9,10) - 500 витков ПЭЛ0.25

W (11,12) - 8 витков ПЭЛ1

W (13,14) - 8 витков ПЭЛ0.8

W (15,16) - 6 витков ПЭЛ1