Spektrumanalysator med TV-Tuner

[AndersG]

Kanske smartare att bygga en 10x prescaler till min HP-räknare för framtida bruk......


Om vi återgår till ordningen så skulle ju ett linjärt svep vara att föredra. Nu har jag inget schema på tunern, men de flesta analoga tuners förefaller vara ganska simpla djur. Avstämningsspänningen läggs över ett gäng varicapdioder.


(http://hem.passagen.se/communication/pic/vcr_tuner.jpg)

En varicapdiod har en hyfsat rak respons, där kapacitansen är proportionell mot 1/roten ur spänningen.

bb131.jpg

Frekvensen igen är ju proportionell mot 1/roten(lc). Frekvensen är således proportionell mot fjärderoten av spänningen.

Således för att få ett linjärt svep borde man ta rampen som X-avlänkning och sedan samma ramp upphöjt i fyra till avstämningen, eller hur?

Frågan är hur man får till det snyggast? Sid 31 i "Application Note 31 Op Amp Circuit Collection" har en "Cube function" med fyra opamps.

Alternativt kan man ta två AD633 multiplikatorer efter varandra, vilket ger färre komponenter. Har någon andra förslag?

AD538 är ett, men den är ganska dyr, 113,66 € från Farnell

[hcb]

En mikrokontroller med PWM->DC-filter?

[AndersG]

Nänä.. Varför göra det enkelt? Analogt skall det vara!

[hcb]

Heh, jag väntade mig nästan det svaret från dig

Om jag får tummen ur under lunchen skall jag mäta upp signalen i vårt kabelnät med min nya Signalhound. Vi har FM-radio, nätverk, DVB-T samt analoga och digitala kabelkanaler.

[AndersG]

Inte så att jag iofs har något emot digitalt. Har byggt en massa med PIC etc, men detta projekt tänkte jag hålla analogt. Sedan kanske det blir en digital variant med, med en digital tuner.

Är tacksam om du kan mäta upp så jag kan jämföra litet.

[hcb]

Här kommer några bilder. Kom ihåg att jag är helt ny på det här med spektrumanalysatorer och inte känner mig helt hemma på hur man mäter Rätt(tm).
Signalen är den i koaxen in i huset, alltså inte den från TV-uttaget i väggen. Det satt en 20 dB dämpsats på ingången (samt en DC-blockerare). Anslutningen mellan stumpen RG-58 från SAn till F-hanen på TV-koaxen får nog betecknas som värsta fulkopplingen.
Lustigt nog var det i stort sett helt blankt i FM-bandet, men jag kan tänka mig att signalerna där är rätt låga jämfört med nätverkstrafiken. När vi tog TV-signal från den här kabeln sade EyeTV-programvaran att det fanns en mux vid 562 MHz och en vid 572 MHz (+/-, jag har inte siffrorna framför mig), men där var det också rätt dött. Dock fanns det fler signaler kring 740 MHz.

0--500 MHz.jpg

500-1000 MHz.jpg

100--300 MHz.jpg

570 MHz.jpg

750 MHz.jpg

840 MHz.jpg

[AndersG]

Tack!

Nu var det inte så enkelt detdär med lineariseringen. Testade plotta f/V på tunern mha frekvensräknare och en frisvängande oscillator. Fick den inte att gå över 86MHz dock, skall testa med en bättre transistor än en BC547 och dessutom löda ihop. Nu vad den på labbdäck.

Nåväl, den generella funktionen för en Varicap är:

Varivap.jpg

Om jag kollar på exvis NXPs varicappar så kan M variera från 0,5 till 6 ungefär. M=2 skulle ge en helt linjär funktion f/V, men sådan tur har man knappast... Har man otur så har dessutom tunern olika varicappar för de olika banden... Återstår att plotta tunern och sedan försöka hitta funktionen:

tunervf.jpg

[AndersG]

OK. Har plottat upp till 140MHz, vilket är så högt min 100MHz räknare går. Den är faktiskt hyfsat linjär, men faller av sista biten uppåt, vilket även syns på spektret. Sista muxen är utdragen i X-led. Idealt skulle alla vara lika breda (8MHz).

Svep.JPG

Nu undrar jag, skall nivåerna inom en mux verkligen variera så här?

[AndersG]

Har visst aldrig lagt upp bild på detektorkortet?

sa605a.JPG

[Ronny]

Angående det här med att få till en mer linjär funktion (VCO-frekvensen som funktion av styrspänningen) i det fall man konstruerar VCO'n själv.
Googla på "Hyperabrupt Varactor Diode", "Hyperabrupt Varactor" eller "Hyperabrupt varicap" så hittar du mängder med info om saken.

Exempel på hur karakteristiken kan se ut med sådana dioder.
CMOS inverter VCO tunes octave to UHF

----------------------------------------------------------------------
Om man väljer manuell avstämning av frekvensen via en potentiometer och använder "vanliga" kapacitansdioder kan det också vara möjligt att skapa en approx. linjär funktion (frekvens vs potentiometervridning) genom att välja en potentiometer av antingen linjär eller logaritmisk typ och parallellkoppla ett motstånd från löparen till en av de andra potentiometeranslutningarna. Med den kopplingen har man ganska stora friheter att skapa en funktion (spänning vs vridning) som kan linjarisera frekvens vs potentiometervridning. Jag använde den tekniken när jag konstruerade en LC-oscillator för ett tag sedan.
I det fallet var det 3 st. parallellkopplade BB809 som var anslutna till LC-komponenterna. I Octave plottades funktionen C(V) och fvco(C(V)) och en polynomanpassning gjordes som sedan användes för att beräkna resistansvärdena för potentiometern och parallellmotståndet. Det blev, i praktiken, en utmärkt linjär funktion. Tuningspänningen för VCO'n var i det fallet
inom området 0.5-4 V. Relativt begränsat område men ändå...ett enkelt sätt att få till en OK linjär funktion.
----------------------------------------------------------------------

[MiaM]

Jag följer tråden med intresse

Angående att du ser oscillatorns övertoner två gånger - kan det vara en spegelfrekvens? Frekvenserna ser ut att ligga rätt nära varandra, men det kanske är en "synvilla" och det du ser är kanske oscillatoröverton och strax invid spegelfrekvensen för nästa oscillatoröverton istället för spegeln för själva oscillatorövertonen? Med MF på 30-40MHz så torde väl spegelfrekvensen ligga 60-80MHz från önskad frekvens. Oscillatorn kanske strålar in på "fel" sätt (t.ex. via andra ledningar än antenningången) och på så vis lurar sig förbi det variabla ingångsfilter i tunern som rimligtvis hänger ihop med VCO-spänningen.

Vad gäller hur spektrumanalys av annat än rena "spikar" ser ut så har dyra-fina-köpe-speccor (oftast?) flera valbara bandbredder på sin tuner, och bandbredden väljs nog oftast automagiskt baserat på hur stort frekvensområde som man sveper, varpå samma signal kan se klart olika ut när det är digitaltv.

[AndersG]

@Ronny
Jag antar att man eftersträvar ett linjärt förhållande då man bygger en tuner. Vidare mätningar visar att den är hyfsat linjär, utom just på slutet:

tunervf.jpg

@MiaM
Jo, det kan säkert vara spegelfrekvenser. Skall försöka ta fram deras exakta frekvenser och räkna.

Edit: 107 resp 112MHz. Hoplöst att få flera utan en bra marköroscillator. 108 är ju en överton av 27. 112 kunde då vara övertonen under, plus mellanfrekvensen 31MHz? Jag har ju två mellanfrekvenser: Tunerns 38/31,5 samt 605'ans 10,7?

Arrgghhh... Hittar inte en enda vridkonding i skrotlådan!

[Ronny]

AndersG: Ja, om frekvenssvepet ej är linjärt blir avbildningen distorderad.
Samma sak om man sveper för snabbt i förhållande till filtrena i mätinstrumentets signalkedja (RBW vs VBW vs SWEEP time)

HP/Agilent har en bra serie med "Application Notes" om spektrumanalys/spektrumanalysatorer.
De finns i moderna utgåvor (i alla fall en del av dem) men originalen är från 70-talet och finns samlade på den här sidan:

HP AN 150 Series - Historical Application Notes

Du som är intresserad av DDS'er...varför inte bygga en DDS-baserad mer bredbandig första LO och en högnivåblandare följt av
filtrering/förstärkning istället för den där mediokra TV-tunern?

[AndersG]

Ja, avbildningen blir distorderad, men det kan jag kanske leva med. Skall ta upp kurvan exakt och se hur man kan justera den sedan.

Diskussionen om svep kontra bandbredd hade vi tidigare i tråden

Tack för länken. Skall kolla in i morgon.

Bygga med DDS. Ja, varför inte, men jag skall undersöka det här spåret först. Rent allmänt så går det knappast att bygga en bättre analysator än en kommersiell, speciellt om man jämför med en beg Tek eller HP, så därför är målet lägre satt. Jag känner mig inte heller riktigt bekväm med RF

Edit:
Länksamlingen var ju en guldgruva!

[Ronny]

Javisst, kör vidare på det analoga spåret.
Du borde kunna "kröka till" det hela med enkla analoga metoder för att få en mer linjär funktion.