www.cqham.ru

\главная\р.л. конструкции\трансиверы\...

Прибор "Динамика" на "западный" манер, часть II: Многотональный измерительный генератор MTG1, конструкция DL7IY.

Detlef Rohde, DL7IY. Статья опубликована в журнале QEX, December, 1994, рр. 3-6
Для проверки самодельной аппаратуры требуется качественный многотональный сигнал-генератор. Здесь описывается один из таких генераторов, довольно простой в постройке.

   Он состоит из TTG1 – звукового двухтонального генератора, представленного в немецком радиолюбительском журнале “CQ-DL” [1]. Это устройство полезно при оценке линейности SSB  передатчиков и усилителей. К этому, MTG1  добавляет ещё двухтональный ВЧ сигнал, необходимый при измерении параметров приёмников на больших сигналах. В одном корпусе с вышеупомянутым смонтирован и так называемый генератор игольчатых импульсов (маркерный генератор), который выдаёт набор меток с постоянной амплитудой (от -73 до –67 дБм) с интервалом в 50 или 100 кГц. Эта часть MTG1 полезна при измерении параметров приёмников и также при других измерениях.

 При использовании современных компонентов, получается компактное устройство как видно на фото Рис.1.

 

Рис.1. Вид прибора MTG1 в сборе

 

Вид работы

  MTG1 содержит три независимых кварцевых генератора, напряжения которых выведены на три отдельных гнезда. Звуковые сигналы F1 и F2 формируются из сигнала опорного генератора, работающего на частоте 14,240 МГц.  Как и в TTG1, фильтрация с помощью ФНЧ двух сигналов прямоугольной формы позволяет получить двухтональный синусоидальный сигнал с очень малыми искажениями. Очень простой МОП генераторный чип с двоичными делителями (4060) выдаёт сигнал тактовой частоты 222,5 кГц для фильтра с переключением конденсаторов МАХ293 фирмы Maxim. Частота среза ФНЧ по уровню -3 дБ  устанавливается этим тактовым сигналом равной 2,225 кГц. Сигналы прямоугольной формы с частотами следования 1,738 кГц (F2) и 13,9 кГц могут быть сняты с выводов 2 и 13 чипа генератора, соответственно.

 Чтобы получить два сигнала, не содержащих гармоник в полосе пропускания SSB фильтра, сигнал с частотой 13,9 МГц делится на 10, для получения частоты 1,39 кГц (F1). Обычно SSB фильтры имеют полосу пропускания 2…3 кГц, так что модуляционные продукты высших гармоник сигналов основных частот

 

 

Подробнее

 

Рис. 2. Принципиальная схема MTG1.

       LP – ФНЧ. Clock – ГТИ. Balance – балансировка – уравнивание амплитуд двух однотональных сигналов в двухтональном. AF OUT – Выход ЗЧ. F2 OFF- выключатель второго тона в двухтональном сигнале. NPG OFF – выключатель маркерного генератора (генератора игольчатых импульсов). RF OUT – Выход ВЧ. PULSE OUT – Выход импульсов маркерного генератора.

Т1: 14 витков двойным эмалированным проводом #22 на сердечнике Siemens R10 N30 или AMIDON 23-72. L1, L3 – 3 мкГн – 22 витка эмалированного провода #22 на сердечнике AMIDON T50-2, L2 – 3,5 мкГн - 24 витка эмалированного провода #22  на сердечнике AMIDON T50-2.

 

хорошо подавляются кварцевым фильтром  и не присутствуют на выходе сигнального тракта, если SSB фильтр хорошо работает и тракт линеен. Для однотональных измерений, сигнал F2 может быть выключен.

  Радиочастотный двухтональный сигнал формируется следующим образом. Опорный сигнал частотой 14240 кГц, который можно снять с вывода 9 чипа генератора, выделяется и делится на 4 сверхбыстрым двоичным делителем (74АСТ163). Сигнал  прямоугольной формы с TTL уровнями и частотой следования 3560 кГц (F3) появляется на выводе 13 микросхемы 74АСТ163. Второй опорный генератор способствует появлению другого ВЧ сигнала частотой 3580 кГц (F4) аналогичным образом. Частота этого опорного генератора 14320 кГц.

 Для смешения двух сигналов прямоугольной формы используется пассивный мост (Combiner) [ 2 ]. Последовательно включенные резисторы минимизируют возможность появления внутренних интермодуляционных искажений в выходных  


 

Рис. 3. Спектр двухтонального ВЧ сигнала, выдаваемый MTG1.

 

каскадах двоичных делителей. Аттенюатор с ослаблением в 10 дБ установлен в сигнальном тракте на выходе смесителя (Combinera), чтобы меньше нарушать симметрию моста, элементы которого выполнены на чип- металлоплёночных резисторах, подобранных с большой тщательностью, при изменении нагрузки. После сведения (смешения) двух отдельных сигналов в одну их совокупность, последняя пропускается через 7-элементный ФНЧ с Чебышевской характеристикой, чтобы подавить высшие гармоники, с целью получения синусоидального выходного сигнала. Элементы этого фильтра не должны быть перегруженными сигналами по входу (- 3 дБм на каждом). Это особенно относится к используемым катушкам, так их сердечники могут оказаться насыщенными, что может привести к  генерации гармоник и появлению продуктов интермодуляции. Кольцевые сердечники из порошкового железа AMIDON T50-2 являются хорошим выбором, несмотря на то, что плавная подстройка величины индуктивности с кольцевыми сердечниками не является возможной. Подстройка может быть осуществлена изменением ёмкости, применяемой совместно с индуктивностью катушки, намотанной на кольцевом сердечнике. Если нет анализатора спектра, то для наблюдения за уровнем гармоник можно использовать связной приёмник. Но, будьте внимательны! Приёмник может быть перегружен большим (- 7 дБм) уровнем сигнала основной частоты (первой гармоники), что приведёт к появлению комбинационных частот,


Рис. 4. Сигнал MTG1 – на экране осциллографа.

 

отсутствующих в спектре сигнала генератора. Используйте ступенчатый аттенюатор на входе приёмника и уменьшайте им уровень сигнала до тех пор, пока уровень гармоник перестанет уменьшаться [ 3 ]. (Это же устройство (аттенюатор) необходимо  и при большинстве измерений, проводимых с MTG1, таких как нахождение точки пересечения третьего порядка , IP3, приёмника).

 После установки, приемлемого для измерений, уровня выходного сигнала генератора, настройте фильтр по максимальному подавлению гармоник. На выходе фильтра фиксированный аттенюатор (3 дБ) уменьшает влияние приёмников, входной импеданс которых отличается от 50 Ом. Выходной уровень в – 7 дБм  каждой несущей  может вызывать в любительских приёмниках появление интермодуляции. Аппаратный анализ спектра сигнала генератора не обнаружил заметных комбинационных составляющих во всём динамическом диапазоне анализатора спектра (Рис.3). Анализ двухтонального сигнала во временных рамках, т.е., такой как на экране осциллографа,  можно видеть на Рис. 4.

 Для определения собственного IP3 генератора, которая оказалась, кстати, на уровне 26,5 дБм, был использован приёмник с высоко-динамичным входом (IP3 = 36 дБм), разработанный Michaeloм Martin’ом, DJ7VY. Это вполне удовлетворяет большинству радиолюбительских измерений, но не подходит для профессиональных измерений, где необходимо измерять динамический диапазон более чем в 90 дБ в приёмниках, являющихся достижениями современной электронной техники (однако, дорогих и не ставших общедоступными). Чтобы провести такие измерения, необходимо взять два генератора с выходной мощностью 100 Вт, ослабить и смешать их сигналы, чтобы получить большой динамический диапазон по интермодуляции.

 Маркерный генератор “гребёнки” (игольчатых импульсов) в MTG1 подобен публикуемому другими авторами [ 4 ].

 Следующий (третий) опорный генератор, работающий на частоте 8 МГц, позволяет получать на выбор частоту  500 кГц или 1 МГц после двоичного делителя на 16 (74HCT163). Декадный последующий счётчик (74HC4017) обеспечивает получение, соответственно, сигналов с частотами 50 и 100 кГц. Чтобы сформировать “игольчатые” импульсы с крутыми фронтами, используется классический формирователь импульсов, использующий быстродействующий TTL элемент И-НЕ (74S00). Имеется небольшая задержка прохождения импульсов на выход 4 нсек или меньше. Этот генератор гребенчатых импульсов не является идеальным, имеет бесконечный спектр гармоник в частотном плане, но является полезным при измерениях в КВ диапазоне. Выходной уровень сигнала настраивается на - 67 дБм для меток 100 кГц с помощью фиксированного аттенюатора; 50-кГц метки на 6 дБ ниже по уровню (-73 дБм).  Точность измерений, обеспечиваемая маркерным генератором, зависит, в основном, от правильности установки уровня меток. Допустима, часто получающаяся на практике, разница в уровне чётных и нечётных гармоник в 0,5 дБ, так что от этого и будет зависеть  точность получаемых результатов.

 

Измерения с помощью MTG1

  350 Гц - интервал между звуковыми испытательными сигналами, выдаваемыми MTG1, удобен для осциллографических наблюдений выходных сигналов тестируемых передатчиков. Вы без труда сможете обнаружить эффект от перекачки или неправильно выбранной рабочей точки у Вашего, так называемого, “линейного” усилителя. Проследив за прохождением сигнала по каскадам тракта с помощью осциллографа можно обнаружить нелинейный каскад, вносящий искажения в контрольную “картинку”. Если всё настроено правильно, то форма сигнала будет похожа на приведённую на Рис. 4. Уровень сигнала, поступающий с MTG1 должен соответствовать таковому, обычно, подаваемому с микрофона. Низкий уровень фазового шума в сигнале, обеспечиваемый MTG1, позволяет проверять генераторы в приёмниках, работающие в схемах с петлёй ФАПЧ. Наблюдая различные комбинационные частоты маркерного генератора, я обнаружил плохую работу системы ФАПЧ в моём ICOM IC-735. Это не сложно обнаружить, так как тон биений будет нечистым, на некоторых метках будет наблюдаться шум, подёргивания и т.п. Двухтональный метод исследования качества приёмников известен давно и описан в справочниках ARRL. Очень чистый сигнал, получаемый от MTG1 с его высокой спектральной частотой, позволяет обнаружить неудовлетворительную работу любительских синтезаторов с системой ФАПЧ, обладающих большим уровнем шума. Несколько лет назад я проводил измерения на трансивере FT-757GX  фирмы Yaesu. Можно было видеть, что показания S-метра не опускаются  ниже S9 между двумя разнесёнными на 20 кГц несущими. Значит, слабый сигнал, попадающий в промежуток между сильными не будет зарегистрирован, будет подавлен. Частотные характеристики приёмников или усилителей могут быть построены измерением амплитуд спектральных линий маркерного генератора на выходе измеряемого устройства измерителем выхода. S-метр приёмника может быть использован для определения того, где приёмник более или, наоборот, менее чувствителен. Маркерный генератор также полезен при определении шумового порога (уровня  шумов). Сигнал с этого генератора также может быть использован для широкополосных измерений, как, например, сигнал генератора шума от шумового измерительного моста. В союзе с частото-избирательным детектором (связным приёмником), ВЧ мостом и переключаемым аттенюатором можно проводить операции  по согласованию импедансов  устройств. Намного удобнее наблюдать слабые сигналы на определённой частоте, чем вылавливать разницу в шумовом сигнале, для того, чтобы получить высокие обратные потери  хорошо  согласованного устройства.
 

“Тайны”  конструкции

  MTG1 размещён в небольшой алюминиевой коробке со слотами в боковых стенках, которые служат держателями для печатных плат. Печатные платы – универсальные, двухсторонние со сплошной металлизацией с одной стороны (под общий провод). Чтобы уменьшить размеры MTG1,  применяются малогабаритные детали для поверхностного монтажа  (SMD). Обычно три части MTG1 используются отдельно, поэтому нет необходимости в экранировке их друг от друга. Переключение блоков производится переключением напряжения питания. Хорошая экранировка необходима  на выходе маркерного генератора (см. стрелку на Рис. 1). Убедитесь, что маркерный генератор отключен, когда используются ЗЧ и ВЧ двухтональные генераторы. Смеситель и выходной фильтр смонтированы вместе со входными и выходными аттенюаторами на отдельной плате. При использовании катушек с переменной индуктивностью необходимо избегать их взаимной связи, используя хорошую экранировку металлическими экранами. При использовании катушек на ферритовых сердечниках, - экранировка не обязательна..

 

Заключение

 Все схемы в MTG1 известны и публиковались в радиолюбительской литературе [ 5 ]. Такое построение оправдано простотой конструкции, наличием небольшого количества настроечных операций, по отношению к другим ранее публиковавшимся, а использование интегральных узлов позволяет ещё и уменьшить размеры устройства, обеспечивает дешевизну и общедоступность. Обычный  “шэк” радиолюбителя превращается в серъёзную радиолабораторию, когда в нём появляются приборы, подобные MTG1. Такой прибор особенно важен,  когда нет под рукой анализатора спектра, может быть использован в практике радиолюбителя при конструировании самодельных приборов и устройств. MTG1 поможет Вам выбрать и проверить приобретаемую с рук и новую аппаратуру.

  Автор статьи(DL7IY) – член технической комиссии института им. Генриха Герца в Берлине,  известен своими исследовательскими работами, особенно в области оптико-волоконной связи.

Литература: 1. Rohde, Detlef, DL7IY – “Zweitontestgenerator TTG-1” – CQ-DL, October,

             1994

           2. The ARRL Handbook for the Radioamateur,1994, pp. 2 – 45

           3. The ARRL Handbook for the Radioamateur,1994, начиная с  p. 25 – 37

           4. Waxweiler, Richard, DJ7VD – “Eichmarkengeber mit definierten

             Markenamplitude…” – CQ-DL, August, 1978, pp. 348 – 349

           5. Waxweiler, Richard, DJ7VD – “Hochfrequenz-Zweitongenerator” - CQ-

              DL, September, 1980, pp.412 – 414.

 

Свободный перевод с английского:         Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень               декабрь, 2002 г

Возврат