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航空通訊頻譜監視系統(三)
像頻譜分析儀的接收機

No.25   1995 Jan.   p98~101,   by 林茂榮 / BV5OCxxx/BVxxx



    所謂「頻譜分析儀」 (SPECTRUM ANALIZER),簡單的說,就是在類似示波器的螢幕上 ,以橫軸代表頻率,縱軸代表振幅,以顯示頻率分布狀況。頻譜分析儀所能涵蓋的頻 率範圍極大,它能讓你在廣範圍頻率內,去監視有那些頻率有多強的訊號存在......

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圖一:頻譜分析儀的另外一個用途,是作為全段頻率分析儀 (PANADAPTOR)。

頻譜分析儀的用途

    當然,不同場合有不同應用,但是若拿通訊方面來說,就有數不盡的方便。拿主管無 線電當局來說,它可以利用頻譜分析儀,在某一區域內,追蹤有那些無線電訊號活動 、了解某區域內的無線電交通情況。另一方面,它亦可檢查發射機的諧波分佈狀況, 諧波愈小,表示系統愈好。

    利用頻譜分析儀更可以得知發射機的調諧線路情況,也可以很方便地測知,天線調諧 器的效果如何。除此之外,利用頻譜分析儀,也可以很快找出雜訊源。因為當產生交 越失真的,會出現無數個頻率,只要利用頻譜分析儀,測量分析此類雜訊,在螢幕上 便可一目了然。頻譜分析儀的另外一個用途是,它可以做為「全段頻率的監視儀」 (PANADAPTOR),參看圖一,基本上,它可以稱做頻譜分析儀,但是,已通常應用在接 收機的附屬設備,所以給了上述的特定名稱。

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圖二:利用可模擬頻譜的接收機,監視中頻輸出。

    專業的接收機,會在第一級混頻器的輸出與第一中頻濾波器輸入之間,拉出一訊號, 供做全段頻率分析儀的輸入訊號。也可以說,若把頻譜分析儀,限制在監視接收機寬 中頻線路者,就稱為全段頻率監視儀。它可以用來監視以該中頻為中心的一小段頻率 被占用情形。這樣,你就可以看到該接收機目前接收頻率附近的一些電台活動,而不 是只能聽見一電台的聲音。

    這樣可以看到的訊號,頻率範圍通常有數百 KHz 之廣,參看圖二。它是利用可模擬 頻譜的接收機,監視中頻輸出,可以看出附近有幾個頻率有電台存在。

    利用全段頻率監視儀,業餘無線電人員很容易可以目視空下來的頻率,這對網路的主 控台要找附近空閒的頻率,更是方便又快速。


頻譜分析儀的原理

Fig 3
圖三:簡單的頻譜分析儀方塊結構。

    參看圖三,是一部典型的頻譜分析儀結構。從天線或其他訊號源進來的訊號,在混頻 器與本地振盪訊號作用產生中頻。這裡的本地振盪器比較特別,它是可利用電壓大小 來控制振盪頻率的振盪器,此稱之為壓控可變振盪器 (VTVFO)。

    利用鋸齒波產生器所得到的鋸齒波,一方面供給示波器的橫 (X) 軸,另一方面用來 控制在接收機內的壓控可變振盪器。接收機的中頻輸出先經由濾波器線路之後,做放 大並送給檢波器,便可產生一直流訊號。利用這種方式,經由控制本地振盪器的掃描 頻率,便可以顯示出對輸入訊號感興趣頻譜內所含的成分。


自製頻譜分析儀

    圖四就是一個簡單的頻譜分析儀線路,所有的射頻相關線路,是以 NE602 IC 為中心 ,其中主要的線路是混頻器及本地振盪器。而 NE602 內部的本地振盪器可以組成壓 控可變振盪器。

    在 VT 端加一鋸齒波,U1 便可以產生掃描頻率,這由 NE602 內部產生的掃描訊號, 與天線輸入的電台或待測射頻訊號,在混頻器作用,產生了中頻。天線取得的訊號在 輸入 U1 的第 1、2 腳之前,先經由調諧線路。

Fig 4
圖四:以 NE602 IC 為中心的頻譜分析儀線路。

    L2 及 L3 可以自製,也可以採用現成的的零件修改。自製的話,使用 T-37 (紅色) 或 T-50 (黃色) 的環型磁蕊繞製。以 26 號漆包線,初級繞 3~4 圈,次級繞 18 圈 。這樣,初級的電感量大約是 0.16uH ~ 0.27uH,次級則約在 5.3uH ~5.5uH 左右。

    利用現成的中頻變壓器來改裝也可以。就是使用 10.7MHz 的中頻變壓器,把底座內 的電容去除即可。但是這個時候,原本初級變成現在的次級,也就是初級與次級要倒 著用。

    中頻訊號的輸出是 U1 的第 5 腳。這裡所採用的是陶瓷濾波器,它的中央頻率在 455KHz,頻寬則為 4KHz。中頻訊號經過這道濾波手續之後,被送到 U2 去,它是一 個中頻放大 IC。經過放大的中頻訊號,經由 T1 變壓器耦合後,就由 D2 進行檢波 ,如此取得的直流訊號可代表某頻率的訊號強度,它送給示波器的縱 (Y) 軸。


控制頻率範圍

    D1 是變容二極體 NTE614,它並聯 33pF 電容後,使用在如圖四的本地振盪器線路內 ,振盪頻率可以在 10MHz ~ 15MHz 之間。

    這裡並聯小電容,除了可以控制振盪頻率外,還可以稍微改善掃描的線性關係。你可 以依實際需要,選用不同的變容二極體,例如在高頻線路中,有用 33pF 或 100pF, 也有使用 365pF 者。但是,不論如何,請注意這裡的頻率與電容量的平方根成反比 。像圖四內那樣,在 D1 上並聯一固定或可變電容,可以控制振盪頻率的範圍。

Fig 5
圖五:把鋸齒波與可調整的直流電壓相混合,這樣就可以利用可變電阻 R10 來調整中央頻率。
Fig 6
圖六:針對線性這個問題做改善。鋸齒波控制訊號進入 Vt 去控制一對陰極與陰極相 並在一起的變容二極體,這樣可以改善線性關係。

    另一種控制頻率範圍的方法是,改善 VT 的相關輸入線路,原本它是直接接受鋸齒波 。但是如圖五所示,可以把鋸齒波與可調整的直流電壓相混合,這樣,就可以利用可 變電阻 R10 來調整中央頻率。

    至於掃描的頻寬,則可以控制鋸齒波的振幅。當然,利用變容二極體來控制振盪頻率 的一個主要問題是,振盪頻率與控制變容二極體的電壓,並沒有線性關係,參看圖六 ,則是針對這個問題做改善。

    鋸齒波控制訊號進入 Vt,去控制一對陰極與陰極相並在一起的變容二極體,這樣可 以改善線性關係,也就要適合做為頻譜分析儀,或全段頻率監視儀的應用。但是,從 L1 方向看去,電容量卻減半了,這是因為從 L1 看 D1 及 D2 變容二極體,是串聯 的,因而電容量減半。《下期待續》 END



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