RF Analyzer

RF Analyzer の紹介

JA2NKD 松浦さん が発表された Arduino を使用した RF Analyzer に興味を
 持ち、組立てに挑戦していましたがようやく完成しました。
●操作方法などの詳細は、上記松浦さんのブログを御覧ください。
●この Analyzer には、先日紹介した SOL506-1 SOL507-1 基板を使用した
 ユニットを使っています。

Spec
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■RF Analyzerf0175344_11223376.jpg
・使用したケースは、 YM-100 ですが、もう一回り大きいほうが苦労せずに済んだようです。
・ウサギ小屋と呼ばれている小さい家に住んでいるので、小形の物が好きになったのかも知れません。
・006P乾電池は大きさの比較のためで、これで動作させる訳ではありません。
・でもアルカリ型の006Pを使えば、1時間程度は使用できるかもですが
 内蔵するスペースも無いので外部電源で使用することにしました。
・パネル面の止めネジは、丸皿ネジを使用したいところですが近くのホームセンターには
 皿ネジしか売っていません。
・もっとも、1mm厚のパネルにM3の皿モミは無理を承知で・・・・・。


■回路図
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・基本的には、JA2NKD OM の回路を踏襲しています。
・変更した部分は、回路図右下のSGの出力レベルを一定に保つALC回路です。
・SGの出力レベルは、10kΩの半固定抵抗で設定します。
・また、以前作ってあった [Arduino DDS VFO基板] をマザーボード的に使用したので
 そのスイッチの結線に合わせ、Sketch のポート指定を変更しました。
・残念ながら私はソフト設計が出来ませんが、何とか Sketch のポート指定の変更や
 描画角度の変更はできます。
・消費電流は、約230mAです。


■内部-1
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・カバーを外した内部の写真です。
・マザーボード的な基板に、SOL506-1基板、Arduino nano基板と背面には 2.2inch LCDが
 載っています。
・LPF と ALC回路は不要基板を流用し、かなりアクロバチックな小基板になっています。


■内部-2
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・SOL506-1基板、Arduino nano基板を取外した写真です。
・各ユニット用のソケットはロープロファイル型のソケットを使用し、ユニット側の
 ピン端子もそれに合わせ切断してあり、全体の高さは25mm程度に収まっています。
・SOL507-1基板には、AD8307の出力が Arduinoの A/Dコンの基準電圧である
 2.5V以下に収まるよう RV1の箇所に固定抵抗 100kΩを付けました。


■内部-3
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・今となっては貴重品の 2.2inch LCD側の写真です。
・パネル側の左右に見える引っかき傷は、アルマイト処理の非導通性に対抗する為の
 カッターナイフによる悪あがき傷です。
 (カバー側も同一箇所に引っかき傷を入れ、接触するようにしてあります)
・高周波物のシルードを必要とするケースの表面処理に、非導通のアルマイト処理は
 難物です。


■内部-4
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・このマザーボード的な基板は、2.2inch,1.8inch,1.44inch LCDのいづれでも
 共用できるように設計しましたが2.2inch LCDは現在入手が困難になったようです。
・流用した基板なので、かなり配線の見栄えが悪いです。
・基板の右上の切欠きは、ケースの止めネジとの干渉を逃げるためです。
・この RF Analyzer 専用の ザーボード的基板を新たに作れば、LPF回路を含めた
 ALC回路も組立易いものになってスッキリしますが、LCDの入手性などにより
 考えどころです。


■LPF
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・DDS(SOL506-1)の出力に入れたLPFの特性です。
・7段のチェビシェフフィルタの 0.1dBリプル, カットオフ周波数 60MHzで
 定数を決めましたが特性はこんなもんでしょうか?
・フィルタの設計でお世話になっているのは、 ここ ここ です。


■SGのスプリアス
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・SOL506-1基板(DDS-AD9850)の出力にLPFが入ったスプリアス特性です。
・50MHzでは、75MHz の折返し周波数が -34dBc 程で VSWR の測定にも
 ほぼ影響を与えないと思います。(55MHzでは -27dBc になります)


■SGの出力とALC
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・左側は、上の輝線がALCのかかっていない状態の出力特性で、LPFによる
 リプルが見えます。
・左側下の輝線は ALCが動作状態の特性で、ほぼフラットな出力にコントロール
 されています。
・右側はスペアナで 1~55MHz を測定した出力特性で、縦軸は1目盛 1dB なので
 ±0.2dB 程度の偏差に収まっています。
 (スペアナの周波数特性も有るので何を測っているのやら・・・・・)


■Flower Noise
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・RF Analyzer の Flower Noise です。
・左側は、Frequency Responce モードで入力がオープン状態での Flower Noise です。
・右側は、Power meter モードで入力がオープン状態での Flower Noise です。
・いずれのモードでも -78dBm 前後の Flower Noise に収まったようです。


■RF INPUT の Level Errorf0175344_1440655.jpg
・AD8307を使用した Detctor の Level Error で、RF INPUT へ加えた値に対する
 表示値の偏差を表したグラフです。(SGの出力が正しいとして)
・-70dBm まで ±0.3db程度の偏差に収まっているようです。
・-70dBm を超えると急激に大きな偏差となります。


■SGのC/N
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・左側は、SOL506-1基板(DDS-AD9850) を使用した SG部の RF出力の C/Nです。
・比較のために測った、唯一手持ちの SSG HP 8648C の C/N特性です。
 (AD9850に比べ、悪くて少しガッカリ・・・・・)


■Xtalとフィルタの測定
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・上側は Xtal を測定中の写真で、ICソケットを加工して使った簡単な測定冶具を
 使用しています。
・変換コネクタは、かなり年期物の黒ずんだ物ですが問題なく使えるようです。
・左下は、HC-49U/S 7.500MHz の Xtal を測定した例です。
・ピークとヌルポイントをソフトで測定してくれるので便利です。
・右下は、MURATAのセラミックフィルタ SFE10.7MA を抵抗マッチングで接続し
 測定したものです。
・フィルタの終端インピーダンスは330Ωなのですが手持ちに300Ωの抵抗しか無く
 20Ω程ミスマッチで、尚且つ抵抗マッチングのためのロスが20dB以上ありますが
 うまく測れているようです。

●VSWR測定用のブリッジも最作中で、完成したら追記したいと思います。


■ご注意
・この基板はsoltec41が個人的な興味で作ったものであり、使用の結果を保証
 するものではありません。
・RF回路なので使用部品や組立て方で性能が出ない場合があるかも知れません。
・この基板を使った事により不具合が発生しても自己責任として解決願います。





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by soltec41 | 2017-05-18 11:30 | RF基板 | Comments(0)

DDS-AD9834基板(SOL504-1)の詳細

DDS-AD9834基板(SOL504-1)の詳細を紹介します。

●AD9834BRU を使用したDDS基板です。
●AD9834CRU でも同様に使用できると思います。
●取出せる出力は、RF自作用途のサイン波のみで矩形波は取出せません。
●出力回路には LPF が無く、外部に使用用途に応じた帯域の LPF や BPF を付けます。
●オーバークロックは周波数範囲の拡大を期待できますが、チップの仕様をオーバーした
 使い方なので自己責任で挑戦願います。


■DDS-AD9834基板(SOL504-1)
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・電流出力に抵抗を接続した例で、この場合2回路の出力を SIN_OUT_A および
 SIN_OUT_B から取出せます。
・トランス出力の場合は、C1,C2,R2,R3を取付けないでトリファイラ巻のトランスを
 I-A,I-B,OUT および GNDの各端子に接続し、出力は SIN_OUT_B 端子のみです。
・ピンアサインは、中華DDS基板類似ですが矩形波出力端子部(QOUT1,QOUT2)が異なり
 ALC と NC 端子になってるのでご注意下さい。( SOL506-1 とは同じピンアサインです)

■トランス出力の例
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・出力アップのため出力回路にトランを搭載した例です。
・使用用途に合わせ、抵抗出力またはトラン出力を選ぶことが出来ます。

■回路図f0175344_180299.jpg

・AD9834の Data Sheet や諸先輩のブログ記事を参考にしました。
・クロック発振器は、5Vまたは3.3Vのサイズ 7050 または 5032 を使えるよう考慮してあります。
 (最近は、3.3VのSMT品が多いようです)
・5Vの発振器を使用する場合は、U2を搭載しないでR8に0Ω抵抗を搭載します。
・出力レベルをコントロールできる FET(Q1)を使用したALC回路を組込みました。
・ALC回路を使用しない場合は、C12 を0Ω抵抗に変更して Q1,R11,R12,C13 の搭載は不要です。
・電源電圧(Vcc)は、+5Vです。
・出力のトランスは、使用する周波数帯域に応じフェライトビーズなども使用可能でしょう。

■オーバークロックの入力レベル検討
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・100MHz 3.3Vのクロック発振器を使用しましたが、適正なレベルで DDS を
 ドライブできているかの検討を行いました。
・先ずは、クロック発振器の代わりにSGから信号を加え上限周波数をテストしました。
・室温では135MHzで動作するものも有りましたがチップに熱を加えると動作周波数が下がります。
 (ヘアードライヤーでのテストなので定量的ではありません)
・温度も加味すると概ね 115~120MHz 程度が上限のようです。
・クロック発振器の入手性も考慮し、100MHzで使用することにしました。
・SGでの実験で、入力レベルにより出力周波数近傍のノイズレベルが変化することがわかりました。
 (但し、クロック発振器に比べSGのC/Nが悪いため適正レベルがわかりにくい)
・そこで、クロック発振器の電源電圧(Vosc)を変化させ、500kHzおよび1MHz離れたサイドバンドの
 ノイズを測定してグラフ化したのが上の図です。(注:5Vから1.5Vは0.5V刻み
・Vosc 5Vから2V程度までノイズ量に変化が無いので3.3Vで使用しても問題無いようです。
 (Vosc 2V 時は、出力 1.6~2.0Vp-p と推測 --- 正確に測れるオシロを持っていません)
・Vosc 1.5V 以下は急激にC/Nが悪化します。
・AD9834のオーバークロックには、 Radio Experimenter's Blog を参考にさせて頂きました。

■ALC特性例
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・ALC端子に印加する電圧で出力レベルをコントロールできます。
・電流出力に抵抗(R2,R3 --- 51Ω)を接続した場合の特性例です。(最大出力:約-20.7dBm)
・カーブは、FET(Q1)のバラ付きにより異なります。
・RF出力をコントロールしてレベルを一定に保つALC回路に使用することが出来ます。
・未実験ですがAM変調にも使用できそうです。(要検討:C12の値など)

■出力レベル
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・トランス出力時の周波数特性です。
・出力を直接スペアナに接続し、LPF などフィルタは無い状態の特性です。
・1~35MHzを1MHz毎に、スペアナの Max Hold 機能で測定しました。
・30MHzまでは、±1dB以内に収まっています。
・出力レベルは、 AD9851 Data Sheet  の P7 を参考にして回路図の負荷(R1)無しで
 直接スペアナに接続すると -9.1dBm近い出力が得られています。
・使用した測定器は、校正されていない中古品なので数値は目安として下さい。

■出力スペクトラム
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・出力にフィルタが入っていないのでスプリアスが多く見えます。
・使用用途に応じた帯域の LPF や BPF を付けて使用します。

■外形寸法
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・中華DDSとほぼ同じ大きさで、SOL506-1とは同一寸法です。


■ご注意
・この基板はsoltec41が個人的な興味で作ったものであり、使用の結果を保証
 するものではありません。
・RF基板なので使用部品や組立て方で性能が出ない場合があるかも知れません。
・この基板を使った事により不具合が発生しても自己責任として解決願います。




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by soltec41 | 2017-04-14 17:25 | RF基板 | Comments(0)

AD8307 DETECTOR基板(SOL507-1)の詳細

AD8307 DETECTOR基板(SOL507-1)の詳細を紹介します。

●AD8307を使用した RF DETECTOR基板で、高周波の検出に使用できます。
●RF入力は、ナット止式の BNCコネクタを直接取付けられる構造にしました。


■AD8307 DETECTOR基板(SOL507-1)
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AD8307 を使用した高周波信号を直流に変換する回路です。
・AD8307はログアンプなので対数直線の出力が得られます。
 
■回路図
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・出力には、 OP AMP によるバッファー回路が入っています。
・バッファー回路が不要な場合は、U2を取付けないで R8 に 0Ω 抵抗を取付けます。
・今回作ろうとしている RF Analyzer は、出力の傾きなどを設定出来る機能があり
 RV1,RV2を取付ける必要はありません。

■入出力特性例
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・1枚目の写真のように RV1,RV2 を取付けない状態で、SG出力にユニット単体を
 直結した入出力特性です。
・出力はマニュアルの通り、ほぼ25mV/1dBの傾きです。
・低いレベルは、-70dBm程度まで直線性が保たれています。
・感度が高く広帯域なのでノイズの回り込み対策にシールドが必要かも知れません。

■外形寸法
f0175344_12544862.jpg
・入出力にコネクタを使用した例ですが、それぞれ線材を直付けで使用することもできます。


■ご注意
・この基板は soltec41 が個人的な興味で作ったものであり、使用の結果を保証
 するものではありません。
・RF基板なので使用部品や組立て方で性能が出ない場合があるかも知れません。
・この基板を使った事により不具合が発生しても自己責任として解決願います。




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by soltec41 | 2017-04-02 15:30 | RF基板 | Comments(0)

DDS-AD9850基板(SOL506-1)の詳細

今回は、DDS-AD9850基板(SOL506-1)の詳細を紹介します。

●AD9850BRS を使用したDDS基板です。
●未確認ですが AD9851BRS でも同様に使用できると思います。
●取出せる出力は、RF自作用途のサイン波のみで矩形波は取出せません。
●設定のインターフェイスはシリアル(3線式)入力のみです。
●出力回路には LPF が無く、外部に使用用途に応じた帯域の LPF や BPF を付けます。



■DDS-AD9850基板(SOL506-1)
f0175344_19151654.jpg
・電流出力に抵抗を接続した例で、この場合2回路の出力を SIN_OUT_A および
 SIN_OUT_B から取出せます。
・トランス出力の場合は、C1,C2,R4,R5を取付けないでトリファイラ巻のトランスを
 I-A,I-B,OUT および GNDの各端子に接続し、出力端子は SIN_OUT_B のみです。
・ピンアサインは、中華DDS基板類似ですが矩形波出力端子部(QOUT1,QOUT2)が異なり
 ALC と NC 端子になっていますのでご注意下さい。

■トランス出力の例
f0175344_19144882.jpg
・出力アップのため出力回路にトランを搭載した例です。
・使用用途に合わせ、抵抗出力またはトラン出力を選ぶことが出来ます。

■回路図
f0175344_1916492.jpg
・AD9850の Data Sheet や諸先輩のブログ記事を参考にしました。
・クロック発振器は、5Vまたは3.3Vのサイズ 7050 または 5032 を使えるよう考慮してあります。
 (最近は、3.3VのSMT品が多いようです)
・5Vの発振器を使用する場合は、U2を搭載しないでR8に0Ω抵抗を搭載します。
・出力レベルを決めるRset(R3)には 1.8kΩを使用し、出力アップを行ないました。
 フルスケール出力電流は約22mAです。
・出力レベルをコントロールできる FET(Q1)を使用したALC回路を組込みました。
・ALC回路を使用しない場合は、C9 を0Ω抵抗に変更して Q1,R1,R6,C10 の搭載は不要です。
・電源電圧(Vcc)は、+5Vです。
・出力のトランスは、使用する周波数帯域に応じフェライトビーズなども使用可能でしょう。

■ALC特性例
f0175344_19162366.jpg
・ALC端子に印加する電圧で出力レベルをコントロールできます。
・電流出力に抵抗(R4,R5 --- 51Ω)を接続した場合の特性例です。(最大出力:約-2.5dBm)
・カーブは、FET(Q1)のバラ付きにより異なります。
・RF出力をコントロールしてレベルを一定に保つALC回路に使用することが出来ます。
・未実験ですがAM変調にも使用できそうです。(要検討:C9の値など)

■出力レベル
f0175344_19165223.jpg
・トランス出力時の周波数特性です。
・出力を直接スペアナに接続し、LPF などフィルタは無い状態の特性です。
・1~55MHzを、スペアナの Max Hold 機能で測定しました。
・30MHzまでは、±1dB以内に収まっています。
・出力レベルは、AD9851の Data Sheet の P7 を参考にして回路図の負荷(R13)無しで
 直接スペアナに接続すると +10dBm近い出力が得られています。
・使用した測定器は、校正されていない中古品なので数値は目安として下さい。

■出力スペクトラム
f0175344_1917135.jpg
・出力にフィルタが入っていないのでスプリアスが多く見えます。

■外形寸法
f0175344_14471145.jpg
・中華DDSとほぼ同じ大きさです。



■ご注意
・この基板は soltec41 が個人的な興味で作ったものであり、使用の結果を保証
 するものではありません。
・RF基板なので使用部品や組立て方で性能が出ない場合があるかも知れません。
・この基板を使った事により不具合が発生しても自己責任として解決願います。



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by soltec41 | 2017-04-01 16:46 | RF基板 | Comments(0)

AD9850,AD9834,AD8307用基板

AD9850やAD9834を使用したDDS基板とAD8307を使用したDETECTOR基板を作りました。

●従来のディジタル系の基板と違い、少し毛色の変わったRF系の基板です。
JA2NKDさんのブログ で発表された RF Analyzer を作りたくなり基板を作ることにしました。
●今回は、概略の説明で順次詳細を紹介していきたいと思います。
●これらの基板作成にあたりネット上の多くの諸先輩方の情報を参考にさせて頂きました。



■3種類の基板
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・右上はAD9850を使用したDDS基板で、写真ではトランス出力にして出力アップを狙っています。
・左上は、AD9834を使用したDDS基板です。
  Radio Experimenter's Blog 加藤さんの記事を参考にさせて頂きオーバークロックしてみました。
・下はAD8307を使ったRF DETECTOR基板で、回路はANALOG DEVICESのマニアルに準じています。
 
■DDS-AD9850基板(SOL506-1)
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・この写真は、電流出力を抵抗で受けた出力になっていますが、トランス出力も
 可能なパターンにしてあります。
・出力はサイン波のみが取り出せ、コンパレータ出力は結線されていません。
・設定のインターフェイスはシリアル(3線式)のみです。
・出力回路にはLPFが無く、外部に使用用途に応じた帯域のLPFやBPFを付けます。
・出力レベルをコントロールする回路を設けてあり、出力レベルを一定にする
 ALC回路を構成できるるよう考慮してあります。

■AD8307 DETECTOR基板(SOL507-1)
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・これは、電源と出力端子のコネクタ(J2)を使わずに線材直付けで行なった例です。
・RF入力は、BNCコネクタを使用しないで同軸ケーブルを直付けで行なうことも可能です。


●各基板の詳細は、追って紹介致します。
●使しているCR部品は、1608サイズなので 実体顕微鏡 が大活躍です。
●若し、ご希望があるようでしたらプリント基板の頒布も検討致します。




■ご注意
・この基板はsoltec41が個人的な興味で作ったものであり、使用の結果を保証
 するものではありません。
・RF基板なので使用部品や組立て方で性能が出ない場合があるかも知れません。
・この基板を使った事により不具合が発生しても自己責任として解決願います。



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by soltec41 | 2017-03-28 16:48 | RF基板 | Comments(0)