АЧХ-метр из свистка

В статье будет рассмотрено применение RTL-SDR совместно с генератором шума BG7TBL. Попробуем снять АЧХ фильтров и сравним их с графиками настоящего АЧХ-метра, а также, попробуем настроить фильтр с нуля.

noise_source

Обращаю внимание, что все написанное ниже справедливо для новой версии генератора с прямоугольными усилителями. У старой версии с круглыми микросхемами ERA уровень шума и прочие параметры будут немного отличаться.

Для более точных измерений желательно поместить генератор в экранирующий корпус. В качестве свистка будет применяться RTL-SDR.COM V3.

Программа

Для измерения АЧХ удобнее всего использовать программу rtl-sdr dongle panorama. Она проста в установке, не требует много ресурсов и содержит все необходимые регулировки.

Готовый архив со всеми нужными файлами: Dongle_panorama.zip. Нужно распаковать, запустить rtlpan.exe и нажать START.

graf_1

Чтобы сгладить линию: Настройки — Rtl_power options… — crop present, ставим значение по вкусу. Зависит от полосы обзора, необходимой точности и допустимого периода сканирования.

graf_3

График будет еще плавнее, если выбрать step size 1М, но я не рекомендую, т.к. нельзя будет отличить наводки от реальных неровностей АЧХ. На 100к они вполне отличимы, далее будет видно на примере FM вещалок.

Выставляем частотные границы, ставим галочку Auto dB (автошкала по оси dB). Галочка AGC (АРУ) обязательно должны быть снята. Если используется простой свисток, не забываем вводить коррекцию частоты в ppm.

Очень важно подобрать оптимальное усиление. Проще это делать на реальном фильтре, подбирая значение усиления по максимальному динамическому диапазону (разности между максимумом и минимумом).

Спектр шума

Результирующий график спектр шума + чувствительность свистка:

graf_25

Сначала нужно проверить, не возникает ли перегрузки. Добавляем аттенюатор 20 дБ.

graf_22

Некоторая перегрузка имеется. Т.е. при измерениях до 500 МГц нужен аттенюатор.

500-1000 МГц:

graf_23

Здесь аттенюатор уже не нужен.

1000-1800 МГц:

graf_24

Коррекция мощности шума

Как видно из графиков 24-500 МГц, нужно как-то снизить уровень шума. Программно это не сделаешь, усиление и так 0.

Первый способ — добавить аттенюатор. ГШ уже имеет выходной аттенюатор 3 дБ, более-менее согласующий его в широкой полосе частот, так что можно обойтись одним аттенюатором 20 дБ между фильтром и свистком.

Второй способ — изменение напряжения питания. Рассогласование фильтра со свистком не должно быть настолько сильное, чтобы заметно искажать АЧХ (дальше сравним). К тому же, если фильтр будет использоваться со свистком, то интереснее будет его АЧХ не на 50 Омах, а именно с данным конкретным свистком.

Зависимость уровня шума генератора от напряжения питания:

graf_27

Напряжение питания для снижения уровня шума на 20-30 дБ составляет как раз около 5 В. Можно запитать генератор от USB, используя такой шнурок:

usb_power_cable

Если напряжение USB проседает ниже 4,8 В, можно закоротить диод D2, это даст еще пол-вольта запаса.

Переходим к измерению АЧХ фильтров.

FM режектор

Фильтр настроен грубовато — не обращаем внимания, сейчас интересует сравнение картинок.

Реальная АЧХ:

graf_5

Подключаем к фильтру генератор шума + свисток, питание 12 В:

graf_4

Как уже выяснили, уровень шума на данных частотах слишком высок. Поэтому картинка АЧХ сильно отличается от реальной.

Запитываем генератор шума от USB. Подбираем усиление.

graf_29

Другое дело! Неровности графика можно сгладить увеличением crop present, правда, период измерения тоже увеличится.

graf_32

По частоте все довольно точно. Значения дБ зависят от правильности выбора усиления. Получить динамику больше 40 дБ у меня не получилось, но для столь бюджетного решения это приемлемо.

Для эксперимента, вернем питание 12 В и добавим на выход фильтра аттенюатор 20 дБ.

graf_31

Графики похожи, так что регулировать уровень шума только напряжением питания ГШ.

Перегрузка проявляется так:

graf_9

Поскольку график снимается кусочками, то перегрузка влияет только на участки с небольшим затуханием. Таким образом, можно специально ставить излишнее усиление, чтобы дополнительно исследовать «глубины» АЧХ, т.е. места с большим затуханием.

Из-за отсутствия экранирующего корпуса видно наводки от FM станций.

ПАВ фильтр 1090 МГц

TA1090EC + разделительные конденсаторы + защитные диоды.

adsb_filter

АЧХ реальная:

graf_11

 

Измеренная с помощью генератора шума (питание от USB):

graf12

На таких частотах питания 5 В уже не хватает. Даже при максимальном усилении мы видим подробно вершину айсберга, но значительная его часть скрыта «под водой».

Запитываем от 12 В:

graf_13

Теперь видна вся АЧХ целиком. Почти вся, т.к. немного срезан провал в районе 1140 МГц. Но его можно посмотреть отдельно, как было описано ранее.

graf_14

Теоретически, таким образом можно делать два измерения, компоновать их в одно и получать динамику больше исходных 40 дБ.

И еще — мы видим относительную картинку. Мы не увидели, что фильтр в полосе пропускания имеет затухание 5 дБ. Если на графике нужен уровень 0, то делаем следующее.

  • Подключаем ГШ напрямую к свистку и запускаем сканирование. Усиление лучше немного уменьшить, чтобы точно не было перегрузки.
  • Ставим галочку Maximus.
  • Не останавливая сканирование, подключаем между свистком и ГШ исследуемый фильтр. Тут главное нечаянно не выдернуть приемник, иначе придется начинать сначала.

Получается такой график:

graf_34

Красная линия это нулевой уровень. Получилось затухание около 5 дБ, что соответствует реальности. Естественно, на отображение этих потерь теряем 5 дБ и без того небольшой динамики.

Измерения на КВ с помощью конвертера

Подопытными будут КВ фильтры для V3 (2,6-14,4 и 14,4-28,8 МГц).

В программе ввод смещения частоты не предусмотрен, поэтому частоту LO нужно держать в уме. В данном случае, это 125 МГц.

Реальная АЧХ фильтра 2,6-14,4 МГц:

kv1q

Измеренная с помощью ГШ и конвертера:

kv3

Конвертер вносит значительные искажения АЧХ, поэтому сначала ГШ напрямую (красная линия), потом измеряем фильтр. В целом похоже, но смотреть на такой перекошенный график неприятно. И данная неравномерность «съела» половину ДД.

Реальная АЧХ фильтра 14,4-28,8 МГц:

kv2q

Измеренная с помощью ГШ и конвертера:

kv4

В начале видно перегрузку от неподавленной несущей.

Можно добавить усиление, чтобы поднять площадку до 0.

kv5

Измерять АЧХ с помощью КВ конвертера в принципе можно, но не очень удобно. Во первых, нет возможности ввести LO, чтобы сразу видеть реальные частоты. Во вторых и главное, это неравномерная АЧХ самого конвертера. Также, из-за неподавленной несущей, фактически теряются первые 3 МГц (зависит от конвертера).

Измерения на КВ в режиме Direct Sampling

В этой программе есть режим Direct Sampling, но он почему-то не работает. Такое чувство, что вместо Q включается I branch. Так что попробовать пока не получилось.

Настройка фильтра

Имеется некий FM режектор.

fm6

Катушки привел в исходное положение и попробовал настроить заново генератором шума.

В программе получилось так:

fm4

А реально так:

fm5

Получилось почти идеально, ожидал худшего. Самое неприятное это после каждого действия ждать сканирование, в данном примере около 4с. Это время можно уменьшить за счет точности и полосы обзора, но все равно, процесс настройки фильтра может затянуться.

Подводя итоги, можно сказать, что измерять АЧХ и настраивать фильтры с помощью генератора шума можно, но есть много нюансов. Способ не самый удобный и не самый точный, динамический диапазон не очень большой. Но все же, учитывая цену и частотный диапазон, вещь в хозяйстве полезная (конечно, при отсутствии нормальных приборов). Тема еще не исчерпана, остается AirSpy с программой SpectrumSpy, а также измерения КСВ при помощи измерительного моста, так что продолжение следует.

Комментарии


 
Комментарии
  • Загрузка...