Анализатор спектра – это приемник с генератором, который перестраивается в определенной частотной области. Принятый сигнал демонстрируется на осциллографе. Анализатор спектра предназначен для выявления гармоник паразитных колебаний, подобных колебаниям при реализации следующих мод: CW, AM, FM и SSB. С помощью этого анализатора возможно исследование сигналов на любительских диапазонах.

Рисунок 1

На рис.1 представлена блок-схема одного из вариантов анализатора спектра, работающего в режиме реального времени. На входе анализатора стоят ряд фильтров, которые нагружены на детекторы. У каждого фильтра свой детектор. Имеется свип-генератор, который управляет горизонтальной разверткой осциллографа и переключает фильтры. Частотная область работы такого анализатора спектра определяется количеством фильтров и их полосой пропускания. Такой анализатор спектра является дорогостоящим прибором.

Рисунок 2

Существуют анализаторы спектра где входной фильтр является перестраиваемым и управляется свип-генератором. Существуют и другие анализаторы спектра с использованием цифрового процессора для Фурье преобразования, но они слишком сложные. Наиболее распространенным анализатором является анализатор супергетеродинного типа, блок-схема такого анализатора представлена на рис.2. По сути – это супергетеродинный приемник с некоторыми особенностями: он не имеет перестраиваемого фильтра на входе, поскольку необходимо перестраиваться в диапазоне 100 кГц – 100 МГц. Перестройка по частоте происходит электронным способом с помощью генератора горизонтальной развертки осциллографа. Анализатор спектра имеет тройное преобразование частоты. Входной аттенюатор ограничивает входной сигнал от 1 V до 10 mV. С аттенюатора сигнал поступает на LC фильтр низкой частоты ограниченной 130 МГц. Он предотвращает возникновение гармоник в первом смесителе от сигналов с частотой выше 130 МГц. Входной сигнал частотой 0.1 – 100 МГц смешивается с сигналом первого гетеродина и получается первая промежуточная частота 200 МГц. Первый гетеродин перестраивается и управляется свип-генератором, в котором предусмотрена компенсация нелинейности варикапа. Сигнал частотой 200 МГц с первого смесителя поступает на усилитель, который компенсирует потери в первом смесителе. Усиленный сигнал поступает на второй смеситель и на выходе получается сигнал с частотой 50 МГц. После второго смесителя стоит усилитель и полосовой фильтр. Далее сигнал поступает на 3-й смеситель. Здесь он смешивается с сигналом 3-го гетеродина с частотой 39.3 МГц. Третья промежуточная частота равна 10.7 МГц. Она усиливается и фильтруется керамическим фильтром, ширина полосы частот которого  равна 250 кГц. Далее сигнал поступает на логарифмический усилитель. Характеристики этого анализатора представлены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1

Частотный диапазон…………………………….0.1 – 100 МГц

Чувствительность………………………………..10 mV

Селективность…………………………………….1, 10 и 250 кГц

Частотная ширина качания…… 10, 100, 500, 1000 и 10⁴ кГц

Разделение сигналов…………………………….10 кГц

Входное сопротивление………………………….50 ом

Погрешность определения частоты…………….3 кГц

Видео-фильтр………………………………………..1 и 10 кГц

Дисплейная часть не имеет на входе разделительных конденсаторов. Чувствительность вертикального канала составляет 0.1 V/деление. Экран имеет 6 делений по вертикали и 10 делений по горизонтали. Входное сопротивление дисплея составляет 1 Мом, а емкость – 40 пф.

Рисунок 3.

Схема прокачки. Схема представлена на рис.3. На входе схемы стоят резисторы, которые определяют ширину спектра прокачки. В положении 10 МГц на деление центр частоты прокачки находится на 50 МГц и устанавливается с помощью R101. В других положениях центр частотной прокачки определяется сопротивлением R601. Сопротивление R104 определяет низкочастотный предел для положения 0.1 МГц, Резистор R102 определяет высокочастотный предел – 100 МГц. Резистор R103 предназначен для установки в диапазоне 500 кГц. Усилители U101 и U102 выполняют роль буферов, а усилитель U103 имеет нелинейный коэффициент усиления и компенсирует нелинейные свойства варикапа  CR203. Чем выше частота, тем больше требуется напряжения. Для изменения частоты от 260 до 270 МГц требуется изменить напряжение на 1 вольт, а для изменения частоты с 270 МГц до 280 МГц требуется ∆U=1.3 вольта. Нелинейная функция усилителя задается переменными резисторами R106 – R115.

Рисунок 4

Генератор управляемый напряжением (ГУН). Транзисторы Q201 и Q202 вместе с индуктивностями L201 и L202 и варикапом CR203 генерируют электрические колебания в частотном диапазоне 200 – 300 МГц. (рис.4). На транзисторе Q203 собран буферный усилитель. Усилители на транзисторах Q204 и Q205 обеспечивают необходимую амплитуду колебаний для смесителя и генератора меток. Для достижения высокой стабильности частоты в ГУНе используется добротный LC контур. Для этого используется добротный варикап фирмы Motorola. Для обеспечения одинаковой амплитуды колебаний в широком частотном диапазоне в данной схеме используется транзисторы 2N2369A . Эти транзисторы используются и в высокочастотной части анализатора спектра (рис.5).

Рисунок 5

Исследуемый сигнал поступает на смеситель MX301 через аттенюатор и фильтр низкой частоты. Усилитель на транзисторе Q301 компенсирует потери в смесителе. Индуктивности L305 – L307 используются в фильтре на 200 МГц. Пройдя этот фильтр, сигнал поступает на второй смеситель. Сюда же поступает сигнал с генератора, стабилизированного кварцевым резонатором. Частота колебаний этого генератора составляет 150 МГц. На выходе смесителя получается разностная частота 50 МГц, которая усиливается транзисторами  Q302 и Q304. Усиленный сигнал проходит через полосовой фильтр на 50 МГц и поступает на смеситель MX303, где смешивается с сигналом генератора на транзисторе Q306, частота колебаний которого составляет 39.3 МГц. Разностные электрические колебания частотой 10.7 МГц поступают на следующий блок – промежуточной частоты (ПЧ). На входе блока ПЧ стоит усилитель и фильтр, который очищает сигнал от колебаний генераторов, стабилизированных кварцевыми резонаторами. Эмиттерный повторитель на транзисторе  Q403 согласует входные каскады ПЧ с аттенюатором. Два кристаллических фильтра идентичны и первый Y401 благодаря схеме на транзисторе Q405 выдает сигнал в парафазном режиме, к тому же эта схема согласует фильтр с выходом. CR401 обеспечивает прохождение сигнала с полосой частот 259 кГц мимо фильтра  Y401. CR402 обеспечивает подключение сигнала с полосой частот шириной равной 10 кГц, а CR403 подключает сигнал с полосой частот шириной равной 1 кГц. FL401 и FL501 обеспечивают полосу частот равную 250 кГц и центральная частота равна 10.7 МГц.

Рисунок 6

Логарифмический усилитель. Схема логарифмического усилителя изображена на рис.6. FL501 обеспечивает селективность в положении полосы частот равной 250 кГц. Эмиттерный повторитель на транзисторе Q501 обеспечивает согласование FL501 с усилителем, собранном на транзисторе Q502. Далее следует ряд широкополосных видео-усилителей. Каждый усилитель имеет собственную ручку управления коэффициентом усиления. Имеется общая ручка для всех усилителей  R504. Видеофильтр уменьшает амплитуду высокочастотных шумов. Он может использовать только в режиме узкополосной прокачки.

Конструкция. Анализатор спектра собран в коробке из стеклотекстолита толщиной 1.5 мм. Высокочастотная часть была изготовлена из двустороннего стеклотекстолита. Для крепления используются гайки и болты М3. Буферный усилитель и выходной усилитель должны быть изолированы от генератора. Выводы блоков выполняются через проходные конденсаторы емкостью 500 пф. Все смесители идентичны друг другу.

Рисунок 7

Генератор меток. Этот генератор используется совместно с анализатором спектра. Он собран в отдельном корпусе. Генератор меток может быть использован с любым другим анализатором спектра, который имеет внутренний генератор на 200 МГц. Схема генератора изображена на рис.7. На транзисторах Q1 и Q2 собран буферный усилитель для согласования с внешним генератором на 200 МГц. На транзисторе Q3 собран перестраиваемый напряжением генератор. С помощью резистора R1 изменение напряжения на варикапе. MX1 – это смеситель в котором формируется сигнал меток в частотном диапазоне 100 кГц – 100 МГц. На выходе смесителя стоит фильтр низкой частоты на 130 МГц. Фильтр ослабляет сигналы с частотой 400 – 500 МГц, которые возникают в смесителе при взаимодействии колебаний генератора на Q3 и генератора анализатора спектра. Конструктивно генератор собран на алюминиевом шасси с перегородками между блоками. В секции куда подключается генератор на 200 МГц поверхность должна быть покрыта серебром. Перестраиваемый генератор заземляется через ферритовую бусинку. Это предотвращает паразитное излучение генератора.

Работа. Подключить генератор анализатора спектра ко входу генератора меток. Установить полосу качания частоты равной 250 или 300 кГц. С помощью сопротивления R1 установите центральную частоту. С помощью конденсатора С1 установить нулевую линию развертки вверху. Раздвинуть индуктивности L1 и L2 установить нулевую линию внизу. Включить генератор меток. Произвести исследования.