измерительный генератор

[ru0aog]

Взял обычный кварцевый генератор на ёмкостной трёхточке, что используется для отбора кварцевых резонаторов для фильтров.
И померил, что же там на выходе.
Вблизи всё отлично.
-85 дБ в стороне на почти 100 Гц вверх и вниз от основного сигнала торчат небольшие пики, а остальное тонет в шумах измерителя
шаг клетки 100 Гц:

Расширим полосу в 10 раз.
Есть некоторые выбросы на те же -85 дБ. Не так уж и страшно.
шаг клетки 1 кГц:

Расширим полосу ещё в 10 раз.
Появляется частокол с шагом 4,5 кГц. Может это блок питания шумит.
шаг клетки 10 кГц:

Ещё в 10 раз.
"Ушки" по бокам - это фазовые шумы?
шаг клетки 100 кГц:

Далее.
Природа данных "палок" мне не ясна.
шаг клетки 1 МГц:

Ещё.
Видим вторую гармонику.
шаг клетки 2 МГц:

Тут всё не влезло в один вход, но вроде бы видны гармоники до 6-ой включительно.
шаг клетки 5 МГц:

[ru0aog]

Так, вижу, что хорошо бы задавить при расстройке:
до +/- 5 кГц - можно не давить,
+/- 8 кГц - хорошо бы подавить на -10 дБ,
+/- 15 кГц - подавить на -15 дБ,
+/- 50 кГц - подавить на -25 дБ,
+/- 1500 кГц - подавить на -50 дБ,
+ 9000 кГц и более - подавить на -80 дБ.
Вот такой нужен фильтр.

[Oleg]

Станислав,

Ваш измерительный прибор грубоват для оценки шумов кварцевого генератора, но им вполне можно оценить уровень гармоник такого генератора.

Дело в том, что кварцевый генератор дает хороший сигнал, спектральная плотность мощности шумов которого при отстройке от несущей, скажем, на 1 кГц должна быть где-то -150дБн/Гц (очень грубо, просто для понимания порядка). А при большей отстройке шумы уйдут еще ниже.
Ваш приемник уже ниже -90 дБ (в полосе 0.95 Гц) уже не очень достоверно показывает спектр.

Почти все вертикальные линии, которые Вы видите, создаются приемником, а не кварцевым генератором. Кварцевый генератор при автономном питании (от батарей или аккумулятора) даст только гармоники и заметный шум вблизи несущей.

Вот пример измерения шума кварцевого генератора вблизи несущей. Измерение 24-битной звуковой картой (не самой лучшей, но вполне приличной) после переноса на звуковую частоту (как в приемнике прямого преобразования).
Картинка не моя (взял на analogtrx.com), но примерно так и должно быть.

[ru0aog]

Oleg, Олег, я пока невнятно представляю, из чего такая система должна состоять.
Есть двухплатная карточка E-MU 1212m.
Но то ли её драйвера мешают нормальной работе системы, то ли я такой криворукий,
но после того как я поработаю с этой картой, целая проблема в Zoom переключиться на вход с обычной встроенной карточки. А так как этот комп используется для работы, то пока что пришлось её вытащить.
Спасибо за наводку на analogtrx.com.
Подглядел там, что нужен просто высокоскоростной ключ и переключающий его генератор
Правда не совсем ясно, какой должен быть конструктив, чтобы недопустить шум ниже -100 дБ.
Будем разбираться.

P.S.
Тут есть мнение продать г4-151, добавить столько же и купить г4-176. Думаю, стоит попробовать.

[Oleg]

Есть двухплатная карточка E-MU 1212m.

Отличная звуковая карта! Единственная проблема - судя по отзывам радиолюбителей она нормально работает только под Windows XP. То есть ее как-то можно запустить и под Windows 7 и под Windows 10, но измерения спектра нормально не получаются.
Так что те, кто серьезно занимается такими измерениями просто используют отдельный компьютер под XP.

А в целом схема очень простая - смеситель на основе FST3253, сигнал от гетеродина - через делитель на 2 (для того, чтобы получить нормальный сигнал управления ключами независимо от формы сигнала гетеродина). Если гетеродин на кварцевом генераторе, то при отстройке на 10кГц его шумы уже мало на что влияют.

Вот пример схемы для двухканального варианта (квадратурный приемник) http://analogtrx.com/SMF/index.php?topic=35.0
Можно взять один канал и без аттенюаторов на входе.

[Oleg]

Правда не совсем ясно, какой должен быть конструктив, чтобы недопустить шум ниже -100 дБ.

С Вашей картой должно быть никак не хуже -160дБ/Гц, при усреднении будет даже получше.

[ru0aog]

Это конечно всё хорошо, но ручки-то чешутся
Итак, я вспомнил, что мой китайский генератор MHS-5200 имеет 50-омный выход (ну или около того), а значит, можно попробовать подать с него сигнал на новосделанный кварцевый фильтр, и посмотреть спектроанализатором, что же там получилось?

Фильтр топологии QER по схеме 6+2

Судя по АЧХ, построенной NWT-300AF, фильтр имеет подавление за полосой пропускания не менее -85 дБ во всём интересующем нас диапазоне.
Шаг сканирования грубоват, поэтому мы не видим реального ослабления в полосе пропускания:

При расстройке до 100 кГц подавление хорошее -81...83 дБ.

Ослабление в полосе -7,7 дБ.
Полоса 711 Гц по уровню -3 дБ, от 8.998.540 до 8.999.251 Гц.
Полоса 2.056 кГц по уровню -60 дБ.

По идее, даже при всей "кривости" спектроскопа, я должен увидеть значительное подавление второй гармоники.

[ru0aog]

Для начала посмотрим на собственные шумы и спуры генератора MHS-5200 (и спектроскопа).
На генераторе выставляем частоту 8998,88 кГц (примерно посередине полосы фильтра).
С уровнем 1,5 В р-р.

Вместо фильтра вставляем соединительный проводочек

Измерительная плата лежит на столе

Измеряем.
Сначала на ширине 1 кГц (цена клетки 100 Гц).
Уровень основного тона примерно 0 дБ.

Переключим на ширину 10 кГц (цена клетки 1 кГц).
У основания появилась гребёнка с шагом примерно 300 Гц. Померим частоту и уровень одного из гребнев = 8,999776 и -83 дБ

Проверим, реальный ли это гребень, или фантомная палка?
Вернёмся на полосу в 1 кГц и сдвинем центральную частоту на эту палку.
Палочка реальная. Даже уровень примерно совпадает. И соседние палки идут с таким же шагом, что и на предыдущей диаграмме ~330 Гц.

Переключимся сразу на полосу 1 МГц.
Тут уже палки поинтереснее 8,551805 Гц и -58 дБ.

Палочка реальная

И смотрим вторую гармонику примерно на 9*2 = 18 МГц.

Ширина полосы большая, пик может не попасть точку сканирования, поэтому посмотрим вторую гармонику поближе, -24 дБ.

[ru0aog]

Теперь включаем фильтр и производим те же самые измерения

Полоса 1 кГц (цена клетки 100 Гц).
Уровень основного тона примерно -7 дБ. По NWT должно быть -7,7 дБ, но спишем это на плохую стабилизацию уровня сигнала генератора.
Не вижу особого подавления, разве что весь график сместился на -7 дБ вниз.

Но тут и не должно быть особой фильтрации, отступим подальше от полосы пропускания.
Полоса обзора 10 кГц (цена клетки 1 кГц).
Без фильтра тут был частокол на уровне -83 дБ. Сейчас по идее, этот частокол должен проявиться на уровне -90 дБ, но мы видим лишь отдельные палки, основная дорожка ушла ниже -100 дБ. Что-то фильтруется

Одна особо назойливая палка на 8.999.091 всё же пролезла. Она отстоит на 330 Гц от основного тона, видимо попала в полосу пропускания фильтра. Остальное подавлено.
Да, полоса, напомню от 8.998.540 до 8.999.251 Гц.

В полосе 1 МГц мы видим какой-то частокол у основания. Но вылазившие раньше громадные палки на 8,551703 Гц и -60 дБ, стали значительно меньше.

Рассмотрим их поближе. Палки оказались фантомные. На широкой полосе они есть, а на узкой их нет...
Работает фильтр! Задавил палку с отстройкой на 450 кГц как минимум на 45 дБ. Может и лучше, но я просто этого не вижу.

Ну и самый интересный вопрос со второй гармоникой.
Она была на частоте 17.997.347 Гц с уровнем -24 дБ. Отстройка 9000 кГц.
Теперь же картина вот такая:

Что? Всего -39 дБ? То есть, при таком замечательном фильтре вторая гармоника давится всего на каких-то 15 дБ? Стоило ли стараться?
Но подождите!
С отстройкой на 450 кГц фильтр давил как минимум на 45 дБ, а тут отстройка аж на целых 9000 кГц! Должно давиться сильнее.
Но посмотрим поближе, вдруг фантом? Хотя частота та же...

К сожалению - нет, не фантом.
Гармоника вполне себе проходит сквозь фильтр, как ни в чём не бывало.
Зато подчистился мелкий шум вокруг.
Что это такое?
На мощном сигнале китайские кварцы не оказывают никакого существенного сопротивления?

Графики во вложении:

charts.rar

(1.38 МБ) 261 скачивание

[ru0aog]

Ну что же, мы выяснили, что вторая гармоника спокойно пролазит сквозь многокристальный кварцевый фильтр.
А как мы боремся с гармониками? Фильтрами низких частот.
Делаем.
Тут, кстати, мне товарищи китайцы прислали горстку кварцев на 80-ку в больших корпусах на 3.579545 МГц. На них и попробуем.

Но сперва ФНЧ.
Пускай он будет не очень сложный, например 5-го порядка

Согласован на 50 Ом, и имеет стандартные конденсаторы на портах.
На рабочей частоте затухания быть не должно.

На частоте второй гармоники теоретическое подавление составляет почти -35 дБ.