秋月電子の 500MHzスペクトラムアナライザー・アダプター・キット

はじめに

この文章は秋月電子の 500MHzスペクトラムアナライザー・アダプター・キットを改良しようとしたメモです。キットの購入時期によっては部品が異なり特性等は異なる可能性があります。またサンプル数は1です。

内部写真

古いモデムのケースを流用しています。

部品の特性

TVチューナ部の特性

測定方法は、スペアナアダプタとして組み立てた状態で入力に 150-190[MHz] をいれ、チューナの BT 端子には一定電圧をかけ、チューナの IF 出力をオシロと周波数カウンタで見た。AGC ゲインは12[V]とした。 IF 出力は、オシロの帯域幅(10[MHz])を越え、周波数カウンタの感度の悪い領域を使っている(カウントミスが多い)ため、数値は傾向を知るためのものにしかならない。入力0.1[V]のときの、入力周波数[MHz]に対する IF 出力の周波数[MHz]と電圧[mV]

入力周波数[MHz]	チューナの入力周波数[MHz]	IF out[MHz](周波数カウンタの読み)	IF out[MHz](推測)	出力[mV]
150	650	-	5	2
155	655	-	10	15.5
160	660	-	15	32
165	665	22.2	20	23
170	670	28.8	25	35
175	675	30.5	30	12
180	680	35.5	35	8
185	685	40.4	40	6
190	690	47	45	3

入力が大きいため、170MHz でのIF出力は歪んで電圧が大きくなっている。

入力0.03[V]のときの、入力周波数150-190[MHz]に対する IF 出力の周波数[MHz]と電圧[mV]

入力周波数[MHz]	出力[mV]
150	0
155	5
160	15
165	20
170	16
175	12
180	8
185	5
190	1

入力0.03[V]のときの、入力周波数160-170[MHz]に対する IF 出力の周波数[MHz]と電圧[mV]

入力周波数[MHz]	出力[mV]
160	15
162	22
164	21
166	20
168	18
170	16

TVチューナのIF出力の帯域幅は 15[MHz] ぐらいあり、キットでは IF 出力を 5.5[MHz]を中心に利用しているが、変換効率がかなり悪い領域を使っていることがわかる。17-19[MHz]あたりを利用すれば変換効率が良さそうである。

注: 参考文献1によるとチューナの IF 部分には 31MHz 付近、参考文献2によると 30MHz付近のフィルタが入っていること。このチューナユニットはコイルをいじってしまったのでずれている可能性と、出力の大きさを見ているオシロ(帯域10[MHz])の特性の影響がある。参考文献2の周波数コンバータは有効と思われる。

TVチューナの入力に対する IF 出力(CF10-24 のフィルタ出力, 挿入損失はここでは無視できる)は、

TV チューナ入力[dBm]	IF出力[dBm]
-60	-80
-50	-70
-40	-60

([dBm] は 50[Ω]終端時の値, IF出力は、LA1150の出力電圧から逆算)となった。 -30[dBm]以上の入力を加えるとスプリアスが発生した。

IF出力が -80[dBm]以下では S meter 回路が働かない(下記参照)。 TV tuner が、-100[dBm] の入力に対しても正しく働くのなら、 IF出力の先で、+40[dB] のアンプを入れることで 70[dB]のダイナミックレンジが確保できることになる。しかし、 MAR-1(単体で平均電力利得18.5[dB](@100[MHz]),15.5[dB](@1[GHz]), NF5.5[dB], アンプを組んだ時にはこれより落ちるはず) を使ったアンプを挿入したところ、うまくいかなかった。ノイズレベルが上がって、ダイナミックレンジは増えなかった。 TV tuner が動作していても、かなりローノイズのアンプでシールドをきちっとしないとダメそうだった。

フィルタなしで、LA1150につないだ時の S meter 出力を測ってみた。チューナユニットのチューニング電圧は固定し、AGC電圧 12[V]をとした。スペアナアダプタに 60MHz 台を入力し、スペアナアダプタで 500[MHz] と混合したので、チューナユニットには 560MHz 台が加わっている。

入力周波数[MHz](@100[mV](-10[dBm]))に対する S メータ出力(LA1143)電圧[V], S メータ出力0.5[V]はノイズレベル 40MHzぐらいのフィルタ幅のスペアナになってしまう。

LA1143 + SFE5.5MC2 の特性

周波数一定での LA1143 の S meter 出力電圧を SFE5.5MC2 あり/なしで測ってみた。

周波数一定(SFE5.5MC2 の中心周波数 5.500MHz)での LA1143/SFE5.5MC2 + LA1143 の入力[dBm]に対する出力電圧(S meter 出力)[V] 挿入損失はほぼ無視できることがわかる。入力が -80[dBm] から -10[dBm] であれば、直線性はある。

入力電圧一定(-20[dBm], 0.03V)での SFE5.5MC2 + LA1143 の入力周波数[MHz]に対する出力電圧(S meter 出力)[V] あまりきれいな形ではない。

セラミックフィルタ CF 10M-24

ジャンクで持っていたセラミックフィルタ、太陽誘電のCF 10M-24(この後ろに 350 とある、数値の意味は不明)を SFE5.5MC2 と交換してみた。

セラミックフィルタに交換した時の、S meter 出力を測ってみた。チューナユニットのチューニング電圧は固定し、AGC電圧 12[V]をとした。スペアナアダプタに 60MHz 台を入力し、スペアナアダプタで 500[MHz] と混合したので、チューナユニットには 560MHz 台が加わっている。

入力[dBm](@60MHz)に対する S メータ出力(LA1143)電圧[V] ただし、入力を大きく(-20[dBm]以上)するとスプリアスが大きくなっていく(TV tuner の特性)。

入力周波数[MHz](@100[mV](-10[dBm]))に対する S メータ出力(LA1143)電圧[V], S メータ出力0.5[V]はノイズレベルフィルタ特性は、SFE5.5MC2 よりきれいな形をしている。帯域は少し広いようである。帯域 350KHz といったところであろうか。

21.7MHz filter

21.7MHz のフィルタを入手した。中心周波数以外は不明だが、帯域は 30kHz ぐらいだった。同時に中心周波数 58MHz のフィルタも入手したが、こちらの帯域は測っていない。

中心周波数 21.7MHzのフィルタ(右)と58MHzのフィルタ

LA1143

LA1143 の入力周波数に対するSメータ出力の依存性を測定した。

5.5MHz と 10.7MHz では差があまりないが、21.7MHz では少し出力が下がっている。

総合性能

SGから信号を出し、スペアナアダプタ全体の出力 (Low pass フィルタから入力し、ミキサ、ハイパスフィルタ、TVチューナ、バンドパスフィルタを通った後の、LA1143の出力)をフィルタを変えて測定した。

5.5MHz のフィルタを使った場合が最も感度が悪く、 21.7MHz の場合が感度がよい。スプリアスが出始めるのは、 10.7MHz のときに -40dBm から、21.7MHz のときには、-30dBm からであった。これはスプリアスの元が TV チューナであり、変換効率が 10.7MHz と 21.7MHz とで 10dB 異なるためと考えられる。当面 21.7MHz のフィルタを使うことにした。

次に 21.7MHz のフィルタを使った時のオシロの表示の様子を示す。入力周波数は、436.375MHz で、横軸は 2[MHz/div], 縦軸は 0.5[V/div]もしくは 1[V/div] である。目的のピークの横に子供がいくつもいるので、感度を落して、10.7MHzのフィルタを利用した方が良かったかもしれない。

-90dBm(0.5V/div)

-80dBm(0.5V/div)

-70dBm(0.5V/div)

-60dBm(0.5V/div)

-50dBm(0.5V/div)

-40dBm(0.5V/div)

-30dBm(1V/div)

-20dBm(1V/div)

-10dBm(1V/div)

参考文献

特集秋月電子のキットを完璧に作る「500MHzスペクトラムアナライザー・アダプター・キット」, JJ1GRK 高木誠利, CQ Ham Radio 1997/11, pp. 123-130, CQ出版社
秋月特選キットスペアナキット製作てんまつ記, JA1CVF 岡田圀昭, モービルハム 1999/2, pp.32-39, 電波実験社