С оказией на рабочий стол попала плата анализатора спектра с следящим генератором под наименованием "LTDZ". Работает как внешний прибор - приставка к ПК. Связь с ПК по USB, программное обеспечение есть и под Windows (10, 7), и под Linux. Размер платы 80 мм х 53 мм. ВЧ разъёмы - тип SMA. Внешний вид платы представлен на Рисунке 1.
В своё время "смотрел" в сторону такого решения - не решился покупать после изучения форумов, а тут принесли плату в "довесок" к некоторому измерительному оборудованию. Сразу надо отметить - полноценного измерительного прибора плата из себя не представляет - но интересна с точки зрения радиолюбительства. Схема анализатора достаточно популярна среди радиолюбительских конструкций в разных вариациях - с аттенюаторами и усилителями и без них, и, конечно китайцы не могли пройти мимо и не создать "популяцию клонов".
Некоторые разновидности популяции плат анализаторов спектра одной и той же схемы представлены в галереи на Рисунке 2. Тема подобного прибора, программно совместимого с протоколом обмена программ linNWT (winNWT) и приборами авторства радиолюбителя DL4JAL, существует давно (боюсь ошибиться, помню ещё NWT70 на AD9850 и PIC), радиолюбительских конструкций разработано много.
Первое фотография в галереи на Рисунке 2 - вариант от 2019 года (плата с близко расположенными ВЧ разъёмами) обычно имеет нормальный процессор (C8T6), но имеет проблемы с шумами от DC-DC преобразователя, расположенного рядом с смесителем и логарифмическим усилителем, но нет проблем с совместимостью с программным ПО. На "aliexpress" на момент февраля 2025 года плата доступна для заказа.
Так же есть "урезанный" вариант платы LTDZ, без следящего генератора, на микроконтроллере STM32F103C6T6. То есть остается только функция анализатора спектра и генератора, АЧХ снять не удастся. Обсуждение такого варианта на форуме http://forum.vhfdx.ru по ссылке. Тоже есть для заказа на "aliexpress".
Ну и самый дорогой и проработанный вариант, с экранами - версия D6. В продаже у китайцев не видел, только на ebay.com, стоит дорого - легче добавить и купить анализатор спектра "SA6".
Так же есть большая разновидность приборов от BG7TBL, но анализаторов спектра NWT4000 в продаже уже не встречал.
Краткие (примерные) технические характеристики платы:
- Интерфейс связи и управления (тип): usb (C-type);
- Питание: от usb;
- Потребляемый ток при выключенных режимах: ≤100mA;
- Потребляемый ток при снятии АЧХ (анализатор плюс следящий генератор): ≤350mA;
- Диапазон рабочих частот (анализатор спектра и следящий генератор): 35 МГц - 4400 МГц;
- Шаг развёртки: ≥ 33~68.75МHz/125Hz, 68.75~137.5МHz/250Hz, 137.5~275МHz/500Hz, 275~550МHz/1kHz
550~1100МHz/2kHz, 1100~2200МHz/4kHz, 2200~4400МHz/8kHz; - Скорость развертки: ≥800 точек/сек (преувеличено);
- Динамический диапазон: > 50dB;
- Выходная мощность следящего генератора: ≈0 dBm;
- Максимальная входная мощность: +10dbm;
- Отображаемый средний уровень шума: -60dBm;
- Программное обеспечение: NWT4.11.
Варианты принципиальных схем вариантов LTDZ, немного отличающиеся друг от друга, приведены на Рисунке 3. Главное отличие приведённых схем от реализации, имеющейся на руках, это использование преобразователя USB-UART СH340G (с кварцем), в рассматриваемой плате применён CH340N (с внутренним тактовым генератором).
Конечно, в лучших традициях клонирования схем китайцы номиналы пишут в значениях маркировки компонентов - 51 Ом - 510 и т.д. Причём на плате надписи нанесены тоже в значениях маркировки.
Схема построения анализатора спектра - приёмник прямого преобразования со всеми прелестями и недостатками. В режиме снятия АЧХ, частота следящего генератора "опережает" частоту гетеродина на 120 кГц (на частоту среза фильтра ФНЧ).
Сигнал с разъёма P2 (SMA тип) через согласующую цепочку C52, R16, C51 поступает на вход смесителя U4 (IAM81008). Здесь надо заметить, что входной импеданс смесителя по документации составляет 50 Ом, сопротивление R16 избыточно. На буржуйских ресурсах (советы по модификации входа и не только, ссылка и ссылка) есть измерение входного импеданса по "оригинальной" схеме и с демонтированным R16, так же несколько советов по модернизации платы типа "D6", не отличающейся по схеме от "LTDZ". Гетеродин выполнен на синтезаторе U11 (AD4351). Далее сигнал фильтруется (ФНЧ, C18, C21, L3, C20, L2, C19, C29, частота среза примерно 120 кГц) и поступает на логарифмический усилитель U5 (AD8307). В реальности на плате L3 - 100 мкГн, L2 - 470 мкГн, С29 - 10нФ (маркировка 103), С20 - 10 нФ + еще довесок, С19 - 1,5нФ. С выхода усилителя сигнал поступает на АЦП микроконтроллера U2 (STM32f103CxTx). Ранее китайцы ставили микроконтроллер STM32F103C8T6 (flesh 64 кБ), в последнее время ставят STM32F103C6T6 (flesh 32 кБ), в рассматриваемой плате именно такой микроконтроллер. Прошивки разные. Передача данных на ПК происходит через преобразователь интерфейса UART-USB (CH340G или CH340N).
Следящий генератор так же использует синтезатор ADF4351 c рабочими частотами от 35 МГц до 4400 МГц. Управление синтезатором следящего генератора (как и синтезатором гетеродина) производится по трёхпроводному последовательному интерфейсу (в текущем исполнении сигнал CLK 565 кГц). В режиме ГКЧ (для снятия АЧХ), частота следящего генератора "опережает" частоту гетеродина на 120 кГц (на частоту среза фильтра ФНЧ).
Питание платы осуществляется от разъёма USB. Для питания микроконтроллера, преобразователя интерфейса используется интегральный стабилизатор U6 (AMS1117 3.3V), логарифмический усилитель питается через фильтр C22, L4, C30 "напрямую" от разъёма USB, стабилизатор U9 (AMS1117 3.3V) используется для питания синтезаторов U10 и U11. Преобразователь DC-DC U8 (PS3120, Vin=3.3V от U9, Vout.stab = fixed 4.94V±3%) применяется для питания смесителя U4.
Тактовый сигнал частотой 25 МГц с выхода кварцевого генератора U7 (3.3V, прямоугольный сигнал) через делитель C14, L6 и L7 поступает на соответствующие входы синтезаторов U10 и U11. Тактовая частота микроконтроллера - 8 МГц (кварц).
На плате есть не распаянный разъём интерфейса "SWD" для работы с микроконтроллером.
Кнопка "SW" служит для запуска/остановки следящего генератора. Светодиод D1 показывает состояние микроконтроллера (красный, нормальная работа - мигание 0.5 сек.), светодиод D2 - включение режима следящего генератора (постоянное горение, синий). Светодиоды D3 и D4 зажигаются при работе синтезаторов следящего генератора и гетеродина соответственно (зеленый).
На Рисунке 4 показано расположение компонентов на плате.
Нужно отметить, что плата разработана достаточно грамотно - видны "строчки по земле" переходными отверстиями для экранировки областей - стояли бы еще экраны - совсем было бы хорошо. Но всё равно - обеспечить на высоких частотах хорошую развязку при таком близком расположении достаточно сложно.
"Скелетный" расчёт приёмной части анализатора спектра (хотя, считать особо нечего - всё определяется параметрами смесителя, зато наглядная табличка с характеристиками).
При мощностях выше -6дБм смеситель анализатора спектра будет "перегружен", а с учётом "запаса" входной уровень мощности должен быть как минимум меньше -10 дБм. Так, что соединять "на прямую" следящий генератор и вход анализатора нужно с учётом этого факта и применять аттенюатор в 10 дБ.
Для работы с платой необходимо установить драйвер "CH341SER".
Протокол обмена между платой и программой на компьютере можно посмотреть в документе по ссылке в конце статьи (файл Протокол_113.doc, в архиве doczip.7z). Правда, удалось найти описание протокола для прошивки версии 1.13, в плате используется прошивка версии 1.19.
Прошивка под версию с микроконтроллером STM32F103C6T6 (32k) при беглом поиске не нашлась - работы по "сливу" прошивки с платы не проводились. Есть исходники и прошивки для микроконтроллера STM32F103C8T6: для версии "D6" (ссылка), так же есть "доработанная" прошивка (ссылка, в архиве есть резервные копии для D6 и LTDZ). Ещё интересный проект, где не используется AD8307, а обрабатывается сигнал после фильтра сразу АЦП, и реализован "цифровой" фильтр, с изменяемым шагом и полосой (ссылка и ссылка).
Все найденные прошивки для платы с микроконтроллером STM32F103C8T6. Процедуру пере прошивки Вы делаете на свой страх и риск!
Наиболее распространённые программы для работы с такого рода платами:
- winNWT4.11/linNWT4.11 (Классическое приложение, немного глючное, автор dl4jal);
- winNWT5 (По моему мнению, наиболее рабочая программа, удачная попытка переработать классическое приложение, ссылка);
- NWT4000 (Ссылка, новая версия ПО для NWT4000 от dl4jal. Хотя автор ПО говорит, что "клоны" не работаю, однако плата в режиме анализатора вполне работает);
- VMA Simple Spectrum Analyser (Ссылка на сайт разработчика, не проверенно, так и не получил "ключ" от автора).
Для работы платы с программами winNWT необходимо в разделе "Setup" закладка "Основные данные ГКЧ" установить параметр "frequenzvervielfacher" (преобразователь частоты?) равным 10, выставить максимальную частоту ГКЧ (Рисунок 6). Не смейтесь над отрицательной максимальной частотой. В этом видимо есть глубокий смысл, так и не понятый многими и мной, но игнорируемый автором программы из версии в версию.
В закладке СА1 и СА2 частоты придётся указывать делённые на 10! Также при проведении измерений в режиме спектроанализатора частоты нужно указывать деленные на 10. В случае необходимости в режиме спектроанализатора можно внести поправку уровня (окно "Коррекция уровня").
Для снятия АЧХ нужно провести калибровку. Для калибровки потребуется аттенюатор 40 дБ. В разделе "ГКЧ" (режим ГКЧ должен быть включен) выбираем "Калибровка 1го канала", будет предложено соединить выход следящего генератора с входом анализатора через аттенюатор 40 дБ (не забываем добавить аттенюатор 10 дБ на вход анализатора, причина описана выше, и, не забываем включить следящий генератор кнопкой на плате). При продолжении процедуры калибровки может появится сообщение "Данные с прибора не поступают!" - закрываем всплывающее окно и запускаем одиночное сканирование (так и не понял, с чем связан "глюк"). Далее обычно всё происходит без проблем. В результате произойдёт процедура "нормализации" - получим "ровный 0".
Работать с программой winNWT5 более удобно - есть автоматическое пере подключение к COM порту, нет "глюка" отрицательной максимальной частоты в настройках (вот так, ошибка, которую исправляли четверть века...), более стабильная и приятная работа (спасибо автору!). На Рисунке 7 показано АЧХ аттенюатора 20 дБ из предыдущей статьи (ссылка).
На Рисунке 8 спектр сигнала с генератора частотой 100 МГц, по оси частоты значения нужно умножать на 10.
Видно, что полоса пропускания ФНЧ фильтра около 150 кГц (частота между метками делённая на два), "провал" в центре - разделительный конденсатор на входе логарифмического усилителя. Есть некоторое количество рекомендаций по улучшению характеристик фильтра - но на измерения, кроме визуального дискомфорта, это не влияет. На Рисунке 9 представлен график влияния выходных цепей следящего генератора на входные цепи анализатора спектра ("развязка").
Скорее всего проведение работ по экранированию улучшит ситуацию с взаимовлиянием выхода и входа.
На Рисунке 10 приведён спектр сигналов в диапазоне частот 450 МГц - 700 МГц. Маркером 1 отмечен сигнал Downlink станции LTE450 (462.5 - 467.5), маркеры 2 и 3 соответственно аналоговое телевизионное вещание 22 и 31 частотный канал, маркер 4 и 5 - сигнал формата DVB-T2 35 и 45 частотный канал (антенна комнатная логопериодическая, 9 этаж).
Программа NWT4000 не плоха для работы в режиме спектроанализатора. На Рисунок 11 спектр сигналов в том же диапазоне, есть поиск максимальных значений.
Для точного измерения уровней нужно вводить корректировку через меню "Измерительная головка".
На Рисунке 12 обзор диапазона 790 МГц - 3000 МГц. Видны сигналы базовых станций сотовых операторов (9 этаж, антенна от WIFI роутера) и WIFI. На Рисунке 13 спектр сигналов в диапазоне частот 2100 МГц - 2800 МГц, включен режим "wobbelspur", что-то типа "послесвечение" и разбивка по диапазонам.
Наблюдаем сигнал базовых станций в диапазонах 1, 7 (FDD) и 38, 40 (TDD), а также сигнал WIFI. На Рисунок 14, попытка наблюдения спектра сигнала WIFI, 1 канал, то, что "успело" попасть "в окно".
Вот вкусить прелесть снятия АЧХ с помощью программы NWT4000 не сумел - не сумел произвести калибровку - плата "отваливалась". Если уважаемый читатель знает решение проблемы, надеюсь, поделится знанием.
Ничего пока не говорю про режимы работы для измерения КСВ - сначала надо поработать с платой по поводу экранов и корпуса.
Режим генератора (VFO) работает корректно и в программах winNWT4/5, и в программе NWT4000.
Скорость сканирования напрямую зависит от количества точек развёртки, устанавливается вручную. В программах winNWT4/5 можно установить максимально 9999 точек, в программе NWT4000 - 2000. Во избежание "потери" информации о сигнале нужно стараться держать шаг не более 120 кГц - 150 кГц. Время сканирования, измеренное автором - 1000 точек за 2,7 сек. Не слишком быстро.
Краткие выводы: плата хорошо подходит для радиолюбительских дел - можно снимать АЧХ (в определённых пределах), можно посмотреть наличие и примерную мощность сигнала. Плата не обладает высокой чувствительностью, высокий уровень шумов. Нет регулировки уровня мощности следящего генератора. Нет входных аттенюаторов, нет входного усилителя. Нет гальванической развязки по USB порту. Но всё "перекрывает" низкая цена.
Программное обеспечение со стороны платы (прошивка) не полностью совместимо с оригинальными платами D6 и NWT4000, есть ошибки. Автор не ставил задачу "привести плату в чувство", поэтому эпизод работы с платой через терминал и найденные артефакты в работе прошивки в этой статье не описывается.
Программное обеспечение, рекомендованное производителем (winNWT4.11) работает, не без сбоев конечно, и управление не интуитивное, и интерфейс не самый дружественный. Так же надо отметить малое количество инструментов работы с графиком. Сбои в работе приложений можно отнести к недоработанной прошивке платы, но, к сожалению прошивки к микроконтроллеру STM32F103C6T6 не было найдено.
Конструкция платы имеет один большой недостаток - близко расположены синтезаторы следящего генератора и гетеродина, ухудшающие характеристики в режиме снятия АЧХ (ГКЧ). Из экономии стоят ВЧ разъёмы SMA с "короткой" резьбой - будет проблема "правильно засунуть в корпус".
Не смотря на всю критику плата "LTDZ" обладает некоторым потенциалом и фронтом работ по доработке и модернизации. А пока положу её в коробку, до момента приезда нормальных "длинных" разъёмов и куска профиля для корпуса.
Ссылка на архив с инструкциями к ПО NWT4.хх/NWT4000, принципиальными схемами и протокол обмена (архив 7z).
Спасибо за уделённое время и внимание к моему скромному труду.
