频谱仪的工作原理及常见故障的检修

3．1．1频率校准

　　当频谱仪经过振动、运输、长时间放置或大的环境温度变化时，频谱仪频率调谐会发生变化，带来频率测量误差，严重时会出现测量信号左右晃动的现象，通过频率校准可以排除该现象。校准的过程主要是以300MHz信号为参考信号，对频谱仪的扫描时间、中心频率、跨度（扫宽）、YIG主线圈延迟、副线圈灵敏度、扫频灵敏度进行误差校准，使频谱仪频率调谐范围正常。

　　校准方法是：用频率／幅度校准电缆，将校准信号（CAL OUTPUT）接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALFREQ〕，频谱仪进入频率校准程序。校准结束后，屏幕上出现"CALDONE"信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。

       3．1．2　幅度校准

　　与频率校准一样，当频谱仪测量幅度准确度发生变化时，通过幅度校准程序可以使仪器满足出厂指标，过程主要是以300MHz信号为参考信号，对频谱仪的整个通道幅度、分辨带宽滤波器、对数放大器、以及输入衰减器等幅度进行误差测量并校正。

　　校准方法是：用频率／幅度校准电缆，将校准信号（CAL OUTPUT）接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALAMP〕，频谱仪进入幅度校准程序。校准结束后，屏幕上出现"CALDONE"信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。

       3．1．3　预选器（YTF）校准

　　预选器的扫频和跟踪是频谱仪谐波波段的关键。该机设计上采用了和第一本振相互独立的驱动电路，对各波段分别校准和驱动。在频谱仪快扫、慢扫、跨波段扫时，对第一振荡器和预选器的磁滞、延迟进行补偿，大大地改善了YTF的跟踪特性。如果频谱仪在谐波波段上有5dB或更大的幅度误差，往往是仪器放置时间较长，环境温度变化较大所造成的。预选跟踪器不良会造成幅度测量误差，甚至测不到信号，此时应该进行YTF校准。

　　校准方法是：用YTF校准电缆，将100MHz梳状波（COMB）信号接到频谱仪的RF输入端。按【CAL】〔CALYTF〕，频谱仪进入YTF校准程序。校准结束后，屏幕上出现"CALDONE"信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。

　　如果在校准期间退出或校准不能完成出现错误信号，按〔CALFETCH〕取回校准数据。这时仪器将需要重新调整和修理。

       3．2　频谱仪校准后的校准数据

　　HP859X系列频谱仪不仅能对仪器各种指标进行校准，而且还能将各种校准数据存贮在内存里，便于操作和维修人员进行参考。只要进入维修菜单，就能将校准数据显示出来。具体步骤是：按下菜单〔CAL〕，（MORE），（MORE），（SERVICEDIAG），（DISPLAYCALDATA），这时频谱仪的幅度校准表将显示在屏幕上，如表1所示。表1是HP8593E频谱仪出厂的典型幅度校准数据表。
    

    

　　
　　表中含有输入衰减器（RFATN）衰减量为0～70dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，对数放大器（LOG）放大量为0～50dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，线性放大器（LIN）放大量为10～40dBm以10dB为步进的各档幅度误差修正值，分辨率带宽放大器（BWAMP）以1、3、10为带宽为步进的各档幅度误差修正值；频谱仪整个通道增益（GAIN）修正值，增益修正值是以DAC的形式来表示的，修正值最小为0，最大为255等。这张幅度校准表，我们不但能分析频谱仪中各硬件电路的性能指标，而且还能给维修仪器带来一定的方便。频谱仪内部计算机对幅度修正的能力最大为±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，如果频谱仪在作幅度校准过程中，各类误差修正值超过±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，则校准不能完成，频谱仪屏幕上将出现错误信息。

       4　故障检修

　　本人在维修数十台HP859X系列频谱仪的过程中，发现大多数故障都出现在频谱仪测量信号不正确上，因篇幅有限，本文将重点介绍HP859X系列频谱仪测量信号幅度不正确的故障检修方法，并借助幅度校准表来进行故障定位。

　　首先对频谱仪的基本功能进行检查，将频谱仪前面板上频率为300MHz、幅度为－20dBm的校准信号用射频电缆连接到频谱仪的输入端，按下〔FREQUENCY〕，〔3〕，〔0〕，〔0〕，〔MHz〕；〔SPAN〕，〔1〕，〔0〕，〔MHz〕，这时频谱仪的显示屏幕上正常显示的是频率为300MHz、幅度为－20dBm的一根谱线，并作频率、幅度校准，若校准通过，说明频谱仪基本工作正常。如果测量幅度较低或较高，且幅度校准通不过的话，则说明频谱仪出现故障，需进行调整或修理后，方能正常使用。现代程控仪器大多都有自诊断功能，尤其是HP859X系列频谱仪，在作校准的过程中，如果检测到其中某一功能不正常的话，频谱仪将立即停止自校准，同时显示错误信息。在作幅度校准过程中，常出现以下三种错误信息："CAL GAIN FAIL"、"CALSIGNAL NOT FOUND"、"CAL：RES BW AMPLFAIL"，本文就以上述三种错误信息来分析HP859X系列频谱仪幅度故障的检修方法。

    （1）故障信息"CALGAIN FAIL"

　　该故障信息表明仪器在幅度校准过程中，检测增益明显降低，补偿到最大值亦不能达到指标，这时仪器校准停止，并将错误信息"CALGAIN FAIL"显示在屏幕上，该故障性质属整个通道增益问题，根据仪器原理框图可知，产生故障的部件主要有：射频部分（输入衰减器、第一混频器、第二混频器、YTO、信号控制板）、中频部分（第三混频器、分辨率带宽电路、幅度控制电路、对数放大器）等部件。

　　首先调出幅度校准表，发现增益补偿DAC值为255，说明增益已经补偿最大值，可初步判断仪器硬件有故障；由于该故障牵涉的部件较多，逐一检查速度很慢，不利于提高维修效率，第二步就是对故障进行隔离，将故障定位在射频部分或在中频部分，具体方法是：将前面板校准信号连接到频谱仪的输入端，用另一台频谱仪测量第二混频器的输出信号，此时所测量的正常信号频率应为321．4MHz，幅度为－50dBm±2dBm。若测量值远远低于正常值，可以判定仪器的故障出现在射频部分，反之则在中频部分。笔者经过维修实践，发现此类故障90％以上是射频部分故障，故障最多的部件是输入衰减器、第一混频器及YTO。

    （2）故障信息"CALSIGNALNOTFOUND"

　　该故障信息表明仪器在作幅度校准过程中没有发现校准信号。该类故障的检查步骤为：检查校准信号与信号输入端之间的射频电缆是否连接完好、校准信号输出是否正常、第二混频器的输出信号是否正常等。此类故障多为频谱仪中第一混频器故障。

    （3）故障信息"CAL：RESBW AMPLFAIL"

　　该故障信息表示仪器在作分辨率带宽滤波器幅度增益校准时，其中一档或几档滤波器的幅度误差超过2．2dBm，计算机仪器内部靠软件补偿也不行。此时若调出幅度校准补偿数据，可以观察到分辨率带宽（BWAMP）数据表那栏的补偿数据将至少有一个误差数据超过2．2，说明该档分辨率带宽滤波器的幅度增益误差太大，此类故障只要作分辨率带宽幅度调整即可解决。