何庶民

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川成都610036）

業(yè)界要聞

合成掃頻信號(hào)源的維修方法

何庶民

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川成都610036）

介紹了微波合成掃頻信號(hào)源的基本原理，維修技術(shù)及維修實(shí)例。

合成掃源；不鎖相；不穩(wěn)幅

微波合成掃頻信號(hào)源簡(jiǎn)稱“合成掃源”，是指具有模擬掃頻功能的合成源，是合成源和掃源的有機(jī)結(jié)合。合成掃源在現(xiàn)代通信的設(shè)計(jì)和研究中有廣泛的應(yīng)用，隨著合成掃源的使用時(shí)間增加，其故障率也相應(yīng)增大。根據(jù)從事合成掃源維修工作的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，來(lái)探討一下合成掃源的相關(guān)知識(shí)和維修方法。

以前比較具有代表意義的合成掃源是美國(guó)惠普公司20世紀(jì)80年代末推出的HP8360系列合成掃源。市場(chǎng)占有率比較高，一直以來(lái)維修的量也比較大，現(xiàn)在以這個(gè)系列為例來(lái)講一下合成掃源的維修。

1　基本工作原理

合成掃源由電源部份、頻率參考、中央處理器、頻率合成器、調(diào)制控制電路、微波主路等部份組成。

圖1是合成源2～20 GHz的微波部份框圖，YTO在頻率合成器中的YO驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)，送給調(diào)制功分器，調(diào)制功分器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和頻率取樣，然后分別送給頻率合成器和放大檢波器，放大檢波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償倍頻濾波組件對(duì)信號(hào)的插損，倍頻濾波組件進(jìn)行倍頻并濾除高次諧波，送入耦合檢波器后一路對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行耦合取樣，經(jīng)檢波后送給自動(dòng)電平控制單元進(jìn)行幅度的控制；另一路信號(hào)直接進(jìn)入步進(jìn)衰減器，步進(jìn)衰減器對(duì)信號(hào)幅度按照面板設(shè)定值進(jìn)行衰減，然后由輸出口輸出設(shè)定的信號(hào)。

圖2是合成掃源的微波部份框圖。

頻率合成部份是合成掃源區(qū)別于掃源的關(guān)鍵，而完成鎖相和掃頻功能有機(jī)結(jié)合的掃描發(fā)生器又是合成掃源相對(duì)于合成源的最大變化。頻率合成部份原理圖如圖3所示。

圖1　合成掃源框圖

圖2　微波主路框圖

圖3　頻率合成部份框圖

頻率標(biāo)準(zhǔn)提供高精度，高穩(wěn)定度的頻率參考，送給參考環(huán)產(chǎn)生小數(shù)環(huán)、采樣環(huán)、時(shí)鐘等需要的頻率參考。采樣環(huán)為采樣器提供采樣本振，采樣器對(duì)YTO的輸出頻率進(jìn)行采樣，在CPU控制下變頻到15～40 MHz中頻信號(hào)FV送給鑒相器，小數(shù)環(huán)利用參考環(huán)提供的參考信號(hào)在CPU控制下輸出給鑒相器30～60 MHz的信號(hào)Fr，鑒相器比較Fv和Fr，將與兩路輸入信號(hào)的相差成單調(diào)函數(shù)關(guān)系的誤差信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波器形成調(diào)諧信號(hào)，環(huán)路濾波器起到濾除誤差電壓中的高頻成分和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)諧信號(hào)經(jīng)取樣保持電路再和其它的調(diào)諧信號(hào)求和產(chǎn)生總的YTO驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)YTO產(chǎn)生所需的頻率：

頻率合成器在CPU控制下的工作過程：當(dāng)前面板設(shè)置某個(gè)需要鎖定的頻率值Fo時(shí)，如CW，或START/STOP掃頻模式時(shí)的起始頻率或其它掃頻模式的起始頻率，CPU根據(jù)鎖定頻率Fo值，換算成YTO輸出頻率FYTO，通過對(duì)YTO預(yù)置頻率，使YTO實(shí)際輸出所需頻率FYTO。CPU再根據(jù)FYTO計(jì)算出YTO鑒相器參考和本振頻率，由此推算出取樣環(huán)和小數(shù)環(huán)的分頻數(shù)，然后分別將這些數(shù)據(jù)送入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖存器。這樣就使頻率合成器正常工作，輸出所需的頻率。

在CW工作方式下，環(huán)路把YTO頻率精確的鎖定在預(yù)定的頻率上，在掃源工作方式下，環(huán)路先把YTO頻率鎖定在起始頻率上，然后取樣保持電路切斷鎖相環(huán)路，保持住準(zhǔn)確的起始頻率所需的預(yù)置補(bǔ)償電壓，再通過求和（驅(qū)動(dòng)電路）把掃描電壓疊加上去，使YTO實(shí)現(xiàn)掃頻輸出。掃頻時(shí)閑置的鎖相環(huán)可以測(cè)量瞬時(shí)頻率，求得掃速誤差，然后利用掃速誤差調(diào)整掃描發(fā)生器的掃描坡度，從而得到準(zhǔn)確的掃寬。

合成掃源的幅度控制是通過前饋式ALC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其原理框圖如圖4所示。

在前饋式ALC控制中，電平控制信號(hào)首先加到線性調(diào)制器上，同時(shí)，延時(shí)電路使電平控制信號(hào)和微波電平檢波信號(hào)的變化同步到達(dá)求和電路，其差值再通過積分負(fù)反饋電路進(jìn)一步修正微波功率電平，得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的功率輸出。

準(zhǔn)確的理解儀器工作原理，組成，每一部份完成的功能，相互連接關(guān)系，這些是快速判斷故障范圍的必要條件。

圖4　前饋式ALC電路框圖

2　合成掃源的維修

下面通過對(duì)一些常見的典型故障進(jìn)行詳細(xì)分析，來(lái)說明合成掃源的維修方法。合成掃源，比較典型的故障現(xiàn)象體現(xiàn)在輸出的幅度問題和頻率上。

2.1幅度問題

幅度方面的主要故障現(xiàn)象是輸出幅度不穩(wěn)幅（Unlevel），面板會(huì)出現(xiàn)“Unlevel”的錯(cuò)誤提示。這時(shí)可在將儀器的輸出設(shè)定為0 dBm的情況下用頻譜儀測(cè)量輸出功率。輸出有3種可能：+15 dBm，0 dBm，－15 dBm，通過圖1和圖3，可以對(duì)上述3種情況進(jìn)行分析：

如果輸出信號(hào)為+15 dBm，這是合成掃源的最大輸出，通過分析框圖1可知，輸出為最大的信號(hào)，可判定微波主路是正常的，+15 dBm的輸出應(yīng)該是由于反饋信號(hào)沒有被檢測(cè)到，而控制部份的差分放大器仍產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，并通過線性調(diào)制器使輸出信號(hào)逐漸增大到最大。因此應(yīng)把重點(diǎn)放在檢查定向耦合器和檢波器上，通過測(cè)量定向耦合器有沒有輸出信號(hào)來(lái)判斷是不是定向耦合器出現(xiàn)故障，再測(cè)試檢波器是否有輸出，來(lái)判斷檢波器的好壞；如果都是好的，就進(jìn)一步檢測(cè)調(diào)制功分器的反饋輸入是否正常，如果正常，那么就可能是調(diào)制功分器本身出現(xiàn)故障，如果沒有反饋信號(hào)輸入，那么就是檢波器到調(diào)制功分器之間的反饋電路故障，就要按電路圖檢查差分放大器和求和電路。如果輸出信號(hào)為－15 dBm，依照上述分析，就應(yīng)該是微波主路壞了。這就要沿著微波主路依次檢測(cè)各器件的輸出，調(diào)制功分器→放大檢波器→YTM倍頻器→耦合檢波器→衰減器，看哪一個(gè)器件出錯(cuò)，主要是看哪一處信號(hào)比正常值小。從理論上講，這種情況也有可能反饋電路某一部分壞了，產(chǎn)生很大的假反饋信號(hào)，使調(diào)制功分器的輸出最小，從而使輸出很小。但是這種情況很少，維修過程中還未遇到過，只有在檢查完主路沒發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，再檢查反饋信號(hào)電路。

如果輸出信號(hào)為0 dBm，也就是說輸出的功率就是設(shè)定的功率，可以判定微波主路和反饋回路都沒有問題，應(yīng)該是監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)故障，出現(xiàn)誤報(bào)。

對(duì)于HP8360通常也可用111號(hào)自檢來(lái)判斷，如果自檢通過就可判定是YTM及后面器件出故障，自檢出錯(cuò)應(yīng)該是YTM之前有元器件壞。這樣可極大地縮小檢測(cè)范圍。

另外關(guān)于幅度的問題是幅度超差，如果是幅度指標(biāo)超差，可以通過校準(zhǔn)來(lái)校正輸出功率。校準(zhǔn)過程如下：

（1）把合成掃源和功率計(jì)用GPIB電纜連接起來(lái)；

（2）操作合成掃源，按〔service〕；

（3）翻到第二頁(yè)，按〔Adjust menu〕軟鍵；

（4）按指示輸入數(shù)字，再按〔Adjust menu〕軟鍵；

（5）在子菜單中按〔Digalc menu〕軟鍵；

（6）翻到第三頁(yè)，按〔pwr Mtr Alc cal〕即可；

（7）在第二頁(yè)中，按下〔Atnstep To cal〕鍵，輸入需要校準(zhǔn)的其它dB檔，重復(fù)步驟6；

（8）校完后根據(jù)提示按save，存貯校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

在平常修理中所遇到的幅度問題情況可能有所不同，但基本修理思路都和上面所述基本相同，首先鎖定微波輸出主路和前饋式ALC控制環(huán)路，檢查哪一部份出現(xiàn)問題，然后再圍繞這一部份檢查相關(guān)組件，再根據(jù)電路圖測(cè)試，就可確定是哪一個(gè)元件損壞。

2.2頻率問題

在頻率方面遇到的問題，通常是面板提示不鎖相（Unlock），這時(shí)故障范圍基本可以鎖定在頻率合成器部份和YTO振蕩器部份。同樣也可以通過檢測(cè)輸出的頻率值結(jié)合框圖3就可大致判斷出故障的具體電路組件。有3種故障現(xiàn)象：

（1）沒有輸出信號(hào)。出現(xiàn)這種情況說明振蕩器沒有起振，這時(shí)重點(diǎn)檢查YTO及其驅(qū)動(dòng)電路，如果外圍電路如供電電源正常，主線圍驅(qū)動(dòng)電壓正常，YTO沒有輸出，就可以大致判定是YTO壞了，通過試換YTO來(lái)檢查。

（2）輸出信號(hào)頻率在高頻端。這時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)檢查反饋回路，主要是采樣器各部份和鑒相器部份。這時(shí)可以借助于儀器的自檢程序來(lái)幫助縮小檢查的范圍。

（3）輸出信號(hào)頻率不是所設(shè)的頻率。這種情況說明鑒相器里的分頻器出現(xiàn)故障。

儀器的自檢程序在出Unlock時(shí)可以幫助判斷是哪一個(gè)環(huán)路出故障，在出現(xiàn)Unlock提示時(shí)，進(jìn)入U(xiǎn)nlock Information可以查看是小數(shù)環(huán)、取樣環(huán)、YO環(huán)、低波段、參考環(huán)中的哪一個(gè)環(huán)路出現(xiàn)Unlock提示。然后再檢查具體的環(huán)路電路。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行一下自檢，結(jié)合自檢結(jié)果就能大概確定下故障的范圍，可以節(jié)約很多維修時(shí)間。當(dāng)然，儀器自檢的結(jié)果僅供參考，并不是十分準(zhǔn)確，只是能大概的指明檢查的方向。值得注意的是，出現(xiàn)Unlock信息并不一定是哪個(gè)器件壞了，可能是某個(gè)環(huán)路工作狀態(tài)發(fā)生改變，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電路的工作點(diǎn)就能使輸出正常。在實(shí)際維修過程中，這種情況最常見。

2.3電源問題

另外一個(gè)不是很典型，但是很普遍的問題是電源出故障，下面介紹HP8360的電源問題修理特點(diǎn)。

電源出問題，開機(jī)時(shí)要么加不上電，要么加上電會(huì)出現(xiàn)“Power supply fail”的提示，不能進(jìn)入系統(tǒng)正常工作。這時(shí)可以通過看電源板上指示燈的情況大概判斷出故障的范圍，如果紅燈亮，綠燈也亮，那么就是未穩(wěn)伏電壓過高或相關(guān)電路出問題，可檢查預(yù)穩(wěn)部份電路，這種情況檢查范圍小，相對(duì)比校簡(jiǎn)單，而且不常見；如果紅燈亮，綠燈不亮，這就是穩(wěn)壓電路或負(fù)載部份出問題，這時(shí)可先測(cè)量一下電源穩(wěn)壓板上的測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)旁都標(biāo)有該路電路的正常電壓，看各路輸出電壓是否正常，如果不正常，就檢查穩(wěn)壓板，如果正常，就是負(fù)載有問題，再檢查各路負(fù)載是否有短路，燒壞等故障，這種情況一般可以通過觀察發(fā)現(xiàn)故障元件。

3　故障實(shí)例分析

（1）出現(xiàn)Low unlevel的現(xiàn)象。Unlevel和Low unlevel的自測(cè)試電路如圖5所示，VD＞VR時(shí)會(huì)出現(xiàn)Low unlevel，VD＜VR時(shí)會(huì)出現(xiàn)UNLEVEL，VD= VR時(shí)穩(wěn)幅。維修時(shí)首先設(shè)置面板輸出幅度為0 dBm時(shí)測(cè)試真實(shí)RFoutput為+15 dBm，這是因?yàn)檩敵鲞^大造成出現(xiàn)Low unlevel，那么是什么原因引起輸出太大呢，這種情況應(yīng)該是調(diào)制功分器沒有調(diào)制衰減造成的，也就是說反饋沒有起作用，所以應(yīng)該重點(diǎn)檢查反饋電路。

而如果產(chǎn)生VD的定向耦合器或檢波器壞了，VD偏時(shí)出現(xiàn)Unlevel，表現(xiàn)為L(zhǎng)ow level，則定向耦合器和檢波器正常。如果VREF變得太小就可能產(chǎn)生這種情況，于是我們測(cè)量VREF的值，也為正常。這就可能是調(diào)制功分器壞了，為確診，還需測(cè)量一下輸入到調(diào)制功分器的反饋信號(hào)，正常。最后我們將調(diào)制功分器更換，輸出正常，顯示正常，確定是調(diào)制功分器損壞。

圖5　穩(wěn)幅檢測(cè)電路

（2）在全頻段掃頻輸出時(shí)出現(xiàn)Unlevel，點(diǎn)頻輸出15 GHz以上不穩(wěn)幅。檢查發(fā)現(xiàn)，在輸出設(shè)在0 dBm時(shí)，2～15 GHz掃頻時(shí)不出現(xiàn)Unlevel，但輸出設(shè)置成指標(biāo)所規(guī)定的8 dBm時(shí)，又出現(xiàn)Unlevel，且輸出幅度設(shè)置的越高，能夠穩(wěn)幅的頻率越低，在5 GHz以下能夠完全正常。據(jù)微波框圖圖2，我們可以粗略判斷倍頻濾波組件出現(xiàn)故障，倍頻微波組件又由YTM擴(kuò)頻微波器件和開關(guān)濾波組件組成，由前所述可知YTM在處理器的控制下，能夠按照面板的設(shè)置把頻率為7 GHz以下的信號(hào)擴(kuò)頻成7～20 GHz的信號(hào)，而開關(guān)濾波組件主要有高頻濾波作用。為了判斷是哪一部份損壞，我們測(cè)試YTM的輸入信號(hào)，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　YTM輸入信號(hào)的測(cè)試數(shù)據(jù)

從表1中可看出與正常值相符，由此可判定YTM之前的檢波放大等部份是正常的，接著測(cè)試YTM的輸出，測(cè)得結(jié)果如表2所示。

從表中可知與正常值相同，由此判定YTM也是好的，至此基本可鎖定開關(guān)濾波組件損壞，當(dāng)然為了做到萬(wàn)無(wú)一失，還需測(cè)一下開關(guān)濾波組件輸出，測(cè)得數(shù)據(jù)如表3所示。

表2　YTM輸入信號(hào)的測(cè)試數(shù)據(jù)

從表3中可以看出信號(hào)經(jīng)過濾波組件后在出故障的頻段15～20 GHz幅度減小約10 dBm，而正常情況下，在15～20 GHz時(shí)約10 dBm。所以可確定為開關(guān)濾波組件損壞。用另更換濾波組件后，Unlevel信息消失，輸出正常。

表3　開關(guān)濾波組件輸出所測(cè)數(shù)據(jù)

4　結(jié)束語(yǔ)

研究合成掃源的維修很有必要，既可以節(jié)約維修費(fèi)用，又可以保證科研生產(chǎn)的正常進(jìn)行。希望通過這篇文章能使維修人員對(duì)合成掃源的維修有所幫助，能更好地做好儀器后勤保障工作。

Maintaining of the Synthesized Sweeper

HE Shuming

（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

This article introduces the basic principles and maintaining method of the synthesized sweeper.

Synthesized sweeper；Unlock；Unlevel

TN702

B

1004-4507（2016）10-0054-06

2016-09-26