合成扫频信号源的维修方法

2016-11-23何庶民

电子工业专用设备 2016年10期

关键词：功分器部份检波器

何庶民

（中国西南电子技术研究所，四川成都610036）

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合成扫频信号源的维修方法

何庶民

（中国西南电子技术研究所，四川成都610036）

介绍了微波合成扫频信号源的基本原理，维修技术及维修实例。

合成扫源；不锁相；不稳幅

微波合成扫频信号源简称“合成扫源”，是指具有模拟扫频功能的合成源，是合成源和扫源的有机结合。合成扫源在现代通信的设计和研究中有广泛的应用，随着合成扫源的使用时间增加，其故障率也相应增大。根据从事合成扫源维修工作的一点经验，来探讨一下合成扫源的相关知识和维修方法。

以前比较具有代表意义的合成扫源是美国惠普公司20世纪80年代末推出的HP8360系列合成扫源。市场占有率比较高，一直以来维修的量也比较大，现在以这个系列为例来讲一下合成扫源的维修。

1　基本工作原理

合成扫源由电源部份、频率参考、中央处理器、频率合成器、调制控制电路、微波主路等部份组成。

图1是合成源2～20 GHz的微波部份框图，YTO在频率合成器中的YO驱动器驱动下产生一定频率的信号，送给调制功分器，调制功分器对信号进行放大和频率取样，然后分别送给频率合成器和放大检波器，放大检波器对信号进行放大，以补偿倍频滤波组件对信号的插损，倍频滤波组件进行倍频并滤除高次谐波，送入耦合检波器后一路对信号功率进行耦合取样，经检波后送给自动电平控制单元进行幅度的控制；另一路信号直接进入步进衰减器，步进衰减器对信号幅度按照面板设定值进行衰减，然后由输出口输出设定的信号。

图2是合成扫源的微波部份框图。

频率合成部份是合成扫源区别于扫源的关键，而完成锁相和扫频功能有机结合的扫描发生器又是合成扫源相对于合成源的最大变化。频率合成部份原理图如图3所示。

图1　合成扫源框图

图2　微波主路框图

图3　频率合成部份框图

频率标准提供高精度，高稳定度的频率参考，送给参考环产生小数环、采样环、时钟等需要的频率参考。采样环为采样器提供采样本振，采样器对YTO的输出频率进行采样，在CPU控制下变频到15～40 MHz中频信号FV送给鉴相器，小数环利用参考环提供的参考信号在CPU控制下输出给鉴相器30～60 MHz的信号Fr，鉴相器比较Fv和Fr，将与两路输入信号的相差成单调函数关系的误差信号经环路滤波器形成调谐信号，环路滤波器起到滤除误差电压中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。调谐信号经取样保持电路再和其它的调谐信号求和产生总的YTO驱动信号，驱动YTO产生所需的频率：

频率合成器在CPU控制下的工作过程：当前面板设置某个需要锁定的频率值Fo时，如CW，或START/STOP扫频模式时的起始频率或其它扫频模式的起始频率，CPU根据锁定频率Fo值，换算成YTO输出频率FYTO，通过对YTO预置频率，使YTO实际输出所需频率FYTO。CPU再根据FYTO计算出YTO鉴相器参考和本振频率，由此推算出取样环和小数环的分频数，然后分别将这些数据送入对应的数据锁存器。这样就使频率合成器正常工作，输出所需的频率。

在CW工作方式下，环路把YTO频率精确的锁定在预定的频率上，在扫源工作方式下，环路先把YTO频率锁定在起始频率上，然后取样保持电路切断锁相环路，保持住准确的起始频率所需的预置补偿电压，再通过求和（驱动电路）把扫描电压叠加上去，使YTO实现扫频输出。扫频时闲置的锁相环可以测量瞬时频率，求得扫速误差，然后利用扫速误差调整扫描发生器的扫描坡度，从而得到准确的扫宽。

合成扫源的幅度控制是通过前馈式ALC电路来实现的。其原理框图如图4所示。

在前馈式ALC控制中，电平控制信号首先加到线性调制器上，同时，延时电路使电平控制信号和微波电平检波信号的变化同步到达求和电路，其差值再通过积分负反馈电路进一步修正微波功率电平，得到准确稳定的功率输出。

准确的理解仪器工作原理，组成，每一部份完成的功能，相互连接关系，这些是快速判断故障范围的必要条件。

图4　前馈式ALC电路框图

2　合成扫源的维修

下面通过对一些常见的典型故障进行详细分析，来说明合成扫源的维修方法。合成扫源，比较典型的故障现象体现在输出的幅度问题和频率上。

2.1幅度问题

幅度方面的主要故障现象是输出幅度不稳幅（Unlevel），面板会出现“Unlevel”的错误提示。这时可在将仪器的输出设定为0 dBm的情况下用频谱仪测量输出功率。输出有3种可能：+15 dBm，0 dBm，－15 dBm，通过图1和图3，可以对上述3种情况进行分析：

如果输出信号为+15 dBm，这是合成扫源的最大输出，通过分析框图1可知，输出为最大的信号，可判定微波主路是正常的，+15 dBm的输出应该是由于反馈信号没有被检测到，而控制部份的差分放大器仍产生补偿信号，并通过线性调制器使输出信号逐渐增大到最大。因此应把重点放在检查定向耦合器和检波器上，通过测量定向耦合器有没有输出信号来判断是不是定向耦合器出现故障，再测试检波器是否有输出，来判断检波器的好坏；如果都是好的，就进一步检测调制功分器的反馈输入是否正常，如果正常，那么就可能是调制功分器本身出现故障，如果没有反馈信号输入，那么就是检波器到调制功分器之间的反馈电路故障，就要按电路图检查差分放大器和求和电路。如果输出信号为－15 dBm，依照上述分析，就应该是微波主路坏了。这就要沿着微波主路依次检测各器件的输出，调制功分器→放大检波器→YTM倍频器→耦合检波器→衰减器，看哪一个器件出错，主要是看哪一处信号比正常值小。从理论上讲，这种情况也有可能反馈电路某一部分坏了，产生很大的假反馈信号，使调制功分器的输出最小，从而使输出很小。但是这种情况很少，维修过程中还未遇到过，只有在检查完主路没发现问题时，再检查反馈信号电路。

如果输出信号为0 dBm，也就是说输出的功率就是设定的功率，可以判定微波主路和反馈回路都没有问题，应该是监测电路出现故障，出现误报。

对于HP8360通常也可用111号自检来判断，如果自检通过就可判定是YTM及后面器件出故障，自检出错应该是YTM之前有元器件坏。这样可极大地缩小检测范围。

另外关于幅度的问题是幅度超差，如果是幅度指标超差，可以通过校准来校正输出功率。校准过程如下：

（1）把合成扫源和功率计用GPIB电缆连接起来；

（2）操作合成扫源，按〔service〕；

（3）翻到第二页，按〔Adjust menu〕软键；

（4）按指示输入数字，再按〔Adjust menu〕软键；

（5）在子菜单中按〔Digalc menu〕软键；

（6）翻到第三页，按〔pwr Mtr Alc cal〕即可；

（7）在第二页中，按下〔Atnstep To cal〕键，输入需要校准的其它dB档，重复步骤6；

（8）校完后根据提示按save，存贮校准数据。

在平常修理中所遇到的幅度问题情况可能有所不同，但基本修理思路都和上面所述基本相同，首先锁定微波输出主路和前馈式ALC控制环路，检查哪一部份出现问题，然后再围绕这一部份检查相关组件，再根据电路图测试，就可确定是哪一个元件损坏。

2.2频率问题

在频率方面遇到的问题，通常是面板提示不锁相（Unlock），这时故障范围基本可以锁定在频率合成器部份和YTO振荡器部份。同样也可以通过检测输出的频率值结合框图3就可大致判断出故障的具体电路组件。有3种故障现象：

（1）没有输出信号。出现这种情况说明振荡器没有起振，这时重点检查YTO及其驱动电路，如果外围电路如供电电源正常，主线围驱动电压正常，YTO没有输出，就可以大致判定是YTO坏了，通过试换YTO来检查。

（2）输出信号频率在高频端。这时应该重点检查反馈回路，主要是采样器各部份和鉴相器部份。这时可以借助于仪器的自检程序来帮助缩小检查的范围。

（3）输出信号频率不是所设的频率。这种情况说明鉴相器里的分频器出现故障。

仪器的自检程序在出Unlock时可以帮助判断是哪一个环路出故障，在出现Unlock提示时，进入Unlock Information可以查看是小数环、取样环、YO环、低波段、参考环中的哪一个环路出现Unlock提示。然后再检查具体的环路电路。在此基础上，进行一下自检，结合自检结果就能大概确定下故障的范围，可以节约很多维修时间。当然，仪器自检的结果仅供参考，并不是十分准确，只是能大概的指明检查的方向。值得注意的是，出现Unlock信息并不一定是哪个器件坏了，可能是某个环路工作状态发生改变，通过适当调节电路的工作点就能使输出正常。在实际维修过程中，这种情况最常见。

2.3电源问题

另外一个不是很典型，但是很普遍的问题是电源出故障，下面介绍HP8360的电源问题修理特点。

电源出问题，开机时要么加不上电，要么加上电会出现“Power supply fail”的提示，不能进入系统正常工作。这时可以通过看电源板上指示灯的情况大概判断出故障的范围，如果红灯亮，绿灯也亮，那么就是未稳伏电压过高或相关电路出问题，可检查预稳部份电路，这种情况检查范围小，相对比校简单，而且不常见；如果红灯亮，绿灯不亮，这就是稳压电路或负载部份出问题，这时可先测量一下电源稳压板上的测试点，每个测试点旁都标有该路电路的正常电压，看各路输出电压是否正常，如果不正常，就检查稳压板，如果正常，就是负载有问题，再检查各路负载是否有短路，烧坏等故障，这种情况一般可以通过观察发现故障元件。

3　故障实例分析

（1）出现Low unlevel的现象。Unlevel和Low unlevel的自测试电路如图5所示，VD＞VR时会出现Low unlevel，VD＜VR时会出现UNLEVEL，VD= VR时稳幅。维修时首先设置面板输出幅度为0 dBm时测试真实RFoutput为+15 dBm，这是因为输出过大造成出现Low unlevel，那么是什么原因引起输出太大呢，这种情况应该是调制功分器没有调制衰减造成的，也就是说反馈没有起作用，所以应该重点检查反馈电路。

而如果产生VD的定向耦合器或检波器坏了，VD偏时出现Unlevel，表现为Low level，则定向耦合器和检波器正常。如果VREF变得太小就可能产生这种情况，于是我们测量VREF的值，也为正常。这就可能是调制功分器坏了，为确诊，还需测量一下输入到调制功分器的反馈信号，正常。最后我们将调制功分器更换，输出正常，显示正常，确定是调制功分器损坏。

图5　稳幅检测电路

（2）在全频段扫频输出时出现Unlevel，点频输出15 GHz以上不稳幅。检查发现，在输出设在0 dBm时，2～15 GHz扫频时不出现Unlevel，但输出设置成指标所规定的8 dBm时，又出现Unlevel，且输出幅度设置的越高，能够稳幅的频率越低，在5 GHz以下能够完全正常。据微波框图图2，我们可以粗略判断倍频滤波组件出现故障，倍频微波组件又由YTM扩频微波器件和开关滤波组件组成，由前所述可知YTM在处理器的控制下，能够按照面板的设置把频率为7 GHz以下的信号扩频成7～20 GHz的信号，而开关滤波组件主要有高频滤波作用。为了判断是哪一部份损坏，我们测试YTM的输入信号，测得数据如表1所示。