合成掃頻信號源的維修方法

何庶民

（中國西南電子技術研究所，四川成都610036）

業界要聞

合成掃頻信號源的維修方法

何庶民

（中國西南電子技術研究所，四川成都610036）

介紹了微波合成掃頻信號源的基本原理，維修技術及維修實例。

合成掃源；不鎖相；不穩幅

微波合成掃頻信號源簡稱“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結合。合成掃源在現代通信的設計和研究中有廣泛的應用，隨著合成掃源的使用時間增加，其故障率也相應增大。根據從事合成掃源維修工作的一點經驗，來探討一下合成掃源的相關知識和維修方法。

以前比較具有代表意義的合成掃源是美國惠普公司20世紀80年代末推出的HP8360系列合成掃源。市場占有率比較高，一直以來維修的量也比較大，現在以這個系列為例來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驅動器驅動下產生一定頻率的信號，送給調制功分器，調制功分器對信號進行放大和頻率取樣，然后分別送給頻率合成器和放大檢波器，放大檢波器對信號進行放大，以補償倍頻濾波組件對信號的插損，倍頻濾波組件進行倍頻并濾除高次諧波，送入耦合檢波器后一路對信號功率進行耦合取樣，經檢波后送給自動電平控制單元進行幅度的控制；另一路信號直接進入步進衰減器，步進衰減器對信號幅度按照面板設定值進行衰減，然后由輸出口輸出設定的信號。

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別于掃源的關鍵，而完成鎖相和掃頻功能有機結合的掃描發生器又是合成掃源相對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

頻率標準提供高精度，高穩定度的頻率參考，送給參考環產生小數環、采樣環、時鐘等需要的頻率參考。采樣環為采樣器提供采樣本振，采樣器對YTO的輸出頻率進行采樣，在CPU控制下變頻到15～40 MHz中頻信號FV送給鑒相器，小數環利用參考環提供的參考信號在CPU控制下輸出給鑒相器30～60 MHz的信號Fr，鑒相器比較Fv和Fr，將與兩路輸入信號的相差成單調函數關系的誤差信號經環路濾波器形成調諧信號，環路濾波器起到濾除誤差電壓中的高頻成分和噪聲，以保證環路所要求的性能，增加系統的穩定性。調諧信號經取樣保持電路再和其它的調諧信號求和產生總的YTO驅動信號，驅動YTO產生所需的頻率：

頻率合成器在CPU控制下的工作過程：當前面板設置某個需要鎖定的頻率值Fo時，如CW，或START/STOP掃頻模式時的起始頻率或其它掃頻模式的起始頻率，CPU根據鎖定頻率Fo值，換算成YTO輸出頻率FYTO，通過對YTO預置頻率，使YTO實際輸出所需頻率FYTO。CPU再根據FYTO計算出YTO鑒相器參考和本振頻率，由此推算出取樣環和小數環的分頻數，然后分別將這些數據送入對應的數據鎖存器。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，環路把YTO頻率精確的鎖定在預定的頻率上，在掃源工作方式下，環路先把YTO頻率鎖定在起始頻率上，然后取樣保持電路切斷鎖相環路，保持住準確的起始頻率所需的預置補償電壓，再通過求和（驅動電路）把掃描電壓疊加上去，使YTO實現掃頻輸出。掃頻時閑置的鎖相環可以測量瞬時頻率，求得掃速誤差，然后利用掃速誤差調整掃描發生器的掃描坡度，從而得到準確的掃寬。

合成掃源的幅度控制是通過前饋式ALC電路來實現的。其原理框圖如圖4所示。

在前饋式ALC控制中，電平控制信號首先加到線性調制器上，同時，延時電路使電平控制信號和微波電平檢波信號的變化同步到達求和電路，其差值再通過積分負反饋電路進一步修正微波功率電平，得到準確穩定的功率輸出。

準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

下面通過對一些常見的典型故障進行詳細分析，來說明合成掃源的維修方法。合成掃源，比較典型的故障現象體現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象是輸出幅度不穩幅（Unlevel），面板會出現“Unlevel”的錯誤提示。這時可在將儀器的輸出設定為0 dBm的情況下用頻譜儀測量輸出功率。輸出有3種可能：+15 dBm，0 dBm，－15 dBm，通過圖1和圖3，可以對上述3種情況進行分析：

如果輸出信號為+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，可判定微波主路是正常的，+15 dBm的輸出應該是由于反饋信號沒有被檢測到，而控制部份的差分放大器仍產生補償信號，并通過線性調制器使輸出信號逐漸增大到最大。因此應把重點放在檢查定向耦合器和檢波器上，通過測量定向耦合器有沒有輸出信號來判斷是不是定向耦合器出現故障，再測試檢波器是否有輸出，來判斷檢波器的好壞；如果都是好的，就進一步檢測調制功分器的反饋輸入是否正常，如果正常，那么就可能是調制功分器本身出現故障，如果沒有反饋信號輸入，那么就是檢波器到調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。如果輸出信號為－15 dBm，依照上述分析，就應該是微波主路壞了。這就要沿著微波主路依次檢測各器件的輸出，調制功分器→放大檢波器→YTM倍頻器→耦合檢波器→衰減器，看哪一個器件出錯，主要是看哪一處信號比正常值小。從理論上講，這種情況也有可能反饋電路某一部分壞了，產生很大的假反饋信號，使調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現問題時，再檢查反饋信號電路。

如果輸出信號為0 dBm，也就是說輸出的功率就是設定的功率，可以判定微波主路和反饋回路都沒有問題，應該是監測電路出現故障，出現誤報。

對于HP8360通常也可用111號自檢來判斷，如果自檢通過就可判定是YTM及后面器件出故障，自檢出錯應該是YTM之前有元器件壞。這樣可極大地縮小檢測范圍。

另外關于幅度的問題是幅度超差，如果是幅度指標超差，可以通過校準來校正輸出功率。校準過程如下：

（1）把合成掃源和功率計用GPIB電纜連接起來；

（2）操作合成掃源，按〔service〕；

（3）翻到第二頁，按〔Adjust menu〕軟鍵；

（4）按指示輸入數字，再按〔Adjust menu〕軟鍵；

（5）在子菜單中按〔Digalc menu〕軟鍵；

（6）翻到第三頁，按〔pwr Mtr Alc cal〕即可；

（7）在第二頁中，按下〔Atnstep To cal〕鍵，輸入需要校準的其它dB檔，重復步驟6；

（8）校完后根據提示按save，存貯校準數據。

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控制環路，檢查哪一部份出現問題，然后再圍繞這一部份檢查相關組件，再根據電路圖測試，就可確定是哪一個元件損壞。

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輸出的頻率值結合框圖3就可大致判斷出故障的具體電路組件。有3種故障現象：

（1）沒有輸出信號。出現這種情況說明振蕩器沒有起振，這時重點檢查YTO及其驅動電路，如果外圍電路如供電電源正常，主線圍驅動電壓正常，YTO沒有輸出，就可以大致判定是YTO壞了，通過試換YTO來檢查。

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

（3）輸出信號頻率不是所設的頻率。這種情況說明鑒相器里的分頻器出現故障。

儀器的自檢程序在出Unlock時可以幫助判斷是哪一個環路出故障，在出現Unlock提示時，進入Unlock Information可以查看是小數環、取樣環、YO環、低波段、參考環中的哪一個環路出現Unlock提示。然后再檢查具體的環路電路。在此基礎上，進行一下自檢，結合自檢結果就能大概確定下故障的范圍，可以節約很多維修時間。當然，儀器自檢的結果僅供參考，并不是十分準確，只是能大概的指明檢查的方向。值得注意的是，出現Unlock信息并不一定是哪個器件壞了，可能是某個環路工作狀態發生改變，通過適當調節電路的工作點就能使輸出正常。在實際維修過程中，這種情況最常見。

2.3電源問題

另外一個不是很典型，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。

電源出問題，開機時要么加不上電，要么加上電會出現“Power supply fail”的提示，不能進入系統正常工作。這時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，那么就是未穩伏電壓過高或相關電路出問題，可檢查預穩部份電路，這種情況檢查范圍小，相對比校簡單，而且不常見；如果紅燈亮，綠燈不亮，這就是穩壓電路或負載部份出問題，這時可先測量一下電源穩壓板上的測試點，每個測試點旁都標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，就檢查穩壓板，如果正常，就是負載有問題，再檢查各路負載是否有短路，燒壞等故障，這種情況一般可以通過觀察發現故障元件。

3　故障實例分析

（1）出現Low unlevel的現象。Unlevel和Low unlevel的自測試電路如圖5所示，VD＞VR時會出現Low unlevel，VD＜VR時會出現UNLEVEL，VD= VR時穩幅。維修時首先設置面板輸出幅度為0 dBm時測試真實RFoutput為+15 dBm，這是因為輸出過大造成出現Low unlevel，那么是什么原因引起輸出太大呢，這種情況應該是調制功分器沒有調制衰減造成的，也就是說反饋沒有起作用，所以應該重點檢查反饋電路。

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

圖5　穩幅檢測電路

（2）在全頻段掃頻輸出時出現Unlevel，點頻輸出15 GHz以上不穩幅。檢查發現，在輸出設在0 dBm時，2～15 GHz掃頻時不出現Unlevel，但輸出設置成指標所規定的8 dBm時，又出現Unlevel，且輸出幅度設置的越高，能夠穩幅的頻率越低，在5 GHz以下能夠完全正常。據微波框圖圖2，我們可以粗略判斷倍頻濾波組件出現故障，倍頻微波組件又由YTM擴頻微波器件和開關濾波組件組成，由前所述可知YTM在處理器的控制下，能夠按照面板的設置把頻率為7 GHz以下的信號擴頻成7～20 GHz的信號，而開關濾波組件主要有高頻濾波作用。為了判斷是哪一部份損壞，我們測試YTM的輸入信號，測得數據如表1所示。

表1　YTM輸入信號的測試數據

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，接著測試YTM的輸出，測得結果如表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濾波組件損壞，當然為了做到萬無一失，還需測一下開關濾波組件輸出，測得數據如表3所示。

表2　YTM輸入信號的測試數據

從表3中可以看出信號經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時約10 dBm。所以可確定為開關濾波組件損壞。用另更換濾波組件后，Unlevel信息消失，輸出正常。

表3　開關濾波組件輸出所測數據

4　結束語

研究合成掃源的維修很有必要，既可以節約維修費用，又可以保證科研生產的正常進行。希望通過這篇文章能使維修人員對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