頻譜分析儀的工作原理和常見故障及解決方法

頻譜分析儀是一種帶有顯示裝置的超外差式接受設(shè)備，是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量，可用以測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測(cè)量設(shè)備?，F(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果，能分析1 Hz以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無線電頻段的電信號(hào)。儀器如果采用數(shù)字電路和微處理器，就具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能；若配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就可構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 頻譜分析儀的工作原理概述

目前信號(hào)的分析主要從時(shí)域、頻域和調(diào)制域三個(gè)方面進(jìn)行，頻譜分析儀分析的是信號(hào)的頻域特性，它主要由預(yù)選器、掃頻本振、混頻、濾波、檢波、放大等部分組成。其基本組成框圖如圖1所示。

頻譜分析儀的基本工作原理是輸入信號(hào)經(jīng)衰減器加到混波器，與可調(diào)變的掃頻本振電路提供的本振信號(hào)混頻后，得到中頻信號(hào)再放大，濾波與檢波，把交流信號(hào)及各種調(diào)制信號(hào)變成一定規(guī)律變化的直流信號(hào)，在顯示器上顯示。

輸入衰減器是以10 dB為步進(jìn)的衰減器，主要用途是擴(kuò)大頻譜儀的幅度測(cè)量范圍，保證第一混頻器對(duì)被測(cè)信號(hào)來說處于線性工作區(qū)，使輸入信號(hào)與頻譜儀達(dá)到良好的匹配。濾波器的作用是抑制鏡像干擾以及其他噪聲干擾，保證測(cè)量的穩(wěn)定準(zhǔn)確?；祛l器也稱變頻器，它能將微波信號(hào)變換成所需要的中頻信號(hào)，而第一變頻器是寬帶頻譜儀中最關(guān)鍵的微波部件之一，它包括基波混頻器和高頻段混頻器。中頻電路部分的可變?cè)鲆骐娐泛洼斎胨p器一起聯(lián)控，或者由微處理器控制，根據(jù)輸入信號(hào)幅度大小改變頻譜分析儀的總增益，它的變化范圍就決定了參考電平的范圍。對(duì)數(shù)放大電路決定了頻譜分析儀的顯示動(dòng)態(tài)范圍和它的增益分檔調(diào)節(jié)。檢波電路一般都是峰值檢波再濾波。

頻譜分析儀的輸入信號(hào)一般以2.9 GHz頻率為分界點(diǎn)，低于2.9 GHz的信號(hào)為低波段信號(hào)，而頻率高于2.9 GHz的信號(hào)為高波段信號(hào)。低波段的信號(hào)與第一本振的基波混頻后得到第一中頻，再經(jīng)濾波后到第二變頻器，第一中頻信號(hào)與第二本振差頻得到第二中頻信號(hào)，再與第三本振混頻得到所需中頻信號(hào)；而高波段信號(hào)經(jīng)預(yù)選后與第一本振相應(yīng)的諧波混頻后得到的中頻信號(hào)與第三本振差頻得到所需要的中頻信號(hào)；該中頻信號(hào)經(jīng)后續(xù)電路處理后顯示。顯示電路的視頻濾波器實(shí)際上是個(gè)低通濾波器，對(duì)模擬顯示器，視頻濾波器輸出信號(hào)加到顯示器垂直偏轉(zhuǎn)線路供顯示，而對(duì)數(shù)字顯示器，則視頻濾波器輸出的信號(hào)先經(jīng)A/D變換，數(shù)字化后經(jīng)微處理器和圖像顯示控制器處理后送顯示器顯示。

2 常見故障的檢修

在檢修頻譜分析儀時(shí)，首先一定要注意采取靜電防護(hù)措施，因?yàn)槿梭w容易帶靜電，靜電放電會(huì)導(dǎo)致電子元器件損壞，因此在從事檢修儀器前要事先放電或帶接地手環(huán)；再就是引起某個(gè)故障產(chǎn)生的原因有多種因素，要遵循由易到難進(jìn)行分析排查，有利于快捷修復(fù)儀器。

故障一：黑屏。造成黑屏的原因一般來說電源出故障的幾率最高，因此先確定電源是否正常。頻譜儀普遍采用開關(guān)電源，可利用開關(guān)電源的一般檢修方法進(jìn)行排除修復(fù)。若電源無問題，還有比較常見的原因是高壓電路故障，在這里著重介紹一下頻譜儀的液晶顯示屏，液晶顯示器發(fā)出的來光是它內(nèi)部燈管發(fā)出的，燈管特性類似于家用日光燈，但它正常工作時(shí)需要400～800 V的高壓，若燈管不亮，就先用高內(nèi)阻萬用表測(cè)試高壓是否有故障，若高壓正常，則更換燈管；否則就是高壓逆變電路故障。

故障二：已保存的測(cè)試數(shù)據(jù)在使用時(shí)無法調(diào)用。頻譜分析儀具有對(duì)測(cè)試的頻譜數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行保存和隨時(shí)調(diào)用功能，如果已保存的頻譜數(shù)據(jù)無法調(diào)用，主要原因是由于頻譜儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的限制，當(dāng)存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)超出存儲(chǔ)空間時(shí)，新數(shù)據(jù)就無法再保存進(jìn)去，因此雖然文件顯示已保存成功，但文件列表中并沒有記錄，造成無法調(diào)用，這時(shí)必須將原有的舊文件刪除，保存的頻譜數(shù)據(jù)調(diào)用就能正常。

故障三：開機(jī)后自檢不過?，F(xiàn)代頻譜分析儀都帶有微處理器，其自身對(duì)故障可進(jìn)行診斷，在檢修時(shí)可充分利用其這個(gè)功能，便于快速判斷故障出處。若自檢不過，根據(jù)出錯(cuò)提示信息，大致可判斷問題所在，再對(duì)相關(guān)電路原理進(jìn)行分析，能夠比較快的找到故障點(diǎn)，然后采取相應(yīng)的措施排除故障。本人曾遇到過兩次自檢不通過故障，依據(jù)自診斷提示，一次是第二變頻電路中的集成塊損壞，另一次是峰值檢波電路中有斷線所致。

故障四：全波段信號(hào)測(cè)試幅度不準(zhǔn)確。由圖1可以看出，不管是步進(jìn)衰減器故障、本振電路故障、變頻器或者后續(xù)信號(hào)處理各個(gè)電路故障，均可造成全波段信號(hào)測(cè)試幅度不準(zhǔn)確，因此對(duì)此故障的診斷最好用分段排除法，即用一臺(tái)合適的微波信號(hào)源作為被測(cè)信號(hào)，再用一臺(tái)頻譜儀作為測(cè)試儀，從信號(hào)輸入端開始，對(duì)每一級(jí)電路輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)試，查找反?，F(xiàn)象，判斷故障出處。若步進(jìn)衰減器故障，一般情況比較常見的原因是由于衰減器觸點(diǎn)接觸不良或模塊損壞，導(dǎo)致插損異常，引起測(cè)試幅度不準(zhǔn)確，解決辦法是清潔觸點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)或者更換模塊。要是本振電路故障，可在本振電路的參考環(huán)、取樣環(huán)、耦合器、隔離器、放大器等端口進(jìn)行檢查測(cè)試，對(duì)損壞的器件進(jìn)行更換修復(fù)，必要時(shí)更換整個(gè)部件。而對(duì)于變頻器常見故障是變頻器件損壞或者是信號(hào)傳輸故障，用清理虛焊點(diǎn)和調(diào)諧耦合電容方法可排除信號(hào)傳輸故障。

故障五：GPIB不工作。首先檢查GPIB電纜的連接是否正確以及電纜的好壞，再查看GPIB地址的設(shè)置有無問題。在出廠時(shí)，頻譜儀地址均有設(shè)置，一般在“配置”菜單的“頻譜儀地址”中查看GPIB地址。

故障六：2.95 GHz以上信號(hào)不能測(cè)試。2.95 GHz以上頻率屬于高頻段信號(hào)，由于低頻段測(cè)試正常，說明步進(jìn)衰減器、第二、三變頻器和后續(xù)電信號(hào)處理各個(gè)電路均正常，那么通過原理框圖可得出判斷，此故障產(chǎn)生的原因可能有二個(gè)：射頻開關(guān)故障、第一變頻器的諧波混頻器故障。若射頻開關(guān)自身?yè)p壞更換射頻開關(guān)即可，若是射頻開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路故障造成不能轉(zhuǎn)換，則檢修方法同一般電路的是同樣的。用此分析方法同樣可檢修低頻段故障。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于不同廠家、不同型號(hào)的頻譜分析儀，電路各有差異，但主體框架和常見故障的一般分析方法大致如本文所述，在實(shí)際運(yùn)用中效果較好，可為相關(guān)工作者提供參考。

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