1頻譜分析儀的工作原理概述
目前信號的分析主要從時域、頻域和調(diào)制域三個方面進(jìn)行，頻譜分析儀分析的是信號的頻域特性，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混頻后，得到中頻信號再放大，濾波與檢波，把交流信號及各種調(diào)制信號變成一定規(guī)律變化的直流信號，在顯示器上顯示。
輸入衰減器是以10dB為步進(jìn)的衰減器，主要用途是擴(kuò)大頻譜儀的幅度測量范圍，保證混頻器對被測信號來說處于線性工作區(qū)，使輸入信號與頻譜儀達(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，保證測量的穩(wěn)定準(zhǔn)確。混頻器也稱變頻器，它能將微波信號變換成所需要的中頻信號，而變頻器是寬帶頻譜儀中關(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增益電路和輸入衰減器一起聯(lián)控，或者由微處理器控制，根據(jù)輸入信號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。對數(shù)放大電路決定了頻譜分析儀的顯示動態(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一般以2.9GHz頻率為分界點(diǎn)，低于2.9GHz的信號為低波段信號，而頻率高于2.9GHz的信號為高波段信號。低波段的信號與本振的基波混頻后得到中頻，再經(jīng)濾波后到第二變頻器，中頻信號與第二本振差頻得到第二中頻信號，再與第三本振混頻得到所需中頻信號；而高波段信號經(jīng)預(yù)選后與本振相應(yīng)的諧波混頻后得到的中頻信號與第三本振差頻得到所需要的中頻信號；該中頻信號經(jīng)后續(xù)電路處理后顯示。顯示電路的視頻濾波器實(shí)際上是個低通濾波器，對模擬顯示器，視頻濾波器輸出信號加到顯示器垂直偏轉(zhuǎn)線路供顯示，而對數(shù)字顯示器，則視頻濾波器輸出的信號先經(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，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，但它正常工作時需要400～800V的高壓，若燈管不亮，就先用高內(nèi)阻萬用表測試高壓是否有故障，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：已保存的測試數(shù)據(jù)在使用時無法調(diào)用。頻譜分析儀具有對測試的頻譜數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行保存和隨時調(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)存儲空間的限制，當(dāng)存儲文件數(shù)據(jù)超出存儲空間時，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。現(xiàn)代頻譜分析儀都帶有微處理器，其自身對故障可進(jìn)行診斷，在檢修時可充分利用其這個功能，便于快速判斷故障出處。若自檢不過，根據(jù)出錯提示信息，大致可判斷問題所在，再對相關(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：全波段信號測試幅度不準(zhǔn)確。對此故障的診斷用分段排除法，即用一臺合適的微波信號源作為被測信號，再用一臺頻譜儀作為測試儀，從信號輸入端開始，對每一級電路輸入信號和輸出信號的幅度進(jìn)行測試，查找反常現(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)行檢查測試，對損壞的器件進(jìn)行更換修復(fù)，必要時更換整個部件。而對于變頻器常見故障是變頻器件損壞或者是信號傳輸故障，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，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。
故障六：2.95GHz以上信號不能測試。2.95GHz以上頻率屬于高頻段信號，由于低頻段測試正常，說明步進(jìn)衰減器、第二、三變頻器和后續(xù)電信號處理各個電路均正常，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：射頻開關(guān)故障、變頻器的諧波混頻器故障。若射頻開關(guān)自身損壞更換射頻開關(guān)即可，若是射頻開關(guān)驅(qū)動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
對于不同廠家、不同型號的頻譜分析儀，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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