1 引 言
频谱剖析仪是微波丈量中必不可少的丈量仪器之一，它能对信号的谐波重量、寄生、交调、噪声边带等进行很直观的丈量和剖析，因而，广泛应用于微波通信网络、雷达、电子对抗、空间技能、卫星地面站、EMC测验等范畴。
2 微波频谱仪的根本作业原理和各首要组件的功用
2.1 微波频谱仪的根本作业原理
为了能动态地调查被测信号的频谱，现代频谱仪大多选用扫频超外差式接纳计划，运用扫频榜首本振的办法，被测信号经混频后得到固定的中频信号，经不同带宽滤波器后，就能调查到频差较小的两个信号。在宽带外差式频谱仪规划中，为消除镜像和多重呼应等搅扰，常选用两种计划：榜首种是选用预选器;第二种是选用上变频。因为预选器频率受下限约束，宽带频谱仪总是被划分红高、低两个波段。低波段选用高中频的计划，它只需一个固定的低通滤波器而不是可调的低通或带通就能够对镜像进行按捺。高波段选用预选器对输入信号进行预选，有效地按捺镜像。图1是HP859X系列频谱仪的简化原理框图。微波信号经输入衰减器后被分红两路，别离输入到高、低两个波段。
在低波段，频率为9kHz～2.95GHz的信号被切换到榜首变频器中的基波混频器部分(MXR1)，得到榜首中频F1IF(3.9214MHz)，F1IF通过第二变频器得到第二中频F2IF(321.4MHz)。高波段，频率为2.75GHz～22GHz的信号被切换到预选器(YTF)，预选后的信号输入到榜首变频器中的谐波混频器部分(MXR2)，得到第二中频F2IF。F2IF经第三变频器改换得到第三中频F3IF(21.4MHz)。在该中频上，对信号进行处理，使信号经不同带宽滤波器的挑选，再通过线性及对数扩展、检波、数字量化和显现。调谐方程如下：
式中：N为谐波混频次数，F1LO为榜首本振频率，F2LO为第二本振频率，FRF为输入信号频率。
2.2 各首要组件的功用
输入衰减器是0～70dB;以10dB步进的程控衰减器，首要用途是扩展频谱仪的起伏丈量规模，使起伏丈量上限扩展到+30dBm。它不光用于维护榜首变频器过载，并且用于优化混频器电平以完结最大的丈量动态规模。该衰减器的默许状况设置是10dB，用于改进频谱仪和被测源之间的匹配。
榜首本振选用YIG调谐振荡器(YTO)，它具有主线圈和副线圈两个操控端口，改动流过线圈中的电流的巨细就能够改动输出频率。扫频是运用一个斜波信号加在YTO驱动电路上来完结的。它供给的频率规模为3～6.8GHz，用于驱动榜首变频器;扫描斜波发生器发生-10V～+10V的扫描电压，改换成斜波电流后，用于驱动YTO的扫频。一般运用盯梢锁频技能或频率组成技能，将本振锁定在参阅源上，以进步本振的调谐准确度和安稳度。
变频器的效果便是将微波信号改换成低频，关于频率规模为9kHz～22GHz的宽带频谱仪，它的榜首变频器中包含有两个混频器，一个是用于低波段的基波混频器，另一个是用于高波段的谐波混频器。变频器中还包含6dB衰减器、单刀双掷开关及匹配网络等。它们别离在石英和陶瓷衬底上，是选用微带技能与集总元件相结合来完结的。因而，榜首变频器是宽带频谱仪中最要害的微波部件之一。
第二变频器首要完结榜首中频到第二中频的改换。本振频率是3.6GHz，它由600MHz倍频取得。第三变频器将第二中频改换到第三中频，其本振为300MHz。步进增益扩展器对第三中频信号进行扩展，首要用于参阅电平缓衰减器改变时整机增益的调整。带宽滤波器能够供给3MHz～30Hz以1、3、5为步进的多种不同的分辩率带宽。
调谐滤波器(YTF)，用于预选信号，该器材是宽带微波器材，具有30kHz的滤波带宽，规划上总是被榜首本振所调谐，并有一个固定的频差(F2IF)。
对数扩展器是将信号作对数处理，扩展丈量显现动态规模。沟通信号由检波器转化为视频信号，再进行数字量化。通过各种运算得到的丈量成果输出在显现器上。
3 频谱仪的校准
HP859X系列频谱仪最大的特色便是运用其强壮的软件功用来补偿其硬件规划上的缺乏，不光减少了硬件规划，并且还减少了硬件的调试环节。
3.1 频谱仪的校准程序
仪器内部计算机设有三个常用校准程序：频率校准、起伏校准和预选器(YTF)校准。
3.1.1 频率校准
当频谱仪通过振荡、运送、长期放置或大的环境温度改变时，频谱仪频率调谐会发生改变，带来频率丈量差错，严峻时会呈现丈量信号左右晃动的现象，通过频率校准能够扫除该现象。校准的进程首要是以300MHz信号为参阅信号，对频谱仪的扫描时刻、中心频率、跨度(扫宽)、YIG主线圈推迟、副线圈灵敏度、扫频灵敏度进行差错校准，使频谱仪频率调谐规模正常。
校准办法是：用频率/起伏校准电缆，将校准信号(CAL OUTPUT)接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALFREQ〕，频谱仪进入频率校准程序。校准完毕后，屏幕上呈现“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
3.1.2 起伏校准
与频率校准相同，当频谱仪丈量起伏准确度发生改变时，通过起伏校准程序能够使仪器满意出厂目标，进程首要是以300MHz信号为参阅信号，对频谱仪的整个通道起伏、分辩带宽滤波器、对数扩展器、以及输入衰减器等起伏进行差错丈量并校对。
校准办法是：用频率/起伏校准电缆，将校准信号(CAL OUTPUT)接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALAMP〕，频谱仪进入起伏校准程序。校准完毕后，屏幕上呈现“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
3.1.3 预选器(YTF)校准
预选器的扫频和盯梢是频谱仪谐波波段的要害。该机规划上选用了和榜首本振彼此独立的驱动电路，对各波段别离校准和驱动。在频谱仪快扫、慢扫、跨波段扫时，对榜首振荡器和预选器的磁滞、推迟进行补偿，大大地改进了YTF的盯梢特性。假如频谱仪在谐波波段上有5dB或更大的起伏差错，往往是仪器放置时刻较长，环境温度改变较大所形成的。预选盯梢器不良会形成起伏丈量差错，乃至测不到信号，此刻应该进行YTF校准。
校准办法是：用YTF校准电缆，将100MHz梳状波(COMB)信号接到频谱仪的RF输入端。按【CAL】〔CALYTF〕，频谱仪进入YTF校准程序。校准完毕后，屏幕上呈现“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。
假如在校准期间退出或校准不能完结呈现过错信号，按〔CALFETCH〕取回校准数据。这时仪器将需求从头调整和修补。
3.2 频谱仪校准后的校准数据
HP859X系列频谱仪不只能对仪器各种目标进行校准，并且还能将各种校准数据存贮在内存里，便于操作和修补人员进行参阅。只需进入修补菜单，就能将校准数据显现出来。具体过程是：按下菜单〔CAL〕，(MORE)，(MORE)，(SERV%&&&&&%EDIAG)，(DISPLAYCALDATA)，这时频谱仪的起伏校准表将显现在屏幕上，如表1所示。表1是HP8593E频谱仪出厂的典型起伏校准数据表。
表中含有输入衰减器(RFATN)衰减量为0～70dB以10dB为步进的各档起伏差错批改值，对数扩展器(LOG)扩展量为0～50dB以10dB为步进的各档起伏差错批改值，线性扩展器(LIN)扩展量为10～40dBm以10dB为步进的各档起伏差错批改值，分辩率带宽扩展器(BWAMP)以1、3、10为带宽为步进的各档起伏差错批改值;频谱仪整个通道增益(GAIN)批改值，增益批改值是以DAC的方式来标明的，批改值最小为0，最大为255等。这张起伏校准表，咱们不光能剖析频谱仪中各硬件电路的性能目标，并且还能给修补仪器带来必定的便利。频谱仪内部计算机对起伏批改的才干最大为±2.2dBm，DAC的批改值最大为255，假如频谱仪在作起伏校准进程中，各类差错批改值超越±2.2dBm，DAC的批改值最大为255，则校准不能完结，频谱仪屏幕大将呈现过错信息。
4 毛病检修
本人在修补数十台HP859X系列频谱仪的进程中，发现大多数毛病都呈现在频谱仪丈量信号不正确上，因篇幅有限，本文将要点介绍HP859X系列频谱仪丈量信号起伏不正确的毛病检修办法，并凭借起伏校准表来进行毛病定位。
首要对频谱仪的根本功用进行查看，将频谱仪前面板上频率为300MHz、起伏为-20dBm的校准信号用射频电缆衔接到频谱仪的输入端，按下〔FREQUENCY〕，〔3〕，〔0〕，〔0〕，〔MHz〕;〔SPAN〕，〔1〕，〔0〕，〔MHz〕，这时频谱仪的显现屏幕上正常显现的是频率为300MHz、起伏为-20dBm的一根谱线，并作频率、起伏校准，若校准通过，阐明频谱仪根本作业正常。假如丈量起伏较低或较高，且起伏校准通不过的话，则阐明频谱仪呈现毛病，需进行调整或修补后，方能正常运用。现代程控仪器大多都有自确诊功用，尤其是HP859X系列频谱仪，在作校准的进程中，假如检测到其间某一功用不正常的话，频谱仪将当即中止自校准，一起显现过错信息。在作起伏校准进程中，常呈现以下三种过错信息：“CAL GAIN FAIL”、“CALSIGNAL NOT FOUND”、“CAL：RES BW AMPLFAIL”，本文就以上述三种过错信息来剖析HP859X系列频谱仪起伏毛病的检修办法。
(1)毛病信息“CALGAIN FAIL”
该毛病信息标明仪器在起伏校准进程中，检测增益显着下降，补偿到最大值亦不能到达目标，这时仪器校准中止，并将过错信息“CALGAIN FAIL”显现在屏幕上，该毛病性质属整个通道增益问题，依据仪器原理框图可知，发生毛病的部件首要有：射频部分(输入衰减器、榜首混频器、第二混频器、YTO、信号操控板)、中频部分(第三混频器、分辩率带宽电路、起伏操控电路、对数扩展器)等部件。
首要调出起伏校准表，发现增益补偿DAC值为255，阐明增益现已补偿最大值，可初步判断仪器硬件有毛病;因为该毛病牵涉的部件较多，逐个查看速度很慢，不利于进步修补功率，第二步便是对毛病进行阻隔，将毛病定位在射频部分或在中频部分，具体办法是：将前面板校准信号衔接到频谱仪的输入端，用另一台频谱仪丈量第二混频器的输出信号，此刻所丈量的正常信号频率应为321.4MHz，起伏为-50dBm±2dBm。若丈量值远远低于正常值，能够断定仪器的毛病呈现在射频部分，反之则在中频部分。笔者通过修补实践，发现此类毛病90%以上是射频部分毛病，毛病最多的部件是输入衰减器、榜首混频器及YTO。
(2)毛病信息“CALSIGNALNOTFOUND”
该毛病信息标明仪器在作起伏校准进程中没有发现校准信号。该类毛病的查看过程为：查看校准信号与信号输入端之间的射频电缆是否衔接无缺、校准信号输出是否正常、第二混频器的输出信号是否正常等。此类毛病多为频谱仪中榜首混频器毛病。
(3)毛病信息“CAL：RESBW AMPLFAIL”
该毛病信息标明仪器在作分辩率带宽滤波器起伏增益校按时，其间一档或几档滤波器的起伏差错超越2.2dBm，计算机仪器内部靠软件补偿也不可。此刻若调出起伏校准补偿数据，能够调查到分辩率带宽(BWAMP)数据表那栏的补偿数据将至罕见一个差错数据超越2.2，阐明该档分辩率带宽滤波器的起伏增益差错太大，此类毛病只需作分辩率带宽起伏调整即可处理。
5 完毕语
本文侧重介绍了HP859X系列频谱仪的根本作业原理，和一些常见毛病的修补办法，笔者在修补仪器进程中最大的体会是，要修补该类仪器，首要是要了解仪器的作业原理、仪器的原理框图、信号流程以及正确的修补办法，才干进步修补功率。
