微波矢量网络分析仪主要由合成扫源(激励源)、测试装置(信号分离部分)、接收部分、微处理器四大部分组成,原理框图如图1所示。其基本工作原理是:先将激励源的信号分成二路,一路作为参考信号R,另一路经过衰减送入测试端口作为被测网络的激励源,并通过定向耦合器取出,经过被测网络的反射信号A和传输信号B后作为测试信号,再用采样变频法将该两路微波信号中所包含的幅度和相位信息线性地转移到中频或低频上,进行幅度和相位关系的测量,变频还有利于在很宽频带内实现连续和步进扫频测量,以显示出被测网络的各种参数随频率变化的情况。下面以HP公司的HP8720C为例,分析其各部分的工作原理及有关特点。

随着网络分析仪使用率的提高,仪器不可避免地会出现故障,这类仪器的检修给我们维修人员带来了新的挑战。这就要求我们具有很宽的专业技术知识面和较强的逻辑思维能力,首先要理解仪器的原理框图,分析信号流程,通过对仪器的基本操作,对仪器故障进行初步定位。现根据对多台该类仪器的检修,安泰网络分析仪维修专家总结一下该类仪器常见故障的分类及维修。

(1)由误操作引起的软故障矢量网络分析仪大多具有多菜单显示功能,有时误操作会引起仪器功能紊乱,只要正确使用菜单,特别是正确使用维修菜单,就可以排除仪器的软故障。

(2)开机自检后出现错误信息提示仪器自检主要是对几个核心部件进行检查,其顺序一般为CPU-ROM-RAM-I/O接口-各被控组键,通过检查所出现的错误信息可以大致了解故障出现的部位。

(3)开机自检正常而仪器出现硬故障这类故障出现部位不能一目了然,往往需要通过对仪器进行功能检查,再根据原理框图推断故障部位。以下通过维修实例来简单分析一下矢量网络分析仪出现故障的检查思路和排除方法。实例1:开机后仪器自检通过,测量反射(所用通道A/R)工作正常,测量传输(所用通道B/R)工作不正常,信号低30dBm左右,而且曲线不平,根据原理框图分析,由反射测量正常可知,仪器所有共用的部件应该是正常的,则故障一定出在端口2的定向耦合器、B通道接收、采样器、第二混频器、及ADC电路的多路开关上。故障牵扯的器件较多,且仪器的结构比较紧凑,逐一检查的方法不大可行,通过研究发现,第一中频比较好测:设置仪器在连续波工作状态,频率1GHz,功率电平10dBm,此时第一中频应该输出频率10MHz,峰-峰值为0.15V的正弦波,而我们用示波器测量发现信号低了很多,故可判断故障出在采样器或前面的耦合器上,进一步测量后发现,定向耦合器输出信号正常,即可判断采样器损坏,需要更换。

实例2:开机后仪器工作正常,但工作一小时或更长时间后出现错误信息。用功率计在端口1测量,输出功率电平为最大,且功率电平不可调,该故障可能出现在自动电平控制电路或功率模块上。因电路是闭环的,故障定位较困难,但根据故障出现的状态,可判断某一元器件的性能不好或电路存在虚焊点,而且是由温度过高引起的,在这里我们采用了局部加热法进行故障快速定位,即用一种温度可控的热风机分别对某一元器件进行加热,然后快速冷却,来确定故障所在点。

实例3:开机后,屏幕出现锁相错误。锁相电路涉及的电路很多,由框图可知,它由信号源部分、信号分离部分、R通道采样部分及其相关电路组成。出现这种错误信息,首先须做相位校准,校准通不过,则可判断仪器出现硬件故障;再检查与锁相环路有关的电缆,连接电缆接触不良,也有可能引起此类故障。检查参考信号、基波发生器和脉冲发生器,如果均有正常信号输出,就可排除其相关电路出现故障的可能性。将环路打开,外加一模拟输入信号至鉴相器,检查其输出,同样未发现问题,而锁相环路中R通道采样器断开则出现锁相错误,因此无法测量其对故障的影响,但因A、B、R三通道完全一样,可互换使用,所以用替换法查出R通道采样器损坏。

未来的矢网将会有更快的测量速度、更强的软件和测试功能及更复杂精密的电路结构,只有掌握基本原理,灵活地应用各种微波仪器检修方法,才能进行快速准确的故障定位,达到事半功倍的效果。