频谱仪手册

一、什么是频谱分析仪

在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。 二、原理：

用窄带带通滤波器对信号进行选通。 三、主要功能：

显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示，也可以选定带宽测试。 四、测量机制：

1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。

2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。 五、操作：

（一）硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。

1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。

2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。 3、其它硬键：

仪器状态(INSTRUMNTSTATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUXCTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGLSWP信号扫描。

光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR光标移动、RKRFCTN光标功能、PEAKSEARCH峰值搜索。

控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTOCOVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。

在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。

大旋钮上面的三个硬键是窗口键：ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。 大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。

（二）输入和输出接口：位于一起面板下边一排。TVIN测视频指标的信号输入口；VOLINTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度；CALOUT仪器自检信号输出；300Mhz29dBmv仪器标准信号输出口；PROBEPWR仪器探针电源；IN75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。 （三）测试准备：

1、限制性保护：规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值：直流25V，交流峰峰值100V。

2、预热：测试须等到OVERCOLD消失。

3、自校：使用三个月，或重要测量前，要进行自校。

4、系统测量配置：配置是测量之前把测量的一些参数输入进去，省去每次测量都进行一次参数输入。

内容：测试项目、信号输入方式（频率还是频道）、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。

配置步骤：按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键，进入设置状态。细节为

tuneconfig调谐配置：包括频率、频道、制式、电平单位。 Analyzerinput输入配置：是否加前置放大器。

Beatssetup拍频设置、测CTB、CSO的频点（频率偏移CTBFRQoffset、CSOFRQoffset）。

GATINGYESNO是否选通测试行。

C/N setup载噪比设置：频点（频率偏移C/N FRQoffset）、带宽。 （四）读取结果的方法：

1、电平的读取：主要使用参考电平REF。仪器屏幕图形上最上边的一行水平线是参考电平线。该线表示的电平为参考电平，其数值和单位显示在屏幕左上角。

参考电平的值可以改变：按AMPLITUDE硬键，旋转大旋钮就可以改变，数字随时显示出来。

图形每格的分贝数dB/DIV显示在屏幕左上角。

2、频率的读取：图形里的中心频率、起始频率、终止频率三条竖线，各自代表的频率数显示在屏幕的下方。中心频率由Frequency硬键旋大旋钮调整；起始和终止频率由Span硬键旋大旋钮调整（实际是改变扫描宽度）。

3、光标的使用：按MKR键，屏幕曲线上将出现闪动的光标。光标所在位置的电平和频率显示在屏幕左上角。光标可任意移动，移动到什么位置，就显示什么地方的频率和电平。 4、打印、存储 5、视频测试

六、常用测试——频谱测试和频道测试（CableTV分析）：

按MODE硬键，屏幕上显示两个软键：频谱测试和CableTV分析，按对应的软键就进入各自的测试项目。

1、频谱测试：用三大硬键加上大旋钮即可实现一般分析。

2、频道测试：按CableTV ANALIZER盘软键、再按屏道测试软键，显示出测试菜单（共四页），按频道选择CHINALSELECT软键，用数字键盘输入欲测频道的标识频率（模拟电视频道为图象载波频率，数字频道为频道中心频率）后，就可以对该频道进行测试了。菜单内容如下： LISTEN ON/OFF声音开/关 EMDEV调频调制深度 VIEW INGRESS图象串扰 CARRIER LVL&FRQ载波电平/频率 CARRIER/NOISE载噪比 HUM交流声调制 CROSS MOD交扰调制 CSO/CTB

DEPTHMOD调制深度

SYSTEM FRQ RSP系统频率响应 INCHNL FRQ RSP频道内频率响应 DIEGAINDIF PHAZ微分增益、微分相位 CLDI色亮延时差

DIGITALCH POEWER数字频道功率 FM RADIO调频广播 七、几个问题：

1、测C/N、CSO：仪器提供两个方法：关断调制和不关断调制。不关断调制，要在被测频道的调制信号里插入静止测试行，启动仪器的选通功能，可以不中断正常播出。测CSO须预先在Setup中设置拍频位置。以便仪器在设置的频率上找拍频。

2、测HUM、CM必须关掉调制（不关载波）。

3、测CTB必须关掉载波。因为CTB产物集中分布在载频近旁。关断载频后，CTB、CSO产物都可以在屏幕上看到。区别哪个是CTB还是CSO，利用他们与输入电平的关系来判断。

4、下列测试项目需要在场逆程插入静止测试行： 不关断调制测C/N、CSO； 测CTB；

八、注意事项

由于频谱仪是一种比较贵重的综合性仪器，一般每台价格都在二十万元以上，一旦损坏，相应的维修费用比较高，且维修周期比较长，因此使用时应格外小心。 1，对于频谱仪来说电源是非常重要的，在给频谱仪加电之前，一定要确保电源接法正确，保证地线可靠接地。频谱仪配置的是三芯电源线，开机之前，必须将电源线插头插入标准的三相插座中，千万不要使用没有保护地的电源线，以防止可能造成的人身伤害。

2，在对信号进行精确测量前，开机后应预热三十分钟，当测试环境温度改变3—5度时，频谱仪应重新进行校准。 3 ,还有的频谱仪是不能输入直流的，否则也会损坏器件。另外，还应注意不能有静电，因为静电的瞬时电压很高，容易把有源器件击 穿。日常工作中把仪表接地就会有很好的效果，当然要有保护接地会更好。

4，任何频谱仪在输入端口都有一个允许输入的最大安全功率，称为最大输入电平。如国产多功能频谱分析仪AV4032要求连续波输入信号的最大功率不能超过＋30dBmW(1W)，且不允许直流输入。若输入信号值超出了频谱仪所允许的最大输入电平值，则会造成仪器损坏；对于不允许直流输入的频谱仪，若输入信号中含有直流成份，则也会对频谱仪造成损伤。记住这点非常重要，一般频谱仪的最大输入电平值通常在前面板靠近输入连接口的地方标出。如果频谱仪不允许信号中含有直流电压，当测量带有直流分量的信号时，应外接一个恰当数值的电容器用于隔直流。当对所测信号的性质不太了解时，我们可采用以下的办法来保证频谱仪的安全使用：如果有RF功率计，可以用它来先测一下信号电平，如果没有功率计，则在信号电缆与频谱仪的输入端之间应接上一个一定量值的外部衰减器，频谱仪应选择最大的射频衰减和可能的最大基准电平，并且使用最宽的频率扫宽(SPAN)，保证可能偏出屏幕的信号可以清晰看见。我们也可以使用示波器、电压表等仪器来检查DC及AC信号电平。

频谱分析仪的工作原理

频谱分析仪架构犹如时域用途的示波器，外观如图1.2所示，面板上布建许多功能控制按键，作为系统功能之调整与控制，系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。频谱分析仪依信号处理方式的不同，一般有两种类型；实时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫瞄调谐频谱分析仪

(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。实时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector)，再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到CRT屏幕上，其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应，其缺点是价昂且性能受限于频宽范围、滤波器的数目与最大的多任务交换时间(Switching Time)。最常用的频谱分析仪是扫瞄调谐频谱分析仪，其基本结构类似超外差式接收器，工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器，可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器与输入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大、滤波与检波传送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系，信号流程架构如图1.3所示。影响信号反应的重要部份为滤波器频宽，滤波器之特性为高斯滤波器

（Gaussian-Shaped Filter），影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW，Resolution Bandwidth)。RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异，两个不同频率的信号频宽如低于频谱分析仪的RBW，此时该两信号将重迭，难以分辨，较低的RBW固然有助于不同频率信号的分辨与量测，低的RBW将滤除较高频率的信号成份，导致信号显示时产生失真，失真值与设定的RBW密切相关，较高的RBW固然有助于宽带带信号的侦测，将增加噪声底层值(Noise Floor)，降低量测灵敏度，对于侦测低强度的信号易产生阻碍，因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。

图1.2：频谱分析仪的外观

另外的视频频宽（VBW，Video Bandwidth）代表单一信号显示在屏幕所需的

最低频宽。如前所说明，量测信号时，视频频宽过与不及均非适宜，都将造成量测的困扰，如何调整必须加以了解。通常RBW的频宽大于等于VBW，调整RBW而信号振幅并无产生明显的变化，此时之RBW频宽即可加以采用。

量测RF视频载波时，信号经设备内部的混波器降频后再加以放大、滤波（RBW决定）及检波显示等流程，若扫描太快，RBW滤波器将无法完全充电到信号的振幅峰值，因此必须维持足够的扫描时间，而RBW的宽度与扫描时间呈互动关系，RBW较大，扫描时间也较快，反之亦然，RBW适当宽度的选择因而显现其重要性。 较宽的RBW较能充分地反应输入信号的波形与振幅，但较低的RBW将能区别不同频率的信号。例如使用于6MHz频宽视讯频道的量测，经验得知，RBW为300kHz与3MHz时，载波振幅峰值并不产生显著变化，量测6MHz的视频信号通常选用300kHz的RBW以降低噪声。天线信号量测时，频谱分析仪的展频（Span）使用100MHz，获得较宽广的信号频谱需求，RBW使用3MHz。这些的量测参数并非一成不变，将会依现场状况及过去量测的经验加以调整。 1.分析频谱分析仪的讯息处理过程

在量测高频信号时，外差式的频谱分析仪混波以后的中频因放大之故，能得到较高的灵敏度，且改变中频滤波器的频带宽度，能容易地改变频率的分辨率，但由于超外差式的频谱分析仪是在频带内扫瞄之故，因此，除非使扫瞄时间趋近于零，无法得到输入信号的实时(Real Time)反应，故欲得到与实时分析仪的性能一样的超外差式频谱分析仪，其扫瞄速度要非常之快，若用比中频滤波器之时间常数小的扫瞄时间来扫瞄的话，则无法得到信号正确的振幅，因此欲提高频谱分析仪之频率分辨率，且要能得到准确之响应，要有适当的扫瞄速度。若用比中频滤波器之时间常数小的扫描时间来扫描的话，则无法得到信号的正确振幅。因此，欲提高频谱分析仪之频率分辨率，且要得到准确之响应，要有适当的扫描度。由以上之叙述，可以得知超外差式频谱分析仪无法分析瞬时信号(Transient Signal)或脉冲信号(Impulse Signal)的频谱，而其主要应用则在测试周期性的信号及其它杂散信号(Random Signal)的频谱。

频谱分析仪系统内部及面板显示的特性，详如附录一的说明，对该内容的了解将有助于频谱分析仪的操作使用。

一般本地振荡器输出信号的频率均高于中频信号的频率，本地振荡器输出信号的频率可被调整在谐波之频率，亦即

?IN=n??LO??IF n=1, 2, 3.......

(2)

由式(2)得知，频谱分析仪的信号量测范围，无形中己被拓宽，低于或高于本地振荡器或其它谐波频率的输入信号，均能被混波产生中频。延伸输入信号频率的混波原理如图1.4所示，其中纵轴代表输入信号(?IN)，横轴代表本地振荡频率(?LO)，图中的正负整数代表公式(2)中频放大器对应的正负号。

图1.3：频谱分析仪的信号流程

由图1.4可体会频谱分析仪利用本地振荡的谐波信号延伸输入信号频率的工作原理。然而图1.4可能对应多个输入信号频率，为消除此一现象，在衰减器前面加入频率预选器(Preselector)，用来提升频谱分析仪的动态范围，同时使输出的结果能去除其它不必要的频率而真正反应输入信号的频率。

图1.4：利用本地振荡之谐波信号拓展信号频率的原理

由以上得知超外差或频谱分析仪无法分析瞬时信号(Transient Signal)或脉冲信号(Impulse Signal)的频谱，而其主要应用则在测试周期性的信号及其它随机信号(Random Signal)的频谱。 2.噪声特性

由于电阻的热敏效应，任何设备均具有噪声，频谱分析仪亦不例外，频谱分析仪的噪声，本质上是热噪声，属于随机性（Random），它能被放大与衰减，由于系随机性信号，两噪声的结合只有相加而无法产生相减的效果。在频带范围内也相当平坦，其频宽远大于设备内部电路的频宽，检测器检知的噪声值与设定的分辨率频宽（RBW）有关。由于噪声是随机性迭加于信号功率上，因此显示的噪声准位与分辨率频宽成对数的关系，改变分辨率频宽时噪声随之变化，噪声改变量相关的数学式如下所示：

(3)

例如：频宽从100kHz（BW1）调整到10kHz（BW2），则噪声改变量为：

，

(4)

亦即降低噪声量10dB (为原来的1/10)，相对提高讯号与噪声比10dB。由此可知，纯粹要降低噪声量，使用最窄宽度的频宽将能达到目的。

不论噪声来之于外部或内部产生，量测时均将影响信号振幅的准确性，特别在低准位信号时，更是如此，噪声太大时，甚至掩盖信号以致无法正确判断信号的大小，影响量测质量的两种噪声可概括为下列三大项：

(1).产生于交换功能的数字电路、点火系统与DC马达脉冲噪声，这类噪声常见于EMI（Electromagnetic Interference）的讨论领域里。

(2).随机性噪声来之于自然界或电路的电子移动，又称之为 (或称热敏)噪声、Johnson噪声、宽带噪声或白氏(White)噪声等，本书主要以热敏噪声为重点，数学式为： ，

(5)

其中： =噪声功率= 瓦/Hz或-174dB/Hz k=Boltzman常数， joule/oK T=绝对温度表示的常温=290 oK BW=系统的噪声功率频宽（Hz）。

在4MHz、75 、290K时的噪声功率为-59.1dBm。由噪声功率得知，信号频宽降低，系统噪声功率随之降低，信号的质量以信号噪声比表示(SNR；Signal-to-Noise Ratio)，信号强度（单位为dBm）与系统噪声功率（单位为dBm）的相减值即为信号噪声比，数学式为：

(6)

(3).非线性系统产生的噪声

量测信号时均假设仪器为线性，亦即输出信号正比于输入信号，如图1.5之所示，

实际情况并非如此，几乎没有完全的线性设备，其间输出与输入信号的关系可由下数学式表示之：

线性系统：

图1.5线性系统输出与输入信号的关系

非线性系统：

(7a)

o

(7b)

图1.6：非线性系统输出与输入信号的关系

显然地，非线性系统高次方项将产生谐波失真，是噪声源之一。

线性度的相关量测步骤包括： A.量测载波振幅。 B.量测噪声振幅。 C.应用校正因素。 D.正常化设定的频宽。 E.计算比值。

如何降低量测设备噪声层（Noise Floor）避免影响准确度，是工程人员须特别注意的技术，为了有效降低量测设备噪声层的影响，避免设备噪声过大以致无法分辨到信号，可在待测件(DUT)之前加入低噪声高增益放大器，此项相关的量测技术说明将于本节后半段讨论之。 3.匹配因素

量测设备的输入阻抗有时无法匹配待测件连接线特性阻抗，根据电磁理论，阻抗匹配时，输出功率最大且没有其它不良的副作用，而阻抗不匹配，将造成信号反射，影响系统频率的稳定与造成信号功率的损失。信号在传输在线往返传送将产生驻波及噪声，进而影响接收端的信号质量与量测值的准确性。量测设备输入阻抗与待测件组抗不匹配之缺点可规纳为： A.信号反射，传输缆在线产生驻波。 B.噪声增大。

C.降低信号输出功率。 D.影响系统频率的稳定。 E.影响量测值之准确度。

如阻抗不匹配，量测时一定要加入阻抗匹配器或阻抗转换器。阻抗匹配器通常由电感(L)与电容(C)或等效的微带线(Microstrip Line)所构成，而阻抗转换器由宽带的精密电阻所组成，有线电视系统传输同轴缆线阻抗为75 ，量测仪器之输入阻抗为50 时，其最简单型衰减式匹配电路如图1.7所示。

(图1.7：阻抗匹配(a)量测示意图(b)电路架构

利用输入阻抗为50 的频谱分析仪量测75 待测件而加入匹配器时，实际的信号振幅必须考虑匹配器的介入损失（Insertion Loss），才能真正反应信号的振幅。图1.7匹配电路衰减6dB，亦即介入损失为6dB，量测时必须考虑此项损失，以避免误差。量测时频谱分析仪之读值如为P1(dBm)，则真正输入信号的振幅由下式计算之：

V(dBmV) = P1(dBm) + 6 (dB) + 48.8 (dB)。

(9)

其中6(dB)来之于匹配器的信号介入损失，48.8 (dB)为dBm与dBmV单位的转换因素。其中dBm定义为1mW为基准的功率比对数值，数学式表之如下： P(dBm) =。 (10)

而dBmV定义为1mV为基准的电压振幅比对数值，数学式表之如下：

(8)

(11)

1 引 言

频谱分析仪是微波测量中必不可少的测量仪器之一，它能对信号的谐波分量、寄生、交调、噪声边带等进行很直观的测量和分析，因此，广泛应用于微波通信网络、雷达、电子对抗、空间技术、卫星地面站、EMC测试等领域。

2 微波频谱仪的基本工作原理和各主要组件的功能

2．1 微波频谱仪的基本工作原理

为了能动态地观察被测信号的频谱，现代频谱仪大多采用扫频超外差式接收方案，利用扫频第一本振的方法，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，就能观察到频差较小的两个信号。在宽带外差式频谱仪设计中，为消除镜像和多重响应等干扰，常采用两种方案：第一种是采用预选器；第二种是采用上变频。由于预选器频率受下限限制，宽带频谱仪总是被划分成高、低两个波段。低波段采用高中频的方案，它只要一个固定的低通滤波器而不是可调的低通或带通就可以对镜像进行抑制。高波段采用预选器对输入信号进行预选，有效地抑制镜像。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成两路，分别输入到高、低两个波段。

在低波段，频率为9kHz～2．95GHz的信号被切换到第一变频器中的基波混频器部分（MXR1），得到第一中频F1IF（3．9214MHz），F1IF经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第一变频器中的谐波混频器部分（MXR2），得到第二中频F2IF。F2IF经第三变频器变换得到第三中频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选择，再经过线性及对数放大、检波、数字量化和显示。调谐方程如下：

式中：N为谐波混频次数，F1LO为第一本振频率，F2LO为第二本振频率，FRF为输入信号频率。

2．2 各主要组件的功能

输入衰减器是0～70dB；以10dB步进的程控衰减器，主要用途是扩大频谱仪的幅度测量范围，使幅度测量上限扩展到＋30dBm。它不但用于保护第一变频器过载，并且用于优化混频器电平以实现最大的测量动态范围。该衰减器的默认状态设置是10dB，用于改善频谱仪和被测源之间的匹配。

第一本振采用YIG调谐振荡器（YTO），它具有主线圈和副线圈两个控制端口，改变流过线圈中的电流的大小就可以改变输出频率。扫频是利用一个斜波信号加在YTO驱动电路上来实现的。它提供的频率范围为3～6．8GHz，用于驱动第一变频器；扫描斜波发生器产生－10V～＋10V的扫描电压，变换成斜波电流后，用于驱动YTO的扫频。通常利用跟踪锁频技术或频率合成技术，将本振锁定在参考源上，以提高本振的调谐准确度和稳定度。

变频器的作用就是将微波信号变换成低频，对于频率范围为9kHz～22GHz的宽带频谱仪，它的第一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。变频器中还包括6dB衰减器、单刀双掷开关及匹配网络等。它们分别在石英和陶瓷衬底上，是采用微带技术与集总元件相结

合来实现的。因此，第一变频器是宽带频谱仪中最关键的微波部件之一。

第二变频器主要完成第一中频到第二中频的变换。本振频率是3．6GHz，它由600MHz倍频获得。第三变频器将第二中频变换到第三中频，其本振为300MHz。步进增益放大器对第三中频信号进行放大，主要用于参考电平和衰减器变化时整机增益的调整。带宽滤波器可以提供3MHz～30Hz以1、3、5为步进的多种不同的分辨率带宽。

调谐滤波器（YTF），用于预选信号，该器件是宽带微波器件，具有30kHz的滤波带宽，设计上总是被第一本振所调谐，并有一个固定的频差（F2IF）。

对数放大器是将信号作对数处理，扩大测量显示动态范围。交流信号由检波器转化为视频信号，再进行数字量化。经过各种运算得到的测量结果输出在显示器上。

3 频谱仪的校准

HP859X系列频谱仪最大的特点就是利用其强大的软件功 0 0 | 2006-07-06 来源：电子工程师 | 南京电子技术研究所 沈文娟 能来弥补其硬件设计上的不足，不但减少了硬件设计，而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、幅度校准和预选器（YTF）校准。

3．1．1 频率校准

当频谱仪经过振动、运输、长时间放置或大的环境温度变化时，频谱仪频率调谐会发生变化，带来频率测量误差，严重时会出现测量信号左右晃动的现象，通过频率校准可以排除该现象。校准的过程主要是以300MHz信号为参考信号，对频谱仪的扫描时间、中心频率、跨度（扫宽）、YIG主线圈延迟、副线圈灵敏度、扫频灵敏度进行误差校准，使频谱仪频率调谐范围正常。

校准方法是：用频率／幅度校准电缆，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。校准结束后，屏幕上出现“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。 3．1．2 幅度校准

与频率校准一样，当频谱仪测量幅度准确度发生变化时，通过幅度校准程序可以使仪器满足出厂指标，过程主要是以300MHz信号为参考信号，对频谱仪的整个通道幅度、分辨带宽滤波器、对数放大器、以及输入衰减器等幅度进行误差测量并校正。

校准方法是：用频率／幅度校准电缆，将校准信号（CAL OUTPUT）接入频谱仪的信号输入端。按【CAL】〔CALAMP〕，频谱仪进入幅度校准程序。校准结束后，屏幕上出现“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

预选器的扫频和跟踪是频谱仪谐波波段的关键。该机设计上采用了和第一本振相互独立的驱动电路，对各波段分别校准和驱动。在频谱仪快扫、慢扫、跨波段扫时，对第一振荡器和预选器的磁滞、延迟进行补偿，大大地改善了YTF的跟踪特性。如果频谱仪在谐波波段上有5dB或更大的幅度误差，往往是仪器放置时间较长，环境温度变化较大所造成的。预选跟踪器不良会造成幅度测量误差，甚至测不到信号，此时应该进行YTF校准。

校准方法是：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。校准结束后，屏幕上出现“CALDONE”信息，按〔CALSTORE〕键将校准数据存储在仪器的E2PROM中。

如果在校准期间退出或校准不能完成出现错误信号，按〔CALFETCH〕取回校准数据。这时仪器将需要重新调整和修理。

3．2 频谱仪校准后的校准数据

HP859X系列频谱仪不仅能对仪器各种指标进行校准，而且还能将各种校准数据存贮在内存里，便于操作和维修人员进行参考。只要进入维修菜单，就能将校准数据显示出来。具体步骤是：按下菜单〔CAL〕，（MORE），（MORE），（SERVICEDIAG），（DISPLAYCALDATA），这时频谱仪的幅度校准表将显示在屏幕上，如表1所示。表1是HP8593E频谱仪出厂的典型幅度校准数据表。

表中含有输入衰减器（RFATN）衰减量为0～70dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，对数放大器（LOG）放大量为0～50dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，线性放大器（LIN）放大量为10～40dBm以10dB为步进的各档幅度误差修正值，分辨率带宽放大器（BWAMP）以1、3、10为带宽为步进的各档幅度误差修正值；频谱仪整个通道增益（GAIN）修正值，增益修正值是以DAC的形式来表示的，修正值最小为0，最大为255等。这张幅度校准表，我们不但能分析频谱仪中各硬件电路的性能指标，而且还能给维修仪器带来一定的方便。频谱仪内部计算机对幅度修正的能力最大为±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，如果频谱仪在作幅度校准过程中，各类误差修正值超过±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，则校准不能完成，频谱仪屏幕上将出现错误信息。

4 故障检修

本人在维修数十台HP859X系列频谱仪的过程中，发现大多数故障都出现在频谱仪测量信号不正 0 0 | 2006-07-06

来源：电子工程师 | 南京电子技术研究所 沈文娟确上，因篇幅有限，本文将重点介绍HP859X系列频谱仪测量信号幅度不正确的故障检修方法，并借助幅度校准表来进行故障定位。

首先对频谱仪的基本功能进行检查，将频谱仪前面板上频率为300MHz、幅度为－20dBm的校准信号用射频电缆连接到频谱仪的输入端，按下〔FREQUENCY〕，〔3〕，〔0〕，〔0〕，〔MHz〕；〔SPAN〕，〔1〕，〔0〕，〔MHz〕，这时频谱仪的显示屏幕上正常显示的是频率为300MHz、幅度为－20dBm的一根谱线，并作频率、幅度校准，若校准通过，说明频谱仪基本工作正常。如果测量幅度较低或较高，且幅度校准通不过的话，则说明频谱仪出现故障，需进行调整或修理后，方能正常使用。现代程控仪器大多都有自诊断功能，尤其是HP859X系列频谱仪，在作校准的过程中，如果检测到其中某一功能不正常的话，频谱仪将立即停止自校准，同时显示错误信息。在作幅度校准过程中，常出现以下三种错误信息：“CAL GAIN FAIL”、“CALSIGNAL NOT FOUND”、“CAL：RES BW AMPLFAIL”，本文就

以上述三种错误信息来分析HP859X系列频谱仪幅度故障的检修方法。

（1）故障信息“CALGAIN FAIL”

该故障信息表明仪器在幅度校准过程中，检测增益明显降低，补偿到最大值亦不能达到指标，这时仪器校准停止，并将错误信息“CALGAIN FAIL”显示在屏幕上，该故障性质属整个通道增益问题，根据仪器原理框图可知，产生故障的部件主要有：射频部分（输入衰减器、第一混频器、第二混频器、YTO、信号控制板）、中频部分（第三混频器、分辨率带宽电路、幅度控制电路、对数放大器）等部件。

如果在校准期间退出或校准不能完成出现错误信号，按〔CALFETCH〕取回校准数据。这时仪器将需要重新调整和修理。

3．2 频谱仪校准后的校准数据

HP859X系列频谱仪不仅能对仪器各种指标进行校准，而且还能将各种校准数据存贮在内存里，便于操作和维修人员进行参考。只要进入维修菜单，就能将校准数据显示出来。具体步骤是：按下菜单〔CAL〕，（MORE），（MORE），（SERVICEDIAG），（DISPLAYCALDATA），这时频谱仪的幅度校准表将显示在屏幕上，如表1所示。表1是HP8593E频谱仪出厂的典型幅度校准数据表。

表中含有输入衰减器（RFATN）衰减量为0～70dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，对数放大器（LOG）放大量为0～50dB以10dB为步进的各档幅度误差修正值，线性放大器（LIN）放大量为10～40dBm以10dB为步进的各档幅度误差修正值，分辨率带宽放大器（BWAMP）以1、3、10为带宽为步进的各档幅度误差修正值；频谱仪整个通道增益（GAIN）修正值，增益修正值是以DAC的形式来表示的，修正值最小为0，最大为255等。这张幅度校准表，我们不但能分析频谱仪中各硬件电路的性能指标，而且还能给维修仪器带来一定的方便。频谱仪内部计算机对幅度修正的能力最大为±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，如果频谱仪在作幅度校准过程中，各类误差修正值超过±2．2dBm，DAC的修正值最大为255，

则校准不能完成，频谱仪屏幕上将出现错误信息。

4 故障检修

在维修数十台HP859X系列频谱仪的过程中，发现大多数故障都出现在频谱仪测量信号不正 0 0 因篇幅有限，本文将重点介绍HP859X系列频谱仪测量信号幅度不正确的故障检修方法，并借助幅度校准表来进行故障定位。

首先对频谱仪的基本功能进行检查，将频谱仪前面板上频率为300MHz、幅度为－20dBm的校准信号用射频电缆连接到频谱仪的输入端，按下〔FREQUENCY〕，〔3〕，〔0〕，〔0〕，〔MHz〕；〔SPAN〕，〔1〕，〔0〕，〔MHz〕，这时频谱仪的显示屏幕上正常显示的是频率为300MHz、幅度为－20dBm的一根谱线，并作频率、幅度校准，若校准通过，说明频谱仪基本工作正常。如果测量幅度较低或较高，且幅度校准通不过的话，则说明频谱仪出现故障，需进行调整或修理后，方能正常使用。现代程控仪器大多都有自诊断功能，尤其是HP859X系列频谱仪，在作校准的过程中，如果检测到其中某一功能不正常的话，频谱仪将立即停止自校准，同时显示错误信息。在作幅度校准过程中，常出现以下三种错误信息：“CAL GAIN FAIL”、“CALSIGNAL NOT FOUND”、“CAL：RES BW AMPLFAIL”，本文就 以上述三种错误信息来分析HP859X系列频谱仪幅度故障的检修方法。

（1）故障信息“CALGAIN FAIL”

该故障信息表明仪器在幅度校准过程中，检测增益明显降低，补偿到最大值亦不能达到指标，这时仪器校准停止，并将错误信息“CALGAIN FAIL”显示在屏幕上，该故障性质属整个通道增益问题，根据仪器原理框图可知，产生故障的部件主要有：射频部分（输入衰减器、第一混频器、第二混频器、YTO、信号控制板）、中频部分（第三混频器、分辨率带宽电路、幅度控制电路、对数放大器）等部件。

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