本帖在拆机栏目还有一篇对应的整机拆解,这里只是维修过程的描述。
III. 维修
3.1 概况
我手头这台496P比较有故事,据说是十多年前BG2TOX购买的,因为无法修复故障,转手给BH4ILP,由于这种频谱仪的实用性已经不大了,BH4ILP最后也未修复,在两年多以前BH4ILP将这台496P赠送给我,当然我也是将它扔进了地下室…
最近一年的时间里我逐渐修复积存的故障设备,上个月目光投向了496P,于是这台频谱仪离开了昏暗的地下室,搬到闪光灯下准备被拆解和修复(我做到了!)。
大约两年前(Nov.2020)收到这台496P之前,已经被BH4ILP告知了以下问题:
1.输入衰减器烧毁。
2.第一混频器可能损坏,或某一级中频增益低。
3.机内贴有一个不明来源的晶体管。
以下维修顺序基本按实际维修过程描述。
3.2 第一混频器维修
给496P通电,正常启动,没有报错。为检查本振和大部分射频通路,将频谱仪调谐到0Hz,也就是所谓的“零频”。在此处频谱仪可以看到自身的本振泄露,这说明496P的大部分射频通路和控制系统都正常工作,可以进一步进行工作状态检查。因为已知输入衰减器烧毁,首先需要检查第一混频器是否良好,如果混频器也被烧毁,则没有太大的价值继续维修了(混频器昂贵且难以获得)。
1.拆除输入衰减器,直接从第一混频器输入端口处提供100MHz射频信号,根据频谱仪CRT显示的RF ATT值设定信号源幅度,REF LVL为0db时,RF ATT为30db,因此输入-30dbm的信号,频谱仪应该读出0dbm的幅度。实际上读出的幅度在-40dbm以下,这代表射频通路中某处损耗大或增益低。
2.首先排除中频通路增益问题,我选择从最末级开始。频谱仪的第三中频为10MHz,检波满幅度为0dbm,因此直接向对数放大器注入10MHz,0dbm的信号,此时可见频谱的基线升高到屏幕最顶部,检波及视频部分正常。随后检查第二中频,第二中频为110MHz,注入110MHz -50dbm的信号,同样可以获得0dbm读数,此处可以排除第二中放,第三混频器,RBW滤波器的问题。继续检查第二混频器及第二本振,第一中频为2.072GHz,并由第二混频器下变频到110MHz。由于手头没有能达到2.072G的信号源,但需要的幅度在-40dbm左右,因此投机取巧一下,利用信号源的二次谐波,在另一台频谱仪上观察谐波幅度,将其调整到-40dbm左右注入第二混频器(由于第二混频器有腔体带通滤波器,1.036G处的强基波应该不会导致混频过载)。实际上似乎也有效,可以得到0dbm左右的读数,并且幅度变化的趋势大致与信号源调节趋势相同。此处可以排除第二混频器,第二本振的(幅度)问题。于是剩下的就是第一混频器/第一本振问题了。
3.根据手册的标称值,测量了前面板第一本振输出,以及进入混频器/耦合器的第一本振幅度,两个信号幅度均在标称范围内,因此第一本振(幅度)问题排除。只能是第一混频器相关的部件有问题了。
首先看第一混频器相关部分的框图,496P采取的是定向耦合器+混频器的方式,定向耦合器通常是微带无源器件,非常坚固,因此损坏的概率微乎其微,这里也就省略不查了。而在混频器内有两颗肖特基二极管极易被强输入信号烧毁导致昂贵的混频器报废,由于输入衰减器已经被烧毁了,当下需要确认这两颗二极管是否幸存。
由于尚不了解混频器内部构造,因此盲目把混频器上的二极管模块拆下来测量,测量结果表明两颗二极管的压降都非常接近0.42V,看起来不像是被烧毁了。
此处特别注意:混频器上的二极管模块极度脆弱,倒装的二极管陶瓷衬底通过三条金带与框架连接,不要对陶瓷部分施加任何偏心压力,不要试图掀起陶瓷衬底,装回时确保垂直对准,否则将导致金带断裂难以修复。
4.将混频器复装回去,装机检查,情况既没有改善,也没有恶化。但突然想到没有测量输入平坦度,是否所有频率都低40db多呢?当然不是。随着输入频率的提高,幅度也逐渐提高,到1.2G时幅度已提高到-16dbm左右,这似乎像是一个典型的接触不良问题,信号正在通过寄生电容耦合,随着频率的升高容抗越来越低。随后,检查了第一混频器附近的所有线缆和SMA接头,并没有发现损坏的迹象,于是再一次拆下混频器,试图了混频器内其它结构的原理。
现在,我们仍然需要借助混频器的框图。这里可以看到混频器内除了二极管之外,还有一个定向耦合器和一个90度移相器。其中LO口(P127)连接定向耦合器的一边,可以看出这一边直接到达二极管,对DC应该是直通的。IF口(P124)经过耦合器的另一边并通过移相器后到达二极管,假设移相器是微带延迟线做的,那么对DC也应该直通。而RF口(P123)直接连接两个二极管,看起来没有DC BLOCK。因此通过混频器外部的三个端口应该可以测量到二极管不同方向的压降。但实际测量结果表示有问题:从LO到IF方向可以测到0.84V压降,说明电流经过了两颗二极管,移相器对DC也是直通的。但从LO到RF,RF到IF均为开路状态,这表示RF与任意一个二极管都没有构成通路。
5.再次拆下二极管模块,依次测量混频器基板与外部端口,结果表明RF口开路。
接下来拆掉RF口的SMA插座,看到了非常奇怪的现象,在两层PCB中间似乎有个细小的缝隙开口。
但SMA插座后面是平坦的,中间似乎有个断茬?
为了搞清楚这里的问题,混频器需要被整个拆开,混频器内部的基板是三层PCB层压的,但在四周可以稍微分开。
这是另外两个SMA插座之一,它清晰的表明插座是通过压接的方式与基板接触的,插座后面延伸出来了一小段端子,而损坏的插座端子已经断裂了,断掉的部分甚至不在混频器内部,它是被前人拆卸损坏的。
于是一支BC547献出它的半条腿,我在RF插座上再造了这部分端子,考虑到这只是个1.8GHz的频谱仪,大概也不用多讲究了。
后面的事情就很简单了,小心的把混频器原样装回,混频器的基板是三层压合的,这三层都可以在边缘剥离开,因此需要注意SMA的端子是插进哪一层里面,否则也不会建立正确的接触。
装机测试,该混频器立即产生了正确的幅度响应,这个被蛮力拆卸损坏的混频器,又被我粗暴的“修好”了。
3.3 输入衰减器维修
这是拆下来的衰减器组件。前人已经在继电器上标注了每一档的衰减量,它是由10+20+30db的PAD组成的。经过测量表明10和20db均已烧毁,30db正常。
比较巧合的是,我从网上买到了一个相似的,但只有10和20db两组的衰减器,因此期待内部的PAD可以互换。
这是衰减器拆开的样子。
实际情况是10db PAD尺寸完全合适,但20db的要更长一点。
既然都已经买了,自然得想办法用上。衰减器外壳上没有贴BeO警告,但为了安全和打磨质量,用金刚石锉在水中打磨PAD到合适的尺寸。
复装衰减器,现在衰减量测量正常,平坦度由于条件所限未作测量。衰减器可以认为功能性修复。
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