JP2005249626A - 高周波減衰装置及びそれを用いた信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＡＴＴの各セクションの単一セクションの組合わせ、補正値決定手順を考慮することで、測定時間の短縮を図る。
【解決手段】ＡＴＴ１は、４つ以上のセクションを有し、最大の減衰量を与える第１の最大減衰セクション１ｄと、第１の最大減衰セクションの一方側に配置されて、第１の最大減衰セクションと同じ減衰量を与える第２の最大減衰セクション１ｅと、その他方に接続され隣接するそれぞれ異なる減衰量を与える２以上の減衰セクション１ａ、１ｂ、１ｃとを含み、これらの２以上の減衰セクションの減衰量の和は最大の減衰量に対して最小分解能だけ小さい構成とする。各セクションの組合せにより、ＡＴＴ１が最大減衰量の組合せから減少する組合せにおいて、第１及び第２の最大減衰の組合せを連続的に使用して所望の減衰量となる組合せが記憶されている組合記憶部７とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波減衰装置及びそれを用いた信号発生装置に関し、例えば高周波信号のレベルを可変するためにステップアッテネータ装置として用いる高周波減衰装置及びそれを用いた信号発生装置に関する。

図６に、一般的な、信号発生装置の最終出力段のブロック図を示す。信号源２からレベル補正部３に供給された信号は、ディジタルアッテネータユニット１０に入力され、可変範囲の大きいステップ確度の優れた減衰量が設定可能な信号をコネクタ９に出力する。ディジタルアッテネータユニット１０は、第１のセクション１０ａ、第２のセクション１０ｂ、第３のセクション１０ｃ、第４のセクション１０ｄ、第ｎのセクション１０ｘからなる複数の減衰セクションから構成され、各セクションの組み合わせによって減衰分解能、各セクションの合計減衰量によって最大減衰量が規定される。

しかし、このディジタルアッテネータユニット１０は以下に説明する問題点がある。ディジタルアッテネータユニット１０は、高確度の減衰素子を使用し、高周波特性の優れた切替素子（メカスイッチ、電子スイッチなど）を使用することで高確度の減衰量の切替を可能としている。ただし、現在の通信機器の計測用などでは、上記のような構成を取っただけでは出力コネクタ９における十分な出力レベル確度は得られない。

このため、通常の信号発生装置では出力コネクタ９の出力電力をパワーメータなどにより測定し、この測定値の真値とのずれをレベル補正値としてレベル補正値記憶部３０に格納し、実際のレベル設定時にこの補正値によりレベル補正部３（可変減衰器または可変利得増増幅器）の減衰量（または利得）を調整することで出力レベル補正を行い、減衰確度を向上している。

ただし、すべての減衰量の組合わせ及び周波数特性の補正値 を行列状に採取する（補正値を取得する減衰量をｔ（ｍ）、周波数ポイントをｆ（ｎ）とすると補正値はC [t(m),f(n)]とｍ×ｎの行列となる）と、補正データの取得に多くの時間を要する。また、減衰量を１００ｄＢ以上など大きく取った場合は、出力コネクタ９の出力レベルが低下するため、パワーメータでは測定が不可能となる。スペクトラムアナライザなど狭帯域で高ダイナミックレンジの相対レベル測定が可能な測定器を使用した場合も、フロア雑音の影響を低減するために、分解能帯域幅を狭くしたり、アベレージ回数を増やす必要があるので、補正値１ポイントあたりの測定時間が飛躍的に長くなってしまう。

この問題を解決するためにディジタルアッテネータユニット１０の減衰量の設定値毎の補正値を全て取得するのではなく、設定値を間引いて残りの設定値に対応する補正値は計算により求める方法が考えられる。

この方法の最も単純な方法としては以下のようなものが挙げられる。
（１）ディジタルアッテネータユニット１０の各第１、２，３，４、……、ｎのセクションのいずれが一つを減衰素子側に設定し、他のセクションをすべて通過側に設定した状態のｎ種類の補正値を取得する。ここで、各セクションの補正値をそれぞれEr(A)、 Er(B)、 Er(C)、 Er(D)、……、Er(X)とする。
（２）複数のセクションを減衰素子側に設定した時の減衰量は各減衰器の値と補正値の合計値となる。
例えば、第２のセクション１０ｂと第４のセクション１０ｄを減衰側に設定した時の実際の減衰量は、[B + D + Er(B) + Er(D)] [dB]となる。

上記のように考えた場合、補正値の取得時間は、例えば７ｂｉｔ（１、２、４、８、１６、３２、６４ｄＢ 合計１２７ｄＢ） のディジタルアッテネータユニットの場合は、７／１２７となり、１／１８に減少する。また、最大減衰量付近の補正値データの取得は行わないため、実質的な測定時間はさらに短くなる。ただし、実際のアッテネータでは各セクションは通過時、減衰時でそれぞれ異なった反射特性を持つため、上記の方法では各セクション間のミスマッチロスによる誤差が補正出来ない。

例えば、ＶＳＷＲ＝１．２２のセクション同士の結合箇所では、最大０．０８７ｄＢのミスマッチエラーが発生し、７セクション合計のミスマッチエラーでは最大で０．５２ｄＢ（０．０８７×６）となる。ただし、実際には各セクションの入出力間のアイソレーションが小さい場合は、隣接以外のセクションのインピーダンスの変化も影響するため更に大きなミスマッチエラーが発生する可能性がある。

また、スルー及び各単一セクションの減衰状態のＳパラメータを測定し、これらを元に計算で複数セクションの減衰量を求める手法が特許文献１に開示されている。
ＵＳＰ６０９１２４７

しかしながら、上述したＳパラメータから減衰量を求める手法は、縦続接続をＳパラメータの掛け算で求めているが、本来はＴパラメータで計算を行う必要があり、また通常のディジタルステップアッテネータや、電圧可変アッテネータで生じる各セクションの減衰量を切り替えたときの入出力インピーダンスの変化について考慮されていない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ディジタルアッテネータユニットの各セクションはそれぞれバイパス（スルー）時／減衰時で入出力の反射特性が変化するが、各セクションの単一セクションの組合わせ、補正値決定手順を考慮することで、測定時間の短縮を可能とした高周波減衰装置及びそれを用いた信号発生装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の高周波減衰装置では、以下の構成とした。
高周波信号が入力される入力部と、各々所定の減衰量が設定されている複数の減衰セクションからなるディジタルアッテネータユニットと、処理された電気信号が出力される出力部とを含み、前記入力部から入力された高周波信号を前記テーブルから呼び出した所定の組合せで構成された前記複数の減衰セクションを通過させ、所望の減衰量にして前記出力部より出力する高周波減衰装置において、
前記ディジタルアッテネータユニットは、少なくとも４つ以上の減衰セクションを有し、これらの減衰セクションは前記複数の減衰セクションのうちで最大の減衰量を与える第１の最大減衰セクションと、前記第１の最大減衰セクションの一方側に配置されて、前記第１の最大減衰セクションと同じ減衰量を与える第２の最大減衰セクションと、前記第１の最大減衰セクションの他方に接続されていて隣接するそれぞれ異なる減衰量を与える２以上の減衰セクションとを含み、これら２つ以上の減衰セクションの減衰量の和は前記最大の減衰量に対して最小分解能だけ小さい構成とし、
前記複数の減衰セクションの組合せにより、前記ディジタルアッテネータユニットが最大減衰量の組合せから減少する組合せにおいて、前記第２の最大減衰セクション、および第１減衰セクションの組合せを連続的に使用することにより所望の減衰量となるように前記複数の減衰セクションの組合せが記憶されている組合記憶部とを備えた。

また、本発明の請求項１の高周波減衰装置を用いた信号発生装置では、以下の構成とした。
信号源と、前記信号源からの信号を所定レベル補正をするレベル補正部と、前記レベル補正部からの信号を入力する前記ディジタルアッテネータユニットを有する請求項１記載の高周波減衰装置と、前記ディジタルアッテネータユニットの誤差を補正するための前記所定レベルの補正データを格納するレベル補正値記憶部と、前記組合記憶部に記憶された前記ディジタルアッテネータユニットの各減衰セクションの組合せに毎に、実減衰量より求め前記補正データを算出し、かつ、各減衰セクションの組合せに応じて、前記レベル補正部の所定レベル補正を可変する演算制御部とを備えた。

さらに、請求項３の高周波減衰装置を用いた信号発生装置では、請求項２の演算制御部を以下の構成とした。
前記ディジタルアッテネータユニットの各減衰セクションの減衰量ならびに各減衰セクション間のリターンロスを含む実減衰量をもとに任意の減衰セクションを固定しその両側の減衰セクションを可変した場合の減衰量を、少なくとも3つの実減衰量より求め、前記補正データを算出する。

ディジタルアッテネータユニットの各セクションはそれぞれバイパス時／減衰時で入出力の反射特性が変化するが、各セクションの単一セクションの組合わせ、レベル補正値算出手順を考慮することで、測定時間の短縮ができる。

以下、本発明の実施形態の高周波減衰装置、及び信号発生装置について図面を参照して説明する。図１は、高周波減衰装置を用いた信号発生装置のブロック図である。図２は、
ディジタルアッテネータユニット１の各セクションの組合わせ、及びレベル補正値を算出するための手順を説明するためのセクション組合せテーブルである。図３は、レベル補正値を算出するための計算式を記載したテーブルである。図４は、設定減衰量に対するレベル補正値を示すテーブルである。図５は、設定減衰量に対するセクション組合せ示すテーブルである。

図１に基づいて、高周波減衰装置を用いた信号発生装置の動作を説明する。ディジタルアッテネータユニット１の設定減衰量は、９５ｄＢに設定されており、各セクションの組合せは、第１のセクション１ａが減衰時、第２のセクション１ｂがバイパス時、第３のセクション１ｃが減衰時、第４のセクション１ｄが減衰時、第５のセクション１ｅがバイパス時、第６のセクション１ｆが減衰時、第７のセクション１ｇが減衰時となっている。

この設定減衰量９５ｄＢの組合せは、組合記憶部７に記憶された図５に示すテーブルに基づいて、演算制御部５が、ディジタルアッテネータユニット１の各セクションの切り替え制御をする。その設定減衰量９５ｄＢの実減衰量は、計算式記憶部８に記憶された図３に示すテーブルに基づいて求められる。その実減衰量と設定減衰量との差がレベル補正値として計算され、各設定値毎にレベル補正値記憶部６に図４に示すテーブルとして記憶される。ここで、設定減衰量９５ｄＢのレベル補正値は、Ｃ１９となる。演算制御部５は、レベル補正部３の減衰量（又は増幅量）をＣ１９と設定する。信号源２から出力された信号は、レベル補正部３で、Ｃ１９のレベル補正がされ、ディジタルアッテネータユニット１を介して、出力コネクタ１０に出力される。

次に、図２のテーブルを用いて、実減衰量を求める手順を説明する。９５ｄＢ(G19) の状態を考える。

G19はG18の９０ｄＢの状態に対して、第１のセクションの５ｄＢ(S1)セクションが加えられた状態である。ここで以下の式が成り立つとする。
G19−G18 = G11−G10 ・・・ （１）
すると、G19は以下のように計算によって求められる。
G19 (９５ｄＢ) = G18(９０ｄＢ) + G11 (５５ｄＢ) − G10 (５０ｄＢ) ・・・(２)
上式が成り立つためには以下の式が成り立っている必要がある。

（１）式が成立するためには、５ｄＢ(S1)セクションの入出力でのミスマッチロスがG19とG11、G18とG10それぞれで同じである必要がある。（必要条件としてはこれ以外に、制御系および構造上の入出力端子間のアイソレーションが、挿入する減衰量に対して十分に大きいことが挙げられるが、ここではこの条件は満足しているとする。）
５ｄＢ(S1)セクションの入力側から見た外部のインピーダンスは、変化しないものとする。

５ｄＢ(S1)セクションの出力側は、G18, G10いずれの状態においても 第３のセクション２０ｄＢ(S3)が減衰側に設定されている。このため、第１の最大減衰セクションである第４のセクションの４０ｄＢ(S4)セクションの設定が変化して４０ｄＢ(S4)セクションの入力インピーダンスが変化することにより発生する５ｄＢ(S1)の出力側のミスマッチロスの変化量は以下のように40dB(S4)セクションの入力側での反射波が5dB(S1)セクションの出力側で反射する強度の4倍（G10,G11,G18,G19の4つの状態の極性がすべて最悪条件となる条件）として計算した場合、０．００５５ｄＢと非常に小さいものとすることができる。実際にはミスマッチロスの要因としては他の複数箇所での反射波も存在するが、この例のようなパラメータ条件下ではこれらの影響はほとんどない。

１０ｄＢ(S2)セクションの最低減衰量 = ０ｄＢ = −Ｓ21(10S2)
２０ｄＢ(S3)セクションの最低減衰量 = １８ｄＢ = −Ｓ21(20S3)
４０ｄＢ(S4)セクションの最低入力リターンロス =２０ｄＢ (減衰時、バイパス時によらず) = −Ｓ11(40S4)
５ｄＢ(S1)セクションの最低出力リターンロス = ２０ｄＢ(減衰時、バイパス時によらず) = −Ｓ22(5S1)
とする。

[１０ｄＢ(S2) ( ２０ｄＢ(S3) ( ４０ｄＢ(S4)入力反射 ( ２０ｄＢ(S3) ( １０ｄＢ(S2) ( 5dB(S1)出力反射]×4 = 4×20LOG(1 +/- 10^((S21(10S2) + Ｓ21(20S3) +Ｓ11(40S4)+Ｓ21(20S3) + S22(5S1))/20) = +/-０．００５５ｄＢ
となる。ここで、Ｓ21、Ｓ22、Ｓ11の各Ｓは、Ｓパラメータを示す。

本発明の一実施形態を示す、高周波減衰装置を用いた信号発生装置のブロック図である、 本発明の一実施形態を示す、ディジタルアッテネータユニット１の各セクションの組合わせ、及びレベル補正値を算出するための手順を説明するためのセクション組合せテーブルである、 本発明の一実施形態を示す、レベル補正値を算出するための計算式を記載したテーブルである、 本発明の一実施形態を示す、設定減衰量に対するレベル補正値を示すテーブルである、 本発明の一実施形態を示す、設定減衰量に対するセクション組合せ示すテーブルである、 本発明の一実施形態を示す、従来の高周波減衰装置を用いた信号発生装置のブロック図である。

符号の説明

１ ディジタルアッテネータユニット、
２ 信号源、
３ レベル補正部、
４ 入力部、
５ 演算制御部、
６ レベル補正値記憶部、
７ 組合記憶部、
８ 計算式記憶部、
９ 出力部。

Claims (3)

1. 高周波信号が入力される入力部（４）と、各々所定の減衰量が設定されている複数の減衰セクションからなるディジタルアッテネータユニット（１）と、処理された電気信号が出力される出力部（９）とを含み、前記入力部から入力された高周波信号を前記テーブルから呼び出した所定の組合せで構成された前記複数の減衰セクションを通過させ、所望の減衰量にして前記出力部より出力する高周波減衰装置において、
   前記ディジタルアッテネータユニットは、少なくとも４つ以上の減衰セクションを有し、これらの減衰セクションは前記複数の減衰セクションのうちで最大の減衰量を与える第１の最大減衰セクション（１ｄ）と、前記第１の最大減衰セクションの一方側に配置されて、前記第１の最大減衰セクションと同じ減衰量を与える第２の最大減衰セクション（１ｅ）と、前記第１の最大減衰セクションの他方に接続されていて隣接するそれぞれ異なる減衰量を与える２以上の減衰セクション（１ａ、１ｂ、１ｃ）とを含み、これら２つ以上の減衰セクションの減衰量の和は前記最大の減衰量に対して最小分解能だけ小さい構成とし、
   前記複数の減衰セクションの組合せにより、前記ディジタルアッテネータユニットが最大減衰量の組合せから減少する組合せにおいて、前記第２の最大減衰セクション、および第１減衰セクションの組合せを連続的に使用することにより所望の減衰量となるように前記複数の減衰セクションの組合せが記憶されている組合記憶部（７）とを備えたことを特徴とする高周波減衰装置。
2. 信号源（２）と、
   前記信号源からの信号を所定レベル補正をするレベル補正部（３）と、
   前記レベル補正部からの信号を入力する前記ディジタルアッテネータユニットを有する請求項１記載の高周波減衰装置と、
   前記ディジタルアッテネータユニットの誤差を補正するための前記所定レベルの補正データを格納するレベル補正値記憶部（６）と、
   前記組合記憶部に記憶された前記ディジタルアッテネータユニットの各減衰セクションの組合せに毎に、実減衰量より求め前記補正データを算出し、かつ、各減衰セクションの組合せに応じて、前記レベル補正部の所定レベル補正を可変する演算制御部（５）と
   を備えたことを特徴とする信号発生装置。
3. 前記演算制御部は、
   前記ディジタルアッテネータユニットの各減衰セクションの減衰量ならびに各減衰
   セクション間のリターンロスを含む実減衰量をもとに任意の減衰セクションを固定しその両側の減衰セクションを可変した場合の減衰量を、少なくとも3つの実減衰量より求め、前記補正データを算出することを特徴とする請求項２記載の信号発生装置。
   
   
   

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