JP2006017658A

JP2006017658A - 周波数変換装置を測定する方法、周波数変換装置を測定するためのプログラム、周波数変換装置を測定するためのシステム

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Publication number: JP2006017658A
Application number: JP2004197840A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Yamanaka; 晴彦山中; Yasuaki Komatsu; 保明小松
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-01-19
Also published as: DE102005030221A1; US20060004919A1; US7415373B2

Abstract

【課題】一般的なベクトルネットワークアナライザを用いて、あらゆる周波数変換装置の網特性を測定する方法を提供する。
【解決手段】
ベクトルネットワークアナライザと、基準周波数変換装置を用いて被測定周波数変換装置を測定する方法であって、前記基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とからなる回路であって、前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とが相捕的に作用する回路の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、測定された前記回路の網特性から前記基準周波数変換装置の網特性を除去するステップとを含む方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベクトルネットワークアナライザを用いて周波数変換装置の網特性を測定する方法に関する。

通信装置または通信システムの重要な構成要素の１つとして、周波数変換装置がある。周波数変換装置とは、ミキサやサンプラなどのように、ある信号の周波数を他の周波数に変換する装置をいう。周波数変換装置の網特性を正確に測定することができれば、通信装置や通信システムの最適化が可能になる。これまでに、周波数変換装置の網特性を測定する方法が幾つか提案されてきた。これらの方法は、ベクトルネットワークアナライザを用いて周波数変換装置の網特性を測定する。ある方法は、被測定物である周波数変換装置の網特性が、Ｓ２１＝Ｓ１２、を満たしている必要がある（特許文献１を参照。）。他のある方法は、ベクトルネットワークアナライザ自身に特殊な構造が必要とされる（特許文献２を参照。）。特殊な構造とは、ソースとレシーバの周波数が異なる状態で測定するための構造である。

近年、平衡入力平衡出力型の周波数変換装置が広く使われるようになってきた。平衡入力平衡出力型の周波数変換装置の網特性は、バランを接続することにより測定することができる。しかし、この測定方法では、周波数変換装置の網特性にバランの網特性が含まれてしまう。また、この測定方法では、同相信号成分に関する測定ができない。

特開２００２−５７５３０号公報（第２〜３頁、図１）特開２００２−２０２３３１号公報（第３〜４頁、図１、図２）

そこで、本発明は、一般的なベクトルネットワークアナライザを用いて、あらゆる周波数変換装置の網特性を測定する方法を提供することを目的とする。また、平衡入力平衡出力型の周波数変換装置の網特性を精度良く測定する方法を提供する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本第一の発明は、ベクトルネットワークアナライザと、基準周波数変換装置を用いて被測定周波数変換装置を測定する方法であって、前記基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とからなる回路であって、前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とが相捕的に作用する回路の網特性を前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、測定された前記回路の網特性から前記基準周波数変換装置の網特性を除去するステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本第二の発明は、本第一の発明の方法において、前記基準周波数変換装置および前記被測定周波数変換装置に入力されるローカル信号は、同一信号源から発生されることを特徴とするものである。

さらに、本第三の発明は、ベクトルネットワークアナライザと、不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置である第一の基準周波数変換装置および第二の基準周波数変換装置を用いて、平衡入力平衡出力型の被測定周波数変換装置を測定する方法であって、前記第一の基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、前記第二の基準周波数変換装置の網特性を前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、前記第一の基準周波数変換装置における第一のローカル信号と前記第二の基準周波数変換装置における第二のローカル信号との位相差を求めるステップと、測定された前記第二の基準周波数変換装置の網特性に、求めた前記位相差を表す網特性を合成するステップと、前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とからなる回路であって前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とが相捕的に作用する回路の網特性を前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、測定された前記回路の網特性から、前記第一の基準周波数変換装置の網特性と合成された前記第二の基準周波数変換装置の網特性とを除去するステップとを含むことを特徴とするものである。

またさらに、本第四の発明は、本第三の発明の方法において、前記位相差を求めるステップは、前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置とからなる回路であって前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置とが相捕的に作用する回路を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップを含むことを特徴とするものである。

また、本第五の発明は、本第三の発明の方法において、前記位相差を求めるステップは、前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置と追加の不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置とからなる回路であって、前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置と前記追加の周波数変換装置とが相捕的に作用する回路を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップを含むことを特徴とするものである。

さらに、本第六の発明は、本第三の発明ないし本第五の発明のいずれかの方法において、前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置および前記被測定周波数変換装置に入力されるローカル信号は、同一信号源から発生されることを特徴とするものである。

またさらに、本第七の発明は、ベクトルネットワークアナライザを外部制御するコンピュータ、または、コンピュータ手段を備えるベクトルネットワークアナライザに、本第一の発明ないし本第六の発明のいずれかの方法を実施させるためのプログラムである。

また、本第八の発明は、本第一の発明ないし本第六の発明のいずれかの方法を実施することにより、周波数変換装置を測定するシステムである。

本発明によれば、一般的なベクトルネットワークアナライザを用いて、あらゆる周波数変換装置の網特性を測定することができる。また、本発明によれば、従来に比べて、測定に必要な基準周波数変換装置の個数が低減される。さらに、本発明によれば、平衡入力平衡出力型の周波数変換装置の網特性を精度良く測定することができる。またさらに、本発明によれば、基準周波数変換器の網特性などの測定結果を事前に測定して記憶し、被測定周波数変換装置の網特性の抽出に利用するプログラムが提供されるので、試験者によるパラメータ保存などの面倒が軽減され、被測定周波数変換装置の網特性の測定が容易に実施できる。

本発明の好適実施形態を、添付の図面を参照しながら、以下に説明する。本発明の第一の実施形態は、不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置を測定するためのベクトルネットワークアナライザ１００である。

ここで、図１を参照する。図１は、ベクトルネットワークアナライザ１００の内部構成を示す図である。図１において、ベクトルネットワークアナライザ１００は、測定装置１１０と、ＣＰＵ１２０と、記憶装置１３０と、ドライブ装置１４０と、インタフェース装置１５０とを備える。本明細書では、インタフェース装置をＩ／Ｆ装置と略して図示する。

測定装置１１０は、ポート１１１またはポート１１２を介して接続される被測定物の網特性を測定する装置である。ＣＰＵ１２０は、測定装置１１０などベクトルネットワークアナライザ１００の各構成要素を制御する装置である。記憶装置１３０は、データやプログラムなどを格納する装置である。ドライブ装置１４０は、ベクトルネットワークアナライザ１００や外部コンピュータなどが読み取り可能であって取り外し可能な記録媒体を操作する装置である。当該記録媒体には、データやプログラムなどが格納される。インタフェース装置１５０は、ユーザへの出力、ユーザからの入力、および、外部コンピュータとの通信のための装置である。例えば、インタフェース装置１５０は、ディスプレイ、キーボード、または、ＬＡＮインタフェースなどを含む。

次に、ベクトルネットワークアナライザ１００における、被測定物である周波数変換装置２００の網特性の測定手順について説明する。図２は、周波数変換装置２００の測定手順を示すフローチャートである。周波数変換装置２００の網特性の測定は、記憶装置１３０もしくはドライブ装置１４０内の記憶媒体に格納されたプログラムの実行、または、インタフェース装置１５０を介する外部コンピュータ（不図示）からの制御により実施されるものである。本明細書では、ベクトルネットワークアナライザをＶＮＡと略して図示する。また、同様に、周波数変換装置をＦＴＤと略して図示する。以下、図１と図２を参照する。

ステップＳ１１において、ベクトルネットワークアナライザ１００を校正する。周波数変換装置２００の網特性の測定に使用されるポート数は２つであるので、フル２ポート校正が実施される。

ステップＳ１２において、ベクトルネットワークアナライザ１００を用いて、不平衡入力不平衡出力型の基準周波数変換装置３００の網特性を測定する。基準周波数変換装置の網特性を測定する方法は、特開２００２−５７５３０号公報などにより開示されている。本ステップにおいて測定された基準周波数変換装置３００の網特性は、記憶装置１３０に格納される。

ステップＳ１３において、図１に示すように、基準周波数変換装置３００と周波数変換装置２００とが直列接続された回路Ａをベクトルネットワークアナライザ１００に接続する。そして、ベクトルネットワークアナライザ１００を用いて、直列回路Ａの網特性を測定する。周波数変換装置２００および基準周波数変換装置３００には、ローカル信号として信号源４００の出力信号が印加される。なお、ローカル信号は、周波数変換装置に入力される信号を操作するための信号である。例えば、周波数変換装置がミキサである場合、ローカル信号はミキサのローカル端子（ＬＯ端子）に入力される。また、周波数変換装置がサンプラである場合、ローカル信号はサンプラのコントロール端子（ＣＴＲＬ端子）に入力される。さて、直列回路Ａ内において、周波数変換装置２００および基準周波数変換装置３００は、相補的に作用する。すなわち、回路Ａ内を通過する信号に対して、周波数変換装置２００がアップコンバートすれば基準周波数変換装置３００はダウンコンバートする。逆に、回路Ａ内を通過する信号に対して、周波数変換装置２００がダウンコンバートすれば基準周波数変換装置３００はアップコンバートする。従って、直列回路Ａは入力信号と同じ周波数を有する信号を出力するので、ベクトルネットワークアナライザ１００は、特殊な構造を備えずとも直列回路Ａを測定することができる。

ステップＳ１４において、記憶装置１３０から事前に測定しておいた基準周波数変換装置３００の網特性を読み出す。そして、ステップＳ１３において測定された直列回路Ａの網特性から基準周波数変換装置３００の網特性を除外（ディエンベッディング）し、その結果得られた網特性を周波数変換装置２００の網特性としてインタフェース装置１５０に出力する。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、平衡入力平衡出力型の周波数変換装置を測定するためのベクトルネットワークアナライザである。

ここで、図３を参照する。図３は、ベクトルネットワークアナライザ５００の内部構成を示す図である。図３において、ベクトルネットワークアナライザ５００は、測定装置５１０と、ＣＰＵ５２０と、記憶装置５３０と、ドライブ装置５４０と、インタフェース装置５５０とを備える。

測定装置５１０は、ポート５１１またはポート５１２またはポート５１３またはポート５１４を介して接続される被測定物の網特性を測定する装置である。ＣＰＵ５２０は、測定装置５１０などベクトルネットワークアナライザ５００の各構成要素を制御する装置である。記憶装置５３０は、データやプログラムなどを格納する装置である。ドライブ装置５４０は、外部コンピュータおよびベクトルネットワークアナライザ５００が読み取り可能であって取り外し可能な記録媒体を操作する装置である。当該記録媒体には、データやプログラムなどが格納される。インタフェース装置５５０は、ユーザへの出力、ユーザからの入力、および、外部コンピュータとの通信のための装置である。例えば、インタフェース装置５５０は、ディスプレイ、キーボード、または、ＬＡＮインタフェースなどを含む。

次に、ベクトルネットワークアナライザ５００における、被測定物である周波数変換装置６００の網特性の測定手順について説明する。図４は、周波数変換装置６００の測定手順を示すフローチャートである。周波数変換装置６００の網特性の測定は、記憶装置５３０もしくはドライブ装置５４０内の記憶媒体に格納されたプログラムの実行、または、インタフェース装置５５０を介する外部コンピュータ（不図示）からの制御により実施されるものである。以下、図３と図４を参照する。

ステップＳ２１において、ベクトルネットワークアナライザ５００を校正する。周波数変換装置６００の網特性の測定に使用されるポート数は４つであるので、フル４ポート校正が実施される。

ステップＳ２２において、ベクトルネットワークアナライザ５００を用いて、不平衡入力不平衡出力型の基準周波数変換装置７１０の網特性を測定する。基準周波数変換装置の網特性を測定する方法は、特開２００２−５７５３０号公報などにより開示されている。本ステップにおいて測定された基準周波数変換装置７１０の網特性は、記憶装置５３０に格納される。

ステップＳ２３において、ステップＳ２２と同様に、ベクトルネットワークアナライザ５００を用いて、不平衡入力不平衡出力型の基準周波数変換装置７２０の網特性を測定する。本ステップにおいて測定された基準周波数変換装置７２０の網特性は、記憶装置５３０に格納される。

ステップＳ２４において、ベクトルネットワークアナライザ５００を用いて、基準周波数変換装置７１０に印加されるローカル信号７１１と基準周波数変換装置７２０に印加されるローカル信号７２１との位相差を測定する。測定された位相差は、記憶装置５３０に格納される。

周波数変換装置６００を測定する場合、図３に示すように、周波数変換装置６００の平衡出力に、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０を接続する。この時、ローカル信号７１１とローカル信号７２１との間に位相差があると、基準周波数変換装置７１０の出力信号と基準周波数変換装置７２０の出力信号との間にも位相差が生じる。そのため、周波数変換装置６００の網特性を正しく求めることができない。そこで、補正のために、事前にローカル信号７１１とローカル信号７２１との位相差を測定するのである。

ローカル信号７１１とローカル信号７２１との位相差は、例えば、図５や図６に示されるような構成により測定される。図５および図６において、図３と同一の要素には、同一の参照番号を付して説明を省略する。

ここで、図５を参照する。図において、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０とは、相補的に作用するように直列接続されている。また、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０のローカル端子は、図３と同じ状態になるよう信号源８００が接続されている。すなわち、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０とからなる直列回路Ｃ内を通過する信号に対して、基準周波数変換装置７１０がアップコンバートすれば基準周波数変換装置７２０はダウンコンバートする。逆に、直列回路Ｃ内を通過する信号に対して、基準周波数変換装置７１０がダウンコンバートすれば基準周波数変換装置７２０はアップコンバートする。そして、直列回路Ｃについて双方向（順方向と逆方向）の測定を行う。この時、測定される信号の位相差は、ローカル信号７１１とローカル信号７２１との位相差の２倍に相当する。ローカル信号７１１とローカル信号７２１との位相差をθとすると、位相差θを表すＳパラメータは、次式で表される。なお、次式は、他のパラメータ形式へ変換することもできる。

ここで、図６を参照する。図において、基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０と追加の不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置９００とは、相補的に作用するように接続されている。周波数変換装置９００の網特性は既知である必要はない。周波数変換装置９００は、ローカル信号として信号源８００の出力信号が印加される。また、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０は、図３と同じ状態になるよう信号源８００が接続されており、ローカル信号として信号源８００の出力信号が印加される。すなわち、基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０と周波数変換装置９００とからなる回路Ｄ内を通過する信号に対して、周波数変換装置９００がアップコンバートすれば基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０はダウンコンバートする。逆に、回路Ｄ内を通過する信号に対して、周波数変換装置９００がダウンコンバートすれば基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０はアップコンバートする。そして、周波数変換装置９００に測定信号を印加して、回路Ｄについて測定を行う。その結果、基準周波数変換装置７１０の出力信号と基準周波数変換装置７２０の出力信号との位相差θが測定される。位相差θを表すＳパラメータは、上式で表される通りである。

再び、図３と図４を参照する。

ステップＳ２５において、ステップＳ２３で得られた基準周波数変換装置７２０の網特性に、ステップＳ２４で得られた位相差を表す網特性（例えば、上式のＳパラメータ）を合成する。合成された基準周波数変換装置７２０の網特性は、記憶装置５３０に格納される。

ステップＳ２６において、図３に示すように、ベクトルネットワークアナライザ５００に、基準周波数変換装置７１０と基準周波数変換装置７２０と周波数変換装置６００とからなる回路Ｂを接続する。そして、ベクトルネットワークアナライザ５００を用いて、回路Ｂの網特性を測定する。基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０および周波数変換装置６００には、ローカル信号として信号源８００の出力信号が印加される。回路Ｂ内において、基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０と周波数変換装置６００とは、相補的に作用する。すなわち、回路Ｂ内を通過する信号に対して、周波数変換装置６００がアップコンバートすれば基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０はダウンコンバートする。逆に、回路Ｂ内を通過する信号に対して、周波数変換装置６００がダウンコンバートすれば基準周波数変換装置７１０および基準周波数変換装置７２０はアップコンバートする。従って、回路Ｂは入力信号と同じ周波数を有する信号を出力するので、ベクトルネットワークアナライザ５００は、特殊な構造を備えずとも回路Ｂを測定することができる。

ステップＳ２７において、事前に測定しておいた基準周波数変換装置７１０およびステップＳ２５において合成された基準周波数変換装置７２０の網特性を記憶装置５３０から読み出す。そして、ステップＳ２６において測定された回路Ｂの網特性から基準周波数変換装置７１０の網特性および合成された基準周波数変換装置７２０の網特性を除外（ディエンベッディング）し、その結果得られた網特性を周波数変換装置６００の網特性としてインタフェース装置５５０に出力する。

さて、上記の実施形態において、以下のような変形が可能である。上記の実施形態において、ベクトルネットワークアナライザは、少なくとも測定に要する数のポートを備えていれば良い。従って、ベクトルネットワークアナライザ１００は、ポートを３つ以上有しても良い。ベクトルネットワークアナライザ５００は、ポートを５つ以上有しても良い。

第一および第二の実施形態において、周波数変換装置に印加されるローカル信号は、同一の信号源によって発生される必要はない。周波数変換装置に印加されるローカル信号は、それぞれの周波数が同じであれば、異なる信号源によって発生されるものでも良い。

上記の実施形態において、基準周波数変換装置の網特性の測定結果やローカル信号間の位相差の測定結果は、ベクトルネットワークアナライザ内の記憶装置以外の場所に格納されても良い。例えば、ベクトルネットワークアナライザに外部接続されるコンピュータ内のメモリに格納されても良い。

第一の実施形態のベクトルネットワークアナライザ１００を示す図である。第一の実施形態における測定手順を示すフローチャートである。第二の実施形態のベクトルネットワークアナライザ５００を示す図である。第二の実施形態における測定手順を示すフローチャートである。ローカル信号間の位相差を測定するための構成を示す図である。ローカル信号間の位相差を測定するための構成を示す図である。

符号の説明

１００，５００ベクトルネットワークアナライザ
１１０，５１０測定装置
１１１，１１２，５１１，５１２，５１３，５１４ポート
１３０，５３０記憶装置
１４０，５４０ドライブ装置
１５０，５５０インタフェース装置
２００，６００，９００周波数変換装置
３００，７１０，７２０基準周波数変換装置
４００，８００信号源

Claims

ベクトルネットワークアナライザと、基準周波数変換装置を用いて被測定周波数変換装置を測定する方法であって、
前記基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、
前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とからなる回路であって、前記基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とが相捕的に作用する回路の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、
測定された前記回路の網特性から前記基準周波数変換装置の網特性を除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記基準周波数変換装置および前記被測定周波数変換装置に入力されるローカル信号は、同一信号源から発生されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ベクトルネットワークアナライザと、不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置である第一の基準周波数変換装置および第二の基準周波数変換装置を用いて、平衡入力平衡出力型の被測定周波数変換装置を測定する方法であって、
前記第一の基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、
前記第二の基準周波数変換装置の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、
前記第一の基準周波数変換装置における第一のローカル信号と前記第二の基準周波数変換装置における第二のローカル信号との位相差を求めるステップと、
測定された前記第二の基準周波数変換装置の網特性に、求めた前記位相差を表す網特性を合成するステップと、
前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とからなる回路であって、前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置と前記被測定周波数変換装置とが相捕的に作用する回路の網特性を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップと、
測定された前記回路の網特性から前記第一の基準周波数変換装置の網特性と合成された前記第二の基準周波数変換装置の網特性とを除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記位相差を求めるステップは、前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置とからなる回路であって前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置とが相捕的に作用する回路を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記位相差を求めるステップは、前記第一の基準周波数変換装置と前記第二の基準周波数変換装置と追加の不平衡入力不平衡出力型の周波数変換装置とからなる回路であって、前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置と前記追加の周波数変換装置とが相捕的に作用する回路を、前記ベクトルネットワークアナライザを用いて測定するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記第一の基準周波数変換装置および前記第二の基準周波数変換装置および前記被測定周波数変換装置に入力されるローカル信号は、同一信号源から発生されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
ベクトルネットワークアナライザを外部制御するコンピュータ、または、コンピュータ手段を備えるベクトルネットワークアナライザに、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法を実施させるためのプログラム。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法を実施することにより、周波数変換装置を測定するシステム。