JP2007174643A - Yigフィルタ同調システム - Google Patents
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Abstract
【課題】YIGフィルタの中心周波数と対象の周波数とのアライメントをとるのに適しており、YIGフィルタにCW信号を加えることに依存しない、YIGフィルタ同調システムを提供すること。
【解決手段】
YIGフィルタ同調システムであって、関連するフィルタ帯域幅を有するフィルタ通過帯域のYIGフィルタ12と、前記YIGフィルタ12の入力に選択的に結合されるノイズ源14と、前記フィルタ帯域幅より狭い関連する測定帯域幅を有する測定通過帯域で、前記YIGフィルタ12の出力に結合されたレシーバ16と、を備え、前記ノイズ源14が前記YIGフィルタ12の前記入力に結合されると、前記レシーバ16が、前記YIGフィルタ12の前記出力において、前記測定通過帯域内及び前記フィルタ通過帯域内の、一連の測定値を取得する。
【選択図】図1
Description
本発明は、YIGフィルタ同調システムに関する。
イットリウム・鉄・ガーネット(YIG)・フィルタは、さまざまな試験及び測定システムに含まれる同調可能帯域フィルタである。例えば、YIGフィルタは、発生した信号を濾波して、スペクトル的に純粋な出力信号を信号源に供給するため、マイクロ波信号源に組み込まれる。YIGフィルタは、加えられる入力信号のプリセレクタとして、マイクロ波スペクトル・アナライザのフロント・エンド・セクションにも組み込まれる。YIGフィルタには、高い周波数選択性と広い周波数同調範囲という利点がある。しかし、YIGフィルタには、YIGフィルタのフィルタ通過帯域の中心周波数を対象の周波数に正確に設定して維持するのを困難にする、周波数ドリフト、同調ヒステリシス、及び、他の異常という欠点もある。
マイクロ波信号源におけるYIGフィルタの中心周波数が正確に設定または維持されない場合、信号源によって生じる出力信号の最大パワーが減少する可能性があり、出力信号のスペクトル純粋性が損なわれる可能性がある。マイクロ波スペクトル・アナライザのYIGフィルタの中心周波数が正確に設定または維持されない場合、アナライザの応答に振幅誤差が生じる可能性がある。
現在利用可能な試験及び測定システムには、一般に、YIGフィルタの中心周波数を設定または維持する際に、誤差を同調させるための補正を手動または自動で行う、フィルタ・アライメント・アルゴリズムが含まれている。YIGフィルタの工場較正によって、予備または粗同調が施され、一方、フィルタ・アライメント・アルゴリズムによって、YIGフィルタの中心周波数と対象の周波数との正確なアライメントがとられる。
従来のフィルタ・アライメント・アルゴリズムでは、対象の周波数に関連した1つ以上の周波数のCW(連続波)信号をYIGフィルタに加えて、YIGフィルタの周波数同調を査定(assess:評価)し、工場較正によって施された予備同調に対してYIGフィルタの周波数同調を調整する。フィルタ・アライメント・アルゴリズムは、熱的に誘発されるか、動作状態の変化によって誘発されるか、または、YIGフィルタの中心周波数の同調に用いられる駆動回路のドリフトによって誘発される、YIGフィルタの中心周波数のドリフトに対応するため、定期的に、または、試験及び測定システムの動作状態に基づいて呼び出される。
CW信号がフィルタ・アライメント・アルゴリズム内に加えられると、マイクロ波信号源に望ましくない出力信号が生じる可能性がある。マイクロ波スペクトル・アナライザの場合、フィルタ・アライメント・アルゴリズム内で依存されるCW信号は、一般に、アナライザ内では得られない。マイクロ波スペクトル・アナライザに外部信号源からCW信号を加えるのは、コストが高くつく可能性があるし、外部信号源は、一般に、フィルタ・アライメント・アルゴリズムが呼び出されている間に、マイクロ波スペクトル・アナライザに結合しなければならず、YIGフィルタの中心周波数のアライメントをとった後、マイクロ波スペクトル・アナライザから切り離さなければならないので、不便である可能性がある。
従って、本発明の目的は、YIGフィルタの中心周波数と対象の周波数とのアライメントをとるのに適しており、YIGフィルタにCW信号を加えることに依存しない、YIGフィルタ同調システムを提供することにある。
上記課題は、関連するフィルタ帯域幅を有するフィルタ通過帯域のYIGフィルタと、前記YIGフィルタの入力に選択的に結合されるノイズ源と、前記フィルタ帯域幅より狭い関連する測定帯域幅を有する測定通過帯域で、前記YIGフィルタの出力に結合されたレシーバと、を備え、前記ノイズ源が前記YIGフィルタの前記入力に結合されると、前記レシーバが、前記YIGフィルタの前記出力において、前記測定通過帯域内及び前記フィルタ通過帯域内の、一連の測定値を取得する、YIGフィルタ同調システムによって解決される。
図1には、本発明の実施形態によるYIGフィルタ同調システム10が示されている。YIGフィルタ同調システム10には、YIGフィルタ12、YIGフィルタ12の入力13に選択的に結合されるノイズ源14、及び、YIGフィルタ12の出力15に結合されるレシーバ16が含まれている。YIGフィルタ同調システム10の要素は、一般に、RF、マイクロ波、または、ミリメートル波周波数で動作する、試験及び測定システムまたは通信システムに存在する。例証のため、図2に示す従来のスペクトル・アナライザ20内に含まれているYIGフィルタ同調システム10の要素が示され、YIGフィルタ同調システム10の動作については、スペクトル・アナライザ20に関連して解説される。
YIGフィルタ12は、スペクトル・アナライザ20のプリセレクタ22内に含まれており、レシーバ16は、スペクトル・アナライザ20のミクサ/LOセクション25及びIFフィルタ/検出器セクション24内に設けられる。YIGフィルタ12は、一般に、入力13に加えられる信号11の帯域濾波を行う2ポート装置である。スペクトル・アナライザ20の一例では、プリセレクタ22内のYIGフィルタ12は、YIGフィルタ12の入力13に加えられ、局部発振器LOによって加えられる信号と混合される、3.5〜27GHzの周波数範囲の信号11に帯域濾波を施す。
YIGフィルタ12のフィルタ通過帯域17(図3に示す)は、関連するフィルタ帯域幅BWfを有している。YIGフィルタ12のフィルタ帯域幅BWfは、一般に、フィルタ通過帯域17を同調させる中心周波数に応じて変動する。図3に示す一例では、電力半値点によって表示される、YIGフィルタ12のフィルタ帯域幅BWfは、約100MHzである。
フィルタ通過帯域17の中心周波数fcは、YIGフィルタ12の1つ以上の周波数制御ポートに加えられる駆動電流Idに応答して、広い周波数範囲にわたって同調させることが可能である。フィルタ通過帯域17がスペクトル・アナライザ20において同調させられる周波数範囲は、3.5GHz〜27GHzであるが、YIGフィルタ12の代替例におけるフィルタ通過帯域17は、2GHz〜30GHzの周波数範囲を超えるかまたはその範囲内にある周波数範囲、または、他の適切な周波数範囲にわたって同調させることが可能である。
スペクトル・アナライザ20が、加えられる入力信号19のスペクトル測定結果を得ると、YIGフィルタ12は、駆動電流Idの対応する設定によって、対象の1つ以上の指定の周波数fiに設定されるか、または、加えられる入力信号19の掃引(sweep)周波数スペクトル測定値を得るため、駆動電流Idの一定比率の増減、または、駆動電流Idの掃引が行われる。駆動電流Idによって、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcが、1つ以上の指定の測定周波数に正確に設定及び維持されない場合、スペクトル・アナライザ20によって実施される固定周波数スペクトル測定に振幅誤差が生じることになる。加えられる入力信号19の掃引周波数スペクトル測定中に、YIGフィルタ12のミスアライメントが生じると、加えられる入力信号19の掃引周波数スペクトル測定に振幅誤差が生じる。
図1〜図2に示されたYIGフィルタ同調システム10の例では、YIGフィルタ12は、YIGフィルタ同調システム10内の他の要素から独立した2ポート装置として示されている。代替例では、YIGフィルタ12は、YIGフィルタ12が、YIG同調発振器またはYIG周波数逓倍器と一体化されるか、または、他の装置、要素、または、システムと一体化される、システムまたはサブシステム内に組み込まれる。
YIGフィルタ同調システム10に含まれるノイズ源14が、YIGフィルタ12の入力13に選択的に結合される。図1に示すYIGフィルタ同調システム10の例では、選択的結合は、ノイズ源14とYIGフィルタ12の間に挿入されたスイッチS1によって行われる。もう1つの例(図4に示す)では、制御信号CNTRLによって使用可能または使用禁止になるノイズ源14との選択的結合が、信号コンバイナS2によって行われる。もう1つの例(図2に示す)では、ノイズ源14は、スペクトル・アナライザ20のプリセレクタ22の入力信号経路内にある高利得前置増幅器Aを用いて実施される。この例の場合、YIGフィルタ12に対するノイズ源14の選択的結合は、加えられる入力信号19を前置増幅器Aの入力に加えずに、前置増幅器Aにバイアスをかけることによって施される。この例の場合、前置増幅器Aは、利得が30dBであり、3.5GHz〜27GHzに及ぶ周波数範囲でノイズ信号を発生する。
YIGフィルタ12の入力13に結合されると、ノイズ源14は、YIGフィルタ12にノイズ信号21を供給する。YIGフィルタ同調システム10の実施形態の1つによれば、ノイズ信号21のノイズスペクトルは、YIGフィルタ12が同調させられる周波数範囲をカバーするのに十分なほど広い。YIGフィルタ12のフィルタ通過帯域17内において、ノイズスペクトルは、フィルタ通過帯域17の周波数変動に比べると、フラットな、すなわち、平らな周波数プロフィルを示す。一例を挙げると、ノイズ信号21は、フィルタ通過帯域17の帯域幅内で観測すると、白色ノイズに似ている。図3には、YIGフィルタ12のフィルタ通過帯域17に関連して、ノイズ源14によって生じるノイズ信号21のノイズスペクトルの一例が示されている。
ノイズ信号21を生じるノイズ源14には、一般に、前置増幅器Aまたはスペクトル・アナライザ20内で利用可能な他の増幅器が含まれるか、または、ノイズダイオード、または、ノイズスペクトルを生じることが可能な他の任意のタイプのノイズ発生器が含まれる。代替案では、ノイズ源14に、広周波数ノイズ状スペクトルを備えたノイズ信号21を発生する、擬似ランダム・シーケンス発生器または他のタイプのディジタル信号源が含まれる。あるいはまた、ノイズ源14には、広周波数ノイズ状スペクトルを備えたノイズ信号21を発生する、インパルス発生器または他のタイプのパルス信号源が含まれる。
YIGフィルタ同調システム10に含まれるレシーバ16の測定通過帯域27(図5A〜図5Bに示す)は、YIGフィルタ12のフィルタ帯域幅BWfより狭い関連する(associated)測定帯域幅BWmを備えている。スペクトル・アナライザ20におけるレシーバ16の測定通過帯域27は、一般に、スペクトル・アナライザ20の分解帯域幅を設定する、IFフィルタ/検出器セクション24内のIFフィルタによって決まる。
YIGフィルタ同調システム10は、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcと、スペクトル・アナライザ20の選択された測定周波数のような、対象の1つ以上の指定周波数fiとの周波数アライメントをとるのに適している。YIGフィルタ同調システム10による周波数アライメントの結果として、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcのミスアライメントによって生じる振幅誤差が減少する。
YIGフィルタ同調システム10を用いた周波数同調は、一般に、例えば、スペクトル・アナライザ20の操作パネルに対するユーザの入力キーストロークを介してといったように、スペクトル・アナライザ20のユーザによって手動で呼び出される。あるいはまた、YIGフィルタ同調システム10を用いた周波数アライメントは、スペクトル・アナライザ20の動作状況、動作状況間における遷移に基づいて、または、他の指定基準に従って自動的に呼び出される。一般に、周波数アライメントは、YIGフィルタ同調システム10が組み込まれた計器またはシステムに含まれている、コンピュータ、中央演算処理装置(CPU)、または、他のタイプのコントローラといった、プロセッサ28の制御下において呼び出され、実施される。
フィルタ通過帯域17の中心周波数fcと対象の1つ以上の指定周波数fiとの周波数アライメントをとる際、レシーバ16は、レシーバ16の測定通過帯域27内において一連の測定値{M1,...MN}を取得する。一連の測定値{M1,...MN}は、YIGフィルタ12の入力13にノイズ源14を結合した状態で、YIGフィルタ12の出力15において得られる。一連の測定値{M1,...MN}には、一般に、YIGフィルタ12のフィルタ通過帯域17内に位置する測定通過帯域27で得られた、レシーバ16の測定帯域幅BWm内におけるノイズ電力の測定値が含まれる。一例を挙げると、一連の測定値{M1,...MN}が得られるフィルタ通過帯域17は、フィルタ通過帯域17の電力半値点によって決まるフィルタ通過帯域17のフィルタ帯域幅BWfの周波数幅の2.5倍にわたる。代替例の場合、一連の測定値{M1,...MN}は、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcと対象の周波数fiとのミスアライメントに対応するため、フィルタ通過帯域17の他の十分に広い周波数範囲にわたって取得される。
一例(図5Aに示す)を挙げると、一連の測定値{M1,...MN}は、指定の値に設定されたYIGフィルタ12に駆動電流Idを供給して、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcをあらかじめ指定された中心周波数fcに設定することによって得られる。フィルタ通過帯域17の周波数同調におけるミスアライメントのために、中心周波数fcは、一般に、対象の周波数fiからオフセットする。従って、一連の測定値{M1,...MN}における各測定値は、レシーバ16の測定通過帯域27を一連の測定周波数{f1,...fN}内における対応する周波数に調整して取得される。この例では、一連の測定値{M1,...MN}における各測定値は、レシーバ16を同調させる、一連の異なる周波数{f1,...fN}内における対応する周波数の関数である。
代替例(図5Bに示す)の場合、レシーバ16の測定通過帯域27は、あらかじめ指定された測定周波数fmeasに調整される。一連の測定値{M1,...MN}における各測定値は、従って、YIGフィルタ12のフィルタ通過帯域17の中心周波数を、一連のフィルタ中心周波数{fC1,...fCN}内における対応する周波数に調整して取得される。この例では、一連の測定値{M1,...MN}における各測定値は、フィルタ通過帯域17を同調させる、一連の異なる中心周波数{fC1,...fCN}内における対応する中心周波数の関数である。
YIGフィルタ同調システム10の代替実施態様によれば、得られた一連の測定値{M1,...MN}を代替方法で処理して、対象の指定周波数fiに対するフィルタ通過帯域17の中心周波数fcの誤差すなわちミスアライメントが確証(establish)される。一般に、フィルタ通過帯域17の同調位置に対応する駆動電流Idを決定することによって、中心周波数fcと対象の周波数fiとのアライメントがとられ、結果としてフィルタ通過帯域17の中心周波数fcと対象の周波数fiのアライメントがとれることになる。
図6には、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcと対象の周波数fiとの周波数アライメントがとれるようにする、一連の測定値{M1,...MN}の処理例の1つに関するフロー40が示されている。この例の場合、一連の測定値{M1,...MN}には、フィルタ帯域幅BWfの2.5倍にあたる、フィルタ通過帯域17の周波数範囲にわたって取得される一連のノイズ電力測定値が含まれる。ノイズ電力測定値は、図5A及び図7Aに示すように、レシーバ16の測定通過帯域27を対応する一連の測定周波数{f1,...fN}に設定して、レシーバ16の測定帯域幅BWm内で取得される。
フロー40のステップ42には、一連の測定値{M1,...MN}のヒストグラム32の作成が含まれている。この例では、ヒストグラム32は、一連の測定値{M1,...MN}における最小ノイズ電力測定値Pminと最大ノイズ電力測定値Pmaxとの間に広がるあるノイズ電力範囲内において、一連の測定値{M1,...MN}の各測定値を複数のノイズ電力範囲ΔPに分類することによって作成される。図7Bには、一連の測定値{M1,...MN}のヒストグラム例32が示されている。
ステップ44には、ヒストグラム32の要素の指定パーセンテージだけ超える電力しきい値PTHの指定が含まれている。図7A、図7Bには、電力しきい値PTHがヒストグラム32の要素数の40パーセントだけ超える例が示されている。
ステップ46において、一連の測定値{M1,...MN}内の測定値は、測定値と電力しきい値PTHとの比較に基づいて、2つのグループG1、G2に分類される。一方のグループG1には、電力しきい値PTHを超える一連の測定値{M1,...MN}内の測定値が含まれており、もう一方のグループG2には、電力しきい値PTH未満の一連の測定値{M1,...MN}内の測定値が含まれている。図7Cに示すように、2つのグループG1、G2に分類される一連の測定値は、一連の測定値{M1,...MN}が取得される、対応する周波数{f1,...fN}に従って順序づけられる。
次に、図7Cに示す分類された一連の測定値を積分して、図7Dに示すように、ステップ48において、累積プロット34が確証される。次に、フィルタ通過帯域17の中心周波数fcが、この例の場合、累積プロット34から、累積プロット34の半振幅点(half-amplitude point)に対応する周波数として確証される。
ステップ50では、フィルタ通過帯域17に関連した周波数同調誤差feが、中心周波数fcと対象の周波数fiとの差として求められる。ステップ52において、周波数同調誤差feは、YIGフィルタ12に対する駆動電流Idを調整することによって最小限に抑えられ、中心周波数fcと対象の周波数fiのアライメントがとれることになる。
本発明の実施形態について詳述してきたが、当然明らかなように、当該技術者であれば、付属の請求項に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に対する修正及び改変を思いつく可能性がある。
10 YIGフィルタ同調システム
12 YIGフィルタ
14 ノイズ源
16 レシーバ
17 フィルタ通過帯域
27 測定通過帯域
12 YIGフィルタ
14 ノイズ源
16 レシーバ
17 フィルタ通過帯域
27 測定通過帯域
Claims (20)
- 関連するフィルタ帯域幅を有するフィルタ通過帯域のYIGフィルタと、
前記YIGフィルタの入力に選択的に結合されるノイズ源と、
前記フィルタ帯域幅より狭い関連する測定帯域幅を有する測定通過帯域で、前記YIGフィルタの出力に結合されたレシーバと、を備え、
前記ノイズ源が前記YIGフィルタの前記入力に結合されると、前記レシーバが、前記YIGフィルタの前記出力において、前記測定通過帯域内及び前記フィルタ通過帯域内の、一連の測定値を取得する、YIGフィルタ同調システム。 - 前記一連の測定値における前記取得測定値のそれぞれが、前記測定通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して取得される、請求項1に記載のシステム。
- 前記フィルタ通過帯域をあらかじめ指定された周波数に調整し、同時に、前記測定通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して、レシーバが、前記一連の測定値を取得する、請求項2に記載のシステム。
- 前記一連の測定値における前記取得測定値のそれぞれが、前記フィルタ通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して取得される、請求項1に記載のシステム。
- 前記測定通過帯域をあらかじめ指定された周波数に調整し、同時に、前記フィルタ通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して、レシーバが、前記一連の測定値を取得する、請求項4に記載のシステム。
- 前記一連の取得測定値を処理して、前記フィルタ通過帯域の中心周波数と対象の指定の周波数とのアライメントがとられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記ノイズ源に、スペクトル・アナライザの入力信号経路内の増幅器が含まれる、請求項1に記載のシステム。
- 前記レシーバによって、前記一連の測定値が取得される間、前記ノイズ源によって、前記フィルタ通過帯域内のフラットなノイズスペクトルが前記YIGフィルタの前記入力に加えられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記一連のノイズ測定値に、一連の周波数内の対応する周波数で取得された、前記測定帯域幅内の一連のノイズ電力測定値が含まれる、請求項2に記載のシステム。
- 前記YIGフィルタ、前記ノイズ源、及び、前記レシーバがスペクトル・アナライザ内に組み込まれる、請求項1に記載のシステム。
- YIGフィルタ同調システムであって、
フィルタ通過帯域及び関連するフィルタ帯域幅を有するYIGフィルタの中心周波数を第1の周波数に設定することと、
前記YIGフィルタの入力にノイズ信号を加えることと、
前記加えられるノイズ信号に応答し、前記YIGフィルタの出力において、前記フィルタ帯域幅より狭い関連する測定帯域幅を有する測定通過帯域内の一連の測定値を取得することと、
前記取得した一連の測定値を処理して、前記YIGフィルタの前記中心周波数と前記第1の周波数からオフセットした第2の周波数のアライメントをとることと、を有する、システム。 - 前記一連の測定値における前記測定値のそれぞれが、前記測定通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して取得される、請求項11に記載のシステム。
- 前記フィルタ通過帯域をあらかじめ指定された周波数に調整し、同時に、前記測定通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して、前記一連の測定値を取得する、請求項12に記載のシステム。
- 前記一連の測定値における前記取得測定値のそれぞれが、前記フィルタ通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して取得される、請求項11に記載のシステム。
- 前記測定通過帯域をあらかじめ指定された周波数に調整し、同時に、前記フィルタ通過帯域を一連の周波数内における対応する周波数に調整して、前記一連の測定値を取得する、請求項14に記載のシステム。
- 前記一連の取得測定値の処理に、前記一連の測定値のヒストグラムを作成することと、前記一連の測定値に関して電力しきい値を指定することと、前記一連の測定値と前記電力しきい値の比較に基づいて、前記一連の測定値を分類することと、前記分類された一連の測定値から累積プロットを作成することと、前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数差に基づいて、周波数誤差を求めることとを有する、請求項11に記載のシステム。
- 前記ノイズ信号がスペクトル・アナライザの入力信号経路内にある増幅器によって生じる、請求項11に記載のシステム。
- 前記一連の測定値が取得される間、前記増幅器によって、前記フィルタ通過帯域内のフラットなノイズスペクトルが前記YIGフィルタの前記入力に加えられる、請求項17に記載のシステム。
- 前記一連のノイズ測定値に、一連の周波数内の対応する周波数で取得された、前記測定帯域幅内の一連のノイズ電力測定値が含まれる、請求項12に記載のシステム。
- 前記YIGフィルタの前記中心周波数を設定することと、前記ノイズ信号を加えることと、前記一連の測定値を取得することと、前記一連の測定信号を処理することが、スペクトル・アナライザ内で実施される、請求項11に記載のシステム。
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