JP2008224306A - Spectrum analysis system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気信号のスペクトラムを解析する技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing a spectrum of an electric signal.
従来の周波数分析装置として、掃引式スペクトラムアナライザが知られている(非特許文献1参照)。これは、測定したい周波数と同じ周波数の信号を測定装置内部で発生させ、測定信号と乗算器で掛け合わせることにより、所望周波数の電圧値として測定するものである。
しかしながら、測定したい周波数と同じ周波数の信号を発生する必要があることから、複雑な高周波アナログ回路が必要となり、広帯域で安定した周波数特性を実現することが難しいという問題がある。 However, since it is necessary to generate a signal having the same frequency as the frequency to be measured, a complicated high-frequency analog circuit is required, and there is a problem that it is difficult to realize a stable frequency characteristic in a wide band.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高周波・広帯域の電気信号を測定するスペクトラム解析装置を従来よりも単純な構成で提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a spectrum analyzer that measures high-frequency / broadband electrical signals with a simpler configuration than before.
本発明に係るスペクトラム解析装置は、高周波信号を受信する信号受信手段と、周期T1を持つ第1のタイミング信号を発生する第1のクロック発生手段と、受信した高周波信号を第1のタイミング信号の周期T1で第1のディジタル信号に変換するA/D変換手段と、第1のディジタル信号を信号データとして記憶手段に記憶させる書込手段と、第1のタイミング信号の周期T1よりも長い周期T2を持つ第2のタイミング信号を発生する第2のクロック発生手段と、第2のタイミング信号に基づいて記憶手段から信号データを読み出し、サンプリング周期が第2のタイミング信号の周期T2となる第2のディジタル信号を生成する読出手段と、第2のディジタル信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、周波数領域信号の周波数をT2/T1倍に変換して出力する出力手段と、を有することを特徴とする。 The spectrum analysis apparatus according to the present invention includes a signal receiving means for receiving a high-frequency signal, a first clock generating means for generating a first timing signal having a period T1, and a received high-frequency signal as a first timing signal. A / D conversion means for converting to the first digital signal at period T1, writing means for storing the first digital signal as signal data in the storage means, and a period T2 longer than the period T1 of the first timing signal Second clock generating means for generating a second timing signal having the second timing signal, signal data is read from the storage means based on the second timing signal, and the sampling period becomes the period T2 of the second timing signal. Read means for generating a digital signal, conversion means for converting the second digital signal into a frequency domain signal, and the frequency of the frequency domain signal as T And output means for outputting the converted / T1 times, and having a.
本発明にあっては、受信した高周波信号をサンプリング周期T1で第1のディジタル信号に変換して信号データとして記憶手段に記憶させるとともに、サンプリング周期T1よりも長い周期T2で記憶手段から信号データを読み出して、サンプリング周期T2の第2のディジタル信号を生成し、第2のディジタル信号を周波数領域信号に変換して、その周波数領域信号の周波数をT2/T1倍に変換して出力することにより、受信した高周波信号のスペクトラムと等価なスペクトラムを得ることができるので、複雑な高周波回路が必要な箇所を第1のディジタル信号に変換するところまでに限定することができ、安価で安定したスペクトラム解析装置を提供することが可能となる。 In the present invention, the received high-frequency signal is converted into a first digital signal at the sampling period T1 and stored in the storage means as signal data, and the signal data is stored from the storage means at a period T2 longer than the sampling period T1. By reading, generating a second digital signal of sampling period T2, converting the second digital signal into a frequency domain signal, converting the frequency of the frequency domain signal to T2 / T1 times, and outputting it, Since a spectrum equivalent to the spectrum of the received high-frequency signal can be obtained, it can be limited to a place where a complex high-frequency circuit is required to be converted into the first digital signal, and it is an inexpensive and stable spectrum analyzer. Can be provided.
上記スペクトラム解析装置において、第2のディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換手段を有し、変換手段はD/A変換手段が変換したアナログ信号を周波数領域信号に変換することを特徴とする。 The spectrum analyzing apparatus includes D / A conversion means for converting the second digital signal into an analog signal, and the conversion means converts the analog signal converted by the D / A conversion means into a frequency domain signal. To do.
本発明にあっては、第2のディジタル信号をアナログ信号に変換することにより、安価な低周波用のスペクトラムアナライザを利用することが可能となる。 In the present invention, an inexpensive low-frequency spectrum analyzer can be used by converting the second digital signal into an analog signal.
上記スペクトラム解析装置において、アナログ信号を音として出力する再生手段を有することを特徴とする。 The spectrum analyzer has a reproducing means for outputting an analog signal as sound.
本発明にあっては、得られたアナログ信号を人間が聞こえる音として出力することにより、受信した高周波信号の特性を聞くことができ、高周波信号の特性の微妙な変化を人間が耳で聞くことにより検出することが可能となる。 In the present invention, by outputting the obtained analog signal as a sound that can be heard by humans, the characteristics of the received high-frequency signal can be heard, and humans can listen to subtle changes in the characteristics of the high-frequency signal. Can be detected.
本発明によれば、高周波・広帯域の電気信号を測定するスペクトラム解析装置を従来よりも単純な構成で提供することにある。 According to the present invention, a spectrum analyzing apparatus for measuring a high-frequency / broadband electric signal is provided with a simpler configuration than the conventional one.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態におけるスペクトラム解析装置の構成を示すブロック図である。同図に示すスペクトラム解析装置は、信号受信部101、A/D変換部102、書込部103、記憶部104、読出部105、書込クロック発生部106、読出クロック発生部107、D/A変換部108、スペクトラム変換部109及び表示部110を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the spectrum analysis apparatus according to the first embodiment. The spectrum analysis apparatus shown in FIG. 1 includes a
信号受信部101は、有限の周波数帯域幅を持つアナログ信号a0(t)を受信し、A/D変換部102に出力する。
The
A/D変換部102は、入力されたアナログ信号a0(t)を、書込クロック発生部106の発生するタイミング信号の周期T1をサンプリング周期としてディジタル信号d0(t)に変換する。
The A /
書込部103は、周期T1のタイミング信号に基づいて、ディジタル信号d0(t)のサンプリング値(信号の強さ)を信号データとして時系列順に記憶部104に記憶させる。
The
読出部105は、読出クロック発生部107の発生する周期T2のタイミング信号に基づいて記憶部104から信号データを時系列順に読み出し、サンプリング周期T2のディジタル信号d1(t)としてD/A変換部108に出力する。読出クロック発生部107の発生するタイミング信号の周期T2は、書込クロック発生部106の発生するタイミング信号の周期T1よりも長くなっている。これにより、ディジタル信号d0(t)をより周波数の低いディジタル信号d1(t)に変換することができる。
The
D/A変換部108は、入力されたディジタル信号d1(t)をアナログ信号a1(t)に変換する。
The D /
スペクトラム変換部109は、アナログ信号a1(t)を入力し、周波数領域の信号A1(f)に変換する。
The
表示部110は、周波数領域の信号A1(f)を入力し、周波数をT2/T1倍に変換して表示する。
The
図2は、A/D変換部102に入力されるアナログ信号a0(t)と、D/A変換部108が出力するアナログ信号a1(t)とを示した図である。横軸は時間、縦軸は信号の強さを表している。アナログ信号a0(t)は、時刻t0から時刻t1の間において、サンプリング周期T1でサンプリングされてディジタル信号d0(t)に変換され、信号データとして記憶部104に記憶される。これに対し、読出部105は、時刻t0から周期T1よりも長い周期T2の間隔で記憶部104から信号データを読み出して、ディジタル信号d1(t)を生成するので、ディジタル信号d1(t)は、ディジタル信号d0(t)を時間軸方向にT2/T1倍に引き延ばしたものとなり、より低周波・狭帯域のディジタル信号を得ることになる。これにより、ディジタル信号d1(t)をアナログ信号a1(t)に変換するD/A変換部108及び時系列領域の信号を周波数領域の信号へ変換するスペクトラム変換部109には、複雑な高周波回路を使用する必要がなくなる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an analog signal a0 (t) input to the A /
なお、書込部103は、図2に示す時刻t1から、読出部105が信号データの読み出しを完了する時刻t2までの間は、記憶部104に信号データの書き込みを行わず、時刻t2を過ぎた後から再び信号データの書き込みを再開する。信号データの読み出しは時刻t2まで行われるので、表示部110においては、t2−t0の間隔でスペクトラムの表示が更新されることとなる。
Note that the
図3は、アナログ信号a1(t)のスペクトラムを示す図である。アナログ信号a1(t)を周波数領域の信号A1(f)に変換したものは、同図に示すように、低周波・狭帯域となっている。この周波数領域の信号A1(f)を表示部110に入力し、表示部110により、周波数をT2/T1倍に変換したものを周波数領域の信号A2(f)として表示することにより、図4に示すように、信号受信部101において受信した高周波・広帯域のアナログ信号a0(t)のスペクトラムと等価なスペクトラム表示を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the spectrum of the analog signal a1 (t). The analog signal a1 (t) converted into the frequency domain signal A1 (f) has a low frequency and narrow band as shown in FIG. The frequency domain signal A1 (f) is input to the
ディジタル信号d1(t)は、ディジタル信号d0(t)を時間軸方向にT2/T1倍に引き延ばしたものであるので、受信したアナログ信号a0(t)をディジタル信号d0(t)に変換するときにサンプリングしたサンプリング値(信号の強さ)の全てを含んでいることから、周波数領域の信号A1(f)の周波数をT2/T1倍に変換することで、高周波・広帯域のアナログ信号a0(t)のスペクトラムと等価なスペクトラムを得ることができる。 Since the digital signal d1 (t) is obtained by extending the digital signal d0 (t) by T2 / T1 times in the time axis direction, the received analog signal a0 (t) is converted into the digital signal d0 (t). Since all of the sampled values (signal strength) are included in FIG. 4, the frequency of the signal A1 (f) in the frequency domain is converted to T2 / T1 times, so that a high-frequency / wideband analog signal a0 (t A spectrum equivalent to that of) can be obtained.
したがって、本実施の形態によれば、受信した高周波のアナログ信号a0(t)をサンプリング周期T1でディジタル信号d0(t)に変換し、記憶部104に信号データとして記憶させるとともに、周期T1よりも長い周期T2で記憶部104から信号データを順次読み出すことにより、より低周波・狭帯域のディジタル信号d1(t)を得ることができる。また、このディジタル信号d1(t)を周波数領域の信号A1(f)に変換し、周波数領域の信号A1(f)の周波数をT2/T1倍することで、受信したアナログ信号a0(t)のスペクトラムと等価な周波数領域の信号A2(f)を得ることができるので、複雑な高周波回路を減らしたスペクトラム解析装置を提供することが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the received high-frequency analog signal a0 (t) is converted into the digital signal d0 (t) at the sampling period T1, and is stored as signal data in the
なお、ディジタル信号d1(t)をアナログ信号a1(t)に変換せずに、ディジタル信号d1(t)に、例えば、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)や離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)などの信号処理を施して周波数領域の信号A1(f)を取得しても良い。 Note that the digital signal d1 (t) is not converted into the analog signal a1 (t), and the digital signal d1 (t) is converted into, for example, a fast Fourier transform (FFT) or discrete cosine transform (DCT). The signal A1 (f) in the frequency domain may be acquired by performing signal processing such as (Transform).
[第2の実施の形態]
図5は、第2の実施の形態におけるスペクトラム解析装置の構成を示すブロック図である。同図に示すスペクトラム解析装置は、図1に示したものに対して、複数の記憶部504a,504b,…,504nを備えた点、及び、音響再生部511を備えた点で異なっている。音響再生部511は、入力されたアナログ信号を音として出力するものである。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the spectrum analysis apparatus according to the second embodiment. The spectrum analysis apparatus shown in the figure is different from that shown in FIG. 1 in that it includes a plurality of
図6に示すように、書込部503は、記憶部504a,504b,…,504nを順次選択して、入力されたディジタル信号d0(t)が途切れないように記憶させる。同様に、読出部505は、記憶部504aから順番に信号データを読み出す。このように、複数の記憶部504a,504b,…,504nを備えて、入力されたディジタル信号d0(t)が途切れないように記憶させるとともに、各記憶部504a,504b,…,504nから順番にデータを読み出すことにより、ディジタル信号d1(t)を連続した波形として取得することができる。
As shown in FIG. 6, the
また、アナログ信号a1(t)の周波数領域の信号A1(f)の帯域幅F1が人間の可聴範囲である20kHz程度となるように読出クロック発生部107を制御して周期T2を調節し、D/A変換部108から出力されるアナログ信号a1(t)を音響再生部511に入力する。これにより、受信したアナログ信号a0(t)の特性を可聴信号として人間が聴くことができる。
Further, the period T2 is adjusted by controlling the
したがって、本実施の形態によれば、複数の記憶部504a,504b,…,504nを備え、サンプリングしたディジタル信号d0(t)を各記憶部に順次記憶させるとともに、各記憶部から順次データを読み出してディジタル信号d1(t)を生成し、アナログ信号a1(t)に変換することで、連続した波形としてアナログ信号a1(t)を取得することができる。
Therefore, according to the present embodiment, a plurality of
本実施の形態によれば、生成されるアナログ信号a1(t)の周波数領域の信号A1(f)の帯域幅が20kHz程度となるように読出クロック発生部107を制御し、アナログ信号a1(t)を音響再生部511に入力することにより、受信したアナログ信号a0(t)の特性を可聴信号として人間が聴くことができる。
According to the present embodiment, the
101…信号受信部
102…変換部
103…書込部
104…記憶部
105…読出部
106…書込クロック発生部
107…読出クロック発生部
108…変換部
109…スペクトラム変換部
110…表示部
503…書込部
504a,504b,504n…記憶部
505…読出部
511…音響再生部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
周期T1を持つ第1のタイミング信号を発生する第1のクロック発生手段と、
受信した前記高周波信号を前記第1のタイミング信号の周期T1で第1のディジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記第1のディジタル信号を信号データとして記憶手段に記憶させる書込手段と、
前記第1のタイミング信号の周期T1よりも長い周期T2を持つ第2のタイミング信号を発生する第2のクロック発生手段と、
前記第2のタイミング信号に基づいて前記記憶手段から前記信号データを読み出し、サンプリング周期が前記第2のタイミング信号の周期T2となる第2のディジタル信号を生成する読出手段と、
前記第2のディジタル信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、
前記周波数領域信号の周波数をT2/T1倍に変換して出力する出力手段と、
を有することを特徴とするスペクトラム解析装置。 Signal receiving means for receiving a high-frequency signal;
First clock generating means for generating a first timing signal having a period T1,
A / D conversion means for converting the received high-frequency signal into a first digital signal in a cycle T1 of the first timing signal;
Writing means for storing the first digital signal as signal data in a storage means;
Second clock generating means for generating a second timing signal having a period T2 longer than the period T1 of the first timing signal;
Reading means for reading the signal data from the storage means based on the second timing signal and generating a second digital signal whose sampling period is the period T2 of the second timing signal;
Conversion means for converting the second digital signal into a frequency domain signal;
Output means for converting the frequency of the frequency domain signal to T2 / T1 times and outputting it;
A spectrum analyzer characterized by comprising:
前記変換手段は前記D/A変換手段が変換した前記アナログ信号を周波数領域信号に変換することを特徴とする請求項1記載のスペクトラム解析装置。 D / A conversion means for converting the second digital signal into an analog signal;
2. The spectrum analyzing apparatus according to claim 1, wherein the converting means converts the analog signal converted by the D / A converting means into a frequency domain signal.
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