JP2008309674A - スペクトラムアナライザ - Google Patents

Abstract

【課題】 無線信号に含まれる周波数成分を測定するスペクトラムアナライザにおいて、線形掃引時の系切り替えの際に発生する掃引動作の一時停止時間を短縮し、広帯域において滑らかなスペクトラム表示を可能にする。
【解決手段】 通過周波数帯が異なるＢＰＦ１及びＢＰＦ２と、局部発振信号をＢＰＦ１に応じて掃引出力するＤＤＳ１と、局部発振信号をＢＰＦ２に応じて掃引出力するＤＤＳ２と、ＢＰＦ１又はＢＰＦ２を通過させた無線信号を局部発振信号と混合して周波数変換するミキサ（LowBand）と、無線信号を通過させるＢＰＦ１又はＢＰＦ２を切り替えるＢＰＦ切替スイッチ１３と、ミキサ（LowBand）に局部発振信号を入力するＤＤＳ１又はＤＤＳ２を切り替えるＤＤＳスイッチ１７とを設けておき、ＢＰＦ切替スイッチ１３及びＤＤＳスイッチ１７を同期して切り替えるように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信した無線信号に含まれる周波数成分の測定を広帯域で行うスペクトラムアナライザに関する。

無線信号の変化を測定する機器の一つとして、無線信号に含まれる周波数成分を測定するスペクトラムアナライザがある。
スペクトラムアナライザでは、無線信号を受信フィルタに通して測定対象の周波数範囲の周波数成分を抽出し、ミキサ（混合器）により局部発振信号と混合して周波数変換し、そのうち中間周波数の信号をレベル検波する。局部発振信号は、局部発振器により周波数を所定の掃引速度で連続的に変化させながら掃引出力されており、これにより検波対象の周波数を線形掃引している。そして、線形掃引された検波対象の周波数（掃引周波数）を横軸に、当該掃引周波数における検波結果を縦軸に対比して表示することで、無線信号に含まれる周波数成分のスペクトラム表示を行っている。

ここで、スペクトラムアナライザに複数個のバッファメモリ部を設けて測定データを時系列的、一時的に蓄積しておくことにより、電子装置からの障害検出信号が出力された時に、ある時間幅だけ過去に遡った測定データを得られるようにし、また、掃引周波数を複数に分割した周波数帯域別に移動させて測定することによって、広い周波数範囲に亘る周波数スペクトルを分解能を下げることなく測定できるようにするスペクトラムアナライザが提案されている（特許文献１参照）。
特開平６−１６０４４６号公報

従来方式のスペクトラムアナライザでは、スペクトル表示を広帯域で行うために、受信フィルタ、ミキサ、局部発振器の各系を複数備えている。
例えば、図３に示すように、受信フィルタ５２としてＢＰＦ（Band Pass Filter）１〜４の４つ、局部発振器５４としてＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）１、２の２つ、ミキサ５５としてミキサ（LowBand）、ミキサ（HighBand）の２つ、を備えている。
同図によると、ＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯におけるスペクトラム測定ではミキサ（LowBand）、ＤＤＳ１が共用され、ＢＰＦ３及びＢＰＦ４の通過周波数帯におけるスペクトラム測定ではミキサ（HighBand）、ＤＤＳ２が共用される。

ここで、スペクトラム表示は掃引周波数とレベル検波とを同期させながらスペクトラム表示を行うため、例えば、ＢＰＦ１の通過周波数帯とＢＰＦ２の通過周波数帯とを跨った範囲でスペクトラム表示する場合、系を切り替えるために掃引動作が一時停止する時間帯は、スペクトラム表示が一時停止して滑らかな表示が妨げられてしまうという問題点があった。

具体的に説明すると、ＢＰＦ１の通過周波数帯を低周波側、ＢＰＦ２の通過周波数帯を高周波側、各通過周波数帯の境界の周波数をＦｄｉｖとし、ＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯を跨って周波数の昇方向に線形掃引させる場合、［手順１］系がＢＰＦ１に接続されている状態で、掃引の終了周波数をＦｄｉｖにした掃引パラメータをＤＤＳ１に設定して掃引動作させ、次に、［手順２］系をＢＰＦ２に接続した状態にし、掃引の開始周波数をＦｄｉｖに掃引パラメータをＤＤＳ１に設定して掃引動作させる、という手順で行われる。この［手順１］と［手順２］の間には、スイッチ５３を操作して系をＢＰＦ１からＢＰＦ２に切り替えるための時間が介在する。また、ＤＤＳに設定可能な掃引パラメータは１通りであるため、パラメータを再設定するための時間も介在する。したがって、これらが完了するまでの時間、スペクトラム表示が周波数Ｆｄｉｖで一時停止した状態となり、滑らかなスペクトラム表示が妨げられる。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、線形掃引時の系（受信フィルタ、混合器、局部発振器等）切り替えの際に発生する掃引動作の一時停止時間を短縮し、広帯域において滑らかなスペクトラム表示を行うことができるスペクトラムアナライザを提供することを目的としている。

本発明は、受信した無線信号に含まれる周波数成分を測定するスペクトラムアナライザにおいて、通過周波数帯の周波数成分の通過を許容する第１のフィルタと、第１のフィルタの通過周波数帯に隣接する通過周波数帯の周波数成分の通過を許容する第２のフィルタと、無線信号を通過させる第１又は第２のフィルタを切り替える第１のスイッチと、第１のフィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯で局部発振信号を掃引出力する第１の局部発振器と、第２のフィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯で局部発振信号を掃引出力する第２の局部発振器と、第１又は第２のフィルタを通過させた無線信号を、対応する局部発振器から掃引出力された局部発振信号と混合して周波数変換する混合器と、周波数変換の結果に基づいて無線信号に含まれる周波数成分を測定する測定部と、混合器に局部発振信号を入力する第１又は第２の局部発振器を切り替える第２のスイッチと、第１及び第２のスイッチを同期して切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする。

すなわち、隣接する通過周波数帯の２つのフィルタに対応した２つの局部発振器を用意し、フィルタの切り替えと局部発振器の切り替えとを同期して行うようにしたため、系切り替えの際の一時停止期間が短縮されて、広帯域において滑らかなスペクトラム表示を行うことが可能になる。

ここで、第１のフィルタの通過周波数帯と第２のフィルタの通過周波数帯とを部分的に重なり合うようにし、通過周波数帯の重なり部分の測定における所定のタイミングで、制御部がフィルタ及び局部発振器を同期して切り替えることが好ましい。
また、掃引出力する局部発振信号の周波数帯を設定可能な局部発振器を用いるにあたり、一方の局部発振器による掃引出力の間に、制御部が他方の局部発振器に当該局部発振器に対応するフィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯を設定することが好ましく、これにより、局部発振器に局部発振信号の周波数帯を設定する時間が系切り替えに影響しないようになる。

また、本発明は、３以上のフィルタを備えたスペクトラムアナライザに適用することもできる。すなわち、例えば、周波数成分の通過を許容する通過周波数帯が異なり且つ隣接する通過周波数帯が部分的に重なり合う複数のフィルタと、無線信号を通過させるフィルタを切り替える第１のスイッチと、フィルタの通過周波数帯に応じて設定される周波数帯で局部発振信号を掃引出力する２つの局部発振器と、一のフィルタを通過させた無線信号を、当該フィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯が設定された一方の局部発振器から掃引出力された局部発振信号と混合して周波数変換する混合器と、周波数変換の結果に基づいて無線信号に含まれる周波数成分を測定する測定部と、混合器に局部発振信号を入力する局部発振器を切り替える第２のスイッチと、一方の局部発振器による掃引出力の間に他方の局部発振器に局部発振信号の周波数帯を設定し、通過周波数帯の重なり部分の測定における所定のタイミングで第１及び第２のスイッチを同期して切り替える制御部と、をスペクトラムアナライザに備える。これにより、２つの局部発振器を交互に切り替えて用いつつ、より広帯域においても滑らかなスペクトラム表示を行うことが可能になる。

本発明によると、線形掃引時の系切り替えの際に発生する掃引動作の一時停止時間を従来方式に比べて短縮できるため、広帯域において滑らかなスペクトラム表示が可能なスペクトラムアナライザを提供できるようになる。

本発明を、実施形態の一例に基づいて具体的に説明する。
本例のスペクトラムアナライザは、図１に系統図を示すように、アンテナ１１、受信フィルタ１２、ＢＰＦ切替スイッチ１３、局部発振器１４、ミキサ（混合器）１５、逓倍器１６、ＤＤＳ切替スイッチ１７、ミキサ切替スイッチ１８、狭帯域フィルタ１９、検波器２０、表示出力部２１、切替制御部２２、周波数掃引制御部２３、を備えている。

受信フィルタ１２は、アンテナ１１で受信した無線信号を通過させて、該フィルタの通過周波数帯の周波数成分を抽出する。本例では、受信フィルタ１２として、通過周波数帯がそれぞれ異なる４つのＢＰＦ１〜４を備えており、ＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３、ＢＰＦ４の順に通過周波数帯が高周波となっている。また、隣接する通過周波数帯の境界部分において、ＢＰＦ１とＢＰＦ２の通過周波数帯の関係を図２に示すように、通過周波数帯を部分的に重ね合わせてある。

ＢＰＦ切替スイッチ１３は、切替制御部２２による制御の下、アンテナ１１で受信した無線信号を通過させるＢＰＦを切り替える。
ミキサ１５は、受信フィルタ１２を通過させた無線信号を、局部発振器１４から出力される局部発振信号と混合して周波数変換する。本例では、ミキサ１５として、ＢＰＦ１又はＢＰＦ２を通過した無線信号を周波数変換するミキサ（LowBand）、ＢＰＦ３又はＢＰＦ４を通過した無線信号を周波数変換するミキサ（HighBand）、を備えている。

局部発振器１４は、周波数掃引制御部２３による制御の下、周波数を連続的に変化させながら局部発振信号を掃引出力する。本例では、局部発振器１４として、１通りの掃引パラメータを選択的に設定可能なＤＤＳ１、ＤＤＳ２の２つを備えており、各ＤＤＳは、設定された掃引パラメータに基づく周波数帯で局部発振信号を掃引出力する。なお、掃引パラメータは測定対象の周波数範囲に従って周波数掃引制御部２３により設定され、ＤＤＳ１にはＢＰＦ１又はＢＰＦ３の通過周波数帯に応じた掃引パラメータが、ＤＤＳ２にはＢＰＦ２又はＢＰＦ４の通過周波数帯に応じた掃引パラメータが設定される。

ＤＤＳ切替スイッチ１７は、切替制御部２２による制御の下、ミキサ（LowBand）又はミキサ（HighBand）に局部発振信号を入力するＤＤＳを切り替える。本例では、無線信号を通過させるＢＰＦの切り替えに連動した切り替えを行っており、ＢＰＦ１の場合にはミキサ（LowBand）にＤＤＳ１の局部発振信号を入力するように、ＢＰＦ２の場合にはミキサ（LowBand）にＤＤＳ２の局部発振信号を入力するように、ＢＰＦ３の場合にはミキサ（HighBand）にＤＤＳ１の局部発振信号を入力するように、ＢＰＦ４の場合にはミキサ（HighBand）にＤＤＳ２の局部発振信号を入力するように切り替える。なお、ミキサ（HighBand）には、局部発振信号の周波数が逓倍器１６により逓倍されてから入力される。

ミキサ切替スイッチ１８は、切替制御部２２による制御の下、周波数変換した結果を狭帯域フィルタ１９に入力するミキサを切り替える。本例では、無線信号を通過させるＢＰＦの切り替えに連動した切り替えを行っており、ＢＰＦ１又はＢＰＦ２の場合にはミキサ（LowBand）、ＢＰＦ３又はＢＰＦ４の場合にはミキサ（HighBand）による変換結果を狭帯域フィルタ１９に入力するように切り替える。

狭帯域フィルタ１９は、ミキサ（HighBand）又はミキサ（LowBand）により周波数変換された無線信号から所定の中間周波数の周波数成分を抽出する。
検波器２０は、狭帯域フィルタ１９により抽出された中間周波数の周波数成分をレベル検波する。
表示出力部２１は、周波数掃引制御部２３から与えられる情報に基づく掃引周波数を横軸に、検波器２０によるレベル検波の結果を縦軸に対比して表示出力する。

切替制御部２２は、ＢＰＦ切替スイッチ１３、ＤＤＳ切替スイッチ１７、ミキサ切替スイッチ１８の切り替え動作を制御しており、各系の切り替えを同期して行う。
周波数掃引制御部２３は、ＤＤＳ１及びＤＤＳ２への掃引パラメータの設定、設定した掃引パラメータに基づくＤＤＳ１又はＤＤＳ２による局部発振信号の掃引出力の制御、掃引周波数を示す情報の表示出力部２１への出力を行う。

本例のスペクトラムアナライザによる測定動作を説明する。
なお、以下の説明において、周波数の昇方向に線形掃引しながら測定するものとする。また、測定対象の周波数範囲の開始周波数をＦｓｔａｒｔ、終了周波数をＦｓｔｏｐ、ＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯の重なり範囲をＦｄｉｖ１〜Ｆｄｉｖ２（ただし、Ｆｄｉｖ１＜Ｆｄｉｖ２）とし、測定対象の周波数範囲はＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯を合成した周波数帯の範囲内であるものとする。

Ｆｓｔｏｐ＜Ｆｄｉｖ２の場合、すなわち、測定対象の周波数範囲がＢＰＦ１の通過周波数帯に収まる場合の動作を説明する。
まず、切替制御部２２による制御の下、アンテナ１１で受信した無線信号をＢＰＦ１を通過させるようにＢＰＦ切替スイッチ１３が設定され、ミキサ（Low Band）にＤＤＳ１の局部発振信号を入力するようにＤＤＳ切替スイッチ１７が設定され、ミキサ（LowBand）による変換結果を狭帯域フィルタ１９に入力するように設定される。また、周波数掃引制御部２３により、ＤＤＳ１に測定対象の周波数範囲に応じた掃引パラメータが設定される。
その後、周波数掃引制御部２３による制御の下、ＤＤＳ１から掃引出力される局部発振信号がミキサ（LowBand）に入力され、ＢＰＦ１を通過した無線信号と混合されて無線信号が周波数変換され、その中間周波数の周波数成分がレベル検波されて表示出力される。
この場合は、最初の設定以降、系（ＢＰＦ、ＤＤＳ、ミキサ）を切り替えずに済む。

Ｆｓｔａｒｔ＞Ｆｄｉｖ１の場合、すなわち、測定対象の周波数範囲がＢＰＦ２の通過周波数帯に収まる場合の動作を説明する。
まず、切替制御部２２による制御の下、アンテナ１１で受信した無線信号をＢＰＦ２を通過させるようにＢＰＦ切替スイッチ１３が設定され、ミキサ（LowBand）にＤＤＳ２の局部発振信号を入力するようにＤＤＳ切替スイッチ１７が設定され、ミキサ（LowBand）による変換結果を狭帯域フィルタ１９に入力するように設定される。また、周波数掃引制御部２３により、ＤＤＳ２に測定対象の周波数範囲に応じた掃引パラメータが設定される。
その後、周波数掃引制御部２３による制御の下、ＤＤＳ２から掃引出力される局部発振信号がミキサ（LowBand）に入力され、ＢＰＦ２を通過した無線信号と混合されて無線信号が周波数変換され、その中間周波数の周波数成分がレベル検波されて表示出力される。
この場合も、最初の設定以降、系を切り替えずに済む。

Ｆｓｔａｒｔ＜Ｆｄｉｖ１かつＦｓｔｏｐ＞Ｆｄｉｖ２の場合、すなわち、測定対象の周波数範囲がＢＰＦ１の通過周波数帯とＢＰＦ２の通過周波数帯とに跨る場合の動作を説明する。
まず、切替制御部２２による制御の下、アンテナ１１で受信した無線信号をＢＰＦ１を通過させるようにＢＰＦ切替スイッチ１３が設定され、ミキサ（LowBand）にＤＤＳ１の局部発振信号を入力するようにＤＤＳ切替スイッチ１７が設定され、ミキサ（LowBand）による変換結果を狭帯域フィルタ１９に入力するように設定される。また、周波数掃引制御部２３により、ＤＤＳ１及びＤＤＳ２に測定対象の周波数範囲に応じた掃引パラメータが設定される。なお、本例では、Ｆｄｉｖ２を掃引終了周波数に指定する掃引パラメータをＤＤＳ１に設定し、Ｆｄｉｖ２を掃引開始周波数に指定する掃引パラメータをＤＤＳ２に設定している。
その後、周波数掃引制御部２３による制御の下、ＤＤＳ１から掃引出力される局部発振信号がミキサ（LowBand）に入力され、ＢＰＦ１を通過した無線信号と混合されて無線信号が周波数変換され、その中間周波数の周波数成分がレベル検波されて表示出力される。

そして、掃引周波数Ｆ＝Ｆｄｉｖ２のポイントで、切替制御部２２による制御の下、ＢＰＦ切替スイッチ１３及びＤＤＳ切替スイッチ１７を同期して切り替え、アンテナ１１で受信した無線信号をＢＰＦ２を通過させ、ミキサ（LowBand）にＤＤＳ２の局部発振信号を入力するようにする。
その後、周波数掃引制御部２３による制御の下、ＤＤＳ２から掃引出力される局部発振信号がミキサ（LowBand）に入力され、ＢＰＦ２を通過した無線信号と混合されて無線信号が周波数変換され、その中間周波数の周波数成分がレベル検波されて表示出力される。

すなわち、この場合は系の切り替えが発生するが、従来は系の切り替えの際に生じていたＤＤＳの掃引パラメータの設定が不要となり、また、各系を同期して切り替えるために一時停止期間が短縮されて、待ち時間ほぼゼロで掃引動作が繋がり、広帯域において滑らかなスペクトラム表示を実現できる。

なお、本例では、Ｆｄｉｖ２を掃引終了周波数に指定する掃引パラメータをＤＤＳ１に設定し、Ｆｄｉｖ２を掃引開始周波数に指定する掃引パラメータをＤＤＳ２に設定しているため、掃引周波数Ｆ＝Ｆｄｉｖ２のポイントで系を切り替えているが、ＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯の重なり部分（Ｆｄｉｖ１〜Ｆｄｉｖ２）の測定におけるタイミングであれば、他のタイミングで系を切り替えるようにしてもよい。
また、本例では、処理開始時にＤＤＳ２の掃引パラメータを設定しているが、ＤＤＳ１による掃引出力の間（系の切り替えが発生する前まで）に掃引パラメータを設定しておけばよい。

次に、測定対象の周波数範囲が、ＢＰＦ１及びＢＰＦ２の通過周波数帯に加えて、ＢＰＦ３の通過周波数帯にまで及ぶ場合について説明する。
この場合、掃引周波数がＢＰＦ１の通過周波数からＢＰＦ２の通過周波数に移行し、ミキサ（LowBand）に対する局部発振信号の入力がＤＤＳ１からＤＤＳ２に移行することで、ＤＤＳ１が掃引動作から解放される。そこで、ＤＤＳ２が掃引動作を行っている時間帯を利用して、ＤＤＳ１の掃引パラメータの設定をＢＰＦ３の通過周波数帯に応じて変更しておく。そして、掃引周波数がＢＰＦ２の通過周波数からＢＰＦ３の通過周波数に移行する段階で系を再度切り替えることで、待ち時間ほぼゼロで掃引動作が繋がり、滑らかなスペクトラム表示を実現できる。
なお、以上の説明においては、周波数を昇方向に線形掃引させる場合について述べたが、降方向に線形掃引させる場合においても、同様な作用を得ることができる。

本発明の一例に係るスペクトラムアナライザの系統図である。 本発明の一例に係るＢＰＦの通過帯域の設定を示す図である。 従来方式の一例に係るスペクトラムアナライザの系統図である。

符号の説明

１１、５１：アンテナ、
１２、５２：ＢＰＦ（受信フィルタ）、
１３、５３：ＢＰＦ切替スイッチ、
１４、５４：ＤＤＳ（局部発振器）、
１５、５５：ミキサ（混合器）、
１６、５６：逓倍器、
１７：ＤＤＳ切替スイッチ、
１８、５８：ミキサ切替スイッチ、
１９、５９：狭帯域フィルタ、
２０、６０：検波器、
２１、６１：表示出力部、
２２、６２：切替制御部、
２３、６３：周波数掃引制御部、
３１：ＢＰＦ１の通過特性、
３２：ＢＰＦ２の通過特性

Claims (1)

1. 受信した無線信号に含まれる周波数成分を測定するスペクトラムアナライザにおいて、
   通過周波数帯の周波数成分の通過を許容する第１のフィルタと、
   第１のフィルタの通過周波数帯に隣接する通過周波数帯の周波数成分の通過を許容する第２のフィルタと、
   無線信号を通過させる第１又は第２のフィルタを切り替える第１のスイッチと、
   第１のフィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯で局部発振信号を掃引出力する第１の局部発振器と、
   第２のフィルタの通過周波数帯に応じた周波数帯で局部発振信号を掃引出力する第２の局部発振器と、
   第１又は第２のフィルタを通過させた無線信号を、対応する局部発振器から掃引出力された局部発振信号と混合して周波数変換する混合器と、
   周波数変換の結果に基づいて無線信号に含まれる周波数成分を測定する測定部と、
   混合器に局部発振信号を入力する第１又は第２の局部発振器を切り替える第２のスイッチと、
   第１及び第２のスイッチを同期して切り替える制御部と、
   を備えたことを特徴とするスペクトラムアナライザ。

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