JP2016125906A - Millimeter waveband spectrum analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミリ波帯の信号のスペクトラム解析を広帯域にわたって行なうための技術に関する。 The present invention relates to a technique for performing spectrum analysis of a millimeter-wave band signal over a wide band.
高周波信号のスペクトラムを解析するスペクトラムアナライザは、解析対象の高周波信号をデジタル的な信号処理が可能な低い周波数帯に変換するために、ミキサに高周波信号とローカル信号を与えて、差の周波数成分を抽出するヘテロダイン方式の周波数変換処理を行なっている。 A spectrum analyzer that analyzes the spectrum of a high-frequency signal gives a high-frequency signal and a local signal to the mixer to convert the high-frequency signal to be analyzed into a low frequency band that can be processed digitally, and the difference frequency component Heterodyne type frequency conversion processing is performed.
ここで問題となるのがミキサの周波数特性であり、広帯域なミリ波帯の信号、例えば110〜170GHz程度の広い範囲の信号を一つのミキサで周波数変換することは困難である。 The problem here is the frequency characteristics of the mixer, and it is difficult to frequency-convert a wide-band millimeter wave band signal, for example, a signal in a wide range of about 110 to 170 GHz, with one mixer.
このため、解析可能な周波数範囲を複数の領域に分け、その領域毎に周波数特性が対応するミキサを用いる必要がある。 For this reason, it is necessary to divide the frequency range that can be analyzed into a plurality of regions and use a mixer that has frequency characteristics corresponding to each region.
図9は、解析可能な周波数範囲を二つの領域に分けたスペクトラムアナライザ1の構成例を示すものであり、入力端子1aから入力される解析対象の信号Sxをフィルタ2に入力し、測定周波数成分を抽出する。このフィルタ2は、通過中心周波数を例えば110〜170GHzの範囲で連続的に可変できるバンドパス型のフィルタとし、制御部11からの制御により、ユーザーによって指定された測定周波数範囲を掃引される。
FIG. 9 shows a configuration example of the
フィルタ2で抽出された信号Sx′は、スイッチ3を介して第1のミキサ4、第2のミキサ5のいずれか一方に選択的に入力される。
The signal Sx ′ extracted by the
ここで、第1のミキサ4を110〜140GHzの低域用とし、第2のミキサ5を140〜170GHzまでの高域用とし、スペクトラム解析対象となる測定周波数が低域側にある間は、フィルタ2の出力が第1のミキサ4に入力され、測定周波数が高域側にある間はフィルタ2の出力が第2のミキサ5に入力されるようにスイッチ3の切替え制御がなされる。
Here, the
第1のミキサ4は、入力信号とローカル信号発生器6から出力される周波数f1の第1のローカル信号L1とをミキシングし、入力信号を両者の周波数差に相当する中間周波数帯に変換する。また、第2のミキサ5も同様に、入力信号とローカル信号発生器6から出力される周波数f2の第2のローカル信号L2とをミキシングし、入力信号を両者の周波数差に相当する中間周波数帯に変換する。
The
ここで、例えば第1のローカル信号L1の周波数f1を100GHz、第2のローカル信号L2の周波数f2を130GHzとすれば、解析可能な周波数範囲のうちの低域側の110〜140GHzの信号と、高域側の140〜170GHzの信号は、ともに10〜40GHzの中間周波数帯に変換されることになる。 Here, for example, if the frequency f1 of the first local signal L1 is 100 GHz and the frequency f2 of the second local signal L2 is 130 GHz, a signal of 110 to 140 GHz on the lower side of the frequency range that can be analyzed, Both 140 to 170 GHz signals on the high frequency side are converted to an intermediate frequency band of 10 to 40 GHz.
両ミキサ4、5の出力は、スイッチ3と連動するスイッチ7により選択されて、次段のスペクトラム解析部8に入力される。このスペクトラム解析部8では、10〜40GHzの中間周波数帯の信号を、デジタル信号処理が可能なさらに低い中間周波数帯に変換し、この信号に対するデジタル信号処理を行なうことで、入力信号のスペクトラムを求め、これを表示部9に表示する。
The outputs of both
制御部11は、操作部10によって指定された測定周波数範囲や分解能等に応じて、フィルタ2の通過中心周波数の制御、スイッチ3、7の切替え制御、スペクトラム解析部8の周波数変換処理やスペクトラム解析処理に必要な情報の出力等を行なう。
The control unit 11 controls the pass center frequency of the
このように、一つのミキサでは対応できない周波数変換処理を、複数のミキサで分担して行なうことで、広帯域な周波数変換処理が行なえる。 In this way, a frequency conversion process that cannot be handled by one mixer is performed by sharing a plurality of mixers, whereby a wideband frequency conversion process can be performed.
なお、上記図9の構成とは異なるが、異なる周波数帯の周波数変換処理を複数のフロントエンドで分担して行なうスペクトラムアナライザは例えば特許文献1に開示されている。この文献技術は、異なる二つの周波数領域にそれぞれ対応したフロントエンドの初段の周波数変換器に対して共通のローカル信号を与え、その初段の周波数変換器の出力からそれぞれ異なる中間周波数帯の信号を抽出する方式であり、図9に示す構成に比べて初段の周波数変換器に続く第1中間周波数増幅器も含めて周波数領域毎に必要となり、構成が複雑化し、コストの面で不利となる。
Although different from the configuration of FIG. 9 described above, a spectrum analyzer that performs frequency conversion processing of different frequency bands by sharing a plurality of front ends is disclosed in, for example,
ところが、図9に示したように初段の周波数変換で異なる周波数領域を共通の中間周波数帯変換する構成のスペクトラムアナライザでは、例えばローカル信号の周波数f1より僅か(中間周波数の帯域幅より少ない)に低い周波数f3に信号があると、その差の周波数Δf=f1−f3が中間周波数帯に入ってしまい、あたかもf1+Δfの周波数に信号が存在(イメージスプリアス)するように見えてしまう。 However, as shown in FIG. 9, in the spectrum analyzer configured to perform a common intermediate frequency band conversion of different frequency regions in the first stage frequency conversion, for example, it is slightly lower than the frequency f1 of the local signal (less than the bandwidth of the intermediate frequency). If there is a signal at the frequency f3, the difference frequency Δf = f1−f3 enters the intermediate frequency band, and it appears as if the signal exists at the frequency of f1 + Δf (image spurious).
また、同様に、ローカル信号の周波数f2より僅か(中間周波数の帯域幅より少ない)に低い周波数f4に信号があると、その差の周波数Δf′=f2−f4が中間周波数帯に入ってしまい、あたかもf2+Δf′の周波数に信号が存在(イメージスプリアス)するように見えてしまう。 Similarly, if there is a signal at a frequency f4 slightly lower than the frequency f2 of the local signal (less than the bandwidth of the intermediate frequency), the difference frequency Δf ′ = f2−f4 enters the intermediate frequency band, It looks as if a signal exists (image spurious) at a frequency of f2 + Δf ′.
実際には両ミキサ4、5の前段にフィルタ2が挿入されており、このフィルタ2のパスバンド特性によって上記イメージスプリアスを抑圧できるが、バンドパス型のフィルタ2の選択特性には限度があり、上記した周波数f3、f4の信号レベルが高いと十分に減衰できず、正確なスペクトラム解析が行なえなくなる。
Actually, the
これを解決する方法として、低域側の第1のミキサ4の入力部にカットオフ周波数110GHzのハイパスフィルタを挿入して、ローカル信号L1より低い信号成分を大きく減衰させ、高域側の第2のミキサ5の入力部にカットオフ周波数140GHzのハイパスフィルタを挿入して、ローカル信号L2より低い信号成分を大きく減衰させることが考えられる。
As a method for solving this, a high-pass filter having a cutoff frequency of 110 GHz is inserted into the input portion of the
しかし、これらのハイパスフィルタをスイッチ3とミキサ4、5の間に挿入すると装置が大型化するという問題がある。特に、上記したような100GHz以上のミリ波帯では、一般的に信号経路として導波管構造を用いており、フィルタ2、スイッチ3に加え、これらのハイパスフィルタを導波管構造で構成することを考えると、装置はますます大型化することになる。
However, when these high-pass filters are inserted between the
本発明は、この問題を解決し、ミリ波帯の所定周波数範囲全体の周波数変換処理を複数のミキサで分担して行なうことによるスプリアスの発生を、装置を大型化することなく抑制することができるミリ波帯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。 The present invention solves this problem and can suppress the occurrence of spurious noise caused by sharing frequency conversion processing for the entire predetermined frequency range of the millimeter wave band by a plurality of mixers without increasing the size of the apparatus. It aims to provide a millimeter-wave band spectrum analyzer.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1のミリ波帯スペクトラムアナライザは、
ミリ波帯の所定周波数範囲内の信号を受け、該所定周波数範囲内で掃引される測定周波数の信号成分を抽出するフィルタ(21)と、
前記所定周波数範囲を複数の領域に分け、該各領域の信号をそれぞれ所定の中間周波数帯に変換する複数のミキサ(81、82)と、
前記複数のミキサのうち前記測定周波数が含まれる領域に応じたミキサに対して、前記フィルタの出力を選択的に出力するスイッチ(30)と、
前記複数のミキサによって前記中間周波数帯に変換された信号を受けて、前記測定周波数についてのスペクトラム解析を行なうスペクトラム解析部(90)とを有するミリ波帯スペクトラムアナライザにおいて、
前記スイッチを、
ベース部(31)と、
前記ベース部に固定され、前記フィルタの出力信号を受けて伝搬する入力導波路(41)が第1の端面から第2の端面まで連続するように形成された入力導波管ブロック(40)と、
前記ベース部に固定され、前記複数のミキサにそれぞれ接続される複数の出力導波路(51、52、53)が、前記入力導波管ブロックの前記第2の端面に平行な第3の端面から第4の端面まで連続するように形成された出力導波管ブロック(50)と、
前記ベース部に支持され、前記入力導波路と前記複数の出力導波路との間を選択的に接続するための複数の接続導波路(61、62、63)が、前記入力導波管ブロックの前記第2の端面に対向する第5の端面から、前記出力導波管ブロックの前記第3の端面に対向する第6の端面まで連続するように形成され、前記入力導波管ブロックおよび前記出力導波管ブロックに対してスライド移動し、異なる複数の位置で、前記入力導波路と前記複数の出力導波路の間を選択的に接続させる接続導波管ブロック(60)とによって構成するとともに、
前記スイッチの複数の接続導波路のうち、少なくとも高域側の領域に対応するミキサに前記入力導波路を接続させるための接続導波路の途中に、該領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ(70、71、72)を形成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a millimeter waveband spectrum analyzer according to
A filter (21) for receiving a signal within a predetermined frequency range of the millimeter wave band and extracting a signal component of a measurement frequency swept within the predetermined frequency range;
A plurality of mixers (81, 82) for dividing the predetermined frequency range into a plurality of regions, and converting the signals of the respective regions into predetermined intermediate frequency bands;
A switch (30) for selectively outputting the output of the filter to a mixer corresponding to a region including the measurement frequency among the plurality of mixers;
In a millimeter wave band spectrum analyzer having a spectrum analysis unit (90) that receives a signal converted into the intermediate frequency band by the plurality of mixers and performs spectrum analysis on the measurement frequency,
The switch,
A base (31);
An input waveguide block (40) fixed to the base portion and formed so that an input waveguide (41) that receives and propagates the output signal of the filter is continuous from the first end face to the second end face; ,
A plurality of output waveguides (51, 52, 53) fixed to the base portion and respectively connected to the plurality of mixers are provided from a third end face parallel to the second end face of the input waveguide block. An output waveguide block (50) formed to be continuous to the fourth end face;
A plurality of connection waveguides (61, 62, 63), which are supported by the base portion and selectively connect between the input waveguide and the plurality of output waveguides, are provided on the input waveguide block. The input waveguide block and the output are formed so as to be continuous from a fifth end surface facing the second end surface to a sixth end surface facing the third end surface of the output waveguide block. A sliding waveguide relative to the waveguide block, and a connection waveguide block (60) for selectively connecting the input waveguide and the plurality of output waveguides at a plurality of different positions;
A high-pass filter having a cut-off frequency at the lower limit of the connection waveguide for connecting the input waveguide to a mixer corresponding to at least the high-frequency region among the plurality of connection waveguides of the switch (70, 71, 72) is formed.
また、本発明の請求項2記載のミリ波帯スペクトラムアナライザは、請求項1記載のミリ波帯スペクトラムアナライザにおいて、
前記フィルタは、前記所定周波数範囲の電磁波を単一モードで伝搬させる導波路内に、前記電磁波の一部を反射、一部を透過させる一対の電波ハーフミラー(25A、25B)を対向配置し、該一対のハーフミラーの間隔によって決まる周波数の成分を選択的に通過させる構造を有し、前記導波路内で且つ前記一対の電波ハーフミラーの外側の範囲に、前記複数の領域のうちの最も低域側の領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ(75)を設けたことを特徴とする。
The millimeter waveband spectrum analyzer according to
The filter has a pair of radio wave half mirrors (25A, 25B) that reflect and transmit a part of the electromagnetic wave in a waveguide that propagates the electromagnetic wave in the predetermined frequency range in a single mode, A structure that selectively allows a frequency component determined by the distance between the pair of half mirrors to pass, and is the lowest of the plurality of regions within the waveguide and outside the pair of radio wave half mirrors. A high-pass filter (75) having a lower limit of the region on the region side as a cutoff frequency is provided.
また、本発明の請求項3のミリ波帯スペクトラムアナライザは、請求項1または請求項2記載のミリ波帯スペクトラムアナライザにおいて、
前記スイッチの前記入力導波管ブロックの前記第2の端面側で前記入力導波路の開口を囲む位置、前記出力導波管ブロックの前記第3の端面側で前記複数の出力導波路の開口を囲む位置、前記接続導波管ブロックの前記第5の端面側および第6の端面側で前記複数の接続導波路の開口を囲む位置に、前記各ブロック間の隙間からの電磁波の漏出を防ぐために、漏出防止対象周波数の管内波長の1/4に相当する深さの溝(45A、45B、55A、55B、56A、56B、65A、65B、66A、66B、67A、67B、68A、68B)を設けたことを特徴とする。
The millimeter waveband spectrum analyzer according to
Positions surrounding the openings of the input waveguide on the second end face side of the input waveguide block of the switch, and openings of the plurality of output waveguides on the third end face side of the output waveguide block. In order to prevent leakage of electromagnetic waves from the gaps between the respective blocks at positions surrounding the openings of the plurality of connection waveguides on the fifth end face side and the sixth end face side of the connection waveguide block A groove (45A, 45B, 55A, 55B, 56A, 56B, 65A, 65B, 66A, 66B, 67A, 67B, 68A, 68B) having a depth corresponding to 1/4 of the in-tube wavelength of the leakage prevention target frequency is provided. It is characterized by that.
このように、本発明のミリ波帯スペクトラムアナライザでは、測定周波数が含まれる領域毎に設けたミキサに対して、フィルタの出力を振り分けるスイッチを、入力導波路と複数の出力導波路との間に設けた複数の接続導波路をスライドさせて選択的に接続する構造とし、その接続導波路のうち、少なくとも高域側の領域に対応するミキサを入力導波路に接続させるための接続導波路の途中にその領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタを形成している。 Thus, in the millimeter waveband spectrum analyzer of the present invention, a switch that distributes the output of the filter to the mixer provided for each region including the measurement frequency is provided between the input waveguide and the plurality of output waveguides. A structure in which a plurality of provided connection waveguides are slid and selectively connected, and the connection waveguide for connecting at least the mixer corresponding to the region on the high frequency side to the input waveguide among the connection waveguides. In addition, a high-pass filter having a lower limit of the region as a cutoff frequency is formed.
このように、信号経路を切り替えるためのスイッチの接続導波路内にハイパスフィルタを設けているから、装置が大型化することなく、イメージスプリアスを効果的に抑制できる。 As described above, since the high-pass filter is provided in the connection waveguide of the switch for switching the signal path, image spurious can be effectively suppressed without increasing the size of the apparatus.
また、本発明の請求項2のように、フィルタの導波路内に低域側のハイパスフィルタを設ければ、スイッチ側の低域側の接続導波路にハイパスフィルタを設ける必要がなくなり、スイッチ構造が簡単化する。
Further, if a low-pass high-pass filter is provided in the filter waveguide as in
また、請求項3のように、スイッチの各ブロック間の導波路の開口の周囲に、漏出防止対象の電磁波の管内波長の1/4に相当する深さの溝を設けているので、ブロック間の隙間を介しての意図しない導波路への電磁波漏出を防止でき、高いアイソレーションを得ることができる。
Further, as in
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態のミリ波帯スペクトラムアナライザ20(以下、単にスペクトラムアナライザ20と記す)の全体構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration of a millimeter waveband spectrum analyzer 20 (hereinafter simply referred to as a spectrum analyzer 20) according to an embodiment of the present invention.
図1において、入力端子20aに入力された解析対象の信号Sxは、フィルタ21に入力される。フィルタ21は、ミリ波帯の解析可能な所定周波数範囲(例えば110〜170GHz)の信号を受け、その所定周波数範囲内で掃引される測定周波数の信号を抽出するものであり、導波管構造を有し、所定周波数範囲の電磁波を単一モード(TE10モード)で伝搬させる所定口径(例えば2mm×1mm程度)の導波路21a内に、その電磁波の一部を反射、一部を透過させる一対の電波ハーフミラー25A、25Bを対向配置し、その一対の電波ハーフミラー25A、25Bの間隔dによって決まる周波数(共振周波数)の成分を選択的に通過させるファブリペロー型のバンドパスフィルタとなっている。一対の電波ハーフミラー25A、25Bの間隔dは、間隔可変機構26によって変化させることができ、その制御は後述する制御部100が行なう。
In FIG. 1, the analysis target signal Sx input to the input terminal 20 a is input to the
図2は、フィルタ21の具体的な構造例を示すものであり、例えば110〜170GHzの範囲の電磁波を単一モードで伝搬させる内側導波管22の一端側を塞ぐように電波ハーフミラー25Aを固定し、その内側導波管22の一端側を、僅かに隙間の状態で受け入れる第1の外側導波管23の内部に電波ハーフミラー25Bを固定する。
FIG. 2 shows a specific structural example of the
ここで、内側導波管22は、駆動装置26aによって第1の外側導波管23に対してその長さ方向に移動できるようになっており、これによって電波ハーフミラー25A、25Bの間隔dを可変できる。ただし、可動する内側導波管22に外部回路を直接接続することは好ましくないので、外部回路接続用の第2の外側導波管27を用い、内側導波管22の他端側が常に第2の外側導波管27の内部に存在するように連結し、入力端子20aからの信号入力経路(図示せず)を第2の外側導波管27に接続している。
Here, the
また、フィルタ21の導波路21a内で、電波ハーフミラー25A、25Bの外側、例えば第2の外側導波管27の内部には、図3の特性Fのように、解析可能な所定周波数範囲(例えば110〜170GHz)を複数の領域に分けたときの最も低域側の領域の下限(110GHz)をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ75が設けられている。
Further, within the waveguide 21a of the
導波管によるハイパスフィルタ75は、導波路の口径(特に長辺寸法)を狭めることで構成することができる。ここで、導波路の口径(長辺a×短辺b)と、TE10モードでのカットオフ周波数fc10との関係は、光速をcとすると、fc10=c/2aで表されるので、最も低域側の領域の下限(カットオフ周波数fc10)を110GHzとすれば、導波管の口径の長辺aをc/2fc10≒1.36mm程度にすればよい。なお、短辺側はカットオフ周波数に対する影響が少ないので、長辺側に合わせた比率で狭くすればよい。ただし導波路の口径を急激に狭くすると電磁波の反射が起こるので、その前後の口径をテーパー状に徐々に変化させて、反射を抑圧している。
The high-
このように、フィルタ21の導波路の一部を利用して低域側の領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ75を設けたことで、後述する周波数変換処理において、低域側のイメージスプリアスの発生を効果的に抑圧できる。なお、フィルタ21の通過中心周波数の可変方法としては、設定された測定周波数の掃引に連動して連続的(実際は駆動機構の分解能による)に行なう場合と、測定周波数をカバーしつつ所定ステップで離散的に行なう場合とがある。
In this way, by providing the high-
フィルタ21の出力信号はスイッチ30に入力される。スイッチ30は、解析可能な所定周波数範囲を例えば110〜170GHzとし、これを後述するミキサ81、82の周波数特性などを考慮して、110〜140GHzの低い領域と、140〜170GHzの高い領域に分けるものし、入力信号を測定周波数が含まれる領域に応じて2つの出力経路に振り分けるものであり、ミリ波の信号経路の切替えを効率的に行なうために、金属壁で囲まれた導波路により電磁波を伝搬させる導波管構造を有している。
The output signal of the
このスイッチ30は、ベース部31の上の一端側に入力導波管ブロック40が固定され、他端側に出力導波管ブロック50が固定され、その間に接続導波管ブロック60が配置された構造となっている。
In this
入力導波管ブロック40は直方体状に形成され、フィルタ21の出力信号を受けて伝搬する所定口径の入力導波路41が第1の端面40aからその反対側の第2の端面40bまで連続するように形成されている。
The
また、出力導波管ブロック50も入力導波管ブロック40と同様に直方体状に形成され、二つの信号経路を構成する二つの所定口径の出力導波路51、52が、入力導波管ブロック40の第2の端面40aに平行に対向する第3の端面50aからその反対側の第4の端面50bまで連続するように形成されている。
Similarly to the
接続導波管ブロック60は直方体状で、入力導波管ブロック40の第2の端面40bに第5の端面60aを僅かに隙間のある状態で対向させ、出力導波管ブロック50の第3の端面50bに第6の端面60bを僅かに隙間ある状態で対向させた状態でベース部31に支持されており、入力導波路41と二つの出力導波路51、52との間を選択的に接続するための二つの所定口径の接続導波路61、62が、第5の端面60aから第6の端面60bまで連続するように形成されている。この接続導波管ブロック60は、入力導波管ブロック40および出力導波管ブロック50に対してスライド移動できるようになっており、その異なる二つの位置で、入力導波路41と出力導波路51、52の間を選択的に接続させる。入力導波路41、出力導波路51、52および接続導波路61、62の口径は、2mm×1mm程度で等しく設定されている。
The connecting
図1に示したスイッチ30の各導波路の位置関係について説明すると、入力導波路41の延長線を挟んで二つの出力導波路51、52が対称に形成され、二つの接続導波路61、62の第5の端面60a側の開口は、入力導波路41の延長線を挟んで同一距離Lの位置に設けられ、二つの接続導波路61、62の第6の端面60b側の開口は、出力導波路51、52の第3の端面50a側の開口からそれぞれ外側に同一距離Lの位置に設けられている。
The positional relationship between the waveguides of the
したがって、図1の位置から、接続導波管ブロック60を幅方向(Y方向)にLだけ移動すると、図4の(a)のように、入力導波路41と一方の出力導波路51の間が一方の接続導波路61を介して接続されることになり、この状態から、接続導波管ブロック60を幅方向(Y方向)に−2Lだけ移動すると、図4の(b)のように、入力導波路41と他方の出力導波路52の間が他方の接続導波路62を介して接続されることになる。
Accordingly, when the
なお、接続導波管ブロック60は、例えばベース部31の下面側に設けられた駆動装置35によってスライド移動される。この駆動装置35は、例えばステッピングモータを駆動源とし、その回転力を直進運動に変換して接続導波管ブロック60を支持する部材(図示せず)に伝達する構造が採用できるが、具体的な構造については任意である。駆動装置35は、後述する制御部100によって制御され、スペクトラム解析の対象となる測定周波数が前記した二つの領域のうちの低域側にあるときは、接続導波管ブロック60が図4の(a)の位置となり、測定周波数が前記した二つの領域のうちの高域側にあるときは接続導波管ブロック60が図4の(b)の位置となるように駆動する。
Note that the
接続導波管ブロック60の二つの接続導波路61、62のうち、高域側の信号を出力させるための接続導波路62には、図5の特性Gのように、高域(この場合140〜170GHz)の下限となる周波数(140GHz)をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ70が形成されている。
Of the two
このハイパスフィルタ70は、フィルタ21に設けた低域側のハイパスフィルタ75と同様に、接続導波路62の中間の口径を狭めることで構成することができ、例えばカットオフ周波数を140GHzとすれば、口径の長辺寸法を1.07mm程度にすればよく、それに合わせて短辺側も狭くすればよい。ただし接続導波路62の口径を急激に狭くすると電磁波の反射が起こるので、その前後の口径をテーパー状に徐々に変化させて、反射を抑圧している。
The high-
このように、スイッチ30の接続導波路61、62のうち、高域側の信号を通過させる接続導波路62に、高域側の領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ70を設けたことで、後述する周波数変換処理において、高域側のイメージスプリアスの発生を効果的に抑圧できる。
As described above, the high-
なお、上記したように接続導波管ブロック60を移動させて導波路の切替えを行なうスイッチ30では、移動に必要な隙間を設ける必要があり、この隙間を介して電磁波が意図しない導波路に漏れることによるアイソレーションの低下が予想される。
As described above, in the
これを解決するため、実施形態のスペクトラムアナライザ20のスイッチ30には、図6に示すように、隙間を挟んで対向する各ブロックの端面側に、各導波路41、51、52、61、62の開口を囲むように枠状に連続する所定深さの溝を2重に設けている。
In order to solve this, the
即ち、図6の(a)のように、入力導波管ブロック40の第2の端面40bの入力導波路41の開口から所定距離Q1離れた位置に所定深さDの溝45Aが枠状に形成され、その溝45Aから所定距離Q2離れた位置に所定深さD′の溝45Bが枠状に形成されている。
That is, as shown in FIG. 6A, the groove 45A having a predetermined depth D is formed in a frame shape at a position away from the opening of the
溝45A、45Bの深さD、D′は漏出防止対象の電磁波の管内波長の1/4に設定されており、入力導波路41の開口から隙間に漏れて溝45A、45Bまで達した電磁波と、溝45A、45Bの内部を往復してその入り口に戻った電磁波の位相が反転することで互いに相殺し、深さD、D′に対応する周波数を中心とする帯域の電磁波の溝の外側への漏れを防止する。なお、ここでは溝を2重にして漏れ防止効果を高めているが、一つの溝あるいは3重以上の溝を設けてもよく、また、溝の深さD、D′を等しくして、漏れ波に対する減衰量を増大させる方法と、溝の深さD、D′を異なる値にして、漏出防止効果の広帯域化する方法とがあり、それらを併用することもできる。
The depths D and D ′ of the grooves 45A and 45B are set to ¼ of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave to be prevented from leaking, and the electromagnetic waves leaking into the gap from the opening of the
また、図6の(b)に示しているように、出力導波管ブロック50の第3の端面50a側にも、出力導波路51、52の開口からそれぞれ所定距離Q1離れた位置に所定深さDの溝55A、56Aが枠状に形成され、その溝55A、56Aからそれぞれ所定距離Q2離れた位置に所定深さD′の溝55B、56Bが枠状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 6B, the third end face 50a side of the
また、図6の(c)に示しているように、接続導波管ブロック60の第5の端面60a側にも、接続導波路61、62の開口からそれぞれ所定距離Q1離れた位置に所定深さDの溝65A、66Aが枠状に形成され、その溝65A、66Aからそれぞれ所定距離Q2離れた位置に所定深さD′の溝65B、66Bが枠状に形成され、第6の端面60b側にも、接続導波路61、62の開口からそれぞれ所定距離Q1離れた位置に所定深さDの溝67A、68Aが枠状に形成され、その溝67A、68Aからそれぞれ所定距離Q2離れた位置に所定深さD′の溝67B、68Bが枠状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 6C, the fifth end face 60a side of the
なお、これらの溝についての数値例を示すと、導波路の透過中心周波数を140GHzとすれば溝の深さD、D′をともに、(300×106/140×109)/4≒0.54mmとすればよい。また、各溝の幅は、0.2mm程度とする。図6の(e)は図6の(a)のA−A線断面図である。 Incidentally, the numerical examples of these grooves, the depth D of 140GHz Tosureba groove center transmission frequency of the waveguide, both D ', (300 × 10 6 /140 × 10 9) / 4 ≒ 0 .54 mm may be used. The width of each groove is about 0.2 mm. FIG. 6E is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
また、各導波路の開口から内側の溝までの距離Q1は、スイッチ30の透過周波数領域(例えば110〜170GHz)の下限より十分低域の周波数(例えば75GHz)の管内波長の1/4(例えば1mm)となるようにして、導波路の開口から内側の溝までの区間が、バンドリジェクションフィルタとして機能することによる反射が透過周波数領域内で発生しないようにしている。
Further, the distance Q1 from the opening of each waveguide to the inner groove is ¼ (for example, an in-tube wavelength of a frequency (for example, 75 GHz) sufficiently lower than the lower limit of the transmission frequency region (for example, 110 to 170 GHz) of the
また、内側の溝から外側の溝までの距離Q2については、透過中心周波数(例えば140GHz)の管内波長の1/4(例えば0.54mm)の奇数倍となるようにして、内側の溝と外側の溝の間をバンドリジェクションフィルタとして機能するようにし、電磁波の漏出防止効果を高めている。 Further, the distance Q2 from the inner groove to the outer groove is set to be an odd multiple of 1/4 (for example, 0.54 mm) of the in-tube wavelength of the transmission center frequency (for example, 140 GHz). Between the grooves, it functions as a band rejection filter to enhance the electromagnetic wave leakage prevention effect.
なお、上記スイッチ30の上面、側面および下面は、図示しない金属ケースに被われており、接続導波管ブロック60の上面や側面は、その金属ケースの内壁に対し、非接触状態となっている。
Note that the upper surface, side surfaces, and lower surface of the
このように、実施形態のスイッチ30では、ブロック間の隙間を挟んで対向する端面において導波路の開口を囲む位置に電磁波漏出防止用の溝を設けたから、ブロック間に隙間を設けていても電磁波の漏出およびそれによるアイソレーションの低下を防止でき、接触式のような磨耗による耐久性の低下が生じず、高い耐久性を与えることができる。
As described above, in the
スイッチ30の出力導波管ブロック50の第4の端面50b側の出力導波路51、52の開口には、それぞれミキサ81、82が接続されている。
Mixers 81 and 82 are connected to the openings of the
ここで、一方の出力導波路51に接続されるミキサ81は低域用(110〜140GHz)のものであり、出力導波路51から出力される低域の信号と、所定の周波数f1(例えばf1=100GHz)の第1のローカル信号Llとをミキシングして、入力信号を所定の中間周波数帯(例えば10〜50GHz)に変換する。
Here, the mixer 81 connected to one
また、他方の出力導波路52に接続されるミキサ82は高域用(140〜170GHz)のものであり、出力導波路52から出力される高域の信号と、所定の周波数f2(例えばf2=150GHz)の第2のローカル信号L2とをミキシングして、入力信号を所定の中間周波数帯(例えば10〜50GHz)に変換する。
The mixer 82 connected to the
これらのミキサ81、82は、例えばダイオードミキシング方式のもので、それぞれの帯域においてほぼ平坦で且つ実用的な変換効率を有しているものとする。 These mixers 81 and 82 are of, for example, a diode mixing type, and are assumed to be substantially flat and have practical conversion efficiency in each band.
また、ローカル信号L1、L2はローカル信号発生器85から出力されるが、100GHzを越えるローカル信号を生成するために、例えば数10GHz台の安定な信号を逓倍して、ローカル信号周波数に等しい次数を含む高調波信号を生成し、その高調波信号からフィルタ21と同様の構成のフィルタを用いて必要な次数の信号を抽出する構成となっている。
The local signals L1 and L2 are output from the local signal generator 85. In order to generate a local signal exceeding 100 GHz, for example, a stable signal in the order of several tens of GHz is multiplied to obtain an order equal to the local signal frequency. A harmonic signal is generated, and a signal of a required order is extracted from the harmonic signal using a filter having the same configuration as the
ミキサ81、82の出力は、スイッチ30と連動するスイッチ87によって選択されてスペクトラム解析部90に入力される。このスイッチ87は、扱う周波数が数10GHz帯と低くなるのでスイッチ30のような導波管型のものでなく、小型のリレー型や半導体スイッチ等で構成できる。
The outputs of the mixers 81 and 82 are selected by a
スペクトラム解析部90は、中間周波数帯に変換された信号に対するスペクトラム解析を行なうものであり、この周波数帯の信号をデジタル信号処理が可能な低い周波数帯に変換する周波数変換部91と、周波数変換部91によってより低い周波数に変換された信号に基づいて、入力信号のスペクトラムを検出するスペクトラム検出部92を有している。周波数変換部91は、ヘテロダイン方式の周波数変換処理を、ローカル信号の周波数を掃引しながら行なうことで、ユーザーが指定した所望の解析周波数範囲の信号を、デジタル処理が可能な周波数帯に連続的に変換する構成となっており、そのローカル信号の周波数の掃引範囲が、フィルタ21の通過中心周波数と連動するように制御される。スペクトラム検出部92は、周波数変換部91の出力をデジタル信号に変換し、高速フーリエ変換処理等を行なうことで、入力信号のスペクトラムを求めている。なお、スペクトラム解析の対象となる測定周波数は、スペクトラム検出部92における解析周波数情報、周波数変換部91で用いたローカル信号の周波数、ミキサ81、82に与えたローカル信号L1、L2の周波数によって決まる。
The
スペクトラム解析部90によって検出された入力信号のスペクトラムの情報は表示部95に出力され、例えば測定周波数を横軸、信号レベルを縦軸とする画面上にスペクトラム波形が表示される。
Information on the spectrum of the input signal detected by the
操作部96は、ユーザーが所望の測定周波数範囲や周波数分解能等の情報を指定するためのものであり、それら指定された情報に基づいて制御部100が各部の制御を行なう。制御部100は、指定された測定周波数範囲に応じて、フィルタ21の通過中心周波数の掃引、スイッチ30、87の切替え、スペクトラム解析部90への解析に必要な情報の伝達等の処理を行なう。
The
ここで、操作部96によって指定された測定周波数範囲が、二つの領域のいずれか一方にだけ含まれる場合、例えば低域側の110〜140GHzのうちの110〜130GHzが測定周波数範囲として指定された場合、スイッチ30の入力導波路41と出力導波路51の間が接続導波路61を介して接続された状態にするとともにスイッチ87をミキサ81側に接続し、フィルタ21の通過中心周波数を110GHzから130GHzまで所定のステップで掃引し、入力信号Sxのうちの110〜130GHzまでの信号成分を中間周波数帯10〜30GHzに変換させ、その中間周波数帯の信号に対してスペクトラム解析部90で得られたスペクトラムを、例えば図7の(a)のように表示部95の110〜130GHzの周波数軸上に表示させる。
Here, when the measurement frequency range specified by the
ここで、入力信号Sxに例えば90GHzの信号が比較的大きなレベルで含まれているとすると、従来であれば、その90GHzの信号が、100GHzのローカル信号L1によって10GHzに変換され、あたかも110GHzに存在する信号のスペクトラムとして検出されて、図7の(a)の点線のように110GHzの位置に表示されてしまうが、このスペクトラムアナライザ20では、低域側の下限周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ75がフィルタ21内に設けられており、ハイパスフィルタ75によって90GHzの信号を大きく減衰させることができるので、点線で示したイメージスプリアスのスペクトラムが表示されることを防止できる。
Here, assuming that a 90 GHz signal, for example, is included in the input signal Sx at a relatively large level, conventionally, the 90 GHz signal is converted to 10 GHz by a local signal L1 of 100 GHz, as if it exists at 110 GHz. 7 is displayed at a position of 110 GHz as indicated by the dotted line in FIG. 7A. This
また、逆に高域側の140〜170GHzのうちの150〜170GHzが測定周波数範囲として指定された場合、制御部100は、スイッチ30の入力導波路41と出力導波路52の間が接続導波路62を介して接続された状態にするとともにスイッチ87をミキサ82側に接続し、フィルタ21の通過中心周波数を150GHzから170GHzまで所定のステップで掃引し、入力信号のうちの150〜170GHzまでの信号成分を中間周波数帯20〜40GHzに変換させ、その中間周波数帯の信号に対してスペクトラム解析部90で得られたスペクトラムを、例えば図7の(b)のように表示部95の150〜170GHzの周波数軸上に表示させる。
On the other hand, when 150 to 170 GHz of 140 to 170 GHz on the high frequency side is specified as the measurement frequency range, the
ここで、入力信号Sxに例えば110GHzの信号が比較的大きなレベルで含まれているとすると、従来であれば、その110GHzの信号が、130GHzのローカル信号L2によって20GHzに変換され、あたかも150GHzに存在する信号のスペクトラムとして検出されて、図7の(b)の点線のように150GHzの位置に表示されてしまうが、このスペクトラムアナライザ20では、高域側の下限周波数140GHzをカットオフ周波数とするハイパスフィルタ70がスイッチ30の接続導波路62内に設けられており、ハイパスフィルタ70によって110GHzの信号を大きく減衰させることができるので、点線で示したイメージスプリアスのスペクトラムが表示されることを防止できる。
Here, assuming that the input signal Sx includes, for example, a 110 GHz signal at a relatively large level, conventionally, the 110 GHz signal is converted to 20 GHz by the 130 GHz local signal L2 and exists at 150 GHz. 7 is displayed at a position of 150 GHz as indicated by the dotted line in FIG. 7B. In this
また、解析可能な所定周波数範囲の110〜170GHz全体が測定周波数範囲として指定された場合、制御部100は、始めにスイッチ30の入力導波路41と出力導波路51の間が接続導波路61を介して接続された状態にするとともにスイッチ87をミキサ81側に接続し、フィルタ21の通過中心周波数を110GHzから140GHzまで所定のステップで掃引し、入力信号のうちの110〜140GHzまでの信号成分を中間周波数帯10〜40GHzに変換させ、その中間周波数帯の信号に対するスペクトラム解析をスペクトラム解析部90で行なわせる。続いてスイッチ30の入力導波路41と出力導波路52の間が接続導波路62を介して接続された状態にするとともに、スイッチ87をミキサ82側に接続し、フィルタ21の通過中心周波数を140GHzから170GHzまで所定のステップで掃引し、入力信号のうちの140〜170GHzまでの信号成分を中間周波数帯10〜40GHzに変換させ、その中間周波数帯の信号に対するスペクトラム解析をスペクトラム解析部90で行なわせ、そのスペクトラム解析で得られたペクトラムを、例えば図7の(c)のように、表示部95の110〜170GHzの周波数軸上に表示させる。
When the entire frequency range of 110 to 170 GHz that can be analyzed is designated as the measurement frequency range, the
この場合であっても、解析可能な所定周波数範囲より低い周波数成分については、フィルタ21に設けたハイパスフィルタ75で抑圧でき、そのイメージスプリアスが大きく表示されることはない。
Even in this case, a frequency component lower than the predetermined frequency range that can be analyzed can be suppressed by the high-
また、低域内の周波数、例えば120GHzに比較的大きなレベルの信号がある場合、この信号のスペクトラムは低域側の周波数変換処理で中間周波数帯に変換されて、図7の(c)に示しているように周波数120GHzのスペクトラムと認識されるが、高域側の周波数変換処理に移った段階で、従来であれば、この120GHzの信号が、130GHzのローカル信号L2によって10GHzに変換され、あたかも140GHzに存在する信号のスペクトラムとして検出されて、図7の(c)の点線のように140GHzの位置に表示されてしまう。しかし、このスペクトラムアナライザ20では、高域側の下限周波数140GHzをカットオフ周波数とするハイパスフィルタ70がスイッチ30の接続導波路62内に設けられており、ハイパスフィルタ70によって120GHzの信号を大きく減衰させることができるので、点線で示した120GHzのイメージスプリアスが表示されることを防止できる。
Also, when there is a relatively large level signal at a low frequency, for example, 120 GHz, the spectrum of this signal is converted into an intermediate frequency band by the frequency conversion processing on the low frequency side, as shown in FIG. Although it is recognized as a spectrum with a frequency of 120 GHz, at the stage of moving to the frequency conversion processing on the high frequency side, conventionally, this 120 GHz signal is converted to 10 GHz by the local signal L2 of 130 GHz, as if 140 GHz Is detected as a spectrum of a signal existing in the signal and displayed at a position of 140 GHz as shown by a dotted line in FIG. However, in the
このように、実施形態のスペクトラムアナライザ20では、解析可能な所定周波数範囲を複数の領域に分け、各領域の信号に対する周波数変換を領域に適した複数のミキサで行なう構成によって生じるイメージスプリアスのうち、少なくとも高域側の周波数変換で生じるイメージスプリアスの発生を、ミキサの切替えに用いるスイッチ30の接続導波路62内に設けたハイパスフィルタ70によって抑圧しており、装置全体を大型化させることなく、イメージスプリアスを効果的に抑圧できる。
As described above, in the
なお、この実施形態では、低域側のイメージスプリアス抑制のためのハイパスフィルタ75をフィルタ21の導波路内に設けていたが、スイッチ30の低域側の接続導波路61に設けてもよく、フィルタ21の導波路とスイッチ30の接続導波路61の両方にハイパスフィルタ75を設けてもよい。
In this embodiment, the high-
また、この実施形態では、解析可能な所定周波数範囲を低域と高域の2つの領域に分けて、2つのミキサで各領域の周波数変換を分担して行なっているが、3つ以上の複数の領域に分け、それら各領域の周波数変換を複数のミキサが分担する構成のスペクトラムアナライザについても本発明を適用できる。 In this embodiment, the predetermined frequency range that can be analyzed is divided into two regions, a low region and a high region, and the frequency conversion of each region is shared by two mixers. The present invention can also be applied to a spectrum analyzer having a configuration in which a plurality of mixers share the frequency conversion of each region.
例えば、3つの領域に分ける場合、スイッチ30として、図8の(a)に示すように、出力導波管ブロック50に3つの出力導波路51〜53を設け、接続導波管ブロック60にも3つの接続導波路61〜63を設ける。ここで、出力導波路51〜53の間隔を等しくし、中央の出力導波路52が入力導波路41の延長線上に位置し、その間を中央の接続導波路62が接続した状態を、中間領域に対応する接続位置とする。また、入力導波管40側の接続導波路61、63の開口位置は、中央の接続導波路62の開口位置から所定距離L離れており、出力導波管50側の接続導波路61、63の開口位置は、出力導波路51、53の開口位置より外側に所定距離L離れている。なお、図示しないが、この図8に示したスイッチ30にも各導波路に図6で示したような電磁波漏出防止用の溝が設けられているものとする。
For example, when dividing into three regions, as shown in FIG. 8A, as the
したがって、図8の(a)の状態から接続導波路ブロック60をY方向にLだけ移動すれば、図8の(b)のように、入力導波路41と出力導波路51の間が接続導波路61を介して接続された低域に対応する接続位置となり、図8の(a)の状態から接続導波路ブロック60をY方向に−Lだけ移動すれば、図8の(c)のように、入力導波路41と出力導波路53の間が接続導波路63を介して接続された高域に対応する接続位置となる。
Therefore, if the
そして、少なくとも中間領域と高域に対応する接続導波路62、63に、それぞれの領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ71、72を設けることで、前記同様にイメージスプリアスを抑制することができる。
Further, by providing the
20……ミリ波帯スペクトラムアナライザ、21……フィルタ、25A、25B……電波ハーフミラー、30……スイッチ、31……ベース部、35……駆動装置、40……入力導波管ブロック、40a、40b……端面、41……入力導波路、45A、45B……溝、50……出力導波管ブロック、50a、50b……端面、51、52、53……出力導波路、55A、55B、56A、56B……溝、60……接続導波管ブロック、60a、60b……端面、61、62、63……接続導波路、55A、55B、56A、56B、57A、57B、58A、58B……溝、70、71、72、75……ハイパスフィルタ、81、82……ミキサ、85……ローカル信号発生器、87……スイッチ、90……スペクトラム解析部、95……表示部、96……操作部、100……制御部 20... Millimeter wave spectrum analyzer, 21... Filter, 25 A, 25 B .. radio wave half mirror, 30... Switch, 31. , 40b... End face, 41... Input waveguide, 45A, 45B... Groove, 50... Output waveguide block, 50a, 50b .. end face, 51, 52, 53 ... output waveguide, 55A, 55B 56A, 56B ... groove, 60 ... connecting waveguide block, 60a, 60b ... end face, 61,62,63 ... connecting waveguide, 55A, 55B, 56A, 56B, 57A, 57B, 58A, 58B ...... Groove, 70, 71, 72, 75..High-pass filter, 81, 82..Mixer, 85 .... Local signal generator, 87 .... Switch, 90..Spectrum analysis unit, 95 .. Radical 113, 96 ...... operation unit, 100 ...... control unit
Claims (3)
前記所定周波数範囲を複数の領域に分け、該各領域の信号をそれぞれ所定の中間周波数帯に変換する複数のミキサ(81、82)と、
前記複数のミキサのうち前記測定周波数が含まれる領域に応じたミキサに対して、前記フィルタの出力を選択的に出力するスイッチ(30)と、
前記複数のミキサによって前記中間周波数帯に変換された信号を受けて、前記測定周波数についてのスペクトラム解析を行なうスペクトラム解析部(90)とを有するミリ波帯スペクトラムアナライザにおいて、
前記スイッチを、
ベース部(31)と、
前記ベース部に固定され、前記フィルタの出力信号を受けて伝搬する入力導波路(41)が第1の端面から第2の端面まで連続するように形成された入力導波管ブロック(40)と、
前記ベース部に固定され、前記複数のミキサにそれぞれ接続される複数の出力導波路(51、52、53)が、前記入力導波管ブロックの前記第2の端面に平行な第3の端面から第4の端面まで連続するように形成された出力導波管ブロック(50)と、
前記ベース部に支持され、前記入力導波路と前記複数の出力導波路との間を選択的に接続するための複数の接続導波路(61、62、63)が、前記入力導波管ブロックの前記第2の端面に対向する第5の端面から、前記出力導波管ブロックの前記第3の端面に対向する第6の端面まで連続するように形成され、前記入力導波管ブロックおよび前記出力導波管ブロックに対してスライド移動し、異なる複数の位置で、前記入力導波路と前記複数の出力導波路の間を選択的に接続させる接続導波管ブロック(60)とによって構成するとともに、
前記スイッチの複数の接続導波路のうち、少なくとも高域側の領域に対応するミキサに前記入力導波路を接続させるための接続導波路の途中に、該領域の下限をカットオフ周波数とするハイパスフィルタ(70、71、72)を形成したことを特徴とするミリ波帯スペクトラムアナライザ。 A filter (21) for receiving a signal within a predetermined frequency range of the millimeter wave band and extracting a signal component of a measurement frequency swept within the predetermined frequency range;
A plurality of mixers (81, 82) for dividing the predetermined frequency range into a plurality of regions, and converting the signals of the respective regions into predetermined intermediate frequency bands;
A switch (30) for selectively outputting the output of the filter to a mixer corresponding to a region including the measurement frequency among the plurality of mixers;
In a millimeter wave band spectrum analyzer having a spectrum analysis unit (90) that receives a signal converted into the intermediate frequency band by the plurality of mixers and performs spectrum analysis on the measurement frequency,
The switch,
A base (31);
An input waveguide block (40) fixed to the base portion and formed so that an input waveguide (41) that receives and propagates the output signal of the filter is continuous from the first end face to the second end face; ,
A plurality of output waveguides (51, 52, 53) fixed to the base portion and respectively connected to the plurality of mixers are provided from a third end face parallel to the second end face of the input waveguide block. An output waveguide block (50) formed to be continuous to the fourth end face;
A plurality of connection waveguides (61, 62, 63), which are supported by the base portion and selectively connect between the input waveguide and the plurality of output waveguides, are provided on the input waveguide block. The input waveguide block and the output are formed so as to be continuous from a fifth end surface facing the second end surface to a sixth end surface facing the third end surface of the output waveguide block. A sliding waveguide relative to the waveguide block, and a connection waveguide block (60) for selectively connecting the input waveguide and the plurality of output waveguides at a plurality of different positions;
A high-pass filter having a cut-off frequency at the lower limit of the connection waveguide for connecting the input waveguide to a mixer corresponding to at least the high-frequency region among the plurality of connection waveguides of the switch (70, 71, 72) A millimeter-wave band spectrum analyzer characterized by being formed.
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