JP2520614B2 - スペクトラムアナライザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高周波電気信号の解析に用いられるスペクト
ラムアナライザに関するものである。

特に、スペクトラムアナライザで使用されるシグナル
トラック動作を改善する技術に関する。

（従来の技術） スペクトラムアナライザの掃引速度に比較してゆっく
りと周波数が変化する信号を観測する場合、繰返し掃引
の各掃引の終了毎に、信号が表示された位置を検出し、
次回は掃引はこの位置が画面内中央に近づくようにスペ
クトラムアナライザの掃引の中心周波数を毎回補正する
ようにすれば、周波数が変化している入力信号を常にス
ペクトラムアナライザのCRT表示画面の中央付近に表示
することができ便利であることは公知（U.S.Pat.4,257,
104）であり、このような動作は一般にシグナルトラッ
ク動作と呼ばれている。このシグナルトラック動作にお
いて、信号周波数は、CRT表示画面の一定の範囲内で最
大レベルを与える周波数として検出されている。第７図
はこうした従来のシグナルトラック動作の一例の流れ図
である。

（発明が解決しようとする問題点） 第７図に示されるようなシグナルトラック動作を行な
っているときに、入力信号の周波数が大きく変化し、ス
ペクトラムアナライザの掃引周波数範囲から外れた場
合、または入力信号のレベルが大きく低下し、雑音レベ
ル程度以下となった場合は、最大レベルを示す周波数fp
を検出する段階で雑音のピークを示した周波数が信号周
波数と誤認され、この誤認された信号が次回の掃引時の
中心周波数と設定されてしまう。この様な状態でシグナ
ルトラック動作を継続すると、雑音のピークを示す周波
数は、ランダムに変化するものであるから、中心周波数
は雑音信号のピーク値に追従して信号周波数から大きく
離れた予想外の値に変化してしまい、使用者がシグナル
トラック動作を終了させたとき、元の信号受信状態にも
どすことが困難という場合がしばしばあった。また、信
号のレベルが雑音レベルよりも十分大きくしかも信号の
一掃当たりの周波数変化がスペクトラムアナライザの掃
引範囲内に収まっている場合でも、周波数がつねにラン
ダムに変化し、画面内の信号の位置がつねに左右にフラ
ツクようになった場合もシグナルトラックはその動作に
意味がなくなり、むしろ信号の本来の動きが見えなくな
るという意味で有害となっていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされた
もので有効なシグナルトラック動作が維持できなくなっ
た場合、自動的にシグナルトラック動作を終了させ、元
の該定周波数範囲から大きく外れないようにするもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、シグナルトラック動作を継続する事が使用
者にとって有益かどうかを判断する必要性に鑑みなされ
たものであり、まずシグナルトラック動作継続時におい
て画面内の最大レベル信号の横軸における位置のゆらぎ
（分散性）を検知する手段を備え、さらにこのゆらぎの
値が、ある一定値を越えた回数を計数する手段及びこの
計数値によりシグナルトラックの継続の可否を判断する
手段を有し、これらの手段により従来技術の欠点を解決
するものである。

なお、前記ゆらぎ（分散性）の検知手段において、ゆ
らぎの中心値を、画面内中央付近に限定したものが第１
の発明、中央付近に限定せず、画面内の任意点としたの
が第２の発明である。第４図は第１の発明の動作を示す
流れ図である。以下に第１図及び第４図に従って、第１
の発明の動作を説明する。

シグナルトラック動作の開始が指令される（S1）と、
まず、計数回路20の値を０にリセットする（S2）。次ぎ
に、その時設定されていた条件（中心周波数ｆ、掃引周
波数幅）で掃引を行い（S3）、掃引終了後、この回の掃
引中で一定範囲内すなわち観測している区間の最大レベ
ルを示した周波数fpをf_P検出手段15で検出してこれを記
憶手段17に記憶しておく（S4）。次に中心周波数f_Cとf_p
との差f_R＝f_C−f_pを演算手段16で求める（S5）。計数回
路20で|f_R|がその時の掃引周波数幅に応じた第一の所定
値、例えば掃引周波数幅の1/4を越えているか否かを判
定し（S6）、越えていれば計数回路20の値を増分し（S
7）、越えていなければ計数回路20の値を０にリセット
する（S8）。次に、計数回路20の値を調べ（S9）、これ
が第二の所定値、例えば２に達していなければシグナル
トラック継続か否かの判定（S10）に進むが、もしそう
でなければシグナルトラック動作を終了とする（S1
2）。S10の継続か否かの判定は操作部13を通じて操作者
によて終了操作が行われたか否かの判定であり、これで
継続となった場合はfpを次回掃引の中心周波数と予め
（S11）、S3の掃引に戻る。以降、操作者による終了操
作または計数回路20の値が第２の所定値（ここでは２）
となって終了するまでこのループを繰返す。

第５図は第２の発明の動作を示す流れ図である。以下
に第３図及び第５図に従って本発明の動作を説明する。

シグナルトラック動作の開始が指令される（S1）と、
まず、計数回路20の値を０にリセットする（S2）。次ぎ
に、その時設定されていた条件（中心周波数f_C、掃引周
波数幅）で掃引を行い（S3）、掃引終了後、この回の掃
引中の最大レベルを示した周波数f_pをf_P検出手段15で検
出して、第１の記憶手段17で記憶しておく（S4）。さら
にf_Cとf_Pの差f_Rを第１の演算手段16で求める（S5）。次
にこのf_Rと前回掃引時のf_R（これをf_RBとする）との差
Δf_Rを第２の演算手段19で求める（S6）。ただし、最初
の掃引の場合f_RB＝f_Rとする。計数回路20でΔf_Rがその
時の掃引周波数幅に応じた第１の所定値、例えば掃引周
波数幅の1/2を越えているか否かを判定し（S7）、越え
ていれば計数回路20の値を増分し（S8）、越えていなけ
れば０にリセットする（S9）。次に、計数回路20の値を
調べ（S10）、これが第二の所定値、例えば２に達して
いなければシグナルトラッ継続か否かの判定（S11）に
進むが、もしそうでなければシグナルトラック動作を終
了とする（S13）。S11の継続か否かの判定は操作者によ
って終了操作が行われたか否かの判定で、これで継続と
なった場合は制御手段21によってf_Pを次回掃引の中心周
波数と定め（S12）、S3の掃引に戻る。以降、操作者に
よる終了操作または計数回路20の値が第２の所定値とな
って終了するまでこのループを繰返す。

（作用） 第１の発明の作用 第１の発明によれば、信号の周波数の変化が一回の掃
引毎にCRT画面内の1/4の範囲に収まっているような比較
的穏やかな変化に対しては、従来のシグナルトラック動
作と同様に働き、しかも信号周波数が一回の掃引時間内
に、掃引周波数幅の例えば1/4以上変動する状態が連続
して起こるようにスペクトラムの画面内におけるゆらぎ
が大きく、シグナルトラックを継続しても有効とならな
い場合には、自動的にこの動作を終了させることができ
る。

これは、スペクトラムアナライザの掃引周波数範囲内
で大きく信号が変動している場合に限らず、入力信号が
断となった場合や、信号周波数が掃引周波数範囲外とな
って信号を見失ってしまった場合にも有効である。なぜ
なら、このような場合スペクトラムアナライザの表示画
面内には雑音信号のみしか表示されず、そのピークレベ
ルを示す周波数はランダムに変動し、この周波数のセン
タ周波数からの偏移量は最大で掃引周波数範囲の1/2と
なるから２回続けて掃引周波数範囲の1/4以上変動する
ことは、掃引を繰返すうちに必ず発生するからである。

第２の発明の作用 シグナルトラック動作中に画面内の信号位置がランダ
ムに動きはじめたときこれを検知し、このような信号に
対してシグナルトラック動作を継続することは有益でな
いのでシグナルトラックを中止することに変わりは無い
が、信号のランダム性（画面内スペクトラムの分散性）
の検知の方法が異なる。この場合掃引毎の中心周波数の
補正値の変化量（前回補正値と今回補正値の差分）が掃
引周波数幅の例えば1/2以内に収まっているような、変
化に対しては、従来のシグナルトラック動作と同様に働
く。また、信号速度のゆらぎが大きくなり前記補正値の
変化量が上記範囲を連続して超えるようなシグナルトラ
ックを継続しても有効とならない場合には自動的にシグ
ナルトラック動作を終了させることができる。

これは、スペクトラムアナライザの掃引範囲内で信号
が大きく変動している場合に限らず、入力信号が断とな
った場合や、信号周波数が掃引周波数範囲外となって、
信号を見失ってしまった場合にも有効である。なぜなら
このような場合、スペクトラムアナライザの表示画面内
には雑音信号のみしか表示されず、そのピークレベルを
示す周波数はランダムに変動するが、この周波数の中心
周波数からの偏移量は最大で掃引周波数幅の1/2とな
り、この偏移量の変動（前回偏移量と今回偏移量の差）
は最大で掃引周波数幅と一致するから、この変動が２回
続けて掃引周波数幅の1/2以上になることは掃引を繰り
返すうちに必ず発生するからである。

（実施例） 第１図は第１の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。

入力端子１より入力された信号は、RF信号入力回路２
を通り、ミキサ３でローカル発振器９の出力と混合され
て、周波数変換される。ミキサ３のIF出力はIF回路４を
通り検波回路５で入力信号強度に対応した検波出力に変
換される。検波出力は掃引信号に同期して制御されるA/
D変換回路６でデジタル値に変換され、画像データメモ
リ７に記憶される。記憶された画像データはCRT表示回
路８によりCRT上に描画される。

f_P検出手段15では、スペクトラムアナライザの掃引が
終了する毎に、画像データモリ７の内容を読取り最大レ
ベルを示した周波数f_Pが検出され、このf_Pは記憶手段17
に記憶される。演算手段16では、制御手段21内に記憶さ
れている掃引の中心周波数f_Cと上記f_Pとの差f_R＝f_C−f_P
が計算され、その値が計数回路20に送られる。計数回路
20ではf_Rがその時の掃引周波数幅に応じた第１の所定値
（例えば掃引周波数幅の1/4）を越えているか否かが判
定され、もし越えていれば計数回路20の値は１だけ増分
される。そうでない場合は、計数回路20の値は０にリセ
ットされる。また、この計数回路20の値は、シグナルト
ラックの開始時にもマイクロプロセッサ12により０にリ
セットされる。制御手段21では計数回路20の値を読取り
これが第２の所定値（たとえば２）に達しているか否か
が判定される。計数回路20の値が第２の所定値に達して
いない場合は制御手段21はここに記憶されている掃引の
中心周波数f_Cの値をf_Pの値に変更して、シグナルトラッ
クを続けるようマイクロプセッサ13に知らせ、そうでな
い場合はf_Cの変更を行わずシグナルトラックを終了する
ようマイクロプロセッサ12に知らせる。マイクロプロセ
ッサ12は、制御回路21からの情報に従い、掃引信号発生
回路10、サンプリング制御回路11を制御して第４図の流
れ図に示されたシグナルトラック動作を行う。プログラ
ムメモリ14はこうした一連のマイクロプロセッサ12の動
作を行わせるためのものである。

この実施例においてシグナルトラックを続けるか否か
の判定に用いられる第１の所定値は、掃引周波数幅の1/
2から０の間の任意の値に設定することが可能である
が、この値が小さいと、信号のわずかなゆらぎで簡単な
シグナルトラック動作が終了し、逆に1/2に近づく程シ
グナルトラックを停止すべき状態、例えば信号が断とな
ったときなどに、実際に停止されるまでに余分に行われ
る掃引の回数が増加することになる。したがって、これ
を掃引周波数幅の1/4とすることは一つの望ましい選択
である。またシグナルトラック動作の自動終了を判定す
る第２の所定値は１以上の任意の数で良い。しかし、こ
れを２以上の数とすれば、一時的に大きく変化してもす
ぐ復帰するような信号や信号レベルが低く時々成分のピ
ークの信号と誤って検出するような場合においても、継
続して信号成分をとらえなおせるようになる。これによ
って誤ってシグナルトラックを終了させてしまう危険を
少なくできる。ただし、この値を大きくした場合、信号
を見失って雑音のみがとらえられている場合に自動終了
するまでに行われる余分の掃引回数が増加する欠点を生
じるので、数を適当に選ぶとよい。

第６図のイ図はこような例で、イ１は前回掃引時の波
形で、このとき信号が大きく移動し、その後その周波数
に止まったため今回の掃引以降はイ２に示すように画面
内中心位置に止まる。第６図において図面内の矢印は信
号の動きを説明するための記号で、実線は掃引直前まで
の信号の移動の向き、破線は掃引直後の信号の移動の向
きを示し、破線矢印が無いのは掃引終了直後、信号の動
きが停止したことを示す。

第２図は、第１の発明の他の実施例を示すブロック図
である。この実施例は、第１図の実施例における15〜21
の各種手段を一個のマイクロコンピュータ22によって実
現したもので、装置を大幅に簡略化できる利点がある。

第３図は第２の発明の一実施例を示すブロック図であ
る。

入力端子１より入力された信号は、RF信号入力回路２
を通り、ミキサ３でローカル発振器９の出力と混合され
て、周波数変換される。ミキサ３のIF出力はIF回路４を
通り検波回路５で入力信号強度に対応した検波出力に変
換される。検波出力は掃引信号に同期して制御されるA/
D変換回路６でデジタル値に変換され画像データメモリ
７に記憶される。記憶された画像データはCRT表示回路
８によりCRT上に描画される。f_P検出手段15では、スペ
クトラムアナライザの掃引が終了する毎に、画像データ
メモリ７の内容を読取り最大レベルを示した周波数f_Pが
検出され、このf_Pは第１の記憶手段17に記憶される。第
１の演算手段16では、制御手段21内に記憶されている掃
引の中心周波数f_Cと上記との差f_R＝f_C−f_Pが計算され、
その値が第２の記憶手段18へ送られる。第２の記憶手段
18は２個のメモリを持ち、前回掃引時のf_Rの値もf_RBと
して保持されている。第２の演算手段19では第２の記憶
手段18に記憶されているf_R,f_RBの差Δf_R＝f_R−f_RBが計
算され、その値が計数回路20へ送られる。

計数回路20では｜Δf_R|が、その時の掃引周波数幅に
応じた第１の所定値（例えば掃引周波数幅の1/2）を越
えているか否かが判定され、もし越えていれば計数回路
20の値は１だけ増分される。そうでない場合は計数回路
20の値は０にリセットされる。また、この計数回路20の
値は、シグナルトラックの開始時にもマイクロプロセッ
サ12により０にリセットされる。制御手段21では計数回
路20の値を読取りこれが第２の所定値（たとえば２）に
達しているか否かが判定される。計数回路20の値が第２
の所定値に達していない場合は制御手段21はここに記憶
されている掃引の中心周波数f_Cの値をf_Pの値に変更し
て、シグナルトラックを続けるようマイクロプロセッサ
12に知らせ、そうでない場合はf_Cの変更を行わずシグナ
ルトラックを終了するようマイクロプロセッサ12に知ら
せる。マイクロプロセッサ12は、制御回路21からの情報
に従い、掃引信号発生回路10、サンプリング制御回路11
を制御して第６図の流れ図に示されたシグナルトラック
動作を行う。プログラムメモリ14はこうした一連のマイ
クロプロセッサ12の動作を行わせるためのものである。

本発明において、シグナルトラックを続けるか否かの
判定に用いられる第１の所定値は掃引周波数幅の１から
０の間の任意の値に設定することが可能である。この第
１の所定値と比較される中心周波数の補正値の差（前回
掃引時の補正値と今回掃引時の補正値の差）はとりも直
さず信号の移動速度の変動分（例えば信号が定速で移動
している場合は０）であるから、この値が小さいと、信
号速度のわずかなゆらぎで簡単にシグルトラック動作が
停止し、逆に掃引周波数幅の１に近づく程シグナルトラ
ックを停止すべき状態、例えば信号が断となったときな
ど、実際にシグナルトラックが停止されまでに余分に行
なわれる掃引の回数が増加することになる。したがっ
て、これを掃引周波数幅の1/2とすることは一つの望ま
しい選択である。またシグナルトラック動作の自動終了
を判定する第２の所定値は１以上の任意の数で良いが２
以上の数とすれば、一時的に大きく変化してすぐ復帰す
るような信号や信号の移動速度の変動分は許容差内で
も、途中で向きが変わる様な信号（例えば三角波で掃引
されている場合）に対する追従性を良くすることができ
る。さらに信号レベルが低く時々雑音成分のピークを信
号と誤って検出するような場合においても、継続して信
号成分をとらえなおせるようにでき、これにより、誤っ
てシグナルトラックを終了させてしまう危険を少なくす
ることができる。ただし、この数を大きくした場合、信
号を見失って雑音のみがとらえられている場合に、自動
終了するまでに行われる余分の掃引回数が増加する欠点
を生じるので、数を適当に選ぶとよい。第６図ロはこの
例で、ロ１の掃引直前まで信号は定速で高周波側に移動
していたものとし、この直後向きを低周波側に変えた場
合、今回の掃引後の波形はロ２の様になり、最大レベル
のスペクトルは中心より左側へ移動する。この後、信号
が定速で移動し続けるならば、後はこの位置に止まる。

第２図は、第２の発明の他の実施例を示すブロック図
である。この実施例は第３図の実施例における15〜21の
各種手段を一個のマイクロコンピュータ22によって実現
したもので装置を大幅に簡略化できる利点がある。

（発明の効果） 第１の発明の効果 本発明では信号のゆらぎの検出手段、シグナルトラッ
ク動作の継続可否判断および制御手段をとり込んだので
比較的穏やかに変化する信号に対しては、従来のシグナ
ルトラック動作と同様に働き、しかも信号のランダムな
動きがある一定の範囲を超えたときには、無意味なシグ
ナルトラック動作を終了させ、信号自体のゆらぎを確認
できる様にし、更に入力信号が断となった場合や信号周
波数が掃引周波数範囲外となって、信号を見失ってしま
った場合にも、無信号の状態でノイズのピークを信号と
誤認し、徒に中心周波数を補正し続け、元の周波数から
遠く離れた設定になってしまう不便も防止し、スペクト
ラムアナライザを使い易いものにした。

第６図（ハ）は、画面内信号が無いときに、シグナル
トラックを継続する場合の不便さを示すものである。信
号周波数が一旦掃引周波数範囲外に飛び出しても（ハ
１）、飛び出したことを検知できずに徒らにシグナルト
ラックを継続した場合、掃引周波数範囲（画面の周波
数）が信号から大きく遠ざかる場合も有り得るが、本願
はそれを無くす効果がある。

第２の発明の効果 第２の発明では第３図において第１の発明には無い第
２の記憶手段18と第２の演算手段19を追加し、掃引毎の
中心周波数の補正値のみならず、その変化量（前回補正
値と今回補正値の差分）をも検出することから、シグナ
ルトラックの追従性が向上した。第１の所定値を小さく
設定することにより、信号断等となったときなどは敏感
にこれを検知し、シグナルトラックを停止するが、ドリ
フトする信号などの様にほぼ一定速度で移動する信号を
監視する等の時は、信号の速度が速くても確実に追従す
ることができる。したがって、さらに使い易いスペクト
ラムアナライザを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の第１の発明を示すブロック図、第２図は
第１及び第２の発明における他の実施例を示す図、第３
図は本願の第２の発明を示すブロック図、第４図は本願
第１の発明のスペクトラムアナライザにおけるシグナル
トラック動作の流れ図、第５図は本願第２の発明のスペ
クトラムアナライザにおけるシグナルトラック動作の流
れ図、第６図は本願発明のスペクトラムアナライザの表
示状態の例を示す図、第７図は従来例を示す。図中の１
は入力端子、２はRF信号入力回路、３はミキサ、４はIF
回路、５は検波回路、６はA/D変換回路、７は画像デー
タメモリ、８はCRT表示回路、９はローカル発振器、10
は掃引信号発生回路、11はサンプリング制御回路、12は
マイクロプロセッサ、13は操作部、14はプログラムメモ
リ、15はf_P検出手段、16は演算手段（第１の演算手
段）、17は記憶手段（第１の記憶手段）、18は第２の記
憶手段、19は第２の演算手段、20は計数回路、21は制御
手段、22はマイクロコンピュータ、f_Pは画面内最大レベ
ルの周波数、f_Cは画面の中心周波数、f_Rはf_Cとf_Pの差
（f_C−f_P）、f_RBは前記掃引時のf_Rの値を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掃引速度に比べ遅い速度で変化する周波数
   を有する入力信号を繰返し掃引し、該入力信号のスペク
   トラムを表示する際に、該スペクトラム内で最大のレベ
   ルを有するスペクトルを、つねに表示画面の中央付近に
   位置させるために、各掃引毎に掃引の中心周波数（f_C）
   を入力信号の周波数に追従する様に修正するシグナルト
   ラック動作を有するスペクトラムアナライザにおいて、 表示画面内で最大のレベルのスペクトルの周波数（f_P）
   を検出する手段（15）と、 該最大のレベルのスペクトルの周波数（f_P）を記憶する
   記憶手段（17）と、 前記中心周波数（f_C）と前記記憶手段に記憶されたスペ
   クトル周波数（fp）とから、次回掃引のための中心周波
   数（f_C）の補正値（f_R）を計算する演算手段（16）と、 該中心周波数の補正量（|f_R|）が掃引周波数幅に応じた
   第一の所定値より大きいと判断したときは、増分され、
   かつ前記判断と異なるときは、リセットされる計数回路
   （20）と、 該計数回路の値が第二の所定値であると判断したときは
   前記シグナルトラック動作を終了する制御手段（21）と
   を有することを特徴としたスペクトラムアナライザ。
2. 【請求項２】掃引速度に比べ遅い速度で変化する周波数
   を有する入力信号を繰返し掃引し、該入力信号のスペク
   トラムを表示する際に、該スペクトラム内で最大のレベ
   ルを有するスペクトルを、つねに表示画面の中央付近に
   位置させるために、各掃引毎に掃引の中心周波数（f_C）
   を入力信号の周波数に追従する様に修正するシグナルト
   ラック動作を有するスペクトラムアナライザにおいて、 表示画面内で最大のレベルのスペクトルの周波数（f_P）
   を検出する手段（15）と、 該最大のレベルのスペクトル周波数（f_P）を記憶する記
   憶手段（17）と、 前記中心周波数（f_C）と前記記憶手段に記憶されたスペ
   クトル周波数（fp）とから、次回掃引のための中心周波
   数（f_C）の補正値（f_R）を計算する演算手段（16）と、 少なくとも連続する二掃引について、該中心周波数
   （f_C）の補正値（f_RB,f_R）を記憶する第２の記憶手段
   （18）と、 該記憶手段に記憶されている先行する掃引時の中心周波
   数（f_C）の補正値（f_RB）とその次の回の掃引の中心周
   波数（f_C）の補正値（f_R）との差（f_R−f_RB）を計算す
   る第２の演算手段（19）と、 該中心周波数（f_C）の補正値の差量（|f_R−f_RB|）が、
   掃引周波数幅に応じた第１の所定値より大きいと判断し
   たときは、増分され、かつ前記判断と異なるときは、リ
   セットされる計数回路（20）と、 該計数回路の値が第２の所定値であると判断したときは
   前記追従を停止する制御手段（21）とを有することを特
   徴としたスペクトラムアナライザ。