JP5186474B2

JP5186474B2 - 測定装置及び周波数切替方法

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Publication number: JP5186474B2
Application number: JP2009286392A
Authority: JP
Inventors: 暢大谷; 桃子稲童丸; 裕司岸
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP2011127994A

Description

本発明は、ローカル信号を発生する複数の電圧制御発振器を備えた測定装置及び周波数切替方法に関する。

従来、ローカル信号を発生させる構成を有する測定装置としてスペクトラムアナライザが知られている。スペクトラムアナライザは、所望観測帯域のどの周波数にどのようなレベルの信号が存在するかを示すスペクトラム波形を表示する装置であり、一般的に図６に示す基本構成を有している。

すなわち、入力信号Ｓ_ＩＮは、周波数変換部５１のミキサ５２に入力され、ローカル信号発生器５３からのローカル信号Ｌとミキシングされ、その差または和（以下の説明では差とする。）の周波数成分のうち、所定の中間周波帯の信号成分Ｍがフィルタ５４によって抽出される。

ここで、フィルタ５４の通過中心周波数をＦ_ＩＦ、ローカル信号Ｌの周波数をＦ_Ｌとし、中間周波帯に変換しようとする解析対象信号の周波数Ｆ_ＩＮよりローカル周波数Ｆ_Ｌが高い上側ヘテロダインでミキシングすると仮定すると、
Ｆ_Ｌ−Ｆ_ＩＦ＝Ｆ_ＩＮ
の関係が成り立つ。

ここで、例えば、Ｆ_ＩＦ＝１ＧＨｚとし、ローカル周波数Ｆ_Ｌを１．１ＧＨｚから２ＧＨｚまで掃引すれば、解析対象信号の周波数Ｆ_ＩＮは、１００ＭＨｚから１ＧＨｚまで変化することになる。つまり、フィルタ５４からは、入力信号Ｓ_ＩＮのうち１００ＭＨｚから１ＧＨｚまでの信号成分がその元の周波数順に時系列に抽出されることになる。

なお、ここでは周波数変換を１回行う回路例を示しているが、実際には周波数変換部５１内で複数回の周波数変換処理（一般的には固定周波数のローカル信号による。）を行って、より低い周波数帯に変換している。

このローカル信号発生器５３は、例えばＰＬＬ（位相同期ループ）回路を有し、外部から与えられたデータに対応した周波数のローカル信号Ｌを出力できるよう構成されており、そのローカル信号Ｌの周波数掃引は掃引制御部５５から入力される周波数データを順次更新することで行われる。

掃引制御部５５は、図示しない操作部によって指定された基準周波数（スタート周波数あるいはセンター周波数）、掃引幅（スパン）、取得サンプル数等に応じて、ローカル信号Ｌの周波数を所定ステップで掃引させるとともに、その各周波数を示す周波数情報ｆを後述する信号解析部５７に与える。

一方、周波数変換部５１から出力された信号Ｍは、Ａ／Ｄ変換器５６により所定のサンプリング周期（フィルタ５４の通過帯域の上限の２倍以上の周波数）でサンプリングされ、そのサンプリングで得られたデジタルの信号列Ｄｍが信号解析部５７に入力される。

信号解析部５７では、掃引によって得られたデジタルの信号列Ｄｍと周波数情報ｆとを対応付けて受信して図示しないメモリに格納し、指定された帯域制限処理等を行って観測帯域内における周波数対信号強度Ｓ（ｆ）の特性、すなわちスペクトラム特性を求める。

表示部５８は、信号解析部５７が求めたスペクトラム特性の波形を例えば図７に示すように画面に表示する。

ところで、前述のような基本構成をもつスペクトラムアナライザで、要求される最大の観測帯域が、１つのローカル信号発生器の掃引周波数幅に比べて格段に広い場合がある。また、近年では、コストダウンのために、広い掃引幅をもち信号純度の高い高価な発振器（ＹＴＯ）の代わりに、掃引幅は狭いが安価な電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いて測定装置を構成したいという要求もある（例えば、特許文献１参照）。

このような場合には、例えば図８に示すように、要求される最大の観測帯域を複数（この場合３つ）に分割し、その各分割帯域にそれぞれ対応する掃引周波数範囲のローカル信号Ｌａ〜Ｌｃをそれぞれ出力する電圧制御発振器５３ａ〜５３ｃと、それらの出力を選択するスイッチ５３ｄ及び５３ｅとでローカル信号発生器５３が構成されていた。

また、掃引制御部５５とローカル信号発生器５３との間には、掃引制御部５５が出力する制御信号を安定化させるため、制御信号安定化回路５９が設けられていた。

そして、掃引制御部５５は、２つ以上の分割帯域を含む観測帯域が指定された場合に、各電圧制御発振器５３ａ〜５３ｃの掃引制御と、スイッチ５３ｄ及び５３ｅの切替制御とを行って対応するようになっていた。

特開平０８−２０１４５０号公報

しかしながら、図８に示した制御信号安定化回路５９を設けた構成では、周波数切替時に、掃引制御部５５が制御信号を出力してからその制御信号が安定するまでの時間（以下「待ち時間」という。）が経過するまでは解析対象信号が安定しないので、信号解析部５７において解析対象信号の解析等が開始できなかった。なお、待ち時間は、切替前後の周波数間隔及び制御信号安定化回路５９の時定数で決定される。

そのため従来の測定装置では、周波数切替時の待ち時間が最大となる最大の待ち時間を予め求め、その最大の待ち時間を固定値とし、周波数切替の度に最大の待ち時間の経過を待って解析対象信号の解析等を開始するようになっていた。

したがって、従来の測定装置では、最大の待ち時間が固定されていて待ち時間の短縮化が図れないので、解析対象信号の解析等の測定時間を短縮できないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、測定時間の短縮化を図ることができる測定装置及び周波数切替方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る測定装置は、入力電圧に応じて予め定められた周波数帯域内の周波数の信号を発生する複数の電圧制御発振器（１２ａ〜１２ｃ）と、前記信号の周波数の切り替えを指示する周波数切替指示部（１６）と、前記複数の電圧制御発振器のうち前記周波数切替指示部が指示した周波数の信号を発生する電圧制御発振器を選択する電圧制御発振器選択部（２２）と、前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器における前記周波数に応じた電圧を出力する電圧出力部（２４）と、前記電圧出力部の出力電圧を安定化させて前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器に出力する電圧安定化部（１５）と、を備えた測定装置であって、前記周波数切替指示部によって第１周波数から第２周波数に切り替える指示があったとき前記第１周波数に応じた第１電圧と前記第２周波数に応じた第２電圧との電圧差を算出する電圧差算出部（２１）と、前記電圧出力部の出力電圧が前記第１電圧から安定化された前記第２電圧に切り替わるまでの時間を示す待ち時間と、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差と、の関係を表した待ち時間電圧差データを予め記憶するデータ記憶部（２６）と、前記電圧差算出部が算出した前記電圧差及び前記データ記憶部が記憶した前記待ち時間電圧差データに基づいて前記待ち時間を決定する待ち時間決定部（２３）と、前記電圧出力部が前記第２電圧を出力してから前記待ち時間決定部が決定した前記待ち時間が経過したとき周波数が切り替わった旨の情報を出力する周波数切替情報出力部（２５）と、を備え、前記電圧差算出部は、前記複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に前記第２周波数が含まれるとき、前記第２周波数が含まれる一方の周波数帯域の信号を発生する現在選択されている電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第１電圧差と、他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第２電圧差とを算出するとともに、前記第２電圧差が前記第１電圧差よりも小さいときは前記一方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器から前記他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器に切り替えるための切替指示情報を前記電圧制御発振器選択部に出力するものであり、前記待ち時間決定部は、前記第１電圧差及び前記第２電圧差のうち小さい方の電圧差と前記待ち時間電圧差データとに基づいて前記待ち時間を決定するものである構成を有している。

この構成により、本発明の請求項１に係る測定装置は、電圧差算出部が算出した電圧差に応じた待ち時間を決定するので、予め設定した固定値の待ち時間を使用する従来のものよりも、周波数切替時の待ち時間を短縮化することができる。したがって、本発明の請求項１に係る測定装置は、測定時間の短縮化を図ることができる。

また、この構成により、本発明の請求項１に係る測定装置は、複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に含まれる周波数に切り替える場合でも、周波数切替時の待ち時間を従来よりも短縮化することができる。したがって、本発明の請求項１に係る測定装置は、測定時間の短縮化を図ることができる。

さらに、本発明の請求項２に係る測定装置は、前記電圧安定化部（４１）は、抵抗（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ）とが直列接続された複数の直列回路（４１ａ〜４１ｃ）と、前記複数の直列回路のうちの１つを選択するスイッチ（４１ｄ）とを備えたものであり、前記スイッチを切り替えることによって前記電圧安定化部の時定数を切り替える時定数切替部（４２）を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の請求項２に係る測定装置は、電圧安定化部の時定数を切り替えることにより、電圧制御発振器に入力する入力電圧の安定化、又は信号解析等の応答速度の向上化のいずれか一方を優先させることができる。

本発明の請求項３に係る周波数切替方法は、入力電圧に応じて予め定められた周波数帯域内の周波数の信号を発生する複数の電圧制御発振器と、前記信号の周波数の切り替えを指示する周波数切替指示部と、前記複数の電圧制御発振器のうち前記周波数切替指示部が指示した周波数の信号を発生する電圧制御発振器を選択する電圧制御発振器選択部と、前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器における前記周波数に応じた電圧を出力する電圧出力部と、前記電圧出力部の出力電圧を安定化させて前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器に出力する電圧安定化部と、を備えた測定装置において前記複数の電圧制御発振器が出力する信号の周波数を切り替える周波数切替方法であって、前記周波数切替指示部によって第１周波数から第２周波数に切り替える指示があったとき前記第１周波数に応じた第１電圧と前記第２周波数に応じた第２電圧との電圧差を算出する電圧差算出ステップ（Ｓ１２）と、前記電圧出力部の出力電圧が前記第１電圧から安定化された前記第２電圧に切り替わるまでの時間を示す待ち時間と、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差と、の関係を表した待ち時間電圧差データを予め取得しておき、前記待ち時間電圧差データ及び前記電圧差算出ステップで算出した前記電圧差に基づいて前記待ち時間を決定する待ち時間決定ステップ（Ｓ１４）と、前記電圧出力部が前記第２電圧を出力してから前記待ち時間決定ステップで決定した前記待ち時間が経過したとき周波数が切り替わった旨の情報を出力する周波数切替情報出力ステップ（Ｓ１６）と、を含み、前記電圧差算出ステップにおいて、前記複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に前記第２周波数が含まれるとき、前記第２周波数が含まれる一方の周波数帯域の信号を発生する現在選択されている電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第１電圧差と、他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第２電圧差とを算出するとともに、前記第２電圧差が前記第１電圧差よりも小さいときは前記一方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器から前記他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器に切り替えるための切替指示情報を前記電圧制御発振器選択部に出力し、前記待ち時間決定ステップにおいて、前記第１電圧差及び前記第２電圧差のうち小さい方の電圧差と前記待ち時間電圧差データとに基づいて前記待ち時間を決定する構成を有している。

この構成により、本発明の請求項３に係る周波数切替方法は、電圧差算出ステップにおいて算出した電圧差に応じた待ち時間を決定するので、予め設定した固定値の待ち時間を使用する従来のものよりも、周波数切替時の待ち時間を短縮化することができる。したがって、本発明の請求項３に係る周波数切替方法は、測定時間の短縮化を図ることができる。

また、この構成により、本発明の請求項３に係る周波数切替方法は、複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に含まれる周波数に切り替える場合でも、周波数切替時の待ち時間を従来よりも短縮化することができる。したがって、本発明の請求項３に係る周波数切替方法は、測定時間の短縮化を図ることができる。

さらに、本発明の請求項４に係る周波数切替方法は、前記電圧安定化部は、抵抗とコンデンサとが直列接続された複数の直列回路と、前記複数の直列回路のうちの１つを選択するスイッチとを備えたものであり、前記スイッチを切り替えることによって前記電圧安定化部の時定数を切り替える時定数切替ステップを含む構成を有している。

この構成により、本発明の請求項４に係る周波数切替方法は、電圧安定化部の時定数を切り替えることにより、電圧制御発振器に入力する入力電圧の安定化、又は信号解析等の応答速度の向上化のいずれか一方を優先させることができる。

本発明は、測定時間の短縮化を図ることができるという効果を有する測定装置及び周波数切替方法を提供することができるものである。

本発明に係る測定装置の一実施形態であるスペクトラムアナライザの構成を示すブロック図である。本発明に係る測定装置の一実施形態であるスペクトラムアナライザにおいて、ＶＣＯが出力する信号の周波数とＶＣＯ制御電圧との関係を示す制御電圧特性データの一例である。本発明に係る測定装置の一実施形態であるスペクトラムアナライザにおいて、待ち時間決定部による待ち時間の求め方の説明図である。本発明に係る測定装置の一実施形態であるスペクトラムアナライザにおける周波数切替動作のフローチャートである。本発明に係る測定装置の一実施形態であるスペクトラムアナライザにおいて、制御電圧安定化部の他の構成例を示す図である。従来のスペクトラムアナライザの構成を示すブロック図である。従来のスペクトラムアナライザにおいて表示されるスペクトラム特性の波形例を示す図である。従来のスペクトラムアナライザにおいて、複数の電圧制御発振器を備えたローカル信号発生器の構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の測定装置をスペクトラムアナライザに適用した例を挙げて説明する。

まず、本発明の一実施形態におけるスペクトラムアナライザの構成について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００は、周波数変換部１０、制御電圧安定化部１５、操作部１６、Ａ／Ｄ変換器１７、信号解析部１８、表示部１９、掃引制御部２０を備えている。

周波数変換部１０は、アッテネータ（ＡＴＴ）１１、ローカル信号発生器１２、ミキサ１３、フィルタ１４を備えている。

ＡＴＴ１１は、減衰量が可変の減衰器であって、入力信号Ｓ_ＩＮのレベルを所定値に減衰し、ミキサ１３に出力するようになっている。

ローカル信号発生器１２は、３つの電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２ａ、１２ｂ及び１２ｃと、これのうちの１つを選択するスイッチ１２ｄ及び１２ｅとを備え、ローカル信号Ｌを発生してミキサ１３に出力するようになっている。なお、本実施形態では、ローカル信号発生器１２が３つのＶＣＯを備えたものとするが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のＶＣＯを備えていればよい。

ＶＣＯ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは、それぞれ、ＶＣＯ制御電圧を入力することにより、ＶＣＯ制御電圧に応じた周波数の信号Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを出力するようになっている。具体的には、例えば図２に示すように、２Ｖから２０ＶまでのＶＣＯ制御電圧に応じて、ＶＣＯ１２ａは１ＧＨｚから１．４ＧＨｚまでの周波数帯域、ＶＣＯ１２ｂは１．３ＧＨｚから１．７ＧＨｚまでの周波数帯域、ＶＣＯ１２ｃは１．６ＧＨｚから２ＧＨｚまでの周波数帯域の信号を出力するようになっている。以下、図２に例示したような、周波数とＶＣＯ制御電圧との関係を示すデータを「制御電圧特性データ」という。なお、ＶＣＯ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは、本発明に係る複数の電圧制御発振器を構成する。

ここで、ＶＣＯ１２ａ及びＶＣＯ１２ｂの各周波数帯域は、１．３ＧＨｚから１．４ＧＨＺまでの周波数帯域で互いに重複している。また、ＶＣＯ１２ｂ及びＶＣＯ１２ｃの各周波数帯域は、１．６ＧＨｚから１．７ＧＨＺまでの周波数帯域で互いに重複している。したがって、互いに重複した周波数領域においては、２つのＶＣＯ制御電圧が存在している。なお、図２おいて、ＶＣＯ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの各特性を直線で表したが、これに限定されない。

ミキサ１３は、ＡＴＴ１１の出力信号とローカル信号Ｌとをミキシングし、ミキシングした信号をフィルタ１４に出力するようになっている。

フィルタ１４は、入力信号Ｓ_ＩＮのうち予め定められた周波数の信号成分Ｍを通過させ、Ａ／Ｄ変換器１７に出力するようになっている。

制御電圧安定化部１５は、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣを含む回路で構成されている。この制御電圧安定化部１５は、掃引制御部２０が出力するＶＣＯ制御電圧を安定化して、ローカル信号発生器１２に出力するようになっている。ここで、制御電圧安定化部１５は、本発明に係る電圧安定化部を構成する。

操作部１６は、例えば操作ボタンで構成されている。この操作部１６を測定者が操作することによって測定条件が設定されるようになっている。具体的には、測定者が操作部１６を操作することによって、ＡＴＴ１１の減衰量の設定、ローカル信号Ｌの周波数の設定及び切り替え、信号解析部１８における解析条件の設定等が行われるようになっている。ここで、操作部１６は、本発明に係る周波数切替指示部を構成する。

なお、操作部１６に代わる構成で測定条件を設定するものでもよい。具体的には、リスト動作モードと呼ばれる機能や、リモート制御の機能等を備えたスペクトラムアナライザにおいては、操作部１６に代えて例えばＣＰＵ及びプログラムで測定条件を設定することができる。ここで、リスト動作モードとは、測定者が予め設定した複数の測定項目を含むリストに従って連続的に測定動作するモードをいう。

Ａ／Ｄ変換器１７は、フィルタ１４が通過させたアナログの信号成分を入力し、所定のサンプリング周期でサンプリングして、デジタルの信号列Ｄｍを信号解析部１８に出力するようになっている。

信号解析部１８は、掃引によって得られたデジタルの信号列Ｄｍと、掃引制御部２０が出力する周波数情報ｆとを対応づけて図示しないメモリに格納し、指定された帯域制限処理等を行って観測帯域における周波数対信号強度Ｓ（ｆ）の特性、すなわちスペクトラム特性を求めるようになっている。

表示部１９は、例えば液晶ディスプレイで構成され、信号解析部１８が求めたスペクトラム特性の波形を表示するようになっている。

掃引制御部２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、電圧差算出部２１、ＶＣＯ切替部２２、待ち時間決定部２３、制御電圧出力部２４、周波数情報出力部２５、データ記憶部２６を備えている。

電圧差算出部２１は、図２に例示した制御電圧特性データに基づいて、操作部１６によって第１周波数から第２周波数に切り替える指示があったとき、第１周波数に応じた第１電圧と第２周波数に応じた第２電圧との電圧差ΔＶを算出するようになっている。以下、図２に基づいて具体的に説明する。なお、制御電圧特性データは、予めデータ記憶部２６に記憶されている。

図２において、ＶＣＯ１２ａが、ＶＣＯ制御電圧Ｖａを入力して周波数Ｆａ（Ａ点）の信号を出力していた場合を基準として説明する。

まず、操作部１６によって周波数Ｆａから周波数Ｆｂに切り替える指示があったとする。この場合、周波数ＦｂはＶＣＯ１２ａの特性線上のＢ点に対応するので、電圧差算出部２１は、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＡ点とＢ点との間の電圧差ΔＶｂを算出する。

次に、操作部１６によって周波数Ｆａから周波数Ｆｃに切り替える指示があったとする。この場合、周波数ＦｃはＶＣＯ１２ａ及びＶＣＯ１２ｂの重複した周波数帯域に存在する。すなわち、周波数Ｆｃは、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＣ１点と、ＶＣＯ１２ｂの特性線上のＣ２点とに対応する。この場合、電圧差算出部２１は、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＡ点とＣ１点との間の電圧差ΔＶｃ１と、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＡ点とＶＣＯ１２ｂの特性線上のＣ２点との間の電圧差ΔＶｃ２とを算出し、両者のうち小さい方の電圧差（図２ではΔＶｃ２）を採用するようになっている。なお、両者が同電圧の場合は、現在選択されているＶＣＯの電圧差を採用するのが好ましい。

次に、操作部１６によって周波数Ｆａから周波数Ｆｄに切り替える指示があったとする。この場合、周波数ＦｄはＶＣＯ１２ｂの特性線上のＤ点に対応するので、電圧差算出部２１は、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＡ点と、ＶＣＯ１２ｂの特性線上のＤ点との間の電圧差ΔＶｄを算出する。

次に、操作部１６によって周波数Ｆａから周波数Ｆｅに切り替える指示があったとする。この場合、周波数ＦｅはＶＣＯ１２ｃの特性線上のＥ点（Ａ点と同電圧）に対応するので、電圧差算出部２１は、ＶＣＯ１２ａの特性線上のＡ点と、ＶＣＯ１２ｃの特性線上のＥ点との間の電圧差ΔＶｅ（＝０）を算出する。

以上のように、電圧差算出部２１は、操作部１６によってローカル信号Ｌの周波数を切り替える指示があったとき、周波数の切り替えに応じた電圧差ΔＶを算出するようになっている。また、電圧差算出部２１は、算出した電圧差ΔＶを電圧差情報として待ち時間決定部２３に出力するようになっている。

さらに、電圧差算出部２１は、電圧差ΔＶを算出した後、ＶＣＯを切り替えるためのＶＣＯ切替指示情報をＶＣＯ切替部２２に出力するようになっている。例えば、電圧差算出部２１は、操作部１６によって周波数Ｆａから周波数Ｆｃに切り替える指示があった場合は、ＶＣＯ１２ａからＶＣＯ１２ｂに切り替えるためのＶＣＯ切替指示情報をＶＣＯ切替部２２に出力する。なお、ＶＣＯを切り替える必要がない場合は、電圧差算出部２１がＶＣＯ切替指示情報をＶＣＯ切替部２２に出力しない構成としてもよい。

ＶＣＯ切替部２２は、電圧差算出部２１からＶＣＯ切替指示情報を入力し、このＶＣＯ切替指示情報に基づいてスイッチ１２ｄ及び１２ｅを動作させ、ＶＣＯ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃのうちのいずれか１つを選択するようになっている。なお、ＶＣＯ切替部２２は、本発明に係る電圧制御発振器選択部を構成する。

待ち時間決定部２３は、電圧差算出部２１から電圧差信号を入力し、この電圧差信号に基づいて待ち時間を決定するようになっている。ここで、待ち時間とは、制御電圧出力部２４の出力電圧が第１電圧から安定化された第２電圧に切り替わるまでの時間をいう。なお、第２電圧の安定化の度合いは、そのレベル変動に応じて定めることができる。以下、図３に基づき、待ち時間決定部２３の機能について具体的に説明する。

図３（ａ）に示すように、操作部１６によって周波数Ｆ０から周波数Ｆ１に切り替える指示があったとする。この場合、電圧差算出部２１は、ＶＣＯ１２ａの制御電圧特性に基づき、周波数Ｆ０及びＦ１にそれぞれ対応するＶＣＯ制御電圧Ｖ０及びＶ１から電圧差ΔＶ１を算出する。そして、電圧差算出部２１は、電圧差ΔＶ１を示す電圧差情報を待ち時間決定部２３に送る。

待ち時間決定部２３は、受信した電圧差ΔＶ１を示す電圧差情報と、図３（ｂ）に示した電圧差ΔＶと待ち時間Ｔとの関係を示すデータ３１（以下「待ち時間特性データ３１」という。）と、に基づいて待ち時間を決定し、待ち時間Ｔ１を得る。ここで、図３（ｂ）に示したように、待ち時間特性データ３１は、電圧差ΔＶが小さくなるに従って待ち時間Ｔも小さくなることを示している。なお、待ち時間特性データ３１は、データ記憶部２６に予め記憶されているものである。

同様に、待ち時間決定部２３は、図３（ａ）において、周波数Ｆ０から周波数Ｆ２に切り替わったときの電圧差ΔＶ２を示す電圧差情報を受信した場合は、待ち時間Ｔ２を得る。また、同様に、待ち時間決定部２３は、周波数Ｆ０から周波数Ｆ３に切り替わったときの電圧差ΔＶ３を示す電圧差情報を受信した場合は、待ち時間Ｔ３を得る。

以上のように、待ち時間決定部２３は、電圧差情報と待ち時間特性データ３１とに基づいて待ち時間を決定し、決定した待ち時間を待ち時間情報として周波数情報出力部２５に出力するようになっている。

また、待ち時間決定部２３は、切替後の周波数に対応するＶＣＯ制御電圧を示す制御電圧指示情報を制御電圧出力部２４に出力するようになっている。

なお、図３（ｂ）に示した待ち時間特性データ３１に代えて、図３（ｂ）に波線で示すように、待ち時間特性データ３１に所定の時間的なマージンを加えた待ち時間特性データ３２を用いて、待ち時間決定部２３が電圧差ΔＶに対応する待ち時間を決定する構成としてもよい。また、データ記憶部２６に待ち時間特性データ３１を示す関数データを記憶させ、待ち時間決定部２３が、その関数を用いて電圧差ΔＶに対応する待ち時間を算出する構成としてもよい。なお、図３（ｂ）においては、待ち時間特性データ３１及び３２を直線で示したが、これに限定されない。

制御電圧出力部２４は、待ち時間決定部２３から制御電圧指示情報を入力し、この制御電圧指示情報に基づいたＶＣＯ制御電圧を制御電圧安定化部１５に出力するようになっている。また、制御電圧出力部２４は、ＶＣＯ制御電圧を制御電圧安定化部１５に出力した時刻を示す制御電圧出力時刻情報を周波数情報出力部２５に出力するようになっている。なお、制御電圧出力部２４は、本発明に係る電圧出力部を構成する。

周波数情報出力部２５は、待ち時間決定部２３から待ち時間情報を受信するとともに、制御電圧出力部２４から制御電圧出力時刻情報を受信するようになっている。また、周波数情報出力部２５は、制御電圧出力時刻から待ち時間が経過すると、ローカル信号Ｌの周波数を示す周波数情報ｆを信号解析部１８に出力するようになっている。この結果、信号解析部１８は、ローカル信号Ｌの周波数がどの周波数に切り替わったかを知ることができる。なお、周波数情報出力部２５は、本発明に係る周波数切替情報出力部を構成する。

なお、周波数情報出力部２５が、例えば、待ち時間の経過前に周波数情報ｆを信号解析部１８に出力しておき、待ち時間の経過後に測定の開始を示す信号を信号解析部１８に出力して、周波数情報ｆに基づいた信号解析を信号解析部１８に開始させるよう構成してもよい。

データ記憶部２６は、図２に例示した制御電圧特性データや、図３（ｂ）に例示した待ち時間特性データ３１を予め記憶するようになっている。制御電圧特性データや待ち時間特性データ３１は、実験等により予め取得されたデータである。

次に、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００の動作について、図１〜図４に基づき説明する。以下の説明では、スペクトラムアナライザ１００において、ローカル信号Ｌの周波数を周波数Ｆａから所望の周波数Ｆｘに切り替える周波数切替動作について説明する。また、電圧差算出部２１は制御電圧特性データを、待ち時間決定部２３は待ち時間特性データ３１を、それぞれ、データ記憶部２６から読み出しているものとする。

まず、測定者が、周波数を切り替えるため操作部１６を操作し、所望の周波数Ｆｘを入力する（ステップＳ１１）。その結果、電圧差算出部２１は、周波数Ｆｘの情報を取得する。

電圧差算出部２１は、データ記憶部２６から読み出した制御電圧特性データに基づいて、現在のローカル信号Ｌの周波数Ｆａに応じたＶＣＯ制御電圧Ｖａと、周波数Ｆｘに応じたＶＣＯ制御電圧との電圧差ΔＶを算出する（ステップＳ１２）。この電圧差ΔＶを示す電圧差情報は、電圧差算出部２１から待ち時間決定部２３に送られる。なお、ステップＳ１２は、本発明に係る電圧差算出ステップを構成する。

また、電圧差算出部２１は、ＶＣＯを切り替えるためのＶＣＯ切替指示情報をＶＣＯ切替部２２に出力する。ＶＣＯ切替部２２は、ＶＣＯ切替指示情報に基づいてスイッチ１２ｄ及び１２ｅを動作させ、ＶＣＯを切り替える（ステップＳ１３）。

待ち時間決定部２３は、ステップＳ１２において電圧差算出部２１が出力した電圧差情報と、データ記憶部２６から読み出した待ち時間特性データ３１とに基づいて待ち時間Ｔを決定する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１４は、本発明に係る待ち時間決定ステップを構成する。

そして、待ち時間決定部２３は、切替後の周波数に対応するＶＣＯ制御電圧を示す制御電圧指示情報を制御電圧出力部２４に出力する。また、待ち時間決定部２３は、決定した待ち時間Ｔを待ち時間情報として周波数情報出力部２５に出力する。なお、待ち時間を決定するステップＳ１４と、ＶＣＯを切り替えるステップＳ１３との順序を入れ替えてもよい。

制御電圧出力部２４は、待ち時間決定部２３から制御電圧指示情報を入力し、制御電圧指示情報に基づいたＶＣＯ制御電圧を制御電圧安定化部１５に出力する（ステップＳ１５）。その結果、制御電圧安定化部１５は、ＶＣＯ制御電圧を安定化させてローカル信号発生器１２に出力する。また、制御電圧出力部２４は、制御電圧出力時刻情報を周波数情報出力部２５に出力する。

周波数情報出力部２５は、待ち時間決定部２３から待ち時間情報を受信するとともに、制御電圧出力部２４から制御電圧出力時刻情報を受信する。そして、周波数情報出力部２５は、制御電圧出力時刻から待ち時間が経過すると、ローカル信号Ｌの周波数を示す周波数情報ｆを信号解析部１８に出力する（ステップＳ１６）。その結果、信号解析部１８は、この周波数情報ｆに基づいて信号解析を開始することができる。なお、ステップＳ１６は、本発明に係る周波数切替情報出力ステップを構成する。

次に、スペクトラムアナライザ１００によって得られる、周波数切替時の待ち時間の短縮効果について説明する。

一般的なスペクトラムアナライザにおいて、最小ステップの切替周波数間隔に対応する最小の電圧差ΔＶと、制御電圧安定化部１５の一般的な時定数の最小値との組み合わせで定まる最小の待ち時間は１ｍｓ程度である。一方、例えば図２に示したＶＣＯ１２ａにおいて、２Ｖから２０ＶにＶＣＯ制御電圧が変化した場合に相当する最大ステップの切替周波数間隔は０．４ＧＨｚである。この最大ステップの切替周波数間隔に対応する最大の電圧差ΔＶと、制御電圧安定化部１５の一般的な時定数の最大値との組み合わせで定まる最大の待ち時間は２５ｍｓ程度である。したがって、待ち時間は１ｍｓ程度から２５ｍｓ程度までの範囲である。なお、ＶＣＯを切り替えるスイッチ１２ｄ及び１２ｅの切替時間は１０μｓ程度なので無視している。

従来のスペクトラムアナライザでは、［発明が解決しようとする課題］欄で述べたとおり、最大の待ち時間を固定して使用していたので、待ち時間は２５ｍｓ程度である。

これに対し、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００では、電圧差算出部２１が算出した電圧差ΔＶに応じて待ち時間を決定する構成となっているので、待ち時間は常に２５ｍｓ程度以下となる。したがって、スペクトラムアナライザ１００は、従来のスペクトラムアナライザよりも待ち時間を短くすることができるので、測定時間の短縮化を図ることができる。特に、スペクトラムアナライザ１００では、一連の測定を連続して行う場合のように周波数切替回数が多いほど測定時間の短縮化の効果が大きくなる。

以上のように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００によれば、待ち時間決定部２３が、電圧差算出部２１が算出した電圧差ΔＶに応じた待ち時間を決定する構成としたので、予め求めた最大の待ち時間を固定値としていた従来のものよりも、周波数切替時の待ち時間を短縮化することができる。したがって、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００は、測定時間の短縮化を図ることができる。

また、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００によれば、複数のＶＣＯ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃが発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に含まれる周波数に切り替える場合でも、周波数切替時の待ち時間を従来よりも短縮化することができる。したがって、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００は、測定時間の短縮化を図ることができる。

なお、前述の実施形態では、スペクトラムアナライザ１００を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローカル信号を発生する複数の電圧制御発振器を備えた測定装置において同様な効果が得られる。

また、前述の制御電圧安定化部１５は、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣを各１つずつ含む回路（図１参照）で構成した例を挙げて説明したが、以下に述べる構成とすることもできる。

スペクトラムアナライザ１００において、ＶＣＯ制御電圧の安定性は制御電圧安定化部１５の時定数によって決定される。制御電圧安定化部１５の時定数が大きいほどＶＣＯ制御電圧の安定化が図れ、ノイズの少ないＶＣＯ制御電圧信号が得られる。一方、制御電圧安定化部１５の時定数が小さいほど、信号処理の応答速度を向上させることができ、尖鋭なスペクトラム特性波形が得られる。すなわち、ＶＣＯ制御電圧の安定化と応答速度の向上化とはトレードオフの関係にある。そこで、図５に示すような制御電圧安定化部４１をスペクトラムアナライザ１００に設けることもできる。

図５に示した制御電圧安定化部４１は、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とコンデンサＣとが直列接続された３つのＲＣ直列回路４１ａ〜４１ｃと、ＲＣ直列回路４１ａ〜４１ｃを切り替えるスイッチ４１ｄとを備えている。３つのＲＣ直列回路４１ａ〜４１ｃは、それぞれ、各抵抗Ｒ２の抵抗値及び各コンデンサＣの静電容量が例えば図示のような値であり、互いに異なる時定数を有している。また、スイッチ４１ｄは、時定数切替部４２からの制御信号によって、ＲＣ直列回路４１ａ〜４１ｃを切り替えるようになっている。なお、時定数の設定は、例えば図４に示したステップＳ１１において、周波数Ｆｘの入力とともに行うことができる。

前述の構成により、スペクトラムアナライザ１００は、制御電圧安定化部４１の時定数を切り替えることができるので、信号解析等において、ＶＣＯ制御電圧の安定化及び応答速度の向上化のいずれか一方を優先させることができる。

以上のように、本発明に係る測定装置及び周波数切替方法は、測定時間の短縮化を図ることができるという効果を有し、ローカル信号を発生する複数の電圧制御発振器を備えた測定装置及び周波数切替方法等として有用である。

１０周波数変換部
１１ＡＴＴ
１２ローカル信号発生器
１２ａ〜１２ｃＶＣＯ（電圧制御発振器）
１２ｄ、１２ｅスイッチ
１３ミキサ
１４フィルタ
１５、４１制御電圧安定化部（電圧安定化部）
１６操作部（周波数切替指示部）
１７Ａ／Ｄ変換器
１８信号解析部
１９表示部
２０掃引制御部
２１電圧差算出部
２２ＶＣＯ切替部（電圧制御発振器選択部）
２３待ち時間決定部
２４制御電圧出力部（電圧出力部）
２５周波数情報出力部（周波数切替情報出力部）
２６データ記憶部
３１、３２待ち時間特性データ
４１ａ〜４１ｃＲＣ直列回路
４１ｄスイッチ
４２時定数切替部
１００スペクトラムアナライザ（測定装置）

Claims

入力電圧に応じて予め定められた周波数帯域内の周波数の信号を発生する複数の電圧制御発振器（１２ａ〜１２ｃ）と、
前記信号の周波数の切り替えを指示する周波数切替指示部（１６）と、
前記複数の電圧制御発振器のうち前記周波数切替指示部が指示した周波数の信号を発生する電圧制御発振器を選択する電圧制御発振器選択部（２２）と、
前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器における前記周波数に応じた電圧を出力する電圧出力部（２４）と、
前記電圧出力部の出力電圧を安定化させて前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器に出力する電圧安定化部（１５）と、
を備えた測定装置であって、
前記周波数切替指示部によって第１周波数から第２周波数に切り替える指示があったとき前記第１周波数に応じた第１電圧と前記第２周波数に応じた第２電圧との電圧差を算出する電圧差算出部（２１）と、
前記電圧出力部の出力電圧が前記第１電圧から安定化された前記第２電圧に切り替わるまでの時間を示す待ち時間と、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差と、の関係を表した待ち時間電圧差データを予め記憶するデータ記憶部（２６）と、
前記電圧差算出部が算出した前記電圧差及び前記データ記憶部が記憶した前記待ち時間電圧差データに基づいて前記待ち時間を決定する待ち時間決定部（２３）と、
前記電圧出力部が前記第２電圧を出力してから前記待ち時間決定部が決定した前記待ち時間が経過したとき周波数が切り替わった旨の情報を出力する周波数切替情報出力部（２５）と、を備え、
前記電圧差算出部は、前記複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に前記第２周波数が含まれるとき、前記第２周波数が含まれる一方の周波数帯域の信号を発生する現在選択されている電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第１電圧差と、他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第２電圧差とを算出するとともに、前記第２電圧差が前記第１電圧差よりも小さいときは前記一方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器から前記他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器に切り替えるための切替指示情報を前記電圧制御発振器選択部に出力するものであり、
前記待ち時間決定部は、前記第１電圧差及び前記第２電圧差のうち小さい方の電圧差と前記待ち時間電圧差データとに基づいて前記待ち時間を決定するものであることを特徴とする測定装置。
前記電圧安定化部（４１）は、抵抗（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ）とが直列接続された複数の直列回路（４１ａ〜４１ｃ）と、前記複数の直列回路のうちの１つを選択するスイッチ（４１ｄ）とを備えたものであり、
前記スイッチを切り替えることによって前記電圧安定化部の時定数を切り替える時定数切替部（４２）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
入力電圧に応じて予め定められた周波数帯域内の周波数の信号を発生する複数の電圧制御発振器と、前記信号の周波数の切り替えを指示する周波数切替指示部と、前記複数の電圧制御発振器のうち前記周波数切替指示部が指示した周波数の信号を発生する電圧制御発振器を選択する電圧制御発振器選択部と、前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器における前記周波数に応じた電圧を出力する電圧出力部と、前記電圧出力部の出力電圧を安定化させて前記電圧制御発振器選択部が選択した電圧制御発振器に出力する電圧安定化部と、を備えた測定装置において前記複数の電圧制御発振器が出力する信号の周波数を切り替える周波数切替方法であって、
前記周波数切替指示部によって第１周波数から第２周波数に切り替える指示があったとき前記第１周波数に応じた第１電圧と前記第２周波数に応じた第２電圧との電圧差を算出する電圧差算出ステップ（Ｓ１２）と、
前記電圧出力部の出力電圧が前記第１電圧から安定化された前記第２電圧に切り替わるまでの時間を示す待ち時間と、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差と、の関係を表した待ち時間電圧差データを予め取得しておき、前記待ち時間電圧差データ及び前記電圧差算出ステップで算出した前記電圧差に基づいて前記待ち時間を決定する待ち時間決定ステップ（Ｓ１４）と、
前記電圧出力部が前記第２電圧を出力してから前記待ち時間決定ステップで決定した前記待ち時間が経過したとき周波数が切り替わった旨の情報を出力する周波数切替情報出力ステップ（Ｓ１６）と、を含み、
前記電圧差算出ステップにおいて、前記複数の電圧制御発振器が発生する信号の各周波数帯域の一部が互いに重複し、重複した周波数帯域に前記第２周波数が含まれるとき、前記第２周波数が含まれる一方の周波数帯域の信号を発生する現在選択されている電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第１電圧差と、他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器における前記第２周波数に応じた電圧と前記第１電圧との第２電圧差とを算出するとともに、前記第２電圧差が前記第１電圧差よりも小さいときは前記一方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器から前記他方の周波数帯域の信号を発生する電圧制御発振器に切り替えるための切替指示情報を前記電圧制御発振器選択部に出力し、
前記待ち時間決定ステップにおいて、前記第１電圧差及び前記第２電圧差のうち小さい方の電圧差と前記待ち時間電圧差データとに基づいて前記待ち時間を決定することを特徴とする周波数切替方法。
前記電圧安定化部は、抵抗とコンデンサとが直列接続された複数の直列回路と、前記複数の直列回路のうちの１つを選択するスイッチとを備えたものであり、
前記スイッチを切り替えることによって前記電圧安定化部の時定数を切り替える時定数切替ステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の周波数切替方法。