JP5186474B2 - 測定装置及び周波数切替方法 - Google Patents

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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SIN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FIF、ローカル信号Lの周波数をF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FINよりローカル周波数F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、
−FIF=FIN
の関係が成り立つ。
ここで、例えば、FIF=1GHzとし、ローカル周波数Fを1.1GHzから2GHzまで掃引すれば、解析対象信号の周波数FIN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SIN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SIN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SIN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
11 ATT
12 ローカル信号発生器
12a〜12c VCO(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)
17 A/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
22 VCO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〜41c RC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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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