JP6014175B2 - ミリ波帯スペクトラムアナライザ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

実開平６−６４１７７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、前記複数の領域から最も周波数が低い低域側の領域を除く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、当該接続導波路が前記入力導波路に接続させるミキサに対応する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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態の全体構成図 実施形態の要部の具体的な構成図 フィルタに設けたハイパスフィルタの特性例を示す図 実施形態の要部の動作説明図 スイッチに設けたハイパスフィルタの特性例を示す図 実施形態の要部の端面を示す図 実施形態の動作説明図 解析可能な周波数範囲を３つの領域に分ける場合のスイッチ構造図 従来装置の構成図

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、（３００×１０^６／１４０×１０^９）／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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１０〜４０ＧＨｚ）に変換する。

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＝１３０ＧＨｚ）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１０〜４０ＧＨｚ）に変換する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (3)

1. 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、前記複数の領域から最も周波数が低い低域側の領域を除く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、当該接続導波路が前記入力導波路に接続させるミキサに対応する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。
2. 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請求項１記載のミリ波帯スペクトラムアナライザ。
3. 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。

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