JP6196793B2 - ミリ波帯スペクトラム解析装置 - Google Patents
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Description
ミリ波帯の第1の周波数帯の電磁波をTE10モードで一端から他端に伝搬させる導波管(22〜27、221、221A、221B)によって形成される導波路(21、222、223)と、該導波路の内部を塞ぐ状態で互いに間隔を開けて対向配置され、前記第1の周波数帯の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー(30A、30B、240A、240B)と、該一対の電波ハーフミラーの間隔を可変することで、該一対の電波ハーフミラーの間に形成される共振器の共振周波数を前記第1の周波数帯の範囲で変化させる共振周波数可変手段(40、52、250)とを有し、前記導波路の一端から入力される信号から前記共振周波数を通過中心周波数とする帯域の信号成分を抽出して他端側から出力するミリ波帯フィルタ(20〜20″、220)と、
前記ミリ波帯フィルタの出力信号を、周波数固定の第1のローカル信号のミキシングにより前記第1の周波数帯より低い第2の周波数帯に変換する周波数変換部(100)と、
前記周波数変換部によって前記第2の周波数帯に変換された信号の各周波数成分を、周波数掃引可能な第2のローカル信号を用いて所定の中間周波数帯に変換して、前記各周波数成分のレベルを検出するスペクトラム検出部(110)と、
前記ミリ波帯フィルタの前記一対の電波ハーフミラーの間隔と共振周波数とを関係付けるデータを予め記憶し、前記第1の周波数帯のうちの所望の観測周波数範囲と周波数分解能が指定されたとき、前記データに基づいて、前記ミリ波帯フィルタの通過中心周波数を該ミリ波帯フィルタの通過帯域幅以下のステップで前記観測周波数範囲をカバーするように変化させるとともに、前記スペクトラム検出部の前記第2のローカル信号の周波数を掃引制御して、前記観測周波数範囲の信号のスペクトラム波形を前記周波数分解能で検出させる制御部(120)とを備えたミリ波帯スペクトラム解析装置において、
前記ミリ波帯フィルタには、
前記導波路の端と、前記一対の電波ハーフミラーとの間に、前記第1の周波数帯の下限がカットオフ周波数となるように、前記導波路の口径より小さい口径に形成されたハイパスフィルタ(230)が形成され、
該ハイパスフィルタの内壁に、所定の深さで周回するように形成された溝(236)からなり、前記第1の周波数帯の上限を超える周波数帯の成分を減衰させるバンドリジェクションフィルタ(235)が形成されていることを特徴とする。
前記ミリ波帯フィルタは、
一方が他方に内挿された状態で摺動自在に連結された2つの導波管(221A、221B)を有し、該2つの導波管のうちの内側の導波管の先端部に前記電波ハーフミラーの一方が固定され、外側の導波管の中間部に前記電波ハーフミラーの他方が固定され、前記内側の導波管と外側の導波管の一方を固定、他方を移動させることで、前記一対の電波ハーフミラーの間隔を可変させる構造を有し、
前記内側の導波管と外側の導波管のうち、移動させる方の導波管の導波路内に、前記ハイパスフィルタを形成したことを特徴とする。
前記ミリ波帯フィルタの前記共振周波数可変手段は、
前記一対の電波ハーフミラーの間隔を、ステッピングモータを駆動源とする駆動装置で可変させる構造を有し、
前記制御部は、前記一対の電波ハーフミラーの間隔が所定値となる状態を基準として、共振周波数と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを関係付けるデータに基づいて、前記ミリ波帯フィルタの通過中心周波数を変化させることを特徴とする。
図1は、本発明を適用したミリ波帯スペクトラム解析装置10の構成を示している。
3×108/(3×10−3)=1011Hz=100GHz
となる。
を9.0GHzから9.2GHzまで1MHzステップで200MHz分掃引させて、ミリ波帯フィルタ20を通過した200MHz幅の信号のスペクトラムを取得した後に、ミリ波帯フィルタ20の通過中心周波数Fcを200MHzだけ高く可変させるという処理を150回繰り返すことで、110GHz〜140GHzの全範囲のスペクトラムを取得させる。このように、ミリ波帯フィルタ20の通過中心周波数Fcを固定した状態で、その通過帯域幅(あるいはそれ以下でもよい)のスペクトラム成分をスペクトラム検出部110のローカル信号の掃引により検出してから、ミリ波帯フィルタ20の通過中心周波数Fcをその通過帯域幅に近いステップで可変させるという処理を繰り返して、所望の観測周波数範囲のスペクトラムデータを取得するモードを第2の制御モードとする。
図5は、上記数値例でミリ波帯フィルタ20が無い状態のスペクトラム解析装置10に対して、14.25GHzの原信号の周波数を逓倍する逓倍器(高調波発生器)の出力信号(約−20dBm)を入力したときに観測されたスペクトラム波形である。
このミリ波帯フィルタ20は、図7に示しているように、ミリ波帯の所定周波数範囲(例えば110〜140GHz)の電磁波をTE10モードで伝搬させる内径(例えば内径a×b=2.032mm×1.016mm)の矩形導波管22により形成された所定長の導波路21と、その導波路21の内部を塞ぐ状態で互いに間隔dを開けて対向配置され、TE10モードで伝搬する前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー30A、30Bとを有している。なお、図7の(a)は側面図、図7の(b)はA−A線断面を示している。
図9は、導波路21を、異径の第1導波管23と第2導波管24によって形成したミリ波帯フィルタ20′を示している。
Claims (3)
- ミリ波帯の第1の周波数帯の電磁波をTE10モードで一端から他端に伝搬させる導波管(22〜27、221、221A、221B)によって形成される導波路(21、222、223)と、該導波路の内部を塞ぐ状態で互いに間隔を開けて対向配置され、前記第1の周波数帯の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー(30A、30B、240A、240B)と、該一対の電波ハーフミラーの間隔を可変することで、該一対の電波ハーフミラーの間に形成される共振器の共振周波数を前記第1の周波数帯の範囲で変化させる共振周波数可変手段(40、52、250)とを有し、前記導波路の一端から入力される信号から前記共振周波数を通過中心周波数とする帯域の信号成分を抽出して他端側から出力するミリ波帯フィルタ(20〜20″、220)と、
前記ミリ波帯フィルタの出力信号を、周波数固定の第1のローカル信号のミキシングにより前記第1の周波数帯より低い第2の周波数帯に変換する周波数変換部(100)と、
前記周波数変換部によって前記第2の周波数帯に変換された信号の各周波数成分を、周波数掃引可能な第2のローカル信号を用いて所定の中間周波数帯に変換して、前記各周波数成分のレベルを検出するスペクトラム検出部(110)と、
前記ミリ波帯フィルタの前記一対の電波ハーフミラーの間隔と共振周波数とを関係付けるデータを予め記憶し、前記第1の周波数帯のうちの所望の観測周波数範囲と周波数分解能が指定されたとき、前記データに基づいて、前記ミリ波帯フィルタの通過中心周波数を該ミリ波帯フィルタの通過帯域幅以下のステップで前記観測周波数範囲をカバーするように変化させるとともに、前記スペクトラム検出部の前記第2のローカル信号の周波数を掃引制御して、前記観測周波数範囲の信号のスペクトラム波形を前記周波数分解能で検出させる制御部(120)とを備えたミリ波帯スペクトラム解析装置において、
前記ミリ波帯フィルタには、
前記導波路の端と、前記一対の電波ハーフミラーとの間に、前記第1の周波数帯の下限がカットオフ周波数となるように、前記導波路の口径より小さい口径に形成されたハイパスフィルタ(230)が形成され、
該ハイパスフィルタの内壁に、所定の深さで周回するように形成された溝(236)からなり、前記第1の周波数帯の上限を超える周波数帯の成分を減衰させるバンドリジェクションフィルタ(235)が形成されていることを特徴とするミリ波帯スペクトラム解析装置。 - 前記ミリ波帯フィルタは、
一方が他方に内挿された状態で摺動自在に連結された2つの導波管(221A、221B)を有し、該2つの導波管のうちの内側の導波管の先端部に前記電波ハーフミラーの一方が固定され、外側の導波管の中間部に前記電波ハーフミラーの他方が固定され、前記内側の導波管と外側の導波管の一方を固定、他方を移動させることで、前記一対の電波ハーフミラーの間隔を可変させる構造を有し、
前記内側の導波管と外側の導波管のうち、移動させる方の導波管の導波路内に、前記ハイパスフィルタを形成し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解析装置。 - 前記ミリ波帯フィルタの前記共振周波数可変手段は、
前記一対の電波ハーフミラーの間隔を、ステッピングモータを駆動源とする駆動装置で可変させる構造を有し、
前記制御部は、前記一対の電波ハーフミラーの間隔が所定値となる状態を基準として、共振周波数と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを関係付けるデータに基づいて、前記ミリ波帯フィルタの通過中心周波数を変化させる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解析装置。
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