JP6933604B2 - Phase characteristic calibration device and phase characteristic calibration method - Google Patents
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本発明は、位相特性校正装置及び位相特性校正方法に関する。 The present invention relates to a phase characteristic calibration device and a phase characteristic calibration method.
無線通信の伝送速度を向上させるために、従来よりもキャリア周波数が高いミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯において、広帯域の変調信号を使用する通信方式が検討されている。以下の説明では、ミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯などを総称してミリ波帯という。 In order to improve the transmission speed of wireless communication, a communication method using a wide band modulated signal is being studied in the millimeter wave band, submillimeter wave band, and terahertz wave band, which have higher carrier frequencies than before. In the following explanation, the millimeter wave band, the submillimeter wave band, the terahertz wave band, and the like are collectively referred to as the millimeter wave band.
周波数利用効率の高い多値直交振幅変調方式では、小さな位相誤差が伝送特性の劣化をもたらすため、広帯域変調信号の位相誤差を精度良く測定することが求められている。一般に、ミリ波帯で使用される広帯域信号測定回路では、同測定回路内の周波数変換部の位相特性が無視できないため、広帯域信号測定回路の位相特性を校正することが重要となる。 In the multi-level quadrature amplitude modulation method having high frequency utilization efficiency, a small phase error causes deterioration of transmission characteristics, so that it is required to measure the phase error of a wideband modulated signal with high accuracy. Generally, in a wideband signal measurement circuit used in the millimeter wave band, the phase characteristic of the frequency conversion unit in the measurement circuit cannot be ignored, so it is important to calibrate the phase characteristic of the wideband signal measurement circuit.
図10は、関連技術として位相特性校正システムの構成例1を示す(例えば、非特許文献1参照)。この位相特性校正システム100は、ミリ波帯信号測定部150の位相特性(位相の周波数特性)を校正するものであり、短パルス光源111と、光可変遅延器113と、同期処理部115と、校正信号生成部120と、電気光学周波数変換部130と、位相差算出部140とを備えている。
FIG. 10 shows a configuration example 1 of a phase characteristic calibration system as a related technique (see, for example, Non-Patent Document 1). This phase
短パルス光源111により所定の繰返し周波数で出力された短パルス光P10は、光分岐器112を介して光可変遅延器113に送られ、光可変遅延器113で遅延されて電気光学周波数変換部130の偏波分離器132に送られる。光可変遅延器113は、ミラー113aの位置を機械的に移動させることにより光の遅延時間を変えるようになっている。
The short pulse light P 10 output by the short
一方、校正信号生成部120では、中間周波信号発生器121により発生された中間周波信号と、局発信号発生器122により発生されたCW(Continuous Wave)の局発信号とが、周波数変換器123に入力され、中間周波信号がミリ波帯に周波数変換(アップコンバート)されて校正信号Erとしてホーンアンテナ124から電気光学結晶131に出力される。その際、中間周波信号と局発信号は、同期処理部115により、短パルス光源111の繰返し周波数に同期され、これにより、短パルス光源111の繰返し周波数に同期したミリ波帯の校正信号Erが得られる。
On the other hand, in the
具体的には、位相同期ループ(PLL)回路を用いて、短パルス光源111の繰返し周波数の整数倍のサンプリングクロックを中間周波信号発生器121のD/A変換器に与えると共に、局発信号の周波数が短パルス光源111の繰返し周波数の整数倍になるように局発信号発生器122の基準周波数を制御する。中間周波信号の周波数が短パルス光源111の繰返し周波数の整数倍になるようにD/A変換器に与えるディジタルデータの周期を適切に設定することにより、校正信号の周波数が短パルス光源111の繰返し周波数の整数倍、即ち短パルス光源111の繰返し周期が校正信号の周期の整数倍となる。
Specifically, a phase-locked loop (PLL) circuit is used to give a sampling clock that is an integral multiple of the repetition frequency of the short
電気光学周波数変換部130では、校正信号Erの電界が電気光学結晶131に印加されると共に、光可変遅延器113からの短パルス光P11が偏波分離器132を介して電気光学結晶131に入力され、電気光学結晶131の先端で反射した短パルス光が偏波分離器132を介して受光器133に入力される(例えば、非特許文献2参照)。具体的には、電気光学結晶131に電界が印加されると電気光学効果によって電気光学結晶131からの反射光の偏波が変化し、偏波分離器132と受光器133によって反射光の偏波の変化を検出するようになっている。
In the electro-optical
受光器133から出力される電気信号は、電気光学結晶131に印加される電界に比例すると共に電気光学結晶131からの反射光の光パワーにも比例する。従って、校正信号Erの電界と短パルス光P11の光パワーの積に比例した電気信号が出力され、低速の受光器133は低周波成分のみを検出するため、電気光学周波数変換部130は、ミリ波帯の校正信号Erを低周波の電気信号E10に周波数変換(ダウンコンバート)するミキサと同様の機能を有する。
The electric signal output from the receiver 133 is proportional to the electric field applied to the electro-
短パルス光P11のパルス幅を校正信号Erの最大周波数の逆数よりも十分短くすると、電気光学周波数変換部130から出力される電気信号E10は、校正信号Erを短パルス光P11の繰返し周期でサンプリングしたものになる。短パルス光源111の繰返し周期が校正信号Erの周期の整数倍であるため、校正信号Erの繰返し波形の特定の点を繰返しサンプリングすることになる。光可変遅延器113の遅延時間を変えることにより、校正信号Erを短パルス光P11でサンプリングする時刻が変わるので、光可変遅延器113の遅延時間を変えながら電気光学周波数変換部130から出力される電気信号E10を記録すると、低速の受光器133でミリ波帯の校正信号Erの時間波形を測定することができる。校正信号Erの時間波形に対し、位相差算出部140においてフーリエ変換等の信号処理が行われることで、周波数領域に変換され、位相特性が算出される。
When sufficiently shorter than the inverse of the maximum frequency of the short pulse light P 11 pulse width calibration signal E r of the electrical electrical signals E 10 outputted from the optical
ミリ波帯信号測定部150は、CWの局発信号を発生する局発信号発生器152と、ミキサなどの周波数変換器151と、A/D変換器などの中間周波信号測定器153と、位相補正器154とを備え、ミリ波帯の校正信号Er又は被測定信号を中間周波信号に周波数変換(ダウンコンバート)してディジタル信号に変換する。このディジタル信号を解析することによりエラーベクトル振幅(Error Vector Magnitude;EVM)などの測定結果を得ることができる。
The millimeter wave band
校正信号生成部120で生成された校正信号Erは、ミリ波帯信号測定部150に送られて周波数変換器151に入力されると共に、局発信号発生器152により生成されたCWの局発信号が周波数変換器151に入力される。校正信号Erは、周波数変換器151により中間周波信号に周波数変換(ダウンコンバート)された後、中間周波信号測定器153によりディジタル信号に変換される。このディジタル信号に対し、位相差算出部140においてフーリエ変換等の信号処理が行われることで、周波数領域に変換され、位相特性が算出される。
The calibration signal Er generated by the calibration
上述のようにして電気光学周波数変換部130により測定した校正信号の位相特性と、校正信号をミリ波帯信号測定部150に入力して中間周波信号測定器153から出力されるディジタル信号の位相特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部150自体が有する位相特性が算出され、位相補正値として位相補正器154に設定される。被測定信号をミリ波帯信号測定部150で測定する場合には、位相補正器154によりミリ波帯信号測定部150の位相特性が補正されて測定結果として出力される。
The phase characteristics of the calibration signal measured by the electro-optical
次に、ミリ波帯信号測定部150の振幅及び位相の周波数特性を校正する方法をさらに詳しく説明する。校正信号の周波数特性(位相を含む複素数)をXc(f)、ミリ波帯信号測定部150の周波数特性(位相を含む複素数)をG(f)、校正信号をミリ波帯信号測定部150に入力した時の中間周波信号測定器153からの出力信号の周波数特性(位相を含む複素数)をYc(f)とする。前述のように校正信号を電気光学周波数変換部130に入力して測定した校正信号の時間波形からXc(f)が求まり、校正信号をミリ波帯信号測定部150に入力して周波数変換された中間周波信号の波形からYc(f)が求まり、次式(1)よりG(f)を求めることができる。
Next, a method of calibrating the frequency characteristics of the amplitude and phase of the millimeter wave band
被測定信号の周波数特性(位相を含む複素数)をX(f)、被測定信号をミリ波帯信号測定部150に入力した時の中間周波信号測定器153からの出力信号の周波数特性(位相を含む複素数)をY(f)とすると、次式(2)よりミリ波帯信号測定部150の周波数特性が補正されたX(f)を測定結果として求めることができる。
The frequency characteristic (phase) of the output signal from the intermediate frequency
図11は、関連技術として別の位相特性校正システムの構成例2を示す(例えば、非特許文献3参照)。この位相特性校正システム200は、上記構成例1の短パルス光源111及び光可変遅延器113の代わりに2トーン光源211が使用されている点、電気光学周波数変換部230において偏波分離器132の代わりに光サーキュレータ232等が使用されている点、及び校正信号生成部220に同期処理部115が接続されていない点を除いて、前述の位相特性校正システム100の構成例1と同じである。
FIG. 11 shows a configuration example 2 of another phase characteristic calibration system as a related technique (see, for example, Non-Patent Document 3). In this phase
次に、位相特性校正システム200における周波数変換の原理を説明する。
図12は、図11の位相特性校正システム200の動作をスペクトルにより示す説明図である。図12(a)は、2トーン光源211から出力される出力光(2トーン光P20)の周波数成分を示し、図12(b)は、校正信号生成部220から出力される校正信号Erの周波数成分を示し、図12(c)は、光サーキュレータ232から光バンドパスフィルタ233に入力される光信号P21の周波数成分を示し、図12(d)は、受光器234から出力される電気信号E20の周波数成分を示している。
Next, the principle of frequency conversion in the phase
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the operation of the phase
図12(a)に示すように、2トーン光源211は、光周波数f1及びf2の2つの光(2トーン光P20)を同一偏波で出力し、このとき2つの光周波数の差をfL=f2−f1とする。2トーン光源211から出力される2トーン光P20は、光サーキュレータ232を介して電気光学結晶231に入力され、電気光学結晶231で反射した光が光サーキュレータ232を介して光バンドパスフィルタ233に入力される。一方、図12(b)に示すように、校正信号生成部220では、キャリア周波数fc、周波数間隔fmのマルチトーン信号である校正信号Erが生成され、ホーンアンテナ224を介して電気光学結晶231に送られる。
As shown in FIG. 12A, the two-
校正信号生成部220からのマルチトーン信号の電界を電気光学結晶231に印加すると、電気光学結晶231で反射した光信号P21には図12(c)に示すように、側帯波が発生する。2トーン光P20の光周波数差fLと校正信号Erのキャリア周波数fcの関係をfL=fc+fIFとし、光周波数f2付近の光を光バンドパスフィルタ233で抽出して受光器234に入力すると、光周波数f2の光とf2付近の側帯波との間のビートが発生し、図12(d)に示すように、中心周波数がfIFで周波数間隔がfmの電気信号(中間周波信号E20)が得られる。
When the electric field of the multitone signal from the calibration
ここで、周波数間隔fmの側帯波間のビートは無視しているが、fIFとfmの関係を適切に設定すると容易にバンドパスフィルタで側帯波間のビート成分を除去することができる。以上述べたようにして、キャリア周波数fcの校正信号Erが、中心周波数がfIFの中間周波信号E20に周波数変換される。 Here, although ignored beat between sideband frequency interval f m, it is possible to remove the beat component between sideband easily by the bandpass filter when properly setting the relationship between f IF and f m. As described above, the calibration signal E r of the carrier frequency f c is a center frequency is frequency-converted into an intermediate frequency signal E 20 of f IF.
上記の周波数変換ではマルチトーン間の位相関係が保たれるため、中間周波数fIFをA/D変換可能な周波数帯に設定し、位相差算出部240にて中間周波信号E20をA/D変換してマルチトーン間の位相差を算出することができる。そして、前述の関連技術の構成例1と同様に、校正信号を電気光学周波数変換部230に入力して測定した位相特性と、校正信号をミリ波帯信号測定部250に入力して測定した位相特性とから、位相補正値を求めてミリ波帯信号測定部250の位相補正器254に設定し、測定時には、被測定信号をミリ波帯信号測定部250に入力して位相特性が校正された測定結果を得ることができる。
Since the phase relationship between the multitones is maintained in the above frequency conversion, the intermediate frequency fIF is set to a frequency band capable of A / D conversion, and the phase
しかしながら、図10の位相特性校正システムにあっては、校正信号の時間波形を得るために光可変遅延器113を掃引する必要がある。光可変遅延器113には機械的可動部が存在しており、機械的振動の影響を受ける、動作速度が限られる、寿命が短いといった問題があった。特に、位相校正の周波数分解能を良くするためには、時間波形の時間スパンを長くする、即ち光可変遅延器113の遅延時間を長くする必要があり、そうすると光可変遅延器113の物理的寸法が大きくなるという問題があった。また、電気光学周波数変換部130の変換効率を上げるためには短パルス光の光パワーを大きくする必要があるが、短パルスなのでピークパワーが非常に大きくなり、光ファイバ等の非線形効果によってパルス波形が変形し、電気光学周波数変換部130の変換特性が変化するという問題があった。
However, in the phase characteristic calibration system of FIG. 10, it is necessary to sweep the optical variable delay device 113 in order to obtain the time waveform of the calibration signal. The optical variable delay device 113 has a mechanically movable part, and has problems such as being affected by mechanical vibration, having a limited operating speed, and having a short life. In particular, in order to improve the frequency resolution of phase calibration, it is necessary to lengthen the time span of the time waveform, that is, to lengthen the delay time of the optical variable delay device 113, so that the physical dimensions of the optical variable delay device 113 become large. There was a problem of getting bigger. Further, in order to increase the conversion efficiency of the electro-optical
図11の位相特性校正システムにあっては、光可変遅延器や短パルス光の問題は発生しないものの、電気光学周波数変換部230では校正信号がダウンコンバートされて全体的に周波数がシフトするだけなので、校正信号の3波の連続波の周波数間隔は周波数変換後も変わらず、比較的広い周波数間隔のスペクトル成分の位相差を算出する必要がある。このため、受光器234やそれ以降の電気回路の位相の周波数依存性の影響を受け、位相測定精度が悪化する問題があった。また、比較的広い帯域の受光器234や位相差算出部240内のA/D変換器が必要になり、A/D変換のサンプリング周波数が高くなりデータ量が多くなることから位相差算出の演算量も多くなり、装置が高価になるという問題があった。
In the phase characteristic calibration system of FIG. 11, the problem of the optical variable delay device and the short pulse light does not occur, but the electro-
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができる安価な位相特性校正装置及び位相特性校正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides an inexpensive phase characteristic calibration device and a phase characteristic calibration method capable of accurately calibrating the phase characteristics of a millimeter-wave band signal measurement circuit. The purpose is.
本発明の請求項1に係る位相特性校正装置は、上記目的達成のため、測定回路(50)の位相特性を校正する位相特性校正装置(1)であって、互いに異なる周波数の3波以上の連続波が合成された校正信号(Er)を生成する生成部(20)と、互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光と、前記第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光とが合成された局発光(PL)を発生する発生部(10)と、前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された中間周波信号(EIF)を出力する周波数変換部(30)と、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更部(70)と、前記周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第1の光と前記第2の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第1の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更部による周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第2の位相差特性を取得し、取得した前記第1及び第2の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正部(40)と、を備え、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔と、前記第1の光の3波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする。 The phase characteristic calibrator according to claim 1 of the present invention is a phase characteristic calibrator (1) that calibrates the phase characteristics of the measurement circuit (50) in order to achieve the above object, and has three or more waves having different frequencies from each other. A generator (20) that generates a calibration signal (Er ) in which continuous waves are combined, a first light in which three or more continuous lights having different frequencies are combined, and three waves of the first light. used above and the second generating unit and light for generating a synthesized local light (P L) is a continuous light of less than or greater frequency than any frequency of the continuous light (10), said local light The frequency conversion unit (30) outputs an intermediate frequency signal (EIF ) obtained by frequency-converting the calibration signal by the electro-optical effect and synthesizing three or more continuous waves in the intermediate frequency band, and the calibration signal 3 The frequency changing unit (70) that changes the frequency of continuous waves above the wave within a predetermined frequency band, and the first light and the first light according to the value of the frequency that is changed each time the frequency is changed by the frequency changing unit. The frequency interval with the second light is changed, the phase difference between three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is calculated, and the first phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band is acquired. At the same time, each time the frequency is changed by the frequency changing unit, the calibration signal is measured using the measuring circuit, and the phase difference between three or more continuous waves output from the measuring circuit is calculated. A calibration unit (40) that acquires the second phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band and calibrates the phase characteristic of the measurement circuit based on the acquired first and second phase difference characteristics. The frequency of any of the three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is lower than any of the frequencies of the three or more continuous waves of the calibration signal, and the three or more continuous waves of the calibration signal. The frequency interval of the first light is different from the frequency interval of three or more continuous lights of the first light, and the frequency interval of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is three or more waves of the calibration signal. It is characterized in that the calibration signal and the respective frequencies of the station emission are set so as to be narrower than the frequency interval of the continuous wave.
この構成により、本発明の請求項1に係る位相特性校正装置は、図10の構成例1に記載のような機械的可動部を有する光可変遅延器を使用していないので、機械的可動部に制約されることなく高い周波数分解能で位相特性の校正を行うことができる。また、図10の構成例1のように短パルス光を用いていないので、短パルス光波形が変形して電気光学周波数変換部の変換特性が変化することもない。 With this configuration, the phase characteristic calibration device according to claim 1 of the present invention does not use the optical variable delay device having the mechanically movable part as described in the configuration example 1 of FIG. 10, so that the mechanically movable part is not used. The phase characteristics can be calibrated with high frequency resolution without being restricted by. Further, since the short pulse light is not used as in the configuration example 1 of FIG. 10, the short pulse light waveform is not deformed and the conversion characteristics of the electro-optical frequency conversion unit are not changed.
しかも、本発明の請求項1に係る位相特性校正装置は、中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定されているので、従来よりも電気回路が扱う帯域を狭くできるので、低速のA/D変換器を用いて少ない演算量で校正信号の位相を高精度で測定可能となる。このため、装置価格を低減することもできる。 Moreover, the phase characteristic calibration device according to claim 1 of the present invention is set so that the frequency interval of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is narrower than the frequency interval of three or more continuous waves of the calibration signal. Therefore, the band handled by the electric circuit can be narrowed as compared with the conventional case, so that the phase of the calibration signal can be measured with high accuracy using a low-speed A / D converter with a small amount of calculation. Therefore, the device price can be reduced.
本発明の請求項2に係る位相特性校正装置では、前記発生部(10)は、第1の連続波信号を発生する第1のCW信号発生器(11)と、前記第1の連続波信号の周波数の間隔で複数の光スペクトル成分を有する光コムを発生する光コム発生器(12)と、前記光コム発生器からの出力光を2つに分岐する光分岐器(13)と、前記光分岐器の一方及び他方の出力光から互いに異なる光スペクトル成分をそれぞれ抽出する第1の光バンドパスフィルタ(14)及び第2の光バンドパスフィルタ(15)と、第2の連続波信号を発生する第2のCW信号発生器(16)と、前記第2の光バンドパスフィルタの出力光に対して前記第2の連続波信号で振幅変調又は位相変調をかけて前記第2の連続波信号の周波数の間隔で複数の側帯波を発生させる光変調器(17)と、前記第1の光バンドパスフィルタの出力光と前記光変調器の出力光とを合波する光合波器(18)と、を有することを特徴とする。 In the phase characteristic calibration device according to claim 2 of the present invention, the generator (10) includes a first CW signal generator (11) that generates a first continuous wave signal and the first continuous wave signal. An optical comb generator (12) that generates optical combs having a plurality of optical spectrum components at intervals of frequencies of the above, an optical branching device (13) that splits the output light from the optical comb generator into two, and the above. A first optical bandpass filter (14) and a second optical bandpass filter (15) that extract different optical spectrum components from one and the other output light of the optical branching device, and a second continuous wave signal. The second continuous wave is generated by applying amplitude modulation or phase modulation to the output light of the second CW signal generator (16) and the second optical bandpass filter with the second continuous wave signal. An optical modulator (17) that generates a plurality of sideband waves at intervals of signal frequencies, and an optical combiner (18) that combines the output light of the first optical bandpass filter with the output light of the optical modulator. ) And.
この構成により、本発明の請求項2に係る位相特性校正装置は、互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光と、第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光とが合成された局発光を発生することができる。また、周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて第1の光と第2の光との周波数間隔を連続的かつ広い範囲にわたって変更させることができる。 With this configuration, the phase characteristic calibrator according to claim 2 of the present invention comprises a first light in which three or more continuous lights having different frequencies are combined, and a continuous light having three or more waves of the first light. It is possible to generate local emission in which a second light, which is continuous light having a frequency lower or higher than any frequency, is combined. Further, each time the frequency is changed by the frequency changing unit, the frequency interval between the first light and the second light can be changed continuously and over a wide range according to the value of the frequency to be changed.
本発明の請求項3に係る位相特性校正装置では、前記第1のCW信号発生器、前記第2のCW信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第1の連続波信号、前記第2の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記中間周波信号の3波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする。 In the phase characteristic calibrator according to claim 3 of the present invention, the first CW signal generator, the second CW signal generator, and the generator have the first frequency synchronized with a common reference frequency. The continuous wave signal, the second continuous wave signal, and the calibration signal are generated, and the frequencies of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal are synchronized with the reference frequency, respectively. do.
この構成により、本発明の請求項3に係る位相特性校正装置は、周波数誤差なく中間周波数帯の3波以上の連続波が得られ、校正部において中間周波数帯の3波以上の連続波の間の位相差を容易に算出することができる。 With this configuration, the phase characteristic calibrator according to claim 3 of the present invention can obtain continuous waves of three or more waves in the intermediate frequency band without frequency error, and between three or more continuous waves in the intermediate frequency band in the calibration unit. The phase difference of can be easily calculated.
本発明の請求項4に係る位相特性校正装置は、前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の3波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第2中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された第2中間周波信号(EIF2)を出力する第2周波数変換部(60)を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第2周波数変換部から出力される前記第2中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第2中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする。 The phase characteristic calibration device according to claim 4 of the present invention amplifies a continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal between the frequency conversion unit and the calibration unit to perform frequency conversion, and performs frequency conversion to the second intermediate frequency. It further has a second frequency conversion unit (60) that outputs a second intermediate frequency signal (EIF2 ) in which continuous waves of three or more waves in the band are combined, and the calibration unit replaces the intermediate frequency signal. The phase difference between the three or more continuous waves of the second intermediate frequency signal output from the second frequency conversion unit is calculated, and any frequency of the three or more continuous waves of the second intermediate frequency signal can be used. It is characterized in that it is set to be lower than any frequency of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal.
この構成により、本発明の請求項4に係る位相特性校正装置は、第2周波数変換部を設けたことにより、中間周波数帯を電気回路の1/f雑音が小さくなる周波数に設定し、第2周波数変換部の増幅器で十分に増幅した後に、十分低い第2中間周波数帯に変換するようにできる。これにより、電気回路の1/f雑音を避けて高いS/N比を保ちつつ、校正部のA/D変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。 With this configuration, the phase characteristic calibration device according to claim 4 of the present invention is provided with the second frequency conversion unit, so that the intermediate frequency band is set to a frequency at which the 1 / f noise of the electric circuit is reduced, and the second frequency band is provided. It can be converted to a sufficiently low second intermediate frequency band after being sufficiently amplified by the amplifier of the frequency conversion unit. As a result, it is possible to realize an inexpensive device by reducing the band and sampling speed of the A / D converter of the calibration unit while avoiding 1 / f noise of the electric circuit and maintaining a high S / N ratio.
本発明の請求項5に係る位相特性校正装置では、前記第2周波数変換部は、前記第2中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器(60A)であることを特徴とする。 The phase characteristic calibration device according to claim 5 of the present invention is characterized in that the second frequency converter is an orthogonal frequency converter (60A) that outputs an in-phase component and an orthogonal component of the second intermediate frequency signal. And.
この構成により、本発明の請求項5に係る位相特性校正装置は、第2周波数変換部による負の周波数成分の折り返しが発生しないようにすることができる。 With this configuration, the phase characteristic calibration device according to claim 5 of the present invention can prevent the backing of negative frequency components by the second frequency conversion unit.
本発明の請求項6に係る位相特性校正装置は、前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の3波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第2中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された第2中間周波信号(EIF2)を出力する第2周波数変換部(60)を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第2周波数変換部から出力される前記第2中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第2中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする。 The phase characteristic calibration device according to claim 6 of the present invention amplifies a continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal between the frequency conversion unit and the calibration unit to perform frequency conversion, and performs frequency conversion to the second intermediate frequency. It further has a second frequency conversion unit (60) that outputs a second intermediate frequency signal (EIF2 ) in which continuous waves of three or more waves in the band are combined, and the calibration unit replaces the intermediate frequency signal. The phase difference between the three or more continuous waves of the second intermediate frequency signal output from the second frequency conversion unit is calculated, and any frequency of the three or more continuous waves of the second intermediate frequency signal can be used. It is characterized in that it is set to be lower than any frequency of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal.
この構成により、本発明の請求項6に係る位相特性校正装置は、第2周波数変換部を設けたことにより、中間周波数帯を電気回路の1/f雑音が小さくなる周波数に設定し、第2周波数変換部の増幅器で十分に増幅した後に、十分低い第2中間周波数帯に変換するようにできる。これにより、電気回路の1/f雑音を避けて高いS/N比を保ちつつ、校正部のA/D変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。 With this configuration, the phase characteristic calibrator according to claim 6 of the present invention is provided with the second frequency conversion unit, so that the intermediate frequency band is set to a frequency at which the 1 / f noise of the electric circuit is reduced, and the second frequency band is provided. It can be converted to a sufficiently low second intermediate frequency band after being sufficiently amplified by the amplifier of the frequency conversion unit. As a result, it is possible to realize an inexpensive device by reducing the band and sampling speed of the A / D converter of the calibration unit while avoiding 1 / f noise of the electric circuit and maintaining a high S / N ratio.
本発明の請求項7に係る位相特性校正装置では、前記第2周波数変換部は、前記第2中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器(60A)であることを特徴とする。 The phase characteristic calibration device according to claim 7 of the present invention is characterized in that the second frequency converter is an orthogonal frequency converter (60A) that outputs an in-phase component and an orthogonal component of the second intermediate frequency signal. And.
この構成により、本発明の請求項7に係る位相特性校正装置は、第2周波数変換部による負の周波数成分の折り返しが発生しないようにすることができる。 With this configuration, the phase characteristic calibration device according to claim 7 of the present invention can prevent the backing of negative frequency components by the second frequency conversion unit.
本発明の請求項8に係る位相特性校正装置では、前記第1のCW信号発生器、前記第2のCW信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第1の連続波信号、前記第2の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記第2周波数変換部は、前記基準周波数に同期した局発信号に基づいて周波数変換を行ない、前記第2中間周波信号の3波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする。 In the phase characteristic calibrator according to claim 8 of the present invention, the first CW signal generator, the second CW signal generator, and the generator have the first frequency synchronized with a common reference frequency. The continuous wave signal, the second continuous wave signal, and the calibration signal are generated, respectively, and the second frequency conversion unit performs frequency conversion based on the locally generated signal synchronized with the reference frequency, and the second frequency conversion unit performs frequency conversion. The frequencies of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal are each synchronized with the reference frequency.
この構成により、本発明の請求項8に係る位相特性校正装置は、周波数誤差なく中間周波数帯の3波以上の連続波が得られ、校正部において中間周波数帯の3波以上の連続波の間の位相差を容易に算出することができる。 With this configuration, the phase characteristic calibrator according to claim 8 of the present invention can obtain continuous waves of three or more waves in the intermediate frequency band without frequency error, and between three or more continuous waves in the intermediate frequency band in the calibration unit. The phase difference of can be easily calculated.
本発明の請求項9に係る位相特性校正方法は、測定回路(50)の位相特性を校正する位相特性校正方法であって、互いに異なる周波数の3波以上の連続波が合成された校正信号(Er)を生成する生成ステップと、互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光と、前記第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光とが合成された局発光(PL)を発生する発生ステップと、前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された中間周波信号(EIF)を出力する周波数変換ステップと、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更ステップと、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第1の光と前記第2の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第1の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第2の位相差特性を取得し、取得した前記第1及び第2の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正ステップと、を備え、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔と、前記第1の光の3波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする。 The phase characteristic calibration method according to claim 9 of the present invention is a phase characteristic calibration method for calibrating the phase characteristic of the measurement circuit (50), and is a calibration signal obtained by synthesizing three or more continuous waves having different frequencies. Which frequency is smaller than the generation step of generating Er), the first light in which three or more continuous lights having different frequencies are combined, and the three or more continuous lights of the first light. a step of generating a second light for generating a synthesized local light (P L) is or large frequency of the continuous light, an intermediate frequency by performing frequency conversion on the calibration signal by means of an electro-optical effect by using the local light A frequency conversion step that outputs an intermediate frequency signal (EIF ) in which three or more continuous waves in the band are combined, and a frequency change that changes the frequency of three or more continuous waves of the calibration signal within a predetermined frequency band. Each time the frequency is changed by the step and the frequency change step, the frequency interval between the first light and the second light is changed according to the value of the changed frequency, and three or more waves of the intermediate frequency signal are changed. The phase difference between continuous waves is calculated to acquire the first phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band, and the calibration is performed using the measurement circuit for each frequency change due to the frequency change step. The signal is measured, the phase difference between three or more continuous waves output from the measurement circuit is calculated, and the second phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band is acquired, and the acquired said. A calibration step for calibrating the phase characteristics of the measurement circuit based on the first and second phase difference characteristics is provided, and any frequency of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is the calibration signal. It is lower than any frequency of 3 or more continuous waves, and the frequency interval of 3 or more continuous waves of the calibration signal is different from the frequency interval of 3 or more continuous lights of the first light. In addition, the calibration signal and the respective frequencies of the station emission are set so that the frequency interval of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is narrower than the frequency interval of three or more continuous waves of the calibration signal. It is characterized in that it is set.
この構成により、本発明の請求項9に係る位相特性校正方法は、図10の構成例1に記載のような機械的可動部を有する光可変遅延器を使用していないので、機械的可動部に制約されることなく高い周波数分解能で位相特性の校正を行うことができる。また、図10の構成例1のように短パルス光を用いていないので、短パルス光波形が変形して電気光学周波数変換部の変換特性が変化することもない。 With this configuration, the phase characteristic calibration method according to claim 9 of the present invention does not use the optical variable delayer having the mechanically movable part as described in the configuration example 1 of FIG. 10, so that the mechanically movable part is not used. The phase characteristics can be calibrated with high frequency resolution without being restricted by. Further, since the short pulse light is not used as in the configuration example 1 of FIG. 10, the short pulse light waveform is not deformed and the conversion characteristics of the electro-optical frequency conversion unit are not changed.
しかも、本発明の請求項9に係る位相特性校正方法は、中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定されているので、従来よりも電気回路が扱う帯域を狭くでき、低速のA/D変換器を用いて少ない演算量で校正信号の位相を高精度で測定可能となる。このため、装置価格を低減することもできる。 Moreover, the phase characteristic calibration method according to claim 9 of the present invention is set so that the frequency interval of three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is narrower than the frequency interval of three or more continuous waves of the calibration signal. Therefore, the band handled by the electric circuit can be narrowed as compared with the conventional case, and the phase of the calibration signal can be measured with high accuracy using a low-speed A / D converter with a small amount of calculation. Therefore, the device price can be reduced.
本発明によれば、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができる安価な位相特性校正装置及び位相特性校正方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive phase characteristic calibration device and a phase characteristic calibration method capable of accurately calibrating the phase characteristics of a millimeter wave band signal measurement circuit.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る位相特性校正装置1の構成図である。
位相特性校正装置1は、校正対象の測定回路であるミリ波帯信号測定部50の所定の周波数帯域における位相特性を校正するものである。位相特性校正装置1は、局発光発生部10と、校正信号生成部20と、電気光学周波数変換部30と、校正処理部40と、周波数変更部70とを備えている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a phase characteristic calibration device 1 according to a first embodiment of the present invention.
The phase characteristic calibration device 1 calibrates the phase characteristics in a predetermined frequency band of the millimeter wave band
[局発光発生部]
まず、局発光発生部10について説明する。
局発光発生部10は、第1のCW信号発生器11と、光コム発生器12と、光分岐器13と、第1光バンドパスフィルタ(BPF)14と、第2光バンドパスフィルタ(BPF)15と、第2のCW信号発生器16と、光位相変調器17と、光合波器18とを備えている。局発光発生部10は、互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光P4と、第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光P2とが合成された局発光PLを発生するようになっている。なお、局発光発生部10は、本発明の発生部に対応する。
[Local light emission generator]
First, the local light
The
第1のCW信号発生器11は、周波数fL1のCW信号(電気信号)E1を出力するようになっている。
The first
光コム発生器12は、周波数fL1のCW信号E1を受け、図2(a)に示すように光周波数f0を中心として周波数間隔fL1の多数の光スペクトル成分を有する光コムP1を発生するようになっている。具体的には、光コム発生器12は、光周波数f0のCW光源と、周波数fL1のCW信号が入力される光位相変調器と、fL1の整数分の1のフリースペクトルレンジのファブリペロー共振器と、を組み合わせたものでもよく、或いは、繰返し周波数fL1の短パルス光を出力する中心光周波数f0のモード同期レーザであってもよい。前者の場合には、ファブリペロー共振器のフィネスを高くすることにより、後者の場合には、短パルス光のパルス幅を狭くすることにより、光コムP1のスペクトル幅を広くすることができる。
光コム発生器12の出力側に、図示しない高非線形光ファイバなどの光パルス圧縮器を追加することにより、光コムP1のスペクトル幅を更に広くすることも可能である。例えば、数10GHz間隔で数100GHz〜数THz幅の光コムP1を発生することができる。
The output side of the
光分岐器13は、光コム発生器12から出力される光コムP1を2つに分岐し、第1光バンドパスフィルタ14及び第2光バンドパスフィルタ15にそれぞれ送られるようになっている。
The
第1光バンドパスフィルタ14及び第2光バンドパスフィルタ15は、互いに異なる所定の光スペクトル成分をそれぞれ抽出するようになっている。抽出した光スペクトル成分の光周波数をそれぞれf1,f2とすると、周波数間隔は次式(3)により表される。
後で詳述するように、所定の周波数帯域における校正信号の位相特性を求める際には、校正信号の周波数に応じて、2つの光スペクトル成分の周波数間隔f2−f1を変更するようにする。具体的には、第1のCW信号発生器11により発生されるCW信号E1の周波数fL1を変える、或いは第1光バンドパスフィルタ14又は第2光バンドパスフィルタ15で選択する光スペクトル成分を変えることでnを変えることにより、周波数間隔f2−f1を変えることができる。CW信号E1の周波数fL1は連続的に変えることができるが、広い周波数範囲を可変にすることは困難である。第1光バンドパスフィルタ14又は第2光バンドパスフィルタ15により選択する光スペクトル成分を変えてnを変えるようにすると、周波数間隔f2−f1を大きく変えることができるが、連続的に可変にすることはできない。よって、両者を組み合わせることにより、連続的かつ広い範囲にわたって周波数間隔f2−f1を変えることができる。
As will be described in detail later, when obtaining the phase characteristics of the calibration signal in a predetermined frequency band, the frequency interval f 2 −f 1 of the two optical spectrum components is changed according to the frequency of the calibration signal. do. Specifically, changing the frequency f L1 of the CW signal E 1 generated by the first
ここで、第1及び第2光バンドパスフィルタ14及び15により抽出する光スペクトル成分は、光コムP1の中心光周波数f0から等間隔(f2−f0=f0−f1)、即ち振幅がほぼ等しい2つの光スペクトル成分となるようにしてもよい。或いは、後述の光位相変調器17の損失を考慮して、図2(a)に示すように第2光バンドパスフィルタ15側の振幅が大きくなるように、中心光周波数f0から近い光スペクトルを抽出する(f2−f0<f0−f1)ようにしてもよい。また、光分岐器13、第1及び第2光バンドパスフィルタ14及び15の代わりにアレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating;AWG)を用いて、1つのデバイスで分岐と光スペクトル抽出を行なうようにしてもよい。第1及び第2光バンドパスフィルタ14、15からの出力光P2、P3の光スペクトルは図2(b)に示すようになる。
Here, the optical spectrum components extracted by the first and second optical bandpass filters 14 and 15 are equidistant from the central optical frequency f 0 of the optical comb P 1 (f 2- f 0 = f 0 −f 1 ). That is, the two optical spectrum components having substantially the same amplitude may be used. Alternatively, in consideration of the loss of the
第2のCW信号発生器16は、周波数fL2のCW信号(電気信号)E2を光位相変調器17に出力する。
The second
光位相変調器17は、例えば、LiNbO3結晶の電気光学効果を用いて、該結晶に電圧を印加することにより該結晶に入力される光の位相を変化させるものである。周波数fL2のCW信号E2を光位相変調器17に入力することにより、光周波数f2の光スペクトル成分に位相変調をかけ、図2(c)に示すように光周波数f2を中心として周波数間隔fL2の側帯波を発生させる。なお、光位相変調器17は本発明の光変調器に対応する。
The
ここで、位相変調の変調度によって側帯波の振幅が変わり、例えば、光位相変調器17の入力電圧を0.913Vπ(peak-to-peak)の正弦波とすると、光周波数f2−fL2,f2,f2+fL2の3つの光スペクトル成分がほぼ同振幅となる。ここで、Vπは光位相変調器17において光の位相をπだけ変化させるのに必要な電圧値である。
Here, the amplitude of the sideband wave changes depending on the modulation degree of the phase modulation. For example, assuming that the input voltage of the
さらに、周波数fL2の正弦波に加えて周波数2fL2の正弦波を重畳して光位相変調器17に入力することにより、光周波数f2−2fL2,f2−fL2,f2,f2+fL2,f2+2fL2の5つの光スペクトル成分をほぼ同振幅にすることもできる。
Further, by inputting to the
また、光位相変調器17の代わりに、光強度変調器を用いて同様に周波数間隔fL2の側帯波を発生させるようにしてもよい。例えば、マッハツェンダ型光強度変調器の入力電圧と出力光電界振幅がほぼ比例する領域を使用する、或いは入力電圧と出力光電界振幅の関係の非線形特性を補正することにより、線形の光変調を行なうことができる。
Further, instead of the
例えば、直流成分と周波数fL2の正弦波を光強度変調器に入力して光周波数f2−fL2,f2,f2+fL2の3つの光スペクトル成分を生成したり、或いは直流成分と周波数fL2及び周波数2fL2の正弦波を光強度変調器に入力して光周波数f2−2fL2,f2−fL2,f2,f2+fL2,f2+2fL2の5つの光スペクトル成分を生成するなど、様々な光スペクトル成分を生成することが可能である。光コムP1の周波数間隔よりも光位相変調器17又はそれに代わる光強度変調器による光スペクトルの広がりの方が小さい場合は、第2光バンドパスフィルタ15と光位相変調器17又は光強度変調器の順序を逆にしてもよい。
For example, a DC component and a sinusoidal wave having a frequency f L2 are input to an optical intensity modulator to generate three optical spectrum components having an optical frequency f 2- f L2 , f 2 , f 2 + f L2 , or a DC component and a DC component. five optical spectrum of the frequency f L2 and the optical frequency f 2 -2f L2 sine wave having a frequency 2f L2 are input to the optical intensity modulator, f 2 -f L2, f 2 , f 2 + f L2, f 2 + 2f L2 It is possible to generate various optical spectrum components such as generating components. If direction of the optical spectrum broadening due to the light intensity modulator than the frequency spacing of the optical comb P 1 replace it or
光合波器18は、第1光バンドパスフィルタ14の出力光P2と、光位相変調器17の出力光P4とを偏波を合わせて合波し、局発光PLとして出力するようになっている。局発光PLの光スペクトルは図2(d)に示すようになる。なお、光位相変調器17の出力光P4は、本発明の第1の光に対応し、第1光バンドパスフィルタ14の出力光P2は、本発明の第2の光に対応する。
局発光発生部10には、必要に応じて光パワーを調整する光減衰器や光増幅器を挿入してもよい。例えば、光周波数f1と光周波数f2の光スペクトル成分の強度比を調整するために、第1光バンドパスフィルタ14の光路又は第2光バンドパスフィルタ15の光路の少なくとも一方に可変光減衰器を挿入してもよい。また、局発光PLの光パワーを大きくするために、光合波器18の後に光ファイバ増幅器を挿入してもよい。
An optical attenuator or an optical amplifier that adjusts the optical power may be inserted into the
[校正信号生成部]
次に、校正信号生成部20について説明する。
図1に示すように、校正信号生成部20は、中間周波信号発生器21と、局発信号発生器22と、周波数変換器23とを備えている。校正信号生成部20は、所定の周波数帯域内で互いに異なる周波数の3波以上の連続波が合成された校正信号Erを生成するようになっている。具体的には、校正信号生成部20は、図2(e)に示すように、周波数fc−fm,fc,fc+fmの少なくとも3つのスペクトル成分を含むミリ波帯の電気信号(校正信号Er)を出力する。なお、校正信号生成部20は本発明の生成部に対応する。
[Calibration signal generator]
Next, the calibration
As shown in FIG. 1, the
中間周波信号発生器21は、D/A変換器を備え、周波数間隔fmの少なくとも3つのスペクトル成分を含む中間周波信号E3をD/A変換器で直接出力するようになっている。D/A変換器の代わりに、中間周波数のCW信号を発生する発振器と、周波数fmのCW信号を発生する発振器と、ミキサとを用いて中間周波信号E3を生成するようにしてもよい。
Intermediate
局発信号発生器22は、CWの局発信号E4を発生するようになっている。局発信号発生器22は、ミリ波帯の局発信号E4を発生するために、周波数を整数倍に変換する周波数逓倍器を含んでいてもよい。
Local
周波数変換器23は、例えば、ミキサを備えており、局発信号発生器22が発生した局発信号E4を用いて、中間周波信号E3を周波数変換(アップコンバート)して、例えば、ホーンアンテナ24より校正信号Erとして放射するようになっている。ホーンアンテナ24の代わりに導波管や同軸ケーブル・同軸コネクタを用いて電気光学周波数変換部30またはミリ波帯信号測定部50と接続するようにしてもよい。図1の校正信号生成部20は、1回の周波数変換を行なう構成であるが、複数回の周波数変換を行なう構成であってもよい。
The
中間周波信号発生器21及び局発信号発生器22は、例えば、10MHzの基準信号などを用いて、局発光発生部10の第1のCW信号発生器11及び第2のCW信号発生器16と周波数を同期させるようにしているが、必ずしも周波数を同期させる必要は無い。
The intermediate
一般に、位相特性の測定では、校正信号として、位相特性校正が必要な周波数帯域をカバーする広帯域信号を用いて、1回で測定する方法や、位相特性校正が必要な周波数帯域を複数に分割し、それぞれ狭帯域信号を校正信号として用いて複数回の測定を行なって、必要な帯域の位相特性を得る方法がある。本実施形態は、後者の方法を用いるものであり、3波以上のマルチトーン信号(即ち、互いに異なる周波数の3波以上の連続波)を校正信号として用い、所定の周波数帯域内でマルチトーン信号の周波数を変えつつ、マルチトーン間の位相差を検出することにより該周波数帯域の位相特性を得るようにしたものである。但し、本発明は後者の方法に限られるものではなく、校正信号の連続波の波数および第1の光の連続光の波数を増やすことにより位相特性校正が必要な周波数帯域をカバーして前者の1回で測定する方法に適用することも可能である。 Generally, in the measurement of phase characteristics, a method of measuring at one time by using a wide band signal covering the frequency band requiring phase characteristic calibration as a calibration signal, or dividing the frequency band requiring phase characteristic calibration into a plurality of parts. , There is a method of obtaining the phase characteristics of the required band by performing a plurality of measurements using each narrow band signal as a calibration signal. In this embodiment, the latter method is used, and a multitone signal having three or more waves (that is, a continuous wave having three or more waves having different frequencies) is used as a calibration signal, and the multitone signal is within a predetermined frequency band. The phase characteristic of the frequency band is obtained by detecting the phase difference between the multitones while changing the frequency of. However, the present invention is not limited to the latter method, and covers the frequency band requiring phase characteristic calibration by increasing the wave number of the continuous wave of the calibration signal and the wave number of the continuous light of the first light. It is also possible to apply it to the method of measuring at one time.
一般に、比較的高速のD/A変換器やA/D変換器の時間原点を固定して動作させることは容易ではないが、後で詳述するように、3波以上のマルチトーン信号を用いて第1及び第2位相差算出器41、43において位相の2階差分を求めることにより、時間原点が不定、即ち絶対時間が不明の場合でも位相特性を得ることができる。
In general, it is not easy to operate a relatively high-speed D / A converter or A / D converter with a fixed time origin, but as will be described in detail later, a multitone signal of three or more waves is used. By obtaining the second-order difference of the phases with the first and second
[電気光学周波数変換部]
次に、電気光学周波数変換部30について説明する。
図1に示すように、電気光学周波数変換部30は、電気光学結晶31と、光分岐部32と、受光器33とを備えている。この電気光学周波数変換部30は、局発光発生部10からの局発光PLのビートをローカル信号として、校正信号生成部20からの校正信号Erを電気光学効果により周波数変換(ダウンコンバート)して中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された中間周波信号EIFを出力するようになっている。なお、電気光学周波数変換部30は、本発明の周波数変換部に対応する。
[Electro-optic frequency converter]
Next, the electro-optical
As shown in FIG. 1, the electro-optical
電気光学周波数変換部30は、校正信号Erの電界を電気光学結晶31の所定の方位に印加すると共に、局発光PLを光分岐部32を介して電気光学結晶31に入力し、電気光学結晶31の先端で反射した局発光を光分岐部32を介して受光器33に入力する構成となっている。
Electro-optical
図4は、電気光学周波数変換部30の構成例を示す構成図である。この電気光学周波数変換部30'は、電気光学結晶31からの反射光の偏波の変化を検出する方式である。具体的には、電気光学周波数変換部30は、偏光ビームスプリッタ(PBS)32'と、1/2波長板(HWP)35と、1/4波長板(QWP)36と、電気光学結晶31と、受光器33と、を備えている。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration example of the electro-optical
偏光ビームスプリッタ32'は、入力された直線偏波の局発光PLが透過するように、偏光ビームスプリッタ32'の方向が設定されている。1/2波長板35と1/4波長板36は、電気光学結晶31に電界を印加しない場合に電気光学結晶31からの反射光の光パワーの1/2が偏光ビームスプリッタ32'で反射して受光器33に入力され、かつ、電気光学結晶31に電界を印加した場合に受光器33に入力される光パワーの変化が最大となるように、1/2波長板35及び1/4波長板36の方向を調整することが望ましい。また、局発光の反射率を高くするために、電気光学結晶31の先端に誘電体反射膜34を付けることが望ましい。この構成により、電気光学結晶31からの反射光の光パワーの1/2に相当するオフセットに電気光学結晶31に印加された電界に比例する振幅成分が重畳した電気信号が出力される。
Polarization beam splitter 32 ', a local light P L of the input linearly polarized waves to transmit, the polarization beam splitter 32' is the direction of being set. In the 1/2
図5は、電気光学周波数変換部の別の構成例を示す。この電気光学周波数変換部30Aは、電気光学結晶31からの反射光の偏波の変化を差動で検出する方式となっている。具体的には、電気光学周波数変換部30Aは、図4の構成の電気光学周波数変換部30'と同様の偏光ビームスプリッタ(PBS)32aと、1/2波長板(HWP)35aと、1/4波長板(QWP)36と、電気光学結晶31と、受光器33aとに加えて、偏光ビームスプリッタ(PBS')32bと、1/2波長板(HWP')35bと、ファラデーローテータ(FR)37と、受光器33bと、差動増幅器38とを備えている。
FIG. 5 shows another configuration example of the electro-optical frequency converter. The electro-optical
電気光学周波数変換部30Aは、入力された直線偏波の局発光PLが透過するように、偏光ビームスプリッタ32bの方向が設定されている。また、1/2波長板35bは、入射光のファラデーローテータ37による45度の偏波回転を戻すように、その方向が設定されている。そして、電気光学結晶31からの反射光のうち偏光ビームスプリッタ32aを透過した光は、90度偏波が回転し偏光ビームスプリッタ32bで反射して受光器33bに入力されるようになっている。
Electro-optical
この構成により、受光器33a及び受光器33bの出力は、電気光学結晶31からの反射光の光パワーの1/2に相当するオフセットに電気光学結晶31に印加された電界に比例する振幅成分が互いに逆方向に重畳するため、差動増幅器38からの出力はオフセットが相殺してゼロとなり、電界に比例する振幅成分が2倍となる。差動構成によって信号の振幅が2倍になるのに対して雑音は2倍にならないので、信号対雑音比が改善される。
With this configuration, the outputs of the
また、電気光学周波数変換部30は、図11の電気光学周波数変換部230として記載のように、光分岐部32として光サーキュレータ及び光バンドパスフィルタを用いて電気光学結晶31からの反射光の側帯波を検出する方式としてもよい。
Further, as described as the electro-optical
次に、電気光学周波数変換部30における周波数変換動作を説明する。
図3(a)は、光合波器18から出力された局発光PLの光スペクトルであり、図2(d)の横軸を拡大したものである。図3(b)は、校正信号生成部20から出力された校正信号Erのスペクトルであり、図2(e)の横軸を拡大したものである。f2−f1とfcは異なる周波数に設定されており、ここではfc>f2−f1の例を示すが、大小関係を逆にしてもよい。通常はf2−f1をfcに近い値に設定することが望ましく、次式(4)が成り立つようにする。
Next, the frequency conversion operation in the electro-optical
3 (a) is an optical spectrum of the
さらに、第1の光の3波以上の連続光の周波数間隔fL2と、校正信号Erの3波以上の連続波の周波数間隔fmとは、異なる周波数に設定されており、ここではfm>fL2の例を示すが、大小関係を逆にしてもよい。通常はfL2をfmに近い値に設定することが望ましく、次式(5)が成り立つようにする。 Further, the frequency interval f L2 of the continuous light having three or more waves of the first light and the frequency interval f m of the continuous wave having three or more waves of the calibration signal Er are set to different frequencies, and here, f. An example of m > f L2 is shown, but the magnitude relationship may be reversed. Normally it is desirable to set the f L2 to a value close to f m, so that the following equation (5) holds.
局発光PLの周波数f1の光スペクトル成分と、周波数f2の光スペクトル成分とによって、f2−f1=nfL1の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部30により校正信号Erの周波数fcのスペクトル成分が、周波数fIF1=fc−nfL1に周波数変換される。
Stations and optical spectrum component of the frequency f 1 of the light-emitting P L, by the optical spectrum component of the frequency f 2, the beat frequency f 2 -f 1 = nf L1 occurs, calibration signal E by electro-optical
同様に、局発光PLの周波数f1の光スペクトル成分と、周波数f2−fL2の光スペクトル成分とによって、f2−fL2−f1=nfL1−fL2の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部30により校正信号Erの周波数fc−fmのスペクトル成分が、周波数fIF1−fm1=fc−fm−(nfL1−fL2)に周波数変換される。ここで、周波数変換後の周波数間隔はfm1=fm−fL2となる。
Similarly, the optical spectrum component of the frequency f 1 of the local light P L, by the optical spectrum component of the frequency f 2 -f L2, f 2 -f L2 -f 1 = nf L1 frequency beat of -f L2 is generated Then, the spectral component of the frequency f c − f m of the calibration signal Er is frequency-converted by the electro-optical
同様に、局発光PLの周波数f1の光スペクトル成分と、周波数f2+fL2の光スペクトル成分とによって、f2+fL2−f1=nfL1+fL2の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部30により校正信号Erの周波数fc+fmのスペクトル成分が、周波数fIF1+fm1=fc+fm−(nfL1+fL2)に周波数変換される。(4)式及び(5)式の関係より次式(6)及び(7)が成り立つ。
Similarly, the optical spectrum component of the frequency f 1 of the local light P L, by the optical spectrum component of the frequency f 2 + f L2, the frequency beat of f 2 + f L2 -f 1 = nf L1 + f L2 is generated, electrical spectral component of the frequency f c + f m of the calibration signal E r by the optical
すなわち、高周波(ミリ波帯)の校正信号Erのキャリア周波数fcが、低周波の中間周波数fIF1に変換されると同時に、校正信号Erにおける広い周波数間隔fmが、中間周波信号EIFにおける狭い周波数間隔fm1に変換される。別言すれば、中間周波信号EIFの3波以上の連続波のいずれの周波数も、校正信号Erの3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定され、かつ、中間周波信号EIFの3波以上の連続波の周波数間隔が、校正信号Erの3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定される。 That is, the carrier frequency f c of the high frequency (millimeter wave band) calibration signal Er is converted to the low frequency intermediate frequency f IF1 , and at the same time, the wide frequency interval f m of the calibration signal Er is the intermediate frequency signal E. It is converted to a narrow frequency interval fm1 in IF. In other words, any frequency of the intermediate frequency signal E IF of 3 or more waves continuous wave also is set to be lower than both the frequency of 3 or more waves continuous wave calibration signal E r, and the intermediate frequency interval between successive wave three or more waves of frequency signal E IF is set to be narrower than the frequency intervals of 3 or more waves continuous wave calibration signal E r.
このようにして、ミリ波帯の校正信号ErをA/D変換可能な中間周波数に変換すると共に、中間周波信号EIFにおける周波数間隔fm1を十分狭く設定することにより、電気光学周波数変換部30の受光器33以降の電気回路の周波数特性によるfIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1の3つのスペクトル成分の位相差の変化を十分小さくすることができる。
In this manner, converts the calibration signal E r in the millimeter wave band to the A / D convertible intermediate frequency by a frequency interval f m1 in the intermediate frequency signal E IF set sufficiently narrow, the electro-optical frequency conversion unit It is possible to sufficiently reduce the change in the phase difference of the three spectral components of f IF1- f m1 , f IF1 , and f IF1 + f m1 due to the frequency characteristics of the electric circuit after the
中間周波数fIF1は、低過ぎると電気回路の1/f雑音により信号対雑音比が悪化し、高過ぎると高速な受光器やA/D変換器等が必要になるため、適切な周波数を選択することが望ましい。 If the intermediate frequency f IF1 is too low, the signal-to-noise ratio deteriorates due to 1 / f noise of the electric circuit, and if it is too high, a high-speed receiver, A / D converter, etc. are required, so an appropriate frequency is selected. It is desirable to do.
前述の周波数変換以外にも、例えば、局発光PLの周波数f1の光スペクトル成分と周波数f2+fL2の光スペクトル成分との間のf2+fL2−f1=nfL1+fL2の周波数のビートにより、校正信号Erの周波数fcのスペクトル成分が周波数|fc−(nfL1+fL2)|に周波数変換されるなどの様々な組み合わせが存在し、電気光学周波数変換部30からの出力信号のスペクトルは図3(c)に示すようになる。これらのスペクトルから、図示しないローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ、或いは帯域の狭い受光器などを用いて、fIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1を含むfIF1付近のスペクトル成分を抽出するようにしてもよい。図3(c)のうち周波数fIF1付近を拡大したものが図3(d)である。電気光学周波数変換部30は、少なくともfIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1の3つのスペクトル成分を含む中間周波信号EIFを出力する。
Besides frequency conversion described above it is also, for example, station frequency of f 2 + f L2 -f 1 = nf L1 + f L2 between the optical spectrum component of the frequency f 1 of the light-emitting P L and the optical spectrum component of the frequency f 2 + f L2 There are various combinations such that the spectral component of the frequency f c of the calibration signal Er is frequency-converted to the frequency | f c − (nf L1 + f L2) | by the beat of The spectrum of the output signal is as shown in FIG. 3 (c). From these spectra, the low-pass filter or a band-pass filter (not shown), or by using a narrow photodetector of bands, so as to extract the spectral components in the vicinity of f IF1 including f IF1 -f m1, f IF1, f IF1 + f m1 It may be. FIG. 3 (d) is an enlarged view of the vicinity of the frequency f IF1 in FIG. 3 (c). The electro-optical
[周波数変更部]
周波数変更部70は、校正処理部40から指示信号を受け、校正信号Erの3波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更するようになっている。また、周波数変更部70は、変更する校正信号Erの3波以上の連続波の周波数の値に応じて、第1の光(3波以上の連続光)と第2の光との周波数間隔を変更するようになっている。
[Frequency change section]
The
[校正処理部]
次に、校正処理部40について説明する。
図1に示すように、校正処理部40は、第1位相差算出器41と、第2位相差算出器43と、加算器42と、位相補正値算出器44とを備えている。校正処理部40は、電気光学周波数変換部30を用いて取得した校正信号Erの位相差特性と、校正信号Erをミリ波帯信号測定部50に入力した時に該ミリ波帯信号測定部50から出力される信号E8の位相差特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部50の位相特性を校正するための位相補正値を算出し、位相補正器55が保持している位相補正値のデータを更新するようになっている。なお、校正処理部40は、本発明の校正部に対応する。
[Calibration processing unit]
Next, the
As shown in FIG. 1, the
第1位相差算出器41は、周波数変更部70による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて第1の光と第2の光との周波数間隔を変更させ、中間周波信号EIFの3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、所定の周波数帯域全体に渡る第1の位相差特性を取得するようになっている。
The first
具体的には、第1位相差算出器41は、校正信号Erを電気光学周波数変換部30に入力した場合に、電気光学周波数変換部30から出力される中間周波信号EIFの周波数fIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1のスペクトル成分の位相差を算出する。例えば、所定のサンプリング周波数で中間周波信号EIFをA/D変換し、得られたディジタル信号において各周波数fIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1の正弦関数及び余弦関数を乗算して所定のサンプル数の間積算し、逆正接関数により各スペクトル成分の位相を算出し、後述のように位相の2階差分を算出するようにしてもよい。
Specifically, when the calibration signal Er is input to the electro-optic
第2位相差算出器43は、校正信号Erをミリ波帯信号測定部50に入力した場合に、周波数変更部70による周波数変更毎に、ミリ波帯信号測定部50の中間周波信号測定器53から出力される信号E8の3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、所定の周波数帯域全体に渡る第2の位相差特性を取得するようになっている。第2位相差算出器43の処理内容は、第1位相差算出器41と同様であるが、第2位相差算出器43では、ミリ波帯信号測定部50の中間周波信号測定器53のA/D変換器によりA/D変換されて得られたディジタル信号を使用するようにしてもよい。
The second
第1位相差算出器41から出力された位相差(2階差分値)は、必要に応じて加算器42を介して局発光PLの位相差(2階差分値)が加算された後、位相補正値算出器44に入力される。局発光発生部10の光位相変調器17の代わりに光振幅変調器が用いられ、それが理想的な振幅変調の場合は、局発光PLの位相差はゼロとなるため、加算器42による局発光PLの位相差の加算は不要である。
Phase difference output from the first phase difference calculator 41 (second difference value), after the phase difference between the local light P L via the
位相補正値算出器44は、第1位相差算出器41により算出された位相差に対し必要に応じて局発光PLの位相差を加算して得られた位相差の特性と、第2位相差算出器43により算出された位相差の特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部50の位相補正値を算出するようになっている。算出した位相補正値は、位相補正値算出器44からミリ波帯信号測定部50の位相補正器55に送られ、被測定信号をミリ波帯信号測定部50で測定する際の位相補正に用いられる。
Phase
なお、校正処理部40および周波数変更部70は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力インタフェース、外部記憶装置等を有するコンピュータを用いる構成であってもよく、その機能の一部または全部(A/D変換を除く)は、ROM等に記憶された各種プログラムをCPUで実行することにより実現することができる。
The
[ミリ波帯信号測定部]
次に、校正対象であるミリ波帯信号測定部50について説明する。
[Millimeter wave band signal measurement unit]
Next, the millimeter wave band
ミリ波帯信号測定部50は、ミリ波帯の高周波信号を周波数変換(ダウンコンバート)し、その信号特性を測定するシグナルアナライザであり、例えば、変調信号を解析してエラーベクトル振幅(EVM)などを表示する機能を有していてもよい。具体的には、ミリ波帯信号測定部50は、局発信号発生器52と、周波数変換器51と、中間周波信号測定器53と、位相補正器55とを備えている。なお、校正対象はこの構成に限定されるものではなく、ミリ波帯の高周波信号を扱う任意の回路を校正対象とすることができる。
The millimeter-wave band
局発信号発生器52は、CWの局発信号を生成する。周波数変換器51は、局発信号を用いて、例えばホーンアンテナ56により受信した校正信号Erまたは被測定信号の周波数変換(ダウンコンバート)を行ない中間周波信号に変換する。ホーンアンテナ56の代わりに導波管や同軸ケーブル・同軸コネクタを用いて校正信号生成部20または被測定信号と接続するようにしてもよい。中間周波信号測定器53は、A/D変換器を含んでおり、中間周波信号をディジタル信号に変換する。中間周波信号測定器53から出力されるディジタル信号は、切替スイッチ54により第2位相差算出器43又は位相補正器55に選択的に送られる。位相補正器55は、中間周波信号測定器53からのディジタル信号に対して、位相補正値算出器44により更新された情報を用いて位相補正を行ない、測定結果として出力する。変調信号を解析してエラーベクトル振幅(EVM)などを表示する場合は、位相補正器55の出力を用いて変調解析を行う。
The
局発信号発生器52は、周波数を整数倍に変換する周波数逓倍器を含んでいてもよい。また、ここでは1回の周波数変換を行なう構成を示したが、複数回の周波数変換を行なう構成でもよく、不要な周波数成分を除去するフィルタが含まれていてもよい。
The
[校正方法]
次に、ミリ波帯信号測定部50の周波数特性を校正する方法を説明する。
[Calibration method]
Next, a method of calibrating the frequency characteristics of the millimeter wave band
校正信号の周波数特性(位相を含む複素数)をXc(f)とし、ミリ波帯信号測定部50の周波数特性(位相を含む複素数)をG(f)とし、校正信号をミリ波帯信号測定部50に入力した時の中間周波信号測定器53からの出力信号の周波数特性(位相を含む複素数)をYc(f)とする。Xc(f)は、校正信号を電気光学周波数変換部30に入力して3波以上のスペクトル成分を含む中間周波信号の位相差を測定することを、所定周波数帯域内でキャリア周波数fcを変えて繰り返すことにより求めることができる。Yc(f)は、校正信号をミリ波帯信号測定部50に入力し、該ミリ波帯信号測定部50から出力される3波以上のスペクトル成分を含む中間周波信号の位相差を測定することを、所定周波数帯域内でキャリア周波数fcを変えて繰り返すことにより求めることができる。G(f)は、次式(8)より求めることができる。
The frequency characteristic (complex number including phase) of the calibration signal is Xc (f), the frequency characteristic (complex number including phase) of the millimeter wave band
そして、被測定信号の周波数特性(位相を含む複素数)をX(f)、被測定信号をミリ波帯信号測定部50に入力した時の中間周波信号測定器53からの出力信号の周波数特性(位相を含む複素数)をY(f)とすると、次式(9)よりミリ波帯信号測定部50の周波数特性が補正されたX(f)を測定結果として求めることができる。
Then, the frequency characteristic (complex number including phase) of the signal to be measured is X (f), and the frequency characteristic of the output signal from the intermediate frequency
以上のように、振幅と位相を含む複素数の周波数特性を求めることにより、振幅特性と位相特性を同時に校正することも可能である。
以下では、位相特性を校正する方法を詳細に説明する。
As described above, it is possible to calibrate the amplitude characteristic and the phase characteristic at the same time by obtaining the frequency characteristic of the complex number including the amplitude and the phase.
The method of calibrating the phase characteristics will be described in detail below.
上述のように、第1位相差算出器41は、fIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1のスペクトル成分の各位相を算出する。fIF1−fm1のスペクトル成分の位相をφ1、fIF1のスペクトル成分の位相をφ2、fIF1+fm1のスペクトル成分の位相をφ3、Δfを校正信号の周波数間隔fmとすると、次式(10)、(11)、(12)より、位相差Δ2φ/Δf2を算出する。
As described above, the first
位相差Δ2φ/Δf2を算出する操作を、校正信号の周波数fcを必要な範囲内で変えて繰り返し、fcの関数としての位相差Δ2φ(fc)/Δf2を得る。位相の2階の差分をとることにより、絶対時間によらずに(即ち時間原点が不明でも)位相特性を得ることができる。 The operation of calculating the phase difference Δ 2 φ / Δf 2, repeatedly changing the frequency f c of the calibration signal to the extent necessary to obtain the phase difference as a function of f c Δ 2 φ a (f c) / Δf 2 .. By taking the difference of the second order of the phase, the phase characteristic can be obtained regardless of the absolute time (that is, even if the time origin is unknown).
上記で求めた位相差は、局発光PLの光スペクトル成分の位相差に依存するため、局発光PLの光スペクトル成分の位相差がゼロでない場合は、補正を行なう必要がある。具体的には、局発光PLのf2−fL2の光スペクトル成分の位相をφL1とし、f2の光スペクトル成分の位相をφL2とし、f2+fL2の光スペクトル成分の位相をφL3とすると、次式(13)、(14)、(15)より、局発光PLの位相差Δ2φL/Δf2を算出する。そして、次式(16)のとおり、電気光学周波数変換部30からの出力信号の位相差Δ2φ(fc)/Δf2に局発光PLの位相差Δ2φL/Δf2を加算することにより、局発光PLの光スペクトル成分の位相が補正された位相差Δ2φc(fc)/Δf2を得ることができる。
Phase difference obtained above is dependent on the phase difference of the optical spectrum component of the local light P L, when the phase difference of the light spectrum component of the local light P L is not zero, it is necessary to correct. Specifically, the phase of the optical spectrum component of f 2 -f L2 of the local light P L and phi L1, the phase of the optical spectrum component of f 2 and phi L2, the phase of the optical spectrum component of f 2 + f L2 When phi L3, the following equation (13), (14), calculates the phase difference Δ 2 φ L / Δf 2 than, local light P L (15). Then, the following equation (16), adds the phase difference Δ 2 φ L / Δf 2 of the phase difference Δ 2 φ (f c) / Δf 2 in the local light P L of the output signal from the electro-optical
例えば、局発光発生部10の光位相変調器17が理想的な位相変調の場合は、φL1=π/2,φL2=0,φL3=π/2なので、Δ2φL/Δf2=π/f2 mとなる。局発光発生部10の光位相変調器17の代わりに光振幅変調器が用いられ、それが理想的な振幅変調の場合は、φL1=0,φL2=0,φL3=0なので、Δ2φL/Δf2=0となる。この位相差は、光周波数f2の光スペクトル成分の変調特性によって決まるため、通常f2−f1=nfL1には依存せず、校正信号の周波数fcを変えて繰り返す際は一定値の位相差補正を行なえばよい。
For example, in the case where the
局発光発生部10の第1のCW信号発生器11と第2のCW信号発生器16と校正信号生成部20(中間周波信号発生器21と局発信号発生器22)と第1位相差算出器41のA/D変換のサンプリング周波数とを、共通の基準周波数に同期するように構成すると、第1位相差算出器41でA/D変換された結果には周波数誤差が含まれず、正確に周波数fIF1−fm1,fIF1,fIF1+fm1のスペクトル成分が得られるので、位相差の算出が容易かつ正確になる。
The first
次いで、校正信号生成部20から出力される校正信号Erをミリ波帯信号測定部50に入力する。
Next, the calibration signal Er output from the calibration
具体的には、周波数fc−fm′,fc,fc+fm′の少なくとも3つのスペクトル成分を有する校正信号Erをミリ波帯信号測定部50に入力し、中間周波信号測定器53から出力される校正信号のうち、fc−fm′のスペクトル成分の位相測定結果をφ1′とし、fcのスペクトル成分の位相測定結果をφ2′とし、fc+fm′のスペクトル成分の位相測定結果をφ3′とし、Δf′を校正信号Erの周波数間隔fm′とすると、次式(17)、(18)、(19)より、位相差Δ2φ′/Δf′2を算出する。
Specifically, input to the frequency f c -f m ', f c , f c + f m' of the calibration signal E millimeter wave band
位相差Δ2φ′/Δf′2を算出する操作を、校正信号Erの周波数fcを必要な範囲内で変えて繰り返し、fcの関数としての位相差Δ2φ′(fc)/Δf′2を取得する。 The operation of calculating the phase difference Δ 2 φ '/ Δf' 2 , repeatedly changing the extent necessary frequency f c of the calibration signal E r, the phase difference as a function of f c Δ 2 φ '(f c) / Δf ′ 2 is acquired.
周波数fcにおける位相補正値θ(fc)は、次式(20)、(21)、(22)を用いて求めることができる。 Phase correction value at the frequency f c theta (f c), the following equation (20), (21), can be determined using (22).
式(21)、(22)において、総和Σは、最低周波数から周波数fcまでΔfc間隔でfciを変えながらの積算である。 Equation (21), in (22), the sum Σ is the integration of while changing the f ci at Delta] f c interval from the lowest frequency to the frequency f c.
位相補正器55は、校正信号Erをミリ波帯信号測定部50に入力した時のスペクトル成分の位相差が、第1位相差算出器41により算出された位相差と等しくなるように位相補正を行なう。
The
位相補正器55における位相補正の方法としては、周波数領域補正法や時間領域補正法を採用することができる。周波数領域補正法は、中間周波信号測定器53で得られた時間領域のディジタル信号を離散フーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、位相補正値θ(fc)だけ位相を回転し、離散逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換するものである。時間領域補正法は、位相補正値θ(fc)から複素振幅exp{jθ(fc)}を求め、離散逆フーリエ変換してインパルス応答に変換し、該インパルス応答を係数とする有限インパルス応答(FIR)フィルタで中間周波信号測定器53からのディジタル信号にフィルタ処理を行なうものである。
As a method of phase correction in the
電気光学周波数変換部30で校正信号Erの位相差を測定する時のスペクトル間隔fmと、ミリ波帯信号測定部50で校正信号Erの位相差を測定する時のスペクトル間隔fm′は、等しく設定するのが望ましいが、必ずしもそれに限られるものではない。また、電気光学周波数変換部30で校正信号Erの位相差を測定する時の複数のfcと、ミリ波帯信号測定部50で校正信号Erの位相差を測定する時の複数のfcは、等しく設定するのが望ましいが、必ずしもそれに限られるものではなく、補間処理等で位相差情報の周波数を合わせるようにしてもよい。
A spectral interval f m when measuring the phase difference of the calibration signal E r in the electro-optical
以上のようにして位相補正ができるようになった後、校正信号の代わりに被測定信号をミリ波帯信号測定部50に入力し、位相が補正された測定結果を出力する。被測定信号がQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)やQAM(Quadrature Amplitude Modulation)などの変調信号の場合、位相が補正された信号の変調解析を行ない、エラーベクトル振幅(EVM)などを正確に測定することができる。必要に応じて定期的に、又は周囲温度が大きく変化した場合に、再度校正信号を用いた位相校正を行なうようにしてもよい。
After the phase correction can be performed as described above, the signal to be measured is input to the millimeter wave band
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る位相特性校正装置1Aを説明する。
(Second Embodiment)
Next, the phase
本実施形態に係る位相特性校正装置1Aは、電気光学周波数変換部30と第1位相差算出器41の間に第2周波数変換部60を設けている点で、第1の実施形態と異なっている。その他の構成は第1の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
The phase
図6に示すように、第2周波数変換部60は、増幅器61と、CW信号発生器62と、ミキサ63と、低域通過フィルタ(LPF)64とを備えている。第2周波数変換部60は、電気光学周波数変換部30からの中間周波信号EIFをさらに周波数の低い第2中間周波信号EIF2に変換するものである。
As shown in FIG. 6, the second
具体的には、増幅器61が、電気光学周波数変換部30から入力した中間周波信号EIFを増幅してミキサ63に出力すると共に、CW信号発生器62が、CWの第2局発信号を発生してミキサ63に出力する。ミキサ63は、第2局発信号を用いて中間周波信号EIFに対して第2の周波数変換(ダウンコンバート)を行ない、低域通過フィルタ64に出力する。低域通過フィルタ64は、所望のスペクトル成分を抽出して、第2中間周波信号EIF2を出力する。第2の周波数変換時に高調波等によって発生するスプリアス成分を低減するために、ミキサ63の前に図示しないバンドパスフィルタを挿入してもよい。
Specifically,
図7(a)は、電気光学周波数変換部30から出力された中間周波信号EIFのスペクトルを示す。前述のように、周波数fIF1を中心に周波数間隔fm1で3つ以上のスペクトル成分が存在する。図7(b)は、CW信号発生器62から出力される第2局発信号のスペクトルを示す。図7(c)は、低域通過フィルタ64から出力される第2中間周波信号EIF2のスペクトルを示す。CW信号発生器62からの第2局発信号の周波数をfLO2とすると、第2中間周波数はfIF2=fIF1−fLO2となり、第2中間周波信号EIF2の周波数間隔はfm1である。
Figure 7 (a) shows the spectrum of the electric output from the optical
図7(c)に示されるように、fIF1−fm1より低い周波数のスペクトル成分、例えば周波数fIF1−2fm1が第2局発周波数fLO2より低い場合、第2中間周波信号EIF2のスペクトルは周波数ゼロで折り返されるので、折り返されたスペクトルがfIF2−fm1,fIF2,fIF2+fm1の3つのスペクトル成分に重ならないようにfLO2を設定するのが望ましい。ここでは、fLO2<fIF1に設定した例を示したが、逆にfLO2>fIF1となるように設定してもよい。 As shown in FIG. 7 (c), the spectral components of frequencies lower than f IF1 -f m1, for example, when the frequency f IF1 -2f m1 is lower than the second local oscillator frequency f LO2, the second intermediate frequency signal E IF2 Since the spectrum is folded at a frequency of zero, it is desirable to set f LO2 so that the folded spectrum does not overlap the three spectral components of f IF2- f m1 , f IF2 , and f IF2 + f m1. Here, an example in which f LO2 <f IF1 is set is shown, but conversely, f LO2 > f IF1 may be set.
第2の実施形態では、中間周波数fIF1を電気回路の1/f雑音が小さい周波数に設定し、第2周波数変換部60の増幅器61で十分に増幅した後に、十分低い第2中間周波数fIF2に変換している。前述のように中間周波信号EIFの周波数間隔はfm1=fm−fL2で表され、第2のCW信号発生器16の周波数fL2を適切に設定することによりfm1を十分狭い周波数間隔に設定することが可能であり、かつ、第2中間周波信号EIF2の3つのスペクトル成分の周波数fIF2−fm1,fIF2,fIF2+fm1をいずれも十分低くすることが可能である。よって、電気回路の1/f雑音を避けて高いS/N比を保ちつつ、第1位相差算出器41のA/D変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。
In the second embodiment, the intermediate frequency f IF1 is set to a frequency at which 1 / f noise of the electric circuit is small, and after sufficient amplification by the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る位相特性校正装置1Bを説明する。
(Third Embodiment)
Next, the phase
本実施形態に係る位相特性校正装置1Bは、第2周波数変換部60Aが直交周波数変換を行う構成となっている点で、第2の実施形態と異なっている。その他の構成は第2の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
The phase
第2の実施形態では、第2周波数変換部60が行う第2周波数変換において負の周波数成分が折り返され、負の周波数領域の雑音も折り返されるため、第2周波数変換を行なわない場合と比較してS/N比が3dB程度悪化する。fLO2以下の周波数成分を遮断するフィルタを第2周波数変換前の信号経路に配置することにより、第2周波数変換後の負の周波数領域の雑音を除去することができるが、一般に急峻なフィルタは位相の非線形が大きく、位相測定の誤差要因となる。このため、第3の実施形態では、第2周波数変換部60Aとして直交周波数変換を行なう構成とし、第2周波数変換における負の周波数成分の折り返しが発生しないようにしている。
In the second embodiment, the negative frequency component is folded back in the second frequency conversion performed by the second
図8に示すように、第2周波数変換部60Aは、増幅器61と、CW信号発生器62aと、2つのミキサ63a、63bと、90度移相器65と、2つの低域通過フィルタ(LPF)64a、64bとを備えている。
As shown in FIG. 8, the
具体的には、増幅器61は、電気光学周波数変換部30から入力した中間周波信号EIFを増幅して2つのミキサ63a、63bに出力する。CW信号発生器62aは、CWの第2局発信号を発生して一方のミキサ63aに出力すると共に、90度移相器65にも出力する。90度移相器65は、90度移相させた第2局発信号を他方のミキサ63bに出力する。ミキサ63a、63bは、互いに90度位相が異なる第2局発信号を用いて中間周波信号EIFに対して第2の周波数変換(ダウンコンバート)を行ない、それぞれ低域通過フィルタ64a、64bに出力する。低域通過フィルタ64a、64bは、所望のスペクトル成分を抽出して出力する。この構成により、第2周波数変換部60Aへの入力信号が直交周波数変換され、同相成分と直交成分の2つの信号が第2中間周波信号EIF2として第1位相差算出器41に出力される。
Specifically,
CW信号発生器62aと90度移相器65の代わりに、90度位相が異なる正弦波を生成する2つのD/A変換器を使用してもよい。第2の周波数変換時に高調波等によって発生するスプリアス成分を低減するために、ミキサ63a、63bの前に図示しないバンドパスフィルタを挿入してもよい。
Instead of the
図9(a)は、電気光学周波数変換部30から出力される中間周波信号EIFのスペクトルを示す。前述のように、周波数fIF1を中心に周波数間隔fm1で3つ以上のスペクトル成分が存在する。図9(b)は、CW信号発生器62aから出力される第2局発信号のスペクトルを示す。図9(c)は、低域通過フィルタ64a、64bから出力される第2中間周波信号EIF2のスペクトルを示す。CW信号発生器62aからの第2局発信号の周波数をfLO2とすると、第2中間周波数はfIF2=fIF1−fLO2となり、第2中間周波信号EIF2の周波数間隔はfm1である。
9 (a) shows the spectrum of the intermediate frequency signal E IF output from the electro-optical
但し、2つのミキサ63a、63bのバランスや直交度のずれによって正負の周波数成分が完全に分離されず、イメージ成分が発生する場合があるため、|fIF2−fm1|,|fIF2|,|fIF2+fm1|が互いに重ならないようにfLO2を設定するのが望ましい。また、周波数ゼロは直流オフセットの影響を受けるため、fIF2−fm1,fIF2,fIF2+fm1の各周波数成分がゼロにならないようにfLO2を設定するのが望ましい。本実施形態では、fLO2<fIF1に設定しているが、逆にfLO2>fIF1となるように設定してもよい。
However, the positive and negative frequency components may not be completely separated due to the balance of the two
第3の実施形態では、中間周波数fIF1を電気回路の1/f雑音が小さい周波数に設定し、第2周波数変換部60Aの増幅器61で十分に増幅した後に、十分低い第2中間周波数fIF2に変換している。前述のように、中間周波信号EIFの周波数間隔fm1を十分狭く設定することが可能であり、かつ、第2中間周波信号EIF2の3つのスペクトル成分の周波数fIF2−fm1,fIF2,fIF2+fm1をいずれも十分低くすることが可能である。よって、電気回路の1/f雑音を避けて高いS/N比を保ちつつ、第1位相差算出器41のA/D変換器等のサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。そして、直交周波数変換された同相成分と直交成分により正負の周波数成分を分離することができるため、基本的に負の周波数成分の折り返しは発生せず、第2の実施形態で生じ得るS/N比の悪化は生じない特徴を有する。
In the third embodiment, the intermediate frequency f IF1 is set to a frequency at which 1 / f noise of the electric circuit is small, and after sufficient amplification by the
第2の実施形態及び第3の実施形態において、基準周波数に同期するようにするためには、局発光発生部10の第1のCW信号発生器11と第2のCW信号発生器16と校正信号生成部20と第1位相差算出器41のA/D変換のサンプリング周波数とに加えて、第2周波数変換部60、60Aの第2局発信号を生成するCW信号発生器62、62aも共通の基準周波数に同期させるとよい。
In the second embodiment and the third embodiment, in order to synchronize with the reference frequency, the first
以上述べたように、本発明は、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができるという効果を有し、位相特性校正装置及び位相特性校正方法の全般に有用である。 As described above, the present invention has the effect of being able to calibrate the phase characteristics of the millimeter-wave band signal measurement circuit with high accuracy, and is useful for all phase characteristic calibration devices and phase characteristic calibration methods.
1、1A、1B 位相特性校正装置
10 局発光発生部(発生部)
11 第1のCW信号発生器
12 光コム発生器
13 光分岐器
14 第1光バンドパスフィルタ
15 第2光バンドパスフィルタ
16 第2のCW信号発生器
17 光位相変調器
18 光合波器
20 校正信号生成部(生成部)
21 中間周波信号発生器
22 局発信号発生器
23、51 周波数変換器
30、30A 電気光学周波数変換部(周波数変換部)
31 電気光学結晶
32 光分岐部
32'、32a、32b 偏光ビームスプリッタ(PBS)
33、33a、33b 受光器
34 誘電体反射膜
35、35a、35b 1/2波長板(HWP)
36 1/4波長板(QWP)
37 ファラデーローテータ(FR)
38 差動増幅器
40 校正処理部(校正部)
41 第1位相差算出器
42 加算器
43 第2位相差算出器
44 位相補正値算出器
50 ミリ波帯信号測定部(測定回路)
52 局発信号発生器
53 中間周波信号測定器
54 切替スイッチ
55 位相補正器
60、60A 第2周波数変換部
61 増幅器
62、62a CW信号発生器
63、63a、63b ミキサ
64、64a、64b 低域通過フィルタ(LPF)
65 90度移相器
REF 基準信号
1,1A, 1B Phase characteristic calibration device 10-station light emission generator (generator)
11 1st
21 Intermediate
31 Electro-
33, 33a,
36 1/4 wave plate (QWP)
37 Faraday Rotator (FR)
38
41 First
52
65 90 degree phase shifter REF reference signal
Claims (9)
互いに異なる周波数の3波以上の連続波が合成された校正信号(Er)を生成する生成部(20)と、
互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光と、前記第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光とが合成された局発光(PL)を発生する発生部(10)と、
前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された中間周波信号(EIF)を出力する周波数変換部(30)と、
前記校正信号の3波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更部(70)と、
前記周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第1の光と前記第2の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第1の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更部による周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第2の位相差特性を取得し、取得した前記第1及び第2の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正部(40)と、
を備え、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔と、前記第1の光の3波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする位相特性校正装置。 A phase characteristic calibration device (1) that calibrates the phase characteristics of the measurement circuit (50).
A generator (20) that generates a calibration signal (Er ) in which three or more continuous waves with different frequencies are combined, and
The first light in which three or more continuous lights having different frequencies are combined, and the second continuous light having a frequency smaller or larger than any of the three or more continuous lights of the first light. emission station and light is synthesized (P L) generator for generating a (10),
A frequency conversion unit (30) that outputs an intermediate frequency signal (EIF ) obtained by frequency-converting the calibration signal by an electro-optical effect using the station emission and synthesizing three or more continuous waves in the intermediate frequency band.
A frequency changing unit (70) that changes the frequency of three or more continuous waves of the calibration signal within a predetermined frequency band, and
Each time the frequency is changed by the frequency changing unit, the frequency interval between the first light and the second light is changed according to the value of the changed frequency, and the continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal is changed. The phase difference between the frequencies is calculated to acquire the first phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band, and the calibration signal is measured using the measurement circuit for each frequency change by the frequency changing unit. Then, the phase difference between three or more continuous waves output from the measurement circuit is calculated, the second phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band is acquired, and the acquired first and the first and the acquired are obtained. A calibration unit (40) that calibrates the phase characteristics of the measurement circuit based on the second phase difference characteristic, and
The frequency of any of the three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is lower than any of the frequencies of the three or more continuous waves of the calibration signal, and the three or more continuous waves of the calibration signal. The frequency interval of the first light is different from the frequency interval of the continuous light of three or more waves of the first light, and the frequency interval of the continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal is three or more waves of the calibration signal. A phase characteristic calibrator apparatus characterized in that the calibrated signal and the respective frequencies of the station emission are set so as to be narrower than the frequency interval of a continuous wave.
互いに異なる周波数の3波以上の連続波が合成された校正信号(Er)を生成する生成ステップと、
互いに異なる周波数の3波以上の連続光が合成された第1の光と、前記第1の光の3波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第2の光とが合成された局発光(PL)を発生する発生ステップと、
前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の3波以上の連続波が合成された中間周波信号(EIF)を出力する周波数変換ステップと、
前記校正信号の3波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更ステップと、
前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第1の光と前記第2の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第1の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される3波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第2の位相差特性を取得し、取得した前記第1及び第2の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正ステップと、
を備え、前記中間周波信号の3波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の3波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔と、前記第1の光の3波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の3波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の3波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする位相特性校正方法。 This is a phase characteristic calibration method for calibrating the phase characteristic of the measurement circuit (50).
A generation step to generate a calibration signal (Er ) in which three or more continuous waves with different frequencies are combined, and
The first light in which three or more continuous lights having different frequencies are combined, and the second continuous light having a frequency smaller or larger than any of the three or more continuous lights of the first light. and generating steps and light for generating a light emission station synthesized (P L) of,
A frequency conversion step of frequency-converting the calibration signal by the electro-optical effect using the station emission and outputting an intermediate frequency signal ( EIF ) obtained by synthesizing three or more continuous waves in the intermediate frequency band.
A frequency change step of changing the frequency of three or more continuous waves of the calibration signal within a predetermined frequency band, and
Each time the frequency is changed by the frequency change step, the frequency interval between the first light and the second light is changed according to the value of the changed frequency, and the continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal is changed. The phase difference between the frequencies is calculated to acquire the first phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band, and the calibration signal is measured using the measurement circuit for each frequency change due to the frequency change step. Then, the phase difference between three or more continuous waves output from the measurement circuit is calculated, the second phase difference characteristic over the entire predetermined frequency band is acquired, and the acquired first and the first and the acquired are obtained. A calibration step of calibrating the phase characteristic of the measurement circuit based on the second phase difference characteristic, and
The frequency of any of the three or more continuous waves of the intermediate frequency signal is lower than any of the frequencies of the three or more continuous waves of the calibration signal, and the three or more continuous waves of the calibration signal. The frequency interval of the first light is different from the frequency interval of the continuous light of three or more waves of the first light, and the frequency interval of the continuous wave of three or more waves of the intermediate frequency signal is three or more waves of the calibration signal. A phase characteristic calibration method, characterized in that the calibration signal and the respective frequencies of the station emission are set so as to be narrower than the frequency interval of a continuous wave.
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