JP6975222B2

JP6975222B2 - 周波数変換装置とその周波数変換方法

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Publication number: JP6975222B2
Application number: JP2019237777A
Authority: JP
Inventors: 雅文薛; 芳明安田; 真一郎大嶋
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: JP2021105583A

Description

本発明は、所望の周波数帯の信号を周波数変換する周波数変換装置に関する。

所望の周波数帯の信号を周波数変換する周波数変換装置は、例えば、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などに組み込まれ、解析対象の信号をデジタル処理が可能な低い周波数帯に変換するために使用されている。

特許文献１には、導波管のハイパスフィルタ特性を用いて周波数変換時のイメージ成分を除去するミリ波帯の周波数変換装置を用いたスペクトラムアナライザが記載されている。

特開２０１６−１２５９０６号公報

しかしながら、このような周波数変換装置にあっては、ミリ波帯の無線周波数（RF:Radio Frequency）の信号を周波数変換して中間周波数（IF:Intermediate Frequency）にする系において、中間周波数の経路のアンプの周波数に上限があるため、広帯域な測定周波数範囲の全域にわたって中間周波数を高い周波数に掃引することは困難である。

この対策として、広帯域のアンプを採用すればよいが、このようなアンプは高価であり、また一般に利得や歪特性などの性能面でも不利であるため、安価かつ確実にイメージ成分を除去することが求められている。

そこで、本発明は、広帯域のアンプを使わなくても、無線周波数を高い周波数に掃引することができる周波数変換装置を提供することを目的としている。

本発明の周波数変換装置は、所定の周波数帯の無線信号の所定のカットオフ周波数以下の周波数の信号を遮断するフィルタと、前記フィルタの出力する信号を所定の周波数のローカル信号に基づいて所定の中間周波数帯に変換するミキサと、前記ミキサの出力する信号の所定の上限周波数以下の周波数の信号を増幅するアンプと、前記ローカル信号の前記所定の周波数の高周波側を変換対象信号とし、前記ローカル信号の前記所定の周波数の低周波側をイメージ信号とし、前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するときに、前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を高い周波数側へシフトする制御部と、を備えるものである。

この構成により、中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引し、アンプの上限周波数まで掃引したとき、ローカル信号の周波数が高い周波数側へシフトされる。このため、アンプの上限周波数まで掃引した場合でも、無線周波数を高い周波数に掃引することができる。

また、本発明の周波数変換装置において、前記制御部は、前記中間周波数帯の周波数を前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を、掃引した周波数の幅を上限値として高い周波数側へシフトするものである。

この構成により、中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引し、アンプの上限周波数まで掃引したとき、ローカル信号の周波数が掃引した周波数の幅を上限値として高い周波数側へシフトされる。このため、アンプの上限周波数まで掃引した場合でも、中間周波数の掃引範囲を変更することなく、容易に無線周波数を高い周波数に掃引することができる。

また、本発明の周波数変換装置において、前記制御部は、前記中間周波数帯の周波数を前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を、前記所定のカットオフ周波数と、前記所定の上限周波数に対応するイメージ信号の周波数との差分を上限値として高い周波数側へシフトするものである。

この構成により、中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引し、アンプの上限周波数まで掃引したとき、ローカル信号の周波数がカットオフ周波数と、上限周波数に対応するイメージ信号の周波数との差分を上限値として高い周波数側へシフトされる。このため、アンプの上限周波数まで掃引した場合でも、確実にイメージ成分を除去して、無線周波数を高い周波数に掃引することができる。

また、本発明の周波数変換方法は、所定の周波数帯の無線信号の所定のカットオフ周波数以下の周波数の信号を遮断するフィルタと、前記フィルタの出力する信号を所定の周波数のローカル信号に基づいて所定の中間周波数帯に変換するミキサと、前記ミキサの出力する信号の所定の上限周波数以下の周波数の信号を増幅するアンプと、を備える周波数変換装置の周波数変換方法であって、前記ローカル信号の前記所定の周波数の高周波側を変換対象信号とし、前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するステップと、前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を高い周波数側へシフトして、再度前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するステップと、を備えるものである。

本発明は、広帯域のアンプを使わなくても、無線周波数を高い周波数に掃引することができる周波数変換装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置のブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置の測定周波数の掃引の例を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置の周波数変換時のローカル信号の周波数の変更例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る周波数変換装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る周波数変換装置を組み込んだスペクトラムアナライザ１は、フィルタとしての導波管２と、ミキサ３と、ローカル信号発生器４と、アンプ５と、スペクトラム検出部６と、表示部７と、操作部８と、制御部９とを含んで構成されている。

導波管２は、入力端子２１に入力された解析対象の信号の所定のカットオフ周波数以下の周波数の信号を遮断し、カットオフ周波数より高い周波数の信号を通過させるハイパスフィルタである。

ミキサ３は、導波管２から出力される信号と、所定の周波数のローカル信号とをミキシングして所定の中間周波数帯に変換する。

ローカル信号発生器４は、ミキサ３で使用するローカル信号を生成する。ローカル信号発生器４は、生成するローカル信号の周波数を変更することができる。

アンプ５は、ミキサ３によりミキシングされた信号の所定の周波数帯域を増幅する。アンプ５は、ミキサ３が出力する変換された解析対象の信号の周波数帯域を増幅できるようなものが選択される。

スペクトラム検出部６は、アンプ５の出力信号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る。

表示部７は、液晶ディスプレイ等の画像表示機器で構成され、スペクトラム検出部６によって検出されたスペクトラムの情報を表示する。表示部７は、例えば、測定周波数を横軸、信号レベルを縦軸とする座標上にスペクトラム波形を表示する。

操作部８は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力機器で構成され、操作入力された情報などを制御部９に出力する。

制御部９は、例えば、コンピュータ装置によって構成される。このコンピュータ装置は、それぞれ図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスク装置などの不揮発性の記憶媒体と、各種入出力ポートとを有する。

このコンピュータ装置のＲＯＭ及びハードディスク装置には、コンピュータ装置を制御部９として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータ装置は、制御部９として機能する。

本実施例において、図２に示すように、入力された信号のローカル信号ＬＯの高い周波数側を解析対象の無線周波数信号ＲＦとすると、入力された信号をそのままミキシングするとローカル信号ＬＯの低い周波数側の信号がイメージ信号Imageとして中間周波数信号ＩＦに現れる。

このイメージ信号Imageを除去するため、制御部９は、イメージ信号Imageの周波数が導波管２のカットオフ周波数より低くなるようにローカル信号ＬＯの周波数と、中間周波数信号ＩＦの周波数を調整する。図中Ｃで示した曲線が導波管２の特性を示しており、スペクトルがゼロになっている周波数帯域は遮断されることを示している。

ここで、中間周波数信号ＩＦを高周波側にΔｆ掃引すると、解析対象の無線周波数信号ＲＦも高周波側にΔｆ掃引される。このとき、イメージ信号Imageは低周波側にΔｆ掃引される。ただし、中間周波数信号ＩＦは、アンプ５の上限周波数までしか掃引できない。

例えば、６０GHzから８７GHzの無線周波数信号ＲＦを周波数変換する場合、ローカル信号ＬＯの周波数を５４GHz一定として、中間周波数信号ＩＦを６GHzから３３GHzまで掃引すれば、イメージ信号Imageの周波数は２１GHzから４８GHzとなり、カットオフ周波数が４８．４GHzの導波管２を用いることでイメージ成分を除去することができる。しかしながら、この場合、６GHzから３３GHzを増幅可能な広帯域のアンプ５が必要となる。

本実施形態において、制御部９は、中間周波数信号ＩＦをアンプ５の上限周波数まで掃引した場合、ローカル信号ＬＯの周波数を所定幅だけ高周波側へシフトする。こうすることで、中間周波数信号ＩＦがアンプ５の上限周波数まで達したときの無線周波数信号ＲＦが、アンプ５の上限周波数より低周波数側にシフトする。このため、シフトした周波数幅だけ、更に高周波側に中間周波数信号ＩＦを掃引することができる。

例えば、制御部９は、ローカル信号ＬＯの周波数を、掃引した周波数幅Δｆを上限値として高周波側へシフトする。こうすることで、中間周波数信号ＩＦの掃引範囲を変更することなく、容易に無線周波数信号ＲＦを高い周波数に掃引することができる。

なお、ローカル信号ＬＯの周波数を導波管２のカットオフ周波数から中間周波数信号ＩＦがアンプ５の上限周波数まで達したときのイメージ信号Imageの周波数までの周波数幅以上シフトすると、イメージ信号Imageの周波数が導波管２のカットオフ周波数を超えてしまうため、シフトする周波数幅は、この周波数幅より狭くするとよい。こうすることで、確実にイメージ成分を除去して、無線周波数信号ＲＦを高い周波数に掃引することができる。

例えば、前述の例で、６０GHzから８７GHzの無線周波数信号ＲＦを５４GHzのローカル信号ＬＯで周波数変換する場合、アンプ５の上限周波数を２０GHzとすると、中間周波数信号ＩＦは、６GHzから２０GHzまで（無線周波数信号ＲＦとしては６０GHzから７４GHz）しか掃引できない。

本実施形態では、中間周波数信号ＩＦの周波数が、アンプ５の上限周波数の２０GHzに達した後（無線周波数信号ＲＦとしては７４GHz）、ローカル信号ＬＯの周波数を７GHz高周波側へシフトして６１GHzとすると、中間周波数信号ＩＦの周波数は、７GHz低周波側にシフトして１３GHzとなり、より高い周波数へ掃引できる。このとき、イメージ信号Imageの周波数は４８GHzなので、導波管２でイメージ成分を除去することができる。

以上のように構成された本実施形態に係る周波数変換装置による周波数変換時のローカル信号ＬＯの周波数の変更例と、その変更に伴う無線周波数信号ＲＦ及びイメージ信号Imageの周波数の変化について、図３を参照して説明する。

図３は、導波管２のカットオフ周波数を４８GHzとし、アンプ５の上限周波数を２０GHzとしたとき、６０GHzから８７GHzの無線周波数信号ＲＦを解析する場合の例である。横軸に中間周波数信号ＩＦの周波数、縦軸に無線周波数帯（無線周波数信号ＲＦ、ローカル信号ＬＯ、イメージ信号Imageを含む周波数帯）の周波数をとっている。

まず、ローカル信号ＬＯの周波数を５４GHzとし、中間周波数信号ＩＦを６GHzから２０GHzまで掃引すると、無線周波数信号ＲＦは、６０GHzから７４GHzまで掃引される。このとき、イメージ信号Imageは、４８GHzから３４GHzまで掃引される。

次いで、ローカル信号ＬＯの周波数を６１GHzに７GHz高周波側へシフトすると、中間周波数信号ＩＦを７GHz低周波側へシフトした１３GHzから掃引しても、イメージ信号Imageの周波数は、導波管２のカットオフ周波数以下として、中間周波数信号ＩＦの周波数は、アンプ５の上限周波数２０GHz以下とすることができる。

ローカル信号ＬＯの周波数を６１GHzとし、中間周波数信号ＩＦを１３GHzから１９GHzまで掃引すると、無線周波数信号ＲＦは、７４GHzから８０GHzまで掃引される。このとき、イメージ信号Imageは、４８GHzから４２GHzまで掃引される。

次いで、ローカル信号ＬＯの周波数を６４GHzに３GHz高周波側へシフトすると、中間周波数信号ＩＦを３GHz低周波側へシフトした１６GHzから掃引しても、イメージ信号Imageの周波数は、導波管２のカットオフ周波数以下として、中間周波数信号ＩＦの周波数は、アンプ５の上限周波数２０GHz以下とすることができる。

ローカル信号ＬＯの周波数を６４GHzとし、中間周波数信号ＩＦを１６GHzから２０GHzまで掃引すると、無線周波数信号ＲＦは、８０GHzから８４GHzまで掃引される。このとき、イメージ信号Imageは、４８GHzから４４GHzまで掃引される。

次いで、ローカル信号ＬＯの周波数を６６GHzに２GHz高周波側へシフトすると、中間周波数信号ＩＦを２GHz低周波側へシフトした１８GHzから掃引しても、イメージ信号Imageの周波数は、導波管２のカットオフ周波数以下として、中間周波数信号ＩＦの周波数は、アンプ５の上限周波数２０GHz以下とすることができる。

ローカル信号ＬＯの周波数を６６GHzとし、中間周波数信号ＩＦを１８GHzから２０GHzまで掃引すると、無線周波数信号ＲＦは、８４GHzから８６GHzまで掃引される。このとき、イメージ信号Imageは、４８GHzから４６GHzまで掃引される。

次いで、ローカル信号ＬＯの周波数を６７GHzに１GHz高周波側へシフトすると、中間周波数信号ＩＦを１GHz低周波側へシフトした１９GHzから掃引しても、イメージ信号Imageの周波数は、導波管２のカットオフ周波数以下として、中間周波数信号ＩＦの周波数は、アンプ５の上限周波数２０GHz以下とすることができる。

ローカル信号ＬＯの周波数を６７GHzとし、中間周波数信号ＩＦを１９GHzから２０GHzまで掃引すると、無線周波数信号ＲＦは、８６GHzから８７GHzまで掃引される。このとき、イメージ信号Imageは、４８GHzから４７GHzまで掃引される。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１スペクトラムアナライザ
２導波管（フィルタ）
３ミキサ
４ローカル信号発生器
５アンプ
９制御部

Claims

所定の周波数帯の無線信号の所定のカットオフ周波数以下の周波数の信号を遮断するフィルタ（２）と、
前記フィルタの出力する信号を所定の周波数のローカル信号に基づいて所定の中間周波数帯に変換するミキサ（３）と、
前記ミキサの出力する信号の所定の上限周波数以下の周波数の信号を増幅するアンプ（５）と、
前記ローカル信号の前記所定の周波数の高周波側を変換対象信号とし、前記ローカル信号の前記所定の周波数の低周波側をイメージ信号とし、前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するときに、前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を高い周波数側へシフトする制御部（９）と、を備える周波数変換装置。
前記制御部は、前記中間周波数帯の周波数を前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を、掃引した周波数の幅を上限値として高い周波数側へシフトする請求項１に記載の周波数変換装置。
前記制御部は、前記中間周波数帯の周波数を前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を、前記所定のカットオフ周波数と、前記所定の上限周波数に対応するイメージ信号の周波数との差分を上限値として高い周波数側へシフトする請求項１に記載の周波数変換装置。
所定の周波数帯の無線信号の所定のカットオフ周波数以下の周波数の信号を遮断するフィルタ（２）と、前記フィルタの出力する信号を所定の周波数のローカル信号に基づいて所定の中間周波数帯に変換するミキサ（３）と、前記ミキサの出力する信号の所定の上限周波数以下の周波数の信号を増幅するアンプ（５）と、を備える周波数変換装置の周波数変換方法であって、
前記ローカル信号の前記所定の周波数の高周波側を変換対象信号とし、前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するステップと、
前記所定の上限周波数まで掃引した場合、前記ローカル信号の前記所定の周波数を高い周波数側へシフトして、再度前記中間周波数帯の周波数を低い周波数から高い周波数へ掃引するステップと、を備える周波数変換方法。