JP7185673B2 - 信号解析装置及び信号解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、信号解析装置及び信号解析方法に関し、特に、スーパーヘテロダイン方式を使用した信号解析装置及び信号解析方法に関する。

従来、被測定物から出力される広帯域のＲＦ信号を被測定信号として受信し、当該被測定信号の周波数解析を行う信号解析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図５に示すように、従来の信号解析装置は、第１のミキサ６１と、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６２と、第２のミキサ６３と、第２のＢＰＦ６４と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）６５と、信号解析部６６と、を備える。

第１のミキサ６１は、周波数ｆ_ＲＦ（中心周波数ｆ_ｃ）の被測定信号を、周波数ｆ_ＬＯ１の第１の局部発振信号と周波数混合して、これら２つの信号の周波数の和成分及び差成分の出力信号、すなわち、周波数ｆ_ＲＦ＋ｆ_ＬＯ１及び｜ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ１｜の出力信号を生成するものである。第１のＢＰＦ６２は、第１のミキサ６１からの差成分の出力信号を中間周波数ｆ_ＩＦの中間周波数信号として通過させる一方で、第１のミキサ６１からの和成分の出力信号を除去するようになっている。

第２のミキサ６３は、第１のＢＰＦ６２を通過した信号を、周波数ｆ_ＬＯ２の第２の局部発振信号と周波数混合して、これら２つの信号の周波数の和成分及び差成分の出力信号を生成するものである。第２のＢＰＦ６４は、第２のミキサ６３からの差成分の出力信号を通過させる一方で、第２のミキサ６３からの和成分の出力信号を除去するようになっている。

ＡＤＣ６５は、第２のＢＰＦ６４を通過した信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、所定のビット数の２進数のディジタルデータにＡＤ変換するようになっている。信号解析部６６は、ＡＤＣ６５によりＡＤ変換された信号を解析するようになっている。

ところで、上記の第１のミキサ６１においては被測定信号の高調波が発生し、この高調波は第１のＢＰＦ６２に入力される。例えば、第１のＢＰＦ６２の通過中心周波数が９．８ＧＨｚ、被測定信号の中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚ、第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１が１４．７ＧＨｚである場合を考える。このとき、９．８ＧＨｚを中心とする周波数範囲で被測定信号の２次高調波がスプリアス信号として現れ、被測定信号の希望波の周波数ｆ_ＲＦと重なって弁別できなくなるという問題が発生する。

さらに、図６に示すように、中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚの被測定信号における４．８５ＧＨｚの周波数成分は、第１のミキサ６１により９．７ＧＨｚのスプリアスとなる。一方、第１のミキサ６１からの差成分の出力信号として得られる希望波の中心周波数は９．８５ＧＨｚとなる。このとき、後段の第２のＢＰＦ６４の通過帯域幅Ｗにスプリアスの９．７ＧＨｚと被測定信号の希望波の９．８５ＧＨｚに相当する周波数成分が含まれてしまうと、信号解析部６６での信号解析結果に悪影響が及ぶ可能性がある。

特許第５９４７９４３号公報

上記のように、第１のミキサ６１により発生する被測定信号の高調波が被測定信号の希望波と重なって弁別できなくなる問題を回避するためには、設計時に被測定信号の高調波と希望波が重ならない周波数関係を選択すればよい。このために、例えば、第１のＢＰＦ６２の通過中心周波数を高くするような設計を行うことが考えられるが、第１のＢＰＦ６２を含む周波数変換に関わるハードウェアの設計難易度やコストが上昇してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、ミキサで発生する被測定信号の高調波スプリアスを回避しながら被測定信号の解析を行うことができる信号解析装置及び信号解析方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る信号解析装置は、周波数ｆ_ＲＦの被測定信号を解析する信号解析装置であって、前記周波数ｆ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する周波数設定部と、前記第１の局部発振信号を出力する第１の局部発振器と、前記被測定信号を前記第１の局部発振信号と周波数混合して前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号を生成するとともに、前記被測定信号の２次高調波成分を含む第１のスプリアス信号を生成する第１のミキサと、前記第１の中間周波数信号及び前記第１のスプリアス信号が入力される通過中心周波数ｆ_０の第１のバンドパスフィルタと、前記第２の局部発振信号を出力する第２の局部発振器と、前記第１のバンドパスフィルタを通過した前記第１の中間周波数信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の第２の中間周波数信号を生成するとともに、前記第１のバンドパスフィルタを通過した前記第１のスプリアス信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２のスプリアス信号を生成する第２のミキサと、前記第２の中間周波数信号及び前記第２のスプリアス信号が入力され、前記第２の中間周波数信号を通過させ、前記第２のスプリアス信号を除去する通過帯域幅Ｗの第２のバンドパスフィルタと、前記第２のバンドパスフィルタを通過した前記第２の中間周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器によりＡＤ変換された前記第２の中間周波数信号を解析する信号解析部と、を備え、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１は、ｆ_０＋Δｆで与えられ、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１は、ｆ_ｃ＋ｆ_０＋Δｆで与えられ、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２は、ｆ_０±ｆ_ＩＦ２＋Δｆで与えられ、前記第１のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ１は、２×ｆ_ＲＦで与えられ、前記第２のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ２は、｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜で与えられ、前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを用いて、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する構成である。

この構成により、本発明に係る信号解析装置は、被測定信号の中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を決定するようになっている。これにより、本発明に係る信号解析装置は、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を可変とすることで、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、第１のミキサで発生する被測定信号の高調波スプリアスを回避しながら被測定信号の解析を行うことができる。さらに、本発明に係る信号解析装置は、今後新たな帯域を使用する規格が策定された場合においても、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、高調波スプリアスを避けた測定が可能である。

また、本発明に係る信号解析装置においては、前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係が成立しない場合に、Δｆ＝０となる前記周波数シフト量Δｆを決定する構成であってもよい。

また、本発明に係る信号解析装置においては、前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係が成立する場合に、Δｆ≧２Ｗ／３、又は、Δｆ≦－２Ｗ／３となる前記周波数シフト量Δｆを決定する構成であってもよい。

これらの構成により、本発明に係る信号解析装置は、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を周波数シフト量Δｆだけシフトして使い分けることができるため、通過帯域幅Ｗの第２のＢＰＦで周波数ｆ_ＳＰ２の不要な高調波スプリアスを除去しつつ、第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の希望波を受信することができる。換言すれば、本発明に係る信号解析装置は、第１のミキサで生成される第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と第１のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ１とを後段の第２のＢＰＦで分離することができる。

また、本発明に係る信号解析方法は、周波数ｆ_ＲＦの被測定信号を解析する信号解析方法であって、前記周波数ｆ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する周波数設定ステップと、前記第１の局部発振信号を出力する第１の局部発振ステップと、前記被測定信号を前記第１の局部発振信号と周波数混合して前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号を生成するとともに、前記被測定信号の２次高調波成分を含む第１のスプリアス信号を生成する第１の周波数混合ステップと、前記第１の中間周波数信号及び前記第１のスプリアス信号が入力される通過中心周波数ｆ_０の第１のバンドパスステップと、前記第２の局部発振信号を出力する第２の局部発振ステップと、前記第１のバンドパスステップを通過した前記第１の中間周波数信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の第２の中間周波数信号を生成するとともに、前記第１のバンドパスステップを通過した前記第１のスプリアス信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２のスプリアス信号を生成する第２の周波数混合ステップと、前記第２の中間周波数信号及び前記第２のスプリアス信号が入力され、前記第２の中間周波数信号を通過させ、前記第２のスプリアス信号を除去する通過帯域幅Ｗの第２のバンドパスステップと、前記第２のバンドパスステップを通過した前記第２の中間周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換ステップと、前記ＡＤ変換ステップによりＡＤ変換された前記第２の中間周波数信号を解析する信号解析ステップと、を含み、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１は、ｆ_０＋Δｆで与えられ、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１は、ｆ_ｃ＋ｆ_０＋Δｆで与えられ、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２は、ｆ_０±ｆ_ＩＦ２＋Δｆで与えられ、前記第１のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ１は、２×ｆ_ＲＦで与えられ、前記第２のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ２は、｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜で与えられ、前記周波数設定ステップは、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを用いて、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する構成である。

この構成により、本発明に係る信号解析方法は、被測定信号の中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を決定するようになっている。これにより、本発明に係る信号解析方法は、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を可変とすることで、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、第１のミキサで発生する被測定信号の高調波スプリアスを回避しながら被測定信号の解析を行うことができる。さらに、本発明に係る信号解析方法は、今後新たな帯域を使用する規格が策定された場合においても、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、高調波スプリアスを避けた測定が可能である。

本発明は、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、ミキサで発生する被測定信号の高調波スプリアスを回避しながら被測定信号の解析を行うことができる信号解析装置及び信号解析方法を提供するものである。

本発明の実施形態に係る信号解析装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る信号解析装置の周波数変換部を構成する各部の周波数関係を示す表である。 第１のＢＰＦから出力された直後の被測定信号の帯域幅と、第１のスプリアス信号の帯域幅と、第２のＢＰＦの通過帯域幅の周波数関係を模式的に示す図であって、（ａ）は被測定信号の中心周波数ｆ_ｃが４．８ＧＨｚ≦ｆ_ｃ＜４．９ＧＨｚの範囲にある場合、（ｂ）は被測定信号の中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚ≦ｆ_ｃ≦５ＧＨｚの範囲にある場合を示している。 本発明の実施形態に係る信号解析装置を用いる信号解析方法の処理を説明するためのフローチャートである。 従来の信号解析装置の構成を示すブロック図である。 図５の信号解析装置における希望波とスプリアスとの関係を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る信号解析装置及び信号解析方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る信号解析装置１は、被試験対象（Device Under Test：ＤＵＴ）１００から出力される周波数ｆ_ＲＦ（中心周波数ｆ_ｃ）の被測定信号Ｓ_ＲＦを解析するための装置であって、周波数変換部１０と、ＡＤ変換器２０と、周波数設定部３０と、信号解析部４０と、表示部５０と、操作部５１と、制御部５２と、を備える。

ＤＵＴ１００は、例えば、無線通信アンテナとＲＦ回路を有し、アナログＲＦ信号を出力可能な移動端末や基地局などである。ＤＵＴ１００の通信規格としては、例えば、５Ｇ ＮＲ、ＴＤ－ＬＴＥ、ＦＤＤ－ＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＧＳＭ（登録商標）、ＴＤ－ＳＣＤＭＡ、Ｗ－ＣＤＭＡ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などが挙げられる。ＤＵＴ１００と周波数変換部１０とは、同軸ケーブルなどで有線接続されてもよく、あるいは、無線通信アンテナを介して無線接続されてもよい。

周波数変換部１０は、ＤＵＴ１００から出力される被測定信号Ｓ_ＲＦとしてのアナログＲＦ信号を周波数変換するものであって、第１の局部発振器１１と、第１のミキサ１２と、第１のＢＰＦ１３と、第２の局部発振器１４と、第２のミキサ１５と、第２のＢＰＦ１６と、を有する。

第１の局部発振器１１は、例えばＰＬＬ回路により構成されており、後述の周波数設定部３０からの制御信号を受けて、被測定信号Ｓ_ＲＦの元の周波数ｆ_ＲＦよりも変換先の周波数の分だけ高い周波数ｆ_ＬＯ１の正弦波を第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１として、第１のミキサ１２に出力するものである。

第１のミキサ１２は、周波数ｆ_ＲＦの被測定信号Ｓ_ＲＦを、第１の局部発振器１１から出力された周波数ｆ_ＬＯ１の第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１と周波数混合して、これら２つの信号の周波数の和成分及び差成分の出力信号、すなわち、周波数ｆ_ＲＦ＋ｆ_ＬＯ１及び｜ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ１｜の出力信号を生成する。同時に、第１のミキサ１２は、被測定信号Ｓ_ＲＦの２次高調波成分を含む出力信号を生成する。なお、以降では、周波数｜ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ１｜を「第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１」と称するとともに、周波数｜ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ１｜の出力信号を「第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１」と称する。また、被測定信号Ｓ_ＲＦの２次高調波成分を含む信号を「第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１」と称する。

第１のＢＰＦ１３は、第１のミキサ１２と第２のミキサ１５との間に設けられた通過中心周波数ｆ_０のバンドパスフィルタであって、第１のミキサ１２から出力された第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１と第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１とを含む出力信号が入力される。第１のＢＰＦ１３は、第１のミキサ１２からの出力信号のうち、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１や第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を通過させる一方で、第１のミキサ１２からの出力信号のうちの和成分、被測定信号Ｓ_ＲＦの３次以上の高調波成分、及び、第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１の高調波成分を除去するようになっている。

第２の局部発振器１４は、例えばＰＬＬ回路により構成されており、後述の周波数設定部３０からの制御信号を受けて、第１のＢＰＦ１３から出力された信号の元の周波数よりも変換先の周波数の分だけ低い（又は高い）周波数ｆ_ＬＯ２の正弦波を第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２として、第２のミキサ１５に出力するものである。

第２のミキサ１５は、第１のＢＰＦ１３を通過した第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１を、第２の局部発振器１４から出力された周波数ｆ_ＬＯ２の第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２と周波数混合して、これら２つの信号の周波数の和成分及び差成分の出力信号、すなわち、周波数ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ＬＯ２及び｜ｆ_ＩＦ１－ｆ_ＬＯ２｜の出力信号を生成する。同時に、第２のミキサ１５は、第１のＢＰＦ１３を通過した周波数ｆ_ＳＰ１の第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を、第２の局部発振器１４から出力された周波数ｆ_ＬＯ２の第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２と周波数混合して、これら２つの信号の周波数の和成分及び差成分の出力信号、すなわち、周波数ｆ_ＳＰ１＋ｆ_ＬＯ２及び｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_ＬＯ２｜の出力信号を生成する。

なお、以降では、周波数｜ｆ_ＩＦ１－ｆ_ＬＯ２｜を「第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２」と称するとともに、周波数｜ｆ_ＩＦ１－ｆ_ＬＯ２｜の出力信号を「第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２」と称する。また、周波数｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_ＬＯ２｜を「周波数ｆ_ＳＰ２」と称するとともに、周波数ｆ_ＳＰ２の出力信号を「第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２」と称する。つまり、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２は、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を第２のミキサ１５でダウンコンバートした不要波信号である。

第２のＢＰＦ１６は、例えば、通過中心周波数ｆ_ＩＦ２、通過帯域幅Ｗのバンドパスフィルタであって、第２のミキサ１５から出力された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２と第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２とを含む出力信号が入力される。ここで、通過中心周波数ｆ_ＩＦ２は固定値である。第２のＢＰＦ１６は、第２のミキサ１５からの出力信号のうち、第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を通過させる一方で、第２のミキサ１５からの出力信号のうちの和成分と第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２とを除去するようになっている。

ＡＤ変換器２０は、周波数変換部１０の第２のＢＰＦ１６を通過した第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、所定のビット数の２進数のディジタルデータにＡＤ変換するようになっている。

なお、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１、第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２の周波数ｆ_ＬＯ２、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の周波数ｆ_ＳＰ１、及び、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２の周波数ｆ_ＳＰ２は、下記の式（１）～（５）で与えられる。

ｆ_ＩＦ１＝ｆ_０＋Δｆ ・・・（１）
ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ｃ＋ｆ_ＩＦ１＝ｆ_ｃ＋ｆ_０＋Δｆ ・・・（２）
ｆ_ＬＯ２＝ｆ_ＩＦ１±ｆ_ＩＦ２＝ｆ_０±ｆ_ＩＦ２＋Δｆ ・・・（３）
ｆ_ＳＰ１＝２×ｆ_ＲＦ ・・・（４）
ｆ_ＳＰ２＝｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_ＬＯ２｜＝｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜
・・・（５）

周波数設定部３０は、上記の式（１）～（３）に従って、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１の第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する。さらに、周波数設定部３０は、決定した周波数ｆ_ＬＯ１及び周波数ｆ_ＬＯ２をそれぞれ第１の局部発振器１１及び第２の局部発振器１４に設定するようになっている。

ここで、周波数設定部３０は、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２の周波数ｆ_ＳＰ２が第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗに含まれないように、下記の式（６）の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを用いて、式（１）～（３）の計算を行う。

ｆ_ＩＦ２－Ｗ／２≦ｆ_ＳＰ２≦ｆ_ＩＦ２＋Ｗ／２
－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２ ・・・（６）

例えば、周波数設定部３０は、下記の式（７）の関係が成立しない場合に、Δｆ＝０となる周波数シフト量Δｆを決定する。一方、周波数設定部３０は、下記の式（７）の関係が成立する場合に、Δｆ≧２Ｗ／３、又は、Δｆ≦－２Ｗ／３となる周波数シフト量Δｆを決定する。

－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２ ・・・（７）

例えば、第１のＢＰＦ１３の通過中心周波数ｆ_０が９．８ＧＨｚ、第２のＢＰＦ１６の通過中心周波数ｆ_ＩＦ２が１．９５ＧＨｚの場合のｆ_ｃ、ｆ_ＳＰ１、Δｆ、ｆ_ＩＦ１、ｆ_ＬＯ１、ｆ_ＬＯ２、ｆ_ＳＰ２、及び、第２のＢＰＦ１６の通過帯域の値の一例を図２に示す。ここで、第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗが３１０ＭＨｚであるとすると、第２のＢＰＦ１６の通過帯域は、ｆ_ＩＦ２＝１．９５ＧＨｚを中心とした１．７９５～２．１０５ＧＨｚとなる。

この例では、帯域幅１００ＭＨｚの被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．８ＧＨｚ≦ｆ_ｃ＜４．９ＧＨｚの範囲にあるときに、式（６）の関係を成立させない周波数シフト量Δｆとして０．３５ＧＨｚが設定されることにより、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１が１０．１５ＧＨｚとなる。また、帯域幅１００ＭＨｚの被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚ≦ｆ_ｃ≦５ＧＨｚの範囲にあるときに、式（６）の関係を成立させない周波数シフト量Δｆとして－０．３５ＧＨｚが設定されることにより、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１が９．４５ＧＨｚとなる。このようにして、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２の周波数ｆ_ＳＰ２がｆ_ＩＦ２－Ｗ／２≦ｆ_ＳＰ２≦ｆ_ＩＦ２＋Ｗ／２の範囲外、すなわち１．７９５～２．１０５ＧＨｚの範囲外に押し出されることになる。一方、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが、ｆ_ｃ＜４．８ＧＨｚ、又は、５ＧＨｚ＜ｆ_ｃの範囲にあるときは、式（７）の関係が成立しないためΔｆ＝０となる。

図３は、図２に示した例について、第１のＢＰＦ１３から出力された直後の被測定信号Ｓ_ＲＦの帯域と、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域と、第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗの周波数関係を模式的に示す図である。この例では、被測定信号Ｓ_ＲＦの帯域幅を１００ＭＨｚとしているため、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域幅は２００ＭＨｚとなっている。また、後段の信号解析部４０における被測定信号Ｓ_ＲＦの測定帯域幅と第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗとを３１０ＭＨｚとしている。

図３（ａ）は、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．８ＧＨｚ≦ｆ_ｃ＜４．９ＧＨｚの範囲にあるときに、Δｆが０．３５ＧＨｚに設定された場合の周波数関係を示している。この場合、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域は、被測定信号Ｓ_ＲＦの測定帯域に常に重ならない。また、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚよりも低くなるほど、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域は、被測定信号Ｓ_ＲＦの測定帯域から遠ざかることになる。

図３（ｂ）は、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚ≦ｆ_ｃ≦５ＧＨｚの範囲にあるときに、Δｆが－０．３５ＧＨｚに設定された場合の周波数関係を示している。この場合も、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域は、被測定信号Ｓ_ＲＦの測定帯域に常に重ならない。また、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃが４．９ＧＨｚよりも高くなるほど、第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の帯域は、被測定信号Ｓ_ＲＦの測定帯域から遠ざかることになる。

図１に示す信号解析部４０は、ＡＤ変換器２０によりＡＤ変換された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を解析するものであり、記憶部４１と、ベースバンドモジュール４２と、を有する。

記憶部４１は、ＡＤ変換器２０から出力された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２のディジタルデータを記憶するようになっている。

ベースバンドモジュール４２は、記憶部４１に記憶された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２のディジタルデータを直交復調して、互いに直交する直交信号Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）を生成するようになっている。また、ベースバンドモジュール４２は、生成した直交信号Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）に対して、所定の信号解析処理を行うようになっている。ベースバンドモジュール４２が実行する信号解析処理としては、例えば、被測定信号Ｓ_ＲＦの振幅（パワー）、位相、周波数などの時間変化、チャネルパワー（ＣＨＰ）、占有帯域幅（ＯＢＷ）、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）、バースト平均電力、変調精度（ＥＶＭ）、スペクトラムエミッションマスク（ＳＥＭ）、送信パワーレベル、送信スペクトラムマスクなどが挙げられる。

表示部５０は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部５２による表示制御に応じて、信号解析部４０による信号解析処理結果などの各種表示内容を表示するようになっている。さらに、表示部５０は、制御部５２から出力される制御信号に応じて、測定条件などを設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。

操作部５１は、ユーザによる操作入力を受け付けるためのものであり、例えば表示部５０の表示画面の表面に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部５１は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。操作部５１への操作入力は、制御部５２により検知されるようになっている。例えば、操作部５１により、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃ、第１のＢＰＦ１３の通過中心周波数ｆ_０、第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗなどをユーザが任意に指定することが可能である。

制御部５２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、信号解析装置１を構成する上記各部の動作を制御する。また、制御部５２は、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムをＲＡＭに移して実行することにより、周波数設定部３０及びベースバンドモジュール４２の少なくとも一部をソフトウェア的に構成することも可能である。なお、周波数設定部３０及びベースバンドモジュール４２の少なくとも一部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することも可能である。あるいは、周波数設定部３０及びベースバンドモジュール４２の少なくとも一部は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。

以下、本実施形態の信号解析装置１を用いる信号解析方法について、図４のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。

まず、ユーザによる操作部５１への操作入力により、周波数変換に関する各種情報、すなわち、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃ、第１のＢＰＦ１３の通過中心周波数ｆ_０、第２のＢＰＦ１６の通過帯域幅Ｗなどの情報が入力される（ステップＳ１）。

次に、周波数設定部３０は、上記の式（１）～（３）に従って、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１の第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する（周波数設定ステップＳ２）。ここで、周波数設定ステップＳ２は、式（６）の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを決定して、式（１）～（３）の計算を行う。

次に、第１の局部発振器１１は、周波数ｆ_ＬＯ１の第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１を出力する（第１の局部発振ステップＳ３）。

次に、第１のミキサ１２は、被測定信号Ｓ_ＲＦを第１の局部発振信号Ｓ_ＬＯ１と周波数混合して、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１を生成するとともに、被測定信号Ｓ_ＲＦの２次高調波成分の周波数ｆ_ＳＰ１の第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を生成する（第１の周波数混合ステップＳ４）。

次に、第１のＢＰＦ１３は、第１のミキサ１２から出力された第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１と第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１とを含む出力信号が入力され、第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１と第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を通過させる（第１のバンドパスステップＳ５）。

次に、第２の局部発振器１４は、周波数ｆ_ＬＯ２の第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２を出力する（第２の局部発振ステップＳ６）。

次に、第２のミキサ１５は、第１のバンドパスステップＳ５を通過した第１の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ１を第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２と周波数混合して、第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を生成する。同時に、第２のミキサ１５は、第１のバンドパスステップＳ５を通過した第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１を第２の局部発振信号Ｓ_ＬＯ２と周波数混合して、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２を生成する（第２の周波数混合ステップＳ７）。

次に、第２のＢＰＦ１６は、第２のミキサ１５から出力された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２と第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２とを含む出力信号が入力され、第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を通過させるとともに、第２のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ２を除去する（第２のバンドパスステップＳ８）。

ＡＤ変換器２０は、第２のバンドパスステップＳ８を通過した第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２をＡＤ変換する（ＡＤ変換ステップＳ９）。

信号解析部４０は、ＡＤ変換ステップＳ９によりＡＤ変換された第２の中間周波数信号Ｓ_ＩＦ２を解析する（信号解析ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態に係る信号解析装置１は、式（１）～（３）等に従って、被測定信号Ｓ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を決定するようになっている。これにより、本実施形態に係る信号解析装置１は、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を可変とすることで、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、第１のミキサ１２で発生する被測定信号Ｓ_ＲＦの高調波スプリアスを回避しながら被測定信号Ｓ_ＲＦの解析を行うことができる。さらに、本実施形態に係る信号解析装置１は、今後新たな帯域を使用する規格が策定された場合においても、周波数変換に関わるハードウェアの構成を変更することなく、高調波スプリアスを避けた測定が可能である。

また、本実施形態に係る信号解析装置１は、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１、周波数ｆ_ＬＯ１、及び周波数ｆ_ＬＯ２を周波数シフト量Δｆだけシフトして使い分けることができるため、通過帯域幅Ｗの第２のＢＰＦ１６で周波数ｆ_ＳＰ２の不要な高調波スプリアスを除去しつつ、第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の希望波を受信することができる。換言すれば、本実施形態に係る信号解析装置１は、第１のミキサ１２で生成される第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と第１のスプリアス信号Ｓ_ＳＰ１の周波数ｆ_ＳＰ１とを後段の第２のＢＰＦ１６で分離することができる。

１ 信号解析装置
１０ 周波数変換部
１１ 第１の局部発振器
１２ 第１のミキサ
１３ 第１のＢＰＦ
１４ 第２の局部発振器
１５ 第２のミキサ
１６ 第２のＢＰＦ
２０ ＡＤ変換器
３０ 周波数設定部
４０ 信号解析部
１００ ＤＵＴ

Claims (4)

1. 周波数ｆ_ＲＦの被測定信号（Ｓ_ＲＦ）を解析する信号解析装置（１）であって、
   前記周波数ｆ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する周波数設定部（３０）と、
   前記第１の局部発振信号（Ｓ_ＬＯ１）を出力する第１の局部発振器（１１）と、
   前記被測定信号を前記第１の局部発振信号と周波数混合して前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号（Ｓ_ＩＦ１）を生成するとともに、前記被測定信号の２次高調波成分を含む第１のスプリアス信号（Ｓ_ＳＰ１）を生成する第１のミキサ（１２）と、
   前記第１の中間周波数信号及び前記第１のスプリアス信号が入力される通過中心周波数ｆ_０の第１のバンドパスフィルタ（１３）と、
   前記第２の局部発振信号（Ｓ_ＬＯ２）を出力する第２の局部発振器（１４）と、
   前記第１のバンドパスフィルタを通過した前記第１の中間周波数信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の第２の中間周波数信号（Ｓ_ＩＦ２）を生成するとともに、前記第１のバンドパスフィルタを通過した前記第１のスプリアス信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２のスプリアス信号（Ｓ_ＳＰ２）を生成する第２のミキサ（１５）と、
   前記第２の中間周波数信号及び前記第２のスプリアス信号が入力され、前記第２の中間周波数信号を通過させ、前記第２のスプリアス信号を除去する通過帯域幅Ｗの第２のバンドパスフィルタ（１６）と、
   前記第２のバンドパスフィルタを通過した前記第２の中間周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器（２０）と、
   前記ＡＤ変換器によりＡＤ変換された前記第２の中間周波数信号を解析する信号解析部（４０）と、を備え、
   前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１は、ｆ_０＋Δｆで与えられ、
   前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１は、ｆ_ｃ＋ｆ_０＋Δｆで与えられ、
   前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２は、ｆ_０±ｆ_ＩＦ２＋Δｆで与えられ、
   前記第１のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ１は、２×ｆ_ＲＦで与えられ、
   前記第２のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ２は、｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜で与えられ、
   前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを用いて、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定することを特徴とする信号解析装置。
2. 前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係が成立しない場合に、Δｆ＝０となる前記周波数シフト量Δｆを決定することを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。
3. 前記周波数設定部は、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係が成立する場合に、Δｆ≧２Ｗ／３、又は、Δｆ≦－２Ｗ／３となる前記周波数シフト量Δｆを決定することを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。
4. 周波数ｆ_ＲＦの被測定信号（Ｓ_ＲＦ）を解析する信号解析方法であって、
   前記周波数ｆ_ＲＦの中心周波数ｆ_ｃに応じて、第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定する周波数設定ステップ（Ｓ２）と、
   前記第１の局部発振信号（Ｓ_ＬＯ１）を出力する第１の局部発振ステップ（Ｓ３）と、
   前記被測定信号を前記第１の局部発振信号と周波数混合して前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１の第１の中間周波数信号（Ｓ_ＩＦ１）を生成するとともに、前記被測定信号の２次高調波成分を含む第１のスプリアス信号（Ｓ_ＳＰ１）を生成する第１の周波数混合ステップ（Ｓ４）と、
   前記第１の中間周波数信号及び前記第１のスプリアス信号が入力される通過中心周波数ｆ_０の第１のバンドパスステップ（Ｓ５）と、
   前記第２の局部発振信号（Ｓ_ＬＯ２）を出力する第２の局部発振ステップ（Ｓ６）と、
   前記第１のバンドパスステップを通過した前記第１の中間周波数信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２の中間周波数ｆ_ＩＦ２の第２の中間周波数信号（Ｓ_ＩＦ２）を生成するとともに、前記第１のバンドパスステップを通過した前記第１のスプリアス信号を前記第２の局部発振信号と周波数混合して第２のスプリアス信号（Ｓ_ＳＰ２）を生成する第２の周波数混合ステップ（Ｓ７）と、
   前記第２の中間周波数信号及び前記第２のスプリアス信号が入力され、前記第２の中間周波数信号を通過させ、前記第２のスプリアス信号を除去する通過帯域幅Ｗの第２のバンドパスステップ（Ｓ８）と、
   前記第２のバンドパスステップを通過した前記第２の中間周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換ステップ（Ｓ９）と、
   前記ＡＤ変換ステップによりＡＤ変換された前記第２の中間周波数信号を解析する信号解析ステップ（Ｓ１０）と、を含み、
   前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１は、ｆ_０＋Δｆで与えられ、
   前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１は、ｆ_ｃ＋ｆ_０＋Δｆで与えられ、
   前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２は、ｆ_０±ｆ_ＩＦ２＋Δｆで与えられ、
   前記第１のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ１は、２×ｆ_ＲＦで与えられ、
   前記第２のスプリアス信号の周波数ｆ_ＳＰ２は、｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜で与えられ、
   前記周波数設定ステップは、－Ｗ／２≦｜ｆ_ＳＰ１－ｆ_０±ｆ_ＩＦ２－Δｆ｜－ｆ_ＩＦ２≦＋Ｗ／２の関係を成立させない周波数シフト量Δｆを用いて、前記第１の中間周波数ｆ_ＩＦ１と、前記第１の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ１と、前記第２の局部発振信号の周波数ｆ_ＬＯ２とを決定することを特徴とする信号解析方法。

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