JPS6347674A - スペクトラムアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、「発明の目的」 （産業上の利用分野〕 本発明は、スーパーヘテロダイン方式のスペクトラムア
ナライザの改善に関するものである。

（従来の技術） 第３図に従来のスーパーヘテロゲイン方式のスペクトラ
ムアナライザの構成を示す。第３図では掃引発援器７か
ら第５図に示すような鋸歯状波を出力し、これをＶＣＯ
（ｖｏ日ａｇｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｏｓｃＮｌａ
ｔｏｒ　）　５に−加える。また、このｔＪ８歯状波は
ＣＲＴ２０の横軸に加え周波数局引に用いる。ＶＣＯ５
は鋸歯状波が印加されるので、この印加電圧に応じて変
化する周波数７Ｖを出力し、こ詐をミキサ３に加える。

一方、周波数ｆｉ　　（通常、ｊｌは多数の周波数成分
を含む）の入力信号は、ローパスフィルタ１に加えられ
る。ローパスフィルタ１は、スペクトラムアナライザが
測定しようとしている範囲の周波数を通過させ、それ以
外の周波数成分をカットするためのものである。例えば
、スペクトラムアナライザが、０〜ｆｏの帯域を観測す
るためのものであれば、１０以上の周波数成分をカット
ジる特性を持つフィルタである。このローパスフィルタ
１の出力信号の周波数を／Ｌとする。

ミキサ３では、（１）式の？！！！Ｉｎによるミキシン
グ（＋＋＋１ｘｉｎｕ）を行い、その出力信号（周波数
／Ｍ）を次段のＢＰＦ増幅３ｉ　（ｂａｎｄ　ｐａｓｓ
　ｆｉｌｔｅｒ増幅器）９に加える。

ｆ門−／　ｖ　−ｆ、　　　　　　　　　　　　　（＋
）ＢＰＦ増幅器９は、成る周波数ｆ１を中心としたこの
周辺の周波数のみ選択して層幅する。

第３図では、更に周波数の選択度を上げ、ゲインを稼ぐ
ため、ミキサ１１と発擾器１３とＢＰＦ増幅器１５とに
より増幅する所謂ダブルス−パーへテロダイン式で構成
している。このミキサ１１と発振器１３とＢＰＦ増幅器
１５とは無くても第３図の装置は動作する。

ＢＰＦ増幅器１５の出力は、検波器１７でその振幅力検
出され、ビデオフィルタ１９にてノイズ成分が除かれて
、ＣＲＴ２０の縦軸に加えられる。

以上のような第３図の装置では、第４図に示すような周
波数スペクトラム波形がＣＲＴ２０に表示される。その
動作は次の如くである。

ＢＰＦｊｌ１幅器９に印加される周波数ｆＭは、（１）
式に示されるように、ＶＣＯ５からの周波数／Ｖにより
周波数値がシフトされた周波数ｆＬである。

古替えると、周波数ｆＭは、入力周波数ｆｔの不要な成
分く測定対象外の成分）を除去した周波数ｆＬを周波数
ｆＶでシフトさせた値である。

具体例で述べると、今、スペクトラムアナライザがＯ＝
　／　ｏの測定範囲を持つものである場合、第３図に示
した各周波数憾、例えば次のように選択される。ＶＣ○
５の可変周波数範囲ｆＶはｆｖ−／＋　〜（Ｉ＋　＋１
０　）　、ローパスフィルタ１の出力周波数ｆＬ−０〜
１０　、ＢＰＦ増幅器の、中心周波数ｆ１とする。

従って周波数／Ｍは、成る瞬時の周波数値である例えば
、／Ｖ”ｌＶ＋と、０〜ｆ０の周波数成分を含む周波数
ｆ１とのミキシングしたものであるから（１）式より７
Ｍは（／ｖ＋　　１０）〜／ｖ＋の周波数成分を含んだ
周波数である。

このような帯域を持った周波数／ＭのうちＢＰＦ増幅器
９におけるバンドパスフィルタの中心周波数ｆ＋に該当
する周波数値のみが、選択されて次段へ通過することが
できる。従って、この通過できる周波数は、ＶＣＯ５の
出力周波数ｆｖをスイープすることにより、シフトされ
ることになる。

従って、第４図のような周波数スペクトラム波形が得ら
れるのである。

〔発明が解決しよ°〕とする問題点〕 しかし、第３図のような手段を実施すると、回路動作が
理想状態と異なるため、ＢＰＦ増幅器９の入力周波ｈ　
ｆ　Ｍとして、（１）式で予定している以外の周波数が
含まれるのでノイズの原因となる問題がある。

なお、木用１ｌｌｌ書で言うノイズとは、入力信号等に
含まれてくる一般的に言うノイズではない。即ち、入力
信号に一般的に言うノイズが含まれてなくてもスペクト
ラム波形の真の信号弁へ重畳してパノイズ的に現れる波
形のことである。

具体的に述べると、 ■　ローパスフィルタ１の遮断特性が悪く、また、ミキ
サ３のアイソレーションが悪いため、入力周波数！、が
ミキサ３の出力ｆＭに筒抜けの状態で加わり、入力ｆ、
に含まれる／Ｉ酸成分、（１）式で正規にミキシングさ
れてきた信号と同時に検出されてしまう問題がある。従
って、ミキシングにより周波数シフトされた信号と、筒
扱けしてきた周波数シフトされない信号が混在するため
第２図に示すようなノイズとなる。

■　ミキサ３の非線形性により、ｖＣ○５の出力周波数
ｆＶや入力周波数！、の高調波成分が、ミキサ３の出力
ｆＭに加わり、それがＢＰＦｆ１幅器９を通過してしま
う場合がある。即ち、／＋−Ｑ−／ｖ　　　Ｉ）−Ｉ＋
　　′（２）ｑ、１）：　整数 このように入力周波数！、以外のｆ（′が検出されると
、やはり第２図に示すようにノイズとなる。

このようにノイズが検出されるとスペクトラムアナライ
ザのダイナミックレンジが下がる。従って、必要なダイ
ナミックレンジを得るためには、回路素子、例えばミキ
サ３として非常に高価なものを用いる必要がある。

本発明の目的は、特別高価な回路素子を使用せずとも、
以上のようなノイズを除去して、ダイナミックレンジの
広いスーパーヘテロゲイン方式のスペクトラムアナライ
ザを提供することである。

口、「発明の構成」 （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために鋸歯状波が加え
られるＶＣＯ（５）と、ローパスフィルタを通った入力
信号とＶＣＯ（５）の出力信号をミキシングするミキサ
（３）と、このミキサ（３）の出力を導入しバンドパス
フィルタの中心周波数がｆｌである第１のＢＰＦ増幅器
（９）と、を備え、ＣＲＴ上に入力信号の周波数スペク
トラム波形を表示する装置において、 バンドパスフィルタの中心周波数が前記ｆ１と異なる＜
／＋＋Δ）である第２のＢＰＦ増幅器（５１）と、 第１のＢＰＦ増幅器（９）と第２のＢＰＦ増幅器（５１
）を切換える手段（５７，５８）・と。

第２のＢＰＦ増幅器（５１）が選択された時、前記ＶＣ
Ｏ（５）の出力周波数を〈Δ）だけシフトする手段（５
４）と、 第１のＢＰＦｆｌＪ幅器（９）と第２のＢＰＦｉＨ幅器
（５１）を介して得られた周波数スペクトラム信号のう
ち、小さい信号レベルを選択してＣＲＴへ加える手段（
５５，５６）と、 からなる手段を講じたものである。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係るスペクトラムアナライザの実施
例を示した図である。第１図が従来の第３図と異なる点
は、次の通りである。

■　ミキサ３とＢＰＦ増幅器９の間にスイッチ５７を設
け、ミキサ１１とＢＰＦ増幅器１５の間にもスイッチ５
８を設け、この２つのスイッチ５７．５８の接点間に新
たにＢＰＦ増幅器５１とミキサ５２と発振器５３を設け
るようにしたこと。そして、この新たに設けたＢＰＦ増
幅器５１のバンドパスフィルタの中心周波数ｆ２は、ｆ
２−ｆ、＋Δとなるように設定されている。なお、ｆｌ
はＢＰＦ増幅器９の中心周波数である。また、ミキサ５
２と発振器５３は、ミキサ１１と発振器１３と同じ動き
をするものである。

■　ＶＣＯ５の前に加算器５４を設けたこと。この加算
器５４は掃引Ｒ振器７の出力と信＠ＳＬとを加算してＶ
ＣＯ５に出力する。そして、この信号Ｓ、としては、の
の値と、オフセット電圧■Δとの２種類が適宜選択され
る。

■　ビデオフィルタ１９とＣＲＴ２０の間に波形メモリ
５５と比較回路５６を設けたこと。波形メモリ５５はビ
デオフィルタ１９からの１スイ一ブ分の信号波形を一旦
記憶しておくものである。記憶方法は、アナログ的であ
ると、デジタル的であるとを問わない。また、比較回路
５６はビデオフィルタ１９からの信号波形と、波形メモ
リ５５からの信号波形との大小を比較して、レベルが小
さい方の信号を次段のＣＲＴ２０の縦軸に印加している
。

以上に説明した以外の構成は、第３回と第１図は同じで
ある。従って、第３図と同一の構成素子番号を付してそ
の再説明は省略する。

以下に本発明の詳細な説明するが、始めに本発明の概要
を述べる。第２図はＣＲＴ２０に表示されるスペクトラ
ム波形を示した図である。本発明においては、まず、第
３図に示したような従来回路により、第２図（１）に示
すようなスペクトラム波形を得て、この波形データを波
形メモリ５５に記憶する。

次に、スイッチ５７．５８を切換えてＢＰＦ増幅器のバ
ンドパスフィルタの中心周波数が（ｆ、＋へ）の回路を
用い、また、ミキシングする周波数ｆｖの周波数もこれ
に対応して（ｆｖ＋△）の如くオフセット分をはかせる
。このようにすると、ミキサ３を介して正規にミキシン
グされた信号であって、ＢＰＦ増幅器５１を通過する周
波数は、（３）式で示すように第２図（１）と（１１）
では変化しない。

（１）式から、 ／Ｌ　−ｆｖ−ｆＭ ＢＰＦ増幅器の通過周波数に着目した場合、ｆ、−ｆ、
とすることができるから ｆＬ　＝　（／ｖ＋Δ）−（／Ｉ＋Δ）＝　Ｉｖ　−／
　＋　　　　　　　　　　　　　（３）しかし、ミキシ
ングされていない、即ち、筒扱けの信号（ノイズ）は、
バンドパスフィルタにおける（Δ）だけ第２図（１）と
ずれてくる。即ち、ノイズ分だけは、第２図の（１）と
（１１）のように周波数の位置がずれてくる。

そして、波形メモリ５５に格納されていた第２図（１）
の波形と、新たな第２図（１１）の波形の大小を比較回
路５６で比較し、小さい方の信号レベルをＣＲＴ２０に
表示すると、第２図＜ｍ＞のように、ノイズ分が除去さ
れたスペクトラム波形となる。

以下詳細に動作を説明する。

（Ａ＞　　スイッチの接点がａ側の場合スイッチ５７．
５８が接点ａ側にある時は、加陣器５４ニ加える信号Ｓ
Ｉ−のとする。この場合は、第３図と同じ動作をし、例
えば、第２図（１）に示すようなスペクトラム波形デー
タが波形メモリ５５に格納される。

（Ｂ）　　スイッチの接点がｂ側の場合法に、スイッチ
５７．５８が接点す側に切替わると、バンドパスフィル
タの中心周波数が＜！＋＋Δ）であるＢＰＦ増幅器５１
側の回路に切替わる。また、同時に加算器５４に加える
信号Ｓ＋もオフセット電圧ＶΔとなるので、ｖＣＯ５の
出力周波数は、スイッチ５７．５８が接点す側にある期
間中は、（Δ）だけシフトした周波数となる。即ち、ｖ
ＣＯ５の出力はＣｆｖ＋Δ）となる。このような状態で
、スペクトラム波形を得ると、前記（３）式の所で説明
したように、第２図（１１）のような波形が得られる。

即ち、正規にミキシングされ、ＢＰＧ増幅器５１を通過
してきた信号の周波数は変化せず、ミキサ３を筒扱けし
てきた信号（ノイズ）は、（１）の波形上の位置とズし
てくる。

そして、比較回路５６では、波形メモリ５５に格納され
ていた１スイ一ブ分のスペクトラム波形［例えば、第２
図（１）］と、バンドパルフィルタの中心周波数が＜ｆ
＋　＋Δ）にシフトした時の波形データ［例えば第２図
（Ｉ＋）　］との大小を時々刻々比較し、小さいレベル
信号の方をＣＲＴ２０に表示する。つまり、同一の周波
数値で比較した場合、ノイズ成分は、第２図の（１）又
は（１１）のどちらか片方に出現するが、本来の信号は
、（１）も（１１）も同じレベルとして出現する。従っ
て、（１）と（１１）の小さいレベル信号が真の入力ス
ペクトラムである。

なお、以上の説明では、中心周波数Ｉ、のＢＰＦ増幅器
９と中心周波数（／＋＋Δ）のＢＰＦ増幅器５１のベア
（２つの周波数関係）を備えた例で説明したが、これに
限定するわけではなく、例えば３つ以上に構成しても良
い。即ち、中心周波数（７＋＋Δ−）のＢＰＦ増幅器と
ミキサとｖＣＯの回路を第１図の２つのスイッチ５７．
５８（この場合のスイッチは、切替接点がａ、ｂ、ｃと
増加したもの）の間に追加するようにしてもよい。この
場合は、構成が複雑になるが、別々のノイズが偶然型な
ってしまうチャンスを減らすので、第１図より更にノイ
ズの低減を図ることができる。なお、この場合は、波形
メモリ５５と比較回路５Ｇは、それまでの最小レベルを
ＣＲＴ２０に表示するように動作する。

また、第１図では、ダブルス−パーヘテロゲイン式で構
成したがこれに限定するものではなく、シングルスーパ
ーヘテログイン式、トリプルスーパーヘテロダイン式等
でも良い。

ハ、「本発明の効果Ｊ 以上述べたように、本発明によれば、複数の周波数関係
を持っているため、本来、入力にないノイズ等を誤って
表示することがない。従って、ダイナミックレンジを広
くとることができる。また、特別高価な回路部品を用い
ることなく、簡単な構成で、以上のような高性能のスペ
クトラムアナライザを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスペクトラムアナライザの構成例
を示した図、第２図は本発明の詳細な説明するための周
波数スペクトラム波形の図、第３図は従来のスペクトラ
ムアナライザの構成例を示した図、第４図はＣＲＴの表
示例を描いた図、第５図はＶＣＯ５に印加される波形を
示した図である。 １・・・ローパスフィルタ、３・・・ミキサ、５・・・
ＶＣＯ１９，５１・・・ＢＰＦ増幅器、２０・・・ＣＲ
Ｔ１５４・・・加算器、５５・・・波形メモリ、５６・
・・比較回路。 周汲数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋸歯状波が加えられるＶＣＯ（５）と、ローパスフィル
   タを通った入力信号とＶＣＯ（５）の出力信号をミキシ
   ングするミキサ（３）と、このミキサ（３）の出力を導
   入しバンドパスフィルタの中心周波数がｆ＿１である第
   １のＢＰＦ増幅器（９）と、を備え、ＣＲＴ上に入力信
   号の周波数スペクトラム波形を表示する装置において、 バンドパスフィルタの中心周波数が前記ｆ＿１と異なる
   （ｆ＿１＋Δ）である第２のＢＰＦ増幅器（５１）と、 第１のＢＰＦ増幅器（９）と第２のＢＰＦ増幅器（５１
   ）を切換える手段（５７、５８）と、第２のＢＰＦ増幅
   器（５１）が選択された時、前記ＶＣＯ（５）の出力周
   波数を（Δ）だけシフトする手段（５４）と、 第１のＢＰＦ増幅器（９）と第２のＢＰＦ増幅器（５１
   ）を介して得られた周波数スペクトラム信号のうち、小
   さい信号レベルを選択してＣＲＴへ加える手段（５５、
   ５６）と、 を備えたことを特徴とするスペクトラムアナライザ。