(57)【要約】【課題】  周波数ダウンコンバータのレベル直線性測定において、高周波入力レベルの測定に使われるパワーメータが測定限界を決めているので、入力レベルの直接測定を必要としない方法を実現して測定精度を上げる。【解決手段】  複数の互いに値の異なる減衰器を接続する固定減衰器７を設け、１ｄＢステップ可変減衰器６と固定減衰器７とを通ってダウンコンバータ１の入力に達する信号を送出する入力信号発生器５を設け、ダウンコンバータ１内のミキサー３のローカル信号となる信号を送出するローカル信号発生器８を設け、ダウンコンバータ１内のＩＦアンプ４の出力電圧を測る交流電圧計９を設け、固定減衰器７内の減衰器の数だけデータ取得を繰り返すことを特徴とする高周波レベル直線性の測定方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の互いに値の異なる減衰器を接続する固定減衰器７を設け、１ｄＢステップ可変減衰器６と固定減衰器７とを通ってダウンコンバータ１の入力に達する信号を送出する入力信号発生器５を設け、ダウンコンバータ１内のミキサー３のローカル信号となる信号を送出するローカル信号発生器８を設け、ダウンコンバータ１内のＩＦアンプ４の出力電圧を測る交流電圧計９を設け、固定減衰器７内の減衰器の数だけデータ取得を繰り返すことを特徴とする高周波レベル直線性の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、例えば５０８．８８７ＭＨｚの高周波を入力信号とし、５０８．８６７８５ＭＨｚのローカル信号とミキシングして、１９．１５ｋＨｚの低周波信号を出力するダウンコンバータの、入力信号レベルに対する出力信号レベルの応答精度を示す直線性の計測に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  つくば市の高エネルギー研究機構に設置されているスーパーＫＥＫＢ加速器には、ビーム位置モニタと呼ばれる走行電子ビームの精密な２次元位置を測定する機器が９００台余り使用されていて、下記２式により位置を求めている。
Ｘ＝Ｋｘ（Ｖａ＋Ｖｄ−Ｖｂ−Ｖｃ）／（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ）    （１）
Ｙ＝Ｋｙ（Ｖａ＋Ｖｂ−Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ）    （２）
ここでＫｘとＫｙはビーム位置モニタの形状で決まる係数であり、またＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ，およびＶｄは図３で示したビームが走行する真空容器の壁に取り付けられた４個のボタン電極Ａ〜Ｄが受信したビームからの５０８．８８７ＭＨｚ信号の各電圧値（ｄＢｍ等対数で表現した場合はレベル値）である。これらの電圧値はダウンコンバータを経た１９．１５ｋＨｚの電圧（実効値や半値ピークなど）として測られる。従って、ダウンコンバータ自体がどの程度のレベル応答直線性を持つかで加速器のビーム位置制御の性能が決まり、更には電子と陽電子の衝突頻度が左右されることになる。【０００３】  従来の構成を図２に示す。入力信号発生器５から５０８．８８７ＭＨｚ信号が所定のレベルで発生されて１ｄＢステップ可変減衰器６を通りダウンコンバータ１に入ると同時にパワーメータ１０にもつながれてダウンコンバータ１の入力レベルが測定される。ダウンコンバータ１内ではＲＦアンプ２で増幅された後ローカル信号発生器８からの５０８．８６７８５ＭＨｚ信号とミキサー３でミキシングされて差である１９．１５ｋＨｚが取り出されＩＦアンプ４を通って出力され交流電圧計９で実効値電圧が測定される。１ｄＢステップ可変減衰器６を例えば５ｄＢから３５ｄＢまで１ｄＢステップで変えてパワーメータ１０の読取り値を横軸に、交流電圧計９の読取り値を縦軸に取ってグラフを描き、その理想直線からの偏差を求めることでレベル応答直線性を計測できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来方法には次のような欠点があった。
（イ）測定限界はパワーメータ１０の測定精度かまたは交流電圧計９のそれで決まるのは明らかである。後者には交流電圧測定機能を持つデジタル電圧計や多ビットのＡ／Ｄコンバータから適切なものを選べば０．１％（０．０１ｄＢ）以上の精度を実現できるが、前者の候補（通常のパワーメータ、ネットワークアナライザ、またはスペクトラムアナライザなど）はどれも０．４％（０．０４ｄＢ）程度が限界になり、これが全体の精度を決める。
（ロ）加速器の電子と陽電子の衝突頻度を４倍に上げると事象の必要観測期間が１／４に短縮されて新事象発見の可能性が高まるので、ビーム位置モニタの精度すなわちダウンコンバータの直線性性能は４倍の０．１％が目標にされたが、これは従来測定方法の限界を超えるものである。
本発明は、以上のような欠点を解消するために為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  複数の互いに値の異なる減衰器を接続する固定減衰器７を設け、１ｄＢステップ可変減衰器６と固定減衰器７とを通ってダウンコンバータ１の入力に達する信号を送出する入力信号発生器５を設け、ダウンコンバータ１内のミキサー３のローカル信号となる信号を送出するローカル信号発生器８を設け、ダウンコンバータ１内のＩＦアンプ４の出力電圧を測る交流電圧計９を設け、固定減衰器７内の減衰器の数だけデータ取得を繰り返すことを特徴とする高周波レベル直線性の測定方法。
【発明の効果】
【０００６】  （イ）従来の測定限界を決めていたパワーメータ１０の使用を止めて交流電圧計９のみでの測定であるので、測定精度が大幅に向上する（約０．４％が約０．０４％に）。
（ロ）高価な高周波用のレベル測定器であるパワーメータ１０が不要となるので、費用を低減できる。
（ハ）ダウンコンバータ１の全体のレベル直線性測定だけでなく、ＩＦアンプ４のレベル直線性が既知であればＲＦアンプ２とミキサー３の合成のレベル直線性測定ができ、さらにミキサー３のレベル直線性が既知であればＲＦアンプ２のみのレベル直線性測定ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  発明の構成を図１に示す。入力信号発生器５から５０８．８８７ＭＨｚ信号を所定の固定レベル（例えばダウンコンバータ１の入力で−５８ｄＢｍ以下となるように）で発生させて１ｄＢステップ可変減衰器６に入力する。この可変減衰器は５ｄＢから３５ｄＢまで１ｄＢステップで使用する。この可変減衰器の出力は固定減衰器７に送られ、０ｄＢ、３ｄＢ、５ｄＢ、７ｄＢの４種類の固定減衰器が順に挿入されて、その都度１ｄＢステップ可変減衰器６が駆動されて４回のデータ取得を繰り返す。【０００８】  ダウンコンバータ１に入力された５０８．８８７ＭＨｚ信号はＲＦアンプ２で増幅されてミキサー３に入り、ローカル信号発生器８からの５０８．８６７８５ＭＨｚ信号とミキシングされて差値である１９．１５ｋＨｚが発生し、ＩＦアンプ４で増幅されてからダウンコンバータ１から出力されて交流電圧計９に接続される。【０００９】  図４に固定減衰器７内の０ｄＢｐａｄ使用時の取得データと計算加工した数値およびグラフを示す。図４の左側に５列で示した表の左端が１ｄＢステップ可変減衰器６で設定された減衰量であり、▲１▼の列が交流電圧計９で計測した実効値電圧（単位はｍＶｒｍｓ）である。▲２▼の列は減衰量が５ｄＢ時の電圧を各減衰量の電圧で割ったものであり、１以上の値となる。▲３▼の列は▲２▼の各値をＱとして（３５−２０ｌｏｇＱ）を演算して対数化した値である（単位はｄＢ）。この▲３▼の数値をグラフにしたのが図４の右上の図である。直線は各数値から求めた回帰直線であり、その式が右上方に示されている（５ｄＢ点がｘ＝０で３５ｄＢ点がｘ＝３０）。▲４▼の列は▲３▼の各数値から回帰直線の各数値を引いたものである。ただし、回帰直線は固定減衰器７内の３ｄＢｐａｄ使用時のものを代表して使用する。この▲４▼の数値をグラフにしたものが図４の右下方の図である。【００１０】  同様に図５は固定減衰器７内の３ｄＢｐａｄ使用時、図６は５ｄＢｐａｄ使用時、図７は７ｄＢｐａｄ使用時の場合をそれぞれ示す。【００１１】  図４から図７までの各右下方のグラフは直線性の誤差を示していて主に以下３点の誤差が含まれる。
（Ａ）１ｄＢステップ可変減衰器６の減衰量誤差
（Ｂ）交流電圧計９の測定誤差
（Ｃ）ダウンコンバータ１のレベル直線性誤差
この内、当該グラフから明らかなように、（Ａ）の誤差が最も大きく０．１ｄＢ（約１％に相当）ほどになり、この誤差の影響を除去しないと（Ｂ）や（Ｃ）が見えてこないので、下記の引算加工を行って図８の右端４列に各数値を示し、図９にそれらのグラフを示す。
（図４の▲４▼の各数値）−（図４の▲４▼の各数値）→０ｄＢ  ０ｄＢ差
（図５の▲４▼の各数値）−（図４の▲４▼の各数値）→３ｄＢ  ０ｄＢ差
（図６の▲４▼の各数値）−（図４の▲４▼の各数値）→５ｄＢ  ０ｄＢ差
（図７の▲４▼の各数値）−（図４の▲４▼の各数値）→７ｄＢ  ０ｄＢ差【００１２】  図９のグラフは引算加工の結果なので相対的な直線性の誤差を現わしていてその形は特徴的である。１ｄＢステップ可変減衰器６の設定範囲を５ｄＢから２７ｄＢに限定すると誤差の振れ幅は０．０１１ｄＢ（約０．１１％）である。【００１３】  引算加工により（Ａ）の誤差が無視できたとし、また（Ｂ）の誤差も無視できるものと仮定したとき図９のグラフはダウンコンバータ１における直線性誤差の相対的な形を示していることになる。以下、この相対直線性から絶対直線性を推定していく。絶対直線性は一定の特有の形を示すことが多い（例えば徐々に飽和するなど）ので、それを「うねり」と称していく。図９における３つのグラフの形が「山なり」になっているのはその元となる絶対直線性に「一定のうねり」があるものと考え、「うねり補正値」を導入してみる。【００１４】  図８の左から２列目の数値は図４の▲４▼の数値を並べたものである。同様に左から３列目の数値は図５の▲４▼の数値を挿入した固定減衰器分（３ｄＢ）だけずらして並べたもので、以下同様に４列目は５ｄＢずらして、５列目は７ｄＢずらして並べたものである。６列目はうねり補正値が入る（図８では全て０が入っている）。うねり補正値の列に上から下記のような数値が入ると右の各処置欄のような足算加工が行われる。これを「うねり補正」と称する。
うねり補正値          ０ｄＢ処置  ３ｄＢ処置  ５ｄＢ処置  ７ｄＢ処置
０．０１２            １番目        なし        なし        なし
０．０１２            ２番目        なし        なし        なし
０．０１３            ３番目        なし        なし        なし
０．０１３            ４番目        １番目      なし        なし
０．０１４            ５番目        ２番目      なし        なし
０．０１４５          ６番目        ３番目      なし        なし
０．０１５            ７番目        ４番目      １番目      なし
０．０１５５          ８番目        ５番目      ２番目      なし
０．０１５５          ９番目        ６番目      ３番目      なし
０．０１５            １０番目      ７番目      ４番目      １番目
・                    （以下、順番に）
この結果は図８の左から７列目、８列目、９列目、および１０列目にそれぞれ反映される。図８の右端から４列分の数値にもこのうねり補正は反映されるので、図９のグラフにも反映される。【００１５】  従って、図９のグラフを見ながら最適なうねり補正値を捜すことができることになる。１ｄＢステップ可変減衰器６の５ｄＢから２７ｄＢの設定範囲で図９の３つのグラフの振れ幅が最も小さくなるうねり補正値を捜した結果図１０に示す各値が得られた。また、そのうねり補正値を使用したときの図９に相当するグラフを図１１に示す。図１０のうねり補正値を裏返ししたもの（０ｄＢ線での線対称波形）が絶対直線性を表すといえる。また、図１１における５ｄＢから２７ｄＢの範囲での３つのグラフの振れ幅０．００４ｄＢ（約０．０４％）が本発明の測定限界を示すといえる。【００１６】  固定減衰器７における減衰器の種類と数は特に根拠は無く便宜的に決めている。０ｄＢ、２ｄＢ、４ｄＢ、６ｄＢでも良いし、０ｄＢ、４ｄＢ、８ｄＢでも良い。【００１７】  ここまでダウンコンバータ１のレベル直線性誤差の測定方法として説明してきたが、ＩＦアンプ４と交流電圧計９の直線性誤差が既知であればＲＦアンプ２とミキサー３のレベル直線性を測定できる。さらに、ミキサー３の直線性誤差も既知であればＲＦアンプ２のレベル直線性を測定できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】  本発明の構成図である。
【図２】  従来技術の構成図である。
【図３】  加速器真空容器の断面図である。
【図４】  ０ｄＢｐａｄ使用時のデータとグラフである。
【図５】  ３ｄＢｐａｄ使用時のデータとグラフである。
【図６】  ５ｄＢｐａｄ使用時のデータとグラフである。
【図７】  ７ｄＢｐａｄ使用時のデータとグラフである。
【図８】  うねり補正の手順を示す表である。
【図９】  うねり補正がなしのときの相対直線性の誤差のグラフである。
【図１０】  うねり補正値のグラフである。
【図１１】  うねり補正したときの相対直線性の誤差のグラフである。
【符号の説明】
【００１９】  １    ダウンコンバータ
２    ＲＦアンプ
３    ミキサー
４    ＩＦアンプ
５    入力信号発生器
６    １ｄＢステップ可変減衰器
７    固定減衰器
８    ローカル信号発生器
９    交流電圧計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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