(57)【要約】【課題】スペクトラム・アナライザの解析速度は分解能フィルタの分解能帯域Ｒｂｗ２に比例するという制約を受けるため、該値を排除したアルゴリズムを備える外部接続型の解析速度増速装置を得る。【解決手段】Ａ／Ｄ変換回路によってデジタル化された中間周波信号ＩＦを直交検波回路内の二つのミキサーに分岐して、サンプリング周波数発生器からのサンプリング周波数を利用して、ＮＣＯによって生成された正弦関数及び余弦関数を乗算して、それぞれによって得られた信号を同相成分（実数部）Ｉ、直交成分（虚数部）Ｑとし、それぞれの信号成分をロー・パス・フィルタによって所望のデシメーションを実行して、複素信号信号Ｉｄ、Ｑｄを得て、該複素信号Ｉｄ、Ｑｄを分解能フィルタとしてのガウシアン・フィルタ回路によって、スペクトラムＳ＝Ｉｇ２＋Ｑｇ２を生成し、接続手段によって外部の表示手段又はその他装置に出力する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ式ＩＦ信号フィルタを採用している掃引型スペクトラム・アナライザの解析速度を増速することを目的として、
アナログ式中間周波数信号（以下、ＩＦ信号と称す）フィルタを採用した掃引型スペクトラム・アナライザ回路又は装置への接続手段と、
被測定信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
直交検波回路、及び分解能フィルタ回路、及び出力形式変換手段からなるデジタル信号処理部（ＤＳＰ）と、
表示手段又はその他装置への接続手段と、
解析制御情報を管理する演算手段及び記憶手段と、
を備える外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項２】
請求項１記載の解析速度増速装置であって、前記回路又は装置への接続手段は、掃引型スペクトラム・アナライザが備える中間周波フィルタ（ＢＰＦ）から出力されるＩＦ信号を直接取り出すための接続手段であることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項３】
請求項１記載のデジタル信号処理部を構成するＡ／Ｄ変換回路は、サンプリング周波数発生器からのサンプリング周波数ｆｓにもとづいてサンプリングを実行し、ＩＦ信号をデジタル信号に変換するものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項４】
請求項１記載のデジタル信号処理部を構成する直交検波回路は、請求項３においてデジタル化されたＩＦ信号に対し、数値制御周波数発生器（以下、ＮＣＯと称す）によって生成された正弦関数及び余弦関数を乗算して、それぞれによって得られた信号を同相成分（実数部）Ｉ、直交成分（虚数部）Ｑとし、それぞれの信号成分をロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）によって所望のデシメーションを実行して、デシメーション信号Ｉｄ、Ｑｄを得るものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項５】
請求項１記載のデジタル信号処理部（ＤＳＰ）を構成する分解能フィルタ回路は、請求項４によって得られた複素信号Ｉｄ、Ｑｄを高分解能なスペクトラムＳに変換するものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項６】
請求項１記載のデジタル信号処理部（ＤＳＰ）を構成する出力形式変換手段は、請求項５によって得たスペクトラムＳを所望の出力形式に変換するものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項７】
請求項１記載の表示手段又はその他装置への接続手段は、請求項５、又は請求項６によって求められたスペクトラムＳを外部の表示手段又はその他の処理装置に出力するものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【請求項８】
請求項１記載の解析制御情報を管理する演算手段及び記憶手段は、本装置自身が有するハードウェア環境と指定された任意の解析条件を勘案して、解析品位を保持しながらもっとも高速な解析速度が得られる最適パラメータを導き出す演算手段及び記憶手段であることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
掃引型スペクトラム・アナライザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在市販されているスペクトラム・アナライザにはＦＦＴ型と掃引型があり、掃引型のスペクトラム・アナライザにおいては、局部発振器が連続的に周波数掃引し、この周波数掃引動作により被測定信号に含まれる周波数スペクトラム成分を一定周波数成分からなる中間周波信号に変換し、この中間周波成分の電力を検出して表示手段等へ出力している。
【０００３】
一方、ＦＦＴ型スペクトラム・アナライザにおいては局部発振の発振周波数をステップ状に変化させながら掃引するために、高速な掃引速度は得られるが、スペクトラムは離散的となり、的確な解析結果を求めることが困難である。また、一回のＦＦＴで得られるスペクトラムは、ナイキストの定理により最大でもサンプリング周波数の１／２に制限される。
従って、広帯域で連続的なスペクトラムを得るには掃引式のものを利用することになるが、後述する式１、２によって、周波数の分解能を高めるためには多くの時間を必要としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
市販されている掃引型スペクトラム・アナライザの解析精度と解析速度の向上を図るために、後述する式１、２中によって明白となるように、掃引速度又は解析のための掃引時間は分解能フィルタの分解能帯域Ｒｂｗ２に比例するという制約を受けるため、該値を排除したアルゴリズムを備える外部接続型の解析速度増速装置を得る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、アナログ式中間周波数信号フィルタを採用した掃引型スペクトラム・アナライザ回路又は装置への接続手段と、被測定信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、直交検波回路、及び分解能フィルタ回路、及び出力形式変換手段からなるデジタル信号処理部（ＤＳＰ）と、表示手段又はその他装置への接続手段と、解析制御情報を管理する演算手段及び記憶手段とを備えるよう構成される。
【０００６】
請求項２記載の発明は、前記回路又は装置への接続手段は、掃引型スペクトラム・アナライザが備えるＩＦフィルタ（ＢＰＦ）から出力されるＩＦ信号を直接取り出すための接続手段を備えるよう構成される。
【０００７】
請求項３記載の発明は、サンプリング周波数発生器からのサンプリング周波数ｆｓにもとづいてサンプリングを実行し、ＩＦ信号をデジタル信号に変換するよう構成される。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３においてデジタル化されたＩＦ信号に対し、ＮＣＯによって生成された正弦関数及び余弦関数を乗算して、それぞれによって得られた信号を同相成分（実数部）Ｉ、直交成分（虚数部）Ｑとし、それぞれの信号成分をロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）によって所望のデシメーションを実行して、デシメーション信号Ｉｄ、Ｑｄを得るものであるよう構成される。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４によって得られた複素信号Ｉｄ、Ｑｄを高分解能なスペクトラムＳに変換するよう構成される。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項５によって得たスペクトラムＳを所望の出力形式に変換するものであることを特徴とする外部接続型スペクトラム・アナライザの解析速度増速装置。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項５又は請求項６によって求められたスペクトラムＳを外部の表示手段又はその他の処理装置に出力するものであるよう構成される。
【００１２】
請求項８記載の発明は、本装置自身が有するハードウェア環境、例えば、演算手段の演算速度、サンプリング周波数、ダウン・コンバータの処理性能等と指定された任意の解析条件、例えば、被測定信号の測定範囲（スパン）、フィルタの分解能、掃引時間等を勘案して、解析品位を保持しながらもっとも高速な解析速度が得られる最適パラメータを導き出す演算手段及び記憶手段であるよう構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
図１は一般的なアナログ式ＩＦフィルタを採用した掃引型スペクトラム・アナライザの構成を示すブロック図であって、被測定信号入力部１１から入力されたＩＦ信号はダウン・コンバータ１２内に設けられたロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）１３によって不要な帯域を除去され、該信号に対してランプ・ジェネレータ２１から発せられる反復鋸歯信号によって制御された、局部発振器２２からの掃引（チャープ）信号をミキサー１４によって乗算し信号ＩＦ１を得る。
【００１４】
前項によって得たＩＦ０を中間周波信号とし、該中間周波信ＩＦ０を所望の分解能を持った分解能フィルタ（ＲＢＷ  ＢＰＦ）１５を通過させ、出力した中間周波信号ＩＦ０を、いわゆるＬＯＧアンプ１６によって出力形式の変換をおこない、検波回路１７による整流を経て、ビデオ・フィルタ１８によってノイズ成分を除去し、さらにＡ／Ｄ変換回路１９によってデジタル信号に変換されて表示手段２０に表示する。
【００１５】
局部発振器２２の周波数はランプ・ジェネレータ２１から一定間隔で掃引される順方向の鋸歯信号によって制御される。
【００１６】
一般的には分解能（ＲＢＷ）はフィルタの帯域幅をいい、観測されるスペクトラムの分解能は分解能フィルタ（ＲＢＷ  ＢＰＦ）の特性によって定まる。
【００１７】
以上のような処理機能を有する従来の掃引型スペクトラム・アナライザの最高掃引速度σ、掃引時間Ｓｔは一般的に、
【数１】
2004245807.tif 000003
σ＝最高掃引速度
Ｒｂｗ＝スペクトラムの分解能通過帯域幅
Ｓｐａｎ＝測定する周波数範囲
Ｓｔ＝掃引時間
ｋ＝正規化された掃引速度
で与えられる。
例えば、ｋ＝２、Ｒｂｗを１００Ｈｚ、Ｓｐａｎを１０ＭＨｚとすると、掃引時間Ｓｔは２０００秒となるのが実状である。
【００１８】
従って、分解能フィルタ（ＲＢＷ  ＢＰＦ）の分解能Ｒｂｗが非常に小さい時の掃引速度は上記の式の制約によって、著しく長くなるということが知られており、多くの専門書（例えば日刊工業新聞社発行、スペクトラム・アナライザ理論と応用−モーリス・エンゲルソン、Ｆ．テリュースキー共著、岡田清隆訳、株式会社トッパン発行、スペクトラム／ネットワーク・アナライザ  Ｒ．Ａ．ウイッテ著、竹田輝夫・荒井信隆訳等）に記述されているので、ここでは詳述を割愛する。
【００１９】
図２ａは従来からの掃引型スペクトラム・アナライザと本願装置を接続したハードウェア構成を示すブロック図であって、本装置の処理アルゴリズムについては高速信号処理応用学会学会誌（平成１３年６月第４巻第２号、「超掃引方式のスペクトラム・アナライザ」長野昌生）掲載の論文に依拠しているので、本願発明を理解する上で必要な事項のみに限ってごく簡単に説明する。
【００２０】
従来型、すなわちアナログ式ＩＦフィルタを採用したスペクトラム・アナライザ２３内の分解能フィルタ（ＲＢＷ  ＢＰＦ）１５から出力された中間周波信号ＩＦＡを直接、該アナライザ２３と本願装置２５との接続手段を経由して、本願装置２５のＡ／Ｄ変換回路１９に導入し、サンプリング周波数発生器３０からのサンプリング周波数によってデジタル信号ＩＦＢに変換して、該デジタル信号から図２ｂにおいて後述する内容を有するデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）２７を構成する直交検波回路、ガウシアン・フィルタ回路、出力形式変換回路によって、高分解能かつ高出力なすペクトラムを抽出し、接続手段２８を経由して任意の表示手段又はその他装置２０に出力する。
【００２１】
図２ｂは前項及び図２ａに記載したデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）２７内の構成及び信号の流れを示すブロック図であって、Ａ／Ｄ変換回路１９によってデジタル化された中間周波信号ＩＦ（２）は直交検波回路２９内の二つのミキサー３１に分岐され、サンプリング周波数発生器３５からのサンプリング周波数を利用して、ＮＣＯ３０によって生成された正弦関数及び余弦関数を乗算して、それぞれによって得られた信号を同相成分（実数部）Ｉ、直交成分（虚数部）Ｑとし、それぞれの信号成分をロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）によって所望のデシメーションｈｑ（ｔ）を実行して、複素信号信号Ｉｄ、Ｑｄを得る。
【００２２】
前記によって得られた複素信号Ｉｄ、Ｑｄは分解能フィルタとしてのガウシアン・フィルタ回路３３によって、スペクトラムＳ＝Ｉｇ２＋Ｑｇ２が生成され、該スペクトラム信号３４は接続手段２８によって外部の表示手段又はその他装置に出力されるが、必要に応じて出力形式変換回路、いわゆるＬＯＧアンプ３４′によって出力波形の変換がおこなわれる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明装置は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
本装置が備える解析アルゴリズムは前記論文に基づいておりおり、詳細は前記論文に依拠するが、最高掃引速度σｍａｘは次の式で与えられている。
【数２】
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Ｓｔ：掃引時間
Ｇｔ／Ｒｂｗは分解能フィルタの応答時間
Ｇｔは実験的に定まる定数で２．０〜３．０
Ｆｌｔは分解能フィルタが有するＲｂｗの平坦な通過域で一般的な値、たとえばＦｌｔ＝１ＭＨｚとして、上記式（３）（４）にＲｂｗ＝１００Ｈｚ、Ｓｐａｎ＝１０ＭＨｚを代入し（ただしＧｔ＝２．０）、式２によって本装置による掃引時間を算出すると、おおよそ１．２６秒となる。
【００２５】
上記のアルゴリズムを備える本発明装置によって、従来からの掃引型スペクトラム・アナライのＩＦ信号を処理することにより、高分解能を保持しながら掃引速度の向上と掃引時間の短縮を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アナログ式中間周波フィルタを採用している従来型掃引型スペクトラム・アナライザの処理の流れを示すブロック図である。
【図２】
【ａ】従来型掃引型スペクトラム・アナライザと本願装置を接続したハードウェア構成図である。
【ｂ】本願装置のデジタル信号処理（ＤＳＰ）部の構成及び信号の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  被測定信号入力部
１２  ダウン・コンバータ部
１３  ロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）
１４  ミキサー
１５  分解能フィルタ（ＲＢＷ  ＢＰＦ）
１６  出力形式変換回路又は装置（ＬＯＧアンプ）
１７  検波回路
１８  ビデオ・フィルタ
１９  Ａ／Ｄ変換器又は回路
２０  表示手段又はその他装置
２１  ランプ・ジェネレータ
２２  局部発振器（ローカル・オシレータ）
２３  （従来型）掃引型スペクトラム・アナライザ部
２４  本願装置部
２５  接続手段（入力側）
２６  Ａ／Ｄ変換器又は回路
２７  デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
２８  接続手段（出力側）
２９  直交検波回路
３０  数値制御周波数発生器（ＮＣＯ）
３１  ミキサー
３２  ロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）
３３  ガウシアン・フィルタ
３４  直接出力回路
３４′  出力形式変換回路
【図１】
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【図２】
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