(57)【要約】【課題】  低いレベルの位相雑音までを精度良く、測定することを可能とする。【解決手段】  被測定発振器２の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する基準発振回路１２と、被測定発振器２の出力信号と被測定発振器２の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する位相検波回路１４と、位相検波回路１４から出力される被測定発振器２の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する解析装置３０とを有する位相雑音測定装置において、被測定発振器２の出力端と、位相検波回路１４の一方の入力端との間に設けられ、被測定発振器２の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置１０を有する。【選択図】    図１
2005201764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定回路の出力信号に含まれる位相雑音を測定する位相雑音測定方法において、
前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号と、前記出力信号の周波数と同一周波数の信号を出力する基準信号発生回路の出力とを位相検波することにより雑音成分を抽出し、該雑音成分のうち所望の帯域の雑音成分の出力と、前記圧縮された信号成分に基づいて位相雑音を測定することを特徴とする位相雑音測定方法。
【請求項２】
被測定回路の出力信号に含まれる位相雑音を測定する位相雑音測定方法において、
前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号をスペクトルアナライザに入力し、得られる周波数スペクトルから、前記出力信号の中心周波数のキャリア成分と所定のオフセット周波数における雑音成分から位相雑音を測定することを特徴とする位相雑音測定方法。
【請求項３】
被測定回路の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路と、
前記被測定回路の出力信号と前記基準信号発生回路の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する位相検波回路と、
前記位相検波回路から出力される被測定回路の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する解析手段とを有する位相雑音測定装置において、
前記被測定回路の出力端と、前記位相検波回路の一方の入力端との間に設けられ、前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置を有することを特徴とする位相雑音測定装置。
【請求項４】
被測定回路の出力信号の位相雑音を測定する位相雑音測定装置において、
前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置と、
前記信号レベル調整装置の出力を周波数スペクトル解析するスペクトルアナライザと、
を有することを特徴とする位相雑音測定装置。
【請求項５】
前記信号レベル調整装置は、
前記被測定回路の出力信号を２つに分岐させる信号分岐手段と、
前記信号分岐手段により分岐された一方の前記被測定回路の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタと、
前記信号分岐手段により分岐された他方の前記被測定回路の出力信号を所定の信号レベルまで減衰させる減衰器と、
前記帯域フィルタの出力信号と前記減衰器の出力信号とを合成する信号合成手段と、
を有することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の位相雑音測定装置。
【請求項６】
前記信号分岐手段及び前記信号合成手段は、それぞれ、サーキュレータにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の位相雑音測定装置。
【請求項７】
前記帯域フィルタは、超伝導フィルタであることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の位相雑音測定装置。
【請求項８】
被測定回路の出力信号の電力圧縮をする信号レベル調整装置であって、
前記被測定回路の出力信号を２つに分岐させる信号分岐手段と、
前記信号分岐手段により分岐された一方の前記被測定回路の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタと、
前記信号分岐手段により分岐された他方の前記被測定回路の出力信号を所定の信号レベルまで減衰させる減衰器と、
前記帯域フィルタの出力信号と前記減衰器の出力信号とを合成する信号合成手段と、
を有することを特徴とする信号レベル調整装置。
【請求項９】
前記信号分岐手段及び前記信号合成手段は、それぞれ、サーキュレータにより構成されることを特徴とする請求項８に記載の信号レベル調整装置。
【請求項１０】
前記帯域フィルタは、超伝導フィルタであることを特徴とする請求項８または９のいずれかに記載の信号レベル調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定回路の位相雑音を測定する位相雑音測定方法及び位相雑音測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位相雑音測定装置としては、測定対象回路の出力信号をその信号本体がキャリアとなり、かつ位相雑音がサイドバンドとなる位相変調信号とみなし、この測定対象回路の出力信号に対し、位相弁別処理を行い、スペクトルアナライザにより各周波数ポイントにおけるノイズ値を測定し、該測定値に基づいて位相雑音を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。この発明は、位相雑音を測定してこの測定結果を用いてジッタを計測するものである。
【特許文献１】特開平５−２４９１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示す位相雑音測定装置にあっては、位相雑音を測定する際に、スペクトルアナライザ及びＦＦＴ信号処理回路のダイナミックレンジが狭いため、低レベルの位相雑音を高精度で測定できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低レベルの位相雑音の測定を高精度に行うことができる位相雑音測定方法、位相雑音測定装置及び信号レベル調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、被測定回路の出力信号に含まれる位相雑音を測定する位相雑音測定方法において、前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号と、前記出力信号の周波数と同一周波数の信号を出力する基準信号発生回路の出力とを位相検波することにより雑音成分を抽出し、該雑音成分のうち所望の帯域の雑音成分の出力と、前記圧縮された信号成分に基づいて位相雑音を測定することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、被測定回路の出力信号に含まれる位相雑音を測定する位相雑音測定方法において、前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号をスペクトルアナライザに入力し、得られる周波数スペクトルから、前記出力信号の中心周波数のキャリア成分と所定のオフセット周波数における雑音成分から位相雑音を測定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、被測定回路の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路と、前記被測定回路の出力信号と前記基準信号発生回路の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する位相検波回路と、前記位相検波回路から出力される被測定回路の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する解析手段とを有する位相雑音測定装置において、前記被測定回路の出力端と、前記位相検波回路の一方の入力端との間に設けられ、前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置を有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、被測定回路の出力信号の位相雑音を測定する位相雑音測定装置において、前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置と、前記信号レベル調整装置の出力を周波数スペクトル解析するスペクトルアナライザとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の位相雑音測定装置において、信号レベル調整装置は、前記被測定回路の出力信号を２つに分岐させる信号分岐手段と、前記信号分岐手段により分岐された一方の前記被測定回路の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタと、前記信号分岐手段により分岐された他方の前記被測定回路の出力信号を所定の信号レベルまで減衰させる減衰器と、前記帯域フィルタの出力信号と前記減衰器の出力信号とを合成する信号合成手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の位相雑音測定装置において、前記信号分岐手段及び前記信号合成手段は、それぞれ、サーキュレータにより構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６のいずれかに記載の位相雑音測定装置において、前記帯域フィルタは、超伝導フィルタであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、被測定回路の出力信号の電力圧縮をする信号レベル調整装置であって、前記被測定回路の出力信号を２つに分岐させる信号分岐手段と、前記信号分岐手段により分岐された一方の前記被測定回路の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタと、前記信号分岐手段により分岐された他方の前記被測定回路の出力信号を所定の信号レベルまで減衰させる減衰器と、前記帯域フィルタの出力信号と前記減衰器の出力信号とを合成する信号合成手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の信号レベル調整装置において、前記信号分岐手段及び前記信号合成手段は、それぞれ、サーキュレータにより構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８または９のいずれかに記載の信号レベル調整装置において、前記帯域フィルタは、超伝導フィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る位相雑音測定方法によれば、前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号と、前記出力信号の周波数と同一周波数の信号を出力する基準信号発生回路の出力とを位相検波することにより雑音成分を抽出し、該雑音成分のうち所望の帯域の雑音成分の出力と、前記電力圧縮された信号成分に基づいて位相雑音を測定するようにしたので、低いレベルの位相雑音までを精度良く、測定することができる。
【００１６】
また、前記被測定回路の出力信号の信号電力を圧縮し、該圧縮された信号をスペクトルアナライザに入力し、得られる周波数スペクトルから、前記出力信号の中心周波数のキャリア成分と所定のオフセット周波数における雑音成分から位相雑音を測定するようにしても、同様の効果が得られる。
【００１７】
また、本発明に係る位相雑音測定装置によれば、被測定回路の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する基準信号発生回路と、前記被測定回路の出力信号と前記基準信号発生回路の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する位相検波回路と、前記位相検波回路から出力される被測定回路の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する解析手段とを有する位相雑音測定装置において、前記被測定回路の出力端と、前記位相検波回路の一方の入力端との間に設けられ、前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置を有するので、位相検波器以降の測定系のダイナミックレンジが狭くても低いレベルの位相雑音までを精度良く、測定することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る位相雑音測定装置によれば、前記被測定回路の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置と、前記信号レベル調整装置の出力を周波数スペクトル解析するスペクトルアナライザとを有するので、スペクトルアナライザの前段に増幅器を設けることにより、ダイナミックレンジを広くとることができ、低いレベルの位相雑音までを精度良く、測定することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る信号レベル調整装置によれば、前記被測定回路の出力信号を２つに分岐させる信号分岐手段と、前記信号分岐手段により分岐された一方の前記被測定回路の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタと、前記信号分岐手段により分岐された他方の前記被測定回路の出力信号を所定の信号レベルまで減衰させる減衰器と、前記帯域フィルタの出力信号と前記減衰器の出力信号とを合成する信号合成手段とを有するので、被測定回路の出力信号を電力圧縮することにより、低いレベルまで位相雑音を精度良く、測定することができる。
【００２０】
さらに、上記信号レベル調整装置における帯域フィルタとして超伝導フィルタを使用することにより、位相雑音をより中心周波数に近い広範囲にわたって高精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１実施形態に係る位相雑音測定装置の構成を図１に示す。同図において、本発明の第１実施形態に係る位相雑音測定装置１は、信号レベル調整装置１０と、基準発振回路１２と、位相検波回路１４と、ＰＬＬ（Phase locked  Loop）回路１６と、帯域フィルタ１８と、増幅器２０と、解析装置３０とを有している。
また、被測定回路である被測定発振器２の発振周波数がマイクロ波領域の場合には、所望の帯域の周波数に変換するマイクロ波ダウンコンバータ２２を信号レベル調整装置１０と位相検波回路１４の間に設ける。
【００２２】
信号レベル調整装置１０は、被測定発振器２の出力信号の電力圧縮を行う機能を有している。基準発振回路１２は、被測定発振器２の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する発振器であり、例えば、水晶発振子を有するＶＣＯ（Voltage controlled Oscillator）が使用される。
位相検波回路１４は、前記被測定回路の出力信号と前記基準信号発生回路の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する機能を有している。
【００２３】
ＰＬＬ回路１６は、位相検波回路１４への２つの入力信号を直交位相にし、また、ループ帯域幅内の周波数ドリフト速度に対し、基準発振回路１２の出力信号が被測定発振器２の出力信号の周波数ドリフトを追跡するように制御する機能を有している。
帯域フィルタ１８は、位相検波回路１４から出力される被測定発振器２の出力に含まれる雑音成分のうちの所望の帯域の雑音成分を通過させる。
増幅器２０は、帯域フィルタ１８から出力される雑音成分を所定のレベルまで増幅する。解析装置３０は、前記位相検波回路から出力される被測定回路の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する機能を有している。
【００２４】
次に、図１に示した信号レベル調整装置１０の具体的構成例を図２に示す。同図において、信号レベル調整装置１０は、被測定発振器２の出力信号を２つに分岐させる方向性結合器１００と、方向性結合器１００により分岐された一方の被測定発振器２の出力信号を雑音成分のみ減衰させずに通過させる帯域フィルタ１０２と、方向性結合器１００により分岐された他方の被測定発振器２の出力信号を所定の信号レベルまで（例えば、０〜−４０ｄＢの範囲まで）減衰させる減衰器１０４と、帯域フィルタ１０２の出力信号と減衰器１０４の出力信号とを合成する方向性結合器１０６と、方向性結合器１０６の出力を所定のレベルまで増幅する増幅器１０８とを有している。
【００２５】
上記構成において、入力端子１０１より入力された被測定発振器２からの出力信号は、方向性結合器１００により２系統に分岐される。分岐された一方の被測定発振器２からの出力信号は帯域フィルタ１０２に入力される。ここで、帯域フィルタ１０２の周波数特性Ｘと帯域フィルタ１０２に入力される入力信号Ｓとの関係を図６（Ａ）に示す。
【００２６】
図６（Ａ）に示すように周波数特性が選択されている帯域フィルタ１０２により被測定発振器２からの出力信号のキャリア成分は通過帯域外となるので、減衰され、位相雑音を測定するための、所望の帯域の雑音成分のみが抽出され、方向性結合器１０６に出力される。このとき、上記所望の雑音成分は、方向性結合器１００、１０６及び帯域フィルタ１０２の挿入損失により図５における減衰量Ｂだけ減衰を受ける。この減衰量はせいぜい−数ｄＢのレベルである。
【００２７】
他方、方向性結合器１００により分岐された他方の、被測定発振器２からの出力信号は減衰器１０４により所定のレベルまで減衰される。この減衰量は、図５において、方向性結合器１００、１０６の結合度による減衰量と減衰器１０４により設定された減衰量との総和である減衰量Ａとなる。
【００２８】
このようにして帯域フィルタ１０２より出力され所定の帯域の雑音成分と、減衰器１０４により一律に減衰された、キャリア成分と上記所定の帯域以外の帯域の雑音成分が方向性結合器１０６において、図６（Ｂ）に示すように合成される。
この合成された信号は、増幅器１０８により所定のレベルまで増幅され、電力圧縮が行われることとなる。増幅器１０８は、例えば、ＬＮＡ（Low  Noise  Amp）が用いられる。増幅器１０８の出力の周波数特性を、図６（Ｃ）に示す。同図において、キャリア成分の中心周波数はｆ１、中心周波数ｆ１からオフセット周波数ｆ０だけ離れたポイントにおける周波数ｆ２とする。
【００２９】
次に、図１における信号レベル調整装置１０の他の構成例を図３に示す。図３に示した信号レベル調整装置１０Ａが、図２に示した信号レベル調整装置１０と構成上、異なるのは方向性結合器１００、１０６の代わりに、サーキュレータ１１０、１１６を設けた点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。図３において、入力端子１０１より入力された被測定発振器２からの出力信号は、サーキュレータ１１０のポートＡに入力され、この信号はポートＢから出力され、帯域フィルタに入力され通過域の雑音成分は通過するが、その他の成分は、反射されてポートＢに戻りポートＣより出力される。
【００３０】
また、帯域フィルタ１０２から出力された雑音成分は、サーキュレータ１１６のポートＡに入力されポートＢから出力される。
また、減衰器１０４の出力はポートＣに入力され、帯域フィルタの通過域以外の周波数成分は、ポートＡで反射され、ポートＢより出力される。
図２及び図３に示した信号レベル調整装置は、いずれも同様の機能を有しているので、回路動作については、重複するので、説明を省略する。
【００３１】
本発明の第１実施の形態に係る位相雑音測定装置によれば、被測定発振器２の出力信号と同一周波数の基準信号を出力する基準発振回路１２と、被測定発振器２の出力信号と被測定発振器２の出力信号とを位相検波して雑音成分を抽出する位相検波回路１４と、位相検波回路１４から出力される被測定発振器２の雑音成分をＦＦＴ処理することにより解析し、位相雑音を演算する解析装置３０とを有する位相雑音測定装置において、被測定発振器２の出力端と、位相検波回路１４の一方の入力端との間に設けられ、被測定発振器２の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置１０を有するので、位相検波器以降の測定系のダイナミックレンジが狭くても、低いレベルの位相雑音までを精度良く、測定することができる。
【００３２】
本発明の第２実施形態に係る位相雑音測定装置の構成を図４に示す。第２実施形態に係る位相雑音測定装置は、被測定発振器２の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置１０と、信号レベル調整装置１０の出力を周波数スペクトル解析するスペクトルアナライザ４０とを有する。
本発明の第２実施形態に係る位相雑音測定装置においても、信号レベル調整装置１０の構成は図２、または図３に示したのと同様である。
【００３３】
本発明の第２実施形態に係る位相雑音測定装置によれば、被測定発振器２の出力信号の電力圧縮を行う信号レベル調整装置１０と、信号レベル調整装置１０の出力を周波数スペクトル解析するスペクトルアナライザ４０とを有するので、スペクトルアナライザの前段に増幅器を設けることにより、ダイナミックレンジを広くとることができ、低いレベルの位相雑音まで精度良く、測定することができる。
【００３４】
なお、図２または図３に示した帯域フィルタとして超伝導フィルタを使用するようにしてもよい。ここで、超伝導フィルタとは、ＹＢa２Ｃu３Ｏ７-x系超伝導体膜の高温超伝導材からなる平面回路フィルタであって、酸化マグネシウム等の基板に３００〜１０００ｎｍ程度の膜厚からなる酸化物を堆積せしめたものであって、ほぼ９３Ｋに臨界温度を持つものである。これをフィルタとして用いるとき、極めてシャープな減衰特性が得られる利点と高周波電力損失が小さい利点を有している。図７に超伝導フィルタの特性例を示す。
【００３５】
因みに、従来装置による位相雑音特性を図８に、本発明に係る位相雑音測定装置により得られた位相雑音特性を図９に、それぞれ示す。この測定例では、被測定発振器の発振周波数を１９１９ＭＨｚ、位相雑音測定用の帯域フィルタは通過域が約１９２０ＭＨｚから１９４０ＭＨｚのものを用いた。図８に示すように、従来例では、オフセット周波数５〜２０ＭＨｚ、付近以降でノイズレベルに係り、測定精度が得られないことが判る。
【００３６】
これに対して本発明に係る位相雑音測定装置では、オフセット周波数２ＭＨｚ付近のフィルタ通過域以降はゲインが得られるので、ノイズレベルも上がり、−１５５ｄＢｍ／Ｈｚ付近でも精度良い測定ができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る位相雑音測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した本発明の第１実施形態に係る位相雑音測定装置における信号レベル調整装置の構成例を示すブロック図。
【図３】図１に示した本発明の第１実施形態に係る位相雑音測定装置における信号レベル調整装置の他の構成例を示すブロック図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る位相雑音測定装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明に係る信号レベル調整装置における各信号系統における信号の減衰状態を示す説明図。
【図６】本発明に係る信号レベル調整装置の動作状態を示す説明図。
【図７】本発明に係る信号レベル調整装置における帯域フィルタとして超伝導フィルタを用いた場合の周波数特性図。
【図８】従来の位相雑音測定装置により得られる位相雑音特性図。
【図９】本発明に係る位相雑音測定装置により得られる位相雑音特性図。
【符号の説明】
【００３８】
１…位相雑音測定装置
２…被測定発振器（被測定回路）
１０…信号レベル調整装置
１２…基準発振回路（基準信号発生回路）
１４…位相検波回路
１６…ＰＬＬ回路
１８、１０２…帯域フィルタ
２０，１０８…増幅器
２２…マイクロ波ダウンコンバータ
３０…解析装置（解析手段）
４０…スペクトルアナライザ
１００、１０６…方向性結合器
１０４…減衰器
１１０、１１６…サーキュレータ
【図１】
2005201764.tif 000003
【図２】
2005201764.tif 000004
【図３】
2005201764.tif 000005
【図４】
2005201764.tif 000006
【図５】
2005201764.tif 000007
【図６】
2005201764.tif 000008
【図７】
2005201764.tif 000009
【図８】
2005201764.tif 000010
【図９】
2005201764.tif 000011