(57)【要約】【課題】周波数測定が高精度かつ短時間で行える周波数測定装置を提供すること。【解決手段】実施形態の周波数測定装置は、入力される高周波信号を２分配する高周波分配器と、前記高周波分配器の第1の出力が、広帯域バンドパスフィルタを介して入力される広帯域周波数測定回路と、前記広帯域周波数測定回路の出力値を所定の周波数と対応させる周波数設定回路と、前記周波数設定部で設定される周波数で発振する局部発振器と、  前記局部発振器の出力信号および遅延回路を介して前記分配器の第２の出力を所定の遅延時間だけ遅延させた信号が入力される周波数混合器と、前記周波数混合器の出力信号が、狭帯域バンドパスフィルタを介して入力される狭帯域周波数測定回路と、を有する。【選択図】図１
2012083300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される高周波信号を２分配する高周波分配器と、
前記高周波分配器の第1の出力が、広帯域バンドパスフィルタを介して入力される広帯域周波数測定回路と、
前記広帯域周波数測定回路の出力値を所定の周波数と対応させる周波数設定回路と、
前記周波数設定部で設定される周波数で発振する局部発振器と、
前記局部発振器の出力信号および遅延回路を介して前記分配器の第２の出力を所定の遅延時間だけ遅延させた信号が入力される周波数混合器と、
前記周波数混合器の出力信号が、狭帯域バンドパスフィルタを介して入力される狭帯域周波数測定回路と、
を有する周波数測定装置。
【請求項２】
前記遅延回路の遅延時間は、前記広帯域周波数測定回路の周波数測定時間と、局部発振器の発振周波数設定時間との合計時間以上に設定される請求項１記載の周波数測定装置。
【請求項３】
前記周波数設定回路は、広帯域周波数測定回路の測定周波数に対して一定の周波数だけ異なるように前記局部発振器を制御する請求項２記載の周波数測定装置。
【請求項４】
前記周波数設定回路は、前記周波数混合器から出力される中間周波数信号が、前記狭帯域バンドパスフィルタから出力されるように前記局部発振器を制御する請求項２記載の周波数測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、周波数測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の周波数測定装置は測定周波数帯域を分割し、複数のバンドパスフィルタを切り換え、ＩＦＭ（Instantaneous Frequency Measurement）受信器で周波数を測定する方法が一般的である。
【０００３】
周波数確定の精度を高く、しかも測定時間を短くするためには、ＩＦＭ受信器に入力される高周波信号のＳ／Ｎ比を確保することが重要である。そのため、測定周波数帯域の分割数を多くし、分割された各サブバンド帯域を狭帯域にする必要がある。また、多数の狭帯域バンドパスフィルタを切り替えるためのチャンネルスイッチなどが必要となり、寸法および重量が大きくなると同時に価格も高くなるという欠点がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
各サブバンドの帯域を広げて、使用するバンドパスフィルタの数量を減らすことも考えられるが、帯域幅の拡大と共に熱雑音の量が増えるため周波数測定精度が悪化してしまう。周波数測定精度を改善する為には、ＦＦＴ積分などの方法によって熱雑音成分を除去する処理を行う必要があるが、ＦＦＴ積分回数の増加により、測定時間が長くなってしまうという問題がある。このため、例えば短パルスでの周波数測定などでは、不利となってしまうという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９８３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が、解決しようとする課題は、使用するバンドパスフィルタの数量が少なくても周波数測定が高精度かつ短時間で行える周波数測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、実施形態の周波数測定装置は、入力される高周波信号を２分配する高周波分配器と、前記高周波分配器の第1の出力が、広帯域バンドパスフィルタを介して入力される広帯域周波数測定回路と、前記広帯域周波数測定回路の出力値を所定の周波数と対応させる周波数設定回路と、前記周波数設定部で設定される周波数で発振する局部発振器と、
前記局部発振器の出力信号および遅延回路を介して前記分配器の第２の出力を所定の遅延時間だけ遅延させた信号が入力される周波数混合器と、前記周波数混合器の出力信号が、狭帯域バンドパスフィルタを介して入力される狭帯域周波数測定回路と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る周波数測定装置のブロック構成図。
【図２】周波数測定回路のブロック構成図。
【図３】第２の実施形態に係る周波数測定装置のブロック構成図。
【図４】同実施形態に係る周波数設定回路のブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について図１から図４を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（第1の実施形態）
図１は、周波数測定装置のブロック構成図を示し、図２は周波数測定装置に使用する周波数測定回路のブロック構成図を示している。
【００１１】
図１に示すように、第１の実施形態の周波数測定装置は、高周波分配器１１、広帯域バンドパスフィルタ１２、広帯域周波数測定回路１３、遅延回路１４、周波数混合器１５、狭帯域バンドパスフィルタ１６、狭帯域周波数測定回路１７、局部発振器１８、周波数設定回路１９ａから構成される。
【００１２】
高周波入力端子ＩＮは高周波分配器１１の高周波入力に接続され、高周波分配器１１の第１の出力は広帯域バンドパスフィルタ１２を介して広帯域周波数測定回路１３に接続される。一方、高周波分配器１１の第２の出力は遅延回路１４を介して周波数混合器１５の高周波入力に接続され、周波数混合器１５の中間周波数出力は狭帯域バンドパスフィルタ１６を介して狭帯域周波数測定回路１７に接続される。また、周波数設定回路１９では、広帯域測定回路１３で測定された周波数を、一定の周波数だけアップコンバートまたはダウンコンバートするための周波数変換を行う。周波数設定回路１９ａからの出力は、局部発振器１８に入力され、この局部発振器１８の高周波出力は、周波数混合器１５の局部発振入力に接続される。そして狭帯域周波数測定回路１７の出力は、出力端子ＯＵＴから出力される。
【００１３】
次に、広帯域周波数測定回路１３、および狭帯域周波数測定回路１７の基本構成について説明する。本実施形態で使用する周波数測定回路１３，１７は、測定帯域が広帯域、狭帯域にかかわらず、例えばＩＦＭ受信器を用いることができる。図２に示すように、ＩＦＭ受信器は、入力信号を２分岐し、一方の信号を直接、また分岐されたもう一方の信号を、遅延回路２０を介して、ミキサで構成される直交検波器２１に入力される。直交検波器２１からは遅延検波の結果として周波数に対応する直流電圧が出力される。この遅延回路２０の遅延量は、およそＩＦＭ受信器の前段に配置されるバンドパスフィルタ１２，１６の周波数範囲（帯域）の4／λに相当する長さの伝送線路で構成される。
【００１４】
（回路動作）
次に、本実施形態の周波数測定装置の回路動作についての説明を行う。
【００１５】
高周波入力端子ＩＮから入った高周波入力信号（周波数をｆ0とする）は高周波分配器１１に入力され、高周波分配器１１の第１の出力は、広帯域バンドパスフィルタ１２を介して広帯域周波数測定回路１３に入ると、高周波入力信号は広帯域周波数測定回路１３の遅延検波により入力周波数に対応した直流電圧に変換される。
【００１６】
ここで広帯域バンドパスフィルタ１３の帯域は、想定する測定周波数と同じ帯域幅ＢＷを持つと仮定する。帯域幅ＢＷの帯域が広い場合には、狭い場合に比べて帯域内の熱雑音が多く加算（積分）されるため高周波入力信号のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪化する。Ｓ／Ｎ比が良好でない入力信号の場合では、Ｓ／Ｎ比の程度に応じて広帯域周波数測定回路１３での周波数測定の精度は悪くなる。このときの周波数測定精度を±δｆとすると、広帯域周波数測定回路１３では、ｆ0±δｆの周波数に対応する直流電圧が出力される。
【００１７】
しかし周波数測定の精度は低いものの測定時間は短いという利点がある。本実施形態はこのことに着目する。この広帯域周波数測定回路１３から出力される高周波入力信号の周波数（ｆ0±δｆ）に対応した電圧は、周波数設定回路１９ａによって高周波入力信号の周波数より一定周波数（ｆIF）だけ高くなるように設定される。すなわち、ｆ0＋ｆIF±δｆとなる周波数に対応する電圧に設定される。
【００１８】
一定周波数（ｆIF）だけ周波数を高く設定する理由は、後述する狭帯域バンドパスフィルタ１６の中心周波数（ｆIF）に周波数混合器１５からの中間周波数出力を合わせるためである。なお、この設定は、局部発振器１８のローカル周波数を高周波入力信号の周波数より高く設定するために、アッパーローカルの周波数変換方式と呼ばれるが、逆に低くローワーローカルの周波数変換方式に設定してもよい。
【００１９】
局部発振器１８は、ＶＣＯ(voltage controlled oscillator)で構成され、この周波数設定回路１９ａによって発振周波数がｆ0＋ｆIF±δｆとなる様に局部発振器１８に電圧が印加される。ＶＣＯは、その発振周波数の周波数安定度として１０−４程度にすることが可能である。また、ＶＣＯの周波数可変範囲は、高周波入力信号の周波数範囲と連動する必要があるため、少なくとも広帯域バンドパスフィルタ１２の帯域と等しいか、それよりも広くする必要がある。
【００２０】
一方、高周波分配器１１の第２出力は、遅延回路１４で一定時間遅延し、周波数混合器１５の高周波入力に入力される。高周波入力信号の周波数はｆ0であるので、周波数混合器１５から出力される中間周波数は、ｆIF±δｆとなる中間周波数に周波数変換されて、狭帯域バンドパスフィルタ１６に入力される。
【００２１】
ここで狭帯域バンドパスフィルタ１６は、中心周波数をｆIFとし、帯域幅をＢＮとすると、中間周波数に周波数変換された信号は、この狭帯域バンドパスフィルタ１６を通過し、狭帯域周波数測定回路１７に入力されることで周波数ｆIF±δｆに対応した電圧に変換される。そして、出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２２】
狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮは、広帯域バンドパスフィルタの帯域幅ＢＷに比べて非常に狭く設定することが可能である。すなわち、周波数測定精度±δｆが測定できるだけの帯域幅があればよいからである。具体的には、例えば狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮは、広帯域バンドパスフィルタの帯域幅ＢＷの３０分の１程度にすることができる。
【００２３】
そうすると狭帯域周波数測定回路１７に入力される信号は、各バンドパスフィルタの帯域幅比ＢＷ／ＢＮに比例してＳ／Ｎ比が良好となり、測定周波数を短時間で精度良く測定可能である。この場合、狭帯域周波数測定回路１７から出力される電圧は、周波数測定精度±δｆに対応するものになる。
【００２４】
したがって、局部発振器１８の発振周波数ｆ0＋ｆIF±δｆから、狭帯域周波数測定回路１７で測定される周波数ｆIF±δｆを引くことにより、入力高周波信号の周波数ｆ0を高精度で確定することが可能となる。しかも、測定時間は短時間である。
【００２５】
また、遅延回路１４の遅延時間τ１は、広帯域周波数測定回路１３の周波数測定時間と、局部発振器１８の発振周波数設定時間の合計した時間となる様に設定される。そうすると、局部発振器１８で安定な周波数が出力された時に、測定すべき高周波入力信号が同時に周波数混合器１５に入力されるため、遅延時間τ１後にはすぐに周波数が確定可能となる。
【００２６】
一例として、広帯域バンドパスフィルタ１２の帯域幅ＢＷを６００ＭＨｚとした場合における周波数測定では、広帯域周波数測定回路１３での周波数測定と局部発振器１８の発振周波数設定時間の合計時間は１μｓ程度であり、遅延回路１４の遅延時間も同様に１μｓに設定した場合、狭帯域バンドパスフィルタの帯域幅ＢＮを２０ＭＨｚに設定すると計算上５０ｎｓ程度の高周波パルス信号でも測定可能となる。
【００２７】
以上述べたように、第１の実施形態によれば、広帯域周波数測定回路１３により、おおまかな周波数を求め、その周波数に基づき局部発振器１８を制御し、さらに狭帯域周波数測定回路１７で精度よく周波数を測定することができる。
【００２８】
また、ＦＦＴ積分等の熱雑音低減処理を含まないため、短時間で周波数測定が可能となり、高周波パルス信号でも測定可能となる。また、バンドパスフィルタを多数使用しないため、装置の小型化、低価格化に大いに貢献するという効果を奏する。
【００２９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、広帯域周波数測定回路１３の周波数測定精度±δｆの範囲は、狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮより狭くならなければならない。広帯域バンドパスフィルタの帯域が非常に広い場合や、測定する高周波信号のレベルが非常に低い場合は、Ｓ／Ｎ比が劣化し周波数測定精度がさらに悪化する場合が生じる。従って第２の実施形態では、周波数設定精度±δｆが、狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮの帯域内に入らない場合においても周波数測定を可能にする実施形態について説明を行う。
【００３０】
図３は、第２の実施形態における周波数測定装置のブロック構成図を示している。
【００３１】
図３に示すように、第１の実施形態との違いは、主として周波数設定回路１９ｂの構成である。実線で示す狭帯域バンドパスフィルタ１６の出力信号、または波線で示す狭帯域周波数測定回路１７からの出力信号を検出し、この信号をもとに局部発振器１８に設定する電圧を微調整して、周波数混合器１５で出力される中間周波数が狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域内に入るように制御される。
【００３２】
図４は、周波数設定回路１９ｂの回路構成を示している。周波数設定回路１９ｂは、狭帯域バンドパスフィルタ１６の出力、または狭帯域周波数測定回路１７の出力を検出し、その信号の有無を判定する信号検出部４１、この信号検出部で検出される信号の有無応じて局部発振器１８に印加する電圧を微調整するための電圧微調整部４２、および広帯域周波数測定回路１３から出力される電圧を局部発振器１８に印加する電圧に変換し、さらにアッパーローカルの周波数変換ｆIF分に相当する電圧、および電圧微調整部４２で出力される電圧の加算を行う電圧加算部４３から構成される。
【００３３】
（回路動作）
次に、本実施形態の周波数測定装置の回路動作についての説明を行う。
【００３４】
本実施形態は、広帯域周波数測定回路１３での周波数測定精度±δｆ（２δｆ）が、狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮ内に存在する場合は、第１の実施形態の動作と同じであるので、以下では広帯域周波数測定回路１３での周波数測定精度±δｆが、狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮ外に存在する場合について説明する。
【００３５】
広帯域バンドパスフィルタの帯域幅ＢＷは、第1の実施形態の測定周波数より広い帯域幅ＢＷを持つと仮定するか、広帯域周波数測定回路１３に入力される高周波信号のレベルが低くなったと仮定してもよい。すなわち、第1の実施形態よりも高周波入力信号のＳ／Ｎ比が悪化している場合を仮定する。また狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＮは同じと仮定する。Ｓ／Ｎ比の程度に応じて広帯域周波数測定回路１３での周波数測定の精度±δｆは悪く（δｆの値は大きく）なるため、中間周波数ｆIF±δｆが狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域外になる場合も生じる。この場合、狭帯域バンドパスフィルタ１６からは中間周波数信号が出力されないことになる。従って、信号検出部４１にてバンドパスフィルタ１６から出力される信号が検出されない場合（または、狭帯域周波数測定回路１７で周波数が確定できない場合）には、狭帯域バンドパスフィルタ１６から中間周波数信号が出力されるよう、電圧微調整部４２で電圧を掃引し、電圧加算部４３により加算された電圧を局部発振器１８へ印加することで中間周波数信号が狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域内に入るように微調整を行う。
【００３６】
ここで、電圧微調整部４２で微調整された電圧に相当する周波数をδｆｃとすると、周波数混合器１８の局部発振入力に入力される周波数は、ｆ0＋ｆIF±δｆ−δｆｃとなる。また、狭帯域バンドパスフィルタから出力される周波数は、ｆIF±δｆ−δｆｃとなり、狭帯域周波数測定回路１７では周波数ｆIF±δｆ−δｆｃに対応する電圧が高精度で得られる。
【００３７】
したがって、第１の実施形態と同じく局部発振器１８の発振周波数ｆ0＋ｆIF±δｆ−δｆｃから、狭帯域周波数測定回路１７で測定される周波数ｆIF±δｆ−δｆｃを引くことにより、入力高周波信号の周波数ｆ0を高精度で確定することが可能となる。
【００３８】
また、遅延回路１４の遅延時間τ２は、広帯域周波数測定回路１３の周波数測定時間と、局部発振器１８の発振周波数設定時間を合計した時間に、上述の狭帯域バンドパスフィルタ１６の帯域内に中間周波数信号を設定する時間を足した時間となる様に設定される。この時間は微調整であるため、短い時間で設定が可能である。そうすると、局部発振器で安定な周波数が設定できた時に、高周波入力が同時に周波数混合器１５に入力されるため、遅延時間τ２後にはすぐに周波数が確定可能となる。
【００３９】
以上述べたように、第２の実施形態によれば、高周波入力信号の測定周波数帯域が広い場合や、入力高周波信号のレベルが低下した場合にも、周波数測定が高精度かつ短時間で行える。
【００４０】
以上説明した実施形態の周波数測定装置によれば、広帯域周波数測定回路１３により、おおまかな周波数を求め、その周波数に基づき局部発振器１８を制御し、さらに狭帯域周波数測定回路で精度よく周波数を測定することができる。
【００４１】
また、ＦＦＴ積分等の熱雑音成分を除去する処理を含まないため、非常に短い高周波パルス信号でも測定可能となる。また、バンドパスフィルタを多数使用しないため、装置の小型化、低価格化に大いに貢献するという効果を奏する。
【００４２】
さらに、多数のバンドパスフィルタが必要無く、且つ遅延回路の働きにより、短いパルスでの高周波信号でも、パルスの最初から狭帯域周波数測定回路で精度の高い周波数測定が可能となる。
【００４３】
本発明は、上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態では、ＶＣＯを例としてについて説明したが、その他の発振器を使用しても適用できることは自明である。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１１…高周波分配器
１２…広帯域バンドパスフィルタ
１３…広帯域周波数測定回路
１４…遅延回路
１５…周波数混合器
１６…狭帯域バンドパスフィルタ
１７…狭帯域周波数測定回路
１８…局部発振器
１９ａ、１９ｂ…周波数設定回路
【図１】
2012083300.tif 000003
【図２】
2012083300.tif 000004
【図３】
2012083300.tif 000005
【図４】
2012083300.tif 000006