(57)【要約】【課題】水晶振動子やフィルタなどの被測定物に周波数信号を入力すると共に当該周波数信号を掃引し、被測定物の周波数特性を取得するにあたり、ためのスペクトラムアナライザにおいて、信号レベルを高い正確性をもって測定することができ、しかも測定時間を短縮できること【解決手段】被測定物に入力される第１の周波数信号とローカル周波数信号である第２の周波数信号とを同期して掃引し、混合器にて得られた第１の周波数信号及び第２の周波数信号の差分の周波数を狭帯域のバンドパスフィルタに入力する。そして測定部で測定した信号レベルがしきい値よりも大きいときには、混合器からの周波数信号を前記狭帯域のバンドパスフィルタをバイパスし、掃引速度を早くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に周波数信号を入力すると共に当該周波数信号を掃引し、被測定物から出力される周波数信号に基づいて周波数と信号レベルとの関係データを取得するためのスペクトラムアナライザであって、
前記被測定物に第１の周波数信号を供給する第１の発振部と、
前記第１の周波数信号の周波数に対して、設定された周波数差を有する第２の周波数信号を出力する第２の発振部と、
前記被測定物から出力された周波数信号と前記第２の周波数信号との差分に対応する周波数の周波数信号を取り出すための混合器と、
この混合器の後段に設けられた狭帯域のバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタの後段に設けられ、周波数信号の信号レベルを測定する測定部と、
前記測定部で測定された信号レベルがしきい値よりも大きいときには、前記混合器からの周波数信号を前記バンドパスフィルタに入力せずにバイパス路を介して測定部に入力し、前記測定部で測定された信号レベルがしきい値以下であるときには、前記混合器からの周波数信号を前記バンドパスフィルタに入力するように信号路を切り替える切替え制御部と、
前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号を同期して掃引すると共に、前記信号路が前記バンドパスフィルタ側に切り替えられているときよりもバイパス路側に切り替えられているときの方が掃引速度が速くなるように第１の発振部及び第２の発振部を制御するための掃引制御部と、
を備えたことを特徴とするスペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記バイパス路には、前記狭帯域のバンドパスフィルタよりも通過帯域が広いバンドパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１記載のスペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記バイパス路は複数設けられ、複数のバイパス路の各々には、前記狭帯域のバンドパスフィルタよりも通過帯域が広くかつ通過帯域の広さが互に異なるバンドパスフィルタが設けられ、
これらバンドパスフィルタの数に応じた分割数で信号レベルの大きさの範囲を分割するために設定されたしきい値と信号レベルとを比較する信号レベル判定部を設け、
前記切替え制御部は信号レベル判定部で比較された比較結果に基づいて、信号レベルが大きい範囲に属するもの程、通過帯域の広いバンドパスフィルタを選択するように構成され、
前記掃引制御部は、選択されているバンドパスフィルタの通過帯域が広い程、掃引速度が速くなるように第１の発振部及び第２の発振部を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のスペクトラムアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電振動子やフィルタなどの電子部品の周波数特性を測定するためのスペクトラムアナライザに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子やフィルタなどの電子部品については、これら電子部品を用いた電子機器の設計を行う上で、周波数と電力との関係を示す周波数特性を測定することが必要である。例えば水晶振動子であれば、共振点及び反共振点の位置と信号レベル(電力強度)とを調べる場合があり、またフィルタであれば通過域や減衰域の位置と信号レベルとを把握することが要求される。こうした周波数特性を測定する装置としては、図４に示す装置が知られている。図４において、１１は水晶振動子１を保持するホルダーであり、水晶振動子１には第１の周波数信号ｆ１が供給され、この周波数信号ｆ１の周波数が掃引される。
【０００３】
一方第１の周波数信号ｆ１の周波数に対してΔｆだけ高い第２の周波数信号ｆ２を発生させ、この第２の周波数信号ｆ２について、周波数信号ｆ１の周波数の掃引に同期して周波数を掃引する。そして両周波数信号ｆ１、ｆ２を混合器２に入力し、混合器２から両者の周波数差Δｆに相当する周波数信号が得られる。なお図面及び明細書においては、ｆ１、ｆ２、Δｆの符号は周波数信号を特定するだけでなく、便宜上周波数も表わしているものとする。混合器２からの周波数信号Δｆはバンドパスフィルタ３を通過し、ログアンプ４を介して測定部７に入力され、測定部７にて信号レベルの測定が行われる。
【０００４】
ここで例えば水晶振動子の反共振点の信号レベルについて見てみると、その近傍での信号レベルが反共振点の信号レベルに比べて急激に大きくなっている。このため反共振点の信号レベルを正確に測定しようとすると、バンドパスフィルタ３のバンド幅を狭くする必要がある。その理由はバンド幅が広いと、測定対象とする周波数の信号レベルに対してノイズレベルが大きくなるからである。
【０００５】
しかしながらバンドパスフィルタ３のバンド幅を狭くすると、バンドパスフィルタ３における出力が入力に比べて遅延する遅延時間が長くなり、このため掃引時間が長くかかり、結果として水晶振動子の周波数特性の測定に長い時間がかかるという課題がある。
【０００６】
特許文献１には、測定対象周波数に応じてローカル発振器およびフィルタを切り替えるように構成したスペクトラムアナライザが記載されているが、本発明の課題を解決するものではなく、構成も相違する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０９６７４（請求項１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、被測定物の周波数特性を取得するにあたって、信号レベルを高い正確性をもって測定することができ、しかも測定時間を短縮できるスペクトラムアナライザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被測定物に周波数信号を入力すると共に当該周波数信号を掃引し、被測定物から出力される周波数信号に基づいて周波数と信号レベルとの関係データを取得するためのスペクトラムアナライザにおいて、
前記被測定物に第１の周波数信号を供給する第１の発振部と、
前記第１の周波数信号の周波数に対して、設定された周波数差を有する第２の周波数信号を出力する第２の発振部と、
前記被測定物から出力された周波数信号と前記第２の周波数信号との差分の周波数の周波数信号を取り出すための混合器と、
この混合器の後段に設けられた狭帯域のバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタの後段に設けられ、周波数信号の信号レベルを測定する測定部と、
前記測定部で測定された信号レベルがしきい値よりも大きいときには、前記混合器からの周波数信号を前記バンドパスフィルタに入力せずにバイパス路を介して測定部に入力し、前記測定部で測定された信号レベルがしきい値以下であるときには、前記混合器からの周波数信号を前記バンドパスフィルタに入力するように信号路を切り替える切替え制御部と、
前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号を同期して掃引すると共に、前記信号路が前記バンドパスフィルタ側に切り替えられているときよりもバイパス路側に切り替えられているときの方が掃引速度が速くなるように第１の発振部及び第２の発振部を制御するための掃引制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記バイパス路には、前記狭帯域のバンドパスフィルタよりも通過帯域が広いバンドパスフィルタが設けられているようにしてもよい。この場合、前記バイパス路は複数設けられ、複数のバイパス路の各々には、前記狭帯域のバンドパスフィルタよりも通過帯域が広くかつ通過帯域の広さが互に異なるバンドパスフィルタが設けられ、これらバンドパスフィルタの数に応じた分割数で信号レベルの大きさの範囲を分割するために設定されたしきい値と信号レベルとを比較する信号レベル判定部を設け、
前記切替え制御部は信号レベル判定部で比較された比較結果に基づいて、信号レベルが大きい範囲に属するもの程、通過帯域の広いバンドパスフィルタを選択するように構成され、
前記掃引制御部は、選択されているバンドパスフィルタの通過帯域が広い程、掃引速度が速くなるように第１の発振部及び第２の発振部を制御するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、被測定物に入力される第１の周波数信号とローカル周波数信号である第２の周波数信号とを同期して掃引し、混合器にて得られた第１の周波数信号及び第２の周波数信号の差分に対応する周波数の周波数信号に基づいて周波数と信号レベルとの関係データである周波数特性を取得するスペクトラムアナライザにおいて、狭帯域のバンドパスフィルタを用いることで信号レベルを高い正確性をもって測定することができる。そして測定部で測定した信号レベルがしきい値よりも大きいときには、混合器からの周波数信号を前記狭帯域のバンドパスフィルタをバイパスしかつ掃引速度を大きくしているので、測定時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るスペクトラムアナライザを示すブロック図である。
【図２】水晶振動子の周波数特性の一例を、信号レベルの大きさと信号経路との説明を併記して示した特性図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係るスペクトラムアナライザを示すブロック図である。
【図４】従来のスペクトラムアナライザを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明のスペクトラムアナライザの実施形態を示すブロック図である。１０は第１の発振部である例えば第１の周波数シンセサイザ（以下「周波数シンセサイザ」を「シンセサイザ」という）である。１１は被測定物である例えば水晶振動子１を保持する保持器であり、この保持器１１は水晶振動子１の一方の端子に第１のシンセサイザ１０からの第１の周波数信号ｆ１を入力するための端子部１１ａと、水晶振動子１の他方の端子に接続される端子部１１ｂと、を備えている。前記保持器１１の後段（この例では水晶振動子１の後段）には、レベル調整部１２が設けられている。レベル調整部１２は、前記保持器１１の端子部１１ｂから出力された周波数信号の信号レベルが設定値よりも大きいときには所定の大きさに制限するリミッタである。
【００１４】
レベル調整部１２の後段には、アンプ１３を介して混合器２が接続されている。この混合器２には、第２の発振部からなる例えばシンセサイザ２０からローカル周波数信号である第２の周波数信号ｆ２が入力される。第２の周波数信号ｆ２は、前記第１の周波数信号ｆ１よりも周波数がΔｆだけ高く設定されている。Δｆの大きさについて一例を挙げると、周波数信号の掃引範囲が数ＭＨｚから数十ＭＨｚであるときには、数百キロヘルツオーダに設定される。第１のシンセサイザ１０及び第２のシンセサイザ２０は、同期掃引制御部８１により同期して周波数が掃引されるように構成されており、従って水晶振動子１に入力する第１の周波数信号ｆ１を掃引したときに、混合器２からは周波数がΔｆの周波数信号が得られることになる。
【００１５】
混合器２の後段には、ローパスフィルタ３１、アンプ３２及び自動利得調整アンプ３３がこの順に設けられている。自動利得調整アンプ３３は、後述のログアンプ６から出力された信号レベルが大きい程、この例では利得が小さくなるように構成されている。自動利得調整アンプ３３の出力端にはスイッチ部４１、狭帯域のバンドパスフィルタ５及びスイッチ部４２がこの順に接続されている。狭帯域のバンドパスフィルタの通過帯域幅は、例えば前記Δｆとほぼ同じ大きさに設定されている。
【００１６】
またスイッチ部４１、４２の間には、バンドパスフィルタ５をバイパスするためのバイパス路４が設けられており、スイッチ部４１、４２は信号路をバイパス路４側とバンドパスフィルタ５側との間で切り替える役割を有している。信号路の切替えの詳細に関しては後述する。
【００１７】
スイッチ部４２の後段には、入力Ｖｉｎに対してｋ・ｌｏｇ（Ｖｉｎ）を出力するログアンプ（対数出力アンプ）６が設けられ、ログアンプ６の後段には、当該ログアンプ６の振幅値を測定する測定部７が設けられている。ログアンプ６の振幅値は、結果として水晶振動子１から出力される周波数信号の信号レベル（電力値）に対応しており、この信号レベルと第１のシンセサイザ１０からの周波数信号の周波数ｆ１とを対応付けることにより水晶振動子１の周波数特性が分かる。
【００１８】
第１のシンセサイザ１０及び第２のシンセサイザ２０の掃引制御は、同期掃引制御部８１により行われる。同期掃引制御部８１は例えばシンセサイザ１０、２０の電圧制御発振器の制御電圧をコントロールし、これによりシンセサイザ１０、２０から同期してかつ既述のようにΔｆの周波数差をもってｆ１、ｆ２が掃引されるように構成されている。従って例えば同期掃引制御部８１からの制御信号と、測定部７からの信号レベルの測定値と、に基づいて表示部７１では周波数と信号レベルとの関係を示す周波数特性を表示する。
【００１９】
ここで既述のスイッチ部４１、４２による信号路の切替えと周波数掃引とについて詳述する。測定部７からの信号レベルの測定値は信号レベル判定部８２に入力され、ここで信号レベルが予め定めたしきい値よりも大きいか否かを判定する。判定信号は同期制御部８１及び切替え制御部８３に入力される。切替え制御部８３は、信号レベルが予め定めたしきい値よりも大きいと判定されたときには、スイッチ部４１、４２をバイパス路４側に切替え、また前記信号レベルが予め定めたしきい値以下であると判定されたときには、スイッチ部４１、４２をバンドパスフィルタ５側に切替える機能を有している。同期制御部８１、信号レベル判定部８２及び切替え制御部８３は、制御部８を構成する例えばコントローラ内に設けられている。なお、特許請求の範囲に記載した「切替え制御部」は、図１に示した切替え制御部８３に加えてスイッチ部４１、４２までも含めた構成要素群を指している。
【００２０】
また同期掃引制御部８１は、信号レベルが予め定めたしきい値よりも大きいと判定されたとき、つまり信号路がバイパス路４側に切替えられるときには、掃引速度を速度ｖａに設定し、信号レベルが予め定めたしきい値以下であると判定されたとき、つまり信号路がバンドパスフィルタ５側に切替えられているときには、掃引速度を前記速度ｖａよりも遅い速度ｖｂに設定する機能を有している。周波数がΔｆである周波数信号が狭帯域のバンドパスフィルタ５に入力されると、応答が遅いため、掃引速度ｖｂはこの遅延時間を考慮して設定されている。一方周波数信号がバンドパスフィルタ５をバイパスするときには、この遅延時間に拘束されることなく、回路全体の遅延時間などを考慮して掃引速度を設定すればよいので、掃引速度ｖａはｖｂよりも早くすることができる。
【００２１】
狭帯域のバンドパスフィルタ５の役割は、水晶振動子１を通過した周波数信号の信号レベルが低い場合でも、できるだけ正確に信号レベルを測定することにあることから、前記しきい値が低すぎると、バンドパスフィルタ５の存在によって本来正確に測定すべき周波数信号がバンドパスフィルタ５をバイパスしてしまう。逆に前記しきい値が高すぎると、本来バンドパスフィルタ５を通さなくても正確に測定できる程度の高い信号レベルの周波数信号までもバンドパスフィルタ５を通過し、掃引速度がその遅延時間に拘束されてしまうことから、両者の兼ね合いを考慮してしきい値を設定する必要がある。
【００２２】
次に上述の実施の形態の作用について説明する。先ず保持器１１に周波数特性の被測定物（測定対象物）である例えば水晶振動子１を取り付け、第１のシンセサイザ１０からの第１の周波数信号ｆ１を出力し、３．５ＭＨｚから掃引を開始する。測定開始時には掃引速度は遅い速度ｖｂに設定されている。水晶振動子１からの出力信号はレベル調整（リミッタ）部１２、アンプ１３を介して混合器２に入力され、ここで第２のシンセサイザ２０からの第２の周波数信号ｆ２と混合さる。混合器２では、これら周波数信号ｆ１、ｆ２の周波数差Δｆの周波数の周波数信号が取り出され、ローパスフィルタ３１、アンプ３２を介して自動利得調整アンプ３３に入力される。
【００２３】
そして測定開始時にはスイッチ部４１、４２はバンドパスフィルタ５側に切替わっており、自動利得調整アンプ３３からの周波数信号はバンドパスフィルタ５に入力される。バンドパスフィルタ５を通過した周波数信号はログアンプ６を介して測定部７に入力され、周波数信号の信号レベルが測定される。この測定値は信号レベル判定部８２にてしきい値よりも大きいか否かを判定する。
【００２４】
ここで図２は、水晶振動子の周波数特性の一例を示しており、点線は信号レベルのしきい値を示している。この例では掃引開始直後の信号レベルはしきい値よりも大きいので、信号レベル判定部８２の判定結果に基づいて、スイッチ部４１、４２がバイパス路５側に切り替わり、また掃引速度が速い速度ｖａに調整される。こうして掃引が行われていくが、水晶振動子１の共振点を越えると反共振点に向かって信号レベルが急激に低下し、しきい値以下となる。すると、スイッチ部４１、４２がバンドパスフィルタ５側に切り替わり、また掃引速度が既述のようにバンドパスフィルタ５の遅延時間を見込んだ遅い速度ｖｂに調整される。この例ではその後、この状態で例えば８０ＭＨｚまで掃引される。この例ではΔｆ及びバンドパスフィルタ５の通過帯域は例えば４５０ｋＨｚに設定される。そして表示部７１では、水晶振動子１に供給される周波数信号の周波数と測定部７にて測定された信号レベルとの関係データである例えば図２に示す周波数特性を表示する。
【００２５】
上述の実施の形態によれば、被測定物である例えば水晶振動子１に入力される第１の周波数信号ｆ１とローカル周波数信号である第２の周波数信号ｆ２とを同期して掃引し、混合器２にて得られたｆ１、ｆ２の差分に対応する周波数Δｆの周波数信号に基づいて周波数特性を取得するスペクトラムアナライザにおいて、周波数Δｆの周波数信号を狭帯域のバンドパスフィルタ５に入力することで、信号レベルが低くても信号レベルを高い正確性をもって測定することができる。そして測定部７で測定した信号レベルがしきい値よりも大きいときには、混合器２からの周波数信号を前記狭帯域のバンドパスフィルタ５をバイパスしかつ掃引速度ｖａを、バンドパスフィルタ５に周波数信号を通過させるときの掃引速度ｖｂに変更して大きくしているので、測定時間を短縮できる。なお、被測定物としては、水晶振動子以外の圧電振動子であってもよいし、フィルタなどであってもよい。
【００２６】
上述の実施の形態により水晶振動子について測定時間（掃引開始から掃引終了までの時間）を計測したところ、４５秒であった。全ての周波数信号をバンドパスフィルタ５を通した場合（バイパス路４を用いない場合）の測定時間が６０秒であったことから、測定時間を短縮できることが確認された。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態を示すブロック図である。この例では、図１の実施形態のバイパス路４をバイパス路４Ａ、４Ｂとして２個設けると共に、これらバイパス路４Ａ、４Ｂに夫々バンドパスフィルタ５Ａ、５Ｂを設け、スイッチ部４１、４２により、信号路をバイパス路４Ａ、４Ｂ及びバンドパスフィルタ５の間で切り替えるように構成したものである。そしてバンドパスフィルタ５Ａ、は既述のバンドパスフィルタ５よりも通過帯域が広く、またバンドパスフィルタ５Ｂは前記バンドパスフィルタ５Ａよりも通過帯域が広い。つまり通過帯域の広さの順番はバンドパスフィルタ５Ｂ＞バンドパスフィルタ５Ａ＞バンドパスフィルタ５ということになる。
【００２８】
更に信号レベル判定部８２では、信号レベルのしきい値として、先の実施の形態で設定したしきい値Ｓ１に加えて、当該Ｓ１よりも大きいしきい値Ｓ２が設定され、これにより信号レベルの大きさが３つの領域（低領域、中領域、高領域）に分けられている。そして切替え制御部８３は、信号レベルの測定値が低領域にある場合には、信号路をバンドパスフィルタ５側に切替え、信号レベルの測定値が中領域にある場合には、信号路をバンドパスフィルタ５Ａ側に切替え、信号レベルの測定値が高領域にある場合には、信号路をバンドパスフィルタ５Ｂ側に切替えるように構成されている。
【００２９】
また同期掃引制御部８１は、掃引速度を、信号レベルの測定値が低領域にある場合にはを既述の実施形態のようにｖｂに、信号レベルの測定値が中領域にある場合にはｖｂよりも早い速度ｖａ１に、信号レベルの測定値が高領域にある場合には、ｖａ１よりも早い速度ｖａ２になるように調整する。即ち、先の実施形態では、信号レベルがしきい値よりも大きい場合には一律にバンドパスフィルタ５を通過させずにバイパス路を通していたが、この実施形態では、しきい値よりも大きい場合であっても更にその領域を別のしきい値Ｓ２で分割し、信号レベルの大きさに見合った通過帯域のバンドパスフィルタを通過させるようにしている。
【００３０】
この記述は、第１の実施の形態の変形例という観点に立ったものであり、別の観点から見れば、信号レベルの大きさを３つの領域に分け、各領域に応じて（信号レベルの大きさに応じて）、適切な広さの通過帯域をもった（信号レベルが大きくなるほど通過帯域を広くした）バンドパスフィルタを選択できるようにした構成ということができる。このようにすることで、測定の信頼性と測定時間の短縮との兼ね合いで、測定の要求に見合う自由度の高い装置とすることができる。なお、信号レベルの大きさは４つ以上に分割し、各信号レベルの大きさに応じて各々の通過帯域が設定されたバンドパスフィルタを用いてもよい。
【００３１】
また図１に示した１つのバイパス路４にバンドパスフィルタ５よりも通過帯域が広いバンドパスフィルタ５Ａを設けてもよいことはもちろんである。この場合にも信号路をバイパス路４に切り替えたときの掃引速度ｖｂは、バンドパスフィルタ５Ａの遅延時間を考慮して設定される。
【００３２】
なお、被測定物の周波数特性を取得するための測定部と、切替え部の切替制御を行うために周波数信号の信号レベルを測定する測定部とが別であっても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１                  水晶振動子
１０                第１のシンセサイザ
２０                第２のシンセサイザ
２                  混合器
４、４Ａ、４Ｂ      バイパス路
４１、４２          スイッチ部
５、５Ａ、５Ｂ      バンドパスフィルタ
７                  測定部
８１                同期掃引制御部
８２                信号レベル判定部
８３                切替え制御部
【図１】
2012078178.tif 000003
【図２】
2012078178.tif 000004
【図３】
2012078178.tif 000005
【図４】
2012078178.tif 000006