(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、高周波入力信号を２分配する高周波分配器と、一定周波数で発振する第1の局部発振器と、前記高周波分配器の第1の出力および前記第１の局部発振器の出力が入力される第１の周波数混合器と、前記第１の周波数混合器の出力信号が入力される広帯域バンドパスフィルタと、前記広帯域バンドフィルタの出力が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、前記周波数設定回路で設定される周波数で発振する第２の局部発振器と、前記第２の局部発振器の出力信号および前記高周波分配器の第２の出力信号が入力される第２の周波数混合器と、前記第２の周波数混合器の出力信号が入力される狭帯域バンドパスフィルタと、前記狭帯域バンドパスフィルタの出力信号から前記高周波入力信号の振幅、位相および周波数を測定する信号波形解析回路と、を有する。【選択図】図１
2012145368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波入力信号を２分配する高周波分配器と、
一定周波数で発振する第1の局部発振器と、
前記高周波分配器の第1の出力および前記第１の局部発振器の出力が入力される第１の周波数混合器と、
前記第１の周波数混合器の出力信号が入力される広帯域バンドパスフィルタと、
前記広帯域バンドフィルタの出力が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、
前記周波数設定回路で設定される周波数で発振する第２の局部発振器と、
前記第２の局部発振器の出力信号および前記高周波分配器の第２の出力信号が入力される第２の周波数混合器と、
前記第２の周波数混合器の出力信号が入力される狭帯域バンドパスフィルタと、
前記狭帯域バンドパスフィルタの出力信号から前記高周波入力信号の振幅、位相および周波数を測定する信号波形解析回路と、
を有する周波数測定装置。
【請求項２】
複数のアンテナで受信した同一周波数の高周波入力信号が、それぞれ入力される複数の入力端子と、
一定周波数で発振する第1の局部発振器と、
前記高周波入力信号のうち、基準となるアンテナからの高周波入力信号および前記第１の局部発振器の出力が入力される広帯域周波数混合器と、
前記第１の周波数混合器の出力信号が入力される広帯域バンドパスフィルタと、
前記広帯域バンドフィルタの出力が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、
前記周波数設定回路で設定される周波数で発振する第２の局部発振器と、
前記第２の局部発振器の出力を前記高周波入力信号の入力端子数と等しく等分配する第２の高周波分配器と、
前記第２の高周波分配器の出力信号と前記複数の高周波入力信号がそれぞれ入力される複数の狭帯域周波数混合器と、
前記複数の狭帯域周波数混合器の出力信号が入力される複数の狭帯域バンドパスフィルタと、
前記複数の狭帯域バンドパスフィルタの出力信号から前記高周波入力信号それぞれの振幅、位相および周波数を測定する複数の信号波形解析回路と、
を有する周波数測定装置。
【請求項３】
前記周波数設定回路と信号波形解析回路を含む各種信号処理を、同一の信号処理回路で行う請求項１または２記載の周波数測定装置。
【請求項４】
前記複数の信号波形解析回路で測定された振幅、位相を用いて、前記基準となる高周波入力信号からの振幅差、位相差を算出する請求項１または２記載の周波数測定装置。
【請求項５】
前記広帯域周波数測定回路は、直交検波器による遅延検波回路を有する請求項１または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で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に用いられる。
【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。
【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る問題点がある。
【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を低減し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、高周波入力信号を２分配する高周波分配器と、一定周波数で発振する第1の局部発振器と、前記高周波分配器の第1の出力および前記第１の局部発振器の出力が入力される第１の周波数混合器と、前記第１の周波数混合器の出力信号が入力される広帯域バンドパスフィルタと、前記広帯域バンドフィルタの出力が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、前記周波数設定回路で設定される周波数で発振する第２の局部発振器と、前記第２の局部発振器の出力信号および前記高周波分配器の第２の出力信号が入力される第２の周波数混合器と、前記第２の周波数混合器の出力信号が入力される狭帯域バンドパスフィルタと、前記狭帯域バンドパスフィルタの出力信号から前記高周波入力信号の振幅、位相および周波数を測定する信号波形解析回路と、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】同実施形態に係る周波数測定装置の広帯域周波数測定装置のブロック図。
【図３】同実施形態に係る周波数測定装置の信号波形解析回路のブロック図。
【図４】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。
【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、第１の実施形態の周波数測定装置のブロック構成を示す。図１に示すように、本実施形態の周波数測定装置は、高周波分配器１１、周波数混合器１２，１３、局部発振器１４，１５、広帯域バンドパスフィルタ１６、狭帯域バンドパスフィルタ１７、広帯域周波数測定回路１８、および信号処理回路１９から構成される。
【００１１】
高周波入力端子ＩＮ１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の出力は周波数混合器１２の高周波入力端子に入力される。周波数混合器１２の局部発振入力端子には、局部発振器１４の出力（発振周波数ｆLとする）が入力される。
【００１２】
周波数混合器１４の中間周波数出力は、広帯域バンドパスフィルタ１６（帯域幅ＢＷ）を介して広帯域周波数測定回路１８に接続される。
【００１３】
一方、高周波分配器１１の第２の出力端子は周波数混合器１３の高周波入力端子に接続され、周波数混合器１３の中間周波数出力は狭帯域バンドパスフィルタ１７（帯域幅ＢＮ）を介して信号処理回路１９に接続される。信号処理回路１９は、入力高周波信号の周波数、振幅、および位相を測定する周波数測定回路１９１と、広帯域周波数測定回路１８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（周波数変換）するための周波数設定回路１９２を有する。周波数設定回路１９２からの出力は、局部発振器１５に入力され、この局部発振器１５の高周波出力は、周波数混合器１３の局部発振入力に接続される。
【００１４】
次に、広帯域周波数測定回路１８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１８は、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、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１６の周波数範囲（帯域ＢＷ）の4／λに相当する長さの伝送線路で構成される。
【００１５】
（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説明する。
【００１６】
高周波入力端子ＩＮ１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、周波数混合器１２で、局部発振器１４からの出力（発振周波数ｆLとする）と混合され中間周波数ｆ0−ｆLとなる中間周波数出力が得られる。なお、ここではｆ0＞ｆLとする。
【００１７】
この中間周波数出力は、広帯域バンドパスフィルタ１６を介して広帯域周波数測定回路１８に入ると、中間周波数出力は広帯域周波数測定回路１８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。
【００１８】
ここで広帯域バンドパスフィルタ１６の帯域は、想定する測定周波数範囲と同じ程度の広い帯域幅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比が良好でない信号が広帯域周波数測定回路１８に入力される場合では、Ｓ／Ｎ比の程度に応じて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１８では、ｆ0−ｆL±δｆの周波数に対応する直流電圧が出力される。
【００１９】
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。この広帯域周波数測定回路１８から出力される高周波入力信号の周波数（ｆ0−ｆL±δｆ）に対応した電圧から、周波数設定回路１９２によって第２の局部発振器１５を周波数ｆ0−ｆL±δｆより一定周波数（ｆL＋ｆIF）だけ高くなるように、すなわち0＋ｆIF±δｆとなる周波数で発振させるための周波数設定信号を設定し局部発振器１５を制御する。
【００２０】
この周波数設定信号は、例えば局部発振器１５がＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)であれば電圧であり、高速に周波数を切り替え可能なＤＤＳ（Direct Digital Synthesis）であれば、周波数を設定するデジタルデータである。
【００２１】
周波数設定信号を一定周波数（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１７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。
【００２２】
局部発振器１５は、周波数設定回路１９１によって発振周波数がｆ0＋ｆIF±δｆとなる様に局部発振器１８に周波数設定信号が印加される。ＶＣＯであれば、その発振周波数の周波数安定度として１０−４から１０−６程度にすることが可能であり、ＤＤＳであれば基準信号の周波数安定度に準じた周波数安定度が得られ、基準信号として水晶発振器を使用すれば１０−６程度の周波数安定度が得られる。
【００２３】
局部発振器１３の周波数可変範囲は、入力信号ｆ0の周波数範囲と連動する必要がある。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、それよりも広く可変できる必要がある。
【００２４】
一方、高周波分配器１１の第２出力は、周波数混合器１３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１３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。
【００２５】
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１７を通過し、信号波形解析回路１９１に入力されることで周波数ｆIF±δｆが計測される。なお、ここで周波数ｆIFは、δｆより大きい範囲内で、また狭帯域バンドパスフィルタのバンド幅を２δｆより大きい範囲で設定するが、周波数ｆIFおよび狭帯域バンドパスフィルタの帯域幅ＢＮをなるべく小さく設定することが好ましい。というのは、狭帯域バンドパスフィルタの帯域が狭くなることでＳ／Ｎ比が向上し、さらに周波数混合器１３からの中間周波数出力はほぼ広帯域測定回路１８での周波数測定誤差を検出することになるので、波形信号解析処理回路１９１の処理周波数を低速にすることが可能であるからである。
【００２６】
上述のように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。広帯域測定回路１８の周波数測定精度±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１７の帯域幅ＢＮは、広帯域バンドパスフィルタ１６の帯域幅ＢＷの３０分の１程度にすることができる。
【００２７】
そうすると信号波形解析回路１９１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。
【００２８】
したがって、局部発振器１５の発振周波数ｆ0＋ｆIF±δｆから、信号波形解析回路１９１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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
信号処理回路１９内の周波数測定回路１９１は、図３に示すように、周波数を検出する周波数検出部３１だけでなく、振幅検出部３２、位相検出部３３などの各種波形解析を行う。周波数検出部３１では低速な周波数信号を扱うため比較的低価格なロジックＩＣ等によって周波数を測定できる。周波数測定方法は、入力される信号の立ち上がりエッジなどを検出し、単位時間あたりのパルスカウントを行うことで実現可能である。また、振幅検出部３２では、例えば入力される信号のピーク、振幅、または電力などを検出する方法により振幅値を測定する。また、位相検出部３３では、例えば入力される信号の立ち上がり、あるいは立ち下がりのエッジなどを検出して位相を測定する。
【００３１】
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１８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１５を制御し、さらに周波数測定回路１９１で精度よく入力信号の各種信号波形解析（振幅、周波数および位相など）を測定することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、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。
【００３３】
さらに、多数のバンドパスフィルタが必要無く、精度の高い周波数測定が可能となる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本実施形態では、パッシブレーダ用受信器として使用可能な周波数測定装置について説明する。パッシブレーダ用受信器では、既存の電波送信局から送信されて直接受信器に到達する直接波と、反射物によって反射した反射波とを受信する。従って直接波と反射波とを分離して処理するために複数のアンテナが必要である。また、複数のアンテナ素子が集積されたフェーズドアレイアンテナを使用する場合にも有効である。本実施形態では、アンテナ数を３として説明するがアンテナ数は任意の整数とすることができる。
【００３５】
図４に第２の実施形態の周波数測定装置のブロック構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態に加え、さらに２つの入力端子ＩＮ２、ＩＮ３と、第２の局部発振器１５の出力を入力端子数と等しく等分配する高周波分配器４１と、高周波分配器４１の出力と各入力端子の入力信号とが入力される周波数混合器１３ａ、１３ｂと、周波数混合器１３ａ、１３ｂの出力が入力される狭帯域バンドパスフィルタ１７ａ、１７ｂ、および各狭帯域バンドパスフィルタ１７ａ、１７ｂの出力から各高周波入力信号の振幅、位相、および周波数を測定する信号波形解析回路１９１ａ、１９１ｂが追加されている。
【００３６】
（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。
【００３７】
高周波入力端子ＩＮ１、ＩＮ２およびＩＮ３には同じ周波数を持つ高周波入力信号（周波数をｆ0とする）が入力される。入力端子ＩＮ１から入った高周波入力信号は高周波分配器１１に入力され、高周波分配器１１の第１の出力は、周波数混合器１２で、局部発振器１４からの出力（発振周波数ｆLとする）と混合され中間周波数ｆ0−ｆLとなる中間周波数出力が得られる。なお、ここではｆ0＞ｆLとする。
【００３８】
この中間周波数出力は、広帯域バンドパスフィルタ１６を介して広帯域周波数測定回路１８に入ると、中間周波数出力は広帯域周波数測定回路１８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。
【００３９】
ここで広帯域バンドパスフィルタ１６の帯域は、想定する測定周波数範囲と同程度の広い帯域幅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比が良好でない信号が広帯域周波数測定回路１８に入力される場合では、Ｓ／Ｎ比の程度に応じて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１８では、ｆ0−ｆL±δｆの周波数に対応する直流電圧が出力される。
【００４０】
この広帯域周波数測定回路１８から出力される高周波入力信号の周波数（ｆ0−ｆL±δｆ）に対応した電圧から、周波数設定回路１９２によって局部発振器１５を周波数ｆ0−ｆL±δｆより一定周波数（ｆL＋ｆIF）だけ高くなるように、すなわち、ｆ0＋ｆIF±δｆとなる周波数で発振させるための周波数設定信号を設定し、局部発振器１５を制御する。
【００４１】
この周波数設定信号は、例えば局部発振器１５がＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)であれば電圧であり、高速に周波数を切り替え可能なＤＤＳ（Direct Digital Synthesis）であれば、周波数を設定するデジタルデータである。
【００４２】
周波数設定信号を一定周波数（ｆIF）だけ周波数を高く設定する理由は、狭帯域バンドパスフィルタ１７の中心周波数（ｆIF）に周波数混合器１３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。
【００４３】
局部発振器１５は、周波数設定回路１９１によって発振周波数がｆ0＋ｆIF±δｆとなる様に局部発振器１８に周波数設定信号が印加される。ＶＣＯであれば、その発振周波数の周波数安定度として１０−４から１０−６程度にすることが可能であり、ＤＤＳであれば基準信号の周波数安定度に準じた周波数安定度が得られ、基準信号として水晶発振器を使用すれば１０−６程度の周波数安定度が得られる。また局部発振器１５の周波数可変範囲は、入力信号ｆ0の周波数範囲と連動する必要がある。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、それよりも広く可変できる必要がある。
【００４４】
局部発振器１５の出力は、入力端子数と同じ数だけ分配され（本実施形態では３分配）、その一つは、高周波分配器１１の第２の出力とともに、周波数混合器１３に入力される。
【００４５】
局部発振器１５のその他の出力は、入力端子ＩＮ２、ＩＮ３の高周波入力信号とともに、それぞれ周波数混合器１３ａ、１３ｂに入力される。
【００４６】
高周波入力信号の周波数はｆ0であるので、周波数混合器１３、１３ａおよび１３ｂから出力される中間周波数は、すべてｆIF±δｆとなる中間周波数に周波数変換されて、それぞれ狭帯域バンドパスフィルタ１７、１７ａ、および１７ｂに入力される。
【００４７】
ここで狭帯域バンドパスフィルタ１７、１７ａ、および１７ｂは、すべて中心周波数をｆIFとし、帯域幅をＢＮとすると、ｆIF±δｆに周波数変換された中間周波数信号は、この狭帯域バンドパスフィルタ１７，１７ａ、１７ｂを通過し、それぞれ信号波形解析回路１９１，１９１ａ、１９１ｂに入力されることで周波数ｆIF±δｆをはじめとする各種信号波形解析を実行する。
【００４８】
信号処理回路１９内の信号波形解析回路１９１ａ、１９１ｂは、それぞれ図３に示す信号波形解析回路１９１と同じ構成であり、周波数検出、振幅、位相に加えてさらに各高周波入力間の振幅差、位相差などの各種波形解析を行う。
【００４９】
例えば、基準となるアンテナとその他のアンテナで受信する高周波入力信号の位相差を求めることで電波の到来方向などが算出される。
【００５０】
以上述べたように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、複数の入力端子を備えているので、各入力端子に入力される高周波入力信号の周波数、振幅、位相のみならず各高周波入力信号の振幅差、位相差を精度良く、しかも短時間で測定できることからパッシブレーダ受信器の性能を向上できる。
【００５１】
また、基準となる入力端子を除き、その他複数の入力端子に毎に必要なバンドパスフィルタは一つで済むことから、従来と比較してバンドパスフィルタの低減が大幅になされるという効果を奏する。
【００５２】
さらに、信号処理回路は比較的低速のロジックで構成できることから汎用の低価格のプロセスにて集積が可能である。これにより本実施形態で述べた信号波形解析回路および周波数設定回路のみならずその他の波形処理や周辺回路を同一回路内に集積が可能となる。
【００５３】
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やＤＳＳ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。
【００５４】
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】
【００５５】
１１…高周波分配器
１２，１３，１３ａ、１３ｂ…周波数混合器
１４，１５…局部発振器
１６…広帯域バンドパスフィルタ
１７，１７ａ、１７ｂ…狭帯域バンドパスフィルタ
１８…広帯域周波数測定回路
１９…信号処理回路
１９１、１９１ａ、１９１ｂ…信号波形解析回路
１９２…周波数設定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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