(57)【要約】【課題】ミキサによるスプリアスが発生している状況であっても、被測定信号に対する１回の掃引測定で被測定信号の周波数を推定することが可能な信号分析装置及び信号分析方法を提供する。【解決手段】入力信号を周波数掃引された局部発振信号の高調波と周波数混合して中間周波数信号に変換する周波数変換手段と、中間周波数信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部１７と、既知の周波数の参照信号のデジタルデータである参照データ列と、未知の周波数の被測定信号のデジタルデータである測定データ列との相対位置をずらしながら、参照データ列と測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理部３２と、相互相関値の最大値を与える参照データ列と測定データ列との相対位置、及び、参照信号の周波数に基づいて、被測定信号の周波数を推定する周波数推定部３３と、を備える。【選択図】図１
2017053818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数掃引された局部発振信号を発生する局部発振手段（１１）と、
入力信号と前記局部発振信号の高調波を周波数混合するミキサ（１００）を含み、当該入力信号を中間周波数信号に変換する周波数変換手段（１００，１３ａ，１４ａ，１５ａ）と、
前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段（１７）と、を備える信号分析装置（１）において、
前記入力信号の周波数を含む所定の測定周波数範囲を掃引測定するため、当該測定周波数範囲と前記中間周波数信号の周波数に基づいて、前記局部発振手段へ局部発振周波数掃引範囲を設定する掃引範囲設定手段（２１）と、
前記入力信号が既知の周波数の参照信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該参照信号の前記デジタルデータを参照データ列として記憶する第１記憶手段（３１ａ）と、
前記入力信号が未知の周波数の被測定信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該被測定信号の前記デジタルデータを測定データ列として記憶する第２記憶手段（３１ｂ）と、
前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置をずらしながら、当該参照データ列と当該測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理手段（３２）と、
前記相互相関値の最大値を与える前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置、及び、前記参照信号の周波数に基づいて、前記被測定信号の周波数を推定する周波数推定手段（３３）と、を備えることを特徴とする信号分析装置。
【請求項２】
前記第１記憶手段に記憶された前記参照データ列から所定の閾値以上の値のデータを抽出するデータ抽出手段（３４）と、
前記データ抽出手段により抽出されたデータの周波数を含む所定の帯域にわたって、当該帯域に含まれるデータの最大値を振幅値とする部分スペクトラムデータを生成する部分スペクトラム生成手段（３５）と、
前記部分スペクトラム生成手段により生成された部分スペクトラムデータで、前記第１記憶手段に記憶された前記参照データ列の対応する周波数のデータを更新するスペクトラム更新手段（３６）と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の信号分析装置。
【請求項３】
周波数掃引された局部発振信号を発生する局部発振手段（１１）と、
入力信号と前記局部発振信号の高調波を周波数混合するミキサ（１００）を含み、当該入力信号を中間周波数信号に変換する周波数変換手段（１００，１３ａ，１４ａ，１５ａ）と、
前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段（１７）と、を備える信号分析装置（１）を用いる信号分析方法において、
前記入力信号の周波数を含む所定の測定周波数範囲を掃引測定するため、当該測定周波数範囲と前記中間周波数信号の周波数に基づいて、前記局部発振手段へ局部発振周波数掃引範囲を設定する掃引範囲設定ステップ（Ｓ４，Ｓ１３）と、
前記入力信号が既知の周波数の参照信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該参照信号の前記デジタルデータを参照データ列として記憶する第１記憶ステップ（Ｓ６）と、
前記入力信号が未知の周波数の被測定信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該被測定信号の前記デジタルデータを測定データ列として記憶する第２記憶ステップ（Ｓ１５）と、
前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置をずらしながら、当該参照データ列と当該測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理ステップ（Ｓ１６）と、
前記相互相関値の最大値を与える前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置、及び、前記参照信号の周波数に基づいて、前記被測定信号の周波数を推定する周波数推定ステップ（Ｓ１９〜Ｓ２１）と、を含むことを特徴とする信号分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号分析装置及び信号分析方法に関し、特に外部ミキサを接続可能な信号分析装置及び信号分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物から出力される広帯域のＲＦ信号を被測定信号として受信し、当該被測定信号の周波数解析を行うスペクトラムアナライザなどの信号分析装置が従来から知られている。このような信号分析装置は、局部発振信号を発生する局部発振器と、被測定信号と局部発振信号を周波数混合して中間周波数信号に変換するミキサと、を備え、中間周波数信号を信号処理することにより、被測定信号の周波数成分を表示部に表示させるようになっている。
【０００３】
上記のような信号分析装置は、信号分析装置本体の動作周波数を上回る高い周波数帯域までの周波数解析を可能とするために、高調波ミキサを外部ミキサとして接続可能な構成であることが多い。
【０００４】
しかしながら、高調波ミキサは、本来の被測定信号の周波数以外にマルチプルレスポンスなどの不要な周波数成分（スプリアス）を多数発生させてしまう。そこで、被測定信号を複数（Ｍ個）の中間周波数Ｆｉにダウンコンバートし、掃引周波数を２Ｆｉずらした２Ｍ回の掃引測定を行い、得られた２Ｍ個のスペクトラムデータを用いてスプリアスを除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、高調波ミキサへ入力される局部発振信号の局部発振周波数をＦＬＯ、局部発振信号の高調波次数をｎとすると、各中間周波数Ｆｉに関する２回の掃引の測定周波数Ｆは下記の式（１）で与えられる。
【０００６】
Ｆ＝ｎ×ＦＬＯ±Ｆｉ                                                    （１）
以下、Ｆ＝ｎ×ＦＬＯ−ＦＩＦに従って行われる掃引を「極性−の掃引」と呼び、Ｆ＝ｎ×ＦＬＯ＋ＦＩＦに従って行われる掃引を「極性＋の掃引」と呼ぶ。
【０００７】
特許文献１に開示されたスプリアスの除去処理では、極性−の掃引で得られるＭ個のスペクトラムデータと、極性＋の掃引で得られるＭ個のスペクトラムデータとについて、同一測定周波数点ごとに全て同一値のデータ及び最小値のデータを求めることで、被測定信号のスペクトラムからスプリアスの除去が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７９７５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の方法では、被測定信号に対する掃引測定が複数回必要であるため、掃引の回数分測定時間が長くなってしまう。このことは、被測定信号がバースト波などの掃引時間を多く要する信号である場合には特に問題となる。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、ミキサによるスプリアスが発生している状況であっても、被測定信号に対する１回の掃引測定で被測定信号の周波数を推定することが可能な信号分析装置及び信号分析方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の信号分析装置は、周波数掃引された局部発振信号を発生する局部発振手段と、入力信号と前記局部発振信号の高調波を周波数混合するミキサを含み、当該入力信号を中間周波数信号に変換する周波数変換手段と、前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、を備える信号分析装置において、前記入力信号の周波数を含む所定の測定周波数範囲を掃引測定するため、当該測定周波数範囲と前記中間周波数信号の周波数に基づいて、前記局部発振手段へ局部発振周波数掃引範囲を設定する掃引範囲設定手段と、前記入力信号が既知の周波数の参照信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該参照信号の前記デジタルデータを参照データ列として記憶する第１記憶手段と、前記入力信号が未知の周波数の被測定信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該被測定信号の前記デジタルデータを測定データ列として記憶する第２記憶手段と、前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置をずらしながら、当該参照データ列と当該測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理手段と、前記相互相関値の最大値を与える前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置、及び、前記参照信号の周波数に基づいて、前記被測定信号の周波数を推定する周波数推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２の信号分析装置は、前記第１記憶手段に記憶された前記参照データ列から所定の閾値以上の値のデータを抽出するデータ抽出手段と、前記データ抽出手段により抽出されたデータの周波数を含む所定の帯域にわたって、当該帯域に含まれるデータの最大値を振幅値とする部分スペクトラムデータを生成する部分スペクトラム生成手段と、前記部分スペクトラム生成手段により生成された部分スペクトラムデータで、前記第１記憶手段に記憶された前記参照データ列の対応する周波数のデータを更新するスペクトラム更新手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３の信号分析方法は、周波数掃引された局部発振信号を発生する局部発振手段と、入力信号と前記局部発振信号の高調波を周波数混合するミキサを含み、当該入力信号を中間周波数信号に変換する周波数変換手段と、前記中間周波数信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、を備える信号分析装置を用いる信号分析方法において、前記入力信号の周波数を含む所定の測定周波数範囲を掃引測定するため、当該測定周波数範囲と前記中間周波数信号の周波数に基づいて、前記局部発振手段へ局部発振周波数掃引範囲を設定する掃引範囲設定ステップと、前記入力信号が既知の周波数の参照信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該参照信号の前記デジタルデータを参照データ列として記憶する第１記憶ステップと、前記入力信号が未知の周波数の被測定信号である場合に、前記局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該被測定信号の前記デジタルデータを測定データ列として記憶する第２記憶ステップと、前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置をずらしながら、当該参照データ列と当該測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理ステップと、前記相互相関値の最大値を与える前記参照データ列と前記測定データ列との相対位置、及び、前記参照信号の周波数に基づいて、前記被測定信号の周波数を推定する周波数推定ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ミキサによるスプリアスが発生している状況であっても、１回の掃引測定で被測定信号の周波数を推定することが可能な信号分析装置及び信号分析方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態としての信号分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態としての信号分析装置による参照データ列の生成処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態としての信号分析装置によって参照データ列又は測定データ列の生成を行う場合の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態としての信号分析装置によって生成された参照信号のスペクトラムの例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態としての信号分析装置による被測定信号の周波数推定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態としての信号分析装置によって生成された被測定信号のスペクトラムの例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態としての信号分析装置によって算出された４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列と４０．５ＧＨｚの被測定信号の測定データ列との相互相関値を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態としての信号分析装置によって算出された４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列と様々な周波数の被測定信号の測定データ列との相互相関値を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態としての信号分析装置が備えるデータ処理部の他の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態としての信号分析装置によって生成された参照信号のスペクトラムの他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る信号分析装置及び信号分析方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態としての信号分析装置１は、外部ミキサ１００が接続されることにより、被試験対象（Device Under Test：ＤＵＴ）から出力される高周波の被測定信号の周波数成分を測定することができるものであり、局部発振器１１、スイッチ１６、Ａ／Ｄ変換部１７、表示部１８、操作部１９、制御部２０、掃引範囲設定部２１、掃引制御部２２、及びデータ処理部３０を主に備える。
【００１８】
また、信号分析装置１は、例えば数ＧＨｚ程度の周波数の信号を入力するための端子２３に加えて、数十ＧＨｚ以上の高周波の信号を外部ミキサ１００を介して入力するための端子２４，２５を筐体４０に備える。
【００１９】
さらに、信号分析装置１は、周波数変換手段として、局部発振器１１や外部ミキサ１００に加えて、ミキサ１２、局部発振器１３ａ，１３ｂ、ミキサ１４ａ，１４ｂ、及びバンドパスフィルタ１５ａ〜１５ｃを備える。これらの周波数変換手段は、端子２３又は端子１３０からの入力信号を中間周波数信号に変換するようになっている。
【００２０】
外部ミキサ１００は、例えば、高調波次数ｎに対応した高調波ミキサ１１０と、バンドパスフィルタ１２０とを有し、筐体４０に設けられた端子２４，２５に接続可能となっている。高調波ミキサ１１０は、筐体４０内の局部発振器１１から出力される周波数掃引された局部発振周波数ＦＬＯの局部発振信号の基本波及び高調波と、端子１３０から入力される周波数ＦＲＦの入力信号とを乗算して周波数混合して、中間周波数Ｆｉｆ１の中間周波数信号を出力するようになっている。
【００２１】
バンドパスフィルタ１２０は、高調波ミキサ１１０で周波数混合された中間周波数信号の中間周波数Ｆｉｆ１の成分のみを通過させて、端子２５を介して筐体４０内のミキサ１４ａに出力するようになっている。また、バンドパスフィルタ１２０は、ユーザによる操作部１９の操作によって制御部２０に与えられた値の中間周波数の信号を出力できるように構成されていてもよい。
【００２２】
あるいは、外部ミキサ１００は、高調波ミキサ１１０の代わりに基本波ミキサを有し、筐体４０内の局部発振器１１からの局部発振信号を逓倍器で周波数逓倍して当該基本波ミキサに出力する構成であってもよい。
【００２３】
なお、外部ミキサ１００から出力された中間周波数Ｆｉｆ１の中間周波数信号は、局部発振器１３ａ、ミキサ１４ａ、及びバンドパスフィルタ１５ａによりダウンコンバートされて中間周波数Ｆｉｆ２の中間周波数信号となる。一方、端子２３からの入力信号は、局部発振器１１，１３ｂ、ミキサ１２，１４ｂ、及びバンドパスフィルタ１５ｂ，１５ｃによりダウンコンバートされて中間周波数Ｆｉｆ２の中間周波数信号となる。
【００２４】
局部発振器１１は、例えばＰＬＬ回路により構成されており、後述の掃引制御部２２からの制御信号を受けて、周波数掃引された局部発振周波数ＦＬＯの局部発振信号を発振して、外部ミキサ１００内の高調波ミキサ１１０や、筐体４０内のミキサ１２へ送出するようになっている。
【００２５】
スイッチ１６は、制御部２０により制御され、Ａ／Ｄ変換部１７への入力信号を切り換えるようになっている。具体的には、スイッチ１６がバンドパスフィルタ１５ａ側に接続された場合には、端子１３０からの入力信号が中間周波数Ｆｉｆ２の中間周波数信号としてＡ／Ｄ変換部１７に入力される。一方、スイッチ１６がバンドパスフィルタ１５ｃ側に接続された場合には、端子２３からの入力信号が中間周波数Ｆｉｆ２の中間周波数信号としてＡ／Ｄ変換部１７に入力される。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部１７は、スイッチ１６から出力された中間周波数Ｆｉｆ２の中間周波数信号を、所定のクロックでサンプリングして時系列のデジタルデータに変換するようになっている。なお、スイッチ１６がバンドパスフィルタ１５ａ側に接続されている場合には、Ａ／Ｄ変換部１７は、上記のデジタルデータを後述のデータ保存部３１に出力する。一方、スイッチ１６がバンドパスフィルタ１５ｃ側に接続されている場合には、Ａ／Ｄ変換部１７は、上記のデジタルデータを表示部１８に出力する。
【００２７】
掃引範囲設定部２１は、入力信号の周波数ＦＲＦを含む所定の測定周波数範囲を掃引測定するため、測定周波数範囲、中間周波数信号の周波数Ｆｉｆ１，Ｆｉｆ２、高調波次数ｎに基づいて、局部発振周波数ＦＬＯの掃引範囲（以下、「局部発振周波数掃引範囲」という）を掃引制御部２２に設定するようになっている。
【００２８】
掃引制御部２２は、測定周波数範囲に対応する局部発振周波数掃引範囲で局部発振信号を周波数掃引するための制御信号を、局部発振器１１に出力するようになっている。
【００２９】
データ処理部３０は、データ保存部３１、相互相関処理部３２、及び周波数推定部３３を含む。
【００３０】
データ保存部３１は、例えばメモリ３１ａ及びメモリ３１ｂを有しており、Ａ／Ｄ変換部１７から出力される時系列のデジタルデータを記憶するようになっている。
【００３１】
具体的には、メモリ３１ａは、入力信号として既知の周波数の参照信号が端子１３０から高調波ミキサ１１０に入力された場合に、局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該参照信号の中間周波数信号のデジタルデータを時系列の参照データ列Ａｍとして記憶する。ここで、ｍはＭ個の参照信号の周波数を区別するためのインデックスである。異なる参照データ列間の参照信号の周波数の間隔は、１ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１ＧＨｚなどの任意の間隔でよい。
【００３２】
メモリ３１ｂは、入力信号として未知の周波数の被測定信号が端子１３０から高調波ミキサ１１０に入力された場合に、局部発振周波数掃引範囲の掃引により得られる当該被測定信号の中間周波数信号のデジタルデータを時系列の測定データ列Ｂとして記憶する。
【００３３】
相互相関処理部３２は、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相対位置をずらしながら、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相互相関値を算出するようになっている。
【００３４】
周波数推定部３３は、相互相関処理部３２により算出された相互相関値の最大値（以下、「最大相関値」ともいう）を与える参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相対位置、及び、参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）に基づいて、被測定信号の周波数を推定するようになっている。
【００３５】
なお、参照データ列Ａｍ及び測定データ列Ｂのいずれも、外部ミキサ１００による多数のスプリアスを含んでいる。周波数軸上で隣り合うスプリアスの間隔は、参照信号又は被測定信号の周波数が１〜２ＧＨｚ程度変化してもほとんど変化しない。本実施形態の信号分析装置１は、このことを利用して、相互相関処理部３２で参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相互相関値を算出し、周波数推定部３３で被測定信号の周波数を推定するようになっている。
【００３６】
制御部２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータで構成され、信号分析装置１を構成する上記各部の動作を制御するとともに、所定のプログラムを実行することにより、相互相関処理部３２、周波数推定部３３をソフトウェア的に構成するようになっている。また、制御部２０は、外部ミキサ１００が端子２４，２５を介して筐体４０に接続されたことを認識するようになっている。
【００３７】
以下、図２のフローチャートを参照しながら、既知の周波数の参照信号のスペクトラムデータである参照データ列Ａｍを生成する方法について説明する。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、ユーザにより、所望の周波数の信号を出力する信号発生器２１０が信号分析装置１の端子１３０に接続される（ステップＳ１）。信号発生器２１０は、例えば単一周波数の正弦波を出力するようになっている。
【００３９】
次に、制御部２０は、Ｍ個の参照信号の周波数を区別するインデックスｍを１に初期化する（ステップＳ２）。
【００４０】
次に、ユーザによる操作部１９の操作により、信号発生器２１０から出力される参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）を設定する（ステップＳ３）。あるいは、この設定は信号発生器２１０側で行われてもよい。
【００４１】
次に、掃引範囲設定部２１は、ステップＳ３で設定された周波数ＦＡ（ｍ）が測定周波数範囲に含まれるような局部発振周波数掃引範囲を掃引制御部２２に設定する（ステップＳ４）。
【００４２】
次に、ステップＳ３で設定された周波数ＦＡ（ｍ）の参照信号が、信号発生器２１０から端子１３０を介して信号分析装置１に入力される（ステップＳ５）。
【００４３】
次に、掃引制御部２２は、ステップＳ４で設定された局部発振周波数掃引範囲で周波数掃引を行う。データ保存部３１は、この周波数掃引により得られた周波数ＦＡ（ｍ）に関する参照データ列Ａｍ（以下、「ｍ番目の参照データ列」ともいう）をメモリ３１ａに記憶する（ステップＳ６）。図４に周波数ＦＡ（ｍ）が４０ＧＨｚの場合の参照データ列のスペクトラムの例を示す。４０ＧＨｚ以外の周波数において、外部ミキサ１００による多数のスプリアスが発生していることが分かる。
【００４４】
次に、制御部２０は、全ての周波数ＦＡ（ｍ）の参照信号に対して測定が行われたか否かを判断する（ステップＳ７）。ｍ＜Ｍの場合には、制御部２０は、インデックスｍをインクリメントし（ステップＳ８）、ステップＳ３に戻る。ｍ＝Ｍの場合には、処理を終了する。
【００４５】
以下、図５のフローチャートを参照しながら、被測定信号の周波数を推定する方法について説明する。
【００４６】
まず、図３（ｂ）に示すように、ユーザにより、被測定信号を出力するＤＵＴ２００が信号分析装置１の端子１３０に接続される（ステップＳ１１）。
【００４７】
次に、制御部２０は、Ｍ個の参照信号の周波数を区別するインデックスｍを１に初期化する（ステップＳ１２）。
【００４８】
次に、掃引範囲設定部２１は、操作部１９によって指定された測定周波数範囲に対応する局部発振周波数掃引範囲を掃引制御部２２に設定する（ステップＳ１３）。
【００４９】
次に、被測定信号が、ＤＵＴ２００から端子１３０を介して信号分析装置１に入力される（ステップＳ１４）。
【００５０】
次に、掃引制御部２２は、ステップＳ１３で設定された局部発振周波数掃引範囲で周波数掃引を１回行う。データ保存部３１は、この周波数掃引により得られた測定データ列Ｂをメモリ３１ｂに記憶する（ステップＳ１５）。図６に被測定信号の周波数ＦＢが４０．５ＧＨｚの場合の測定データ列のスペクトラムの例を示す。４０．５ＧＨｚ以外の周波数において、多数のスプリアスが発生しているため、一見して被測定信号の未知の周波数ＦＢを特定することは不可能である。
【００５１】
次に、相互相関処理部３２は、ステップＳ１５で得られた測定データ列Ｂと、メモリ３１ａに記憶されているｍ番目の参照データ列Ａｍに対して、下記の式（２）を用いた相互相関処理を行う（ステップＳ１６）。
【数１】
2017053818.tif 000003
【００５２】
式（２）において、Ａｍ［ｋ］は、ｍ番目の参照データ列の各データを要素とするベクトルにおけるｋ番目の要素を表している。また、Ｂ［ｋ］は、測定データ列の各データを要素とするベクトルにおけるｋ番目の要素を表している。
【００５３】
相互相関処理部３２は、ずらし量τを１つずつ変化させて式（２）の演算を行うことにより、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相対位置を１データずつずらしながら、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂとの相互相関値を算出する。ここで、ずらし量τ＝０の状態は、参照データ列の１番目の要素と、参照データ列の１番目の要素の周波数に等しい測定データ列の要素との相対位置が０の状態である。
【００５４】
例えば、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの測定周波数範囲が等しく、ベクトルＡｍ，ＢがそれぞれＡｍ＝［ａ１，ａ２，・・・，ａＮ］、Ｂ＝［ｂ１，ｂ２，・・・，ｂＮ］で与えられる場合には、式（２）から得られる相互相関値のデータ列Ｃは、｛ａＮｂ１，ａＮ−１ｂ１＋ａＮｂ２，・・・，ａ１ｂ１＋ａ２ｂ２＋・・・＋ａＮ−１ｂＮ−１＋ａＮｂＮ，・・・，ａ１ｂＮ−１＋ａ２ｂＮ，ａ１ｂＮ｝となり、その要素数は２Ｎ−１個である。データ列Ｃの各要素は、下記の式（３）で与えられる行列の要素を斜めに足し合わせたものとなる。
【数２】
2017053818.tif 000004
【００５５】
ステップＳ１６において、相互相関処理部３２は、式（２）により得られる相互相関値を、ｍ番目の参照データ列Ａｍに対応する参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）とずらし量τに対応付けてメモリ３２ａに記憶する。図７に、４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列Ａｍと４０．５ＧＨｚの被測定信号の測定データ列Ｂとの相互相関値の算出結果を示す。図７のグラフから、被測定信号の周波数である４０．５ＧＨｚにおいて相互相関値が最大になっていることが分かる。
【００５６】
次に、制御部２０は、メモリ３１ａに記憶されている全ての参照データ列Ａｍに関して相互相関処理が行われたか否かを判断する（ステップＳ１７）。ｍ＜Ｍの場合には、制御部２０は、インデックスｍをインクリメントし（ステップＳ１８）、ステップＳ１６に戻る。ｍ＝Ｍの場合には、ステップＳ１９に進む。
【００５７】
ステップＳ１９において、周波数推定部３３は、ステップＳ１６で得られた相互相関値のうち、最大相関値をもたらす参照データ列に対応する参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）とそのずらし量τを抽出する。
【００５８】
ここで、式（２），（３）より、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂが同一の場合には、最大相関値はａ１ｂ１＋ａ２ｂ２＋・・・＋ａＮ−１ｂＮ−１＋ａＮｂＮとなり、上記のデータ列Ｃの要素のうち、中央の要素が最大相関値であることが分かる。つまり、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの測定周波数範囲が等しく、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの要素が同一の場合には、ずらし量τ＝０で最大相関値が得られる。
【００５９】
例えば、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの要素数が共に１００００個であり、かつ、参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）と被測定信号の周波数ＦＢが等しい場合には、データ列Ｃの１９９９９個の相互相関値の要素のうち、中央の１００００番目の要素が最大相関値となる。
【００６０】
これに対して、参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）と測定信号の周波数ＦＢが異なる場合、例えば参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）が４０ＧＨｚで測定信号の周波数ＦＢが４０．２ＧＨｚである場合には、中央の１００００番目の要素から０．２ＧＨｚ分に相当する個数分ずれた要素が最大相関値となる。例えば、分解能が１ＭＨｚである場合、１００００＋（０．２ＧＨｚ／１ＭＨｚ）＝１０２００番目の要素が最大相関値となる。つまり、この場合には、ずらし量τ＝−２００で最大相関値が得られる。
【００６１】
次に、周波数推定部３３は、ステップＳ１９で抽出された参照データ列に対応する参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）及びずらし量τから、参照信号の周波数ＦＡ（ｍ）と被測定信号の周波数ＦＢとの周波数差を推定する（ステップＳ２０）。具体的には、ずらし量τに分解能を乗じた値が、周波数ＦＡ（ｍ）と周波数ＦＢの周波数差となる。
【００６２】
次に、周波数推定部３３は、ステップＳ２０で得られた周波数差を周波数ＦＡ（ｍ）から減算することにより、被測定信号の周波数ＦＢを推定する（ステップＳ２１）。
【００６３】
次に、制御部２０は、メモリ３１ｂに記憶された測定データ列Ｂを読み込んで、図６に示したような被測定信号のスペクトラムと、ステップＳ２１で推定された周波数ＦＢを表示部１８に表示させる（ステップＳ２２）。
【００６４】
例えば、表示部１８は、被測定信号のスペクトラムにおいて、ステップＳ２１で推定された周波数ＦＢの成分を強調表示するようになっている。この強調表示としては、例えば、該当する周波数ＦＢの成分のみ色を変える、該当する周波数ＦＢの成分を矢印などで指し示す、該当する周波数ＦＢの値を表示する、などの任意の方法を用いることができる。
【００６５】
図８に、周波数ＦＡ（ｍ）が４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列と、周波数ＦＢが４０．４ＧＨｚ，４０．５ＧＨｚ，４１ＧＨｚ，４２ＧＨｚの被測定信号の測定データ列Ｂとの相互相関値を示す。図８の結果から、各被測定信号について、自身の周波数ＦＢにおいて最大相関値が得られることが分かる。また、参照信号の周波数と測定信号の周波数が２ＧＨｚ程度離れていても、参照データ列と測定データ列に高い相関が見られることが分かる。
【００６６】
なお、上記の図５のフローチャートを用いた説明では、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの要素数が等しいとしたが、参照データ列Ａｍと測定データ列Ｂの要素数が異なっていても被測定信号の周波数ＦＢを推定できることは言うまでもない。
【００６７】
また、ステップＳ１６の前段階として、ステップＳ１３で指定された測定周波数範囲に合わせて周波数ＦＡ（ｍ）の参照信号の参照データ列Ａｍを切り出す処理を追加してもよい。
【００６８】
以下、データ処理部３０の他の構成について、図９を参照しながら説明する。
【００６９】
図９に示すように、データ処理部３０は、上記のデータ保存部３１、相互相関処理部３２、及び周波数推定部３３に加えて、データ抽出部３４、部分スペクトラム生成部３５、及びスペクトラム更新部３６を含むものであってもよい。
【００７０】
データ抽出部３４は、メモリ３１ａに記憶されたｍ番目の参照データ列Ａｍから所定の閾値以上のデータを抽出するようになっている。ここで、上記の閾値は、例えばノイズフロアよりも数ｄＢ程度高い値として自動的に設定されるものであってもよく、あるいは、操作部１９により任意の値が設定されるものであってもよい。例えば、図４に示した４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列のスペクトラムであれば、−７５ｄＢｍを閾値とすることができる。
【００７１】
部分スペクトラム生成部３５は、データ抽出部３４により抽出されたデータの周波数を含む所定の帯域Δｆにわたって、当該帯域Δｆに含まれるデータの最大値を振幅値とする部分スペクトラムデータを生成するようになっている。
【００７２】
例えば、図４に示した４０ＧＨｚの参照信号の参照データ列のスペクトラムについては、部分スペクトラム生成部３５は、図１０に示すように、スプリアスの周波数と参照信号の周波数のそれぞれにΔｆの帯域を持たせたものを部分スペクトラムデータとする。各帯域Δｆの中心周波数は、例えば各帯域Δｆに含まれる最大値を有するデータの周波数とすればよい。
【００７３】
なお、図１０においてはΔｆの大きさを誇張して表しているが、帯域Δｆは、被測定信号が変調波のような周波数が変動する信号である場合に、その周波数変動が収まる大きさであればよく、例えば１０ＭＨｚや２０ＭＨｚ程度の値である。帯域Δｆの値は、自動的に設定されるものであってもよく、あるいは、操作部１９により任意の値が設定されるものであってもよい。
【００７４】
スペクトラム更新部３６は、部分スペクトラム生成部３５により生成された帯域Δｆの部分スペクトラムデータで、メモリ３１ａに記憶された参照データ列Ａｍの対応する周波数のデータを更新するようになっている。
【００７５】
これにより、相互相関処理部３２は、スペクトラム更新部３６により更新された参照データ列Ａｍ'を用いて、参照データ列Ａｍ'と測定データ列Ｂとの相互相関値を算出することとなる。
【００７６】
これらデータ抽出部３４、部分スペクトラム生成部３５、及びスペクトラム更新部３６は、制御部２０が所定のプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に構成される。
【００７７】
背景技術の欄で述べたように、特許文献１に開示された従来の方法は、極性−の掃引で得られるスペクトラムデータと、極性＋の掃引で得られるスペクトラムデータとについて、同一測定周波数点ごとに全て同一値のデータ及び最小値のデータを求めることで、被測定信号のスペクトラムからスプリアスの除去を行っていた。しかしながら、この方法では、被測定信号が変調波の場合には、掃引測定のタイミングによっては被測定信号の周波数成分が誤って除去される可能性があった。
【００７８】
これに対して、本実施形態の図９の構成によれば、参照データ列に被測定信号の周波数変動を考慮した帯域を持たせることにより、被測定信号が変調波であっても、被測定信号の周波数を推定することができる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態の信号分析装置は、参照データ列と測定データ列との相対位置をずらしながら、参照データ列と測定データ列との相互相関値を算出する相互相関処理手段と、相互相関値の最大値を与える参照データ列と測定データ列との相対位置、及び、参照信号の周波数に基づいて、被測定信号の周波数を推定する周波数推定手段と、を備える。
【００８０】
上記の構成により、任意の信号発生器等で発生させたＲＦ信号を用いて、ミキサで発生するスプリアスを含むスペクトラムのパターンを生成することができる。このパターンを参照データ列としてあらかじめ記憶手段に蓄積しておくことにより、ミキサによるスプリアスが発生している状況であっても、１回の掃引測定で被測定信号の周波数を推定することができる。
【００８１】
また、本実施形態の信号分析装置は、所定の帯域にわたる部分スペクトラムデータを生成する部分スペクトラム生成手段と、部分スペクトラム生成手段により生成された部分スペクトラムデータで、第１記憶手段に記憶された参照データ列の対応する周波数のデータを更新するスペクトラム更新手段と、を更に備える。
【００８２】
上記の構成によれば、参照データ列に被測定信号の周波数変動を考慮した帯域を持たせることにより、被測定信号が変調波であっても、被測定信号の周波数を推定することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  信号分析装置
１１  局部発振器（局部発振手段）
１３ａ  局部発振器（周波数変換手段）
１４ａ  ミキサ（周波数変換手段）
１５ａ  バンドパスフィルタ（周波数変換手段）
１６  スイッチ
１７  Ａ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
１８  表示部
１９  操作部
２０  制御部
２１  掃引範囲設定部（掃引範囲設定手段）
２２  掃引制御部
２３，２４，２５  端子
３０  データ処理部
３１  データ保存部
３１ａ  メモリ（第１記憶手段）
３１ｂ  メモリ（第２記憶手段）
３２  相互相関処理部（相互相関処理手段）
３２ａ  メモリ
３３  周波数推定部（周波数推定手段）
３４  データ抽出部（データ抽出手段）
３５  部分スペクトラム生成部（部分スペクトラム生成手段）
３６  スペクトラム更新部（スペクトラム更新手段）
４０  筐体
１００  外部ミキサ（周波数変換手段）
１１０  高調波ミキサ（周波数変換手段）
１２０  バンドパスフィルタ（周波数変換手段）
１３０  端子
２００  ＤＵＴ
【図１】
2017053818.tif 000005
【図２】
2017053818.tif 000006
【図３】
2017053818.tif 000007
【図４】
2017053818.tif 000008
【図５】
2017053818.tif 000009
【図６】
2017053818.tif 000010
【図７】
2017053818.tif 000011
【図８】
2017053818.tif 000012
【図９】
2017053818.tif 000013
【図１０】
2017053818.tif 000014