JP2014103671A - Ｒｆ信号源の校正方法及び振幅平坦及び位相リニアリティ校正器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦ源の振幅平坦及び位相リニアリティを達成する。
【解決手段】自乗法則のダイオード検出器２２と少なくとも一対の均等な振幅の周波数トーンが用いられる。ＲＦ源のベースバンド発生器１０はそのトーンを発生するが、それは補正フィルタ１２とアップコンバータ２０に連続して適用されて出力ＲＦ信号を生み出す。そのトーンは、特定の周波数帯域幅に亘ってとびとびに変化され、そのトーンにおける各平均周波数においてそのトーンの大きさ及び群遅延と各トーン間のビート周波数の位相が測定される。結果の測定値が補正フィルタ１２のフィルタ係数を校正するために用いられ、特定の周波数帯域幅に亘る振幅平坦及び位相リニアリティを確実にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器を検査するための信号源に関し、より特には、ラジオ周波数（ＲＦ）信号源に対する振幅平坦及び位相リニアリティ校正に関する。

ベクトル信号発生器は、一又はそれ以上のステージのブロックアップコンバージョンとフィルタリングによって後続される、広帯域信号発生をすることができる任意波形発生器（ＡＷＧ）を用いて構築されうる。アップコンバージョン及びフィルタリング処理は、所望の広帯域試験信号に対して対象の周波数帯域幅に亘って相当多くの振幅リプルと線形位相からの偏差を生み出すことがある。これらの位相と大きさの影響は、フィルタとミキサー自体の双方の作動に起因している。

アップコンバージョン処理の周波数応答は、アップコンバータとカスケード接続されたときに、対象となる周波数帯域幅に亘って平坦な振幅と線形位相を提供する応答を有するベースバンド補正フィルタを適用することにより訂正されうる。

米国特許第８２２４２６９号

Ｖａｓｕｄｅｖ他の「パワー検出器を用いたフィルタの計測」と題する、２００２年９月刊の「マイクロ波原理と技術に関するＩＥＥＥ議事録」第５０巻第９号

ベースバンド補正フィルタを作成するためにアップコンバータの周波数応答特性を測定する必要がある。この測定は主に工場の環境で外部試験機器によって行われる。しかしながら、このような測定は本来的に限定される。なぜならば、周波数応答性は温度と構成部品の寿命と共に変化しやすいからである。

パワー検出器を用いた計器又は通信システムの大きさ及び位相を測定するための一つの方法が、「パワー検出器を用いたフィルタの計測」と題する、２００２年９月刊のマイクロ波原理と技術に関するＩＥＥＥ議事録第５０巻第９号にＶａｓｕｄｅｖ他によって記載されている。この方法は、対象となる周波数帯域幅を包含する各エンド周波数における位相を測定し、その後、該二つの周波数の間の中間点における位相を測定し、更に、十分な点が測定されるまで、その位相が既に測定された二つの周波数の中間点における位相を測定していき、十分な細部を提供しその周波数帯域幅に亘って測定中のフィルタの位相特性を記述する。すなわち、ウェブアルゴリズムである。測定は、各周波数における既知の位相を得るために、各周波数において独立して行われる。

２０１２年７月１７日に付与された、「ベクトル変調器校正システム」と題するＪｕｎｇｅｒｍａｎ他による米国特許第８２２４２６９号も、ダイオード検出器のようなパワー検出器を用いてベクトル変調器からのパワー出力、すなわち、９０度の位相差がある二つの成分で一つの周波数信号を表すベクトル信号のＩＱ成分を測定している。

必要なのは、振幅リプル及び位相変化に対する補償をするのに使用されるフィルタ係数を提供するために、使用時にＲＦ信号源の位相と振幅の応答を測定する手段である。

したがって、本発明は、単純な自乗法則のダイオード検出器とＲＦ信号源からの少なくとも一対のトーンを用いることによるＲＦ信号源の振幅平坦及び位相リニアリティ校正を提供する。ＲＦ信号源のベースバンド発生器は、所望のトーンを発生するが、それは補正フィルタとアップコンバータに連続して適用されて出力ＲＦ信号を生み出す。各トーンは、特定の周波数帯域幅に亘ってとびとびに発生され、そのトーンにおける各平均周波数においてそのトーンの振幅及び群遅延と各トーン間のビート周波数（単数又は複数）の位相が測定される。結果の測定値が補正フィルタのフィルタ係数を校正するために用いられ、出力ＲＦ信号の特定の周波数帯域幅に亘る振幅平坦及び位相リニアリティを確実にする。

本発明の第１の基本理念は、直列に連結されたベースバンド信号発生器と補正フィルタとアップコンバータを有するタイプのＲＦ信号源をＲＦ信号出力の振幅平坦及び位相リニアリティに校正する方法であり、以下の工程からなることである。
すなわち、
ベースバンド信号発生器から、特定の平均周波数とトーン間における特定の周波数分離を有する複数の均等な振幅の周波数トーンであって、均等な振幅の周波数トーンが互いに非倍数であるものを発生する工程と、
ＲＦ出力信号から、前記特定の平均周波数に対する大きさと群遅延を算出する工程と、
前記特定の周波数分離の位相応答を算出する工程と、
特定の周波数帯域幅に亘ってベースバンド信号発生器からの前記特定の平均周波数を一つずつ進み、各特定の平均周波数において前記発生と算出工程を繰り返す工程と、
前記大きさ及び位相応答から補正フィルタのフィルタ係数を算出して、前記特定の周波数帯域幅に亘ってＲＦ信号出力が振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにする工程である。

本発明の第２の基本理念は、上記第１の基本理念に記載された方法において、複数の均等な振幅の周波数トーンが特定の周波数分離を有する一対の均等な振幅の周波数トーンを含むことである。

本発明の第３の基本理念は、直列に連結されたベースバンド信号発生器と補正フィルタとアップコンバータを有するタイプのＲＦ信号源であり、出力ＲＦ信号を生成するＲＦ信号源のための集積された振幅平坦及び位相リニアリティ校正器であって、
アップコンバータからの出力ＲＦ信号を受信するために連結された自乗法則ダイオード検出器であって、検出出力信号を生成する自乗法則ダイオード検出器と、
検出出力信号を処理して補正フィルタの校正係数を生成する手段とからなる集積された振幅平坦及び位相リニアリティ校正器である。

本発明の第４の基本理念は、上記第３の基本理念に記載された集積校正器であって、ベースバンド発生器が、校正のために、特定の平均周波数と周波数トーン間における特定の周波数分離を有する、補正フィルタに入力される複数の均等な振幅の周波数トーンであって、均等な振幅の周波数トーンが互いに非倍数であるものを提供することである。

本発明の第５の基本理念は、上記第３の基本理念に記載された集積校正器であって、ベースバンド発生器が、校正のために、特定の周波数分離を有する、補正フィルタに入力される一対の均等な振幅の周波数トーンを提供することである。

本発明の第６の基本理念は、上記第４の基本理念に記載された集積校正器であって、処理手段が、
検出出力信号をデジタルサンプルに変換する手段と、
入力として前記デジタルサンプルを有するプロセッサであって、前記デジタルサンプルから前記特定の平均周波数の大きさと群遅延と前記特定の周波数分離の位相応答を算出し、そこから校正係数が算出され前記トーンによって示された周波数帯域幅に亘ってＲＦ信号出力が振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにするプロセッサとからなることである。

本発明の第７の基本理念は、上記第６の基本理念に記載された集積校正器であって、ベースバンド信号発生器が、ＲＦ源のために所望のＲＦ周波数帯域幅に亘って特定の平均周波数をとびとびに変化させ、前記プロセッサが各ステップにおいて補正フィルタに対し校正係数を提供してＲＦ信号出力が所望のＲＦ周波数帯域幅に亘って振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにすることを含むことである。

付属の特許請求の範囲と添付の図面の特徴に関連して読んだときに、本発明の目的と効果と他の新規な特徴は以下の詳細な説明から明らかである。

図１は、本発明による、振幅平坦及び位相リニアリティに校正するための単純な自乗法則検出器を有するＲＦ広帯域信号源のブロック図である。 図２は、本発明による、ＲＦ広帯域周波数源に亘る振幅平坦及び位相リニアリティに校正する方法のフローチャートである。 図３は、本発明の校正方法のグラフ図である。

図１に関連して、任意波形発生器（ＡＷＧ）１０のようなベースバンド信号発生器は、出力として、対象となる周波数帯域に亘って調整されうる少なくとも一対のトーンを提供する。他の構成は、ダイレクト任意波形発生やＩＱ変調器を用いたアップコンバージョンやＩＦアップコンバージョンなどを含んでもよい。以下の説明のためには、２つのトーン実施例が詳細に説明される。

ベースバンド信号発生器１０から一対のトーンが、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタのような大きさ及び位相補正フィルタ１２に入力され、該フィルタの出力がアップコンバータステージ２０へ入力される。アップコンバータステージ２０は、一対のトーンと局部発振器１６からの周波数を混合するミキサー１４を含んでいる。ミキサー１４からの出力は、イメージリジェクションフィルタ１８に入力され、その出力が出力増幅器１９に入力される。出力増幅器１９からの出力は、所望のＲＦ出力信号である。

自乗法則ダイオード検出器として作動する単純な校正ダイオード２２が、出力増幅器１９の出力にも連結されている。ダイオード２２からの出力は、アナログーデジタル変換器（ＡＤＣ）２４に入力されてデジタル化されたサンプルを提供する。そして、デジタル化されたサンプルは、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２６に入力されて、補正フィルタ１２のための所望のフィルタ係数を計算してＲＦ出力信号に振幅平坦及び位相リニアリティを提供する。

一対のトーンに関してベースバンド発生器１０からの出力を記述する式は、

アップコンバータステージ２０内のリジェクションフィルタ１８は、異なる周波数を除去し和周波数を維持する。一般的に、ベースバンドフィルタリングによって生じる周波数応答が存在し、同様に、ミキサー１４とイメージリジェクションフィルタ１８によって生じるＲＦ応答も存在する。ＲＦ出力は、以下のように示すこともできる。

ここで、Ｇ_BB（ω_m）はミキサー１４に先立つベースバンド発生器１０のベースバンド応答を示し、Ｇ_UC（ω_m，ω_C）はミキサー１４を含むＲＦ構成部品の応答を示している。記号Ｇ_UC（ω_m，ω_C）内の２つの変数は周波数応答が中心周波数ω_Cと中心周波数からのオフセットω_mの双方の関数であることを示している。

ＲＦ出力に連結した自乗法則ダイオード検出器２２は、以下を生成する。

直流（ＤＣ）項と２ω_C項を取り除くと、以下となる。

ω_m2＝ω_m＋Δω及びω_m1＝ω_m−Δωであるので、各数式は以下のようになる。

Δωはω_m1とω_m2の間の大きさ及び位相応答が直線によって近似されるように選択されるので、

となる。

同様に、

大きさ応答は次から得られる。

ω_mとω_Cにおけるカスケード接続されたベースバンド発生器１０とＲＦアップコンバータ２０の振幅応答は以下によって与えられる。

Δωへの依存が小さい（Δωにおいては相当平坦な応答である）ので、平方根が次の式で近似される。

そして、

ここで、

ここで、Δωは２つのトーン間の周波数分離においてベースバンド補正フィルタ１２とＲＦフィルタ１８がそれぞれ０．５ｄＢより少なく変化するように選択され、そして、

上限として等式をとり、そして、|Ａ（ω_m，ω_C）|を近似的に単位と想定すると、

となる。

中心周波数（ω_m＝０）における検出されたビートノートの位相を規準として、いずれかの点の位相における中心周波数からの位相差が以下によって与えられる。

群遅延は以下のように定義される。

位相は、対象となる周波数に亘る群遅延応答を積分することで算出される。

ω_stepずつω_mがとびとびに変化された場合、その積分は総和となる。

要約すると、２つの校正信号の校正手順は、図２に示すように、以下のようである。すなわち、
１．その平均周波数がω_mであり、その分離が２Δωである、同じ振幅の２つの正弦曲線のトーンを発生する（工程３０）。これらのトーンは校正されるべきアップコンバータ２０を通過される。Δωは、振幅応答がω₁とω₂の間で０．５ｄＢより少なくなるように選択される。
２．測定中の周波数応答の粒状性を適切に捕獲するのに十分なくらい小さな変化量の大きさで、対象となる周波数帯域幅に亘ってω_mをとびとびに変化させる（工程３２）。ω_mの各値における振幅と群遅延を算出する。
３．Δωの各値における位相応答を算出する（工程３６）。
４．サンプリングした振幅及び位相ポイントから補正フィルタ１２の大きさ及び位相を算出する（工程３８）。
５．補正フィルタ１２に対してＦＩＲフィルタ係数を適用して周波数応答を生成する（工程４０）。

さて、図３に関連して、マルチトーン実施例の周波数スペクトラムが図示されている。ＲＦ周波数ω₁とω₂は、ダイオード検出器２２から出力されるビート周波数ω_aを生成する上記の一対のトーン実施例を示している。他の周波数ω₃、ω_4…は、ベースバンド信号発生器１０から出力されてもよいが、その周波数は互いに非倍数である。正に一対のトーンよりもむしろ多数のトーンを用いることは、基本的な操作をスピードアップさせるのに役立つ。周波数のより広いスパンが所望の広帯域周波数範囲に亘って各ステップに対してカバーされるからである。各トーンの振幅は測定されると共に、マルチトーンの間の各ビート周波数の位相も測定される。測定された振幅と位相から、ＦＩＲフィルタ係数が算出される。

一対のトーン実施例に対する上記のものと同様に、ダイオード検出器２２を通過したｎ個一組の正弦波トーンを検討する。ダイオード検出器２２からの出力は、図３に示すように、各入力周波数の間の周波数成分、すなわち、ビート周波数を含んでいる。もし、各トーンがそれらの各周波数間の差が倍数関係にないように選択されている場合、ダイオード検出器２２からの出力は固有の個別のビート周波数のｎ（ｎ−１）／２の周波数を含んでいる。これらのビート周波数は、２つのトーン実施例に関連して上記の様なフーリエ技術を用いて処理され、各ステップインクリメントにおけるより広い周波数帯域に亘る位相と大きさを決定することを可能にする。すなわち、周波数ステップインクリメントがより大きくなる。

このように、本発明は、校正処理のためにＲＦ源が少なくとも一対のトーンを提供する場合に、自乗法則ダイオード検出器を用いてＲＦ源に振幅平坦及び位相リニアリティ校正を提供する。

１０…任意波形発生器
１２…位相補正フィルタ
１４…ミキサー
１６…局部発振器
１８…イメージリジェクションフィルタ
１９…出力増幅器
２０…アップコンバータ
２２…ダイオード
２４…アナログ−デジタル変換器
２６…デジタル信号処理器

Claims (5)

1. 直列に連結されたベースバンド信号発生器と補正フィルタとアップコンバータを有するタイプのＲＦ信号源をＲＦ信号出力の振幅平坦及び位相リニアリティに校正する方法であって、
   ベースバンド信号発生器から、特定の平均周波数とトーン間における特定の周波数分離を有する複数の均等な振幅の周波数トーンであって、該均等な振幅の周波数トーンが互いに非倍数であるものを発生する工程と、
   ＲＦ出力信号から、前記特定の平均周波数に対する大きさと群遅延を算出する工程と、
   前記特定の周波数分離の位相応答を算出する工程と、
   特定の周波数帯域幅に亘ってベースバンド信号発生器からの前記特定の平均周波数をとびとびに変化させ、各特定の平均周波数において前記発生と算出工程を繰り返す工程と、
   前記大きさ及び位相応答から補正フィルタのフィルタ係数を算出して、前記特定の周波数帯域幅に亘ってＲＦ信号出力が振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにする工程からなる校正方法。
   
2. 直列に連結されたベースバンド信号発生器と補正フィルタとアップコンバータを有するタイプのＲＦ信号源であり、出力ＲＦ信号を生成するＲＦ信号源のための集積された振幅平坦及び位相リニアリティ校正器であって、
   アップコンバータからの出力ＲＦ信号を受信するために連結された自乗法則ダイオード検出器であって、検出出力信号を生成する自乗法則ダイオード検出器と、
   検出出力信号を処理して補正フィルタの校正係数を生成する手段とからなる振幅平坦及び位相リニアリティ校正器。
   
3. ベースバンド発生器が、校正のために、特定の平均周波数と周波数トーン間における特定の周波数分離を有する、補正フィルタに入力される複数の均等な振幅の周波数トーンであって、均等な振幅の周波数トーンが互いに非倍数であるものを提供する前記請求項２に記載の振幅平坦及び位相リニアリティ校正器。
4. 処理手段が、
   検出出力信号をデジタルサンプルに変換する手段と、
   入力として前記デジタルサンプルを有するプロセッサであって、前記デジタルサンプルから前記特定の平均周波数の大きさと群遅延と前記特定の周波数分離の位相応答を算出し、そこから校正係数が算出され前記トーンによって示された周波数帯域幅に亘ってＲＦ信号出力が振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにするプロセッサとからなる前記請求項３に記載の振幅平坦及び位相リニアリティ校正器。
   
5. ベースバンド信号発生器が、ＲＦ源のために所望のＲＦ周波数帯域幅に亘って特定の平均周波数をとびとびに変化させ、前記プロセッサが各ステップにおいて補正フィルタに対し校正係数を提供してＲＦ信号出力が所望のＲＦ周波数帯域幅に亘って振幅平坦及び位相リニアリティを有するようにすることを含む前記請求項４に記載の振幅平坦及び位相リニアリティ校正器。

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