JPH0514937U - スペクトラムアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高分解能であり、かつアナログフィルタを用い
た場合の波形と一貫性を保つことができるデジタル式の
スペクトラムアナライザを提供することである。 【構成】分解能を決定するバンドパスフィルタ16を、狭
帯域化が可能なデジタルフィルタバンクを用いて実現す
る。このデジタルバンドパスフィルタバンクは、例え
ば、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを組合わせ
てカスケードツリー構造を構築することにより形成され
る。基本的にアナログフィルタの処理と同じであるた
め、表示波形の包絡線が同じであり、同一性を保持でき
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は周波数スペクトラム分析を行うスペクトラムアナライザに関し、特に 、高分解能のデジタル方式のスペクトラムアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のスペクトラムアナライザは、入力信号を、局部発振信号との混合により 低周波数の信号へと変換し、可変帯域幅バンドパスフィルタ（周波数分解能を決 定するアナログフィルタ）により所定帯域の周波数信号を選択した後、Ｌｏｇア ンプにより対数圧縮し、ディテクタによりその信号レベルを検出し、周波数解析 を行う構成となっている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した従来のスペクトラムアナライザでは、分解能を決定する可変帯域幅バ ンドパスフィルタはアナログフィルタであり、あるレベル以上の狭帯域化がむず かしいため、スペクトラムアナライザの分解能に限界があった。

【０００４】 また、分解能を向上させるためにＡ／Ｄ変換器を用いて入力信号をデジタル信 号に変換した後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザにより周波数スペクト ラムを解析するようにしたものもある。しかし、この場合には、ＦＦＴ演算によ り得られる値は離散値であるため、解析波形を表示した場合に、入力信号を連続 的に処理するアナログフィルタを用いた場合の波形と包絡線が異なってしまい、 波形の一貫性を保てない場合があるという問題点が生じる。特に、同一の装置内 にアナログ／ＦＦＴ双方の機能を持ち、低分解能のときにはアナログ式の解析を 行い、高分解能が要求されるときにはＦＦＴに切換えて用いることができる装置 では、アナログからＦＦＴへと分解能を切換えた場合にスペクトラム分析結果の 連続性が保てないとなると問題が大きい。

【０００５】 本考案はこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、高分 解能であり、かつアナログフィルタを用いた場合の波形と一貫性を保つことがで きるデジタル式のスペクトラムアナライザを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案では、分解能を決定するバンドパスフィルタをデジタルフィルタバンク を用いて実現する。このデジタルバンドパスフィルタバンクは、例えば、ローパ スフィルタとハイパスフィルタとを組合わせてカスケードツリー構造を構築する ことにより形成される。

【０００７】

【作用】

カスケードツリーを構成するローパスフィルタ（ＬＰＦ）とハイパスフィルタ （ＨＰＦ）は、例えば、ハーフバンドフィルタ（遮断角周波数が約π／２のフィ ルタ）であり、これらのフィルタの組合わせを選ぶことにより、異なる角周波数 帯域を有する複数のバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタバンク）を構成で きる。デジタルフィルタは、実質的に遅延要素と加算要素によって構成でき、Ｌ ＰＦとＨＰＦは、絶対値が等しい信号の極性を反転させて加算するというわずか の変更により構築できる。すなわち、ａを係数，ｘをデータとし、ＬＰＦがa0x0 ＋a1x1＋a2x2＋a3x3と表されたとすると、ＨＰＦはa0x0−a1x1＋a2x2−a3x3と一 項おきに極性を反転させればよく、これは２の補数を使用することで簡単に実現 できる。したがって、上述のバンドパスフィルタバンクは、１つのデジタルフィ ルタを多重に用い、信号の極性を考慮しながら何回も信号を通過させることによ って実現でき、柔軟性に富み、狭帯域化を促進しやすい。このため、アナログフ ィルタを用いた場合よりも高分解能とすることができる。

【０００８】 また、デジタルフィルタは、基本的に入力波に対して種々の遅延を与えて合成 していく経時的な処理を行うものであり、ＦＦＴのような信号を全て取り込んで 演算を行って離散値を得るものと違い、基本的にアナログフィルタの処理と同じ である。したがって、表示波形の包絡線が同じであり、同一性を保持できる。

【０００９】

【実施例】

次に、本考案の実施例について図面を参照して説明する。図１は本考案の一実 施例の構成を示す図である。本実施例は、広い周波数帯域を得るために、スイッ チ３，10により２つの周波数レンジに分割し、それぞれに対して回路を持つ内部 構成となっており、上側回路が低周波数レンジ用，下側回路が高周波数レンジ用 となっている。また、本実施例では、デジタル処理回路17の入力部にはデジタル フィルタバンク16が設けられ、このフィルタバンクにより分解能が決定される。

【００１０】 図２はバンドパスフィルタバンク16の構成例を示す図である。図示されるよう に、このフィルタバンク16は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）21,25,27,33,35,37, 39と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）26,28,34,38,40と、信号伝達路切換え手段20 ,23,24,29,30,31,32とが組合わされたカスケードツリー構造を有している。この フィルタバンクは入力信号が通過する毎に、14個のバンド（通過周波数帯域，ba nd00,01,10,11,12,13,20,21,22,23,24,25,26,27)が形成されている。また、ＬＰ ＦとＨＰＦの特性は、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示されるようにハーフバン ドフィルタとなっている。

【００１１】 図４は本実施例の選択可能な通過周波数帯域（バンド）の階層構成を示す図で ある。例えば、バンド10の場合、さらにバンド20,21 のいずれかを選択できる。 このように、通過帯域を適宜に絞り込み、所望の帯域の信号を得ることができる 。すなわち、可変帯域幅のバンドパスフィルタとなり、これにより分解能を決定 できる。

【００１２】 被測定入力信号は、アッテネータ１によりレベル調整され、過大入力に対する 保護のためのリミッタ２を通過する。低周波数レンジの場合、ＬＰＦ４を通過後 、可変周波数発振器（局部発振器）６とミキサ５により一旦、ミキシングアップ （高周波数への変換）され、元の信号と重ならないように切り離される。この後 、ＢＰＦ７により必要な通過帯域のみが選択される（例えば、局部発振周波数を 中心として左右に存在する差信号のうち右側だけが選択される）。次に、固定周 波数発振器８とミキサ９によりミキシングダウン（低周波数への変換）される。 高周波数レンジの場合は、プリチューン用ＢＰＦ（通過帯域可変のバンドパスフ ィルタ）42によって所定の通過帯域のみが選択され、可変周波数発振器44とミキ サ43によりミキシングダウンされる。低域変換された信号は、さらに、ＢＰＦ11 ，増幅器12を通過後、固定周波数発振器13とミキサ14でミキシングダウンされ、 ＬＰＦ２０を通過後Ａ／Ｄ変換器15によりＡ／Ｄ変換され、デジタル信号処理回 路17により信号処理がなされ、表示装置18上に表示される。

【００１３】 なお、可変周波数発振器６，44は、Ａ／Ｄ変換器15のサンプリング周波数の１ ／２以下の周波数幅でもってステップ的に掃引される。この幅内では、実時間ス ペクトラム解析機能を実現できる。また、回路全体の動作は制御回路19により制 御される。

【００１４】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、実時間スペクトラム解析機能をもち、高 分解能であり、かつアナログフィルタを用いた場合の波形と一貫性を保つことが できるデジタル式のスペクトラムアナライザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す図である。

【図２】バンドパスフィルタバンク16の構成を示す図で
ある。

【図３】それぞれ、図２の実施例で使用されるＬＰＦ，
ＨＰＦの特性を示す図であり、（ａ）はＬＰＦの特性を
示し、（ｂ）はＨＰＦの特性を示す。

【図４】図２の実施例において選択可能な通過周波数帯
域（バンド）の階層構成を示す図である。

【符号の説明】

１ アッテネータ ２ リミッタ ３，10 高周波数レンジ／低周波数レンジ切換えスイッ
チ ４ ＬＰＦ ５，９，14，43 ミキサ ６，44 可変周波数発振器（局部発振器） ７ ＢＰＦ ８，13 固定周波数発振器（局部発振器） 11 ＢＰＦ 12 アンプ 15 Ａ／Ｄ変換器 16 デジタルフィルタバンク 17 デジタル１１１信号処理回路 18 表示装置 19 制御回路 20 ＬＰＰ 42 プリチューン用ＢＰＦ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 小林 春夫 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 局部発振器（６）と、混合器（５）と、
   フィルタ回路（20）と、Ａ／Ｄ変換器（15）と、デジタ
   ルフィルタバンク（16）を備えるデジタル信号処理回路
   （17）とを具備し、 入力信号を、前記局部発振器（６）の局部発振信号との
   混合により周波数変換し、この周波数変換された信号を
   前記フィルタ回路（20）を通過させた後に、前記Ａ／Ｄ
   変換器（15）に入力してデジタル信号に変換し、このデ
   ジタル信号を、 バンドパスフィルタとして機能する前記デジタルフィル
   タバンク（16) に通すことにより周波数スペクトラム分
   析を行うことを特徴とするスペクトラムアナライザ。