JPH085681A - 周波数変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 局部発振器５０の発振周波数ｆ１００と中間
周波数ｆ１１０が接近している場合は、中間周波増幅部
で発振周波数ｆ１００成分をＢＰＦで除去することが原
理的に困難である。そこで、本発明は、ミキサで混合し
た後の出力信号の中で、局部発振器の発振周波数信号を
相殺する回路を設けて大幅に除去することを目的とす
る。 【構成】 局部発振器５０の発振周波数信号ｆ１００を
受けて、所望の出力位相に変えて出力する可変位相器１
０を設け、可変位相器１０からの信号を受けて、所望の
出力レベルに減衰あるいは増幅して出力する可変出力レ
ベル手段２０を設け、可変出力レベル手段２０の信号
と、ミキサ５４の出力信号とを受けて、両信号を合成し
て局部発振器５０の周波数成分を相殺して出力する合成
手段部３０を設ける構成手段。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】被測定入力信号と局部発振器信号
とを混合器で中間周波数信号に変換した出力信号中に
は、局部発振器の周波数信号も含まれている。本発明
は、この含まれている局部発振器の周波数成分を除去す
る回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術について、スペクトラムアナラ
イザの周波数変換部の例を示し、図５と図６を参照して
説明する。構成は、ミキサ５４と、局部発振器５０と、
ランプ電圧発生部５１と、バンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）５８と、スペクトラム測定部７０とで構成してい
る。スペクトラム測定部７０は、ＩＦブロック６０と、
検波部７２と、演算部７４と、表示装置７８とで構成し
ている。

【０００３】入力信号ｆ１０２の周波数スペクトラムを
測定する為に、局部発振器５０は、掃引範囲に対応して
所望の周波数範囲を掃引し、この出力信号ｆ１００をミ
キサ５４の一方に供給している。入力信号ｆ１０２は、
ミキサ５４の他方に入力に供給し、混合されて中間周波
数ｆ１１０に変換出力し、ＢＰＦ５８に供給する。入力
周波数範囲は、例えば、ｆ１０２＝１０ＫＨｚ〜３．６
ＧＨｚであり、局部発振器５０の周波数は、ｆ１００＝
４ＧＨｚ〜７．６ＧＨｚであり、中間周波数ｆ１１０＝
４．０ＧＨｚである。ＢＰＦ５８は、中間周波数ｆ１１
０以外の不用周波数成分を除去した後ＩＦブロック６０
に供給する。ＩＦブロック６０では、この信号を受け
て、更に低い中間周波数に１回あるいは複数回周波数変
換して、可変ＢＰＦ６６で所望の帯域幅でフィルタした
後検波部７２に供給している。検波部７２は、この信号
を検波してデジタル信号に量子化した後、演算部７４に
供給している。演算部７４は、これを受けて掃引周波数
毎の測定データ群をもとに表示形式に変換し、表示装置
７８でスペクトラム表示する。

【０００４】ところで一般に、ミキサで混合した後の出
力信号の中には、局部発振器の発振周波数信号ｆ１００
も出力側に伝達されることが知られている。この伝達レ
ベルは、ミキサの回路によっても異なるが良いものでも
−３０〜−４０ｄＢ程度は存在する。通常は、以後の中
間周波増幅部のＢＰＦで除去される為、問題にはならな
い。このミキサ出力側に発振周波数信号ｆ１００が伝達
される信号を以後ミキサ通過信号５０ａと称す。

【０００５】ところで、スペクトラムアナライザのよう
に、中間周波数ｆ１１０と局部発振器５０の発振周波数
ｆ１００が接近しているような利用形態では、ＢＰＦで
除去できず不具合が生ずる。このような状態の例につい
て説明する。図６に示すスロープ波形３２ａは、無信号
入力時のスペクトラム波形であり、これは局部発振器５
０からのミキサ通過信号５０ａのスペクトラム波形であ
る。スペクトラム波形３１は、入力信号ｆ１０２が１０
０ＫＨｚ以上の場合のスペクトラム波形例である。この
例の場合では、局部発振器５０のスロープ波形３２ａの
影響はなく正常に測定されている。一方、スペクトラム
波形３２ｂは、入力信号ｆ１０２が１０ＫＨｚの場合の
波形例である。この場合では、スロープ波形３２ａの傾
斜部に重なった波形となっている。このような入力信号
では、ＢＰＦ５８、可変ＢＰＦ６６では除去不十分とな
ったり、測定レベルの誤差が大きくなったりする。ある
いは、低レベル入力信号の場合では、ミキサ通過信号５
０ａに埋もれて測定できなくなる場合が生ずる。ところ
で、可変ＢＰＦ６６を狭帯域条件に設定して測定すれば
この問題は軽減可能であるが、帯域条件設定の制限を利
用者側に与えることになり、測定アプリケーションの利
用上の制限を加えることとなり好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、局
部発振器５０の発振周波数ｆ１００と中間周波数ｆ１１
０が接近してくると、中間周波増幅部のＢＰＦで除去す
ることが原理的に困難となってしまう問題がある。この
為、利用可能な下限周波数が大きく制限を受けることと
なり、測定レベルの誤差が大きくなったり、測定できな
くなったりする為、実用上の難点となっていた。そこ
で、本発明が解決しようとする課題は、ミキサで混合し
た後の出力信号の中で、局部発振器からのミキサ通過信
号５０ａを大幅に除去することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成では、局部発振器５０の発振周波数信
号ｆ１００を受けて、所望の出力位相に変えて出力する
可変位相器１０を設け、可変位相器１０からの信号を受
けて、所望の出力レベルに減衰あるいは増幅して出力す
る可変出力レベル手段２０を設け、可変出力レベル手段
２０の信号と、ミキサ５４の出力信号とを受けて、両信
号を合成して局部発振器５０の周波数成分を相殺して出
力する合成手段部３０を設ける構成手段にする。この合
成手段部３０の例としては、方向性結合器を使用した合
成手段がある。また、可変出力レベル手段２０の例とし
ては、可変減衰器を使用した手段や、可変増幅器を用い
て増幅度を１以下で動作させるようにする手段や、ある
いは、可変増幅器と固定減衰器を直列接続して実現する
手段がある。

【０００８】上記解決手段において、第２図は、本発明
による可変位相器１０の解決手段を示している。すなわ
ち、局部発振器５０の発振周波数信号ｆ１００と、制御
部４０からのゲイン制御信号を受けて、所望の増幅度で
増幅する可変増幅器１１と、可変増幅器１１からの信号
を受けて、歪み増幅器１２の非線形増幅領域を利用して
所望の出力位相で出力する歪み増幅器１２とで可変位相
器１０を構成する手段がある。

【０００９】また、上記解決手段に追加して、局部発振
器５０の発振周波数信号ｆ１００を掃引する信号を受け
て、この発振周波数信号ｆ１００毎に、対応するパラメ
ータデータをパラメータメモリ４２から読みだして、可
変位相器１０と可変減衰器２０に供給する制御部４０を
設け、局部発振器５０の発振周波数信号ｆ１００毎に、
対応するパラメータデータを格納するパラメータメモリ
４２を設けて、追加した構成手段がある。この場合で
は、局部発振器５０の発振周波数ｆ１００を掃引して
も、この掃引周波数に追従してミキサ通過信号５０ａを
相殺できる。

【００１０】また、上記解決手段の制御部４０に追加し
て、合成手段部３０の出力レベル信号を検出するスペク
トラム測定部７０、あるいは方向性結合器３２、あるい
は結合部５８ｃを有する誘電体共振器５８ｂからのレベ
ル信号ＶLBLを受けて、可変位相器１０と、可変出力レ
ベル手段２０に制御パラメータを供給しながら、このレ
ベル信号ＶLBLが最小となる値を求める制御手段を制御
部４０に追加した構成手段がある。この場合では、現在
の環境温度や回路のばらつきを含めてミキサ通過信号５
０ａを相殺することが実現できる。例えば、温度センサ
４６を設けて、所定温度変化以上で校正を実施すれば、
常に安定した相殺を実現できる。

【００１１】

【作用】可変位相器１０は、制御部からの位相制御信号
を受けて、連続的に位相を可変にでき、ミキサ通過信号
５０ａを相殺する逆位相の信号を形成する作用がある。
可変位相器１０と可変減衰器２０と方向性結合器３０に
より、ミキサ通過信号５０ａとは逆位相で合成して邪魔
なミキサ通過信号５０ａを選択的に相殺する作用があ
る。制御部４０は、ランプ電圧発生部５１からの掃引信
号を受けて、パラメータメモリ４２から対応するデータ
を読み出して、可変位相器１０と可変減衰器２０に所望
のデータを供給する役割をもつ。また、校正時には、演
算部７４あるいは検出部４８からの信号を受けて、この
レベル信号が最小となるように、可変位相器１０の位相
角と、可変減衰器の減衰量を求めてパラメータメモリ４
２に格納保存する役割をもつ。全体構成では、中間周波
数ｆ１１０と局部発振器５０の発振周波数ｆ１００が接
近した周波数の場合には、ミキサ通過信号５０ａ相殺す
ることで、局部発振器５０の影響を除去した良好な周波
数変換回路を実現する作用がある。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例１は、ミキサ５４後のミキ
サ通過信号５０ａに対して逆位相の信号を加える構成図
である。校正時の検出信号は、スペクトラム測定部から
受けて実施する構成例である。これについて、図１、図
２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。構成は、図１に
示すように、従来の構成に対して、可変位相器１０と、
可変減衰器２０と、方向性結合器３０と、制御部４０
と、パラメータメモリ４２を追加した構成になってい
る。

【００１３】可変位相器１０は、局部発振器５０からの
信号を所望の位相角に変えて出力するものであり、ミキ
サ通過信号５０ａとは逆位相の位相角を形成する為のも
のであり、温度変化や、回路素子のばらつきによる位相
を調整できれば良く、例えば位相角５〜２０度程度を可
変にする。この可変位相器１０の例としては、図２
（ａ）に示す例のように構成している。構成は、可変増
幅器１１と、歪み増幅器１２とで構成している。

【００１４】可変位相器１０の内部構成は、図２に示す
ように、可変増幅器１１と、歪み増幅器１２とで構成し
ている。可変増幅器１１は、制御部４０からのゲイン制
御信号１１ａを受けて、入力信号を任意の増幅度で増幅
した後、歪み増幅器１２に供給するものであり、一般的
な可変増幅器である。歪み増幅器１２は、コンデンサＣ
９１、Ｃ９２、Ｃ９３、Ｃ９４と、Ｌ９７、Ｌ９８と、
Ｒ８１と、Ｒ８２と、整合回路（ＭＮ）１３、ＭＮ１５
と、ＦＥＴ１４と、マッチングパッド１６とで構成して
いる。Ｒ８１とＣ９２とＬ９７とにより、ＦＥＴ１４の
ゲート端子に直流バイアス電圧Ｖｇを供給している。Ｃ
９１は、可変増幅器１１からの交流信号を通過させＭＮ
１３で入力インピーダンスの整合をとってＦＥＴ１４の
ゲート端子に供給している。このＭＮ１３は、分布定数
あるいは集中定数のＬＣ回路による整合回路である。Ｆ
ＥＴ１４で増幅した出力信号は、ドレインからＭＮ１５
で出力インピーダンスの整合をとってＣ９３で交流信号
を通過させ、マッチングパッド１６に供給している。マ
ッチングパッド１６は、入出力間インピーダンスの整合
をとる為の抵抗による３ｄＢアッテネータであり、ＦＥ
Ｔ１４の非線形動作の変動による整合ミスの発生を低減
している。このマッチングパッド１６は、所望により削
除しても良い。また、Ｒ８２とＣ９４とＬ９８とによ
り、ＦＥＴ１４のドレイン端子に直流電圧Ｖｄを供給し
ている。このドレイン電圧Ｖｄは、比較的低い電圧例え
ば３ｖを供給して飽和し易いようにしておく。

【００１５】図２（ｂ）に示す特性例は、歪み増幅器１
２の入力レベル１５１を変えていった場合の出力位相変
化１５３と出力レベル１５２の推移を示したものであ
る。この特性図で、入力レベルがあるレベル以上与える
と急激に位相が変化する領域１５５がある。この比較的
大きな位相回転が得られる領域１５５は、ＦＥＴ１４が
飽和領域前後での動作状態を示している。本発明では、
この特性を利用して、この飽和状態前後の入力レベル１
５１を前記の可変増幅器１１から供給することで出力位
相角を連続的に可変にする手段としている。ところで、
歪み増幅により高調波が発生するが、この高調波は、以
後のＢＰＦ５８や可変ＢＰＦ６６で容易にフィルタされ
るので支障とはならない。この出力信号を次段の可変減
衰器２０に供給している。

【００１６】可変減衰器２０は、上記可変位相器１０か
らの信号を受け、制御部４０からの減衰量制御信号２０
ａを受けて、任意の減衰量に減衰した後、方向性結合器
３０に供給するものであり、ピンダイオードを使用して
連続可変にしている一般的な可変減衰器である。また、
この可変減衰器２０の変わりに、可変増幅器を用いて増
幅度を１以下で動作させるようにする手段で実現しても
良いし、あるいは、可変増幅器と固定減衰器を直列接続
して同様の機能を実現する手段としても良く同様に実現
できる。

【００１７】方向性結合器３０は、ミキサ５４からのミ
キサ通過信号５０ａと、可変減衰器２０からの逆位相の
信号を合成してミキサ通過信号５０ａのみを相殺してＢ
ＰＦ５８に出力するものである。これによって、方向性
結合器３０の出力点での減衰量は、位相角と振幅を適切
に制御することにより、例えば３０ｄＢ以上の減衰効果
が得られる。

【００１８】制御部４０は、ランプ電圧発生部５１から
局部発振器５０へ与えている掃引ステップ周波数の、周
波数設定データ信号を受けとり、周波数に対応した位相
角データと減衰値データをパラメータメモリ４２から読
みだし、これを対応する可変位相器１０と、可変減衰器
に供給することでミキサ通過信号５０ａを相殺するよう
に制御している。これらの制御動作は、ミキサ通過信号
５０ａが影響を与える周波数範囲のときに動作させる。
このパラメータメモリ４２に格納するデータは、前記相
殺制御が必要な掃引周波数範囲について、予め製造調整
時に格納しておく。別の校正手段としては、随時校正実
施する手段がある。つまり、現在時点の環境状態で外部
からの校正起動入力４４を受けて実施する。この校正動
作手順は、入力端子ｆ１０２を無信号状態にしておき、
測定系の演算部７４からレベル信号を受け取り、このレ
ベル信号が最小となるように可変位相器１０と、可変減
衰器に供給する値を制御して求める。即ち、第１に、可
変位相器１０の位相角を変えていって、演算部７４から
のレベル信号が最小となるような位相角を求めた後、第
２に、可変減衰器２０の減衰量を変えていって、演算部
７４からのレベル信号が最小となるような減衰量を求め
る。この動作を２回程実施して最も最小となるレベルを
求め、この最小点を校正データとして得る。この校正デ
ータは、ステップ周波数毎に実施してパラメータメモリ
４２に格納保存する。また、外部からの校正起動手段と
して、温度センサ４６を設けて、この温度が所望温度以
上変化したら自動実行するようにしても良い。

【００１９】（実施例２）本発明の実施例２は、ミキサ
５４後のミキサ通過信号５０ａに対して逆位相の信号を
加える構成図であり、校正時の検出信号は、独立した検
出手段を設けた場合であり、汎用的な適用構成例であ
る。これについて、図３を参照して説明する。構成は、
従来の構成に対して、可変位相器１０と、可変減衰器２
０と、方向性結合器３０と、方向性結合器３２と、検出
部４８と、制御部４０、パラメータメモリ４２を追加し
た構成になっている。

【００２０】可変位相器１０と、可変減衰器２０と、方
向性結合器３０と、制御部４０と、パラメータメモリ４
２は、実施例１の説明と同様である。方向性結合器３２
は、方向性結合器３０でミキサ通過信号５０ａを相殺し
た後の信号を検出する為の結合器となっていて、これか
ら周波数信号を検出し、検出部４８に供給している。検
出部４８は、前記方向性結合器３２からの信号を検波
し、ＡＤ変換器で量子化した後、制御部に供給してい
る。以後は、実施例１と同様にして、校正時にこの信号
レベルを使用するものである。

【００２１】（実施例３）本発明の実施例３は、ミキサ
５４後のミキサ通過信号５０ａに対して逆位相の信号を
加える構成図であり、ＢＰＦに誘電体共振器を使用して
いる場合において、この誘電体共振部分に結合部を設け
て校正時の検出用とした場合の構成例である。これにつ
いて、図４を参照して説明する。構成は、従来の構成に
対して、可変位相器１０と、可変減衰器２０と、方向性
結合器３０と、検出部４８と、制御部４０と、パラメー
タメモリ４２と、誘電体共振器５８ｂ部分に結合部５８
ｃを設けた構成になっている。

【００２２】ＢＰＦとして誘電体共振器５８ｂを利用し
たバンドパスフィルタの場合には、誘電体共振器５８ｂ
に隣接して信号検出用の結合部５８ｃを形成すること
で、方向性結合器３０でミキサ通過信号５０ａを相殺し
た後の信号を検出できる。この検出信号を検出部４８に
供給して、校正時に使用する。検出部４８は、実施例２
の場合と同様である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記に記載されるような効果を奏する。可
変位相器１０と可変減衰器２０と制御部４０により、局
部発振器５０の信号を所望の位相角、振幅レベルで方向
性結合器３０に供給することで、ミキサ５４で混合した
後の出力信号の中から、邪魔となっているミキサ通過信
号５０ａと合成して選択的にミキサ通過信号５０ａのみ
を相殺する効果が得られる。例えば３０ｄＢ以上の減衰
効果が得られる。これによって、図６に示すように、従
来の局部発振器５０のスロープ波形３２ａからスロープ
波形３３ａに大幅に影響を除去することが可能となっ
た。この結果、利用可能な入力信号のスペクトラム波形
３２ｂが本来のスペクトラム波形３３ｂに改善されてく
る。これにより、局部発振器５０の発振周波数ｆ１００
近傍の信号が一層精度良く測定でき、あるいは、利用可
能な下限周波数が広がることとなる。このことは、良好
な周波数変換回路を実現できる効果が得られる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の、ミキサ５４後のミキサ通
過信号５０ａに対して逆位相の信号を加える周波数変換
の回路構成図である。

【図２】（ａ）本発明の可変位相器１０の回路構成図で
ある。 （ｂ）歪み増幅器１２の入力レベル１５１を変えていっ
た場合の出力位相変化１５３と出力レベル１５２の推移
を示した特性図である。

【図３】本発明の実施例２の、ミキサ５４後のミキサ通
過信号５０ａに対して逆位相の信号を加える周波数変換
の回路構成図であり、校正時の検出信号は、独立した検
出手段を設けた場合の例である。

【図４】本発明の実施例３の、ミキサ５４後のミキサ通
過信号５０ａに対して逆位相の信号を加える周波数変換
の回路構成図であり、校正時の検出信号は、ＢＰＦに誘
電体共振器を使用した場合において、この部分に検出用
の結合部を設けた場合の例である。

【図５】従来の、スペクトラムアナライザの周波数変換
部の場合における回路構成例である。

【図６】中間周波数ｆ１１０と局部発振器５０との周波
数ｆ１００が接近している場合の周波数スペクトラム特
性の波形図例である。

【符号の説明】

１０ 可変位相器 １１ 可変増幅器 １１ａ ゲイン制御信号 １２ 歪み増幅器 １３、１５ ＭＮ（整合回路） １４ ＦＥＴ １６ マッチングパッド ２０ 可変減衰器（可変出力レベル手段） ２０ａ 減衰量制御信号 ３０ 方向性結合器（合成手段部） ３２ 方向性結合器 ３１、３２ｂ、３３ｂ スペクトラム波形 ３２ａ、３３ａ スロープ波形 ４０ 制御部 ４２ パラメータメモリ ４４ 校正起動入力 ４６ 温度センサ ４８ 検出部 ５０ 局部発振器 ５０ａ ミキサ通過信号 ５１ ランプ電圧発生部 ５４ ミキサ ５８ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ） ５８ｂ 誘電体共振器 ６０ ＩＦブロック ６６ 可変ＢＰＦ ７０ スペクトラム測定部 ７２ 検波部 ７４ 演算部 ７８ 表示装置 ８１、８２ Ｒ（抵抗） ９１、９２、９３、９４ Ｃ（コンデンサ） ９７、９８ Ｌ（コイル）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力周波数信号（ｆ１０２）と局部発振
   器（５０）の発振周波数信号（ｆ１００）を受けてミキ
   サ（５４）で混合して出力する周波数変換回路におい
   て、 局部発振器（５０）の発振周波数信号（ｆ１００）を受
   けて、所望の出力位相に変えて出力する可変位相器（１
   ０）を設け、 当該可変位相器（１０）からの信号を受けて、所望の出
   力レベルに減衰あるいは増幅して出力する可変出力レベ
   ル手段（２０）を設け、 当該可変出力レベル手段（２０）の信号と、ミキサ（５
   ４）の出力信号とを受けて、両信号を合成して局部発振
   器（５０）の周波数成分を相殺して出力する合成手段部
   （３０）を設け、 以上を具備していることを特徴とした周波数変換回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の可変位相器（１０）とし
   て、 局部発振器（５０）の発振周波数信号（ｆ１００）と、
   制御部（４０）からのゲイン制御信号を受けて、所望の
   増幅度で増幅する可変増幅器（１１）と、 当該可変増幅器（１１）からの信号を受けて、歪み増幅
   器（１２）の非線形増幅領域を利用して所望の出力位相
   で出力する歪み増幅器（１２）とで可変位相器（１０）
   を構成し、 以上を具備していることを特徴とした周波数変換回路。
3. 【請求項３】 請求項１記載の構成手段に加えて、 局部発振器（５０）の発振周波数信号（ｆ１００）を掃
   引する信号を受けて、この掃引周波数毎に、局部発振器
   （５０）の周波数成分を相殺するデータを対応するパラ
   メータメモリ（４２）から読みだして、可変位相器（１
   ０）と可変出力レベル手段（２０）に供給する制御部
   （４０）を設け、 局部発振器（５０）の掃引周波数毎に、前記対応するデ
   ータを格納するパラメータメモリ（４２）を設け、 以上を具備していることを特徴とした周波数変換回路。
4. 【請求項４】 請求項３記載の構成手段に加えて、 当該合成手段部（３０）の出力レベル信号を検出するス
   ペクトラム測定部（７０）、あるいは方向性結合器（３
   ２）、あるいは結合部（５８ｃ）を有する誘電体共振器
   （５８ｂ）からのレベル信号（ＶLBL）を受けて、可変
   位相器（１０）と、可変出力レベル手段（２０）に制御
   パラメータを供給しながら、このレベル信号（ＶLBL）
   が最小となる値を求める制御手段を制御部（４０）に設
   け、 以上を具備していることを特徴とした周波数変換回路。