JPH10512671A - スペクトル分析用の受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スペクトル分析用の受信装置は、測定されるべき高周波(f₁)入力信号を、電圧制御発振器により発生された発振周波数(f₂)と混合する少なくとも１つのミクサ(230)を備えている。上記信号が低い周波数へと移行された後に、測定されるべき入力信号のレベルが検出器(214)において検出される。検出された信号を判断手段(215)に向けることにより対数増幅器の使用が回避され、判断手段は、検出された入力信号のレベルの変化に応答して、その変化の大きさと方向に比例する制御電圧(V_CNTRL)を与える。この電圧は、上記検出された入力信号のレベルが実質的に一定に保たれるように、測定されるべき信号を減衰するよう調整可能な減衰器(210)に命令する。デシベルで測定された減衰器の減衰度は、制御電圧に直線的に依存し、制御電圧の値は、振幅値を直接表す。

Description

【発明の詳細な説明】 スペクトル分析用の受信装置発明の分野 本発明は、高周波入力信号のスペクトルを測定するための受信装置であって、 局部発振信号を発生する手段と、上記入力信号及び局部発振信号を混合して中間 周波信号を発生するためのミクサと、中間周波に転送された入力信号の包絡線を 検出するための検出器とを備えた受信装置に係る。先行技術の説明 スペクトル分析においては、電気信号のエネルギー分布がスペクトル分析器に より周波数の関数として調査され、スペクトル分析器は、スペクトルの一部分に おける周波数の関数として振幅をグラフ表示することができる。この分析器は、 減衰、ＦＭ偏差及び周波数を測定すると共に、ＲＦパルスを調査するための高感 度の受信装置として使用される。簡単なスペクトル分析器は、スーパーヘテロダ イン受信器及びオシロスコープをベースとする。この受信器では、入力信号は、 ミクサにおいて、電圧制御発振器から得た周波数と混合される。発振器の制御電 圧は、鋸歯状電圧であり、従って、発振器の周波数は、ある周波数範囲にわたっ てスイープする。混合により得られた中間周波信号は、増幅されそして検出され る。検出された信号は、映像増幅器において増幅されて、陰極線管の垂直偏向プ レートへ向けられ、一方、上記鋸歯状電圧は、水平偏向プレートへ向けられる。 その結果、振幅が周波数の関数としてディスプレイ上に描かれる。古いスペクト ル分析器においては、検出器及び映像増幅器が同じブロックに結合される。 図１は、主として監視用に意図された公知のスペクトル分析器の簡単なブロッ ク図である。到来するＲＦ信号は、減衰器１において減衰された後に、フィルタ ２においてローパスフィルタされ、そしてミクサ段３において、発振周波数ｆ₂ と混合される。この発振周波数ｆ₂は、発振器４並びにその制御回路５、６を含 むＹＩＧ発振器ブロックＡにおいて発生される。このＹＩＧ発振器の周波数ｆ₂ は、傾斜電圧発生器７から得た傾斜電圧の関数として変化し、従って、発振器の 周波数は、所望の周波数帯域にわたってスイープする。陰極線管ＣＲＴの水平偏 向電圧は、傾斜電圧発生器７の電圧の変化に応答して変化する。ミクサ３で得ら れた混合結果から、調整可能なバンドパスフィルタ８において所望の周波数がフ ィルタされ、その後、信号周波数は、固定発振周波数を使用する２つの次々のミ クサ段９及び１０において更に減少される。従って、分析帯域は、より狭いもの となる。切り換え可能な中間周波増幅器のチェーン１１において行われる増幅、 調整可能な通過帯域をもつフィルタ１２において行われるバンドパスフィルタ動 作、及び中間周波増幅器１３において行われる増幅の後に、信号は、対数変換を 行うためのブロック１４へ送られる。このブロックでは、検出も行われる。検出 及び対数増幅を行う複合部品パッケージは市場で入手できる。ブロック１４は、 周波数の関数として対数スケールに基づいて生じる検出信号の振幅変化を出力と して発生する。陰極線管の垂直偏向電圧は、ブロック１４の出力に応答して変化 し、従って、入力信号の振幅は、周波数の関数としてデシベルスケールで陰極線 管に描かれる。 公知のスペクトル分析器においては、映像増幅器が使用される。この名前は、 対数増幅器、即ち制限出力をもつ飽和増幅器のチェーンが、包絡線検出の前又は 後に使用される検出器から由来する。この種の映像増幅器の精度は高いが、その 価格も高価である。ＲＳＳＩ（受信信号強度指示）回路を出力に伴うＩＦ増幅回 路も使用できる。この解決策を適用する増幅器の効果は、価格が安いことである が、その欠点は、精度が低いことである。公知の分析器で達成できるダイナミッ クレンジは、６０ｄＢ程度であり、これは、分析器の用途を限定する。更に、映 像増幅回路は、その品質に基づいてコストが変化し、製造中に生じる分析器のば らつきが大きく、従って、そのばらつきを減少するために異なる種類の調整を行 わねばならない。第３の欠点は、調整可能な発振器の精度要求が高いために、Ｙ ＩＧ発振器のようなコストのかかる発振器の解決策を使用しなければならないこ とにより生じる。発明の要旨 本発明の目的は、高周波信号を分析するのに適したスペクトル分析用受信装置 を提供すると共に、公知の受信装置の欠点を解消することである。又、本発明の 目的は、より詳細には、信号レベルを周波数の関数として簡単且つ確実に、しか も、対数増幅器の連鎖を使用せずに、測定し、そして１００ｄＢまでの広いダイ ナミックレンジを達成することである。 この目的は、請求項１に記載のスペクトル分析器において達成される。 本発明の受信装置は、調整可能な減衰器と、検出信号のレベルが不変に保たれ るように検出信号のレベルに応答して減衰度を調整するための制御信号を発生す る第１手段と、制御信号の値を記録するための第２手段とを備えている。このよ うな場合に、制御信号の値は、振幅値を表す。 好ましい実施形態によれば、受信装置は、制御信号の値を記録すると共にそれ らをディスプレイユニットに表示するように処理するためのマイクロプロセッサ を備えている。このマイクロプロセッサは、調整可能な減衰器の校正も行う。更 に、信号がダイナミックレンジを越える場合にはそれを通知し、受信装置の動作 が所定の仕方で継続されるようにする。 好ましい実施形態によれば、発振周波数が位相固定ループによって与えられ、 その分割器の分割値が上記マイクロプロセッサにより与えられ、従って、所望の 周波数ステップでスイープするような周波数レンジの周波数を発生することがで き、そして周波数情報と、検出信号の振幅値に比例する減衰器制御信号の値とが マイクロプロセッサに記録される。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、スペクトル分析用の公知の受信装置を示すブロック図である。 図２は、本発明によるスペクトル分析用の受信装置を示すブロック図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の受信装置においては、公知の受信装置の場合と方法は一部分同一であ る。即ち、図２を参照すれば、調査されるべき到来するＲＦ信号ＲＦＩＮは、ミ クサ２３０において、発振周波数f₂と混合されて、バンドパスフィルタ２８０の 中間周波が得られ、その後、検出器ブロック２１４において検出が行われる。本 質的な相違は、検出器の後に対数増幅器が存在せず、検出信号のレベルは検出ブ ロック２１５において調査されることである。減衰器２１０は、ブロック２１５ により与えられる情報に応答して入力信号を減衰又は増幅し、検出信号のレベル が一定に保たれるようにする。この原理は、無線受信装置に適用される ＡＧＣ（自動利得制御）の原理と同様である。 発振器の周波数ｆ₂が所望の帯域にわたってスイープされそして減衰器２１０ の調整値がメモリに記憶されると、これら調整値は振幅値に比例するのでこれら 調整値を処理することにより、ディスプレイユニットのスペクトル曲線が容易に 形成される。 以下、図２を参照して、受信装置の動作を詳細に説明する。 周波数f₁をもつ測定されるべきＲＦ信号は、測定されるべき信号の有効帯域巾 を適切な範囲内に制限するフィルタ２１１に入る。その後、信号は、調整可能な 減衰器２１０において減衰又は増幅され、検出信号のレベルが検出器２１４の後 の点Ｂにおいて一定に保たれるようにする。調整可能な減衰器２１０は、ＰＩＮ ダイオードのチェーンの形態で実施されてもよいし、或いは市場で入手できる減 衰器マイクロ回路であってもよい。減衰器にとって重要な要件は、その減衰度（ デシベル）が制御電圧Ｖ_CNTRLに直線的に基づき、即ち変化Ｖ／ｄＢが直線的な ことである。適当な変化は、例えば、１Ｖ／１０ｄＢである。実際上、所望の変 化を得るためには、多数の減衰段を使用することが必要となり、１つの減衰段に 校正電圧Ｖ_calibrが付与される。この校正電圧は、マイクロプロセッサ２３２か らＤ／Ａコンバータ２１９を経て以下に述べるように得られる。 減衰器２１０で減衰／増幅された測定されるべき信号の周波数ｆ_iは、ミクサ ２３０において、電圧制御発振器２１７から得た発振周波数f₂信号と混合するこ とにより、低い周波数へと移行される。好ましい実施形態によれば、この周波数 ｆ₂は、位相固定ループＰＬＬにより発生され、電圧制御発振器２１７は、この 位相固定ループの一部分であり、位相比較器、ループフィルタ、基準発振器及び 分割器のような他の部品は、ＰＬＬブロック２３１のみで表されている。これら の他の部品を含む集積回路、即ちいわゆるＰＬＬ回路は、非常で入手できる。一 般的に知られているように、位相固定ループは、除数をソフトウェアで変化させ ることができる場合には周波数合成器を形成する。ループで合成されるべき周波 数、いわゆる発振周波数ｆ₂は、ＰＬＬブロック２３１のプログラム可能なルー プ分割器（図示せず）に適当な除数を供給することにより、マイクロプロセッサ ２３２によって決定される。除数が変化するときには、ＶＣＯ２１７の制御電 圧Ｖ_vcoが変化し、従って、ＶＣＯにより発生される周波数が所望の周波数帯域 にわたり徐々に変化する。位相固定ループで発振周波数を発生することにより、 例えば、ＹＩＧ発振器に比して、使用する狭い周波数レンジにおいて優れた周波 数精度及び顕著な低価格が得られる。 混合結果からバンドパスフィルタ２８０において中間周波信号がフィルタされ る。従って、フィルタは、測定されるべき分解能を制限する。測定されるべき信 号は、低い周波数へと移行された後に、検出器２１４へ向けられ、その出力は、 信号の包絡線を形成する。その後、検出された信号は、判断ブロック２１５に向 けられ、入力信号のレベルが、点Ｂに与えられる値より高いか低いかの調査がな される。レベルが所与の値より大きいか又は小さい場合には、判断ブロック２１ ５は、制御信号Ｖ_CNTRLを発生し、この信号は、入力信号ＲＦＩＮが点Ｂにおい て所望のレベルに保たれるようにこれを減衰又は増幅するためにローパスフィル タ２１６を経て減衰器２１０に命令する。制御信号Ｖ_CNTRLの値は、減衰器２１ ０の位置を表し、これは、厳密に所望の情報である。というのは、ディスプレイ ユニット（図示せず）の垂直偏向がそれに基づいて制御され、換言すれば、信号 のｄＢ値は、特定の周波数における上記値に基づいて容易に計算される。デシベ ルで測定される減衰度が制御信号Ｖ_CNTRLに直線的に基づくような減衰器を使用 する場合には、計算が簡単になる。所望の情報である制御信号Ｖ_CNTRLの値は、 Ａ／Ｄコンバータ２１８においてデジタル形態に変換され、そしてマイクロプロ セッサ２３２に記録される。又、プロセッサは、除数を位相固定ループに供給す ることによりそれが発振周波数をセットするので、対応周波数情報を有する。そ れ故、周波数情報（Ｘ座標）及び減衰情報ｄＢ（Ｙ座標）がプロセッサに記録さ れ、従って、ディスプレイユニットに直ちに又は後でスペクトルが表示される。 又、記録されたデータは、リアルタイムで又は後処理により容易に処理される。 判断回路２１５は、包絡線検出器２１４の出力を基準レベルと比較する比較器 又は演算増幅器であってもよいし、或いはＲＳＳＩ検出器と共に供給される中間 周波回路であってもよく、従って、回路のＲＳＳＩ電圧は、減衰器２１０を調整 することにより一定に維持される。スペクトル分析器に使用される公知のフィル タは、制御電圧Ｖ_CNTRLをフィルタするのに適したローパスフィルタであって、 スペクトル分析器のディスプレイに入る信号のノイズ帯域巾を狭めるフィルタと して使用されてもよい。 又、判断回路２１５は、包絡線情報も与え、これは比較器２３３に送られる。 包絡線のレベルが所与の基準レベルを越えるときには、比較器２３３は、基準レ ベルを越えるという情報であって、受信装置のダイナミックレンジを越えること を指示し、即ち測定されるべき信号が測定レンジを越えることを指示する情報を マイクロプロセッサ２３２に与える。この情報に応答して、マイクロプロセッサ は、所定の機能を実行し、即ち、例えば警報を発する。又、上記情報を制御電圧 情報Ｖ_CNTRLから得ることもでき、即ち減衰器がその末端位置にあり、従って、 減衰度をそれ以上増加できないという情報を得ることができる。しかしながら、 これは、包絡線により与えられた情報に著しく速く作用することができる。 又、マイクロプロセッサ２３２に対して校正テーブルをプログラムすることも できる。このテーブルは、ＰＬＬ回路２３１の負荷情報、即ちそれにより発生さ れる周波数に関する情報と、入力レベルの正しい値を得るために減衰器２１０の 一部分である校正減衰器の位置をどれ程調整すべきかを指示するレベルエラー修 正値に関する情報とを備えている。校正制御信号Ｖ_calibrは、Ｄ／Ａコンバータ ２１９においてアナログ形態に変換され、そして減衰器２１０に送られる。 校正は、受信装置の製造において生産ラインで行われる。又、入力ゲートが、 くし形信号発生器又はノイズ信号発生器である校正信号発生器に自動的に接続さ れ、そしてマイクロプロセッサ２３２が、周波数の関数として入力レベルを調査 することにより校正段階を実行し、そして情報の正しい値を発生するような受信 装置の構成を実施することもできる。 受信装置の入力信号のフィルタ２１１及び／又は混合結果のフィルタ２８０が 電圧制御フィルタである場合には、ＶＣＯ２１７の制御電圧Ｖ_vcoを用いてこれ らフィルタを調整することができ、これにより、フィルタの通過帯域を調査され るべき信号に基づいてシフトすることができる。この考え方は、図２において、 フィルタへと通じる制御ラインで示されている。 本発明のスペクトル分析のための受信装置により、コストのかかる対数検出器 を伴わずに周波数の関数として信号のレベルの簡単且つ確実な測定が行われる。 添付図面を参照した上記の説明は、単に本発明を例示するものに過ぎない。請求 の範囲に規定した本発明の精神及び範囲から逸脱せずに本発明の種々の変更及び 修正が当業者に明らかとなろう。それ故、検出器及び判断回路は、ＲＳＳＩ回路 と共に供給される中間周波回路のような市場で入手できる１つの回路に結合する ことができる。これは、図２において、検出及び判断ブロックを取り囲む破線で 示されている。又、マイクロプロセッサは、温度の校正を校正信号と結合するこ とができる。ここに示す例では、ミクサ段が１つしかないが、ミクサ段の数を増 やすことにより、非常に狭い分析帯域を得ることができる。又、直接的な混合を 使用し、バンドパスフィルタ２８０をローパスフィルタ及び増幅器、即ち能動的 なフィルタと置き換えることもできる。しかしながら、直接的な混合は、ＶＣＯ の周波数が入力信号と同じであるために、ＶＣＯの周波数が入力ゲートＲＦＩＮ に漏れ出すという欠点を伴う。又、減衰器は、ミクサの後であって、信号検出器 の前の適当な位置に配置されてもよい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月９日 【補正内容】請求の範囲 １．測定されるべき高周波(f₁)入力信号を、電圧制御発振器(217)で発生された 発振周波数(f₂)との混合により低い周波数へと移行する少なくとも１つのミクサ (230)と、上記測定されるべき入力信号が低い周波数へ移行された後に、その入 力信号のレベルを検出するための検出器(214)と、上記測定されるべき信号が向 けられる入力を含む減衰器とを備えたスペクトル分析用の受信装置において、 上記検出された入力信号のレベルの変化に応答して、その変化の大きさと方 向に比例する制御電圧(V_CNTRL)を与えるための判断手段(215)を備え、 上記減衰器(210)は、調整可能であり、そして上記減衰器の調整電圧は、上 記制御電圧より成り、該制御電圧は、上記減衰器の出力信号の減衰又は増幅を生 じさせて、上記検出された入力信号のレベルが実質的に一定に保たれるようにし 、これにより、制御電圧情報が上記測定されるべき信号のレベルに比例するよう にし、そして 上記制御電圧情報と発振周波数情報とを記録及び処理するための制御及び記 録手段(232)とを備えたことを特徴とする受信装置。 ２．上記判断手段(215)は、検出された入力信号のレベルを基準レベルと比較す るための手段を備え、そして上記制御電圧(V_CNTRL)は、上記基準レベルからの入 力信号のレベルの偏差に比例する請求項１に記載の受信装置。 ３．上記電圧制御発振器(217)は、周波数合成器の一部分であり、そして上記制 御及び記録手段(232)は、所望の発振周波数(f₂)を発生するように合成器に指令 する請求項１に記載の受信装置。 ４．上記制御電圧(V_CNTRL)は、Ａ／Ｄコンバータ(218)に向けられ、これにより 、該Ａ／Ｄコンバータから得られて上記制御及び記録手段(232)に向けられた制 御電圧のデジタル値が上記制御電圧情報となる請求項１に記載の受信装置。 ５．上記受信装置は、更に、ダイナミックレンジを監視するための手段(233)を 備え、該手段は、上記制御及び記録手段(232)に、上記検出された入力信号のレ ベルが所定値より上昇するのに応答して超過情報を与える請求項１に記載の受信 装置。 ６．上記調整可能な減衰器(210)は、多数の調整可能な減衰段を備え、上記制御 及び記録手段(232)は、その段に校正電圧(V_calibr)を与えることにより１つの段 の減衰度を調整する請求項１に記載の受信装置。 ７．上記周波数合成器の電圧制御発振器(217)の制御電圧(V_vco)は、上記受信装 置の調整可能なフィルタ(211,280)の少なくとも１つに対する調整電圧である請 求項３に記載の受信装置。 ８．デシベルで測定された調整可能な減衰器(210)の減衰度は、上記制御電圧(V_{C NTRL} )に直線的に依存する請求項１に記載の受信装置。 ９．上記制御及び記録手段(232)は、測定されるべき信号の振幅が周波数の関数 としてディスプレイ手段に表示されるように上記制御電圧情報及び発振周波数情 報を処理するマイクロプロセッサである請求項１に記載の受信装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．測定されるべき高周波(f₁)入力信号を、電圧制御発振器(217)で発生された 発振周波数(f₂)との混合により低い周波数へと移行する少なくとも１つのミクサ (230)と、測定されるべき入力信号が低い周波数へ移行された後に、その入力信 号のレベルを検出するための検出器(214)とを備えたスペクトル分析用の受信装 置において、 上記検出された入力信号のレベルの変化に応答して、その変化の大きさと方 向に比例する制御電圧(V_CNTRL)を与えるための判断手段(215)と、 上記測定されるべき信号が向けられると共に、上記制御電圧(V_CNTRL)に応答 して、その測定されるべき信号の減衰又は増幅を行い、上記検出された入力信号 のレベルが実質的に一定に保たれるように出力を発生し、制御電圧情報が上記測 定されるべき信号のレベルに比例するようにする調整可能な減衰器(210)と、 上記制御電圧情報と発振周波数情報とを記録及び処理するための制御及び記 録手段(232)とを備えたことを特徴とする受信装置。 ２．上記調整可能な減衰器(210)は、上記ミクサ(230)の前に接続される請求項１ に記載の受信装置。 ３．上記判断手段(215)は、検出された入力信号のレベルを基準レベルと比較す るための手段を備え、そして上記制御電圧(V_CNTRL)は、上記基準レベルからの入 力信号のレベルの偏差に比例する請求項１に記載の受信装置。 ４．上記電圧制御発振器(217)は、周波数合成器の一部分であり、そして上記制 御及び記録手段(232)は、所望の発振周波数(f₂)を発生するように合成器に指令 する請求項１に記載の受信装置。 ５．上記制御電圧(V_CNTRL)は、Ａ／Ｄコンバータ(218)に向けられ、これにより 、該Ａ／Ｄコンバータから得られて上記制御及び記録手段(232)に向けられた制 御電圧のデジタル値が上記制御電圧情報となる請求項１に記載の受信装置。 ６．上記受信装置は、更に、ダイナミックレンジを監視するための手段(233)を 備え、該手段は、上記制御及び記録手段(232)に、上記検出された入力信号のレ ベルが所定値より上昇するのに応答して超過情報を与える請求項１に記載の 受信装置。 ７．上記調整可能な減衰器(210)は、多数の調整可能な減衰段を備え、上記制御 及び記録手段(232)は、その段に校正電圧(V_calibr)を与えることにより１つの段 の減衰度を調整する請求項１又は２に記載の受信装置。 ８．上記周波数合成器の電圧制御発振器(217)の制御電圧(V_vco)は、上記受信装 置の調整可能なフィルタ(211,280)の少なくとも１つに対する調整電圧である請 求項４に記載の受信装置。 ９．デシベルで測定された調整可能な減衰器(210)の減衰度は、上記制御電圧(V_{C NTRL} )に直線的に依存する請求項１に記載の受信装置。 10．上記制御及び記録手段(232)は、測定されるべき信号の振幅が周波数の関数 としてディスプレイ手段に表示されるように上記制御電圧情報及び発振周波数情 報を処理するマイクロプロセッサである請求項１に記載の受信装置。