JPS6071966A - デジタルスペクトルアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は試験信号を測定対象へ供給し、その測定対象
の入力試験信号と出力試験信号とを高速フーリエ変換し
、その変換出力から測定対象の伝達関数を測定するデジ
タルスペクトルアナライザに関する。

〈発明の背景〉 デジタルスペクトルアナライザは第１図に示すように試
験信号発生器１１から試験信号を発生して測定対象１２
へ与え、測定対象１２がらの出力試験信号を端子１３よ
り高速フーリエ変換解析装置（以下ＦＦＴ解析装置と記
す）１４へ入力し、また測定対象１２の入力側の試験信
号を端子１５よりＦＦＴ解析装置１４に入力し、解析装
置１４においてそれぞれ入力された試験信号をデジタル
信号に変換した後、高速フーリエ変換して測定対象１２
の伝達関数をめる。

Ｆ’ＦＴ解析装置１４においては第２図に示すように入
力端子１３（又は１５）よシの試験信号は可変利得増幅
器１６を通じて低域沖波器１７に供給され、低域沖波器
１７の出力はＡＤ変換器１８において一定周期でサンプ
リングされてデジタル信号に変換され、そのデジタル信
号はバッファメモリ１９内に記憶される。バッファメモ
リ１９に一定サンプル数、例えば１０２４個のサンプル
数か記憶されるとＦＦＴ変換器２１において高速フーリ
エ変換が行われる。

その際にＡＤ変換器１８における変換を有効に行うため
、つまりサンプルしたデータを例えばＡＤｆ換器の１０
ビツトのデジタル信号に変換する場合、その１０ビツト
の全域をなるべく使うようにして解析感度を上げるよう
に入力のレンジ設定が行われる。即ちバッファメモリ１
９よりサンプル値を読み出し、そのサンプル値が小さ過
ぎる場合は増幅器１６の利得を上げ、逆にサンプル値が
太き過ぎる場合は増幅器１６の利得を下げてＡＤ変換器
１８での変換を最適化する。

ＦＦＴ解析器２１においては第３図のステップＳ１に示
すように入力信号の感度を設定する。即ち先に述べたよ
うにＡＩ”変換器１８の変換が最適に行われるようにそ
の入力レベルを設定する操作が行われる。その後その設
定状態においてバッファメモリ１９に取込まれた、例え
ば１０２４個のサンプ＃　値についてステップＳ２で高
速フーリエ変換ヲ行い、ステップＳ３で端子１５からの
入力試験信号及び端子１３からの出力試験信号に対する
パワースペクトラムＧａａ、Ｇｂｂ、更に相互スペクト
ラムＧａｂを演算する。即ち端子１５より入力された試
験信号についてＦＦＴ解析した各周波数成分についてそ
の挺部の自乗と虚部の自乗との和Ｇａａを演算し、また
端子１３より入力された出力試験信号についても同様に
そのＦＦＴ解析した各周波数成分の実部の自乗と虚部の
自乗との和Ｇｂｂを演算して各パワースペクトラムをめ
、更にこれらの入力試験信号の高速フーリエ変換と出力
試験信号の高速フーリエ変換の対応する周波数成分につ
いて一方の共軛との積を演算して相互スペクトラムＧａ
ｂを演算する。

各試験信号を同様に繰シ返して取込み、同様のことをし
てパワースペクトラム及び相互スペクトラムを必要数求
め、これらの平均をステップＳ４で行い、平均パワース
ペクトラム＜Ｇａａ＞及び〈Ｇｂｂ〉、平均相互スペク
トラム＜Ｇａｂ＞をめる。

これら平均値からステップＳ５で伝達関数がめられる。

即ち平均相互スペクトラム＜Ｇａｂ＞を平均パワースペ
クトラム＜Ｇａａ＞で割算する。各周波数ごとにこのこ
とが行われる。

このように従来においては測定のはじめに入力感度の設
定を行うのみであった。このため例えば第４図に示すよ
うに得られた伝達関数曲線２３が周波数によって振幅の
大きい部分と小さい部分と大幅に変動しているような場
合があると、その振幅の大きい部分においては入力信号
が大き過ぎて測定対象１２より歪が発生して正しい測定
が行われなかったり、或はレベルの小さい部分において
はＡＤ変換器１８による変換出力のうちの有効ビット数
が少ないため、測定精度が悪いものとなるおそれがあっ
た。尚ＦＦＴ解析器２１において解析された結果は表示
器２２に表示される。

〈発明の概要〉 この発明の目的は得られた伝達関数の振幅周波数特性曲
線が大幅に変動している場合においても精度よく測定す
ることができるデジタルスペクトルアナライザを提供す
ることにある。

この発明によれば、測定周波数範囲を複数の領域に分割
し、その各領域ごとに試験信号を発生するように構成さ
れ、その各試験信号の発生ごとにＡＤ変換器における変
換が最適化するように入力レベルのレンジを設定する。

更にＦＦＴ変換出力の大きさをその周波数領域に対する
レベル設定に応じて補正して全体としてレベル変化が大
きな伝達特性においても精度のよい測定を可能とする。

〈実施例〉 この発明においては、先に述べたように例えば第４図に
おいてその測定周波数範囲、Ｆｏ乃至Ｆｎは複数の領域
例えば等しい間隔でｎ個の領域に分割される。この分割
した各周波数領域に対する試験信号を独立に発生するこ
とができるようにされる。、このため試験信号発生器１
１は例えば第５図に示すように構成される。即ちバス２
５にはＣＰＵ２６、その動作プログラムを記憶したＲＯ
Ｍ２７、読み書き可能なＲＡＭ２８、更に第１図のＦ’
ＦＴ解析装置１４と接続された入出力部２９が接続され
ている。入出力部２９を通してＦＦＴ解析装置１４より
試験信号の発生に必要なデータ、即ち例えば雑音信号、
多重正弦波信号、単一正弦波信号、周波数掃引正弦波信
号などの信号モードを示すデータと、発生する周波数範
囲の最大値と最小値、更に振幅レベル、必要に応じて周
波数変化幅△ｆを示すデータなどが送られ、これらデー
タと共にＦＦＴ解析装置１４内のＡＤ変換器１８のサン
プリングクロックと同期した一般にこれよりも高い周波
数のクロックが入力される。このクロックは入出力回路
２９より分周器３１に入力され、分周器３１はバス２５
に接続されてその入力データに応じてＣＰＵ２６から必
要な分周比が設定される。

一方波形メモリ３２には多重正弦波の波形の各点をサン
プルしたデジタル値を記憶したものや、周波数掃引信号
例えばＦｏ乃至Ｆｌの周波数が変化する掃引正弦波倍角
の波形が記憶されるなど各種の信号波形が記憶されてお
り、どの波形の信号を胱出すかはバス２５を通じてＣＰ
Ｕ２６により、つまりＦＦＴ解析装置１４から与えられ
た信号モードに応じて波形メモリ３２の読み出し領域が
選定されて決定される。波形メモリ３２は分周器３１の
出力、一般にＡＤ変換器１８と同期した同一周波数のク
ロックで読み出される。このため分周器３１の出力がス
イッチ３３を通じて波形メモリ３２内のアドレスカウン
タへ供給され、このアドレスカウンタが歩進される。ス
イッチ３３を切換えて雑音発生器４０からランダムパル
スを波形メモリ３２へ供給して雑音信号を読み出すこと
もできる。

波形メモリ３２よシ読み出された信号はアナログ信号に
変換され、乗算器３４を通じ、更にスイッチ３５を通じ
てレベル調整器３６へ供給される。

レベル調整器３６はＣＰＵ２６によりバス２５を通じて
、レベルがＦＦＴ解析装置１４より与えた大きさに応じ
て設定される。その設定されたレベルを持った試験信号
が端子３７より出力され、これが第１図の測定対象１２
に与えられる。単一正弦波信号を発生する場合において
は正弦波メモリ３８が分周器３１の出力クロックで読み
出される。

正弦波メモリ３８から発生する正弦波信号の周波数はバ
ス２５を通じてＣＰＵ２６よシ設定される。

この読み出された正弦波信号はスイッチ３９を通じ更に
スイッチ３５を通じてレベル設定器３６に供給される。

またこの正弦波信号は乗算器３４で波形メモリ３２から
読み出された信号と乗算することができる。この試験信
号発生器は、ＦＦＴ解゛析装置１４から与えられたデー
タに応じてその指定されたモードの試験信号を指定され
た周波数範囲内において発生することができる。

先に述べたようにＡＤ変換器１８の入力レベルをそのＡ
Ｄ変換器の変換動作が最適となるようにつまり最も有効
な変換データが得られるように制御する。そのためにＦ
’ＦＴ解析装置１４に入力された信号レベルが大き過ぎ
た場合を検出するようにされる。例えば第６図に示すよ
うに可変利得増幅器１６内において差動入力信号は抵抗
器４１゜４２を通じて増幅器４３の共通の久方端子に与
えられ、増幅器４３の出力が比較器４４において基準電
源４５の基準電圧と比較され、この同相雑音成分がある
程度以上大きい場合は比較器４４の出力が高レベルとな
るように構成されている。更に可変利得増幅器１６の出
力が比較器４６に分岐供給され、この増幅出力と基準電
源４７の基準電圧とが比較され、増幅出力がＡＤ変換器
１８における最大変換レベルよりも大きいレベルの場合
は比較器４６の出力が高レベルとなるようにされている
。ＡＤ変換器１８の変換出力はデジタル比較器４８に分
岐供給され、レジスタ４９内のしきい値と比較され、Ａ
／Ｄ変換器１８の出力がオーバーフローしているような
データの場合は比較器４８より高レベルが生じる。

ＡＤ変換器１８の変換出力は例えば１２ビツトであり、
並列ビット出力線５２中の最上位より１２ビツトがＡＤ
変換出力に用いられる。一方、比較器４４，４６．４８
の各出力はオア回路５１を通じてＡＤ変換器の出力１Ｍ
５２の最下位ビットに入力されている。従って入力信号
レベルや雑音が大き過ぎるとバッファメモリ１９に入力
されたデータ中の最下位ビットが論理１となっており、
ＦＦＴ解析解析器上１ッファメモリ１９を読み出してそ
の最下位ビットが１の場合は入力信号が大き過ぎたと判
定して可変利得増幅器１６の利得を一定値、例えば１０
ｄｂ低下させる。

このレンジ設定操作は例えば第７図に示したように行わ
れる。バッファメモリ１９内に所定のデータ数例えば１
０２４個が取込まれると、このＦＦＴ解析解析器上１ッ
ファメモリ１９をステップＳ１で所定数、例えば１０２
４個を取出し、ステップＳ２においてそれまでに可変利
得増幅器１６の利得を上げることと下げることの両動作
をやったか否かチェックされ、そのような動作を行なっ
てない場合はステップＳ３においてその読み出したデー
タの各最下位ビットが１かどうか、つまりオーバーフロ
ーしているものであるかどうかチェックされ、オーバー
フローしているものがある場合はステップＳ４で可変利
得増幅器１６の利得を一定量、例えば１０ｄｂだけ低下
する。一方ステップＳ３においｆ　１１　Ｘ て読み出しだデータよりその入力が小さ過ぎるか否かが
チェックされ、これはそのデータの上位例ビットかが常
に０の場合は入力レベルのデータが小さ過ぎると判定さ
れ、この場合はステップＳ６において可変利得増幅器１
６の利得を一定量、例えば１ｏｄｂだけ上昇する。この
ようなことを繰り返し、つま９１回行うごとに新たにデ
ータを１０２４個とってそのデータについてオーバーフ
ローがあるか、小さ過ぎるかをチェックし、何べんか繰
り返した後、或は１回の操作でその入力データのすべて
がオーバーフローもなく過少入力でもない場合はステッ
プＳ７において適切レンジであると判定し、このレンジ
に可変利得増幅器１６の利得が設定保持される。尚場合
によるとある入力範囲においては利得が大き過ぎたため
利得を下げると次に取込んだデータに対しては利得が小
さ過ぎるようになり、ステップＳ７に移ることができな
いような場合がある。即ち利得を上げることと下げるこ
とが共に行われる状態になるとこれがステップＳ２で検
出され、その時の過少入力レンジと判定（１１） された側の利得、つまりステップＳ６で過少入力と判定
されて利得を上げた状態の利得にステップＳ８で設定さ
れる。

このような構成において全体の動作は例えば第８図に示
すように行われる。即ちＦＦＴ解析装置１４に対しては
自動レンジに設定し、またどの試験信号を使用するかの
モードを設定すると共に測定範囲の周波数範囲の分割数
Ｎを設定し、かつｎを１にする。その後ＦＦＴ解析装置
１４を起動する。この例においては試験モードとして多
重正弦波を設定したものとし、多重正弦波としては例え
ば第４図の周波数範囲をＮ分割した時の最も低い周波数
領域Ｆｏ乃至Ｆ１の周波数範囲において必要なスペクト
ル数に対応した多重正弦波の波形が第、５図における波
形メモリ３２に記憶されておシ、この周波数範囲ＦＯ乃
至Ｆ１の中心周波数、つまシ最高周波数Ｆｎを２倍のＮ
で割った値Ｆｃにｎを掛けた信号が中心周波数として試
験信号発生器１１へ送られる。

試験信号発生器１１ではステップＳ２においてＦ（１２
） ＦＴ解析装置１４からのデータに基づき波形メモリ３２
からＦＯ〜Ｆ１の多重正弦波を読み出すように設定する
と共に入力された中心周波数ｎＦｃの周波数の正弦波を
正弦波メモリ３８よシ発生するように正弦波メモリ３８
を設定し、かつスイッチ３９をオンとし、スイッチ３５
を乗算器３４側に切替える。最初の状態ではｎは１であ
って正弦波メモリ３８より発生する正弦波はＦｃであシ
、波形メモリ３２から読み出される信号はＦＯ乃至Ｆｌ
の多重正弦波であり、これが乗算器３４において正弦波
メモリ３８よりの正弦波と掛算され、この掛算出力の周
波数は同様にＦＯ乃至Ｆｌとなって端子３７より出力さ
れ、測定対象１２に与えられる。

このようにして試験信号が発生され、その入力試験信号
と測定対象１２を通った出力試験信号とがＦＦＴ解析装
置１４に与えられて第７図に示したような処理により第
８図のステップＳ３において感度設定、つまシＡＤ変換
器１８の入力レベルがそのＡＤ変換動作に最適となるよ
うなレベルになるように可変利得増幅器１６が調整され
る。このようにして感度設定が行われるとステップＳ４
においてその設定された感度、つまりレベルレンジで取
込んだデータについてＦＦＴ解析器２１において解析を
行う。ステップＳ５においてｎを＋１し、ステップＳ６
においてそのｎがＮより大きくなったか否かをチェック
し、大きくならない場合はステップＳ２に戻る。

つまりステップＳ５においては最初ｎ　＝　ｌであった
ところがｎ　＝　２とされてこの場合これに応じてＦＦ
Ｔ解析装置１４からその中心周波数は２Ｆｃとして試験
信号発生器１１へ送られる。従って次には試験信号発生
器１１からは正弦波メモリ３８から２倍のＦｃの周波数
の正弦波信号が発生され、これと波形メモリ３２よりの
多重正弦波信号とが掛算され、従って第４図において周
波数Ｆｌ乃至Ｆ２の領域の試験信号が発生される。この
試験信号についても同様にしてステップＳ３で感度設定
が行われ、まだＦＦ’Ｔ解析が行われて次にｎが＋１さ
れ、その次の周波数領域に対する試験信号を発生して測
定を行う。このようにして最後の周波数領域Ｆｎ−ｌ乃
至Ｆｎの試験が終るとｎがＮよりも犬きくなシ、これに
よりその測定が終了することになる。

このように測定周波数範囲が分割されてその各周波数領
域においてそれぞれ感度設定が行われるため、解析結果
をその周波数範囲ＦＯ−Ｆｎの全体として見るためには
レベル補正を行う必要がある。

うｔり第８図のステップＳ４におけるＦＦＴ解析処理は
第９図に示すように行われる。即ちＦＦＴ変換をステッ
プＳ１で行い、その解析結果に対してステップＳ２で大
きさ補正を行う。この補正は例えば最初に取込んだ周波
数領域ＦＯ乃至Ｆ１に対して行われたレベルレンジ設定
を基準とし、その時の可変利得増幅器１６の利得よシも
利得を大きくした場合の周波数領域のＦＦＴ変換出力に
ついては、例えば利得を１０ｄｂ大きくした場合はその
各測定周波数成分の大きさを１’Ｏｄ　ｂ下げ、逆に利
得を１Ｑｄｂ下げた場合はＦＦ’Ｔ変換の各周波数成分
の大きさを１０ｄｂだけ上げる補正を行う。その後ステ
ップＳ３でその補正された各周波数成分についてそれぞ
れパワースペクトラムＱａａＧｂｂｓ相互スペクトラム
Ｇａｂの演算が行われる。更に新たなデータを同様にし
て取込み、即ち第８図の処理を行い、このようにして取
込んだ複数のデータについて各周波数成分ごとにステッ
プＳ４で平均をめ、つｔ、６平均パワースペクトラム＜
Ｇａａ＞＜Ｇｂｂ〉、平均相互スペクトラム＜Ｇａｂ＞
を演算する。

更にこの平均スペクトラムよりステップｓ５で伝達関数
を演算する。

なお試験信号発生器１１より各帯域に分けて発生する試
験信号は多重正弦波信号に限らず、雑音信号でもよく、
或は周波数掃引正弦波信号でもよく、更には単一正弦波
信号でもよく、単一正弦波の場合は順次周波数がずらさ
れた各単一正弦波信号を順法発生することになる。また
伝達関数の測定のみならずパワースペクトラムの測定、
相関関数の測定、自己相関関数の測定など各種の測定に
もこの発明を適用することができる。

第１０図に示すような伝達関数においては周波数軸上の
中間部において共振点２３ａや反共振点２３ｂがあり、
特性曲線が急激に変化している。

このようなところにおいてランダム雑音による測定は特
に精度が悪く、この共振点の尖った部分がなまってしま
う欠点がある。しかしこのように急激に変化しない比較
的ゆつくシ変化する領域２３ｃの部分ではランダム雑音
による測定でも比較的高い精度で測定できることが判っ
た。

このような点より測定周波数範囲を分割して測定するこ
の発明では特性の変化が周波数軸に対して急激な部分と
、余り変化しない部分とを含むような場合において全体
として高い精度でしかも比較的短時間で測定を行う構成
とすることができる。

この場合は試験信号発生器として複数種類の試験信号を
発生するように構成しておき、また測定周波数範囲を複
数の領域に分割し、その各分割した領域ごとに発生すべ
き試験信号を設定できるように構成し、その設定した周
波数領域ごとにその領域に適する設定した試験信号によ
って試験を行い、その場合少なくとも各領域ごとにＡＤ
変換器における変換特性が最適になるようにＡＤ変換器
の入力レベルを調整する。

この場合の装置の全体の動作は第１１図に示すようにす
ればよい。まずステップＳ１で測定全帯域Ｆｏ乃至Ｆｎ
を、雑音信号或は多電正弦波信号を測定対象１２に与え
て測定する。これにより第１０図に示しだような大まか
な伝達関数特性を得て周波数に対するレベル変化が急峻
な部分と々だらかな部分とに分け、この図においてはＦ
ｏ乃至Ｆｌの領域とＦｌ乃至Ｆ２の領域とＦ２乃至Ｆｎ
の領域との三つに分けてそれぞれの領域に対して発生す
べき試験信号を例えば第１２図に示すようにＦｏ乃至Ｆ
ｌ及びＦ２乃至Ｆｎは雑音信号とし、Ｆｌ乃至Ｆ２の領
域は単一正弦波信号とし、各発生する信号の振幅をＶｌ
　、Ｆ２．Ｖａとし、また正弦波信号についてはその正
弦波の周波数の変化幅△ｆを例えばＦｎ ４００　とする。このような試験データをＦＦＴ解析装
置１４に設定する。またこの時ｒを１に設定し、これよ
りステップＳ３において指定領域ｒ１である周波数Ｆｏ
乃至Ｆ１の領域についての試験測定を行い、その測定後
ステップＳ４においてｒを＋１し、ステップＳ５におい
てそのｒが領域数Ｒ１つまシこの例においては三つの領
域に分けたからＲ＝３よりも犬であるか否か判定され、
大でない場合はステップＳ３に戻って次の指定領域、即
ちこの例では２番目の指定領域Ｆｌ乃至Ｆ２の領域に対
する測定を行う。

指定領域ｒ　＝　１のように雑音信号を用いて測定する
場合や１３図に示すようにＦＦＴ解析装置１４から必要
な試験データ、即ち周波数領域がＦｏ　乃至Ｆ１であっ
て、発生する試験信号が雑音信号、更に振幅がｖｌであ
ることを示すデータが試験信号発生器１１に供給される
。これに基づいて試験信号発生器１１はステップＳ２に
おいて第５図においてスイッチ３３を雑音信号源４４側
に切換えてこれにより雑音信号によって波形メモリ３２
を読み出し、その波形メモリ３２の出力は乗算器３４を
通じスイッチ３５を通じてレベル設定器３６に供給され
、レベル設定器３６でｖｌのレベルに設定すして試験信
号を出力する。スイッチ３９はオフとされる。

この試験信号を受信してＦＦＴ解析装置１４においては
先に第６図及び第７図について述べたようにＡＤ変換器
１８の変換特性が最良となるようにその入力側をレベル
を設定すべく可変利得増幅器１６の利得を制御する。そ
の後ステップｓ４においてその設定したレベルにおいて
ＦＦＴ解析を行う。この測定が例えばに回行ってその平
均を先に述べたようにとる。このようにして一つの指定
領域に対する測定が行われると次の指定領域、この例で
はＦｌ乃至Ｆ２の領域に対する測定となるがこの場合に
おける測定は例えば第１４図に示すように行う。

即ちステップＳ１で領域がＦｌ乃至Ｆ２、試験信号が単
一正弦波、振幅が■２、周波数変化が−Ｆ」−で００ あることをそれぞれ示す試験データを試験信号発生器１
１へ転送する。ステップｓ２においてこの指定領域にお
ける最低周波数Ｆ１をＦｉに設定し、ステップＳ３で試
験信号発生器１１よ多信号を発生する。この場合第５図
においてスイッチ３９をオンとし、スイッチ３５をスイ
ッチ３９側に切換える。

正弦波メモリ３８においてＦｉの周波数を発生するよう
に設定する。従って最初においては周波数Ｐ゛１の正弦
波が発生し、これが出力され、この正弦波信号に基づい
てステップｓ４において最適感度になるようにレベル設
定が行われ、その後周波数Ｆ１の正弦波についてステッ
プＳ５でＦＦＴ解析を行い、ステップＳ６で周波数Ｆｉ
に△ｆを加算してＦｉとし、とのＦｉが指定領域の最高
周波数Ｆ２より大きいかステップＳ７で否かチェックさ
れ、・小さい場合はステップＳ３に戻り、これよりＦ１
＋△ｆの周波数の正弦波信号を発生する。このようにし
て順次△ｆ高い周波数の正弦波信号を発生すると共にそ
の都度感度設定が最適になるように設定してＦＦＴ解析
を行い、かつその解析の際には最適設定レベルにおいて
複数回データをとってＦＦＴ変換出力を平均する。発生
する単一正弦波の周波数Ｆｉが指定領域の最高周波数Ｆ
２よりも大きくなると指定領域における単一正弦波によ
る試験を終了する。

この例においては次には周波数Ｆ２乃至Ｆｎの領域の測
定に移るが、その場合には第１３図と同様の動作で試験
を行う。測定周波数範囲を分けてその各領域に対する試
験信号の発生は例えば第１０図の例において周波数Ｆｏ
乃至Ｆ１の領域及び周波数Ｆ２乃至Ｆｎの領域に対して
は周波数掃引正弦波信号を発生するようにしてもよい。

或はこれらの領域のすべてを周波数掃引正弦波信号を発
生するようにし、例えば第１５図及び第１６図に示すよ
うに周波数ＦＯ乃至Ｆ１の領域では△ｆｌ＝４０Ｈｚの
間層波数を掃引する信号を発生し、次に△ｆ１だけ加算
した周波数Ｆｏ＋△ｆ１乃至ＦＯ＋２△ｆ１の範囲内の
周波数を掃引する正弦波信号を発生し、周波数領域Ｆｌ
乃至Ｆ２については掃引信号幅△ｆ２を小さく、例えば
４　Ｈｚ程度にしてゆっくりした掃引信号で測定し、更
に周波数領域Ｆ２乃至Ｆｎについては掃引幅△ｆ　ａ＝
１００　Ｈｚのように大きな掃引幅で測定するようにし
てもよい。まだ測定範囲を雑音信号或は多重正弦波で測
定し、その後周波数領域が変化の激しい範囲例えば先の
例ではＦｌ乃至Ｆ２の範囲内においてのみ単一正弦波や
遅い速度の周波数掃引正弦波で測定し、その部分の測定
データを前の多重正弦波や雑音信号を用いたデータの替
りに使用するようにしてもよい。

ＦＦＴ変換で得られる周波数は等間隔であるため、高い
周波数Ｆｎ附近における測定スペクトラムの間隔は比率
的に密になり、一方低い周波数Ｆｏ附近におけるスペク
トル密度はその周波数に対しては密度が粗くなっている
。このため第１７図に示すように低い周波数領域にビー
ク２３ａが存在すする密度がはソ一様な測定をすること
ができ、つまシ対数目盛ではソ等間隔の分解能が得られ
るようにすることもできる。

この場合は解析すべき入力信号の周波数範囲を複数の領
域に分け、低い周波数領域程ＡＤ変換器のサンプリング
周波数を低く設定し、低い周波数領域でも高い周波数領
域でもその周波数に対する得られるスペクトラムの間隔
の比がはソ一定になり、一様な分解能の解析結果が得ら
れる。このように周波数領域を分割して測定する場合に
はその各領域に応じてＡＤ変換器が最適の変換動作をす
るようにその入力レベルを制御することが好ましい。

例えば第１７図においてその周波数領域を三つの間を第
１領域とし、更に周波数Ｆ２のＴ下、つまり最高周波数
Ｆｎの１００分の１の周波数Ｆ１とＦ２との間を第２領
域とし、とのＦ１以下の周波数を第３領域として周波数
解析を行う。この場合における全体の動作を第１８図に
示す。ステップＳ１において各測定解析周波数について
のスペクトラムごとの平均回数を複数回ごとに分けて測
定するようにした場合で、ステップＳ１においてはｋで
平均回数を割った値ｍとし、ｋは例えば１６が設定さス
テップＳ２においてその測定最高周波数ＦｎをＦとおく
。ステップＳ２において試験データ即ちＦや発生する試
験信号を示すモード、更に試験信号の振幅Ｖを試験信号
発生器１１へ伝送し、これによシ試験信号発生器１１か
ら設定されたモード、例えば雑音信号として設定された
場合はスイッチ３３が雑音源４０側に切換えられてスイ
ッチ３５は乗算器３４側に切替えて発生した波形メモリ
３２より発生した雑音が振幅■に設定されて出力される
。

一方、ステップＳ３においてＡＤ変換器１８のサンプリ
ング周波数ｆｓを設定するが、周波数Ｆの少くとも２倍
、例えば２，５６倍にサンプリング周波数を設定し、更
にこの例においては低域沖波器１７の遮断周波数も解析
しようとする周波数Ｆの信号は充分通過するが、これよ
り高い周波数はなるべく近い高い周波数まで充分遮断す
るような遮断特性に設定する。次にステップＳ４で感度
設定が行なわれ、即ち第６図及び第７図について示した
ようにしてＡＤ変換器１８の変換動作が最良となるよう
に可変利得増幅器１６の利得が設定される。ステップＳ
５においてこのようにして設定された状態で、試験信号
発生器１１からは周波数Ｆｌ乃至Ｆｎの信号を発生し、
これについてＦＦＴ変換を行い、その各サンプルをに回
とってそのに回の変換された各周波数成分についての平
均をとる。

ステップＳ６においてＦが」−とされ、ステップ０ Ｓ７　ではＦが最低周波数領域における最も高い周波数
、つまりＦＯ乃至Ｆｌ内の高い周波数Ｆ１よりも小さい
かどうかチェックされ、これより小さくない場合はステ
ップＳ２に戻シ、従ってこの場合においては第４図にお
いて周波数Ｆｌ乃至Ｆ２の領域に対する解析が行われる
ことになシ、これに対応した試験信号が試験信号発生器
１１から発生され、更にステップＳ３では周波数Ｆ２の
２．５６　倍のサンプリング周波数がＡＤ変換器１８に
対して設定され、かつ沖波器１７の遮断周波数もこれに
応じて設定される。また同様にしてこの新しい試験信号
に対する最高感度の設定も行われ、更にＦＦＴ変換され
て平均がとられる。

最後に最も低い周波数領域ＦＯ乃至Ｆ１に対する解析が
終るとステップＳ７においてＦがＦｌよりも低い周波数
になってステップＳ８においてＦが測定範囲の最高周波
数Ｆｎに設定され、ステップＳ９でｍが−１されてステ
ップＳ１０でｍがＯかチェックサれ、０でない場合はス
テップＳ２に戻り、前記三つの領域についてそれぞれに
組のサンプルをとってそれらについてＦＦＴ解析してそ
れらを平均し終ると再び各周波数領域についてに組のサ
ンプルをとってフーリエ変換を行い、ｍが０になった場
合は終了とする。

第１３図、第１４図及び第１８図においても各試験信号
を発生するごとに最適感度の設定を行うだめ測定周波数
範囲を全体として見る時は第９図について述べたように
測定結果に対する補正をする必要がある。

〈効　果〉 以上述べたようにこの発明によれば、測定周波数範囲が
複数に分割されてその分割された各周波数領域ごとに試
験信号を発生し、その分割領域について感度を設定して
いるため、例えば第４図に示したような伝達関数の測定
の場合はレベルが高い周波数部分２３ａについては感度
を下げ、即ち可変利得増幅器１６の利得を小さくしてＡ
Ｄ変換器１８がオーバーフローしない範囲内で最大限に
（２７） 利用し、まだ第４図においてレベルが低い周波数領域部
分２３ｂにおいては可変利得増幅器１６の利得を上げて
ＡＤ変換器１８がその１２ビツトに有効にデータが得ら
れるようになり、測定周波数範囲内において周波数成分
によるレベル差が大きな場合、つ捷り周波数についての
レベルダイナミックレンジが大きなものについても正し
く測定することができる。

第８図について述べたように全測定周波数帯域に対して
まず粗く測定し、その結果を見て測定結果が急激に変化
している附近においては単−正弦波信号或はゆっくりし
た周波数掃引信号によって測定することによって高精度
の測定を行うことができ、しかも特性の変化が比較的ゆ
っくりのなめらかな部分においては雑音信号や多重正弦
波信号或は高速度の掃引信号を用いることによって短か
い時間で尚い精度の測定を行うことができる。従って全
体としては測定時間が短かり、シかも高い精度の測定を
行うことができる。

また第１８図について述べたようにする場合は（２８） 測定周波数範囲を複数の領域に分割して、その低い領域
である程、ＡＤ変換器のサンプル速度を遅くするため、
これに対するＦ’ＦＴ変換したラインスペクトラムの各
部は周波数が低くなると狭くなって全体として周波数に
対する分解能がはソ均一なものとなり、特に低い周波数
領域に変化の激しい部分がある場合にその変化を精度よ
く測定することができ、正しくそれを解析することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はデジタルスペクトルアナライザによる解析測定
の系統を示すブロック図、第２図はＦＦＴ解析装置１４
の一部詳細を示すブロック図、第３図はＦＦＴ解析装置
１４の動作を示す流れ図、第４図は伝達関数の例を示す
図、第５図は試験信号発生器１１の一例を示すブロック
図、第６図は振幅のオーバーフローを検出する例を示す
ブロック図、第７図はレベルレンジを最適化する処理動
作例を示す流れ図、第８図はこの発明によるデジタルス
ペクトルアナライザの全体の動作の例を示す流れ図、第
９図はそのＦＦＴ解析器の動作を示す流れ図、第１０図
は急峻に変化する伝達関数の特性例を示す１凶、第１１
図は第１０図の特性に適する動作例を示す流れ図、第１
２図はその試験信号周波数領域の設定例を示す図、第１
３図及び第１４図はそれぞれ各指定領域に対する動作例
を示す流れ図、第１５図は他の試験信号の割当てデータ
を示す図、第１６図はその第１５図に対応した周波数特
性の割当てを示す図、第１７図は低域に尖鋭な特性をも
つ伝達関数の例を示す図、第１８図は第１７図の特性に
適する動作例を示す流れ図である。 １１：試験信号発生器、１２：測定対象、１４：　ＦＦ
Ｔ解析装置、１６：可変利得増幅器、１８：ＡＤ変換器
、１９：バッファメモリ、２１　：　ＦＦＴ解析器、２
２：表示器。 特許出願人　タケダ理研工業株式会社 代理人　草野　卓 （３１） ′Ｍ′１８図　丼９図 ７１０図 Ａ＾７ 手続補正書（自発） 昭和５９年１０月２２日 特許庁長官　殿 １、事件の表示 特願昭５８−１８１６４１ 、発明の名称 デジタルスペクトルアナライザ ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 タケダ理研工業株式会社 ４、代理人 東京都新宿区新宿４−２−２１　相撲ビル発明の詳細な
説明の欄及び図面の簡単な説明の欄及び図面 ６、補正の内容 （１）明細書３頁１８行、５頁１８行、１１頁３行、３
１頁１５行ｒ　ＦＦＴ解析器」をｒ　ＦＦＴ変換器」に
訂正する０ （２）同書３゛頁２０行ｒ　ＡＤ変換器１８の」をｒ　
ＡＤ変換器１８での」に訂正する。 （３）同書４頁１５行〜１８行「信号の・・・・・・を
演算する。」を［信号の高速フーリエ変換の共役と対応
する周波数成分の出力試験信号の高速フーリエ変換との
積を演算して相互スペクトラムＱａｂを演算する。」に
訂正する。 （４）同書５頁６行〜７行「で割算する。・・・・・・
行われる。」を「で割算することを各周波数ごとに行う
。」に訂正する。 （５）同書７頁１２行「と同期した一般に」を「と同期
するための一般に」に訂正する。 （６）同書１２頁２行「データの上位側」を「データの
絶対値の上位側」に訂正する。 （７）同書１９頁１５行「とする。」の後に「ここで４
００はＦＦＴ解析器の解析線スペクトラム数である。」
を加入する。 （８）同書２６頁１６行［Ｆｏ乃至ＦｎＪを「Ｆ２乃至
Ｆｎ」に訂正する。 （９）同書２７頁５行「第４図において」を「第１７図
において」に訂正する。 ００図面を添付コピー図に朱書で示すように第５図中に
符号「２５」を加入する。 以上 （３） 井４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試験信号発生器からの試験信号を測定対象へ供給
   し、その測定対象の入力試験信号と出力試験信号とをそ
   れぞれＡＤ変換器でデジタル信号に変換し、これらデジ
   タル信号を高速フーリエ変換し、その変換出力より上記
   測定対象の伝達関数を測定するデジタルスペクトルアナ
   ライザにおいて、測定周波数範囲を複数の領域に分割し
   、その各周波数領域の試験信号を上記試験信号発生器か
   ら独立に発生させる手段と、上記各周波数領域の試験信
   号ごとに上記ＡＤ＆換器による変換を最適化するように
   そのＡＤ変換器の入力レベルレンジを設定するレンジ設
   定手段と、そのレンジ設定に応じて対応周波数領域の試
   験信号に対する高速フーリエ変換出力の大きさを補正す
   る補正手段とを具備するデジタルスペクトルアナライザ
   。