JPS63317780A - 信号分析装置 - 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】 く本発明の産業上の利用分野〉 本発明は、入力信号の波形特性やスペクトラム特性等を
分析して表示するための信号分析装置に関する。

〈従来技術〉（第８図） この種の信号分析装置として、例えば、入力信号のスペ
クトラム特性を分析表示するスペクトラムアナライザや
、このスペクトラムアナライザを多チャンネル化した装
置が従来よりあった。

このような信号分析装置では、広帯域な信号の分析を行
なうために入力信号を布引可能な局発信号で周波数変換
し、帯域通過フィルタ（以下、ＢＰＦと記す）を通過し
た信号を検波し、この検波信号を、局発信号の掃引周期
と同期させてブラウン管に表示させることによって、入
力信号のスぺクトラム特性の分析を行なっている。

第８図は、上記のような入力信号のスペクトラム特性を
分析する従来の信号分析装置の一例を示すブロック図で
ある。

図において、入力信号χ０は、周波数混合器（以下、ミ
クサと記す）１に入力され、局部発振器２からの局発信
号（その周波数をｆｌ、とする）によって周波数変換さ
れる。

ミクサ１からの出力は、所定の帯域幅を有し、中心周波
数ｆｇのＢＰＦ３に入力される。

ＢＰＦ３の出力信号は、検波器４によって検波され、そ
の検波信号は、対数圧縮増幅器５において、対数圧縮さ
れて表示制御部６へ送出される。

表示制御部６では、この検波信号を増幅してブラウン管
７のＹ軸に供給する。

したがって、このＹ軸には、入力信号のスペクトラムの
高さが対数圧縮されて表示される。

また、ブラウン管のＸ軸には、制御部８からの周期信号
と同期した掃引信号が表示制御部６から供給される。

ここで、局部発振器２の局発周波数ｆｂが、制御部８か
らの周波数掃引信号（周期信号に同期した）によってｆ
Ｌ±ｆＬ　−の範囲を掃引されると、周波数ｆＬ−ｆＢ
を中心として±ｆ、”の範囲の入力信号のスペクトラム
特性がブラウン管７に表示されることになる。

なお、検波器４には、従来よりダイオードが用いられて
おり、このダイオードの検波歪みを防止するために、ダ
イオードの動作点が、その検波特性の直線部に位置する
ように予め調整されている。

く本発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記のように検波器４としてダイオード
が用いられている場合、ダイオード個々の検波特性には
、大きなバラツキがあるとともに温度依存性があるため
、装置毎に周囲温度等を考慮して、その動作点を設定す
るという作業が必要であり、この信号分析装置が多チャ
ンネルの場合は、さらにチャンネル毎の検波特性を一致
させる必要があるため、この動作点の設定には非常に煩
雑な作業をともなうことになる。

また、ダイオードを用いた検波器４の場合、その検波出
力は、抵抗やコンデンサの積分回路（低域通過フィルタ
）を介して出力されているため、入力信号にインパルス
性の雑音が加わると、この雑音の検波出力によって入力
信号の検波出力のレベルが連続的に変動するため、波形
の表示がふらつき、入力信号の分析（読みとり）を高精
度に行なうことができないという問題があった。

く上記問題点を解決するため手段〉 上記の問題点を解決するために、本発明の信号分析装置
では、入力信号を周波数の可変可能な局発信号によって
周波数変換して出力する周波数変換部と、周波数変換部
の出力信号を受けて、所定の周波数成分を通過させる帯
域通過フィルタと、帯域通過フィルタを通過した信号の
レベルを所定の圧縮特性に基づいて圧縮し、この圧縮さ
れた信号を出力する圧縮器と、圧縮器からの信号を所定
周期で標本化し、それぞれをディジタル信号に変換して
出力するアナログ−ディジタル変換器と、アナログ−デ
ィジタル変換器からのディジタル信号を、圧縮器の圧縮
特性に対応する伸長特性に基づいて、ディジタル伸長し
、この伸長された信号を出力するディジタル伸長器と、
ディジタル伸長器からの信号に基づいて、ディジタル演
算を行ない、入力信号の特性値を算出するディジタル演
算器とを備えている。

く作用〉 したがって、周波数変換部によって周波数変換された入
力信号のうち、帯域通過フィルタを通過した信号は、圧
縮器によ亡で圧縮され、アナログ−ディジタル変換器に
よって所定周期で標本化されディジタル信号に変換出力
される。このディジタル信号は、ディジタル伸長器によ
ってディジタル的に伸長されて出力される。

ディジタル伸長器から出力された信号は、ディジタル演
算器に入力され、入力信号の特性値が算出される。

〈本発明の一実施例〉（第１〜２図） 以下、図面に基づいて、本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例の信号分析装置を示すブロ
ック図である。

図において、１０は、この装置の周波数変換部である。

１１は、入力信号χｏ　　（ｔ＞の上限帯域を制限して
、イメージ混信を防ぐための低域通過フィルタ（以下Ｌ
ＰＦと記す）であり、その遮断周波数は、例えばＩＧＨ
２に設定されている。

１２は、入力信号χｏ　　（ｔ＞を、第１の局部発振器
１３からの局発信号によって周波数変換する第１のミク
サであり、この第１の局部発振器１３は、後述する制御
部２８からの周波数掃引信号によって発振周波数ｆＬｔ
の掃引（例えば２ＧＨｚ〜３ＧＨｚまで）が可能に形成
されている。

１４は所定の周波数を中心として、所定の通過帯域幅ｒ
Ｗｌ（例えば２０Ｍｌ−１ｚ）を有する第１のＢＰＦで
ある。

この第１のＢＰＦｌ４は、第１のミクサ１２に入力され
る入力信号のイメージを防ぐためにその中心周波数ｆＢ
１が高く（例えば２ＧＨ２に）設定されている。

１５は、第１のＢＰＦｌ４を通過した信号を、第２の局
部発振器１６からの局発４：号（例えば２０４２Ｏ４０
＞によって周波数変換する第２のミクサである。

したがって、第１のＢＰＦｌ４の帯域中心を通過した２
ＧＨｚの信号は、第２のミクサ１５によって４０ＭＨｚ
の信号に変換されて出力される。

第２のミクサ１５の出力は、第２のＢＰＦｌ　７に入力
されている。

第２のＢＰＦＩ　７は、その通過帯域の中心ｆら２が４
０ＭＨ２ｔ”帯域幅ｆ、Ｎ２を、例えば数１００Ｈｚ〜
数ｋＨ２の範囲で可変できるように、複数のフィルタ（
図示せず）から構成されており、後述する制御部２８か
らの帯域切換信号によって、フィルタの切換えが行なわ
れる。

１８は、第２のＢＰＦＩ　７を通過した信号のレベルを
、その入力レベルの大きさに応じて圧縮し、後続のアナ
ログ−ディジタル変換器（以下、ＡＤ変換器と記す）１
９のダイナミックレンジを広げるための圧縮器である。

この圧縮特性は、対数特性、例えば、入力信号のレベル
χ（１）に対して１０ｇ（χ（ｔ）　＋１　）出力信号
を出力するものである（但し、χ（１＞が負のレベルの
ときは−＋ｏｇ（ｌχ＜ｔｌ＋１）を出力する）。

以下の説明では、入力信号χ（１）に対する圧縮器１８
の特性をＡ（χ（ｔ））と記す。

１９は、圧縮器からの圧縮信号を、この圧縮信号の周波
数の少なくとも２倍以上の周波数のサンプリング信号に
よって標本化し、標本化された信号のレベル値を所定ビ
ット（例えば８ビツト）の並列なディジタル信号に変換
して、順次出力するＡＤ変換器である。

２０は、ＡＤ変換器１９からのディジタル信号を、ディ
ジタル的に伸長させるディジタル伸長器である。

このディジタル伸長器２０の伸長特性は、圧縮器１８の
圧縮特性Δ（χ（ｔ））に対応しており、入力されるデ
ィジタル信号Ｘ（ｔ）に対して、Ｘ（ｔ） １ｏ　−１をディジタル演算してこれを順次出力する（
但し、Ｘ（ｔ）が負のレベルのときは、ＩＸ（ｔ、）１ −１０　　＋１を出力する。

したがって、ディジタル伸長器２０から出力されるディ
ジタル信号は圧縮器１８に入力される信号χ（１）のレ
ベル値を直接ＡＤ変換器１９によってディジタル信号に
変換したものと同一となる。

以下の説明では、入力信号Ｘ（ｔ＞に対するディジタル
伸長器２０の伸長特性を８．（Ｘ（ｔ））と記す。

２１は、ディジタル伸長器２０からのディジタル信号に
基づいて、各種のディジタル演算を行ない、入力信号の
特性値、例えば、平均検波出力、実効値あるいはピーク
値等を算出するディジタル演算器である。

ディジタル演算器２１は、後述する制御部２８からの演
算モード切換信号によって各種の演算を行なうが、第２
図は、その代表的な演算モードをブロック化して示した
ものである。

第２図において、ディジタル演算器２１は、モード選択
部２２によって選択される４つの演算モ−ドが設定され
ており、その第１のモードは、ダイレクトモードでディ
ジタル伸長器２０からのディジタル信号を直接出力させ
る。

第２のモードは、順次入力されるディジタル信号の絶対
値の相加平均を算出する平均検波モード２３である。

第３のモードは、順次入力されるディジタル信号の２乗
の加痺平均の平方根を算出する実効値モード２４である
。

第４のモードは、順次入力されるディジタル信号の絶対
値の中からその最大値を選択するピーク値モード２５で
ある。

これらの演算モードによって算出されたディジタル値は
、モード選択部２２によって選択され、第１図に示すよ
うに表示制御部２６に順次送出される。

表示制御部２６は、ブラウン管２７を制御して、ディジ
タル演算器２１から順次入力されるディジタル値を表示
させる。

この表示は、順次入力されるディジタル値をブラウン管
２７のＹ軸に、またＸ軸には、所定周期の表示同期信号
または、第１の局部発振器１３の周波数を掃引させるた
めの周波数掃引信号に同期する表示同期信号のいずれか
が、ディジタルＦ１４ｉ器２１の演算モードに対応して
供給される。

制御部２８は、外部からの操作等によって、制御信号を
各部へそれぞれ送出して、この信号分析装置全体の動作
制御を行なうものであり、第１の局部発振器１３へは、
その局発信号の周波数を連ｖｔ掃引または、所定周波数
毎にステップ掃引させるための周波数掃引信号を送出し
、第２のＢＰＦ１７には、その通過帯域幅を可変して、
表示分解能を設定するための帯域切換信号を送出する。

また、ディジタル演算器２１に対しては、表示すべき入
力信号の特性値を算出するための演算モードを選択させ
る演惇モード切換信号を送出し、表示制御部２６には、
ブラウン管２７のＸ軸を時間軸または周波数軸とするた
めに、所定周期または、周波数掃引信号に同期した表示
同期信号を送出する。

く上記実施例の動作〉（第３〜４図） 次に、上記実施例の動作について説明する。

先づ、制御部２８によって第１の局部発振器１３の局発
周波数が２．５ＧＨｚに設定されると、ＬＰＦｌ　１に
入力された信号χｏ　　（ｔ＞のうち５００ＭＨｚ近傍
の信号が、第１のミクサ１２によって周波数変換され、
第１のＢＰＦｌ４を通過する。

第１のＢＰＦｌ　４を通過した信号は、第２の局部発振
器１６からの局発信号によって第２のミクサ１５で周波
数変換され、第２のＢＰＦＩ　７に入力される。

この第２のＢＰＦｌ　７の帯域幅は、予め制御部２８の
帯域切換信号によって、例えば中心周波数に対して±１
　ｋＨｚに設定されている。

したがって、入力信号χｏ　　（ｔ）のうち５００Ｍ　
ＨＺ±１ｋＨｚの信号成分がこの第２のＢＰＦ１７を通
過する。

例えば、第３図（ａ）に示すような出力信号χ（１）が
第２のＢＰＦｌ　７を通過すると、その出力信号χ（１
＞は、第３図（ｂ）に示すように、圧縮器１８によって
圧縮され、その出力Ａ（χ（ｔ））は、ＡＤ変換器１９
に送出される。

ＡＤ変換器１９に入力された圧縮器＠Ａ（χ（ｔ））は
、第３図（Ｃ）に示すように、所定の周期で標本化され
、この標本値Ａ（χ（ｔｌ））、Ａ（χ（ｔｚ＞）、・
・・・・・は、それぞれ８ビツトのディジタル信号Ｘ（
ｔｌ）、Ｘ（ｔｚ）、・・・・・・に変換され、順次デ
ィジタル伸長器２０に出力される。

ディジタル伸長器２０に入力されたディジタル信号Ｘ　
（ｔ＋　）、Ｘ　（ｔｔ）、・・・・・・は、それぞれ
、Ｂ　（Ｘ　（ｔｔ　＞　）、Ｂ　（Ｘ　（ｔｔ））、
””ｌｃティジタル伸長され、ディジタル演算器２１に
順次出力される。

ここで、ディジタル演算器２１の演算モードがダイレク
トモードに選択され、表示制御部２６には、制御部２８
から所定周期の表示同期信号が入力されている場合、ブ
ラウン管２７のＸ軸は時間軸として掃引され、ディジタ
ル演算器２１からの粋出値ＢＯＸ（ｔｔ　））、Ｂ（Ｘ
（ｔｚ　））、・・・・・・は、この算出値に対応する
Ｙ軸方向の距離を示す点として、ブラウン管２７の表示
画面に順次プロットされ、第３図（ｄ）に示すような信
号が表示される。これは、第２のＢＰＦｌ　７を通過し
た信号成分の波形を示している。

次に、ディジタル演算器２１の演算モードが制御部２８
によって、平均検波モード２３に切換えられた場合、デ
ィジタル伸長器２０から入力される信Ｍｅ　（Ｘ　（ｔ
ｔ　）　）、Ｂ　（Ｘ　（ｔｚ　）　）・・・・・・の
絶対値の相加平均演算、即ち おける所定の標本化回数Ｎ毎に順次出力されることにな
る。

ここで、上記同様に表示υ１＠部２６によって、ブラウ
ン管２７のＹ軸が時間軸として所定周期で掃引されてい
る場合、ブラウン管２７の表示画面には、ディジタル演
算器２１からの算出値Ｐｎが順次プロットされる。

これは、第４図に示すように、入力信号χ０（１）のう
ちの５００ＭＨｚ±１ｋＨ２１７）信号成分χ（１）の
平均検波出力を示すものであり、この口出１ａ　Ｐ　ｎ
の変化は、この信号の振幅変動、即ち、被変調波形を示
している。

同様にして、ディジタル演算器２１の演算モードが制御
部２８によって実効値モード２４に切換えられると、デ
ィジタル伸長器２０からのディジタル信号Ｂ（Ｘ（ｔｌ
））、Ｂ（Ｘ（ｔｚ））、・・・・・・の実効値演算、
即ち 本化回数Ｎ毎に順次表示＆ＩＪ御部２６に出力され、第
４図に示すように入力信号χｏ　　（ｔ）の５００ＭＨ
２±ＩＫＨｚの信号成分の実効値波形として表示される
。

また、ディジタル演算器２１の演算モードがピーク値モ
ード２５に切換えられると、ディジタル伸長器２０から
のディジタル信号Ｂ（Ｘ（ｔｓ））、Ｂ（Ｘ（ｔｚ））
、・・・・・・の絶対値の所定の標本化回数Ｎ毎の最大
値即ち ＩＢ　　（Ｘ　　（ｊｋ−Ｎ＋、）］１、・ＩＢ　　ｔ
ｘ　　（ｔｎ　　＞　　市が算出され、順次表示制御部
２６に出力され、第４図に示すように、入力信号χｏ　
　（ｔ）の５００ＭＨｚ±ＩＫＨｚの信号成分の包絡線
検波波形として表示される。

ここで、例えば制御部２８によって、第２のＢＰＦｌ　
７の通過帯域幅が１００Ｈ２に設定され、ディジタル演
算器２１の演算モードが実効値モードに切換えられてい
るとき、第１の局部発振器１３の局発周波数数が制御部
２８の周波数掃引信号によって、２．４ＧＨｚから２．
６ＧＨ２の範囲を１００　ｔ−１ｚステップで、ＡＤ変
換器１９における所定の標本化回数Ｎ毎に順次掃引され
、この周波数掃引に同期する表示掃引信号が制御部２８
から表示部２６に送出されると、ディジタル演算器２１
では、入力信号χｏ　　（ｔ）のうち４００ＭＨ２から
６００ＭＨｚの信号成分の１００Ｈ２毎の効値演算がな
され、順次出力される。

また、制御部２８からの表示掃引信号によって、ブラウ
ン管２７のＹ軸は、周波数軸として、順次掃引されるた
め、ブラウン管２７には、第５図に示すように４００Ｍ
Ｈｚから６００ＭＨｚまでの実効値レベルのスペクトラ
ム特性が表示される。

ここで、例えばディジタル演算器２１において平均検波
モードあるいは、実効値モードによる検波を行なってい
る場合に、入力信号にインパルス性のノイズが含まれて
いると、そのノイズによる検波出力は、その演算周期内
（即ち、所定の標本化回数Ｎが行なわれる時間）に平均
化（１／Ｎまたは１／Ｆ■に平均化）され出力される。

なお、このスペクトラム特性は、Ｙ軸がリニア表示され
ることになるが、ディジタル演ｉ器２１において、順次
算出される実効１１ＩＩＲｎと基準値ＲＯとの比の対数
演算、即ち２０１０（＋　　（Ｒｎ　／Ｒｏ　）を行な
い、これを表示制御部２６に出力すれば、ブラウン管２
７には、このスペクトラム特性が対数表示（デシベル表
示）されることになる。

く本発明の他の実施例〉（第６〜７図）なお、上記実施
例では、第１の局部発振器１３のみを掃引制御していた
が、第２の局部発振器１６も掃引可能に形成しておき、
特定の周波数の近傍のスペクトラムを分析する場合には
、第１の局部発振器１３０局波数を固定とし、第２の局
部発振器１６の局発周波数を細かくステップ掃引させる
ようにしてもよい。

また、上記実施例では、２つの局発信号によって入力信
号を周波数変換していたが、第６図に示すように、さら
に第３のＢＰＦ３０、第３のミクサ３１および第３の局
部発振器３２を設けて、第２のＢＰＦ１７の通過帯域の
中心周波数を低くすることもできる。また逆に、入力信
号の分析帯域の上限周波数が低い場合は、第６図の点線
で示すように、１回の周波数変換のみで、信号の分析を
行なうように構成することも可能である。

また、上記実施例では、圧縮器１８の圧縮特性を対数圧
縮としていたが、この特性は上記実施例に限定されるも
のではなく、他の圧縮特性、例えば電話回線等に使用さ
れているへ法則やμ法則に従がう特性を用いてもよいし
、折れ線特性の圧縮器を用いてもよい。この場合、ディ
ジタル伸長器２０の伸長特性は、圧縮器の圧縮特性に対
応するものを用いることになる。

また、上記実施例では、ディジタル演算器２１によって
口出された各種の特性値を、連続した波形として表示す
るようにしていたが、この波形とともに算出値を数値表
示するようにしてもよい。

さらに、このディジタル演算器２１の演算モードは、上
記実施例に限定されるものではなく、例えば、上記実施
例のＬＰＦｌｌから第１および第２の局部発振器１３．
１６を含むディジタル伸長器２０までの信号経路を１チ
ヤンネルとし、第７図に示すように、２チヤンネル化さ
れた信号分析装置を構成した場合の、各入力信号の位相
差や、相関等の各種演算をディジタル演算器２１′によ
って行なうことも可能である。

さらに、多チャンネル化された信号分析装置についても
、本発明は、全く同様に適用できる。

〈本発明の効果〉 本発明の信号分析ｉ置は、上記説明のように構成されて
いるため、検波特性にバラツキがあり温度依存性のある
検波用のダイオードを不要とし、その動作点の設定とい
う煩雑な作業をせずに、安定した検波特性を得ることが
できる。

また、インパルス性の入力Ｍａｒに対して、その検波出
力は、所定の周期内に平均化されてしまうため、表示の
ふらつきがなく信号の分析を高精度に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は一実施例の要部を示すブロック図である。 第３図（ａ）から第３図（ｄ）、第４図および第５図は
、一実施例の動作を示す信号波形図である。 第６図および第７図は、本発明の他の実施例を示すブロ
ック図、第８図は、従来装置を示すブロック図である。 １０・・・・・・周波数変換部、１７・・・・・・第２
のＢＰＦ。 １８・・・・・・圧縮器、１９・・・・・・ＡＤ変換器
、２０・・・・・・ディジタル伸長器、２１・・・・・
・ディジタル演算器。 代理人　　弁理士　　早　川　誠　志 第７図 第８図 手続？１１】正門 昭和６２年１１月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号を周波数の可変可能な局発信号によつて周波数
   変換して出力する周波数変換部と、該周波数変換部の出
   力信号を受けて所定の周波数成分を通過させる帯域通過
   フィルタと、 該帯域通過フィルタを通過した信号のレベルを所定の圧
   縮特性に基づいて圧縮し、該圧縮された信号を出力する
   圧縮器と、 該圧縮器からの圧縮信号を、所定周期で標本化し、該標
   本化された信号をそれぞれディジタル信号に変換して出
   力するアナログ−ディジタル変換器と、 該ディジタル−アナログ変換器からのディジタル信号を
   、前記圧縮器の圧縮特性に対応する伸長特性に基づいて
   、ディジタル伸長し、該伸長された信号を出力するディ
   ジタル伸長器と、 該ディジタル伸長器からの信号に基づいて、ディジタル
   演算を行ない、入力信号の特性値を算出するディジタル
   演算器とを備えたことを特徴とする信号分析装置。