特開 2018-80931 測定装置及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-80931(P2018-80931A)

(43)【公開日】2018年5月24日

(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 23/173 20060101AFI20180420BHJP

   G01R 13/20 20060101ALI20180420BHJP

【ＦＩ】

   G01R23/173 A

   G01R13/20 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-221577(P2016-221577)

(22)【出願日】2016年11月14日

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】岸 裕司

(72)【発明者】

【氏名】大谷 暢

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】スペクトラムアナライザ１０は、被測定信号を周波数変換するミキサ１２と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ１９と、ミキサ１２とＡＤＣ１９との間に設けられたミキサルート２５及び分周器ルート２６と、ミキサルート２５及び分周器ルート２６のいずれか一方を選択する切替スイッチ１３及び１８と、ミキサルート２５においてミキサ１２の出力信号を周波数変換するミキサ１５と、分周器ルート２６においてミキサ１２の出力信号を所定の分周比に分周する分周器１７と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定信号を周波数変換する第１の周波数変換手段（１２）と、
アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換手段（１９）と、
前記第１の周波数変換手段と前記信号変換手段との間に設けられた第１及び第２の経路（２５、２６）と、
前記第１及び前記第２の経路のいずれか一方を選択する経路選択手段（１３、１８）と、
前記第１の経路において前記第１の周波数変換手段の出力信号を周波数変換する第２の周波数変換手段（１５）と、
前記第２の経路において前記第１の周波数変換手段の出力信号を所定の分周比に分周する分周手段（１７）と、
を備えたことを特徴とする測定装置（１０）。

【請求項2】

前記経路選択手段は、前記被測定信号の振幅情報を要しない測定において前記第２の経路を選択するものであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記第１の周波数変換手段は、周波数が時間とともに連続的に変化する信号を前記被測定信号として周波数変換するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

請求項１に記載の測定装置（１０）を用いた測定方法であって、
前記第１の周波数変換手段により被測定信号を周波数変換する第１の周波数変換ステップ（Ｓ１３、Ｓ１６）と、
前記信号変換手段によりアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換ステップ（Ｓ１８）と、
前記経路選択手段により前記第１及び前記第２の経路のいずれか一方を選択する経路選択ステップ（Ｓ１２、Ｓ１５）と、
前記第２の周波数変換手段により前記第１の経路において前記第１の周波数変換ステップの出力信号を周波数変換する第２の周波数変換ステップ（Ｓ１７）と、
前記分周手段により前記第２の経路において前記第１の周波数変換ステップの出力信号を所定の分周比に分周する分周ステップ（Ｓ１４）と、
を含むことを特徴とする測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広帯域の信号を測定可能な測定装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ミリ波帯の電波を用いて、例えば車間距離を高い精度で測定するミリ波レーダが知られている。近年、既に実用化されている７７ＧＨｚ帯レーダに比べて高分解能で広角検知を可能にする７９ＧＨｚ帯レーダの開発が進められている。７９ＧＨｚ帯レーダのうち、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave ）方式が採用されたものには、最大４ＧＨｚという広帯域の周波数帯域幅を有するチャープ信号が用いられる。

【0003】

従来、この種の広帯域なチャープ信号を取り込んで測定するために、広帯域のオシロスコープをスペクトラムアナライザに接続して測定する手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】「Infiniium Oscilloscopes Used for Wideband RF Measurements」、［online］、Keysight Technologies、［平成２８年１０月２０日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.keysight.com/main/redirector.jspx?action=ref&cname=EDITORIAL&ckey=2753752&lc=eng&cc=US&nfr=-11143.0.00〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の測定装置では、スペクトラムアナライザとオシロスコープとが組み合わされて構成されているので、複雑な測定系となって測定が煩雑になるという課題があった。

【0006】

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の請求項１に係る測定装置は、被測定信号を周波数変換する第１の周波数変換手段（１２）と、アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換手段（１９）と、前記第１の周波数変換手段と前記信号変換手段との間に設けられた第１及び第２の経路（２５、２６）と、前記第１及び前記第２の経路のいずれか一方を選択する経路選択手段（１３、１８）と、前記第１の経路において前記第１の周波数変換手段の出力信号を周波数変換する第２の周波数変換手段（１５）と、前記第２の経路において前記第１の周波数変換手段の出力信号を所定の分周比に分周する分周手段（１７）と、を備えた構成を有している。

【0008】

この構成により、本発明の請求項１に係る測定装置は、第２の周波数変換手段を経由する第１の経路と、分周手段を経由する第２の経路とのいずれか一方を選択可能であって、第２の経路を選択した場合には、分周手段を用いて信号変換手段の見かけの周波数帯域幅を拡張することにより、広帯域の信号を測定することが可能となる。

【0009】

したがって、本発明の請求項１に係る測定装置は、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる。

【0010】

本発明の請求項２に係る測定装置は、前記経路選択手段は、前記被測定信号の振幅情報を要しない測定において前記第２の経路を選択するものである構成を有している。

【0011】

この構成により、本発明の請求項２に係る測定装置は、被測定信号の振幅情報を要しない測定において、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる。

【0012】

本発明の請求項３に係る測定装置は、前記第１の周波数変換手段は、周波数が時間とともに連続的に変化する信号を前記被測定信号として周波数変換するものである構成を有している。

【0013】

この構成により、本発明の請求項３に係る測定装置は、周波数が時間とともに連続的に変化する信号に対し、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる。

【0014】

本発明の請求項４に係る測定方法は、請求項１に記載の測定装置（１０）を用いた測定方法であって、前記第１の周波数変換手段により被測定信号を周波数変換する第１の周波数変換ステップ（Ｓ１３、Ｓ１６）と、前記信号変換手段によりアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換ステップ（Ｓ１８）と、前記経路選択手段により前記第１及び前記第２の経路のいずれか一方を選択する経路選択ステップ（Ｓ１２、Ｓ１５）と、前記第２の周波数変換手段により前記第１の経路において前記第１の周波数変換ステップの出力信号を周波数変換する第２の周波数変換ステップ（Ｓ１７）と、前記分周手段により前記第２の経路において前記第１の周波数変換ステップの出力信号を所定の分周比に分周する分周ステップ（Ｓ１４）と、を含む構成を有している。

【0015】

この構成により、本発明の請求項４に係る測定方法は、第２の周波数変換手段を経由する第１の経路と、分周手段を経由する第２の経路とのいずれか一方を選択可能であって、第２の経路を選択した場合には、分周ステップにおいて信号変換手段の見かけの周波数帯域幅を拡張することにより、広帯域の信号を測定することが可能となる。

【0016】

したがって、本発明の請求項４に係る測定方法は、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明は、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができるという効果を有する測定装置及び測定方法を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態におけるスペクトラムアナライザのブロック構成図である。

【図2】本発明の一実施形態におけるＦＭＣＷ方式の送信信号における周波数リニアリティの説明図である。

【図3】本発明の一実施形態において切替スイッチによって分周器ルートが選択された場合の主要な構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態における分周器の入力周波数及び出力周波数の一例を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態におけるスペクトラムアナライザのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る測定装置をスペクトラムアナライザに適用した例を挙げて説明する。

【0020】

まず、本発明の一実施形態におけるスペクトラムアナライザの構成について説明する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０は、ＤＵＴ（被測定装置）１の出力信号の特性を測定するものである。

【0022】

本実施形態において、ＤＵＴ１は、例えば、車両に搭載されるＦＭＣＷ方式のレーダ装置に用いられ、４ＧＨｚの周波数帯域幅を有するチャープ信号を被測定信号として出力可能な装置である。以下、スペクトラムアナライザ１０がこのチャープ信号を測定する例を挙げて説明する。

【0023】

スペクトラムアナライザ１０は、局部発振器１１、ミキサ１２、切替スイッチ１３、局部発振器１４、ミキサ１５、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１６、分周器１７、切替スイッチ１８、ＡＤＣ（アナログ−デジタルコンバータ）１９、測定部２０、表示部２１、操作部２２、制御部２３を備えている。

【0024】

局部発振器１１は、所定周波数の局部発振信号を生成してミキサ１２に出力するようになっている。

【0025】

ミキサ１２は、ＤＵＴ１が出力する被測定信号を所定のＩＦ（中間周波数）信号に周波数変換するものである。具体的には、ミキサ１２は、ＤＵＴ１が出力する被測定信号と、局部発振器１１が発生した局部発振信号とを混合してＩＦ信号に周波数変換し、周波数変換したＩＦ信号を切替スイッチ１３に出力するようになっている。このミキサ１２は、例えば導波管ミキサで構成され、第１の周波数変換手段の一例である。

【0026】

切替スイッチ１３は、切替スイッチ１８ともに、制御部２３からの制御信号に従って、ミキサ１５及びＢＰＦ１６を経由するルート（以下、「ミキサルート２５」という）と、分周器１７を経由するルート（以下、「分周器ルート２６」という）とを切り替えるようになっている。なお、ミキサルート２５及び分周器ルート２６は、ぞれぞれ、第１及び第２の経路の一例である。また、切替スイッチ１３及び１８は、経路選択手段の一例である。

【0027】

局部発振器１４は、所定周波数の局部発振信号を生成してミキサ１５に出力するようになっている。

【0028】

ミキサ１５は、切替スイッチ１３の出力信号、すなわちミキサ１２の出力信号を所定のＩＦ信号に周波数変換するものである。具体的には、ミキサ１５は、ミキサ１２の出力するＩＦ信号（例えば１８７５ＭＨｚ）と、局部発振器１４が発生した局部発振信号（例えば１８００ＭＨｚ）とを混合してＩＦ信号（例えば７５ＭＨｚ）に周波数変換し、周波数変換したＩＦ信号をＢＰＦ１６に出力するようになっている。このミキサ１５は、第２の周波数変換手段の一例である。

【0029】

ＢＰＦ１６は、ミキサ１５の出力信号のフィルタリングを行って、予め定められた周波数領域の信号を取り出して切替スイッチ１８に出力するようになっている。

【0030】

分周器１７は、切替スイッチ１３の出力信号、すなわちミキサ１２の出力信号を所定の分周比に分周して切替スイッチ１８に出力するようになっている。この分周器１７は、分周手段の一例である。なお、本実施形態では、分周器１７は、入力信号の周波数を１／３２分周するものとする。

【0031】

ＡＤＣ１９は、切替スイッチ１８から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。このＡＤＣ１９は、信号変換手段の一例である。

【0032】

測定部２０は、ＡＤＣ１９の出力信号を記憶する波形メモリを備え、記憶した信号に対して所定の測定を行うようになっている。例えば、測定部２０は、ＤＵＴ１が出力するチャープ信号に対して、周波数リニアリティ（線形性）、振幅フラットネス、位相雑音、振幅雑音、スプリアス、占有周波数帯幅（Occupied frequency Band Width : OBW）等を測定するものである。これらのチャープ信号の測定項目のうち、周波数リニアリティの測定においては、位相情報（周波数情報）のみが必要であり、振幅情報は不要である。

【0033】

表示部２１は、測定部２０の測定結果や測定条件等を表示するようになっている。

【0034】

操作部２２は、被測定信号を測定する測定項目や測定条件、判定条件等を設定するためユーザが操作するものである。

【0035】

制御部２３は、操作部２２によって入力された各種情報をスペクトラムアナライザ１０の各部に設定するようになっている。

【0036】

また、制御部２３は、操作部２２によって設定された測定項目について、被測定信号の振幅情報が必要か否かを判断するようになっている。例えば、前述のチャープ信号の測定項目では、振幅フラットネス、位相雑音、振幅雑音、スプリアス、占有周波数帯幅の測定については振幅情報は必要、周波数リニアリティの測定ついては振幅情報は不要という情報がメモリ（図示省略）に予め記憶されており、制御部２３は、この記憶された情報に基づいて、操作部２２によって設定された測定項目について、被測定信号の振幅情報が必要か否かを判断するものである。

【0037】

次に、チャープ信号の周波数リニアリティの測定について図２を用いて説明する。図２は、ＦＭＣＷ方式の送信信号（チャープ信号）における周波数リニアリティを説明するための模式図である。図２において、横軸を時間軸、縦軸を周波数軸とし、理想的な送信信号３１（破線）と、測定対象の送信信号３２（実線）とを示している。送信信号３１、３２は、周波数が時間とともに連続的に変化する信号（チャープ信号）であって、４ＧＨｚの周波数帯域幅を有している。

【0038】

ＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、図２に破線で示すような周波数変調された送信信号が、ミリ波帯のレーダ波として放射される。そして、そのレーダ波が物標に反射して戻ってきた反射波が受信アンテナで受信され、その受信信号と送信信号とを用いて、物標との距離や物標の相対速度などの物標に関する物標情報が検出されるようになっている。

【0039】

したがって、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置において物標情報を高精度で検出するためには、送信信号における周波数リニアリティが高いほど望ましいので、測定対象の送信信号３２の周波数リニアリティを測定するようになっている。

【0040】

次に、本実施形態における分周器１７の機能について図３及び図４を用いて説明する。図３は、切替スイッチ１３及び１８によって分周器ルート２６が選択された場合の主要な構成を示している。図４は、分周器１７の入力周波数及び出力周波数の一例を示す図である。なお、分周器ルート２６が選択される場合としては、被測定信号の位相情報（周波数情報）のみが必要で振幅情報が不要である測定、例えばチャープ信号の周波数リニアリティの測定を行う場合である。

【0041】

図３に示すように、本実施形態における分周器１７は、ミキサ１２からＩＦ信号を入力し、入力したＩＦ信号の周波数を１／３２分周してＡＤＣ１９に出力するようになっている。

【0042】

ミキサ１２は、ＤＵＴ１から７８．２ＧＨｚ〜８２．２ＧＨｚの被測定信号を入力するものとする。また、ミキサ１２は、局部発振器１１から７７ＧＨｚの局部発振周波数の信号を入力するものとする。この構成では、ミキサ１２からは、１．２ＧＨｚ〜５．２ＧＨｚ（中心周波数３．２ＧＨｚ）の被測定信号が出力される。

【0043】

ＡＤＣ１９は、１２５ＭＨｚの周波数帯域幅を有し、４００ＭＨｚのサンプリングが可能である。

【0044】

この構成において、分周器１７が入出力可能な周波数は図４に示すようになる。すなわち、分周器１７が入力するＩＦ信号の入力周波数としては、１．２ＧＨｚ〜５．２ＧＨｚ（中心周波数３．２ＧＨｚ）であって、周波数帯域幅は４ＧＨｚである。

【0045】

分周器１７は入力したＩＦ信号の周波数を１／３２分周するので、分周器１７が出力するＩＦ信号の出力周波数としては、図４に示すように、３７．５ＭＨｚ〜１６２．５ＭＨｚ（中心周波数１００ＭＨｚ）であって、周波数帯域幅は１２５ＭＨｚである。

【0046】

したがって、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０は、分周器ルート２６が選択された場合には、ＡＤＣ１９の周波数帯域幅１２５ＭＨｚを４０００ＭＨｚ（４ＧＨｚ）に見かけ上拡張させることができる。

【0047】

しかも、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０は、分周器ルート２６において分周器１７で分周する構成であるので、位相情報を失うことはない。

【0048】

さらに、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０は、ＩＦ信号をより低い周波数に変換するため、ダウンコンバート処理を行わずに分周器１７を用いる構成を有するので、ダウンコンバート処理で発生する不要信号であるイメージ信号による問題も生じない。

【0049】

次に、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０の動作について図５を用いて説明する。

【0050】

制御部２３は、操作部２２によって設定された測定項目について、被測定信号の振幅情報が必要か否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２３は、例えば、操作部２２によって設定された測定項目が周波数リニアリティである場合には振幅情報が不要と判断し、振幅フラットネス、位相雑音、振幅雑音、スプリアス、占有周波数帯幅である場合には振幅情報が必要と判断する。

【0051】

ステップＳ１１において、制御部２３は、振幅情報が不要と判断した場合（Ｎｏ）には、切替スイッチ１３及び１８を制御して分周器ルート２６を選択する（ステップＳ１２）。

【0052】

ミキサ１２は、ＤＵＴ１が出力する被測定信号と、局部発振器１１が発生した局部発振信号とを混合して所定の第１の周波数のＩＦ信号に周波数変換し（ステップＳ１３）、周波数変換したＩＦ信号を切替スイッチ１３に出力する。

【0053】

分周器１７は、切替スイッチ１３から入力したＩＦ信号を所定の分周比（本実施形態では１／３２）に分周し（ステップＳ１４）、分周したＩＦ信号を切替スイッチ１８経由でＡＤＣ１９に出力する。

【0054】

一方、ステップＳ１１において、制御部２３は、振幅情報が必要と判断した場合（Ｙｅｓ）には、切替スイッチ１３及び１８を制御してミキサルート２５を選択する（ステップＳ１５）。

【0055】

ミキサ１２は、ＤＵＴ１が出力する被測定信号と、局部発振器１１が発生した局部発振信号とを混合してＩＦ信号に周波数変換し（ステップＳ１６）、周波数変換したＩＦ信号を切替スイッチ１３経由でミキサ１５に出力する。

【0056】

ミキサ１５は、ミキサ１２からのＩＦ信号と、局部発振器１４が発生した局部発振信号とを混合して所定の第２の周波数のＩＦ信号に周波数変換し（ステップＳ１７）、周波数変換したＩＦ信号をＢＰＦ１６に出力する。ＢＰＦ１６は、ミキサ１５の出力信号のフィルタリングを行って、予め定められた周波数領域の信号を取り出し、切替スイッチ１８を介してＡＤＣ１９に出力する。

【0057】

ＡＤＣ１９は、ミキサルート２５又は分周器ルート２６からのＩＦ信号をアナログ値からデジタル値に変換する（ステップＳ１８）。

【0058】

測定部２０は、操作部２２によって設定された測定項目について、ＡＤＣ１９からのデジタル値の信号を測定する（ステップＳ１９）。

【0059】

表示部２１は、測定部２０の測定結果を表示する（ステップＳ２０）。

【0060】

以上のように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１０は、ミキサ１５を経由するミキサルート２５と、分周器１７を経由する分周器ルート２６とのいずれか一方を選択可能であって、分周器ルート２６を選択した場合には、位相情報を失うことなく見かけの周波数帯域幅を拡張することができるので、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができる。

【産業上の利用可能性】

【0061】

以上のように、本発明に係る測定装置及び測定方法は、簡易な構成で広帯域の信号を測定することができるという効果を有し、広帯域の信号を測定可能な測定装置及び測定方法として有用である。

【符号の説明】

【0062】

１ ＤＵＴ（被測定装置）
１０ スペクトラムアナライザ（測定装置）
１２ ミキサ（第１の周波数変換手段）
１３、１８ 切替スイッチ（経路選択手段）
１５ ミキサ（第２の周波数変換手段）
１７ 分周器（分周手段）
１９ ＡＤＣ（信号変換手段）
２５ ミキサルート（第１の経路）
２６ 分周器ルート（第２の経路）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】