特開 2019-191344 位相特性校正装置及び位相特性校正方法

(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2019-191344(P2019-191344A)

(43)【公開日】2019年10月31日

(54)【発明の名称】位相特性校正装置及び位相特性校正方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20191004BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/01 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2018-83203(P2018-83203)

(22)【出願日】2018年4月24日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100140501

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 栄一郎

(72)【発明者】

【氏名】森 隆

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA05

2K102AA21

2K102BA01

2K102BA19

2K102BB03

2K102BB04

2K102BC01

2K102BC04

2K102BD09

2K102DA04

2K102DA06

2K102DB04

2K102DD05

2K102EA02

2K102EA22

2K102EB01

2K102EB20

(57)【要約】

【課題】ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができる安価な位相特性校正装置を提供する。
【解決手段】周波数の異なる３波以上の連続波からなる校正信号Ｅ_ｒを生成する校正信号生成部２０と、周波数の異なる３波以上の連続光からなる第１の光と、第１の光とは周波数が異なる連続光である第２の光とが合成された局発光Ｐ_Ｌを発生する局発光発生部１０と、局発光を用いて電気光学結晶により校正信号を周波数変換して中間周波信号Ｅ_ＩＦを出力する電気光学周波数変換部３０と、校正信号を電気光学周波数変換部に与えて得られる位相差特性と、校正信号をミリ波帯信号測定回路に与えて得られる位相差特性とに基づいて該測定回路の位相特性を校正する校正処理部４０とを備える。中間周波信号Ｅ_ＩＦの３波以上の連続波の周波数間隔が校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定回路（５０）の位相特性を校正する位相特性校正装置（１）であって、
互いに異なる周波数の３波以上の連続波が合成された校正信号（Ｅ_ｒ）を生成する生成部（２０）と、
互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光と、前記第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光とが合成された局発光（Ｐ_Ｌ）を発生する発生部（１０）と、
前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された中間周波信号（Ｅ_ＩＦ）を出力する周波数変換部（３０）と、
前記校正信号の３波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更部（７０）と、
前記周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第１の光と前記第２の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第１の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更部による周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第２の位相差特性を取得し、取得した前記第１及び第２の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正部（４０）と、
を備え、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔と、前記第１の光の３波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする位相特性校正装置。

【請求項2】

前記発生部（１０）は、第１の連続波信号を発生する第１のＣＷ信号発生器（１１）と、前記第１の連続波信号の周波数の間隔で複数の光スペクトル成分を有する光コムを発生する光コム発生器（１２）と、前記光コム発生器からの出力光を２つに分岐する光分岐器（１３）と、前記光分岐器の一方及び他方の出力光から互いに異なる光スペクトル成分をそれぞれ抽出する第１の光バンドパスフィルタ（１４）及び第２の光バンドパスフィルタ（１５）と、第２の連続波信号を発生する第２のＣＷ信号発生器（１６）と、前記第２の光バンドパスフィルタの出力光に対して前記第２の連続波信号で振幅変調又は位相変調をかけて前記第２の連続波信号の周波数の間隔で複数の側帯波を発生させる光変調器（１７）と、前記第１の光バンドパスフィルタの出力光と前記光変調器の出力光とを合波する光合波器（１８）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の位相特性校正装置。

【請求項3】

前記第１のＣＷ信号発生器、前記第２のＣＷ信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第１の連続波信号、前記第２の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする請求項２に記載の位相特性校正装置。

【請求項4】

前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の３波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第２中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された第２中間周波信号（Ｅ_ＩＦ２）を出力する第２周波数変換部（６０）を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第２周波数変換部から出力される前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の位相特性校正装置。

【請求項5】

前記第２周波数変換部は、前記第２中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器（６０Ａ）であることを特徴とする請求項４に記載の位相特性校正装置。

【請求項6】

前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の３波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第２中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された第２中間周波信号（Ｅ_ＩＦ２）を出力する第２周波数変換部（６０）を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第２周波数変換部から出力される前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の位相特性校正装置。

【請求項7】

前記第２周波数変換部は、前記第２中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器（６０Ａ）であることを特徴とする請求項６に記載の位相特性校正装置。

【請求項8】

前記第１のＣＷ信号発生器、前記第２のＣＷ信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第１の連続波信号、前記第２の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記第２周波数変換部は、前記基準周波数に同期した局発信号に基づいて周波数変換を行ない、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項に記載の位相特性校正装置。

【請求項9】

測定回路（５０）の位相特性を校正する位相特性校正方法であって、
互いに異なる周波数の３波以上の連続波が合成された校正信号（Ｅ_ｒ）を生成する生成ステップと、
互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光と、前記第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光とが合成された局発光（Ｐ_Ｌ）を発生する発生ステップと、
前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された中間周波信号（Ｅ_ＩＦ）を出力する周波数変換ステップと、
前記校正信号の３波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更ステップと、
前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第１の光と前記第２の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第１の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第２の位相差特性を取得し、取得した前記第１及び第２の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正ステップと、
を備え、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔と、前記第１の光の３波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする位相特性校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位相特性校正装置及び位相特性校正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信の伝送速度を向上させるために、従来よりもキャリア周波数が高いミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯において、広帯域の変調信号を使用する通信方式が検討されている。以下の説明では、ミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯などを総称してミリ波帯という。

【0003】

周波数利用効率の高い多値直交振幅変調方式では、小さな位相誤差が伝送特性の劣化をもたらすため、広帯域変調信号の位相誤差を精度良く測定することが求められている。一般に、ミリ波帯で使用される広帯域信号測定回路では、同測定回路内の周波数変換部の位相特性が無視できないため、広帯域信号測定回路の位相特性を校正することが重要となる。

【0004】

図１０は、関連技術として位相特性校正システムの構成例１を示す（例えば、非特許文献１参照）。この位相特性校正システム１００は、ミリ波帯信号測定部１５０の位相特性（位相の周波数特性）を校正するものであり、短パルス光源１１１と、光可変遅延器１１３と、同期処理部１１５と、校正信号生成部１２０と、電気光学周波数変換部１３０と、位相差算出部１４０とを備えている。

【0005】

短パルス光源１１１により所定の繰返し周波数で出力された短パルス光Ｐ_１０は、光分岐器１１２を介して光可変遅延器１１３に送られ、光可変遅延器１１３で遅延されて電気光学周波数変換部１３０の偏波分離器１３２に送られる。光可変遅延器１１３は、ミラー１１３ａの位置を機械的に移動させることにより光の遅延時間を変えるようになっている。

【0006】

一方、校正信号生成部１２０では、中間周波信号発生器１２１により発生された中間周波信号と、局発信号発生器１２２により発生されたＣＷ（Continuous Wave）の局発信号とが、周波数変換器１２３に入力され、中間周波信号がミリ波帯に周波数変換（アップコンバート）されて校正信号Ｅ_ｒとしてホーンアンテナ１２４から電気光学結晶１３１に出力される。その際、中間周波信号と局発信号は、同期処理部１１５により、短パルス光源１１１の繰返し周波数に同期され、これにより、短パルス光源１１１の繰返し周波数に同期したミリ波帯の校正信号Ｅ_ｒが得られる。

【0007】

具体的には、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を用いて、短パルス光源１１１の繰返し周波数の整数倍のサンプリングクロックを中間周波信号発生器１２１のＤ／Ａ変換器に与えると共に、局発信号の周波数が短パルス光源１１１の繰返し周波数の整数倍になるように局発信号発生器１２２の基準周波数を制御する。中間周波信号の周波数が短パルス光源１１１の繰返し周波数の整数倍になるようにＤ／Ａ変換器に与えるディジタルデータの周期を適切に設定することにより、校正信号の周波数が短パルス光源１１１の繰返し周波数の整数倍、即ち短パルス光源１１１の繰返し周期が校正信号の周期の整数倍となる。

【0008】

電気光学周波数変換部１３０では、校正信号Ｅ_ｒの電界が電気光学結晶１３１に印加されると共に、光可変遅延器１１３からの短パルス光Ｐ_１１が偏波分離器１３２を介して電気光学結晶１３１に入力され、電気光学結晶１３１の先端で反射した短パルス光が偏波分離器１３２を介して受光器１３３に入力される（例えば、非特許文献２参照）。具体的には、電気光学結晶１３１に電界が印加されると電気光学効果によって電気光学結晶１３１からの反射光の偏波が変化し、偏波分離器１３２と受光器１３３によって反射光の偏波の変化を検出するようになっている。

【0009】

受光器１３３から出力される電気信号は、電気光学結晶１３１に印加される電界に比例すると共に電気光学結晶１３１からの反射光の光パワーにも比例する。従って、校正信号Ｅ_ｒの電界と短パルス光Ｐ_１１の光パワーの積に比例した電気信号が出力され、低速の受光器１３３は低周波成分のみを検出するため、電気光学周波数変換部１３０は、ミリ波帯の校正信号Ｅ_ｒを低周波の電気信号Ｅ_１０に周波数変換（ダウンコンバート）するミキサと同様の機能を有する。

【0010】

短パルス光Ｐ_１１のパルス幅を校正信号Ｅ_ｒの最大周波数の逆数よりも十分短くすると、電気光学周波数変換部１３０から出力される電気信号Ｅ_１０は、校正信号Ｅ_ｒを短パルス光Ｐ_１１の繰返し周期でサンプリングしたものになる。短パルス光源１１１の繰返し周期が校正信号Ｅ_ｒの周期の整数倍であるため、校正信号Ｅ_ｒの繰返し波形の特定の点を繰返しサンプリングすることになる。光可変遅延器１１３の遅延時間を変えることにより、校正信号Ｅ_ｒを短パルス光Ｐ_１１でサンプリングする時刻が変わるので、光可変遅延器１１３の遅延時間を変えながら電気光学周波数変換部１３０から出力される電気信号Ｅ_１０を記録すると、低速の受光器１３３でミリ波帯の校正信号Ｅ_ｒの時間波形を測定することができる。校正信号Ｅ_ｒの時間波形に対し、位相差算出部１４０においてフーリエ変換等の信号処理が行われることで、周波数領域に変換され、位相特性が算出される。

【0011】

ミリ波帯信号測定部１５０は、ＣＷの局発信号を発生する局発信号発生器１５２と、ミキサなどの周波数変換器１５１と、Ａ／Ｄ変換器などの中間周波信号測定器１５３と、位相補正器１５４とを備え、ミリ波帯の校正信号Ｅ_ｒ又は被測定信号を中間周波信号に周波数変換（ダウンコンバート）してディジタル信号に変換する。このディジタル信号を解析することによりエラーベクトル振幅（Error Vector Magnitude；ＥＶＭ）などの測定結果を得ることができる。

【0012】

校正信号生成部１２０で生成された校正信号Ｅ_ｒは、ミリ波帯信号測定部１５０に送られて周波数変換器１５１に入力されると共に、局発信号発生器１５２により生成されたＣＷの局発信号が周波数変換器１５１に入力される。校正信号Ｅ_ｒは、周波数変換器１５１により中間周波信号に周波数変換（ダウンコンバート）された後、中間周波信号測定器１５３によりディジタル信号に変換される。このディジタル信号に対し、位相差算出部１４０においてフーリエ変換等の信号処理が行われることで、周波数領域に変換され、位相特性が算出される。

【0013】

上述のようにして電気光学周波数変換部１３０により測定した校正信号の位相特性と、校正信号をミリ波帯信号測定部１５０に入力して中間周波信号測定器１５３から出力されるディジタル信号の位相特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部１５０自体が有する位相特性が算出され、位相補正値として位相補正器１５４に設定される。被測定信号をミリ波帯信号測定部１５０で測定する場合には、位相補正器１５４によりミリ波帯信号測定部１５０の位相特性が補正されて測定結果として出力される。

【0014】

次に、ミリ波帯信号測定部１５０の振幅及び位相の周波数特性を校正する方法をさらに詳しく説明する。校正信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＸ_ｃ（ｆ）、ミリ波帯信号測定部１５０の周波数特性（位相を含む複素数）をＧ（ｆ）、校正信号をミリ波帯信号測定部１５０に入力した時の中間周波信号測定器１５３からの出力信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＹ_ｃ（ｆ）とする。前述のように校正信号を電気光学周波数変換部１３０に入力して測定した校正信号の時間波形からＸ_ｃ（ｆ）が求まり、校正信号をミリ波帯信号測定部１５０に入力して周波数変換された中間周波信号の波形からＹ_ｃ（ｆ）が求まり、次式（１）よりＧ（ｆ）を求めることができる。

【0015】

【数1】

ここで、ｆ_ＬＯはミリ波帯信号測定部１５０の局発信号の周波数である。

【0016】

被測定信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＸ（ｆ）、被測定信号をミリ波帯信号測定部１５０に入力した時の中間周波信号測定器１５３からの出力信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＹ（ｆ）とすると、次式（２）よりミリ波帯信号測定部１５０の周波数特性が補正されたＸ（ｆ）を測定結果として求めることができる。

【0017】

【数2】

【0018】

図１１は、関連技術として別の位相特性校正システムの構成例２を示す（例えば、非特許文献３参照）。この位相特性校正システム２００は、上記構成例１の短パルス光源１１１及び光可変遅延器１１３の代わりに２トーン光源２１１が使用されている点、電気光学周波数変換部２３０において偏波分離器１３２の代わりに光サーキュレータ２３２等が使用されている点、及び校正信号生成部２２０に同期処理部１１５が接続されていない点を除いて、前述の位相特性校正システム１００の構成例１と同じである。

【0019】

次に、位相特性校正システム２００における周波数変換の原理を説明する。
図１２は、図１１の位相特性校正システム２００の動作をスペクトルにより示す説明図である。図１２（ａ）は、２トーン光源２１１から出力される出力光（２トーン光Ｐ_２０）の周波数成分を示し、図１２（ｂ）は、校正信号生成部２２０から出力される校正信号Ｅ_ｒの周波数成分を示し、図１２（ｃ）は、光サーキュレータ２３２から光バンドパスフィルタ２３３に入力される光信号Ｐ_２１の周波数成分を示し、図１２（ｄ）は、受光器２３４から出力される電気信号Ｅ_２０の周波数成分を示している。

【0020】

図１２（ａ）に示すように、２トーン光源２１１は、光周波数ｆ_１及びｆ_２の２つの光（２トーン光Ｐ_２０）を同一偏波で出力し、このとき２つの光周波数の差をｆ_Ｌ＝ｆ_２−ｆ_１とする。２トーン光源２１１から出力される２トーン光Ｐ_２０は、光サーキュレータ２３２を介して電気光学結晶２３１に入力され、電気光学結晶２３１で反射した光が光サーキュレータ２３２を介して光バンドパスフィルタ２３３に入力される。一方、図１２（ｂ）に示すように、校正信号生成部２２０では、キャリア周波数ｆ_ｃ、周波数間隔ｆ_ｍのマルチトーン信号である校正信号Ｅ_ｒが生成され、ホーンアンテナ２２４を介して電気光学結晶２３１に送られる。

【0021】

校正信号生成部２２０からのマルチトーン信号の電界を電気光学結晶２３１に印加すると、電気光学結晶２３１で反射した光信号Ｐ_２１には図１２（ｃ）に示すように、側帯波が発生する。２トーン光Ｐ_２０の光周波数差ｆ_Ｌと校正信号Ｅ_ｒのキャリア周波数ｆ_ｃの関係をｆ_Ｌ＝ｆ_ｃ＋ｆ_ＩＦとし、光周波数ｆ_２付近の光を光バンドパスフィルタ２３３で抽出して受光器２３４に入力すると、光周波数ｆ_２の光とｆ_２付近の側帯波との間のビートが発生し、図１２（ｄ）に示すように、中心周波数がｆ_ＩＦで周波数間隔がｆ_ｍの電気信号（中間周波信号Ｅ_２０）が得られる。

【0022】

ここで、周波数間隔ｆ_ｍの側帯波間のビートは無視しているが、ｆ_ＩＦとｆ_ｍの関係を適切に設定すると容易にバンドパスフィルタで側帯波間のビート成分を除去することができる。以上述べたようにして、キャリア周波数ｆ_ｃの校正信号Ｅ_ｒが、中心周波数がｆ_ＩＦの中間周波信号Ｅ_２０に周波数変換される。

【0023】

上記の周波数変換ではマルチトーン間の位相関係が保たれるため、中間周波数ｆ_ＩＦをＡ／Ｄ変換可能な周波数帯に設定し、位相差算出部２４０にて中間周波信号Ｅ_２０をＡ／Ｄ変換してマルチトーン間の位相差を算出することができる。そして、前述の関連技術の構成例１と同様に、校正信号を電気光学周波数変換部２３０に入力して測定した位相特性と、校正信号をミリ波帯信号測定部２５０に入力して測定した位相特性とから、位相補正値を求めてミリ波帯信号測定部２５０の位相補正器２５４に設定し、測定時には、被測定信号をミリ波帯信号測定部２５０に入力して位相特性が校正された測定結果を得ることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0024】

【非特許文献1】木村幸泰, 布施匡章, 待鳥誠範, 森隆, "電気光学サンプリング法によるテラヘルツ波ダウンコンバータの位相校正法の検討", 2018年電子情報通信学会総合大会論文集, BCI-1-7, 2018

【非特許文献2】A. Sasaki and T. Nagatsuma, "Millimeter-Wave Imaging Using an Electrooptic Detector as a Harmonic Mixer", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 6, no. 5, pp. 735-740, 2000

【非特許文献3】S. Hisatake, "Visualization of millimeter and terahertz waves based on photonics", 2016 IEEE International Topical Meeting on Microwave Photonics, pp. 73-74, 2016

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

しかしながら、図１０の位相特性校正システムにあっては、校正信号の時間波形を得るために光可変遅延器１１３を掃引する必要がある。光可変遅延器１１３には機械的可動部が存在しており、機械的振動の影響を受ける、動作速度が限られる、寿命が短いといった問題があった。特に、位相校正の周波数分解能を良くするためには、時間波形の時間スパンを長くする、即ち光可変遅延器１１３の遅延時間を長くする必要があり、そうすると光可変遅延器１１３の物理的寸法が大きくなるという問題があった。また、電気光学周波数変換部１３０の変換効率を上げるためには短パルス光の光パワーを大きくする必要があるが、短パルスなのでピークパワーが非常に大きくなり、光ファイバ等の非線形効果によってパルス波形が変形し、電気光学周波数変換部１３０の変換特性が変化するという問題があった。

【0026】

図１１の位相特性校正システムにあっては、光可変遅延器や短パルス光の問題は発生しないものの、電気光学周波数変換部２３０では校正信号がダウンコンバートされて全体的に周波数がシフトするだけなので、校正信号の３波の連続波の周波数間隔は周波数変換後も変わらず、比較的広い周波数間隔のスペクトル成分の位相差を算出する必要がある。このため、受光器２３４やそれ以降の電気回路の位相の周波数依存性の影響を受け、位相測定精度が悪化する問題があった。また、比較的広い帯域の受光器２３４や位相差算出部２４０内のＡ／Ｄ変換器が必要になり、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数が高くなりデータ量が多くなることから位相差算出の演算量も多くなり、装置が高価になるという問題があった。

【0027】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができる安価な位相特性校正装置及び位相特性校正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】

【0028】

本発明の請求項１に係る位相特性校正装置は、上記目的達成のため、測定回路（５０）の位相特性を校正する位相特性校正装置（１）であって、互いに異なる周波数の３波以上の連続波が合成された校正信号（Ｅ_ｒ）を生成する生成部（２０）と、互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光と、前記第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光とが合成された局発光（Ｐ_Ｌ）を発生する発生部（１０）と、前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された中間周波信号（Ｅ_ＩＦ）を出力する周波数変換部（３０）と、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更部（７０）と、前記周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第１の光と前記第２の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第１の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更部による周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第２の位相差特性を取得し、取得した前記第１及び第２の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正部（４０）と、を備え、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔と、前記第１の光の３波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする。

【0029】

この構成により、本発明の請求項１に係る位相特性校正装置は、図１０の構成例１に記載のような機械的可動部を有する光可変遅延器を使用していないので、機械的可動部に制約されることなく高い周波数分解能で位相特性の校正を行うことができる。また、図１０の構成例１のように短パルス光を用いていないので、短パルス光波形が変形して電気光学周波数変換部の変換特性が変化することもない。

【0030】

しかも、本発明の請求項１に係る位相特性校正装置は、中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定されているので、従来よりも電気回路が扱う帯域を狭くできるので、低速のＡ／Ｄ変換器を用いて少ない演算量で校正信号の位相を高精度で測定可能となる。このため、装置価格を低減することもできる。

【0031】

本発明の請求項２に係る位相特性校正装置では、前記発生部（１０）は、第１の連続波信号を発生する第１のＣＷ信号発生器（１１）と、前記第１の連続波信号の周波数の間隔で複数の光スペクトル成分を有する光コムを発生する光コム発生器（１２）と、前記光コム発生器からの出力光を２つに分岐する光分岐器（１３）と、前記光分岐器の一方及び他方の出力光から互いに異なる光スペクトル成分をそれぞれ抽出する第１の光バンドパスフィルタ（１４）及び第２の光バンドパスフィルタ（１５）と、第２の連続波信号を発生する第２のＣＷ信号発生器（１６）と、前記第２の光バンドパスフィルタの出力光に対して前記第２の連続波信号で振幅変調又は位相変調をかけて前記第２の連続波信号の周波数の間隔で複数の側帯波を発生させる光変調器（１７）と、前記第１の光バンドパスフィルタの出力光と前記光変調器の出力光とを合波する光合波器（１８）と、を有することを特徴とする。

【0032】

この構成により、本発明の請求項２に係る位相特性校正装置は、互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光と、第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光とが合成された局発光を発生することができる。また、周波数変更部による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて第１の光と第２の光との周波数間隔を連続的かつ広い範囲にわたって変更させることができる。

【0033】

本発明の請求項３に係る位相特性校正装置では、前記第１のＣＷ信号発生器、前記第２のＣＷ信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第１の連続波信号、前記第２の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする。

【0034】

この構成により、本発明の請求項３に係る位相特性校正装置は、周波数誤差なく中間周波数帯の３波以上の連続波が得られ、校正部において中間周波数帯の３波以上の連続波の間の位相差を容易に算出することができる。

【0035】

本発明の請求項４に係る位相特性校正装置は、前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の３波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第２中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された第２中間周波信号（Ｅ_ＩＦ２）を出力する第２周波数変換部（６０）を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第２周波数変換部から出力される前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする。

【0036】

この構成により、本発明の請求項４に係る位相特性校正装置は、第２周波数変換部を設けたことにより、中間周波数帯を電気回路の１／ｆ雑音が小さくなる周波数に設定し、第２周波数変換部の増幅器で十分に増幅した後に、十分低い第２中間周波数帯に変換するようにできる。これにより、電気回路の１／ｆ雑音を避けて高いＳ／Ｎ比を保ちつつ、校正部のＡ／Ｄ変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。

【0037】

本発明の請求項５に係る位相特性校正装置では、前記第２周波数変換部は、前記第２中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器（６０Ａ）であることを特徴とする。

【0038】

この構成により、本発明の請求項５に係る位相特性校正装置は、第２周波数変換部による負の周波数成分の折り返しが発生しないようにすることができる。

【0039】

本発明の請求項６に係る位相特性校正装置は、前記周波数変換部と前記校正部との間に、前記中間周波信号の３波以上の連続波を増幅して周波数変換を行ない第２中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された第２中間周波信号（Ｅ_ＩＦ２）を出力する第２周波数変換部（６０）を更に有し、前記校正部は、前記中間周波信号の代わりに、前記第２周波数変換部から出力される前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出し、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定されていることを特徴とする。

【0040】

この構成により、本発明の請求項６に係る位相特性校正装置は、第２周波数変換部を設けたことにより、中間周波数帯を電気回路の１／ｆ雑音が小さくなる周波数に設定し、第２周波数変換部の増幅器で十分に増幅した後に、十分低い第２中間周波数帯に変換するようにできる。これにより、電気回路の１／ｆ雑音を避けて高いＳ／Ｎ比を保ちつつ、校正部のＡ／Ｄ変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。

【0041】

本発明の請求項７に係る位相特性校正装置では、前記第２周波数変換部は、前記第２中間周波信号の同相成分と直交成分とを出力する直交周波数変換器（６０Ａ）であることを特徴とする。

【0042】

この構成により、本発明の請求項７に係る位相特性校正装置は、第２周波数変換部による負の周波数成分の折り返しが発生しないようにすることができる。

【0043】

本発明の請求項８に係る位相特性校正装置では、前記第１のＣＷ信号発生器、前記第２のＣＷ信号発生器、及び前記生成部は、共通の基準周波数に同期した周波数の前記第１の連続波信号、前記第２の連続波信号、及び前記校正信号をそれぞれ生成し、前記第２周波数変換部は、前記基準周波数に同期した局発信号に基づいて周波数変換を行ない、前記第２中間周波信号の３波以上の連続波の周波数は、それぞれ前記基準周波数に同期していることを特徴とする。

【0044】

この構成により、本発明の請求項８に係る位相特性校正装置は、周波数誤差なく中間周波数帯の３波以上の連続波が得られ、校正部において中間周波数帯の３波以上の連続波の間の位相差を容易に算出することができる。

【0045】

本発明の請求項９に係る位相特性校正方法は、測定回路（５０）の位相特性を校正する位相特性校正方法であって、互いに異なる周波数の３波以上の連続波が合成された校正信号（Ｅ_ｒ）を生成する生成ステップと、互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光と、前記第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光とが合成された局発光（Ｐ_Ｌ）を発生する発生ステップと、前記局発光を用いて電気光学効果により前記校正信号を周波数変換して中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された中間周波信号（Ｅ_ＩＦ）を出力する周波数変換ステップと、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更する周波数変更ステップと、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて前記第１の光と前記第２の光との周波数間隔を変更させ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第１の位相差特性を取得すると共に、前記周波数変更ステップによる周波数変更毎に、前記測定回路を用いて前記校正信号を測定して前記測定回路から出力される３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、前記所定の周波数帯域全体に渡る第２の位相差特性を取得し、取得した前記第１及び第２の位相差特性に基づいて、前記測定回路の位相特性を校正する校正ステップと、を備え、前記中間周波信号の３波以上の連続波のいずれの周波数も、前記校正信号の３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低く、かつ、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔と、前記第１の光の３波以上の連続光の周波数間隔とが異なり、かつ、前記中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が、前記校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように、前記校正信号及び前記局発光の前記各周波数が設定されることを特徴とする。

【0046】

この構成により、本発明の請求項９に係る位相特性校正方法は、図１０の構成例１に記載のような機械的可動部を有する光可変遅延器を使用していないので、機械的可動部に制約されることなく高い周波数分解能で位相特性の校正を行うことができる。また、図１０の構成例１のように短パルス光を用いていないので、短パルス光波形が変形して電気光学周波数変換部の変換特性が変化することもない。

【0047】

しかも、本発明の請求項９に係る位相特性校正方法は、中間周波信号の３波以上の連続波の周波数間隔が校正信号の３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定されているので、従来よりも電気回路が扱う帯域を狭くでき、低速のＡ／Ｄ変換器を用いて少ない演算量で校正信号の位相を高精度で測定可能となる。このため、装置価格を低減することもできる。

【発明の効果】

【0048】

本発明によれば、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができる安価な位相特性校正装置及び位相特性校正方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図2】図１の位相特性校正装置の各信号のスペクトルを示す説明図である。

【図3】図１の位相特性校正装置の各信号のスペクトルを示す説明図である。

【図4】電気光学周波数変換部の構成図である。

【図5】電気光学周波数変換部の別の構成図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図7】図６の位相特性校正装置の各信号のスペクトルを示す説明図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図9】図８の位相特性校正装置の各信号のスペクトルを示す説明図である。

【図10】関連技術に係る位相特性校正システムの構成図である。

【図11】関連技術に係る別の位相特性校正システムの構成図である。

【図12】図１１の位相特性校正システムの各信号のスペクトルを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0051】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位相特性校正装置１の構成図である。
位相特性校正装置１は、校正対象の測定回路であるミリ波帯信号測定部５０の所定の周波数帯域における位相特性を校正するものである。位相特性校正装置１は、局発光発生部１０と、校正信号生成部２０と、電気光学周波数変換部３０と、校正処理部４０と、周波数変更部７０とを備えている。

【0052】

［局発光発生部］
まず、局発光発生部１０について説明する。
局発光発生部１０は、第１のＣＷ信号発生器１１と、光コム発生器１２と、光分岐器１３と、第１光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４と、第２光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１５と、第２のＣＷ信号発生器１６と、光位相変調器１７と、光合波器１８とを備えている。局発光発生部１０は、互いに異なる周波数の３波以上の連続光が合成された第１の光Ｐ_４と、第１の光の３波以上の連続光のいずれの周波数よりも小さいか又は大きい周波数の連続光である第２の光Ｐ_２とが合成された局発光Ｐ_Ｌを発生するようになっている。なお、局発光発生部１０は、本発明の発生部に対応する。

【0053】

第１のＣＷ信号発生器１１は、周波数ｆ_Ｌ１のＣＷ信号（電気信号）Ｅ_１を出力するようになっている。

【0054】

光コム発生器１２は、周波数ｆ_Ｌ１のＣＷ信号Ｅ_１を受け、図２（ａ）に示すように光周波数ｆ_０を中心として周波数間隔ｆ_Ｌ１の多数の光スペクトル成分を有する光コムＰ_１を発生するようになっている。具体的には、光コム発生器１２は、光周波数ｆ_０のＣＷ光源と、周波数ｆ_Ｌ１のＣＷ信号が入力される光位相変調器と、ｆ_Ｌ１の整数分の１のフリースペクトルレンジのファブリペロー共振器と、を組み合わせたものでもよく、或いは、繰返し周波数ｆ_Ｌ１の短パルス光を出力する中心光周波数ｆ_０のモード同期レーザであってもよい。前者の場合には、ファブリペロー共振器のフィネスを高くすることにより、後者の場合には、短パルス光のパルス幅を狭くすることにより、光コムＰ_１のスペクトル幅を広くすることができる。

【0055】

光コム発生器１２の出力側に、図示しない高非線形光ファイバなどの光パルス圧縮器を追加することにより、光コムＰ_１のスペクトル幅を更に広くすることも可能である。例えば、数１０ＧＨｚ間隔で数１００ＧＨｚ〜数ＴＨｚ幅の光コムＰ_１を発生することができる。

【0056】

光分岐器１３は、光コム発生器１２から出力される光コムＰ_１を２つに分岐し、第１光バンドパスフィルタ１４及び第２光バンドパスフィルタ１５にそれぞれ送られるようになっている。

【0057】

第１光バンドパスフィルタ１４及び第２光バンドパスフィルタ１５は、互いに異なる所定の光スペクトル成分をそれぞれ抽出するようになっている。抽出した光スペクトル成分の光周波数をそれぞれｆ_１，ｆ_２とすると、周波数間隔は次式（３）により表される。

【数3】

上記式（３）において、光周波数が高い方をｆ_２としている（ｆ_２＞ｆ_１）。ｎは整数である。

【0058】

後で詳述するように、所定の周波数帯域における校正信号の位相特性を求める際には、校正信号の周波数に応じて、２つの光スペクトル成分の周波数間隔ｆ_２−ｆ_１を変更するようにする。具体的には、第１のＣＷ信号発生器１１により発生されるＣＷ信号Ｅ_１の周波数ｆ_Ｌ１を変える、或いは第１光バンドパスフィルタ１４又は第２光バンドパスフィルタ１５で選択する光スペクトル成分を変えることでｎを変えることにより、周波数間隔ｆ_２−ｆ_１を変えることができる。ＣＷ信号Ｅ_１の周波数ｆ_Ｌ１は連続的に変えることができるが、広い周波数範囲を可変にすることは困難である。第１光バンドパスフィルタ１４又は第２光バンドパスフィルタ１５により選択する光スペクトル成分を変えてｎを変えるようにすると、周波数間隔ｆ_２−ｆ_１を大きく変えることができるが、連続的に可変にすることはできない。よって、両者を組み合わせることにより、連続的かつ広い範囲にわたって周波数間隔ｆ_２−ｆ_１を変えることができる。

【0059】

ここで、第１及び第２光バンドパスフィルタ１４及び１５により抽出する光スペクトル成分は、光コムＰ_１の中心光周波数ｆ_０から等間隔（ｆ_２−ｆ_０＝ｆ_０−ｆ_１）、即ち振幅がほぼ等しい２つの光スペクトル成分となるようにしてもよい。或いは、後述の光位相変調器１７の損失を考慮して、図２（ａ）に示すように第２光バンドパスフィルタ１５側の振幅が大きくなるように、中心光周波数ｆ_０から近い光スペクトルを抽出する（ｆ_２−ｆ_０＜ｆ_０−ｆ_１）ようにしてもよい。また、光分岐器１３、第１及び第２光バンドパスフィルタ１４及び１５の代わりにアレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating；ＡＷＧ）を用いて、１つのデバイスで分岐と光スペクトル抽出を行なうようにしてもよい。第１及び第２光バンドパスフィルタ１４、１５からの出力光Ｐ_２、Ｐ_３の光スペクトルは図２（ｂ）に示すようになる。

【0060】

第２のＣＷ信号発生器１６は、周波数ｆ_Ｌ２のＣＷ信号（電気信号）Ｅ_２を光位相変調器１７に出力する。

【0061】

光位相変調器１７は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３結晶の電気光学効果を用いて、該結晶に電圧を印加することにより該結晶に入力される光の位相を変化させるものである。周波数ｆ_Ｌ２のＣＷ信号Ｅ_２を光位相変調器１７に入力することにより、光周波数ｆ_２の光スペクトル成分に位相変調をかけ、図２（ｃ）に示すように光周波数ｆ_２を中心として周波数間隔ｆ_Ｌ２の側帯波を発生させる。なお、光位相変調器１７は本発明の光変調器に対応する。

【0062】

ここで、位相変調の変調度によって側帯波の振幅が変わり、例えば、光位相変調器１７の入力電圧を０．９１３Ｖ_π（peak-to-peak）の正弦波とすると、光周波数ｆ_２−ｆ_Ｌ２，ｆ_２，ｆ_２＋ｆ_Ｌ２の３つの光スペクトル成分がほぼ同振幅となる。ここで、Ｖ_πは光位相変調器１７において光の位相をπだけ変化させるのに必要な電圧値である。

【0063】

さらに、周波数ｆ_Ｌ２の正弦波に加えて周波数２ｆ_Ｌ２の正弦波を重畳して光位相変調器１７に入力することにより、光周波数ｆ_２−２ｆ_Ｌ２，ｆ_２−ｆ_Ｌ２，ｆ_２，ｆ_２＋ｆ_Ｌ２，ｆ_２＋２ｆ_Ｌ２の５つの光スペクトル成分をほぼ同振幅にすることもできる。

【0064】

また、光位相変調器１７の代わりに、光強度変調器を用いて同様に周波数間隔ｆ_Ｌ２の側帯波を発生させるようにしてもよい。例えば、マッハツェンダ型光強度変調器の入力電圧と出力光電界振幅がほぼ比例する領域を使用する、或いは入力電圧と出力光電界振幅の関係の非線形特性を補正することにより、線形の光変調を行なうことができる。

【0065】

例えば、直流成分と周波数ｆ_Ｌ２の正弦波を光強度変調器に入力して光周波数ｆ_２−ｆ_Ｌ２，ｆ_２，ｆ_２＋ｆ_Ｌ２の３つの光スペクトル成分を生成したり、或いは直流成分と周波数ｆ_Ｌ２及び周波数２ｆ_Ｌ２の正弦波を光強度変調器に入力して光周波数ｆ_２−２ｆ_Ｌ２，ｆ_２−ｆ_Ｌ２，ｆ_２，ｆ_２＋ｆ_Ｌ２，ｆ_２＋２ｆ_Ｌ２の５つの光スペクトル成分を生成するなど、様々な光スペクトル成分を生成することが可能である。光コムＰ_１の周波数間隔よりも光位相変調器１７又はそれに代わる光強度変調器による光スペクトルの広がりの方が小さい場合は、第２光バンドパスフィルタ１５と光位相変調器１７又は光強度変調器の順序を逆にしてもよい。

【0066】

光合波器１８は、第１光バンドパスフィルタ１４の出力光Ｐ_２と、光位相変調器１７の出力光Ｐ_４とを偏波を合わせて合波し、局発光Ｐ_Ｌとして出力するようになっている。局発光Ｐ_Ｌの光スペクトルは図２（ｄ）に示すようになる。なお、光位相変調器１７の出力光Ｐ_４は、本発明の第１の光に対応し、第１光バンドパスフィルタ１４の出力光Ｐ_２は、本発明の第２の光に対応する。

【0067】

局発光発生部１０には、必要に応じて光パワーを調整する光減衰器や光増幅器を挿入してもよい。例えば、光周波数ｆ_１と光周波数ｆ_２の光スペクトル成分の強度比を調整するために、第１光バンドパスフィルタ１４の光路又は第２光バンドパスフィルタ１５の光路の少なくとも一方に可変光減衰器を挿入してもよい。また、局発光Ｐ_Ｌの光パワーを大きくするために、光合波器１８の後に光ファイバ増幅器を挿入してもよい。

【0068】

［校正信号生成部］
次に、校正信号生成部２０について説明する。
図１に示すように、校正信号生成部２０は、中間周波信号発生器２１と、局発信号発生器２２と、周波数変換器２３とを備えている。校正信号生成部２０は、所定の周波数帯域内で互いに異なる周波数の３波以上の連続波が合成された校正信号Ｅ_ｒを生成するようになっている。具体的には、校正信号生成部２０は、図２（ｅ）に示すように、周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｍ，ｆ_ｃ，ｆ_ｃ＋ｆ_ｍの少なくとも３つのスペクトル成分を含むミリ波帯の電気信号（校正信号Ｅ_ｒ）を出力する。なお、校正信号生成部２０は本発明の生成部に対応する。

【0069】

中間周波信号発生器２１は、Ｄ／Ａ変換器を備え、周波数間隔ｆ_ｍの少なくとも３つのスペクトル成分を含む中間周波信号Ｅ_３をＤ／Ａ変換器で直接出力するようになっている。Ｄ／Ａ変換器の代わりに、中間周波数のＣＷ信号を発生する発振器と、周波数ｆ_ｍのＣＷ信号を発生する発振器と、ミキサとを用いて中間周波信号Ｅ_３を生成するようにしてもよい。

【0070】

局発信号発生器２２は、ＣＷの局発信号Ｅ_４を発生するようになっている。局発信号発生器２２は、ミリ波帯の局発信号Ｅ_４を発生するために、周波数を整数倍に変換する周波数逓倍器を含んでいてもよい。

【0071】

周波数変換器２３は、例えば、ミキサを備えており、局発信号発生器２２が発生した局発信号Ｅ_４を用いて、中間周波信号Ｅ_３を周波数変換（アップコンバート）して、例えば、ホーンアンテナ２４より校正信号Ｅ_ｒとして放射するようになっている。ホーンアンテナ２４の代わりに導波管や同軸ケーブル・同軸コネクタを用いて電気光学周波数変換部３０またはミリ波帯信号測定部５０と接続するようにしてもよい。図１の校正信号生成部２０は、１回の周波数変換を行なう構成であるが、複数回の周波数変換を行なう構成であってもよい。

【0072】

中間周波信号発生器２１及び局発信号発生器２２は、例えば、１０ＭＨｚの基準信号などを用いて、局発光発生部１０の第１のＣＷ信号発生器１１及び第２のＣＷ信号発生器１６と周波数を同期させるようにしているが、必ずしも周波数を同期させる必要は無い。

【0073】

一般に、位相特性の測定では、校正信号として、位相特性校正が必要な周波数帯域をカバーする広帯域信号を用いて、１回で測定する方法や、位相特性校正が必要な周波数帯域を複数に分割し、それぞれ狭帯域信号を校正信号として用いて複数回の測定を行なって、必要な帯域の位相特性を得る方法がある。本実施形態は、後者の方法を用いるものであり、３波以上のマルチトーン信号（即ち、互いに異なる周波数の３波以上の連続波）を校正信号として用い、所定の周波数帯域内でマルチトーン信号の周波数を変えつつ、マルチトーン間の位相差を検出することにより該周波数帯域の位相特性を得るようにしたものである。但し、本発明は後者の方法に限られるものではなく、校正信号の連続波の波数および第１の光の連続光の波数を増やすことにより位相特性校正が必要な周波数帯域をカバーして前者の１回で測定する方法に適用することも可能である。

【0074】

一般に、比較的高速のＤ／Ａ変換器やＡ／Ｄ変換器の時間原点を固定して動作させることは容易ではないが、後で詳述するように、３波以上のマルチトーン信号を用いて第１及び第２位相差算出器４１、４３において位相の２階差分を求めることにより、時間原点が不定、即ち絶対時間が不明の場合でも位相特性を得ることができる。

【0075】

［電気光学周波数変換部］
次に、電気光学周波数変換部３０について説明する。
図１に示すように、電気光学周波数変換部３０は、電気光学結晶３１と、光分岐部３２と、受光器３３とを備えている。この電気光学周波数変換部３０は、局発光発生部１０からの局発光Ｐ_Ｌのビートをローカル信号として、校正信号生成部２０からの校正信号Ｅ_ｒを電気光学効果により周波数変換（ダウンコンバート）して中間周波数帯の３波以上の連続波が合成された中間周波信号Ｅ_ＩＦを出力するようになっている。なお、電気光学周波数変換部３０は、本発明の周波数変換部に対応する。

【0076】

電気光学周波数変換部３０は、校正信号Ｅ_ｒの電界を電気光学結晶３１の所定の方位に印加すると共に、局発光Ｐ_Ｌを光分岐部３２を介して電気光学結晶３１に入力し、電気光学結晶３１の先端で反射した局発光を光分岐部３２を介して受光器３３に入力する構成となっている。

【0077】

図４は、電気光学周波数変換部３０の構成例を示す構成図である。この電気光学周波数変換部３０'は、電気光学結晶３１からの反射光の偏波の変化を検出する方式である。具体的には、電気光学周波数変換部３０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２'と、１／２波長板（ＨＷＰ）３５と、１／４波長板（ＱＷＰ）３６と、電気光学結晶３１と、受光器３３と、を備えている。

【0078】

偏光ビームスプリッタ３２'は、入力された直線偏波の局発光Ｐ_Ｌが透過するように、偏光ビームスプリッタ３２'の方向が設定されている。１／２波長板３５と１／４波長板３６は、電気光学結晶３１に電界を印加しない場合に電気光学結晶３１からの反射光の光パワーの１／２が偏光ビームスプリッタ３２'で反射して受光器３３に入力され、かつ、電気光学結晶３１に電界を印加した場合に受光器３３に入力される光パワーの変化が最大となるように、１／２波長板３５及び１／４波長板３６の方向を調整することが望ましい。また、局発光の反射率を高くするために、電気光学結晶３１の先端に誘電体反射膜３４を付けることが望ましい。この構成により、電気光学結晶３１からの反射光の光パワーの１／２に相当するオフセットに電気光学結晶３１に印加された電界に比例する振幅成分が重畳した電気信号が出力される。

【0079】

図５は、電気光学周波数変換部の別の構成例を示す。この電気光学周波数変換部３０Ａは、電気光学結晶３１からの反射光の偏波の変化を差動で検出する方式となっている。具体的には、電気光学周波数変換部３０Ａは、図４の構成の電気光学周波数変換部３０'と同様の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２ａと、１／２波長板（ＨＷＰ）３５ａと、１／４波長板（ＱＷＰ）３６と、電気光学結晶３１と、受光器３３ａとに加えて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ'）３２ｂと、１／２波長板（ＨＷＰ'）３５ｂと、ファラデーローテータ（ＦＲ）３７と、受光器３３ｂと、差動増幅器３８とを備えている。

【0080】

電気光学周波数変換部３０Ａは、入力された直線偏波の局発光Ｐ_Ｌが透過するように、偏光ビームスプリッタ３２ｂの方向が設定されている。また、１／２波長板３５ｂは、入射光のファラデーローテータ３７による４５度の偏波回転を戻すように、その方向が設定されている。そして、電気光学結晶３１からの反射光のうち偏光ビームスプリッタ３２ａを透過した光は、９０度偏波が回転し偏光ビームスプリッタ３２ｂで反射して受光器３３ｂに入力されるようになっている。

【0081】

この構成により、受光器３３ａ及び受光器３３ｂの出力は、電気光学結晶３１からの反射光の光パワーの１／２に相当するオフセットに電気光学結晶３１に印加された電界に比例する振幅成分が互いに逆方向に重畳するため、差動増幅器３８からの出力はオフセットが相殺してゼロとなり、電界に比例する振幅成分が２倍となる。差動構成によって信号の振幅が２倍になるのに対して雑音は２倍にならないので、信号対雑音比が改善される。

【0082】

また、電気光学周波数変換部３０は、図１１の電気光学周波数変換部２３０として記載のように、光分岐部３２として光サーキュレータ及び光バンドパスフィルタを用いて電気光学結晶３１からの反射光の側帯波を検出する方式としてもよい。

【0083】

次に、電気光学周波数変換部３０における周波数変換動作を説明する。
図３（ａ）は、光合波器１８から出力された局発光Ｐ_Ｌの光スペクトルであり、図２（ｄ）の横軸を拡大したものである。図３（ｂ）は、校正信号生成部２０から出力された校正信号Ｅ_ｒのスペクトルであり、図２（ｅ）の横軸を拡大したものである。ｆ_２−ｆ_１とｆ_ｃは異なる周波数に設定されており、ここではｆ_ｃ＞ｆ_２−ｆ_１の例を示すが、大小関係を逆にしてもよい。通常はｆ_２−ｆ_１をｆ_ｃに近い値に設定することが望ましく、次式（４）が成り立つようにする。

【0084】

【数4】

【0085】

さらに、第１の光の３波以上の連続光の周波数間隔ｆ_Ｌ２と、校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波の周波数間隔ｆ_ｍとは、異なる周波数に設定されており、ここではｆ_ｍ＞ｆ_Ｌ２の例を示すが、大小関係を逆にしてもよい。通常はｆ_Ｌ２をｆ_ｍに近い値に設定することが望ましく、次式（５）が成り立つようにする。

【0086】

【数5】

【0087】

局発光Ｐ_Ｌの周波数ｆ_１の光スペクトル成分と、周波数ｆ_２の光スペクトル成分とによって、ｆ_２−ｆ_１＝ｎｆ_Ｌ１の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部３０により校正信号Ｅ_ｒの周波数ｆ_ｃのスペクトル成分が、周波数ｆ_ＩＦ１＝ｆ_ｃ−ｎｆ_Ｌ１に周波数変換される。

【0088】

同様に、局発光Ｐ_Ｌの周波数ｆ_１の光スペクトル成分と、周波数ｆ_２−ｆ_Ｌ２の光スペクトル成分とによって、ｆ_２−ｆ_Ｌ２−ｆ_１＝ｎｆ_Ｌ１−ｆ_Ｌ２の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部３０により校正信号Ｅ_ｒの周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｍのスペクトル成分が、周波数ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１＝ｆ_ｃ−ｆ_ｍ−（ｎｆ_Ｌ１−ｆ_Ｌ２）に周波数変換される。ここで、周波数変換後の周波数間隔はｆ_ｍ１＝ｆ_ｍ−ｆ_Ｌ２となる。

【0089】

同様に、局発光Ｐ_Ｌの周波数ｆ_１の光スペクトル成分と、周波数ｆ_２＋ｆ_Ｌ２の光スペクトル成分とによって、ｆ_２＋ｆ_Ｌ２−ｆ_１＝ｎｆ_Ｌ１＋ｆ_Ｌ２の周波数のビートが発生し、電気光学周波数変換部３０により校正信号Ｅ_ｒの周波数ｆ_ｃ＋ｆ_ｍのスペクトル成分が、周波数ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１＝ｆ_ｃ＋ｆ_ｍ−（ｎｆ_Ｌ１＋ｆ_Ｌ２）に周波数変換される。（４）式及び（５）式の関係より次式（６）及び（７）が成り立つ。

【0090】

【数6】

【数7】

【0091】

すなわち、高周波（ミリ波帯）の校正信号Ｅ_ｒのキャリア周波数ｆ_ｃが、低周波の中間周波数ｆ_ＩＦ１に変換されると同時に、校正信号Ｅ_ｒにおける広い周波数間隔ｆ_ｍが、中間周波信号Ｅ_ＩＦにおける狭い周波数間隔ｆ_ｍ１に変換される。別言すれば、中間周波信号Ｅ_ＩＦの３波以上の連続波のいずれの周波数も、校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波のいずれの周波数よりも低くなるように設定され、かつ、中間周波信号Ｅ_ＩＦの３波以上の連続波の周波数間隔が、校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波の周波数間隔よりも狭くなるように設定される。

【0092】

このようにして、ミリ波帯の校正信号Ｅ_ｒをＡ／Ｄ変換可能な中間周波数に変換すると共に、中間周波信号Ｅ_ＩＦにおける周波数間隔ｆ_ｍ１を十分狭く設定することにより、電気光学周波数変換部３０の受光器３３以降の電気回路の周波数特性によるｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１の３つのスペクトル成分の位相差の変化を十分小さくすることができる。

【0093】

中間周波数ｆ_ＩＦ１は、低過ぎると電気回路の１／ｆ雑音により信号対雑音比が悪化し、高過ぎると高速な受光器やＡ／Ｄ変換器等が必要になるため、適切な周波数を選択することが望ましい。

【0094】

前述の周波数変換以外にも、例えば、局発光Ｐ_Ｌの周波数ｆ_１の光スペクトル成分と周波数ｆ_２＋ｆ_Ｌ２の光スペクトル成分との間のｆ_２＋ｆ_Ｌ２−ｆ_１＝ｎｆ_Ｌ１＋ｆ_Ｌ２の周波数のビートにより、校正信号Ｅ_ｒの周波数ｆ_ｃのスペクトル成分が周波数｜ｆ_ｃ−（ｎｆ_Ｌ１＋ｆ_Ｌ２）｜に周波数変換されるなどの様々な組み合わせが存在し、電気光学周波数変換部３０からの出力信号のスペクトルは図３（ｃ）に示すようになる。これらのスペクトルから、図示しないローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ、或いは帯域の狭い受光器などを用いて、ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１を含むｆ_ＩＦ１付近のスペクトル成分を抽出するようにしてもよい。図３（ｃ）のうち周波数ｆ_ＩＦ１付近を拡大したものが図３（ｄ）である。電気光学周波数変換部３０は、少なくともｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１の３つのスペクトル成分を含む中間周波信号Ｅ_ＩＦを出力する。

【0095】

［周波数変更部］
周波数変更部７０は、校正処理部４０から指示信号を受け、校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波の周波数を所定の周波数帯域内で変更するようになっている。また、周波数変更部７０は、変更する校正信号Ｅ_ｒの３波以上の連続波の周波数の値に応じて、第１の光（３波以上の連続光）と第２の光との周波数間隔を変更するようになっている。

【0096】

［校正処理部］
次に、校正処理部４０について説明する。
図１に示すように、校正処理部４０は、第１位相差算出器４１と、第２位相差算出器４３と、加算器４２と、位相補正値算出器４４とを備えている。校正処理部４０は、電気光学周波数変換部３０を用いて取得した校正信号Ｅｒの位相差特性と、校正信号Ｅｒをミリ波帯信号測定部５０に入力した時に該ミリ波帯信号測定部５０から出力される信号Ｅ_８の位相差特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部５０の位相特性を校正するための位相補正値を算出し、位相補正器５５が保持している位相補正値のデータを更新するようになっている。なお、校正処理部４０は、本発明の校正部に対応する。

【0097】

第１位相差算出器４１は、周波数変更部７０による周波数変更毎に、変更される周波数の値に応じて第１の光と第２の光との周波数間隔を変更させ、中間周波信号Ｅ_ＩＦの３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、所定の周波数帯域全体に渡る第１の位相差特性を取得するようになっている。

【0098】

具体的には、第１位相差算出器４１は、校正信号Ｅ_ｒを電気光学周波数変換部３０に入力した場合に、電気光学周波数変換部３０から出力される中間周波信号Ｅ_ＩＦの周波数ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１のスペクトル成分の位相差を算出する。例えば、所定のサンプリング周波数で中間周波信号Ｅ_ＩＦをＡ／Ｄ変換し、得られたディジタル信号において各周波数ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１の正弦関数及び余弦関数を乗算して所定のサンプル数の間積算し、逆正接関数により各スペクトル成分の位相を算出し、後述のように位相の２階差分を算出するようにしてもよい。

【0099】

第２位相差算出器４３は、校正信号Ｅ_ｒをミリ波帯信号測定部５０に入力した場合に、周波数変更部７０による周波数変更毎に、ミリ波帯信号測定部５０の中間周波信号測定器５３から出力される信号Ｅ_８の３波以上の連続波の間の位相差を算出していき、所定の周波数帯域全体に渡る第２の位相差特性を取得するようになっている。第２位相差算出器４３の処理内容は、第１位相差算出器４１と同様であるが、第２位相差算出器４３では、ミリ波帯信号測定部５０の中間周波信号測定器５３のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されて得られたディジタル信号を使用するようにしてもよい。

【0100】

第１位相差算出器４１から出力された位相差（２階差分値）は、必要に応じて加算器４２を介して局発光Ｐ_Ｌの位相差（２階差分値）が加算された後、位相補正値算出器４４に入力される。局発光発生部１０の光位相変調器１７の代わりに光振幅変調器が用いられ、それが理想的な振幅変調の場合は、局発光Ｐ_Ｌの位相差はゼロとなるため、加算器４２による局発光Ｐ_Ｌの位相差の加算は不要である。

【0101】

位相補正値算出器４４は、第１位相差算出器４１により算出された位相差に対し必要に応じて局発光Ｐ_Ｌの位相差を加算して得られた位相差の特性と、第２位相差算出器４３により算出された位相差の特性とに基づいて、ミリ波帯信号測定部５０の位相補正値を算出するようになっている。算出した位相補正値は、位相補正値算出器４４からミリ波帯信号測定部５０の位相補正器５５に送られ、被測定信号をミリ波帯信号測定部５０で測定する際の位相補正に用いられる。

【0102】

なお、校正処理部４０および周波数変更部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース、外部記憶装置等を有するコンピュータを用いる構成であってもよく、その機能の一部または全部（Ａ／Ｄ変換を除く）は、ＲＯＭ等に記憶された各種プログラムをＣＰＵで実行することにより実現することができる。

【0103】

［ミリ波帯信号測定部］
次に、校正対象であるミリ波帯信号測定部５０について説明する。

【0104】

ミリ波帯信号測定部５０は、ミリ波帯の高周波信号を周波数変換（ダウンコンバート）し、その信号特性を測定するシグナルアナライザであり、例えば、変調信号を解析してエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）などを表示する機能を有していてもよい。具体的には、ミリ波帯信号測定部５０は、局発信号発生器５２と、周波数変換器５１と、中間周波信号測定器５３と、位相補正器５５とを備えている。なお、校正対象はこの構成に限定されるものではなく、ミリ波帯の高周波信号を扱う任意の回路を校正対象とすることができる。

【0105】

局発信号発生器５２は、ＣＷの局発信号を生成する。周波数変換器５１は、局発信号を用いて、例えばホーンアンテナ５６により受信した校正信号Ｅ_ｒまたは被測定信号の周波数変換（ダウンコンバート）を行ない中間周波信号に変換する。ホーンアンテナ５６の代わりに導波管や同軸ケーブル・同軸コネクタを用いて校正信号生成部２０または被測定信号と接続するようにしてもよい。中間周波信号測定器５３は、Ａ／Ｄ変換器を含んでおり、中間周波信号をディジタル信号に変換する。中間周波信号測定器５３から出力されるディジタル信号は、切替スイッチ５４により第２位相差算出器４３又は位相補正器５５に選択的に送られる。位相補正器５５は、中間周波信号測定器５３からのディジタル信号に対して、位相補正値算出器４４により更新された情報を用いて位相補正を行ない、測定結果として出力する。変調信号を解析してエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）などを表示する場合は、位相補正器５５の出力を用いて変調解析を行う。

【0106】

局発信号発生器５２は、周波数を整数倍に変換する周波数逓倍器を含んでいてもよい。また、ここでは１回の周波数変換を行なう構成を示したが、複数回の周波数変換を行なう構成でもよく、不要な周波数成分を除去するフィルタが含まれていてもよい。

【0107】

［校正方法］
次に、ミリ波帯信号測定部５０の周波数特性を校正する方法を説明する。

【0108】

校正信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＸ_ｃ（ｆ）とし、ミリ波帯信号測定部５０の周波数特性（位相を含む複素数）をＧ（ｆ）とし、校正信号をミリ波帯信号測定部５０に入力した時の中間周波信号測定器５３からの出力信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＹ_ｃ（ｆ）とする。Ｘ_ｃ（ｆ）は、校正信号を電気光学周波数変換部３０に入力して３波以上のスペクトル成分を含む中間周波信号の位相差を測定することを、所定周波数帯域内でキャリア周波数ｆ_ｃを変えて繰り返すことにより求めることができる。Ｙ_ｃ（ｆ）は、校正信号をミリ波帯信号測定部５０に入力し、該ミリ波帯信号測定部５０から出力される３波以上のスペクトル成分を含む中間周波信号の位相差を測定することを、所定周波数帯域内でキャリア周波数ｆ_ｃを変えて繰り返すことにより求めることができる。Ｇ（ｆ）は、次式（８）より求めることができる。

【0109】

【数8】

ここで、ｆ_ＬＯはミリ波帯信号測定部５０の局発信号の周波数である。

【0110】

そして、被測定信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＸ（ｆ）、被測定信号をミリ波帯信号測定部５０に入力した時の中間周波信号測定器５３からの出力信号の周波数特性（位相を含む複素数）をＹ（ｆ）とすると、次式（９）よりミリ波帯信号測定部５０の周波数特性が補正されたＸ（ｆ）を測定結果として求めることができる。

【0111】

【数9】

【0112】

以上のように、振幅と位相を含む複素数の周波数特性を求めることにより、振幅特性と位相特性を同時に校正することも可能である。
以下では、位相特性を校正する方法を詳細に説明する。

【0113】

上述のように、第１位相差算出器４１は、ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１のスペクトル成分の各位相を算出する。ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１のスペクトル成分の位相をφ_１、ｆ_ＩＦ１のスペクトル成分の位相をφ_２、ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１のスペクトル成分の位相をφ_３、Δｆを校正信号の周波数間隔ｆ_ｍとすると、次式（１０）、（１１）、（１２）より、位相差Δ^２φ／Δｆ^２を算出する。

【0114】

【数10】

【数11】

【数12】

【0115】

位相差Δ^２φ／Δｆ^２を算出する操作を、校正信号の周波数ｆ_ｃを必要な範囲内で変えて繰り返し、ｆ_ｃの関数としての位相差Δ^２φ（ｆ_ｃ）／Δｆ^２を得る。位相の２階の差分をとることにより、絶対時間によらずに（即ち時間原点が不明でも）位相特性を得ることができる。

【0116】

上記で求めた位相差は、局発光Ｐ_Ｌの光スペクトル成分の位相差に依存するため、局発光Ｐ_Ｌの光スペクトル成分の位相差がゼロでない場合は、補正を行なう必要がある。具体的には、局発光Ｐ_Ｌのｆ_２−ｆ_Ｌ２の光スペクトル成分の位相をφ_Ｌ１とし、ｆ_２の光スペクトル成分の位相をφ_Ｌ２とし、ｆ_２＋ｆ_Ｌ２の光スペクトル成分の位相をφ_Ｌ３とすると、次式（１３）、（１４）、（１５）より、局発光Ｐ_Ｌの位相差Δ^２φ_Ｌ／Δｆ^２を算出する。そして、次式（１６）のとおり、電気光学周波数変換部３０からの出力信号の位相差Δ^２φ（ｆ_ｃ）／Δｆ^２に局発光Ｐ_Ｌの位相差Δ^２φ_Ｌ／Δｆ^２を加算することにより、局発光Ｐ_Ｌの光スペクトル成分の位相が補正された位相差Δ^２φ_ｃ（ｆ_ｃ）／Δｆ^２を得ることができる。

【0117】

【数13】

【数14】

【数15】

【数16】

【0118】

例えば、局発光発生部１０の光位相変調器１７が理想的な位相変調の場合は、φ_Ｌ１＝π／２，φ_Ｌ２＝０，φ_Ｌ３＝π／２なので、Δ^２φ_Ｌ／Δｆ^２＝π／ｆ^２_ｍとなる。局発光発生部１０の光位相変調器１７の代わりに光振幅変調器が用いられ、それが理想的な振幅変調の場合は、φ_Ｌ１＝０，φ_Ｌ２＝０，φ_Ｌ３＝０なので、Δ^２φ_Ｌ／Δｆ^２＝０となる。この位相差は、光周波数ｆ_２の光スペクトル成分の変調特性によって決まるため、通常ｆ_２−ｆ_１＝ｎｆ_Ｌ１には依存せず、校正信号の周波数ｆ_ｃを変えて繰り返す際は一定値の位相差補正を行なえばよい。

【0119】

局発光発生部１０の第１のＣＷ信号発生器１１と第２のＣＷ信号発生器１６と校正信号生成部２０（中間周波信号発生器２１と局発信号発生器２２）と第１位相差算出器４１のＡ／Ｄ変換のサンプリング周波数とを、共通の基準周波数に同期するように構成すると、第１位相差算出器４１でＡ／Ｄ変換された結果には周波数誤差が含まれず、正確に周波数ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ１，ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ｍ１のスペクトル成分が得られるので、位相差の算出が容易かつ正確になる。

【0120】

次いで、校正信号生成部２０から出力される校正信号Ｅ_ｒをミリ波帯信号測定部５０に入力する。

【0121】

具体的には、周波数ｆ_ｃ−ｆ_ｍ′，ｆ_ｃ，ｆ_ｃ＋ｆ_ｍ′の少なくとも３つのスペクトル成分を有する校正信号Ｅ_ｒをミリ波帯信号測定部５０に入力し、中間周波信号測定器５３から出力される校正信号のうち、ｆ_ｃ−ｆ_ｍ′のスペクトル成分の位相測定結果をφ_１′とし、ｆ_ｃのスペクトル成分の位相測定結果をφ_２′とし、ｆ_ｃ＋ｆ_ｍ′のスペクトル成分の位相測定結果をφ_３′とし、Δｆ′を校正信号Ｅ_ｒの周波数間隔ｆ_ｍ′とすると、次式（１７）、（１８）、（１９）より、位相差Δ^２φ′／Δｆ′^２を算出する。

【0122】

【数17】

【数18】

【数19】

【0123】

位相差Δ^２φ′／Δｆ′^２を算出する操作を、校正信号Ｅ_ｒの周波数ｆ_ｃを必要な範囲内で変えて繰り返し、ｆ_ｃの関数としての位相差Δ^２φ′（ｆ_ｃ）／Δｆ′^２を取得する。

【0124】

周波数ｆ_ｃにおける位相補正値θ（ｆ_ｃ）は、次式（２０）、（２１）、（２２）を用いて求めることができる。

【0125】

【数20】

【数21】

【数22】

【0126】

式（２１）、（２２）において、総和Σは、最低周波数から周波数ｆ_ｃまでΔｆ_ｃ間隔でｆ_ｃｉを変えながらの積算である。

【0127】

位相補正器５５は、校正信号Ｅ_ｒをミリ波帯信号測定部５０に入力した時のスペクトル成分の位相差が、第１位相差算出器４１により算出された位相差と等しくなるように位相補正を行なう。

【0128】

位相補正器５５における位相補正の方法としては、周波数領域補正法や時間領域補正法を採用することができる。周波数領域補正法は、中間周波信号測定器５３で得られた時間領域のディジタル信号を離散フーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、位相補正値θ（ｆ_ｃ）だけ位相を回転し、離散逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換するものである。時間領域補正法は、位相補正値θ（ｆ_ｃ）から複素振幅ｅｘｐ｛ｊθ（ｆ_ｃ）｝を求め、離散逆フーリエ変換してインパルス応答に変換し、該インパルス応答を係数とする有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで中間周波信号測定器５３からのディジタル信号にフィルタ処理を行なうものである。

【0129】

電気光学周波数変換部３０で校正信号Ｅ_ｒの位相差を測定する時のスペクトル間隔ｆ_ｍと、ミリ波帯信号測定部５０で校正信号Ｅ_ｒの位相差を測定する時のスペクトル間隔ｆ_ｍ′は、等しく設定するのが望ましいが、必ずしもそれに限られるものではない。また、電気光学周波数変換部３０で校正信号Ｅ_ｒの位相差を測定する時の複数のｆ_ｃと、ミリ波帯信号測定部５０で校正信号Ｅ_ｒの位相差を測定する時の複数のｆ_ｃは、等しく設定するのが望ましいが、必ずしもそれに限られるものではなく、補間処理等で位相差情報の周波数を合わせるようにしてもよい。

【0130】

以上のようにして位相補正ができるようになった後、校正信号の代わりに被測定信号をミリ波帯信号測定部５０に入力し、位相が補正された測定結果を出力する。被測定信号がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの変調信号の場合、位相が補正された信号の変調解析を行ない、エラーベクトル振幅（ＥＶＭ）などを正確に測定することができる。必要に応じて定期的に、又は周囲温度が大きく変化した場合に、再度校正信号を用いた位相校正を行なうようにしてもよい。

【0131】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る位相特性校正装置１Ａを説明する。

【0132】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ａは、電気光学周波数変換部３０と第１位相差算出器４１の間に第２周波数変換部６０を設けている点で、第１の実施形態と異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0133】

図６に示すように、第２周波数変換部６０は、増幅器６１と、ＣＷ信号発生器６２と、ミキサ６３と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６４とを備えている。第２周波数変換部６０は、電気光学周波数変換部３０からの中間周波信号Ｅ_ＩＦをさらに周波数の低い第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２に変換するものである。

【0134】

具体的には、増幅器６１が、電気光学周波数変換部３０から入力した中間周波信号Ｅ_ＩＦを増幅してミキサ６３に出力すると共に、ＣＷ信号発生器６２が、ＣＷの第２局発信号を発生してミキサ６３に出力する。ミキサ６３は、第２局発信号を用いて中間周波信号Ｅ_ＩＦに対して第２の周波数変換（ダウンコンバート）を行ない、低域通過フィルタ６４に出力する。低域通過フィルタ６４は、所望のスペクトル成分を抽出して、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２を出力する。第２の周波数変換時に高調波等によって発生するスプリアス成分を低減するために、ミキサ６３の前に図示しないバンドパスフィルタを挿入してもよい。

【0135】

図７（ａ）は、電気光学周波数変換部３０から出力された中間周波信号Ｅ_ＩＦのスペクトルを示す。前述のように、周波数ｆ_ＩＦ１を中心に周波数間隔ｆ_ｍ１で３つ以上のスペクトル成分が存在する。図７（ｂ）は、ＣＷ信号発生器６２から出力される第２局発信号のスペクトルを示す。図７（ｃ）は、低域通過フィルタ６４から出力される第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２のスペクトルを示す。ＣＷ信号発生器６２からの第２局発信号の周波数をｆ_ＬＯ２とすると、第２中間周波数はｆ_ＩＦ２＝ｆ_ＩＦ１−ｆ_ＬＯ２となり、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２の周波数間隔はｆ_ｍ１である。

【0136】

図７（ｃ）に示されるように、ｆ_ＩＦ１−ｆ_ｍ１より低い周波数のスペクトル成分、例えば周波数ｆ_ＩＦ１−２ｆ_ｍ１が第２局発周波数ｆ_ＬＯ２より低い場合、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２のスペクトルは周波数ゼロで折り返されるので、折り返されたスペクトルがｆ_ＩＦ２−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ２，ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ｍ１の３つのスペクトル成分に重ならないようにｆ_ＬＯ２を設定するのが望ましい。ここでは、ｆ_ＬＯ２＜ｆ_ＩＦ１に設定した例を示したが、逆にｆ_ＬＯ２＞ｆ_ＩＦ１となるように設定してもよい。

【0137】

第２の実施形態では、中間周波数ｆ_ＩＦ１を電気回路の１／ｆ雑音が小さい周波数に設定し、第２周波数変換部６０の増幅器６１で十分に増幅した後に、十分低い第２中間周波数ｆ_ＩＦ２に変換している。前述のように中間周波信号Ｅ_ＩＦの周波数間隔はｆ_ｍ１＝ｆ_ｍ−ｆ_Ｌ２で表され、第２のＣＷ信号発生器１６の周波数ｆ_Ｌ２を適切に設定することによりｆ_ｍ１を十分狭い周波数間隔に設定することが可能であり、かつ、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２の３つのスペクトル成分の周波数ｆ_ＩＦ２−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ２，ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ｍ１をいずれも十分低くすることが可能である。よって、電気回路の１／ｆ雑音を避けて高いＳ／Ｎ比を保ちつつ、第１位相差算出器４１のＡ／Ｄ変換器等の帯域とサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。

【0138】

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｂを説明する。

【0139】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｂは、第２周波数変換部６０Ａが直交周波数変換を行う構成となっている点で、第２の実施形態と異なっている。その他の構成は第２の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0140】

第２の実施形態では、第２周波数変換部６０が行う第２周波数変換において負の周波数成分が折り返され、負の周波数領域の雑音も折り返されるため、第２周波数変換を行なわない場合と比較してＳ／Ｎ比が３ｄＢ程度悪化する。ｆ_ＬＯ２以下の周波数成分を遮断するフィルタを第２周波数変換前の信号経路に配置することにより、第２周波数変換後の負の周波数領域の雑音を除去することができるが、一般に急峻なフィルタは位相の非線形が大きく、位相測定の誤差要因となる。このため、第３の実施形態では、第２周波数変換部６０Ａとして直交周波数変換を行なう構成とし、第２周波数変換における負の周波数成分の折り返しが発生しないようにしている。

【0141】

図８に示すように、第２周波数変換部６０Ａは、増幅器６１と、ＣＷ信号発生器６２ａと、２つのミキサ６３ａ、６３ｂと、９０度移相器６５と、２つの低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６４ａ、６４ｂとを備えている。

【0142】

具体的には、増幅器６１は、電気光学周波数変換部３０から入力した中間周波信号Ｅ_ＩＦを増幅して２つのミキサ６３ａ、６３ｂに出力する。ＣＷ信号発生器６２ａは、ＣＷの第２局発信号を発生して一方のミキサ６３ａに出力すると共に、９０度移相器６５にも出力する。９０度移相器６５は、９０度移相させた第２局発信号を他方のミキサ６３ｂに出力する。ミキサ６３ａ、６３ｂは、互いに９０度位相が異なる第２局発信号を用いて中間周波信号Ｅ_ＩＦに対して第２の周波数変換（ダウンコンバート）を行ない、それぞれ低域通過フィルタ６４ａ、６４ｂに出力する。低域通過フィルタ６４ａ、６４ｂは、所望のスペクトル成分を抽出して出力する。この構成により、第２周波数変換部６０Ａへの入力信号が直交周波数変換され、同相成分と直交成分の２つの信号が第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２として第１位相差算出器４１に出力される。

【0143】

ＣＷ信号発生器６２ａと９０度移相器６５の代わりに、９０度位相が異なる正弦波を生成する２つのＤ／Ａ変換器を使用してもよい。第２の周波数変換時に高調波等によって発生するスプリアス成分を低減するために、ミキサ６３ａ、６３ｂの前に図示しないバンドパスフィルタを挿入してもよい。

【0144】

図９（ａ）は、電気光学周波数変換部３０から出力される中間周波信号Ｅ_ＩＦのスペクトルを示す。前述のように、周波数ｆ_ＩＦ１を中心に周波数間隔ｆ_ｍ１で３つ以上のスペクトル成分が存在する。図９（ｂ）は、ＣＷ信号発生器６２ａから出力される第２局発信号のスペクトルを示す。図９（ｃ）は、低域通過フィルタ６４ａ、６４ｂから出力される第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２のスペクトルを示す。ＣＷ信号発生器６２ａからの第２局発信号の周波数をｆ_ＬＯ２とすると、第２中間周波数はｆ_ＩＦ２＝ｆ_ＩＦ１−ｆ_ＬＯ２となり、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２の周波数間隔はｆ_ｍ１である。

【0145】

但し、２つのミキサ６３ａ、６３ｂのバランスや直交度のずれによって正負の周波数成分が完全に分離されず、イメージ成分が発生する場合があるため、｜ｆ_ＩＦ２−ｆ_ｍ１｜，｜ｆ_ＩＦ２｜，｜ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ｍ１｜が互いに重ならないようにｆ_ＬＯ２を設定するのが望ましい。また、周波数ゼロは直流オフセットの影響を受けるため、ｆ_ＩＦ２−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ２，ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ｍ１の各周波数成分がゼロにならないようにｆ_ＬＯ２を設定するのが望ましい。本実施形態では、ｆ_ＬＯ２＜ｆ_ＩＦ１に設定しているが、逆にｆ_ＬＯ２＞ｆ_ＩＦ１となるように設定してもよい。

【0146】

第３の実施形態では、中間周波数ｆ_ＩＦ１を電気回路の１／ｆ雑音が小さい周波数に設定し、第２周波数変換部６０Ａの増幅器６１で十分に増幅した後に、十分低い第２中間周波数ｆ_ＩＦ２に変換している。前述のように、中間周波信号Ｅ_ＩＦの周波数間隔ｆ_ｍ１を十分狭く設定することが可能であり、かつ、第２中間周波信号Ｅ_ＩＦ２の３つのスペクトル成分の周波数ｆ_ＩＦ２−ｆ_ｍ１，ｆ_ＩＦ２，ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ｍ１をいずれも十分低くすることが可能である。よって、電気回路の１／ｆ雑音を避けて高いＳ／Ｎ比を保ちつつ、第１位相差算出器４１のＡ／Ｄ変換器等のサンプリング速度を低くして安価な装置を実現することができる。そして、直交周波数変換された同相成分と直交成分により正負の周波数成分を分離することができるため、基本的に負の周波数成分の折り返しは発生せず、第２の実施形態で生じ得るＳ／Ｎ比の悪化は生じない特徴を有する。

【0147】

第２の実施形態及び第３の実施形態において、基準周波数に同期するようにするためには、局発光発生部１０の第１のＣＷ信号発生器１１と第２のＣＷ信号発生器１６と校正信号生成部２０と第１位相差算出器４１のＡ／Ｄ変換のサンプリング周波数とに加えて、第２周波数変換部６０、６０Ａの第２局発信号を生成するＣＷ信号発生器６２、６２ａも共通の基準周波数に同期させるとよい。

【0148】

以上述べたように、本発明は、ミリ波帯信号測定回路の位相特性を精度良く校正することができるという効果を有し、位相特性校正装置及び位相特性校正方法の全般に有用である。

【符号の説明】

【0149】

１、１Ａ、１Ｂ 位相特性校正装置
１０ 局発光発生部（発生部）
１１ 第１のＣＷ信号発生器
１２ 光コム発生器
１３ 光分岐器
１４ 第１光バンドパスフィルタ
１５ 第２光バンドパスフィルタ
１６ 第２のＣＷ信号発生器
１７ 光位相変調器
１８ 光合波器
２０ 校正信号生成部（生成部）
２１ 中間周波信号発生器
２２ 局発信号発生器
２３、５１ 周波数変換器
３０、３０Ａ 電気光学周波数変換部（周波数変換部）
３１ 電気光学結晶
３２ 光分岐部
３２'、３２ａ、３２ｂ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３３、３３ａ、３３ｂ 受光器
３４ 誘電体反射膜
３５、３５ａ、３５ｂ １／２波長板（ＨＷＰ）
３６ １／４波長板（ＱＷＰ）
３７ ファラデーローテータ（ＦＲ）
３８ 差動増幅器
４０ 校正処理部（校正部）
４１ 第１位相差算出器
４２ 加算器
４３ 第２位相差算出器
４４ 位相補正値算出器
５０ ミリ波帯信号測定部（測定回路）
５２ 局発信号発生器
５３ 中間周波信号測定器
５４ 切替スイッチ
５５ 位相補正器
６０、６０Ａ 第２周波数変換部
６１ 増幅器
６２、６２ａ ＣＷ信号発生器
６３、６３ａ、６３ｂ ミキサ
６４、６４ａ、６４ｂ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
６５ ９０度移相器
ＲＥＦ 基準信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】