カウンタを使用した パルスドRF/マイクロ波 測定

MEASUREMENT TIPS
Volume 11, Number 1
カウンタを使用した
パルスドRF/マイクロ波
測定
スナップショット
はじめに
レーダや軍事電子（EW）機器の設計で、デザ
インが正しく機能していること、仕様を満
たしていることを検証するには、パルスド
RF信号やマイクロ波信号の特性を正確に評
価することが必要です。図1に、パルスド信
号の一般的な測定を示します。測定には、
パ ル ス 幅（PW）、 パ ル ス 繰 り 返 し 周 波 数
（PRF）、パルス繰り返し間隔（PRI）、パルス
周波数（PF）、パルス立ち上がり／立ち下が
り時間、信号パワーなどがあります。
最近では、パルスドRF/マイクロ波測定機能
を備えた高度なカウンタが、電子計測器市
場に再び出回っています。これらの高度な
カウンタでは通常、パルスドRF/マイクロ波
信 号 のPF/PW/PRF/PRI測 定 が 行 え ま す。
この測定のヒントでは、以下について説明
します。
1. カウンタを使用したパルスドRF/マイク
ロ波測定の利点と欠点
2. カウンタを使用した低価格の包括的なパ
ルスドRF/マイクロ波測定ソリューショ
ンの構築
3. カウンタを使用した掃引信号／チャープ
信号のパルスド周波数測定
大型遠洋船用の航行レーダ・システムを製造しているメーカで、製造テ
スト環境にパルスド・マイクロ波測定システムが必要でした。特に大口
契約の入札では、競争力を維持するために、機器のコ
ストを低く抑えることが不可欠です。エンジニア
たちは、高確度な測定機能を備えた低価格の
Agilent 53230Aユニバーサル・カウンタを
使 用 し て い ま し た。53230Aは、PW、
PRF、PRI、PFを 測 定 で き ま す。 ま た、
パルス・パワーを測定するために、広帯
域ピーク・パワー・メータを追加してい
ました。こうすることにより、包括的なパ
ルスド・マイクロ波測定システムを200万
円以下で構築できました。
PWeff
ピーク・
パワー
PF
t=0
PRF = 1
PRI
PRI
デューティ・サイクル(%) =
PW x 100
PRI
PWeff = 総パワーがピーク・パワーと同じ高さの方形パルスとした場合のパルス幅
図1.　パルスドRF/マイクロ波測定パラメータ
カウンタを使用したPW/PRF/PRI/PF測定
PW/PRF/PRI/PF測定にカウンタを使用することの大きな利
点は、測定器のコストが比較的安いことです。通常は約100
万円以下で、これらのパラメータを高い確度で測定できるカ
ウンタを手に入れることができます。これに対して、一般的
に使用される方法
（スペクトラム・アナライザまたは広帯域オ
シロスコープと信号解析ソフトウェア・パッケージを組み合
わせる方法、PRF/PRI/PFの測定にスペクトラム・アナライ
ザを使用し、PW測定用にいくつかのタイプのディテクタを搭
載したオシロスコープを使用する方法など）では合計価格が
800万円を軽く超えてしまいます。
他のパルスドRF測定ソリューションでは、はるかに複雑な
コード、より長い測定器コマンド・シーケンス、場合によっ
てはカスタム・ハードウェアが必要ですが、これらはすべて、
エンジニアリング・コストやサポート・コストの増加につな
がります。
カウンタを使用することの欠点は、パルス・パワーを測定で
きないこと、パルス形状の情報がほとんど得られないこと、
チャープ信号／掃引信号のRF測定が難しいことです。以下の
セクションでは、こうした欠点を補うための方法について説
明します。
他の測定用にスペクトラム・アナライザやオシロスコープを
すでに搭載している場合は、上述の機器コストの削減例が当
てはまらないこともあります。しかし、カウンタは、テスト・
システムのセットアップ時間の削減というもう1つの方法で、
コストの削減を実現します。いくつかのSCPIコマンドとコー
ドを用いるだけで、カウンタはPW/PRF
（またはPRI）/PFの
測定値をテスト・システム・ソフトウェアに返すことができ
ます。図2は、これらの測定値を読み取るためのMATLAB®コー
ドを示したものです。
低価格の包括的なパルスドRF測定システム
前述のように、パルスドRF/マイクロ波信号の最も一般的な
測定として、PW、PRF/PRI、PF、パルス立ち上がり／立ち
下がり時間、信号パワーがあります。これらの測定をすべて
実行できる単一の測定器は既製品にはないので、パルスド
RF/マイクロ波信号のテストは大掛かりになってしまいます。
機器コストに800万円以上を費やせるだけの予算があれば、
スペクトラム・アナライザ、オシロスコープ、水晶ディテク
タを組み合わせて使用したり、スペクトラム・アナライザと
信号解析ソフトウェアを組み合わせて使用することができま
す。しかし、必要な機能をすべて得られるさらに安価な方法
があります。
PW、PRF、PFを測定／保存
するためのコードと
SCPIコマンド
パルスドRF/マイクロ波測定機能を備えたカウンタと広帯域
ピーク・パワー・メータを組み合わせて使用すれば、PW、
PRF、PRI、RFを測定できます。ピーク・パワー・メータは、
パルスドRF/マイクロ波信号の信号パワーの測定で最高の確
度を実現します。信号パワー以外にも、広帯域ピーク・パワー・
メータは通常、PW、PRF、PRI、パルス立ち上がり／立ち下
がり時間を測定できます。カウンタは信号パワーを測定でき
ないので、信号パワーを測定できるというのがピーク・パワー・
メータの長所であり、ピーク・パワー・メータはPFを測定で
きないので、PFを測定できるというのがカウンタの長所です。
このため、これらの測定器はお互いを補完し合います。これ
らの測定器を組み合わせても、コストは平均的なスペクトラ
ム・アナライザをはるかに安価になります。例えば、チャネ
ル3パ ル ス ドRF/マ イ ク ロ 波 オ プ シ ョ ン 搭 載 のAgilentの
53230Aカウンタ、N1911Aパワー・メータ、N1921A広帯域
パワー・センサを組み合わせた価格は、約200万円程度です。
カウンタと広帯域ピーク・パワー・メータを組み合わせて使
用することにより、低価格の包括的なパルスド/RFマイクロ
波測定ソリューションが実現します。
測定結果
図2.　PW/PRF/PF測定のサンプル・コード
測定のヒント
パルスドRF/マイクロ波信号に対しては、カウンタには、いくつ
かの制限はありますが立ち上がり／立ち下がり時間を測定した
り、パルス情報を得ることができます。これらの測定は、PW測
定の実行時にカウンタの振幅トリガ・ポイントを調整することに
より行えます。例えば、2つの振幅しきい値ポイント、パルスの
−6 dBポイント（パルスの50 ％ポイント）またはパルスの−12
dBポイント（パルスの25 ％ポイント）でトリガをかけるように、
Agilentの53230Aカウンタを設定することができます。−6 dB
と−12 dBの両方のポイントでPW測定を実行し、以下の計算式
を使用することで、2つのポイント間の立ち上がり／立ち下がり
時間が測定できます。
測定のヒント
カウンタと広帯域ピーク・パワー・メータとを組み合わせて包括
的なパルスドRF/マイクロ波測定システムを構築した場合は、通
常、測定機能に重複する部分があります。どちらの測定器も
PW/PRF/PRIを測定できます。このような状況では、これらの
重要な測定にどちらの測定器を使用しますか？カウンタの方が
パワー・メータより分解能と確度に優れているので、これらの測
定にカウンタを使用すべきです。例えば、PWが10 μsのパルス
では、Agilent N1911Aピーク・パワー・メータとN1921Aパワー・
センサを組み合わせて使用した場合の測定確度が約±300 nsで
あるのに対して、Agilent 53230Aカウンタの測定確度は約±20
nsです。しかし、パワー・メータは、パルス全体をデジタイズ
するので、パルス全体の形状を測定できます。
PW6を−6 dBポイントでのPW測定、PW12を−12 dBポイントでの
PW測定とします。
ポイント間の立ち上がり／立ち下がり時間＝
（PW12−PW6）/2
この方法では、パルス・エッジが対称であると仮定しています。
2
掃引信号／チャープ信号のRF測定
カウンタは通常、パルス・エンベロープの立ち上がりエッジ
でトリガすることによりRF測定を実行した後で、周波数測定
を開始します。パルスの立ち下がりエッジに達するまで、可
能な限り測定を実行します。次に、すべての周波数測定をア
ベレージングして、その結果を実測RFとして返します。この
方法では、シングル・キャリア周波数の場合は最高の確度が
得られますが、掃引／チャープ搬送波の場合は最高の確度は
得られません。しかしカウンタは、非常に確度の高い掃引周
波数／チャープ周波数測定を実現する機能を備えています。
例えば、 53230Aカウンタの統計機能を用いれば、掃引の最小
周波数、掃引の最大周波数、標準偏差、掃引のピークツーピー
ク ／ ア ラ ン 分 散 測 定 値 が 得 ら れ ま す。 例 と し て、 図3に、
53230AのパルスドRF/マイクロ波信号の統計測定のスクリー
ンショットを示します。
遅延時間を変更して何度も測定し、各測定値に統計機能を使
用すれば、掃引のさまざまなポイントで複数の周波数測定が
可能です。ゲート時間と遅延時間がわかっているので、掃引
のどのポイントでこれらの周波数が発生したか正確にわかり
ます。測定回数を増やし、遅延時間を変更し、いくつかの演
算機能を使用すれば、掃引全体で確度の高い周波数測定が行
えます。例では、単純なリニア掃引と仮定していますが、レー
ダやEW機器をテストする場合には必ずしもそうとは限りませ
ん。計算は多少複雑になりますが、他の掃引信号やチャープ
信号に対しても同様の方法を用いることができます。
まとめ
現在発売されている高性能カウンタは、パルスドRF/マイク
ロ波信号を測定できます。通常は、PW、PRF、PRI、PF測
定機能があります。この測定分野でカウンタが他の既存のソ
リューションより優れている点として、高確度／高分解能の
測定ができること、設定が簡単で低価格なことがあります。
Agilentの53230Aなどのカウンタの高度な機能を使用するこ
とにより、制限はありますが立ち上がり／立ち下がり時間測
定や掃引／チャープRF測定も可能です。
図3.　53230Aカウンタの搬送波掃引パルスドRF信号の統計測定の
スクリーンショット
53230Aカウンタでは、ゲート時間（周波数測定ウィンドウ）や
パルスのエッジからPFの開始までの遅延時間を調整できま
す。繰り返しのあるパルスドRF/マイクロ波掃引信号に対し
ては、これは、掃引のさまざまなポイントで複数の周波数を
測定してパルスの周波数成分をより広範囲にわたって測定す
ることができるということを意味します。図4に、2種類のPF
測定を使用して、このコンセプトの例を示します。この図では、
両方の測定のゲート時間は同じですが、遅延時間は異なりま
す（最初の測定の遅延時間は0です）。
最初の測定の
ゲート時間
2回目の測定の
ゲート時間
T0
図4.
パルスドRF/マイクロ波掃引
信号のRF測定
2回目の測定の
遅延時間
3
Agilent 53200シリーズ
周波数カウンタの
詳細
www.agilent.co.jp/find/FrequencyCounters
アジレント・テクノロジー株式会社
本社〒 192-8510 東京都八王子市高倉町 9-1
計測お 客様窓口
受付時間 9:00-18:00（土・日・祭日を除く）
TEL ■■
FAX ■■
0120-421-345
(042-656-7832)
0120-421-678
(042-656-7840)
Email
[email protected]
電子計測ホームページ
MATLABは、The Math Works, Inc.の登録商標です。
●
www.agilent.co.jp
記載事項は変更になる場合があります。
ご発注の際はご確認ください。
© Agilent Technologies, Inc.2010
Published in Japan, November 4, 2010
5990-5646JAJP
0000-00DEP