CN108292803B - 相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

实现能够实现毫米频段的使用并且与以往相比廉价的相控阵天线。相控阵天线(1)具备：光调制器(OM)，其通过以中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)的和信号VIF+LO(t)对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL；以及延时器(TD)，其通过给予信号光SL时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL'1、SL'2、…、SL'n。各供电电路(Fi)根据延迟信号光SL'i生成供给至辐射元件(Ai)的延迟射频信号VRF(t－Δti)。

Description

相控阵天线
技术领域
本发明涉及相控阵天线。
背景技术
为了实现无线通信的大容量化，使用的频段的宽带化以及高频化逐步发展。近年，不仅微米频段(0.3GHz以上30GHz以下)，毫米频段(30GHz以上300GHz以下)也使用于无线通信。其中，在大气中的衰减较大的60GHz频段作为不容易产生数据的泄露的频段被关注。
60GHz频段的无线通信所使用的天线除了宽带性还要求高增益性。这是因为如上述那样，60GHz频段在大气中的衰减较大。作为具有胜任在60GHz频段的使用的高增益性的天线，例如能够列举阵列天线。这里，阵列天线是指将多个辐射元件排列为阵列状或者矩阵状的天线。
在阵列天线中，通过控制供给至各辐射元件的射频信号(RF信号)的相位，能够使辐射的电磁波的主波束方向变化。具有这样的波束扫描功能的阵列天线被称为相控阵天线，时下被进行大量的研发。
以往的相控阵天线的典型的构成如图11所示。如图11所示，该相控阵天线(1)使用时间延迟元件TD1～TD4对射频信号RF给予时间延迟，(2)并将延迟射频信号RF’1～RF’4供给至辐射元件A1～A4。
然而，图11所示的相控阵天线并不适用于毫米频段的使用。这是因为使用时间延迟元件等电器件不容易对毫米频段的射频信号给予高精度的时间延迟。
因此，在使用毫米频段的相控阵天线中，通常采用使用色散光纤等光学器件，来对射频信号给予高精度的时间延迟的构成。这样的相控阵天线如图12以及图13所示。
图12所示的相控阵天线101具备光源LS1～LS4、光合波器OMP、光调制器OM、光波导OWG、波长分波器WDM、O/E转换器OE1～OE4、以及辐射元件A1～A4。作为光波导OMG，使用由色散介质构成的光波导。在该相控阵天线101中，如以下那样，生成给予了不同的时间延迟Δt1～Δt4的射频信号RF’1～RF’4。
(1)通过对波长不同的输送光CL1～CL4进行合波，生成输送光CL(光合波器OMP)。(2)通过以射频信号RF对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL(光调制器OM)。(3)通过给予信号光SL色散ΔD(λ)，生成延迟信号光SL’(光波导OMG)。(4)通过对延迟信号光SL’进行波长分波，生成延迟信号光SL’1～SL’4(波长分波器WDM)。(5)通过对延迟信号光SL’1～SL’4进行O/E转换，生成延迟射频信号RF’1～RF’4(O/E转换器OE1～OE4)。
在图12所示的相控阵天线101中，能够通过变更输送光CL1～CL4的波长，使给予无频率信号RF’1～RF’4的时间延迟Δt1～Δt4变化，由此控制主波束方向(参照专利文献1)。或者，也能够通过变更给予信号光SL的色散ΔD(λ)，使给予无频率信号RF’1～RF’4的时间延迟Δt1～Δt4变化，由此控制主波束方向(参照非专利文献1)。
图13所示的相控阵天线102具备光源LS、光调制器OM、光分路器OD、光波导OWG1～OWG4、O/E转换器OE1～OE4、以及辐射元件A1～A4。光波导OWG1～OWG4由色散不同的光波导，或者，光程不同的光波导构成。在该相控阵天线102中，如以下那样，生成给予了不同的时间延迟Δt1～Δt4的射频信号RF’1～RF’4。
(1)通过以射频信号RF对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL(光调制器OM)。(2)通过对信号光SL进行分路，生成信号光SL1～SL4(光分路器OD)。(3)通过给予信号光SL1～SL4时间延迟Δt1～Δt4，生成延迟信号光SL’1～SL’4(OWG1～OWG4)。(4)通过对延迟信号光SL’1～SL’4进行O/E转换，生成延迟射频信号RF’1～RF’4(O/E转换器E1～OE4)。
在光波导OWG1～OWG4由色散不同的光波导构成的情况下，能够通过变更输送光CL的波长，使给予无频率信号RF’1～RF’4的时间延迟Δt1～Δt4变化，由此控制主波束方向(参照专利文献2)。另一方面，在光波导OWG1～OWG4由光程不同的光波导构成的情况下，能够通过变更光波导OWG1～OWG4的光程，使给予无频率信号RF’1～RF’4的时间延迟Δt1～Δt4变化，由此控制主波束方向(参照非专利文献2、3)。
专利文献1：日本国公开专利公报“日本特开2007－165956号”
专利文献2：日本国公开专利公报“日本特开2004－23400号”
专利文献3：日本国公开专利公报“日本特开2001－85925号”
非专利文献1：Dennis T.K.Tong and Ming C.Wu,'A Novel MultiwavelengthOptically Controlled Phased Array Antenna with a Programmable DispersionMatrix',IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.8,NO.6,JUNE 1996
非专利文献2：David A.Tulchinsky and Paul J.Matthews,'Ultrawide-BandFiber-Optics Control of a Millimeter-Wave Transmit Beamformer',IEEETRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND THECHNIQUES,VOL.49,NO.7,JULY 2001
非专利文献3：Timothy P.McKenna,Jeffery A.Nanzer and Thomas R.ClarkJr.,'Photonic Beamstreering of a Millimeter-Wave Array With 10-Gb/s DataTransmission'IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,Vol.26,NO.14,JULY 2014
然而，如图12～图13所示的以往的相控阵天线101～102那样，在使用光学器件对射频信号进行延迟的情况下，与电子部件相比需要使用高价的光学部件，所以不能够避免成本的上升。特别是，若假定在毫米频段使用，则需要使用不容易得到或者高价的光调制器、O/E转换器等，能够预料成本的大幅度的上升。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于实现能够实现毫米频段的使用并且与以往相比廉价的相控阵天线。
为了实现上述目的，本发明所涉及的相控阵天线的特征在于，在具备n个(n是2以上的整数)辐射元件A1、A2、…、An的相控阵天线中，具备：合波器，其通过将中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)相加，生成和信号VIF+LO(t)；光调制器，其通过以和信号VIF+LO(t)对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL；延时器，其通过对信号光SL给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n；以及供电电路组，其由将延迟信号光SL’i转换为向辐射元件Ai供给的延迟射频信号VRF(t－Δti)的供电电路Fi构成，各供电电路Fi(i＝1、2、…、n)具有：O/E转换器，其通过对延迟信号光SL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；分波器，其通过对延迟和信号VIF+LO(t－Δti)进行分波，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。
根据本发明，能够实现能够实现毫米频段的使用并且与以往相比廉价的相控阵天线。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的相控阵天线的构成的框图。
图2是表示图1所示的相控阵天线的第一具体例的框图。
图3是表示图1所示的相控阵天线的第二具体例的框图。
图4是表示图1所示的相控阵天线的变形例的框图。
图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的相控阵天线的构成的框图。
图6是表示图5所示的相控阵天线的第一具体例的框图。
图7是表示图5所示的相控阵天线的第二具体例的框图。
图8是表示图5所示的相控阵天线的变形例的框图。
图9是表示图1所示的相控阵天线的进一步的变形例的框图。
图10是表示图5所示的相控阵天线的进一步的变形例的框图。
图11是表示以往的相控阵天线的构成的框图。
图12是表示以往的相控阵天线的构成的框图。
图13是表示以往的相控阵天线的构成的框图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
(相控阵天线的构成)
参照图1对本发明的第一实施方式所涉及的相控阵天线1的构成进行说明。图1是表示相控阵天线1的构成的框图。
如图1所示，相控阵天线1是具备合波器MP、光调制器OM、延时器TD、由n个供电电路F1、F2、…、Fn构成的供电电路组、以及由n个辐射元件A1、A2、…、An构成的辐射元件组的发送用天线。这里，n是2以上的任意的整数，但在图1中，例示n＝4的情况下的构成。
合波器MP通过将中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)相加，生成和信号VIF+LO(t)＝VIF(t)+VLO(t)。在如(1)式以及(2)式那样给予中频信号VIF(t)以及本振信号VLO(t)的情况下，如(3)式那样给予和信号VIF+LO(t)。由合波器MP生成的和信号VIF+LO(t)作为数据信号供给至光调制器OM。
[式1]
VIF(t)＝V1cos(2πfIF(t+θIF))...(1)
[式2]
VL0(t)＝V0cos(2πfLO(t+θLO))...(2)
[式3]
VIF+LO(t)＝V1cos(2πfIF(t+θIF))+V0cos(2πfLO(t+θLO))...(3)
光调制器OM通过以和信号VIF+LO(t)对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL。由光调制器OM生成的信号光SL供给至延时器TD。此外，在本实施方式中，使用MZ调制器(Mach-Zehnder Modulator：马赫-增德尔调制器)作为光调制器OM。另外，关于后述生成输送光CL的光源的构成，代替参照的附图改为在后文中叙述。
延时器TD通过对信号光SL给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。即，延时器TD根据重叠了和信号VIF+LO(t)的光信号SL，生成重叠了延迟和信号VIF+LO(t－Δti)的延迟光信号SL’i。如后述那样，根据辐射的电磁波的主波束方向设定各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti。由延时器TD生成的各延迟信号光SL’i供给至对应的供电电路Fi。此外，关于后述延时器TD的构成，代替参照的附图改为在后文中叙述。
供电电路Fi(i＝1、2、…、n)将延迟信号光SL’i转换为延迟射频信号VRF(t－Δti)。由供电电路Fi生成的延迟射频信号VRF(t－Δti)供给至对应的辐射元件Ai。
如图1所示，各供电电路Fi具有O/E转换器OEi、分波器DPi、以及混合器MXi。此外，各供电电路Fi的构成相同，所以在图1中，仅对构成供电电路F1的O/E转换器OE1、分波器DP1、以及混合器MX1附加参照附图标记。
O/E转换器OEi通过对延迟信号光SL’i进行O/E转换(光电转换)，生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)。O/E转换器OEi例如是光电二极管。在如(3)式那样给予和信号VIF+LO(t)的情况下，如(4)式那样给予延迟和信号VIF+LO(t－Δti)。
[式4]
VIF+LO(t-Δti)＝V1cos(2πfIF(t-Δti+θIF))+V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO))...(4)
分波器DPi通过对延迟和信号VIF+LO(t－Δti)进行分波，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)。在如(4)式那样给予延迟和信号VIF+LO(t－Δti)的情况下，如(5)式以及(6)式那样给予延迟中频信号VIF(t－Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)。
[式5]
VIF(t-Δti)＝V1cos(2πfIF(t-Δti+θIF))...(5)
[式6]
VL0(t-Δti)＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO))...(6)
混合器MXi通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。在如(5)式以及(6)式以下那样给予延迟中频信号VIF(t－Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)的情况下，如(7)式那样给予延迟射频信号VRF(t－Δti)。
[式7]
Figure GDA0001670526530000071
与以往的相控阵天线相同地设定各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti即可。例如，在同一直线上依次排列辐射元件A1、A2、…、An的情况下，根据辐射的电磁波的主波束方向，按照(8)式设定各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti即可。在(8)式中，c表示光速，di表示辐射元件A1与辐射元件Ai的间隔。另外，θ是排列辐射元件A1、A2、…、An的直线与辐射的电磁波的等相位面所成的角。
[式8]
Figure GDA0001670526530000072
例如，在辐射60GHz频段(57GHz以上66GHz以下)的电磁波的情况下，邻接的辐射元件间的距离例如设定为与中心频率61.5GHz对应的自由空间波长的1/2，即、2.44mm即可。即，辐射元件A1与辐射元件Ai的间隔di设定为2.44×(i－1)mm即可。此时，为了使辐射方向以排列辐射元件A1、A2、…、An的直线与辐射的电磁波的等相位面所成的角θ成为45°的方式倾斜，将各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti设定为5.7×(i－1)ps即可。
另一方面，在辐射70GHz频段(71GHz以上76GHz以下)的电磁波的情况下，邻接的辐射元件间的距离例如设定为与中心频率73.5GHz对应的自由空间波长的1/2，即、2.04mm即可。即，辐射元件A1与辐射元件Ai的间隔di设定为2.04×(i－1)mm即可。此时，为了使辐射方向以排列辐射元件A1、A2、…、An的直线与辐射的电磁波的等相位面所成的角θ成为45°的方式倾斜，将各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti设定为4.8×(i－1)ps即可。
在相控阵天线1中值得关注的第一点是输入到各辐射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟量不取决于频率这一点。因此，在相控阵天线1中，即使变更辐射的电磁波的频率，也能够不变更给予信号光SL的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，而向恒定的方向辐射电磁波。
在相控阵天线1中值得关注的第二点是由光调制器OM调制的数据信号是频率比射频信号低的中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)的和信号VIF+LO(t)这一点。由此，即使在使相控阵天线1在毫米频段动作(射频在30GHz以上300GHz以下)的情况下，也能够使用容易得到或者廉价的光调制器来实现相控阵天线。
此外，也可以在各供电电路Fi中在分波器DPi与混合器MXi之间插入对延迟本振信号VLO(t－Δti)进行倍频的倍频器。该情况下，输入到混合器MXi的延迟本振信号VLOM(t－Δti)如(9)式，由混合器MXi生成的延迟射频信号VRF(t－Δti)如(10)式。这里，k是2以上的任意的整数，例如是2或者3。在该情况下，延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟量也不取决于频率。
[式9]
VLOM(t)＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO)×k)...(9)
[式10]
Figure GDA0001670526530000081
(相控阵天线的第一具体例)
接下来，参照图2对相控阵天线1的第一具体例进行说明。图2是表示本具体例的相控阵天线1的构成的框图。
本具体例所涉及的相控阵天线1具备由n个光源LS1、LS2、…、LSn构成的光源组、和光合波器OMP，作为用于生成上述的输送光CL的构成。
光源LSi(i＝1、2、…、n)生成输送光CLi。由光源LS1～LSn生成的输送光CL1、CL2、…、Cn的波长λ1、λ2、…、λn相互不同。由各光源LSi生成的输送光CLi供给至光合波器OMP。此外，在本具体例中，使用半导体激光元件作为光源LSi。
光合波器OMP通过对输送光CL1、CL2、…、CLn进行合波，生成输送光CL。在输送光CL中，作为成分包含有具有波长λ1、λ2、…、λn的输送光CL1、CL2、…、CLn。由光合波器OMP生成的输送光CL供给至上述的光调制器OM。
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线1中，延时器TD由光波导OWG、和波长分波器WDM构成。
光波导OWG是由色散介质构成的光波导，通过对信号光SL给予色散(取决于波长λ的时间延迟)ΔD(λ)，生成延迟信号光SL’。在信号光SL中，作为成分包含有波长不同的信号光SL1、SL2、…、SLn，在延迟信号光SL’中，作为成分包含有波长以及相位不同的延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。给予信号光SL的色散ΔD(λ)设定为能够给予各信号光SL’1、SL’2、…、SL’n与辐射的电磁波的主波束方向对应的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn那样的足够的大小。由光波导OWG生成的延迟信号光SL’供给至波长分波器WDM。此外，在本具体例中，作为光波导OWG，使用单模光纤。
波长分波器WDM通过对延迟信号光SL’进行波长分波，生成(提取)延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。由波长分波器WDM生成的各延迟信号光SL’i供给至上述的供电电路Fi。
此外，在本具体例所涉及的相控阵天线1中，能够通过以下的任意一个构成实现波束扫描。
＜构成1＞
在本具体例所涉及的相控阵天线1中，能够通过使各输送光CLi的波长λi变化，使给予对应的延迟射频信号VRF(t－Δti)延迟时间Δti变化。这是因为使用由色散介质构成的光波导作为光波导OWG。
因此，若采用使用生成的输送光CLi的波长λi可变的光源作为光源LSi，并根据期望的主波束方向来控制各光源LSi生成的输送光CLi的波长λi的构成，则能够实现波束扫描。
＜构成2＞
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线1中，也能够通过使给予信号光SL的色散ΔD(λ)变化，使给予各延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，若采用使用给予信号光SL的色散ΔD(λ)可变的光波导作为光波导OWG，并根据期望的主波束方向来控制光波导OWG给予信号光SL的色散ΔD(λ)的构成，则能够实现波束扫描。
此外，为了实现能够在60GHz频段进行波束扫描的相控阵天线1，例如以2.4mm间隔将辐射元件A1、A2、…、An排列在同一直线上，将中频信号VIF(t)的频率fIF设定在22GHz以上31GHz以下，并将本振信号VLO(t)的频率fLO设定为35GHz即可。另外，为了实现能够在70GHz频段进行波束扫描的相控阵天线，例如以2.1mm间隔将辐射元件A1、A2、…、An排列在同一直线上，将中频信号VIF(t)的频率fIF设定在31GHz以上36GHz以下，并将本振信号VLO(t)的频率fLO设定为40GHz即可。这是因为若数据信号的频率在40GHz以下，则能够利用在本申请的申请时在市场广泛地流通的MZ调制器作为光调制器OM。
(相控阵天线的第二具体例)
接下来，参照图3对相控阵天线1的第二具体例进行说明。图3是表示本具体例所涉及的相控阵天线1的构成的框图。
本具体例所涉及的相控阵天线1具备单一的光源LS，作为用于生成上述的输送光CL的构成。
光源LS生成输送光CL。由光源LS生成的输送光CL供给至上述的光调制器OM。此外，在本具体例中，使用半导体激光元件作为光源LS。
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线1中，延时器TD由光分路器OD、和由n个光波导OWGi构成的光波导组构成。光波导OWG1、OWG2、…、OWGn是色散不同的光波导，或者，光程可变的光波导。此外，作为色散不同的光波导，例如能够列举单模光纤与色散补偿光纤的组合或者色散位移光纤等。
光分路器OD通过对信号光SL进行分路，生成信号光SL1、SL2、…SLn。由光分路器OD生成的各信号光SLi供给至对应的光波导OWGi。
光波导OWGi通过对信号光SLi给予时间延迟Δti，生成延迟光信号SL’i。根据辐射的电磁波的主波束方向设定由光波导OWG1、OWG2、…、OWGn给予的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn的大小。由各光波导OWGi生成的延迟信号光SL’i供给至对应的供电电路Fi。此外，在本具体例中，使用具有与时间延迟Δti对应的光程的光纤作为光波导OWGi。
此外，在本具体例所涉及的相控阵天线1中，能够通过以下的任意一个构成实现波束扫描。
＜构成1＞
在光波导OWG1、OWG2、…、OWGn是色散不同的光波导(由具有不同的色散值的色散介质构成的光波导)的情况下，能够通过使输送光CL的波长λ变化，使给予各延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，该情况下，若采用使用生成的输送光CL的波长λ可变的光源作为光源LS，并根据期望的主波束方向来控制光源LS生成的输送光CL的波长λ的构成，则能够实现波束扫描。
＜构成2＞
另一方面，在光波导OWG1、OWG2、…、OWGn为光程可变的光波导的情况下，能够通过使各光波导OWGi的光程变化，使给予对应的延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，该情况下，若采用使用光程可变的光波导作为光波导OWGi，并根据期望的主波束方向来控制各光波导OWGi的光程的构成，则能够实现波束扫描。
(相控阵天线的变形例)
接下来，参照图4对相控阵天线1的变形例进行说明。图4是表示本变形例所涉及的相控阵天线1的构成的框图。
本变形例所涉及的相控阵天线1是对图1所示的相控阵天线1附加接收用的构成的发送接收兼用天线。
如图4所示，本变形例所涉及的相控阵天线1的各供电电路Fi具有混合器RMX1i、合波器RMPi、光调制器ROMi、O/E转换器ROEi、分波器RDPi、以及混合器RMX2i，作为接收用的构成，并具有环形器C1i、和环形器C2i作为用于发送接收兼用化的构成。另外，相控阵天线1具有环形器C3、和波长分波器RWDM，作为用于发送接收兼用化的构成。
混合器RMX1i通过将射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)。这里，射频信号VRF’(t+Δti)是使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号。如(11)式那样表示射频信号VRF’(t)，如(6)式那样表示延迟本振信号VLO(t－Δti)，所以如(12)式那样表示中频信号VIF’(t+Δti)。
[式11]
Figure GDA0001670526530000121
[式12]
Figure GDA0001670526530000122
合波器RMPi通过将中频信号VIF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相加，生成和信号VIF+LO’(t+Δti)。如(12)式那样表示中频信号VIF’(t+Δti)，并如(6)式那样表示延迟本振信号VLO(t－Δti)，所以如(13)式那样表示和信号VIF+LO’(t+Δti)。
[式13]
Figure GDA0001670526530000123
光调制器ROMi通过以和信号VIF+LO’(t+Δti)对输送光CLi进行强度调制，生成信号光RSLi。由光调制器ROMi生成的信号光RSLi供给至延时器TD。此外，在采用图2所示的第一具体例的构成的情况下，使用由对应的光源LSi生成的输送光作为给予各光调制器ROMi的输送光CLi，在采用图3所示的第二具体例的构成的情况下，使用由单一的光源LS生成的输送光作为给予各光调制器ROMi的输送光CLi。
延时器TD根据信号光RSL1、RSL2、…、RSLn生成延迟信号光RSL’。在采用图2所示的第一具体例的构成的情况下，延时器TD(1)通过对信号光RSL1、RSL2、…、RSLn进行合波，生成信号光RSL，(2)并通过对信号光RSL给予色散ΔD(λ)，生成延迟信号光RSL’。另一方面，在采用图3所示的第二具体例的构成的情况下，延时器TD(1)通过对每个信号光RSL1、RSL2、…、RSLn给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n，(2)并通过对延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n进行合波，来生成延迟信号光RSL’。由延时器TD生成的延迟信号光RSL’供给至波长分波器RWDM。
波长分波器RWDM通过对延迟信号光RLS’进行波长分波，生成(提取)延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n。利用波长分波器RWDM得到的各延迟信号光RSL’i供给至对应的供电电路Fi的O/E转换器ROEi。
O/E转换器ROEi通过对延迟信号光RSL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO’(t)。如(13)式那样表示和信号VIF+LO’(t+Δti)，所以如(14)式那样表示延迟和信号VIF+LO’(t)。
[式14]
Figure GDA0001670526530000131
分波器RDPi通过对延迟和信号VIF+LO’(t)进行分波，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t－2Δti)。如(14)式那样表示延迟和信号VIF+LO’(t)，所以如(15)式以及(16)那样表示延迟中频信号VIF’(t)以及本振信号VLO’(t－2Δti)。
[式15]
Figure GDA0001670526530000132
[式16]
VLO′(t-2Δti)＝V0cos(2πfLO(t-2Δti+θLO))...(16)
混合器RMX2i通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t－2Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。由于如(15)式以及(16)式那样表示延迟中频信号VIF’(t)以及本振信号VLO’(t－2Δti)，所以如(17)式那样表示延迟中频信号VIF’(t)。由混合器RMX2i生成的延迟射频信号VRF’(t)与由其它的供电电路Fj生成的延迟射频信号VRF’(t)合波之后，供给至接收电路R。
[式17]
VRF’(t)＝V0cos(2πfRFt) ...(17)
环形器C1i插入在混合器MXi与辐射元件Ai之间，并与混合器RMX1i连接。该环形器C1i将从混合器MXi输出的延迟射频信号VRF(t-Δti)输入到辐射元件Ai(发送时动作)，并且将从辐射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入到混合器RMX1i(接收时动作)。
环形器C2i插入在延时器TD与O/E转换器OEi之间，并与光调制器ROMi连接。该环形器C2i将从延时器TD输出的延迟信号光SL’i输入到O/E转换器OEi(发送时动作)，并且将由光调制器ROMi生成的信号光RSLi输入到延时器TD(接收时动作)。
环形器C3插入在光调制器OM与时间延迟元件TD之间，并与波长分波器RWDM连接。该环形器C3将由光调制器OM生成的信号光SL输入到延时器TD(发送时动作)，并且将从延时器TD输出的延迟信号光RSL’输入到波长分波器RWDM(接收时动作)。
〔第二实施方式〕
(相控阵天线的构成)
参照图5对本发明的第二实施方式所涉及的相控阵天线2的构成进行说明。图5是表示相控阵天线2的构成的框图。
如图1所示，相控阵天线2是具备光调制器OM、延时器TD、由n个供电电路F1、F2、…、Fn构成的供电电路组、以及由n个辐射元件A1、A2、…、An构成的辐射元件组的发送用天线。这里，n是2以上的任意的整数，但在图1中，例示n＝4的情况下的构成。
光调制器OM通过利用中频信号VIF(t)和本振信号VLO(t)对输送光CL进行正交调幅，生成信号光SL。例如如(18)式以及(19)式那样给予中频信号VIF(t)以及本振信号VLO(t)。由光调制器OM生成的信号光SL供给至延时器TD。此外，在本实施方式中，使用DPMZ调制器(Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator：双并联马赫-增德尔调制器)作为光调制器OM。另外，关于生成输送光CL的光源的构成，代替参照的附图改为在后文中叙述。
[式18]
VIF(t)＝V1cos(2πfIF(t+θIF))...(18)
[式19]
VL0(t)＝V0cos(2πfLO(t+θLO))...(19)
延时器TD通过给予信号光SL时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。即，延时器TD根据中频信号VIF(t)以及本振信号VLO(t)被作为I信号以及Q信号重叠后的光信号SL，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)被作为I信号以及Q信号重叠后的延迟光信号SL’i。与第一实施方式相同，根据辐射的电磁波的主波束方向设定各延迟信号光SL’i中的时间延迟Δti。由延时器TD生成的各延迟信号光SL’i供给至对应的供电电路Fi。此外，关于后述延时器TD的构成，代替参照的附图改为在后文中叙述。
供电电路Fi(i＝1、2、…、n)将延迟信号光SL’i转换为延迟射频信号VRF(t－Δti)。由供电电路Fi生成的延迟射频信号VRF(t－Δti)供给至对应的辐射元件Ai。
如图5所示，各供电电路Fi具有光解调器ODMi、和混合器MXi。此外，各供电电路Fi的构成相同，所以在图1中，仅对构成供电电路F1的光解调器ODM1以及混合器MX1附加参照附图标记。
光解调器ODMi通过对延迟信号光SL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)。在如(18)式以及(19)式那样给予中频信号VIF(t)以及本振信号VLO(t)的情况下，如(20)式以及(21)式那样给予延迟中频信号VIF(t－Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)。在本实施方式中，使用相干接收机作为光解调器ODMi。
[式20]
VIF(t-Δti)＝V1cos(2πfIF(t-Δti+θIF))...(20)
[式21]
VL0(t-Δti)＝V0cos(2πfL0(t-Δti+θL0))...(21)
混合器MXi通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。在如(20)式以及(21)式以下那样给予延迟中频信号VIF(t－Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)的情况下，如(22)式那样给予延迟射频信号VRF(t－Δti)。
[式22]
Figure GDA0001670526530000162
在相控阵天线2中值得关注的第一点是输入到各辐射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟量不取决于频率这一点。因此，在相控阵天线2中，即使变更辐射的电磁波的频率，也能够不变更给予信号光SL的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，而向恒定的方向辐射电磁波。
在相控阵天线2中值得关注的第二点是由光调制器OM调制的数据信号是频率比射频信号低的中频信号VIF(t)以及本振信号VLO(t)这一点。由此，即使在使相控阵天线2在毫米频段动作(射频在30GHz以上300GHz以下)的情况下，也能够使用容易得到或者廉价的光调制器来实现相控阵天线。
此外，在各供电电路Fi中，也可以在分波器DPi与混合器MXi之间插入对延迟本振信号VLO(t－Δti)进行倍频的倍频器。该情况下，输入到混合器MXi的延迟本振信号VLOM(t－Δti)成为(23)式，由混合器MXi生成的延迟射频信号VRF(t－Δti)成为(24)式。这里，k是2以上的任意的整数，例如是2或者3。在该情况下，延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟量也不取决于频率。
[式23]
VLOM(t)＝V0cos(2πfLO(t-Δti+θLO)×k)...(23)
[式24]
Figure GDA0001670526530000161
(相控阵天线2的第一具体例)
接下来，参照图6对相控阵天线2的第一具体例进行说明。图6是表示本具体例所涉及的相控阵天线2的构成的框图。
本具体例所涉及的相控阵天线2具备由n个光源LS1、LS2、…、LSn构成的光源组、和光合波器OMP，作为用于生成上述的输送光CL的构成。
光源LSi(i＝1、2、…、n)生成输送光CLi。由光源LS1～LSn生成的输送光CL1、CL2、…、Cn的波长λ1、λ2、…、λn相互不同。由各光源LSi生成的输送光CLi供给至光合波器OMP。此外，在本具体例中，使用半导体激光元件作为光源LSi。
光合波器OMP通过对输送光CL1、CL2、…、CLn进行合波，生成输送光CL。在输送光CL中作为成分包含有具有波长λ1、λ2、…、λn的输送光CL1、CL2、…、CLn。由光合波器OMP生成的输送光CL供给至上述的光调制器OM。
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线2中，延时器TD由光波导OWG、和波长分波器WDM构成。
光波导OWG是由色散介质构成的光波导，通过对信号光SL给予色散(取决于波长λ的时间延迟)ΔD(λ)，生成延迟信号光SL’。在信号光SL中作为成分包含有波长不同的信号光SL1、SL2、…、SLn，在延迟信号光SL’中作为成分包含有波长以及相位不同的延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。给予信号光SL的色散ΔD(λ)设定为能够给予各信号光SL’1、SL’2、…、SL’n与辐射的电磁波的主波束方向对应的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn那样的足够的大小。由光波导OWG生成的延迟信号光SL’供给至波长分波器WDM。此外，在本具体例中，作为光波导OWG，使用单模光纤。
波长分波器WDM通过对延迟信号光SL’进行波长分波，生成(提取)延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。由波长分波器WDM生成的各延迟信号光SL’i供给至上述的供电电路Fi。
此外，在本具体例所涉及的相控阵天线2中，能够通过以下的任意一个构成实现波束扫描。
＜构成1＞
在本具体例所涉及的相控阵天线2中，能够通过使各输送光CLi的波长λi变化，使给予对应的延迟射频信号VRF(t－Δti)延迟时间Δti变化。这是因为使用由色散介质构成的光波导作为光波导OWG。
因此，若采用使用生成的输送光CLi的波长λi可变的光源作为光源LSi，并根据期望的主波束方向来控制各光源LSi生成的输送光CLi的波长λi的构成，则能够实现波束扫描。
＜构成2＞
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线2中，也能够通过使给予信号光SL的色散ΔD(λ)变化，使给予各延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，若采用使用给予信号光SL的色散ΔD(λ)可变的光波导作为光波导OWG，并根据期望的主波束方向来控制光波导OWG给予信号光SL的色散ΔD(λ)的构成，则能够实现波束扫描。
(相控阵天线2的第二具体例)
接下来，参照图7对相控阵天线2的第二具体例进行说明。图7是表示本具体例所涉及的相控阵天线2的构成的框图。
本具体例所涉及的相控阵天线2具备单一的光源LS，作为用于生成上述的输送光CL的构成。
光源LS生成输送光CL。由光源LS生成的输送光CL供给至上述的光调制器OM。此外，在本具体例中，使用半导体激光元件作为光源LS。
另外，在本具体例所涉及的相控阵天线2中，延时器TD由光分路器OD、和由n个光波导OWGi构成的光波导组构成。光波导OWG1、OWG2、…、OWGn是色散不同的光波导，或者，光程可变的光波导。此外，作为色散不同的光波导，例如能够列举单模光纤与色散补偿光纤的组合或者色散位移光纤等。
光分路器OD通过对信号光SL进行分路，生成信号光SL1、SL2、…SLn。由光分路器OD生成的各信号光SLi供给至对应的光波导OWGi。
光波导OWGi通过对信号光SLi给予时间延迟Δti，生成延迟光信号SL’i。根据辐射的电磁波的主波束方向设定由光波导OWG1、OWG2、…、OWGn给予的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn的大小。由各光波导OWGi生成的延迟信号光SL’i供给至对应的供电电路Fi。此外，在本具体例中，使用具有与时间延迟Δti对应的光程的光纤作为光波导OWGi。
此外，在本具体例所涉及的相控阵天线2中，能够通过以下的任意一个构成实现波束扫描。
＜构成1＞
在光波导OWG1、OWG2、…、OWGn是色散不同的光波导(由具有不同的色散值的色散介质构成的光波导)的情况下，能够通过使输送光CL的波长λ变化，使给予各延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，该情况下，若采用使用生成的输送光CL的波长λ可变的光源作为光源LS，并根据期望的主波束方向来控制光源LS生成的输送光CL的波长λ的构成，则能够实现波束扫描。
＜构成2＞
另一方面，在光波导OWG1、OWG2、…、OWGn为光程可变的光波导的情况下，能够通过使各光波导OWGi的光程变化，使给予对应的延迟射频信号VRF(t－Δti)的延迟时间Δti变化。
因此，在该情况下，若采用使用光程可变的光波导作为光波导OWGi，并根据期望的主波束方向来控制各光波导OWGi的光程的构成，则能够实现波束扫描。
(相控阵天线2的变形例)
接下来，参照图8对相控阵天线2的变形例进行说明。图8是表示本变形例所涉及的相控阵天线2的构成的框图。
本变形例所涉及的相控阵天线2是对图5所示的相控阵天线2附加接收用的构成的发送接收兼用天线。
如图8所示，本变形例所涉及的相控阵天线2的各供电电路Fi具有混合器RMX1i、光调制器ROMi、光解调器ROMDi、以及混合器RMX2i，作为接收用的构成，并具有环形器C1i、和环形器C2i作为用于发送接收兼用化的构成。另外，相控阵天线2具有环形器C3、和波长分波器RWDM，作为用于发送接收兼用化的构成。
混合器RMX1i通过将射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)。这里，射频信号VRF’(t+Δti)是使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号。由于如(25)式那样表示射频信号VRF’(t+Δti)，并如(21)式那样表示延迟本振信号VLO(t－Δti)，所以如(26)式那样表示中频信号VIF’(t+Δti)。
[式25]
Figure GDA0001670526530000201
[式26]
Figure GDA0001670526530000202
光调制器ROMi通过利用中频信号VIF’(t+Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)对输送光CLi进行正交调幅，生成信号光RSL。由光调制器ROMi生成的信号光RSLi供给至延时器TD。此外，在本变形例中，使用DPMZ调制器作为光调制器ROMi。在采用图6所示的第一具体例的构成的情况下，使用由对应的光源LSi生成的输送光作为给予各光调制器ROMi的输送光CLi，在采用图7所示的第二具体例的构成的情况下，使用由单一的光源LS生成的输送光作为给予各光调制器ROMi的输送光CLi。
延时器TD根据信号光RSL1、RSL2、…、RSLn生成延迟信号光RSL’。在采用图6所示的第一具体例的构成的情况下，延时器TD(1)通过对信号光RSL1、RSL2、…、RSLn进行合波，生成信号光RSL，(2)并通过给予信号光RSL色散ΔD(λ)，生成延迟信号光RSL’。另一方面，在采用图7所示的第二具体例的构成的情况下，延时器TD(1)通过给予信号光RSL1、RSL2、…、RSLn时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n，(2)并通过对延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n进行合波，生成延迟信号光RSL’。由延时器TD生成的延迟信号光RSL’供给至波长分波器RWDM。
波长分波器RWDM通过对延迟信号光RLS’进行波长分波，生成(提取)延迟信号光RSL’1、RSL’2、…、RSL’n。利用波长分波器RWDM得到的各延迟信号光RSL’i供给至对应的供电电路Fi的光解调器RODMi。
光解调器RODMi通过对延迟信号光RSL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t－2Δti)。由于如(26)式以及(21)那样表示中频信号VIF’(t+Δti)以及延迟本振信号VLO(t－Δti)，所以如(27)式以及(28)式那样表示延迟中频信号VIF’(t)以及本振信号VLO’(t－2Δti)。此外，在本变形例中，使用相干接收机作为光解调器RODMi。
[式27]
Figure GDA0001670526530000211
[式28]
VLO’(t-2Δti)＝V0cos(2πfLO(t-2Δti))...(28)
混合器RMX2i通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t－2Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。由于如(27)式以及(28)式那样表示延迟中频信号VIF’(t)以及本振信号VLO’(t－2Δti)，所以如(29)式那样表示延迟射频信号VRF’(t)。由混合器RMX2生成的延迟射频信号VRF’(t)与由其它的供电电路Fj生成的延迟射频信号VRF’(t)合波之后，供给至接收电路R。
[式29]
Figure GDA0001670526530000212
环形器C1i插入在混合器MXi与辐射元件Ai之间，并与混合器RMX1i连接。该环形器C1i将从混合器MXi输出的延迟射频信号VRF(t-Δti)输入到辐射元件Ai(发送时动作)，并且将从辐射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入到混合器RMX1i(接收时动作)。
环形器C2i插入在延时器TD与光解调器ODMi之间，并与光调制器ROMi连接。该环形器C2i将从延时器TD输出的延迟信号光SL’i输入给光解调器ODMi(发送时动作)，并且将由光调制器ROMi生成的信号光RSLi输入到延时器TD(接收时动作)。
环形器C3插入在光调制器OM与时间延迟元件TD之间，并与波长分波器RWDM连接。该环形器C3将由光调制器OM生成的信号光SL输入到延时器TD(发送时动作)，并且将从延时器TD输出的延迟信号光RSL’输入到波长分波器RWDM(接收时动作)。
(第一实施方式的相控阵天线的进一步的变形例)
接下来，参照图9对第一实施方式所涉及的相控阵天线1的进一步的变形例进行说明。图9是表示本变形例所涉及的相控阵天线9的构成的框图。
本变形例所涉及的相控阵天线9是与图4所示的相控阵天线1相同的发送接收兼用天线。
如图9所示，进一步的变形例的相控阵天线9是在变形例所涉及的相控阵天线1中，将环形器C1i置换为开关Si后的天线。
在发送时，控制开关Si连接混合器MXi与辐射元件Ai，将从混合器MXi输出的延迟射频信号VRF(t-Δti)输入到辐射元件Ai。另外，在接收时，控制开关Si连接辐射元件Ai与混合器RMX1i，将从辐射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入到混合器RMX1i。
(第二实施方式的相控阵天线的进一步的变形例)
接下来，参照图10对第二实施方式所涉及的相控阵天线2的进一步的变形例进行说明。图10是表示本变形例所涉及的相控阵天线10的构成的框图。
本变形例所涉及的相控阵天线10是与图8所示的相控阵天线2相同的发送接收兼用天线。
如图10所示，进一步的变形例所涉及的相控阵天线10是在变形例所涉及的相控阵天线2中，将环形器C1i置换为开关Si后的天线。
在发送时，控制开关Si连接混合器MXi与辐射元件Ai，将从混合器MXi输出的延迟射频信号VRF(t-Δti)输入到辐射元件Ai。另外，在接收时，控制开关Si连接辐射元件Ai与混合器RMX1i，将从辐射元件Ai输出的射频信号VRF’(t+Δti)输入到混合器RMX1i。
〔总结〕
上述实施方式所涉及的相控阵天线的特征在于，在具备n个(n是2以上的整数)辐射元件A1、A2、…、An的相控阵天线中，具备：合波器，其通过将中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)相加，生成和信号VIF+LO(t)；光调制器，其通过以和信号VIF+LO(t)对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL；延时器，其通过对信号光SL给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n；以及供电电路组，其由将延迟信号光SL’i转换为向辐射元件Ai供给的延迟射频信号VRF(t－Δti)的供电电路Fi构成，各供电电路Fi(i＝1、2、…、n)具有：O/E转换器，其通过对延迟信号光SL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；分波器，其通过对延迟和信号VIF+LO(t－Δti)进行分波，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。
根据上述的构成，供给至各辐射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟不取决于频率。因此，根据上述的构成，即使变更辐射的电磁波的频率，也能够不变更给予信号光SL的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，而向恒定的方向辐射电磁波。
另外，根据上述的构成，由光调制器调制的数据信号成为频率比射频信号VRF(t)低的中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)的和信号VIF+LO(t)。因此，根据上述的构成，即使在以毫米频段进行动作(射频在30GHz以上300GHz以下)的情况下，也能够使用容易得到或者廉价的O/E转换器以及光调制器来实现相控阵天线。
另外，上述实施方式所涉及的相控阵天线的特征在于，在具备n个(n是2以上的整数)辐射元件A1、A2、…、An的相控阵天线中，具备：光调制器，其通过以中频信号VIF(t)和本振信号VLO(t)对输送光CL进行正交调幅，生成信号光SL；延时器，其通过给予信号光SL时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n；以及供电电路组，其由将延迟信号光SL’i转换为向辐射元件Ai供给的延迟射频信号VRF(t－Δti)的供电电路Fi构成，各供电电路Fi(i＝1、2、…、n)具有：光解调器，其通过对延迟信号光SL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)。
根据上述的构成，供给至各辐射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟不取决于频率。因此，根据上述的构成，即使变更辐射的电磁波的频率，也能够不变更给予信号光SL的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，而向恒定的方向辐射电磁波。
另外，根据上述的构成，由光调制器调制的数据信号成为频率比射频信号VRF(t)低的中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)的和信号VIF+LO(t)。因此，根据上述的构成，即使在以毫米频段进行动作(射频在30GHz以上300GHz以下)的情况下，也能够使用容易得到或者廉价的O/E转换器以及光调制器来实现相控阵天线。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选还具备：光源组，其是由生成输送光CLi的光源构成的光源组，且由各光源生成的输送光CL1、CL2、…、CLn的波长不同；以及合波器，其通过对输送光CL1、CL2、…、CLn进行合波，生成输送光CL，上述延时器具有：光波导，其通过给予信号光SL色散，生成延迟信号光SL’；以及波长分波器，其通过对延迟信号光SL’进行波长分波，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。
根据上述的构成，用于使信号光SL延迟的导波路为一个即可。因此，能够实现更廉价的相控阵天线。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选上述光源是生成的输送光CLi的波长可变的光源。
根据上述的构成，能够通过对各光源生成的输送光CLi的波长进行控制，来实现波束扫描。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选上述光波导是给予信号光SL的色散可变的光波导。
根据上述的构成，能够通过控制光波导给予信号光的色散，来实现波束扫描。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选还具备生成输送光CL的光源，上述延时器具有：光分路器，其通过对信号光SL进行分路，生成信号光SL1、SL2、…、SLn；以及光波导组，其是由通过给予各信号光SLi时间延迟Δti，生成延迟光信号SL’i的光波导构成的光波导组，且由各光波导给予的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn的大小不同。
根据上述的构成，用于生成输送光CL的光源为一个即可。因此，能够实现更廉价的相控阵天线。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选上述光源是生成的输送光CL的波长可变的光源，上述光波导组由色散不同的光波导构成。
根据上述的构成，能够通过控制光源生成的输送光CL的波长，来实现波束扫描。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选上述光波导组由光程可变的光波导构成。
根据上述的构成，能够通过控制各光波导给予信号光的时间延迟Δti，来实现波束扫描。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选各供电电路Fi中代替通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘而生成延迟射频信号VRF(t－Δti)的混合器，转而具有：倍频器，其通过对延迟本振信号VLO(t－Δti)进行倍频而生成延迟本振信号VLOM(t－Δti)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLOM(t－Δti)相乘而生成延迟射频信号VRF(t－Δt)。
在采用了上述的构成的情况下，供给至各辐射元件Ai的延迟射频信号VRF(t－Δti)的时间延迟也不取决于频率。因此，在采用了上述的构成的情况下，即使变更辐射的电磁波的频率，也能够不变更给予信号光SL的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，而向恒定的方向辐射电磁波。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选各供电电路Fi还具有：混合器，其通过将使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)；合波器，其通过将中频信号VIF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相加，生成和信号VIF+LO’(t+Δti)；光调制器，其生成以和信号VIF+LO’(t+Δti)进行了强度调制的信号光RSLi；O/E转换器，其通过对通过使用上述延时器给予信号光RSLi时间延迟得到的延迟信号光RSL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO’(t)；分波器，其通过对延迟和信号VIF+LO’(t)进行分波，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。
根据上述的构成，能够实现发送接收兼用的相控阵天线。
在上述实施方式所涉及的相控阵天线中，优选各供电电路Fi还具有：混合器，其通过将使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)；光调制器，其生成以中频信号VIF’(t+Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)进行了正交调幅的信号光RSLi；光解调器，其通过对通过使用上述延时器给予信号光RSLi时间延迟得到的延迟光信号RSL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t)；以及混合器，其通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。
根据上述的构成，能够实现发送接收兼用的相控阵天线。
〔附注事项〕
本发明并不限定于上述的实施方式、各变形例，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，将实施方式或者各变形例所公开的技术手段适当地组合得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。
附图标记说明
1、2…相控阵天线，MP…合波器，OM…光调制器，TD…延时元件，Fi…供电电路，OEi…O/E转换器，DPi…分波器，MXi…混合器。

Claims (9)

1.一种相控阵天线，具备n个辐射元件A1、A2、…、An，n是2以上的整数，其特征在于，
所述相控阵天线具备：
合波器，其通过将中频信号VIF(t)与本振信号VLO(t)相加，生成和信号VIF+LO(t)；
光调制器，其通过以和信号VIF+LO(t)对输送光CL进行强度调制，生成信号光SL；
延时器，其通过对信号光SL给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n；以及
供电电路组，其由将延迟信号光SL’i转换为向辐射元件Ai供给的延迟射频信号VRF(t－Δti)的供电电路Fi构成，i＝1、2、…、n，
各供电电路Fi具有：
O/E转换器，其通过对延迟信号光SL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO(t－Δti)；
分波器，其通过对延迟和信号VIF+LO(t－Δti)进行分波，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)；以及
混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，
各供电电路Fi还具有：
混合器，其通过将使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)；
合波器，其通过将中频信号VIF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相加，生成和信号VIF+LO’(t+Δti)；
光调制器，其生成以和信号VIF+LO’(t+Δti)进行了强度调制的信号光RSLi；
O/E转换器，其通过对通过使用上述延时器对信号光RSLi给予时间延迟而得到的延迟信号光RSL’i进行O/E转换，生成延迟和信号VIF+LO’(t)；
分波器，其通过对延迟和信号VIF+LO’(t)进行分波，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t)；以及
混合器，其通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。
2.一种相控阵天线，具备n个辐射元件A1、A2、…、An，n是2以上的整数，所述相控阵天线具备：
光调制器，其通过以中频信号VIF(t)和本振信号VLO(t)对输送光CL进行正交调幅，生成信号光SL；
延时器，其通过对信号光SL给予时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n；以及
供电电路组，其由将延迟信号光SL’i转换为向辐射元件Ai供给的延迟射频信号VRF(t－Δti)的供电电路Fi构成，i＝1、2、…、n，
各供电电路Fi具有：
光解调器，其通过对延迟信号光SL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF(t－Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)；以及
混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成延迟射频信号VRF(t－Δti)，
各供电电路Fi还具有：
混合器，其通过将使用对应的辐射元件Ai接收的射频信号VRF’(t+Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘，生成中频信号VIF’(t+Δti)；
光调制器，其生成以中频信号VIF’(t+Δti)和延迟本振信号VLO(t－Δti)进行了正交调幅的信号光RSLi；
光解调器，其通过对通过使用上述延时器对信号光RSLi给予时间延迟而得到的延迟光信号RSL’i进行解调，生成延迟中频信号VIF’(t)和本振信号VLO’(t)；以及
混合器，其通过将延迟中频信号VIF’(t)与本振信号VLO’(t)相乘，生成延迟射频信号VRF’(t)。
3.根据权利要求1或者2所述的相控阵天线，其特征在于，还具备：
光源组，其是由生成输送光CLi的光源构成的光源组，且由各光源生成的输送光CL1、CL2、…、CLn的波长不同；以及
合波器，其通过对输送光CL1、CL2、…、CLn进行合波，生成输送光CL，
上述延时器具有：
光波导，其通过对信号光SL给予色散，生成延迟信号光SL’；以及
波长分波器，其通过对延迟信号光SL’进行波长分波，生成延迟信号光SL’1、SL’2、…、SL’n。
4.根据权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，
上述光源是生成的输送光CLi的波长可变的光源。
5.根据权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，
上述光波导是给予信号光SL的色散可变的光波导。
6.根据权利要求1或者2所述的相控阵天线，其特征在于，
还具备生成输送光CL的光源，
上述延时器具有：
光分路器，其通过对信号光SL进行分路，生成信号光SL1、SL2、…、SLn；以及
光波导组，其是由通过对各信号光SLi给予时间延迟Δti，生成延迟光信号SL’i的光波导构成的光波导组，且由各光波导给予的时间延迟Δt1、Δt2、…、Δtn的大小不同。
7.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，
上述光源是生成的输送光CL的波长可变的光源，
上述光波导组由色散不同的光波导构成。
8.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，
上述光波导组由光程可变的光波导构成。
9.根据权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，
各供电电路Fi中，代替通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLO(t－Δti)相乘而生成延迟射频信号VRF(t－Δti)的混合器，转而具有：
倍频器，其通过对延迟本振信号VLO(t－Δti)进行倍频而生成延迟本振信号VLOM(t－Δti)；以及
混合器，其通过将延迟中频信号VIF(t－Δti)与延迟本振信号VLOM(t－Δti)相乘而生成延迟射频信号VRF(t－Δt)。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7111971B2 (ja) * 2019-01-23 2022-08-03 日本電信電話株式会社 無線通信システム、収容局装置及び無線通信方法
US11947043B2 (en) 2020-09-18 2024-04-02 Rockwell Collins, Inc. Optical phased array controlled RF phased array
US11239877B1 (en) * 2020-11-24 2022-02-01 At&T Intellectual Property I, L.P. Local oscillator synchronization for coherent phased-array system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510927A (en) * 1993-09-20 1996-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for setting the local oscillator of an optical superheterodyne receiver
JP2007067802A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ビームフォーミング型ｒｏｆシステム
CN102664684A (zh) * 2012-04-23 2012-09-12 电子科技大学 一种60GHz RoF接入系统的无线终端收发机

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2773661B1 (fr) 1998-01-12 2000-02-25 Alsthom Cge Alcatel Procede d'emission d'un signal de controle par une station de base d'un systeme de radiocommunication numerique cellulaire et station de base correspondante
US6504636B1 (en) * 1998-06-11 2003-01-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical communication system
KR100376298B1 (ko) 1999-09-13 2003-03-17 가부시끼가이샤 도시바 무선통신시스템
JP4151931B2 (ja) 1999-09-13 2008-09-17 株式会社東芝 無線通信システム、無線基地局および制御局
US20020012495A1 (en) * 2000-06-29 2002-01-31 Hiroyuki Sasai Optical transmission system for radio access and high frequency optical transmitter
US6788268B2 (en) 2001-06-12 2004-09-07 Ipr Licensing, Inc. Method and apparatus for frequency selective beam forming
US6448938B1 (en) 2001-06-12 2002-09-10 Tantivy Communications, Inc. Method and apparatus for frequency selective beam forming
JP2004023400A (ja) 2002-06-14 2004-01-22 Mitsubishi Electric Corp 光制御アレーアンテナ装置
JP4632444B2 (ja) 2005-12-09 2011-02-16 独立行政法人情報通信研究機構 光制御アレイアンテナ装置
JP5188402B2 (ja) 2009-01-15 2013-04-24 三菱電機株式会社 光制御型フェーズドアレーアンテナ
WO2011078029A1 (ja) 2009-12-21 2011-06-30 日本電気株式会社 アンテナ素子への配線距離を最短にするアレイアンテナ装置
JP5377750B2 (ja) 2010-03-04 2013-12-25 三菱電機株式会社 アレイアンテナ装置
WO2013148986A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 Corning Cable Systems Llc Reducing location-dependent interference in distributed antenna systems operating in multiple-input, multiple-output (mimo) configuration, and related components, systems, and methods
CN102856665A (zh) 2012-09-06 2013-01-02 中国铁路通信信号股份有限公司 一种频率和波束方向可重构的时间调制阵列天线系统
EP2717382B1 (en) 2012-10-05 2019-01-02 Nxp B.V. A phased array antenna and associated methods
JP5983325B2 (ja) * 2012-11-07 2016-08-31 Kddi株式会社 Ｒｆ信号光伝送システム
CN103401072B (zh) 2013-07-25 2015-07-08 上海交通大学 基于周期性幅度控制的相控阵天线系统及波束控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510927A (en) * 1993-09-20 1996-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for setting the local oscillator of an optical superheterodyne receiver
JP2007067802A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ビームフォーミング型ｒｏｆシステム
CN102664684A (zh) * 2012-04-23 2012-09-12 电子科技大学 一种60GHz RoF接入系统的无线终端收发机

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