JP2000114851A - 光制御フェイズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 二種の新しい光制御フェイズドアレイアンテ
ナ・システムを提供する。 【解決手段】 レーザ１０００のλ_ｏは、ビーム・スプ
リッタ３０２０で分割前レンズ３００５でビーム拡大、
コリメートされる。ビーム３０４０は、レンズ３０１０
でＯＦＳ９００上にフォーカス、量Ωだけ周波数シフト
され、レンズ３００９でコリメート、ミラー３０３０で
反射、ＢＳ３０２０に戻り、ＯＦＳ９００で再度周波数
シフトされる。ビーム３０５０は、ＬＩＰＳＡ２０００
で位相シフト、ＢＳ３０２０に戻り、反射される。ＯＦ
Ｓはマイクロ波源８００で駆動される。両ビーム３０４
０と３０５０はコヒーレントに加算、ＬＡ３０７０でＰ
Ｄ１５００に焦点化される。検出電流１６００は、Ｒ／
Ｔモジュール１６５０経由アンテナ１７００に向う。光
検出器１５００で位相シフタ・アレイとして機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、移動通信、無線
通信、並びに衛星通信の用途における光制御フェイズド
アレイアンテナ（ＰＡＡ）である。光学的なスペクトル
領域以外に、この出願に記載されている発明はマイクロ
波やミリ波等々の電磁気的なスペクトルにも適用可能で
あり、ネットワークを形成する単一制御ビーム、軽量、
小型で、高速操舵（ステアリング）が可能で、単純構成
を有する。

【０００２】

【先行技術】移動通信技術、無線通信技術、並びに衛星
通信技術における急激な進展及び開発に伴って、単純、
費用効果的、小型、並びに、軽量である新しい光制御フ
ェイズドアレイアンテナ（ＰＡＡ）に対する需要が益々
増大している。従来のＰＡＡは、図１に示されるよう
に、非常に嵩張って、高価であり、高重量あるであると
共に複雑である。一般に、それは４つの部分、即ち、
（１）マイクロ波源７００、（２）複雑且つ広いスペー
スを占めるビーム形成ネットワーク４００、（３）複雑
な制御ネットワーク６００、並びに、（４）アレイアン
テナ５００から構成されている。ビーム形成ネットワー
ク４００は、Ｎ個の位相シフタアレイ１００、重量の重
マイクロ波・パワーディバイダ２００、並びに、Ｎ個の
減衰器３００等々の各種必須の構成要素から製作されて
いる。複雑な制御ネットワーク６００は、アレイアンテ
ナ５００を操舵（ステアリング）すべく一定の順序でこ
れらＮ個の位相シフタ及びＮ個の減衰器要素の各々を制
御する必要がある。

【０００３】多くの光制御マイクロ波ＰＡＡが、従来ア
ンテナの多くの面を改善した数々の異なる方式[ Ｎ．Ｒ
ｉｚａ（編集）の「Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｐａｐｅｒｓ
ｏｎＰｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ｓ ｆｏｒ ＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ
ｓ」，ＳＰＩＥ Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ Ｓｅｒｉｅｓ
１３６，ＳＰＩＥ Ｐｒｅｓｓ １９９７年] を用いて
提案されている。これらの方式は２つの一般分類、即
ち、（ａ）フェイズド操舵に基づく光制御ＰＡＡ、及
び、（ｂ）真時間遅延操舵に基づく光制御ＰＡＡ[ Ｈ．
Ｚｍｕｎｄａａｎｄ Ｅ．Ｎ．Ｔｏｕｇｈｌｉａｎ（編
集）の「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｍ
ｏｄｅｒｎ Ｒａｄａｒ」，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓ
ｅ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，Ｍａｓｓ．，１９９４年] に大き
く分けることができる。フェイズド操舵と比較した場合
の真時間遅延操舵の１つの主要な有益性は、ビーム‐傾
斜が存在しないことである。

【０００４】位相操舵を採用する光制御マイクロ波ＰＡ
Ａは、以下の２つの一般的構成の内の何れかを用いて実
現可能な様々な干渉計に基づくヘテロダイン式の仕組み
を用いている。第１の構成はマッハ‐ツェンダー干渉計
を具備する単一レーザ源に基づき[ Ｉ．Ｃ． Ｃｈａｎ
ｇ ａｎｄ Ｓ．Ｓ． Ｔａｒｎｇの「Ｐｈａｓｅｄａ
ｒｒａｙ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｃ
ｏｕｓｔｏ‐ｏｐｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、Ｐ
ｒｏｃ．ＳＰＩＥ 第９３６冊、第１６３頁〜第１６７
頁，１９８８年] 、第２の構成は２つのフェイズドロッ
クレーザに基づく[ Ｙ． Ｋｏｎｉｓｈｉ等の「Ｃａｒ
ｒｉｅｒ‐ｔｏ‐Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ ａｎｄ Ｓ
ｉｄｅｌｏｂｅ Ｌｅｖｅｌ ｉｎ ａ Ｔｗｏ‐Ｌａ
ｓｅｒＭｏｄｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ ｕｓｉｎｇ
Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ
Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｓ、第４０（１２）冊，第１４
５９頁〜第１４６５頁、１９９２年、及び、Ｍ． Ｌｅ
ｗｉｓの「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａ
ｍｆｏｒｍｉｎｇ」、ＭＷＰ１９９７年、第２３頁〜第
２６頁、ドイツ] 。

【０００５】第１の構成は２つの主ユニット、即ち、
（１）干渉計タイプの光ヘテロダイン式ユニット１１０
０、及び、（２）マイクロ波・アンテナ・ユニット１８
００から成る。光へテロダイン式ユニットは、マッハ‐
ツェンダー干渉計或は任意の二光束干渉計に対しての光
源１０００として単一レーザを採用している。マッハ‐
ツェンダー干渉計内において、光周波数シフタ（ＯＦ
Ｓ）９００モジュール及び光位相シフタ（ＯＰＳ）１９
００モジュールは個別に位置決めされるか、或は、図２
に示されるような干渉計のアームと一体的に位置決めさ
れるか、その両方であってもよい。ＯＦＳモジュール
は、音響光学的周波数シフタ（ＡＯＦＳ）或は単一周波
数シフタとして動作する電気光学的な変調器の何れかを
用いたマイクロ波源８００によって、マイクロ波或はＲ
Ｆ周波数領域で駆動される。これはフェイズドアレイア
ンテナに対して動作マイクロ波の帯域の周波数を提供す
る。一般に、ＯＰＳ１９００モジュールは、（１）ビー
ム#2をＮ個の小ビームに空間的に分割、及び、（２）こ
れらＮ個の小ビームの各々に異なる所定光位相シフトの
提供の２つの機能を実行する１‐Ｄ或は２‐Ｄモジュー
ルである。ＯＰＳは様々な複雑性を伴って異なる光技術
を用いて組み立てることができる。

【０００６】レーザ１０００からの入射ビームはビーム
・スプリッタ１０１０によって、干渉計の２つのアーム
を別々に通って移動するビーム#1 １２００及びビーム
#2１３００に分割される。ビーム#1 １２００はＯＦＳ
９００を通って伝播する際に周波数シフトを被る一方、
ビーム#2 １３００はＮ個の小ビームに分割され、これ
ら小ビームの各々はＯＰＳモジュール１９００を制御す
るコントローラ１４００によって決定された所定位相シ
フトを受ける。次いで、ビーム#1及びビーム#2はビーム
・スプリッタ１０１１で干渉して、光ヘテロダイン信号
を生成する。

【０００７】次いで、この光ヘテロダイン信号は先ずマ
イクロ波・アンテナ・モジュール１８００に伝達されて
ＰＡ１５００で検出され、マイクロ波源８００のＲＦ周
波数と同等な周波数成分と、干渉ビームの２つのアーム
における光位相差に同等な位相成分とを有する正弦波状
電気信号１６００出力を提供する。この光学的な差は、
ＯＰＳモジュール１９００及びコントローラ１４００に
よって決定されたプログラムされた位相シフト値に直接
関連する。次いでこの電気信号１６００は、ＡＡ１７０
０内へ投射される前にＲ／Ｔモジュール１６５０へ通さ
れる。コントローラ１４００によって異なるＮ個の小ビ
ームの位相シフト値を制御することによって、マイクロ
波・フェイズドアレイアンテナは操舵可能となる。

【０００８】第１構成とまさに同様に、第２の一般構成
も２つの主ユニット、即ち（１）フェイズ‐ロック・タ
イプの光学的ヘテロダイン式ユニット１９９０と、
（２）マイクロ波・アンテナ・ユニット１８００とから
成る。フェイズ‐ロック・タイプの光学的ヘテロダイン
式ユニット１９９０は２つの交差フェイズドロック・レ
ーザ１００１及び１００２を用い、これらレーザの周波
数分離（ＲＦ周波数と同等）が固定可能或は可変であ
り、(２)ＯＰＳモジュール１９００はこれら２つのレー
ザビームの経路に沿って図３に示されるように配置され
ている。

【０００９】これら２つの一般的構成は２つの包括的な
タスク、即ち、(１)マイクロ波或はＲＦ周波数を、マッ
ハ‐ツェンダー・タイプの場合のようにＯＦＳモジュー
ル９００を用いて光学的搬送波周波数か或は２つのフェ
イズド‐ロック・レーザの場合のようにビート周波数
(ＢＦ)かの何れかに重畳又は導入することと、(２)ＯＰ
Ｓ１９００モジュールを用いて光学的フェイズ・シフト
差を生成することとを実行する。光学的ヘテロダイン式
検出によって、２つの干渉ビームは、ＲＦ周波数と同等
の周波数成分と、干渉ビームの２つのアームの光学位相
差と同等な位相成分とを有する光検出器１５００の出力
で正弦波状電気信号１６００を提供する。

【００１０】様々に提案されている、位相操舵に基づく
光制御マイクロ波ＰＡＡは、周波数シフト及び位相シフ
ト機能を発生すべく採用される実際の光技術によって分
類され得る。一般に、これらの方法にはＦＳ技術に比べ
ＰＳ技術はより多くの技術がある。ＰＳ機能を発生すべ
く採用される幾つかの光学的技術は、（１）空間的光変
調器(ＳＬＭ)、(２)液晶光バルブ（ＬＣＬＶ）]、(３)
偏向自在ミラー装置(ＤＭＤ)、(４)磁気‐光学振幅ＳＬ
Ｍ(ＭＯ‐ＳＬＭ)、（５）強誘電性液晶(ＦＬＣ）、
（６）集積光学、並びに、（７）ファイバストレッチャ
ー及びその他である。[ 詳細には、Ｎ． Ｒｉｚａ，
（編集）「Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｐａｐｅｒｓｏｎ Ｐｈ
ｏｔｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏ
ｒ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ」、
ＳＰＩＥ Ｐｒｅｓｓ、１９９７年を参照のこと。]

【００１１】他方、真時間遅延操舵を採用する光制御マ
イクロ波ＰＡＡは、ＲＦ変調光ビームと、光真時間遅延
線或は光遅延ネットワーク（ＤＯＮ）を用いる。ＲＦ変
調レーザビームは直接変調されたレーザ・ダイオード或
は外部変調器を具備するレーザから出すことができる。
一般にＤＯＮは、（１）「１対Ｎスプリッタ」フィード
変調器、（２）光ファイバ、半導体導波路、自由空間、
光ガイド・モード等々の何れかを用いて様々な所定特定
長を有するＮ個の光路から成るアレイ或はマトリックス
で製作された遅延モジュール、並びに、(３)差動光路の
差を獲得すべく、入射光ビームを任意の異なる光路へス
イッチするための交差接続構成或は物理的機構から構成
されている。光路差は位相操舵に用いられるものに較べ
長い。一般に、これらの光路差は、ビーム傾斜を回避す
べくマイクロ波の波長の４０倍と同等か或はそれよりも
長い。

【００１２】数多く提案されている、真時間遅延操舵を
採用する光制御マイクロ波ＰＡＡは、分割及びスイッチ
ング機構がどのように実行されているか、即ち、(ｉ)時
間多重化に基づく技術、（ｉｉ）空間多重化に基づく技
術、並びに(ｉｉｉ)波長多重化に基づく技術のどの技術
で実行されているかに依存して３つのサブグループに分
類される。[ 詳細には、Ｎ． Ｒｉｚａ，（編集）「Ｓ
ｅｌｅｃｔｅｄ ｐａｐｅｒｓ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉ
ｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒ Ｐｈａｓ
ｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ」、ＳＰＩＥ Ｐ
ｒｅｓｓ、１９９７年を参照のこと。]

【００１３】これらの異なる光制御ＰＡＡは従来のマイ
クロ波ＰＡＡの改良された多くの面を有するが、これら
新しいＰＡＡはサイズ、重量、並びに体積によって依然
として制約を受けている。１つの根本的な問題は、Ｎ個
の遅延線或はフェイズドアレイにおけるＮ個の位相シフ
タを個別に制御するために必要される数多くの支援（現
行下）光及び電子装置である。一般に、（位相操舵の場
合）位相シフタ毎の電子機器又は等価制御要素(ＥＣ
Ｅ)、或は、（時間遅延操舵の場合）遅延線毎のスイッ
チが個別的な位相／遅延調整に対して要求される。

【００１４】更には、高価であるか或は特別に開発され
た装置がこれらの数々の光制御ＰＡＡに必要とされてい
る。また、マスタ・コンピュータ、複雑なアルゴリズ
ム、インターフェース装置、並びに他の支援素子が要求
されて、全てのＥＣＵ或はＰＡＡにおけるスイッチを制
御するビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）を組立てる。
このＢＦＮは、素子数が増大すると複雑化、大型化、並
びに低速化する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、単
純、小型、並びに軽量である２つの新しい光制御フェイ
ズドアレイアンテナアレイ(ＰＡＡ)構成を提供すること
である。第１の構成はヘテロダイン式構成(或は位相操
舵)に基づき、第２構成は光遅延線を用いる真時間操舵
に基づく。これら位相操舵及び真時間操舵は、それぞ
れ、「可変線形増大位相シフト遅延アレイ(ＬＩＰＳ
Ａ)」及び「可変線形増大真時間遅延アレイ（ＬＩＴＤ
Ａ）」と言われ、これらは「可変光遅延線アレイ」と題
する特許発明に対する１９９８年９月４日出願の日本出
願に記載されている。これら新しい光制御ＰＡＡシステ
ムは、Ｎ個の制御パラメータ（先行して報告された光制
御ＰＰＡに見出される）ではなくただ１つの制御パラメ
ータを必要として、アレイにおける各種要素の残り内の
各位相シフト或は時間遅延を自動的に調整する。

【００１６】これら新しい光制御ＰＡＡの幾つかの独特
な特徴は、(１)多数の位相シフタ／遅延線及びそれら関
連コントローラが不要、（２）アンテナの全重量の減
少、（３）複雑なコンピュータ及び先進ビーム形成制御
アルゴリズムが不要、並びに（４）ナノ秒の操舵速度が
可能なことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】これら課題を解決するた
めに、本発明の請求項１は多重チャネルコヒーレント光
ヘテロダイン式検出原理を用いた位相操舵方法に基づく
光制御フェイズドアレイアンテナ・システムであって、
（１）光ヘテロダイン式ユニット及び(２)マイクロ波・
アンテナ・ユニットである２つの一般的なモジュールを
備えており、上記光制御フェイズドアレイアンテナ・シ
ステムは、前記ヘテロダイン式ユニットが、(ａ)特定の
波長λ0 或はその近傍で動作するレーザ源、（ｂ）変形
トワイマン‐グリーン干渉計（ＴＧＩ）或はアーム長差
がゼロである任意の二光束干渉計、（ｃ）ＴＧＩの典型
的な反射ミラーの１つに代わるべく用いられ且つ光学的
に位相シフトされた信号のアレイを提供すべく用いられ
る線形増大位相シフタ・アレイ(ＬＩＰＳＡ)、（ｄ）マ
イクロ波或はＲＦ周波数で動作又は駆動されて、前記Ｔ
ＧＩのアームの１つに位置決めされた光周波数シフタ
(ＯＦＳ)モジュール、並びに、（ｅ）レーザビームをコ
リメート／焦光するために用いられるビーム・コリメー
タ／レンズを備えことと、前記マイクロ波・アンテナ・
ユニットが、(ａ)前記ＴＧＩからのアレイ出力を検出す
る光検出器(ＰＤ)のアレイ、（ｂ）レシーバ／トランス
ミッタ（Ｒ／Ｔ）モジュールのアレイ、並びに、(ｃ)ア
ンテナ・アレイを備えることと、前記ヘテロダイン式ユ
ニットが、前記ＰＤアレイの出力で得られる必要とされ
る電源信号を光学的に発生及び制御しており、該必要と
される電気的信号源が、前記位相アレイアンテナに実質
的に供給されるマイクロ波／ＲＦ周波数成分及びマイク
ロ波位相シフタ成分を有し、前記マイクロ・アンテナの
ビームが前記ＬＩＰＳＡの共振（共鳴）長を特定範囲内
に単に変更することによって操舵或は走査可能であるこ
と、を特徴とする。

【００１８】本発明の請求項２は、真時間遅延操舵方法
に基づく光制御フェイズドアレイアンテナ・システムに
向けられ、(１)光遅延ユニット及び(２)マイクロ波・ア
ンテナ・ユニットである２つの一般的ユニットを備えて
おり、前記光制御フェイズドアレイアンテナ・システム
は、前記光遅延ユニットが、（ａ）波長λ0 で動作する
レーザ源、(ｂ)入射ビームの搬送波周波数を変更するか
或は変更することなく該入射ビームの振幅を変調して信
号を出力する変形された振幅専用変調器(ＭＡＯＭ)ユニ
ット／構成要素、（ｃ）光学レンズ、並びに（ｄ）線形
増大真時間遅延アレイ（ＬＩＴＤＡ）ユニット／構成要
素であり、その該ＬＩＴＤＡの共振長（λ0 ／２の整数
倍）の値に基づくと共に該ＬＩＴＤＡユニットの前方ミ
ラーの所定パワー反射率プロファイルの値に基づくＮ個
の遅延線を提供する線形増大真時間遅延アレイ（ＬＩＴ
ＤＡ）ユニット／構成要素を備え、前記波長が前記ＭＡ
ＯＭへ入射し、前記ＭＡＯＭからの信号出力が、前記Ｌ
ＩＴＤＡユニットへ向かう前に前記光学レンズで拡張さ
れ且つコリメートされ、次いで反射小ビームが前記マイ
クロ波・アンテナ・ユニット上に集光することと、前記
マイクロ波・アンテナ・ユニットが、（ａ）ＬＩＴＤＡ
からのアレイ出力を検出する光検出器(ＰＤ)のアレイ、
（ｂ）レシーバ／トランスミッタ（Ｒ／Ｔ）モジュール
のアレイ、並びに、（ｃ）アンテナ・アレイを備えるこ
とと、前記光遅延ユニットの前記ＭＡＯＭが、前記搬送
波波長λ0 か或はその付近で動作する、マイクロ波又は
ＲＦ駆動された振幅変調光源信号を提供する一方で、前
記ＬＩＴＤＡユニットが入射ビームをＮ個の平行小ビー
ムに空間的に駆動すると共に各小ビームをそれらの対応
する前記ＬＩＴＤＡユニットにわたる位置に従って崩壊
しており、次いで前記反射小ビームが必要とされる電気
信号を発生する光検出器アレイ（ＰＡ）へ供給されてお
り、前記必要とされる電気信号が前記ＬＩＴＤＡユニッ
トによって制御されたマイクロ波／ＲＦ周波数成分及び
真時間遅延成分を有しており、これら信号が引き続いて
前記位相アレイアンテナへ供給されており、前記マイク
ロ波・アンテナ・ユニットのビームが前記ＬＩＴＤＡの
共振器長を単に変更することでλ0 ／２の整数倍だけ操
舵されるか或は走査され得ることと、を特徴とする。

【００１９】

【好適な実施例の説明】この発明において、ＬＩＰＳＡ
に基づく光制御ＰＡＡシステムを提供する前にＬＩＰＳ
Ａの簡単な要約を提供し、次いで、ＬＩＴＤＡに基づく
光制御ＰＡＡシステムを提供する前にＬＩＴＤＡに関す
る簡単な議論を行う。ＬＩＰＳＡに基づく光制御フェイ
ズドアレイアンテナ

【００２０】ＬＩＰＳＡは、先に引用した日本特許出願
に説明されている変形ギヤーズ-ツアーノイス（Ｇｉｒ
ｅｓ-Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）共振器（ＧＴＲ）２０００で
あり、基本的には、図４に示されるように、前方ミラー
としての所定空間的変更或は傾斜反射ミラー（ＧＲＭ）
Ｒn ２２００と、１００％反射後方ミラー２３００とを
具備する非対称ファブリ・ペロー共振器である。

【００２１】説明及び明瞭化の目的のみで、ビーム・ス
プリッタＢＳ２０３０が図４内に含まれて、（均一波面
２１５０を有する）入射電場Ｅｉｎｃ２１００を反射さ
れた電場Ｅｒｅｆ２６００（又は、２６００−２６９９
としての反射小ビームＢ1 乃至Ｂn ）から空間的に分離
している。ここで、ｎは、コーティングミラーの表面に
おける座標（簡略化のための１‐Ｄ）に沿った位置を表
わす。

【００２２】システム全体が無損失であると仮定する
と、反射ビーム（又は小ビーム２６００−２６９９）は
入射ビーム２１００の振幅と同等であるが、ＬＩＰＳＡ
２０００のｎ‐チャネルにおける反射位相シフトΘn は
以下の数式１で与えられ、

【数６】 ここで、ρn （＝−Ｒn1/2）は振幅反射率、ｄ：共振長
２０８０、η：共振器２０００内の物質２０６０の屈折
率（簡略化のために＝１）である場合にθn ＝２πηｄ
／λ＝ｋηｄであり、Ψn がアレイにおけるコーティン
グのためのｎ‐チャネルにおける位相角度である。

【００２３】異なるチャネルにわたって線形的に増大す
る反射位相シフトを生成するために、以下の各種条件が
課せられる。第１として、ミラー２２００をコーティン
グするために用いられるコーティング製作又はコーティ
ング技術は、ｎ個の異なる区域又はチャネルにわたって
Ψn をゼロ若しくはπに等しくする。この条件は先進コ
ーティング技術或は従来的な多重λ0／４コーティング
（１/４波長）製造技術の使用によって実現可能であっ
て、Ψn ＝０或はπとなる。これら両アプローチは全て
のｎに対して、Ｔａｎ［Ψn］＝０及びＣｏｓ［Ψn］＝
０に至る。第２として、以下の下式で与えられるコーテ
ィングプロファイルＲn ２８００を必要とした。

【数７】 ここで、Δｌとｋ0＝２π／λ0は位相シフトが最小とな
るように設定される必要があるパラメータであり、λ0
はλ0／４マルチコーティング製造技術で用いられる波
長値である。所与の固定Δｌ及びｋ0に対しては、ｄ＝
ｚ0の共振器間隔の初期選択に依存して生成され得る数
多くのプロファイルＲn ２８００がある。これらプロフ
ァイルＲｎ２８００の幾つかが図５に示されている。

【００２４】コーティングプロファイルはそれら用途の
要件に依存して連続的或は離散的であることができる。
間隔ｚ0で計算されたコーティングプロファイルはλ0／
２の整数倍に関して周期的である。これが意味すること
は、初期間隔ｚ0 で生成されたプロファイルが、もし新
しい間隔ｚがｚ0＋ｑλ0／２と同等であれば再生可能で
あることである。ここで、ｑは整数である。更には、ｑ
λ0 ／２の固定値が与えられたならば、ｚ0の選択が使
用できる実効チャネル数に影響する。長さｚ0が短けれ
ば短いほど、Ｒがゼロに近づく前にチャネル数はより低
くなる。これは、図５に見られる曲線（ｅ）と比較され
た曲線（ａ）の場合に明白に判明される。ｄ＝ｚ0値の
適切な選択が、結果的なＲnが１より小さいかそれと等
しくなる必要性があるという物理的に意味ある結果を獲
得するために必要である。

【００２５】第３として、ｔａｎ-1（ｋ0ｎmaxΔＬ／
２）〜ｋ0ｎmaxΔＬ／２且つパラメータΔＬ、ｚ0ｄ、
並びにｎが適切に選択されるために、 ｋ0ｎmaxΔＬ／
の値が非常に小さいと更に仮定すると、次の数式４が得
られ、

【数８】 ここでｗ0は、 所与のｚ0、ｄ、並びにΔＬに対しての
最大チャネルｎmaxｎに対する線形性の指標を表す。ｗ0
値は、通常、０．５より小さく、全てのｎ＜ｎmaxに対
して、Θn〜ｔａｎ-1（ｗ0）〜ｗ0である。

【００２６】ビームがフィルタとしてのＬＩＰＳＡを見
做せないようするために、レーザ帯域幅は共振器の周波
数帯域幅よりも著しく小さいと更に仮定する。これらの
全ての仮定によって、異なるチャネルにわたる反射位相
シフトΘn （小ビーム２６００−２６９９）が次の数式
５のように表わすことができ、

【数９】 ここで、ｚ0は反射率Ｒn２８００の計算に用いられる初
期共振器間隔であり、ｋ＝２π／λのλは実際の入射ビ
ームの波長であり、ｄは変更可能な共振器間隔２０８０
である。

【００２７】上式はチャネル数ｎに対するΘn の線形依
存性を明らかに示している。ＬＩＰＳＡ２０００は傾斜
可能なプリズム的な光学装置と機能的に同類である。そ
れが要求することは、アレイ内の各種要素の残りにおけ
る各位相を自動的に調整するための１つのみのパラメー
タである。ＬＩＰＳＡ２０００のｄ２０８０を指定範囲
Δｄ（＜λ0） 内で単純に変更することによって、波面
の傾き又は傾斜は変更可能である。Θn 及びチャネルｎ
の間の優れた線形性は、図６に示されるように、ｚ0の
２つの異なる間隔値に対しての特定最大値ｎmaxにまで
獲得することができる。

【００２８】注目すべきことは、上述の議論において、
入射λがコーティングプロセスに用いられる波長と同等
である（λ＝λ0 或はΔλ＝０）ことを仮定することで
ある。もし入射λがλ0から離調されると（Δλ＝λ−
λ0）、ｎmax がより低くなると共にΔΘmaxがより狭く
なる。 作用／機能 ＬＩＰＳＡに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ

【００２９】第１に提案される光制御ＰＡＡはコーヒレ
ント光ヘテロダインを用いた位相操舵方法に基づく
［Ｒ． Ｓｏｒｅｆの「Ｖｏｌｔａｇｅ‐Ｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄＯｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅ
ｒ」、Ｊ． ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈ． ３、９９
２頁、１９８５年］。この構成は２つの部分、即ち、図
７に示されるように、（１）ヘテロダイン式モジュール
３０００及び（２）マイクロ波・アンテナ・モジュール
１８００から製作される。ヘテロダイン式モジュール３
０００は、図７に示されるように、レーザ光源１０００
と、コリメートレンズ３００５、ビーム・スプリッタ３
０２０、並びに集光化及びコリメートレンズ３０１０，
３００９から製作される変形トワイマン‐グリーン干渉
計（ＴＧＩ）と、全反射ミラー３０３０と、ＬＩＰＳＡ
２０００によって代替されるＴＧＩの他の反射ミラー
と、ＴＧＩの１つのアーム内に挿入される光周波数シフ
タ（ＯＦＳ）９００と、レンズ・アレイ３０７０とから
成る。典型的なマイクロ波・アンテナ・モジュール１８
００は、図７に示されるように、光検出器ＰＤ１５００
のアレイ、マイクロ波・レシーバ／伝送モジュール１６
００のアレイ、並びに、アレイ・アンテナ１７００から
成る。

【００３０】図７に示されるように、λ0 で動作してい
るレーザ１０００からの入射光１００８は、ビーム・ス
プリッタ３０２０で同等な強度であるビーム#1３０４０
及びビーム#2３０５０の２つの部分に分割する前にレン
ズ３００５によってビーム拡大されると共にコリメート
される。ビーム#1３０４０はＴＧＩのアーム上を通って
伝播し、レンズ３０１０でＯＦＳ９００上にフォーカス
させられて量Ωだけ該ビームが周波数シフトさせられ、
レンズ３００９でコリメートされ、ミラー３０３０で反
射され、それがＢＳ３０２０へ向かって戻るように移動
するに伴って量ΩでけＯＦＳ９００で再度周波数シフト
させられる。ビーム#2３０５０は、ＴＧＩの他方のアー
ムを通って伝播し、ＬＩＰＳＡ２０００で位相シフトさ
れ、引き続きＢＳ３０２０へ戻るように反射させられ
る。ＯＦＳはマイクロ波源８００で駆動される。次い
で、両ビーム（３０４０及び３０５０）はコヒーレント
に加算され、ＬＡ３０７０で、以下の数式６のような出
力正規化電流信号ｉn を与えるＰＤ１５００のアレイに
焦点化させられる。

【数１０】

【００３１】任意の特定時ｔに、アレイ検出電流信号ｉ
n はＲＦ周波数と同等な周波数成分と、ＬＩＰＳＡ２０
００によって与えられる光学的位相差に同等な位相成分
とを有する。ＬＩＰＳＡはアレイにわたる光学的線形増
大位相シフト分布を発生し、これら位相シフト分布は数
式６で与えられるような検出器出力でのヘテロダイン検
出によってマイクロ波位相シフト・アレイに変換され
る。導出過程において、システム全体は無損失であるこ
とが仮定されており、ＴＧＩのアーム長差はゼロであ
る。

【００３２】これら検出電流信号ｉn １６００は、次い
で、マイクロ波・レシーバ／トランスミッタ（Ｒ／Ｔ）
モジュール１６５０へ通され、続いてビーム操舵のため
にアレイアンテナ１７００へ向かわされる。再度注目す
べきことは、この配列の下、ＬＩＰＳＡ２０００による
光学的位相シフトΘn は、検出器出力１５００で空間的
線形増大マイクロ波位相シフタ・アレイとして機能する
ことである。

【００３３】上式は、マイクロ波位相シフトに変換され
るＬＩＰＳＡの位相シフトΘn によって、チャネル数ｎ
に対するｉn の線形依存性を明白に示す。この独特の依
存性のため、提案される光制御ＰＡＡの以下の重要な特
徴がみられる。第１として、それはアレイ内の各種要素
の残りにおける各位相を自動的に調整する唯一のパラメ
ータを必要とする。このフェイズドアレイアンテナの遠
隔場での数値的放射パターンは、図８に示される反射率
プロファイルの２つの場合に対して（（ａ）に対しての
ｚ0 ＝λ0／８及び（ｂ）に対してのｚ0＝λ0／１０の
際）、λm／２のアンテナ対アンテナ間隔を有する。こ
こで、λm は放射マイクロ波信号の波長である。 ＬＩ
ＰＳＡ２０００のｄ２０８０を指定範囲Δｄ（＜λ0）
内で単に変更することによって、ＰＤのアレイにわたる
出力電力ｉn の分布は変化させられることが可能であ
り、引き続いてマイクロ波・ビームを操舵する。特定の
Ω及び時間ｔに対してｉn及びチャネルｎの間で優れた
線形性は特定の最大ｎmaxまで獲得され得る。

【００３４】第２として、効果的なマイクロ波周波数シ
フトは、ＴＧＩ内でのレーザビームの二重パス伝播のた
めに倍化されることになる。この配列は典型的な低周波
数（〜８００ＭＨｚ）音響‐光学周波数シフタ（ＡＯＦ
Ｓ）がより高いマイクロ波（〜１．６ＧＨｚ）信号用と
に使用されることを可能とする。

【００３５】第３として、マイクロ波・フェイズドアレ
イアンテナの角度的偏向範囲又は最大走査範囲ΔΘscan
は、ｚ0及びチャネル数ｎmaxｎによってコーティングプ
ロファイル２８００の選択の関数であるＬＩＰＳＡ２０
００の最大角度傾斜Δθphaseと同等である。Δθphase
（或はΔθscan）と、数式４に含まれているｎmax との
間には折衷案がある。図６及び図８に示されるように、
もし同一のｗ0 ＝０．４７基準が与えられたならば、Δ
θphaseは（ａ）ｚ0＝λ0／８のときｎmax＝４０でπ／
６（＝３０度）に等しく、（ｂ）ｚ0＝λ0／１０のとき
ｎmax ＝４０で２π／９（＝４０度）と同等である。

【００３６】第４として、もしＬＩＰＳＡがＥ／Ｏマテ
リアルを用いてアセンブルされれば、ナノ秒範囲での操
舵速度も可能である。もしＬＩＰＳＡが電気光学的結晶
或は共振器２０００内部の物質２０６０としての熱光学
的要素を用いてアセンブルされるか或は共振器２０００
のミラー３０３０がＰＺＴまたはＭＥＭＳ技術を用いて
構築できるのであれば、操舵、走査、或は、同調の速度
はマイクロ秒からナノ秒までの範囲となる。

【００３７】しかしながら、２つ以上のＬＩＰＳＡ装置
をカスケード接続又は直列接続することによって、 Δ
θphase（或はΔθscan）の範囲を増大することが可能
である。この装置及びその２‐Ｄバージョンをバルクで
平面状導波路回路及びＭＥＭＳ技術を用いて構築するこ
とは容易である。 ＬＩＴＤＡに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ

【００３８】装置２０００は指定された状態下で真時間
遅延装置としても機能できる。この装置は線形増大真時
間遅延アレイ（ＬＩＴＤＡ）６０００と呼称される。Ｌ
ＩＰＳＡ２０００とまさに同様に、この装置はアレイ内
の各種要素の残りにおける各時間遅延を自動的に調整す
る１つのみの制御パラメータを具備する可変光学的遅延
時間を提供できる。

【００３９】ここで、ＬＩＴＤＡ４０００の要約を、Ｌ
ＩＴＤＡに基づく光制御ＰＡＡを提供する前に図９に示
されるように簡単に説明する。共振器間隔ｄ４０８０が
ここではｄ＝ｍλ0／２に設定されることを除けば、 基
本的にはＬＩＰＳＡと同様である。ＬＩＴＤＡ４０００
は、先に引用した日本特許出願において全て議論されて
いる。段落番号［００２０］乃至［００２４］での仮定
（#1乃至#3）の下、ＬＩＰＳＡΘn （数式１）の結果と
しての反射位相シフトは次の数式７まで低減される。

【数１１】 もし、ω＝ω0でこの式のテイラー級数展開をとり、
（１）ω0が前方ミラー２２０のコーティング（多重λ0
／４コーティング技術）に用いられる周波数である場
合に入射ビームが周波数ω＝ω0を有することと、
（２）共振器間隔ｄm（或はτm＝ｄm／ｃ）が全てのｍ
値（整数）に対してω0τm＝πｍであるように設定され
ることとを要求すると、全ての項

【数１２】 はゼロと等しくなるが、 時間遅延係数Ｔ（＝−ｄΘn／
ｄω）は次の数式８で与えられ、これには、共振器間隔
ｄ４０８０が常にλ0／２の整数倍或はｄ＝ｍλ0／２或
はτm＝πｍ／ω0に設定されなけばならないという重要
な条件が伴われる。

【数１３】 ここで、次の数式９と、キャビティ時間（τ＝ｄ／ｃ）
であり、ｚ0が反射率Ｒnの計算で使用される初期共振器
間隔であり、ｃが光速度である。当方の誘導過程におい
て、システム全体は無損失であることを仮定している。

【数１４】

【００４０】ここで判明されたことは、変形ＬＩＴＤＡ
４０００は離散的時間記憶装置のアレイとして機能で
き、該記憶装置において特定チャネルｎに対する記憶時
間がχnを介しての反射率Ｒn２８００と、項τmを介し
ての共振器間隔ｄmとによって決定されることである。
コーティング反射率プロファイル２８００の適切な選択
で、線形増大真時間遅延アレイは合成可能である。ＬＩ
ＰＳＡとまさに同様に、この線形増大分布を生成できる
数多くの可能な反射率プロファイルがある。１つのそう
した反射率プロファイルＲｎ２８００は図１０に示され
ている。

【００４１】物理的に、これが意味することは、入射ビ
ーム（λ＝λ0 ）が共振器における特定の区域或はチャ
ネル内部を、該区域上の前方ミラー反射率Ｒがより低い
反射率値Ｒを有する他の区域と比べてより高い値を有す
ればより長く循環することになることである。

【００４２】チャネル数ｎの関数としての遅延Ｔは異な
るｄm に対して図１１に示されている。時間遅延Ｔ
（ｎ，ｄ）のｄ４０８０或はτに対する依存性によっ
て、ＬＩＴＤＡ４０００は、ｄ４０８０を図１１に示さ
れるようにλ0 ／２の整数倍だけ単に変更することによ
って可変増分時間遅延を提供する。時間遅延Ｔ及びチャ
ネル数ｎの間の良好な線形性はλ＝λ0 である限り見る
ことができる。しかしながら、もし動作λが離調される
と（Δλ＝λ−λ0 ）、誤差項が発生する。

【００４３】ＬＩＰＳＡ２０００とまさに同様に、ＬＩ
ＴＤＡ４０００の１つの独特な特徴は、ファイバ及び導
波路等々の数値的且つ物理的な個別遅延線要素がそれら
の関連制御スイッチ及びコントローラと共に必要としな
いことである。ＬＩＴＤＡ４０００の共振器長ｄ４０８
０を単に増減することによって他の要素の各時間遅延を
自動的に調整する。 ＬＩＴＤＡに基づくＰＡＡ構成

【００４４】ＬＩＴＤＡ４０００のマイクロ波・フェイ
ズドアレイアンテナへの直接的な適用は図１２に示され
ている。このシステムは２つの主ユニット、即ち、
（１）真時間遅延ユニット５０００及び（２）マイクロ
波・アンテナ・ユニット１８００から成る。真時間遅延
ユニット５０００は、レーザ１０００、振幅専用変調器
モジュール４０３０、変調モジュール４０３０を駆動す
るＲＦ源８００、ＬＩＴＤＡ４０００、偏光ビーム・ス
プリッタ（ＰＢＳ）４２００、偏光器４１００、フォー
カスレンズ・アレイ（ＬＡ）４５００、λ0 ／４プレー
ト４０５５、並びに幾つかのコリメータレンズ４１００
から成る。

【００４５】ここで、レーザ源１０００からの波長λ0
で動作している入射光ビーム４０４０は変調器４０３０
で振幅変調され、４０１０で偏光化され、ＰＢＳ４２０
０、λ0 ／４プレート４０５５、並びにＬＩＴＤＡ４０
００に入射する前にレンズ４１００でビーム拡大される
と共にコリメートされる。ＬＩＴＤＡはコリメートした
ビームをＮ個のより小さな小ビームに空間的に分割し、
ビームは該ＬＩＴＤＡ内でのそれらの位置、共振器間隔
４０８０、並びに反射率プロファイル２８００によって
決定される異なる遅延真時間値をとる。注目すべきは、
共振器間隔がλ0 ／２の整数倍であることである。

【００４６】変調器４０３０は、搬送波周波数に影響す
ることなく、入射ビームの振幅だけを変調する。１つの
そうした実施例６０００が図１３ａに示されている。波
長λ0或は搬送波周波数ω0を伴う入射ビームを仮定する
と、モジュール６０００の効果は、出力６９００が出力
６９００で示されるような搬送波周波数ω0 を変えるこ
となく、振幅Ａ（Ψ（ｔ））を付加することである。こ
こで、Ψ（ｔ）は変調器を駆動するマイクロ波或はＲＦ
信号である。図１３ｂに示されるような通常のマッハ‐
ツェンダー・タイプの振幅変調器５９００の場合、出力
５９００の振幅及び位相成分の双方とも影響を受けるこ
とになる。典型的なマッハ‐ツェンダー・タイプの強度
変調器５９００はモジュール４０３０としても使用でき
るが、Ｒn２８００の設計周波数（λ0）と、ＬＩＴＤＡ
４０００に入射する動作波長（λoper）との間の不整合
による誤差を回避するためには搬送波周波数を変えない
ことが賢明である。

【００４７】反射ビーム４５００或はＬＩＴＤＡからの
小ビーム（Ｂ1乃至Ｂn）は、２度目にλ0 ／４プレート
４０５５を通って、その偏光方向を回転し、ＰＢＳ４２
００によって焦光レンズ・アレイ４５５０に向かって反
射されることになる。次いで、焦光化されたビームはＰ
Ａ５００によって検出される。各光検出器は、ＲＦ周波
数で振動する電流を発生し、その電流は空間的に反射率
分布を有するミラーにわたってのその位置によって決定
される異なる時間遅延値を有する。次いで、これら電気
信号はＲ／Ｔモジュール１６５０へ伝送され、次いでＡ
Ａ１７００へ伝送される。ＬＩＴＤＡ２０００のｄ４０
８０をλ0 ／２の整数倍だけ単に変更することによっ
て、マイクロ波・ビームが操舵可能となる。

【００４８】上述した構成において重要な点は、真時間
遅延動作が単一制御パラメータを伴うＬＩＴＤＡ４００
で並列して達成されることである。第２として、もしＬ
ＩＴＤＡがＥ／Ｏ物質でアセンブルされていれば、操舵
速度はナノ秒範囲で可能であることである。

【００４９】

【発明の効果】提案するＬＩＰＳＡに基づくフェイズド
アレイアンテナ及びＬＩＴＤＡに基づくフェイズドアレ
イアンテナには数多くの有益な特性がある。第１とし
て、この方式の１つの独特な特性は多数の位相シフタ及
びそれに関連するコントローラが不要である。ＧＴＲ長
を単に増減することによって、他の各種要素の各位相シ
フトを自動的に調整し、それら要素は引き続いてマイク
ロ波位相アレイアンテナを操舵する。更には、洗練され
たコンピュータ及び先進のビーム形成制御アルゴリズム
が何等必要とされない。これら特徴の全てが必要とされ
る構成要素、ＰＡＡシステムのサイズ及び重量を大幅に
低減できる。ＬＩＰＳＡ及びＬＩＴＤＡのコーティング
プロファイルや位相応答性を示す数値的結果が議論され
ている。更に、マイクロ波位相アレイ・トランスミッタ
に対する関連構成や、光制御フェイズドアレイアンテナ
の遠視野での計算されたマイクロ波輻射パターンも示さ
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アンテナアレイ５００、ビーム形成ネットワ
ーク・ユニット４００、制御ユニット６００、並びに、
マイクロ波源７００から構成される従来のフェイズドア
レイアンテナの概略図である。

【図２】 位相操舵原理のマッハ‐ツェンダー干渉計に
基づく光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の
概略図であり、該干渉計の各アームに配置された光周波
数シフタ(ＯＦＳ)モジュールと、光位相シフタとを具備
している。

【図３】 ２つのフェイズドロック・レーザ源に基づく
光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の概略図
である。

【図４】 光源(或はレーザ)からのコリメートビーム
と、（ｂ）に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル２８００で前方ミラー２２００がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス（Ｇ
ｉｒｅｓ-Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）共振器（ＧＴＲ）とから
成る（ａ）可変光位相シフタ・アレイ（ＬＩＰＳＡ）の
概略図である。

【図５】 異なるｚ0 値に関して、反射小ビーム（Ｂ1
乃至Ｂn）に対して増大位相シフトを獲得すべく従来の
前方ミラーにコーティングされ得る種々の反射率プロフ
ァイルＲｎである。

【図６】 ｚ0＝λ0／８及びｚ0＝λ0／１０の場合、異
なる共振器間隔ｄに対するチャネルｎの関数としての線
形増大位相シフトを示す計算結果である。これら曲線
は、（ａ）の場合にはΔΘ〜π／６を(ｂ)の場合にはΔ
Θ〜２π／９を与える正確な数式７を用いて得られる。

【図７】 反射ミラーの１つが代替ＬＩＰＳＡであり且
つ光周波数シフタ（ＯＦＳ）が干渉計の一方のアームに
配置されている変形トワイマン‐グリーン干渉計を用い
た提案する光制御フェイズドアレイアンテナの概略図で
ある。ミラーＭ３及びＬＩＰＳＡからの２つの反射ビー
ムは可干渉的に加算されて、引き続き光検出器アレイＲ
／Ｔモジュール、そしてビーム操舵のためにアレイアン
テナへ向かうマイクロ波周波数及び光位相シフトを有す
る電気信号を獲得する。

【図８】 図６に示される反射率プロファイルの２つの
場合に対する遠隔場での輻射パターンであり、（ａ）３
０度での最大走査範囲の利得対方位角度プロットと、
（ｂ）４０度での最大走査範囲の利得対方位角度プロッ
トとである。

【図９】 光源(或はレーザ)からのコリメートビーム
と、（ｂ）に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル２８００で前方ミラー２２００がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス（Ｇ
ｉｒｅｓ-Ｔｏｕｒｎｏｉｓ）共振器（ＧＴＲ）とから
成る（ａ）可変光位相シフタ・アレイ（ＬＩＰＳＡ）４
０００の概略図である。注目すべきことは、共振器間隔
４０８０はλ0 ／２の整数倍であることである。

【図１０】 ＬＩＴＤＡ用の線形増大真時間遅延分布出
力を合成できる装置における前方ミラー上にコーティン
グされ得る１つの可能性ある反射率プロファイルを示す
計算結果である。

【図１１】 共振器間隔ｄに対する異なる値に関し、チ
ャネル数ｎの関数としての時間遅延を示す計算結果であ
る。

【図１２】 ＬＩＴＤＡ４０００を用いての、真時間遅
延原理に基づく提案する光制御フェイズドアレイアンテ
ナの概略図である。時間遅延野ｄ４０８０に対する依存
性によってこの装置は、λ0 ／２の整数倍だけｄ４０８
０を単に変更するすることで可変増分時間遅延を提供で
きる。時間遅延Ｔ及びチャネル数ｎの間の良好な線形性
はλ＝λ0である限り見ることができる。

【図１３】 振幅変調器モジュール４０３０の２つの可
能性ある実施例の概略図である。第１構成（ａ）は振幅
専用変調器である一方、第２が、搬送波周波数をも変更
する強度変調器（ｂ）である。構成（ａ）は、可変反射
率ミラーに対する周波数設計と共振器のブラッグ周波数
との不整合による非線形性誤差を回避しているので、構
成(ｂ)よりも良好である。

【符号の説明】

１００ 位相シフタ・アレイ ２００ マイクロ波・パワーディバイダ及び結合
器 ３００ 減衰器アレイ ４００ ビーム形成ネットワーク・ユニット ５００ アンテナアレイ ６００ 制御ユニット ７００ マイクロ波 ８００ ＲＦ信号 ９００ 光周波数シフタ（ＯＦＳ） １０００ 光源或はレーザ １００１ フェイズドロック・レーザ#1 １００２ フェイズドロック・レーザ#2 １００５ コリメータ １００８ 入射ビーム １０１０，１０１１ ビーム・スプリッタ １１００ マッハ‐ツェンダー干渉計 １２００ ビーム#1 １３００ ビーム#2 １４００ ＯＰＳコントローラ １５００ 光検出器アレイ １６００ 光検出器出力電流 １６５０ Ｒ／Ｔアレイ １７００ アンテナアレイ １８００ マイクロ波・アンテナ・ユニット １９００ 光位相シフタ(ＯＰＳ) １９９０ ２フェイズドロック・レーザ光ヘテロダ
イン式モジュール ２００１ ＬＩＰＳＡの共振器間隔 ２０００ ＬＩＰＳＡ（線形増大位相シフト・アレ
イ） ２０２０，２０３０ ビーム・スプリッタ ２０６０ ＬＩＰＳＡの共振器物質 ２０８０ ＬＩＰＳＡの共振器長 ２１００ 波長λ0で動作している単色入射ビーム ２１５０ コリメートビーム ２２００ ＬＩＰＳＡの前方反射ミラー ２３００ ＬＩＰＳＡの後方反射ミラー ２６００-２６９９ 反射小ビーム ２７００，２７１０，２７２０ 異なる共振器間隔によ
る偏向反射ビーム ２８００ 空間的変更反射率プロファイルの典型例 ３０００ ＰＡＡコリメートレンズに基づくＬＩＰ
ＳＡに対する光ヘテロダイン式ユニット ３００５ コリメータレンズ ３００９，３０１０ ビーム焦光及びコリメータレンズ ３０３０ ＴＧＩの反射干渉計ミラーの１つ ３０４０ ビーム#1 ３０５０ ビーム#2 ３０７０ フォーカシングレンズ・アレイ ３０９０ 反射小ビーム ４０００ ＬＩＴＤＡ（線形増大真時間遅延アレ
イ） ４０４０ 入射ビーム ４０３０ 変形振幅専用変調器モジュール ４０５５ λ0 ／４プレート ４０８０ ＬＩＴＤＡ用の共振器間隔 ４１００ 偏光器 ４２００ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ４５００ 反射小ビーム ４５５０ フォーカシングレンズ・アレイ ５０００ ＰＡＡに基づくＬＩＴＤＡ用の光真時間
遅延モジュール ５０１０ 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム ５２００ 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計の一方アーム ５４００ 位相変調器 ５５００ 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた典型的な強度変調器 ５９００ モジュール５５００の出力信号 ６０００ 振幅専用モジュール用の一実施例モジュ
ール ６０１０ 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム ６０３０，６０４０ 位相変調器 ６５００ 干渉計の２アームにおける２つの位相変
調器を具備する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた変調器 ６９００ モジュール６５００の出力信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 DB03 FA00 FA05 FA09 FA11 FA13 FA32 HA05 JA03 JA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重チャネルコヒーレント光ヘテロダイ
   ン式検出原理を用いた位相操舵方法に基づく光制御フェ
   イズドアレイアンテナ・システムであって、（１）光ヘ
   テロダイン式ユニット及び(２)マイクロ波・アンテナ・
   ユニットである２つの一般的なモジュールを備えてお
   り、該光制御フェイズドアレイアンテナ・システムは、 前記ヘテロダイン式ユニットが、(ａ)特定の波長λ0で
   或はその近辺で動作するレーザ源、（ｂ）変形トワイマ
   ン‐グリーン干渉計（ＴＧＩ）或はアーム長差がゼロで
   ある任意の２ビーム干渉計、（ｃ）ＴＧＩの典型的な反
   射ミラーの１つに代わるべく用いられ且つ光学的に位相
   シフトされた信号のアレイを提供すべく用いられる線形
   増大位相シフタ・アレイ(ＬＩＰＳＡ)、（ｄ）マイクロ
   波或はＲＦ周波数で動作又は駆動されて、前記ＴＧＩの
   アームの１つに位置決めされた光周波数シフタ(ＯＦＳ)
   モジュール、並びに、（ｅ）レーザビームをコリメート
   ／焦光するために用いられるビーム・コリメータ／レン
   ズを備えることと、 前記マイクロ波・アンテナ・ユニットが、(ａ)前記ＴＧ
   Ｉからのアレイ出力を検出する光検出器(ＰＤ)のアレ
   イ、（ｂ）レシーバ／トランスミッタ（Ｒ／Ｔ）モジュ
   ールのアレイ、並びに、(ｃ)アンテナ・アレイを備える
   ことと、 前記ヘテロダイン式ユニットが、前記ＰＤアレイの出力
   で得られる必要とされる電源信号を光学的に発生及び制
   御しており、該必要とされる電気的信号源が、前記位相
   アレイアンテナに実質的に供給されるマイクロ波／ＲＦ
   周波数成分及びマイクロ波位相シフタ成分を有し、前記
   マイクロ・アンテナのビームが前記ＬＩＰＳＡの共振長
   を特定範囲内に単に変更することによって操舵或は走査
   可能であることを特徴とする光制御フェイズドアレイア
   ンテナ・システム。
2. 【請求項２】 真時間遅延操舵方法に基づく光制御フェ
   イズドアレイアンテナ・システムであって、(１)光遅延
   ユニット及び(２)マイクロ波・アンテナ・ユニットであ
   る２つの一般的ユニットを備えており、該光制御フェイ
   ズドアレイアンテナ・システムは、 前記光遅延ユニットが、（ａ）波長λ0で動作するレー
   ザ源、(ｂ)入射ビームの搬送波周波数を変更するか或は
   変更することなく該入射ビームの振幅を変調して信号を
   出力する変形された振幅専用変調器(ＭＡＯＭ)ユニット
   ／構成要素、（ｃ）光学レンズ、並びに（ｄ）線形増大
   真時間遅延アレイ（ＬＩＴＤＡ）ユニット／構成要素で
   あり、その該ＬＩＴＤＡの共振長（λ0／２の整数倍）
   の値に基づくと共に該ＬＩＴＤＡユニットの前方ミラー
   の所定パワー反射率プロファイルの値に基づくＮ個の遅
   延線を提供する線形増大真時間遅延アレイ（ＬＩＴＤ
   Ａ）ユニット／構成要素を備え、前記波長が前記ＭＡＯ
   Ｍへ入射し、前記ＭＡＯＭからの信号出力が、前記ＬＩ
   ＴＤＡユニットへ向かう前に前記光学レンズで拡張され
   且つコリメートされ、次いで反射小ビームが前記マイク
   ロ波・アンテナ・ユニット上に焦点化することと、 前記マイクロ波・アンテナ・ユニットが、（ａ）ＬＩＴ
   ＤＡからのアレイ出力を検出する光検出器(ＰＤ)のアレ
   イ、（ｂ）レシーバ／トランスミッタ（Ｒ／Ｔ）モジュ
   ールのアレイ、並びに、（ｃ）アンテナ・アレイを備え
   ることと、 前記光遅延ユニットの前記ＭＡＯＭが、前記搬送波波長
   λ0 か或はその付近で動作する、マイクロ波又はＲＦ駆
   動された振幅変調光源信号を提供する一方で、前記ＬＩ
   ＴＤＡユニットが入射ビームをＮ個の平行小ビームに空
   間的に駆動すると共に各小ビームをそれらの対応する前
   記ＬＩＴＤＡユニットにわたる位置に従って崩壊してお
   り、次いで前記反射小ビームが必要とされる電気信号を
   生成する光検出器アレイ（ＰＡ）へ供給されており、前
   記必要とされる電気信号が前記ＬＩＴＤＡユニットによ
   って制御されたマイクロ波／ＲＦ周波数成分及び真時間
   遅延成分を有しており、これら信号が引き続いて前記位
   相アレイアンテナへ供給されており、前記マイクロ波・
   アンテナ・ユニットのビームが前記ＬＩＴＤＡの共振器
   長を単に変更することでλ0 ／２の整数倍だけ操舵され
   るか或は走査され得ることと、を特徴とするアンテナ・
   システム。
3. 【請求項３】 それがマイクロ波・フェイズドアレイ・
   トランスミッタ或はマイクロ波・フェイズドアレイ・レ
   シーバとして動作すべく構成され得る、請求項１又は２
   の内の何れか一項に記載のアンテナ・システム。
4. 【請求項４】 それが前記ＭＡＯＭユニット及び前記マ
   イクロ波・アンテナ・ユニットが除去された際に、操舵
   可能なレーザビーム・システムとして機能可能である、
   請求項２に記載のアンテナ・システム。
5. 【請求項５】 それがＸ線、マイクロ波、或は、ミリ波
   の中の電磁場の領域を付与するように構成可能である、
   請求項１乃至４の内の何れか一項に記載のアンテナ・シ
   ステム。
6. 【請求項６】 前記ＴＧＩが、マイケルソン干渉計、マ
   ッハ‐ツェンダー干渉計、ケスター・プリズムを用いる
   オンライン干渉計、或は、任意の２光束干渉計として構
   成され得る、請求項１に記載のアンテナ・システム。
7. 【請求項７】 前記ＭＡＯＭが、２つのアームが 【数１】 及び 【数２】 信号をそれぞれ付与する位相変調器を有すると共に 【数３】 によって与えられる出力信号を得るべく適切なアーム長
   差を有する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉計と
   して、或は、１つのアームが 【数４】 信号を付与する１つの位相変調器を有すると共に 【数５】 によって与えられる出力信号を得るべく適切なアーム長
   差を有する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉計と
   して構成され得るか、或は、当該ＭＡＯＭが単なる音響
   光学的周波数シフタであり得る、請求項２乃至５の内の
   何れか一項に記載のアンテナ・システム。
8. 【請求項８】 多光束、多周波数位相アレイアンテナと
   して動作すべく構成され得る、請求項１乃至７の内の何
   れか一項に記載のアンテナ・システム。