JP2001024596A - 無線装置および通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大規模電源や特殊構造の光電変換素子を用い
ずに、光信号を、実用的な強度と利便性の高い周波数帯
域とを有する電波信号に変換することを可能とする無線
装置および通信システムを提供する。 【解決手段】 伝送路３０１を介して光信号発信装置２
００から送られてきた高周波変調された光信号２２を、
バイアス電圧電源１０４からのバイアス電圧が印加され
た光電変換素子１０１により光電変換し、高周波の電気
信号を出力する。その電気信号を、増幅器を用いずに、
送信アンテナ１０２に直接供給して電波を発信する。従
来用いられていた増幅器が不要になる。バイアス電圧電
源１０４によるバイアス電圧を光電変換素子１０１に印
加して光電変換を行うようにしたことにより、送信アン
テナ１０２からの出力電波の電界強度を実用レベルまで
高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信媒体を光から
電波に変換して発信するための無線装置およびそれを用
いた通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、通信媒体として光と電波とを
用いた通信システムが提案されている。図１３は、その
ような通信システムの概略構成を表すものである。

【０００３】この通信システムは、光信号を発信する光
信号発信装置１０００と、光信号発信装置１０００から
発せられた光信号を伝送する光伝送路２０００と、光伝
送路２０００を介して送られてきた光信号を電波信号に
変換して発信する無線装置３０００と、無線装置３００
０から発せられた電波を受信する携帯型の無線端末装置
４０００とを含んでいる。

【０００４】光信号発信装置１０００は、所定の波長
（周波数）の光を発する光源１００１と、この光源１０
０１に対して送信信号を供給する信号供給源１００２と
を備えている。光源１００１は、送信信号による強度変
調を受けた光信号を光伝送路２０００に送出するように
なっている。無線装置３０００は、光伝送路２０００を
介して伝送されてきた光信号を受信して、その光信号の
強度変化を電気信号に変換する光電変換素子３００１
と、光電変換素子３００１から出力された電気信号を増
幅するための増幅器３００３と、光電変換素子３００１
および増幅器３００３に電力を供給する電源設備３００
２と、増幅器３００３で増幅された電気信号に応じた電
波を放射するアンテナ３００４とを備えている。

【０００５】この通信システムの無線装置３０００は、
光信号発信装置１０００から光伝送路２０００を介して
送られてきた光信号を光電変換素子３００１により電気
信号に変換し、これを増幅器３００３により電気的に増
幅した後にアンテナ３００４を介して電波の形でその周
囲に送信する。無線装置３０００から送信された電波は
周囲に伝搬して行き、無線装置３０００を中心とする通
信可能エリア内のユーザが所持している無線端末装置４
０００によって受信されるようになっている。

【０００６】このような通信システムでは、比較的簡易
な構造により実用範囲内で十分使用に耐え得る通信機能
を達成し得ることから、例えば空中線電力が１０ｄＢｍ
以下のいわゆる特定小電力無線等に好適な通信システム
として期待されている。

【０００７】無線装置３０００の光電変換素子３００１
としては、例えばフォトダイオードが用いられる。この
フォトダイオードは、一般に、構造が簡易で技術的にも
比較的容易に製造可能であるので製造コストを低減で
き、消費電力が他の素子と比較して少ないという特質を
有しているからである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
通信システムでは、例えば１０ｄＢｍ程度の空中線電力
を得るために、光電変換素子３００１から出力される電
気信号を増幅するための増幅器３００３が用いられてお
り、このため、次に述べるような種々の問題が生じる。

【０００９】すなわち、上記のシステムでは、たとえ微
弱な電気信号であってもそれを増幅器によって所定の値
以上の空中線電力として出力可能な振幅にまで増幅する
必要があることから、大きな電力を供給し得る電源が必
要であり、消費電力が大きくなる。その結果、小電力を
長期間に亙って継続的に出力するために開発されたリチ
ウム電池等の小型の電池は電源として用いることができ
ず、出力電力が大きい大型の蓄電池や発電装置等のよう
な大規模な電源設備が必要となり、装置全体としての消
費電力の低減や小型化が困難になる。

【００１０】また、増幅器を用いること自体が、回路構
造、ひいては装置全体の構造を複雑化する原因ともな
る。

【００１１】一方、例えば特表平８−５０８３７０号公
報には、光電検出器に対して直接に送信アンテナを接続
すると共に、増幅器も駆動用電源系も全く用いることな
く光電検出器に入力された光信号を、その光電検出器に
より直接的に電気信号に光電変換し、その出力を直接に
送信アンテナから電波として送出するという技術が提案
されている。

【００１２】この技術によれば、受信した光信号に応じ
て光電検出器から出力される電気信号を直接に送信アン
テナから電波の形で出力するようにしているので、増幅
器を省略することが可能となり、増幅器を用いることに
起因した種々の問題を回避することができる。

【００１３】ところで、単に、光電変換素子として通常
のフォトダイオードを用いると共に増幅器を省略した場
合、出力される電波の空中線電力の大きさは、実用的な
程度のレベルに達しない。それは次のような理由からで
ある。すなわち、増幅器を省略した場合には、送信アン
テナから出力される電波の空中線電力の大きさは、光電
検出器に入力される光信号の強さおよびその光電検出器
の光電変換特性の２点のみによって定まる。ところが、
一般に、フォトダイオードは、入力される光信号の強度
がそのフォトダイオードに固有の値を越えると飽和状態
に入るという光電変換特性を有する。特に、バイアス電
圧をかけない状態では、この現象は顕著に現れてくる。
このため、たとえ光信号の強度を十分大きくしたとして
も、光電検出器から出力される電気信号を増幅せずに直
接に電波として出力した場合には、実用的なレベルの電
波強度を得ることはできないのである。

【００１４】このようなフォトダイオードの飽和現象に
起因した出力電力の限界の低さを改善するために、上記
の特表平８−５０８３７０号公報では、フォトダイオー
ド自体に大幅な改良を加えて、比較的高いエネルギの光
信号をそのフォトダイオードに入力するとともに、その
フォトダイオード自体の光電変換特性を向上させて、そ
の電気信号出力を向上させることが提案されている。

【００１５】しかしながら、上記の特表平８−５０８３
７０号公報に提案されている技術では、周波数帯として
ミリ波帯を使用しており、送受信アンテナとしてホーン
アンテナという高利得のアンテナを用いることで遠達性
（通信可能なレベルの電波が届く距離の長短）を向上さ
せている。ところが、特別の免許等を必要としない、い
わゆる特定小電力無線においては、送信用アンテナとし
て、ホーンアンテナに比べて利得の低いダイポールアン
テナを使用しなければならないという制約があり、上記
のようなホーンアンテナを使用することができない。こ
のため、特定小電力無線等の免許取得を要しない簡易な
通信システムを上記の技術によって構築しようとして
も、実用レベルの遠達距離の実現に十分な空中線電力を
取り出すことは困難である。

【００１６】このように、増幅器を用いない場合には、
送信アンテナから出力される電波の空中線電力が低過ぎ
て実用に適さないものとなるおそれがあること、およ
び、製造や構成が繁雑で特殊な構造のフォトダイオード
を用いる必要があること、等の問題が生ずると考えられ
る。

【００１７】本発明はかかる問題点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、大規模な電源設備や特殊な構造の光
電変換素子を用いることなく、光信号を、実用的な出力
レベルの電波信号に変換することを可能にする簡易かつ
低消費電力の無線装置およびそれを用いた通信システム
を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の無線装置
は、所定の光伝送路を介して入力された光信号を、バイ
アス電圧を利用して電気信号に変換する光電変換手段
と、光電変換手段から出力された電気信号を直接に受け
て、この電気信号に応じた電波を放射する送信アンテナ
とを備えている。

【００１９】この無線装置では、光伝送路を介して入力
された光信号がバイアス電圧を利用する光電変換手段に
より電気信号に変換され、電気的増幅を受けることな
く、送信アンテナに直接供給される。送信アンテナから
は、供給された電気信号に応じた電波が放射される。

【００２０】請求項２記載の無線装置は、請求項１記載
の無線装置において、光信号が並列に分配入力される複
数の光電変換素子を含むように光電変換手段を構成する
と共に、これらの複数の光電変換素子からそれぞれ出力
される電気信号の総和を送信アンテナに入力するように
したものである。

【００２１】この無線装置では、光信号が複数の光電変
換素子に並列に分配入力されると、各光電変換素子は、
それぞれに入力された光信号に応じた光電変換を行って
電気信号を出力する。これらの電気信号の総和は送信ア
ンテナに供給され、そこから、供給された電気信号の総
和に応じた電波が放射される。

【００２２】請求項３記載の無線装置は、請求項１また
は請求項２記載の無線装置において、光電変換手段にお
いて利用されるバイアス電圧が太陽電池から出力された
ものであるようにしたものである。

【００２３】請求項４記載の無線装置は、請求項１ない
し請求項３のいずれか１項に記載の無線装置において、
フォトダイオードを用いて光電変換手段を構成するよう
にしたものである。

【００２４】請求項５に記載の通信システムは、光信号
を発信する光信号発信装置と、光信号を伝送する光伝送
路と、無線装置とを備えている。無線装置は、光信号発
信装置から光伝送路を介して入力された光信号をバイア
ス電圧を利用して電気信号に変換して出力する光電変換
手段と、光電変換手段から出力された電気信号を直接に
受けて、この電気信号に応じた電磁波を放射する送信ア
ンテナとを備えている。ここで、「システム」とは、複
数の装置が論理的に集合した物をいい、各構成の装置が
同一筐体中にあるか否かは問わない。

【００２５】この通信システムでは、光信号発信装置か
ら光信号が発信され、光伝送路を伝送して無線装置に到
達する。無線装置では、光伝送路を介して入力された光
信号が光電変換手段により電気信号に変換され、電気的
増幅を受けることなく、送信アンテナに直接供給され
る。送信アンテナからは、供給された電気信号に応じた
電波が放射される。

【００２６】請求項６に記載の通信システムは、請求項
５に記載の通信システムにおいて、光信号発信装置が、
互いに異なる周波数を有する複数の電気信号を多重化し
て発信する機能を備えるようにしたものである。

【００２７】請求項７に記載の通信システムは、請求項
５または請求項６に記載の通信システムにおいて、さら
に、光信号発信装置の側に配置された光源と、光源から
発せられた光を伝送する光伝送往路と、無線装置の側に
設けられ、外部からの電波を受信する受信用アンテナ
と、受信用アンテナにより受信された電波に応じて、光
源から光伝送往路を介して送られてきた光を変調する光
変調装置と、光変調装置により変調された光を伝送する
光伝送復路と、光信号発信装置の側に配置され、光伝送
復路を介して送られてきた光を受信する光受信装置とを
備えている。

【００２８】この通信システムでは、光信号発信装置か
ら無線装置に伝送された光信号は、請求項５に記載の通
信システムの場合と同様に、光電変換手段により電気信
号に変換され、電気的増幅を受けることなく、送信アン
テナに直接供給され、送信アンテナから電波が放射され
る。一方、光信号発信装置側の光源から発せられた光
は、光伝送往路を介して光変調装置に伝送され、そこ
で、受信用アンテナにより受信された電波に応じて変調
される。この変調された光は、光伝送復路を介して光信
号発信装置側の光受信装置に伝送され、受信される。

【００２９】請求項８に記載の通信システムは、請求項
５または請求項６に記載の通信システムにおいて、さら
に、無線装置の送信アンテナから放射された電波を受信
する無線端末装置を含むように構成したものである。

【００３０】請求項９に記載の通信システムは、請求項
５に記載の通信システムにおいて、光信号発信装置を外
部からの電波を遮断可能に構成された電波暗室の外部に
配置し、無線装置を電波暗室の内部に設置し、電波暗室
の内外に配置された光信号発信装置と無線装置との間を
光伝送路によって接続するようにしたものである。

【００３１】この通信システムでは、電波暗室の外部に
配置された光信号発信装置から発せられた光信号は、光
伝送路によって、電波暗室内に導かれ、そこに設置され
た無線装置に伝送される。無線装置に伝送された光信号
は、請求項５に記載の通信システムの場合と同様に、光
電変換手段により電気信号に変換され、電気的増幅を受
けることなく、送信アンテナに直接供給され、送信アン
テナから電波が放射される。

【００３２】請求項１０に記載の通信システムは、請求
項５に記載の通信システムにおいて、無線装置を、電力
を送るための送電線を支持する搭状構造物に付設し、光
伝送路を送電線に沿って敷設し、光信号発信装置を無線
装置が付設された塔状構造物から離隔した地点に設置
し、光伝送路によって光信号発信装置と無線装置とを接
続するように構成したものである。

【００３３】この通信システムでは、送電線支持用の搭
状構造物から離隔した地点に設置された光信号発信装置
から発信された光信号は、送電線に沿って敷設された光
伝送路を介して、上記の搭状構造物に付設された無線装
置に伝送される。この無線装置に伝送された光信号は、
請求項５に記載の通信システムの場合と同様に、光電変
換手段により電気信号に変換され、電気的増幅を受ける
ことなく、送信アンテナに直接供給され、送信アンテナ
から電波が放射される。

【００３４】請求項１１に記載の通信システムは、請求
項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の通信シス
テムにおいて、光信号発信装置が、光信号を増幅して発
信する光増幅手段を備えるようにしたものである。

【００３５】この通信システムでは、光信号発信装置に
備えられた光増幅手段によって光信号が増幅され、この
増幅された光信号が光伝送路を介して無線装置に伝送さ
れる。これにより、無線装置が受信する光信号の強度が
増大する。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００３７】［第１の実施の形態］図１は、本発明の一
実施の形態に係る通信システムの要部構成を表すもので
ある。本実施の形態では、通信システムが、電力伝送用
の送電線施設と共に敷設されて用いられる場合を例示し
て説明する。なお、本発明の実施の形態に係る無線装置
は本実施の形態に係る通信システムに含まれるものであ
るので、以下、併せて説明する。

【００３８】図１に示したように、この通信システム
は、監視センタ側に配置されると共に光信号を発信する
光信号発信装置２００と、光信号発信装置２００から発
せられた光信号を伝送する光ファイバ等からなる光伝送
路３０１と、無線基地局側に配置されると共に光伝送路
３０１を介して送られてきた光信号を受信し、これを電
波に変換して送信する無線装置１００と、無線装置１０
０から発せられた電波を受信することが可能な携帯型の
無線端末装置６００とを含んでいる。ここで、光信号発
信装置２００が本発明における「光信号発信装置」の一
具体例に対応し、無線装置１００が本発明における「無
線装置」の一具体例に対応し、光伝送路３０１が本発明
における「光伝送路」の一具体例に対応する。

【００３９】光信号発信装置２００は、送信信号２１を
出力する信号供給源２０１と、光信号を発する光源２０
２と、この光源２０２から出力された光信号を増幅する
光増幅器２０３とを備えている。信号供給源２０１とし
ては、例えば、音声マイク（図示せず）から入力された
音声信号に増幅処理等を施して出力する音声信号出力回
路が用いられる。この場合には、そこから出力される音
声信号が送信信号２１となる。光源２０２は、例えば半
導体レーザ等のような一定波長の光を出力可能な光源で
あり、信号供給源２０１からの送信信号２１に応じて、
強度変調が施された光信号を出力するようになってい
る。光源２０２の出力する光の波長帯としては、光ファ
イバの低損失領域である１．３１μｍ帯や１．５５μｍ
帯等が用いられる。光増幅器２０３は、光源２０２から
出力された光信号を所定の増倍率で増幅して光信号２２
として出力するものであり、例えば、後述する図２に示
したような構成を有している。

【００４０】無線装置１００は、光の強度変化を電気信
号に変換する光電変換素子１０１と、この光電変換素子
１０１にバイアス電圧を供給するバイアス電圧電源１０
４と、光電変換素子１０１の出力端に接続され、光電変
換素子１０１から出力された電気信号に応じた電波を放
射する送信アンテナ１０２とを備えている。光電変換素
子１０１は、光伝送路３０１を介して伝送されてきた光
信号２２を受信して、その強度変化に応じた電気信号を
出力するようになっている。光電変換素子１０１として
は、例えば、後述する図３および図４に示したフォトダ
イオードが用いられる。バイアス電圧電源１０４は、光
電変換素子１０１が必要とするバイアス電圧のみを供給
するためのもので、例えば、比較的小規模の蓄電池等が
使用可能である。送信アンテナ１０２としては、例えば
ダイポールアンテナのような、さほど利得の高くないア
ンテナが使用可能である。但し、特定小電力無線システ
ムに限定されないのであれば、ホーンアンテナのような
高利得アンテナを使用してもよい。ここで、光電変換素
子１０１が本発明における「光電変換手段」の一具体例
に対応し、送信アンテナ１０２が本発明における「送信
アンテナ」の一具体例に対応する。

【００４１】無線端末装置６００は、無線装置１００か
ら放射された電波１０３を受信するアンテナ６０１と、
受信した電波１０３を復調して、例えば音声信号等の受
信信号を出力する回路（図示せず）と、受信信号を音声
に変換して出力する回路（図示せず）とを備えている。

【００４２】図５は、この通信システムが適用される一
具体例を表すものである。この具体例において、光信号
発信装置２００は監視センタとしての変電所９００に設
置され、無線装置１００は無線基地局としての鉄塔９０
２に設置されている。鉄塔９０２は、例えば変電所９０
０を起点としてほぼ一定の間隔で配設されたものであ
り、電力送電線９０１を支持している。光伝送路３０１
としては、電力送電線９０１に沿って敷設された、いわ
ゆるＯＰＧＷ（Optical Fiber Overhead GroundWires
；光ファイバ複合架空地線）が用いられている。無線
装置１００は、鉄塔９０２の所定の位置に取り付けられ
ており、例えば鉄塔９０２の比較的近傍で巡視作業をす
る巡視員が携帯している無線端末装置６００に対して電
波１０３を発信するようになっている。ここで、鉄塔９
０２が本発明における「搭状構造物」の一具体例に対応
し、電力送電線９０１が本発明における「送電線」の一
具体例に対応する。

【００４３】図２は、図示に示した通信システムの光増
幅器２０３の概略構成を表すものである。この図に示し
たように、光増幅器２０３は、励起光を出力する励起光
源２０３１と、光信号発信装置２００の光源２０２（図
１）から出力された光信号Ｓと励起光源２０３１から出
力された励起光Ｐとが入力される光合波器２０３２と、
光合波器２０３２の出力側に光ファイバ２０３３を介し
て接続された光アイソレータ２０３４とを備えている。

【００４４】励起光源２０３１としては、例えばレーザ
ダイオード等の光源が用いられる。光合波器２０３２
は、入力された光信号Ｓ１と励起光Ｐとを合波して光フ
ァイバ２０３３に入射させるためのもので、例えばＷＤ
Ｍ（Wavelength Division Multiplex ；波長分割多重方
式）合波器等が用いられる。光アイソレータ２０３４
は、入射側（光合波器２０３の側）から出射側（光伝送
路３０１の側）に向かう順方向においては低損失の光通
過特性を有する一方、その逆の方向においては高損失の
光透過特性を有するもので、例えばファラデー回転子と
偏光子とを用いて構成される。この光アイソレータ２０
３４により、順方向にのみ光を伝搬させることができ、
戻り光によるレーザ発振が防止されるようになってい
る。光ファイバ２０３３は、その構成材料の原子が励起
光Ｐを容易に吸収してレーザ上準位に遷移し得るように
構成されたもので、例えばエルビウム（Ｅｒ）等の希土
類元素が添加された希土類添加光ファイバが用いられ
る。

【００４５】この光増幅器２０３では、励起光Ｐが光フ
ァイバ２０３３内を伝搬する間に、この光ファイバ２０
３３の構成材料の原子が励起光Ｐによって基底準位から
レーザ上準位へと励起されて、いわゆる反転分布状態に
なる。この状態で光信号Ｓが光ファイバ２０３３に入力
されると、誘導放出が起こり、光信号Ｓと同一の波長お
よび位相を有し、かつ、より大きな強度をもった光信号
（すなわち、増幅された光信号）が出力される。この光
信号は、光アイソレータ２０３４を通過して、光信号２
２として光伝送路３０１に送出されるようになってい
る。

【００４６】図３は、図１に示した通信システムの光電
変換素子１０１として用いられるフォトダイオードの構
成を表し、図４は、このフォトダイオードの動作を説明
するための等価回路を表すものである。図３に示したよ
うに、この光電変換素子１０１（図３および図４では、
フォトダイオード１０１という。）は、１対の電極間
に、ｐ型半導体領域１０１ａとｎ型半導体領域１０１ｂ
とを接合してなるｐｎ接合構造を有している。ｐ型半導
体領域１０１ａの電極とｎ型半導体領域１０１ｂの電極
との間には、抵抗値ＲL を有する負荷抵抗１０５を介し
てバイアス電圧電源１０４( 図１参照) が接続されてお
り、これにより、フォトダイオードのｐｎ接合に、逆方
向のバイアス電圧Ｖbbが印加されている。なお、フォト
ダイオード１０１を構成する半導体結晶としては、使用
する光波長に応じて、例えばシリコン（Ｓｉ）、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ），インジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧ
ａＡｓ）、あるいはインジウム・ガリウム・砒素・燐
（ＩｎＧａＡｓＰ）等が用いられる。

【００４７】このフォトダイオード１０１は、光信号２
０１が入力されると、その光信号２０１の強度に対応し
て、バイアス電圧Ｖbbによって増倍された電気信号を出
力する。より具体的には、フォトダイオード１０１に、
光信号２０１として、エネルギーｈν（ｈはプランク定
数、νは周波数）のフォトン（光子）が入射すると、そ
れがｐｎ接合面近傍の空乏層（光吸収層）で吸収され、
そのときの光起電力効果によってフォトキャリアが発生
する。このとき、ｐｎ接合間には逆方向のバイアス電圧
Ｖbbが印加されて空乏層が拡大しているため、フォトキ
ャリアの発生が促進される。そして、発生したフォトキ
ャリアを電極から引き抜くことによって、光電流ＩL が
得られる。

【００４８】なお、図４の等価回路では、光電流ＩL
と、次の（１）式で表される電流ＩFとの和が定電流Ｉp
hとなっている様子を示している。 ＩF ＝Ｉs0・［ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ）−１）］…（１） ここに、Ｉs0は接合飽和電流、ｑは電子の電荷量、Ｖは
出力電圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。

【００４９】このような光起電力作用を行うフォトダイ
オードの種類としては、一般的に安定的な動作と高信頼
性および広帯域性が期待でき、しかも低消費電力で小型
かつ低廉な特質を備えたＰＩＮフォトダイオードが好ま
しい。

【００５０】次に、以上のような構成の通信システムの
動作を説明する。

【００５１】図１において、光信号発信装置２００から
発信された光信号２２は、光伝送路３０１を介して、無
線装置１００へと伝送され、光電変換素子１０１に入射
する。光電変換素子１０１は、バイアス電圧電源１０４
から印加されているバイアス電圧を用いて、光信号２２
を、その入射強度に応じた電気信号に変換し、送信アン
テナ１０２に供給する。送信アンテナ１０２は、光電変
換素子１０１から供給された電気信号自体の電圧変化に
よって生じる電磁波つまり電波１０３を放射する。無線
装置１００の送信アンテナ１０２から放射された電波は
周囲に伝搬して行き、無線装置１００を中心とする通信
可能エリア内の作業員等が所持している無線受信装置６
００によって受信される。これにより、その作業員は、
例えば、基地局としての変電所９００から送られてきた
音声による指示を聴取することができる。

【００５２】（試算の一例）次に、光電変換素子１０１
への光信号の入射光強度、およびその場合の消費電力に
ついて試算した一例を説明する。ここでは、例えば１０
ｍＷの検出電力を得るために必要な値を試算するものと
する。

【００５３】まず、入射光強度を試算する。入射光電力
をＰ，量子効果をηとすると、入射光が無変調の場合の
検波電流ｉは次の（２）式で表すことができる。 ｉ＝η・ｅ・Ｐ／ｈ／ｆ…（２） ここに、ｅは電子の電荷量、ｈはプランク定数、ｆは入
射光の周波数である。

【００５４】ここで、角周波数ωm で強度変調されてい
る場合について考える。変調度をｍとすると、入射光電
力Ｐ（ｔ）は、次の（３）式で表される。 Ｐ（ｔ）＝Ｐ0 ［１＋ｍ・ｃｏｓ（ωm ・ｔ）］…（３）

【００５５】そして、（２）および（３）式から、強度
変調されている場合の検波電流を求める式を得ることが
できる。この式を用いて計算をすると、検波電流の信号
成分の最大値は、 ｉ＝ｍ・η・ｅ・Ｐ0 ／ｈ／ｆ となる。

【００５６】ここで、光の波長＝１．５５μｍ、ｍ＝１
（１００％）、η＝０．８（８０％）、負荷抵抗値ＲL
＝７５Ωであるとすると、検出電力Ｓは、次の（４）式
で表される。

【００５７】ここで、高い光入力レベルにおいて光電変
換素子１０１の飽和がないと仮定すると、１０ｍＷの検
出電力を得るためには、入射光強度Ｐが約１６ｍＷ程度
であればよいことが判る。この１６ｍＷ程度の入射光強
度Ｐは、光増幅器２０３を用いることで十分に実現可能
な値である。

【００５８】次に、上記のような１０ｍＷの検出電力が
得られた場合における光電変換素子１０１の実質的な消
費電力を試算する。

【００５９】消費電力は、電源電圧と電源に流れる直流
電流との積で求められる。この場合の電源に流れる直流
電流は光電流と一致する。上記の場合、光電流は１６ｍ
Ａであるから、電源電圧（バイアス電圧）を例えば３Ｖ
とすると、消費電力は４８ｍＷとなる。この程度の消費
電力であれば、現在一般的に市販されているリチウム電
池等の小型蓄電池を用いて１０，０００時間（約１年）
程度の連続運転が可能である。

【００６０】図６は、実際に伝送実験を行った場合の結
果を表すものである。この図で、横軸は光電変換素子１
０１への光入力電力［単位はｄＢｍ］を表し、縦軸は送
信到達距離［単位はメートル］を表す。なお、この実験
結果は、次の条件下で行ったものである。

【００６１】送信信号の周波数：４２７ＭＨｚ 送信信号のビットレート：４．８Ｋｂｐｓ 送信信号の変調方式：２値ＦＳＫ変調（周波数偏移：１
０ｋＨｚ）

【００６２】図６に示したように、光電変換素子１０１
に入力される光信号２２の電力が１３．７ｄＢｍのと
き、空中線電力は−６．３ｄＢｍであり、このときの送
信到達距離は２３ｍである。ここで、送信空中線電力を
例えば１０ｄＢｍとすると、送信到達距離は、送信空中
線電力の１／２乗に比例することから、約１５０メート
ルとなる。すなわち、約１５０メートルの距離を隔てて
無線通信を行うことが可能となる。

【００６３】このように、本実施の形態の通信システム
によれば、光伝送路３０１を介して送られてきた高周波
の光信号を、バイアス電圧が印加された光電変換素子１
０１によって光電変換して高周波の電気信号を出力する
と共に、その電気信号を送信アンテナ１０２に直接供給
して電波を発信するようにしたので、従来用いられてい
た増幅器が不要になり、その結果、以下のような効果を
奏する。

【００６４】（１）増幅器のための大規模な電源設備が
不要となる。したがって、本実施の形態の通信システム
を用いることにより、監視センタから遠隔の山間部等に
設けられた基地局に高価な大規模電源設備を設置するこ
となく、その基地局の無線装置を介して、その周辺に位
置する無線端末装置との間で通信を行うことが可能とな
る。

【００６５】（２）本実施の形態の通信システムでは、
従来のように光電変換素子の光起電力作用のみによって
光電変換を行うのではなく、バイアス電圧電源１０４か
ら出力されるバイアス電圧を補助的に利用して光電変換
を行っていることから、より大きな光電流を得ることが
でき、送信アンテナ１０２から発信される電波の送信空
中線電力をより大きくすることができる。この結果、実
用的な距離まで電波を到達させることが可能となる。こ
の場合、バイアス電圧電源１０４からのバイアス電圧は
低くてよく、消費電流が極めて小さいので、小型の電池
を用いても実用的な期間の連続運転が可能となる。ま
た、同様の理由から、送信アンテナ１０２として、例え
ばダイポールアンテナのような、さほど利得の高くない
アンテナを使用することが可能である。

【００６６】（３）特に、本実施の形態のように、電力
送電線に沿って予め敷設されているＯＰＧＷ等を光伝送
路３０１として用い、電力送電線を支持する鉄塔を無線
基地局として、これに無線装置を取り付けると共に、電
力送電線や鉄塔等の保守点検を行う巡視員が無線端末装
置を携帯するようにした場合には、変電所等の監視セン
タからの指示を鉄塔付近にいる巡視員に対して確実かつ
低コストで伝達することができる。

【００６７】（４）光電変換素子とアンテナとの間に増
幅器を設けていないので、主として次の２つの点から、
ノイズの発生または混入による悪影響が少なくなる。

【００６８】第１に、増幅器は、一般に電気的振動波形
や電波を発振するための回路系を多く含んでいるもので
あるから、そのような増幅器を用いること自体、光電変
換素子に対するノイズの混入や周囲に対するノイズやＥ
ＭＩの要因となり得るが、本実施の形態では増幅器自体
を設けていないので、そのような不都合がない。

【００６９】第２に、フォトダイオード等の光電変換素
子に増幅器を電気的に接続するための接続部位を設ける
必要がなく、この結果、そのような接続部位においてＥ
ＭＩ（電磁気漏洩）が発生したり、あるいはクロストー
クやその他の外乱的なノイズの混入が生じることがな
い。例えば、同一の小型プリント配線基板上に、増幅器
と、実装パッケージ化されたフォトダイオード等の光電
変換素子とを実装する場合を想定すると、その光電変換
素子のリード端子と小型プリント配線基板の接続端子
（ターミナル）とを接合することが必要となるが、その
場合には、例えば「社団法人電子情報通信学会・信学技
報1998-06 」第３７頁〜４２頁等にも報告されているよ
うに、その接続部位（接続端子）において、顕著にＥＭ
Ｉ（電磁気漏洩）が発生したり、あるいはクロストーク
やその他の外乱的なノイズの混入が生じる。一般に、フ
ォトダイオード等の光電変換素子で光電変換されて出力
される電気信号は微弱な信号であるから、その出力端に
おいて上記のようなノイズやクロストークが混入する
と、信号自体の正確さが著しく劣化低下する。そして、
そのような劣化した入力信号を増幅器でいかに増幅して
も、本来の情報に正確に対応した電波を出力することは
不可能である。むしろ、その劣化した部分（ノイズ成
分）が強調されてしまうことになる。これに対し、本実
施の形態では増幅器自体を設けていないので、そのよう
な不都合がない。

【００７０】なお、本実施の形態において、無線端末装
置６００は、携帯および移動の可能な無線端末装置とし
たが、固定されたものであっても構わない。

【００７１】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。

【００７２】フォトダイオード等の光電変換素子は、一
般に、固有の光電変換の飽和点を有している。従って、
そのような光電変換素子に高いエネルギの光が入力され
た場合には、その飽和現象によって変換効率が低下した
り、あるいは光電変換作用自体が頭打ちになる場合があ
る。このため、基地局の無線装置から、より遠い距離ま
で電波を送信しようとして、たとえ上記の飽和点以上の
強度を有する光信号を光電変換素子１０１に入力したと
しても、その光電変換素子１０１は、その飽和点に対応
するレベル以上の大きさの電気信号を出力することはで
きず、結果として、無線装置から発せられる電波の到達
可能範囲（遠達距離）を拡大することができない。本発
明の第２の実施の形態に係る通信システムは、そのよう
な不都合に対処可能なものである。

【００７３】図７は本発明の第２の実施の形態に係る無
線装置の要部構成を表すものである。この図に示したよ
うに、本実施の形態では、複数個（この例では４個）の
光電変換素子４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，４０６ｄ
を並列配置し、光伝送路３０１からの光信号２２を光カ
プラ４０９によって各光電変換素子４０６ａ〜４０６ｄ
にそれぞれ均等に分配する。光電変換素子４０６ａ〜４
０６ｄには、それぞれ、図示しないバイアス電圧電源か
らのバイアス電圧を印加しておく。光電変換素子４０６
ａ〜４０６ｄの各々から出力される電気信号は、位相調
整器４１１に入力されるようにする。その他の構成は上
記第１の実施の形態の場合と同様である。

【００７４】本実施の形態では、光伝送路３０１を介し
て送られてきた光信号２２は、光カプラ４０９によっ
て、元の光強度の１／４の強度の光信号に４等分され、
それぞれ、光電変換素子４０６ａ〜４０６ｄに入力され
る。光電変換素子４０６ａ〜４０６ｄの各々における光
電変換の結果得られる電気信号４１０ａ，４１０ｂ，４
１０ｃ，４１０ｄは、位相調整器４１１によって同一位
相となるように位相調整がなされると共に合成され、そ
の合成結果が電気送信信号４１２として出力される。こ
の結果、入力された光信号２２の強度にほぼ対応した大
きさの電気送信信号４１２が得られ、これがアンテナに
供給されることにより、より遠方まで電波が到達するこ
ととなる。その他の動作は上記第１の実施の形態の場合
と同様である。

【００７５】なお、光電変換素子４０６ａ〜４０６ｄか
らそれぞれ出力される電気信号４１０ａ，４１０ｂ，４
１０ｃ，４１０ｄの位相がほぼ同位相であれば、特に位
相調整器４１１を用いる必要はなく、電気信号４１０ａ
〜４１０ｄを光カプラ（図示省略）等によって直接合成
して電気送信信号４１２を出力するようにしてもよい。

【００７６】本実施の形態では、光電変換素子の飽和点
を超えるような強度の光信号が送られてきた場合におい
ても、その光信号が複数の光電変換素子に分配されるの
で、各光電変換素子についてみれば、飽和点以下の光信
号が入力されるようにすることができる。より正確に
は、光電変換素子の数をｎとし、各光電変換素子の飽和
光強度をＡとすると、光信号２２の強度がｎＡ以下であ
れば、各光電変換素子は飽和することなく、それぞれに
入力された光信号に対応して正確な光電変換動作を行う
ことが可能である。したがって、監視センタ側の光信号
発信装置２００において、光増幅器２０３により、光電
変換素子の飽和点をはるかに超えるレベルまで光増幅を
行って送信するようにしたとしても、無線基地局側の無
線装置では光から電波への通信媒体変換を適切に行うこ
とができ、無線装置を中心とした電波到達範囲をさらに
拡大することが可能である。

【００７７】［第３の実施の形態］次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。

【００７８】図８は本発明の第３の実施の形態に係る通
信システムの概略構成を表すものである。本実施の形態
の通信システムは、周波数多重化方式によって光信号を
送信するようにしたものである。なお、図８において、
上記第１の実施の形態における図１における要素と同一
の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略す
る。

【００７９】本実施の形態の通信システムでは、監視セ
ンタ側の光信号発信装置２００′は、図１における信号
供給源２０１に代えて、互いに異なる周波数（ｆ1 ，ｆ
2 ，ｆ3 ）を有する送信信号２１ａ〜２１ｃを出力する
複数（ここでは３つ）の信号供給源２０１ａ〜２０１ｃ
を備えている。送信信号２１ａ〜２１ｃは光源２０２に
供給されるようになっている。光信号発信装置２００′
におけるその他の構成は図１の光信号発信装置２００と
同様である。

【００８０】一方、無線基地局側の無線装置１００の周
囲には、例えば複数の巡視員によって携帯された複数の
無線端末装置６００ａ，６００ｂ，６００ｃが位置して
いる。無線端末装置６００ａ〜６００ｂは、それぞれ、
受信した信号の中から固有の周波数の信号を選択するた
めのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を備えている。ここ
では、無線端末装置６００ａ〜６００ｃが備えるＢＰＦ
の固有周波数帯域は、それぞれ、周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ
3 であるとする。これらの無線端末装置６００ａ〜６０
０ｂにおける他の構成は、図１における無線端末装置６
００と同様である。

【００８１】本実施の形態では、光信号発信装置２０
０′の信号供給源２０１ａ〜２０１ｃから出力された送
信信号２１ａ〜２１ｃが光源２０２に供給され、そこで
周波数多重化変調が行われる。そして、光信号発信装置
２００′から、周波数多重化変調された光信号２２′が
光伝送路３０１上に送信される。無線基地局側の無線装
置１００は、送られてきた光信号２２′を光電変換素子
１０１によって光電変換し、電気信号として送信アンテ
ナ１０２に供給する。送信アンテナ１０２は、周波数多
重化された送信信号を電波として送信する。この電波
は、無線端末装置６００ａ〜６００ｃによって受信され
る。

【００８２】周波数ｆ１に同調された無線端末装置６０
０ａは、受信信号の中から周波数ｆ１の帯域信号のみを
取り出し、これを復調して出力する。また、周波数ｆ２
に同調された無線端末装置６００ｂは、受信信号の中か
ら周波数ｆ２の帯域信号のみを取り出し、これを復調し
て出力する。周波数ｆ３に同調された無線端末装置６０
０ｃは、受信信号の中から周波数ｆ３の帯域信号のみを
取り出し、これを復調して出力する。その他の動作は、
図１の場合と同様である。

【００８３】このように、本実施の形態の通信システム
によれば、監視センタ側の光信号発信装置２００′か
ら、周波数多重化された光信号２２′を共通の光伝送路
３０１を介して送出すると共に、各無線基地局側の無線
端末装置６００ａ〜６００ｃでは、それぞれ、受信信号
の中から自局向けの周波数成分のみを取り出すようにし
たので、１本の光伝送路を用いて複数回線分の通信を同
時に行うことが可能である。

【００８４】なお、本実施の形態では、３つの送信信号
の多重化を行う場合について説明したが、それ以上また
は以下の数の送信信号を多重化するようにしてもよい。

【００８５】［第４の実施の形態］次に、本発明の第４
の実施の形態について説明する。

【００８６】図９は、本発明の第４の実施の形態に係る
通信システムの概略構成を表すものである。この通信シ
ステムは、上記第１の実施の形態（図１）で示した構成
に加えて、無線基地局側から監視センタ側への送信を可
能とする部分を設けることで、双方向通信を可能とした
ものである。なお、この図で、上記の図１で示した構成
要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明
を省略する。

【００８７】図９に示したように、本実施の形態の通信
システムは、図１に示した構成に加えて、さらに、監視
センタ側に設けられた光信号受信装置５００と、無線基
地局側に設けられた受信アンテナ４０３および光変調装
置７００とを備えている。監視センタ側の光信号受信装
置５００と無線基地局側の光変調装置７００との間は、
２本の光伝送路３０２，３０３によって接続されてい
る。なお、光伝送路３０２，３０３は、光伝送路３０１
と共に、１つの光ファイバケーブル３００を構成してい
る。ここで、光伝送路３０２が本発明における「光伝送
往路」に対応し、光伝送路３０３が本発明における「光
伝送復路」に対応する。また、受信アンテナ４０３が本
発明における「受信用アンテナ」の一具体例に対応し、
光変調装置７００が本発明における「光変調装置」の一
具体例に対応する。

【００８８】光信号受信装置５００は、一定の強度およ
び波長を有する基準光４０１を光伝送路３０２上に送出
する光源４０２と、無線基地局側の光変調装置７００で
変調されて戻って来た光信号４０４を受信して電気信号
に変換する光電変換素子４０６と、光電変換素子４０６
から出力された受信信号を復調する復調器４０７とを備
えている。なお、必要に応じて光源４０２の後段に、光
信号発信装置２００の光増幅器２０３と同様の構造およ
び機能を有する光増幅器を配置するようにしてもよい。
ここで、光源４０２が本発明における「光源」の一具体
例に対応する。

【００８９】受信アンテナ４０３は、無線端末装置６０
０からの電波を受信して電気信号に変換するためのもの
である。光変調装置７００は、受信アンテナ４０３によ
って得られた電気信号（受信信号）に基づき、光伝送路
３０２を介して送られてくる一定強度の基準光４０１に
対して強度変調を行うためのもので、例えば図１０に示
したような構成を有する。

【００９０】図１０は光変調装置７００の要部構成を表
すものである。この光変調装置７００は、いわゆる光電
界センサの原理を応用して構成されている。すなわち、
光変調装置７００は、高周波信号源としての受信用アン
テナ４０３に接続された一対の信号端子７０１ａ，７０
１ｂと、互いに対向配置された一組の信号電極７０２
ａ，７０２ａ′と、これらの信号電極７０２ａ，７０２
ａ′の間に、各信号電極と所定の間隔をおいて対向配置
された共通の信号電極７０２ｂとを備えている。信号端
子７０１ａは信号電極７０２ａ，７０２ｂに電気的に接
続され、信号端子７０１ｂは信号電極７０２ｂに電気的
に接続されている。この光変調装置７００の内部におい
て、入力側（光伝送路３０２の側）と出力側（光伝送路
３０３の側）との間は、２つに分岐された光導波路７０
３ａ，７０３ｂによって接続されている。その一方の光
導波路７０３ａは信号電極７０２ａと７０２ｂとの間の
空隙を通り、他方の光導波路７０３ｂは信号電極７０２
ａ′と７０２ｂとの間の空隙を通っている。光導波路７
０３ａ，７０３ｂは、例えば、ニオブ酸リチウムにチタ
ンを拡散した材料で形成されている。但し、これには限
定されず、他の材料を採用してもよい。

【００９１】図１１は、光電界センサとしての光変調装
置７００の動作特性を表すものである。この図に示した
ように、光導波路７０３ａ，７０３ｂを透過する光の強
度および位相は、印加電圧に対して正弦波状をなす変調
関数Ｆに従って変調されるようになっている。例えば、
受信用アンテナ４０３が受信した図示したような波形の
受信電波１０３′によって光導波路７０３ａ，７０３ｂ
を透過する光が変調を受けて、図示したような波形の光
信号４０４として出力される。

【００９２】なお、図１０に示したように、信号電極７
０２ｂを共通の電極とし、これを中心として対称な位置
に信号電極７０２ａと７０２ａ′を配置すると共に、信
号電極７０２ｂと信号電極７０２ａとの間、および信号
電極７０２ｂと信号電極７０２ａ′との間に、それぞ
れ、光導波路７０３ａ，７０３ｂを配するようにしたこ
とにより、印加される電界の方向が光の進行方向に関し
て対称の関係になり、光導波路７０３ａ，７０３ｂのそ
れぞれにおいて生ずる位相変化の方向が一致する。この
ため、のちに２つの光波が合成されたときに、両光波の
山と山、谷と谷が重畳され、変調の度合いが向上する。

【００９３】次に、このような構成の通信システムの動
作を説明する。なお、監視センタ側から無線基地局側へ
の送信動作は、上記第１の実施の形態（図１）の場合と
同様であるので、その説明を省略し、ここでは、無線基
地局側から監視センタ側への送信動作についてのみ説明
する。

【００９４】本実施の形態の通信システムでは、無線端
末装置６００から発信された電波１０３′は、受信アン
テナ４０３により受信されて電気信号となり、光変調装
置７００の信号端子７０１ａ，７０１ｂ間に印加され
る。これにより、信号電極７０２ｂと信号電極７０２
ａ、７０２ａ′との間には、受信信号に対応した電界変
化が発生する。この電界による電気光学効果により、信
号電極７０２ｂと信号電極７０２ａ、７０２ａ′との間
の光導波路７０３ａ，７０３ｂをそれぞれ透過する光の
強度および位相が変調され、その変調された光が光信号
４０４として光伝送路３０３に送出される。

【００９５】光信号受信装置５００の光電変換素子４０
６は、光伝送路３０３を介して送られてきた光信号４０
４を光電変換により電気信号に変換し、復調器４０７に
供給する。復調器４０７は、供給された受信信号を復調
して、例えば音声信号として出力する。

【００９６】このように、本実施の形態の通信システム
によれば、上記第１の実施の形態（図１）の構成に加え
て、無線基地局側から監視センタ側への送信を可能とす
る部分を設けるようにしたので、双方向通信が可能とな
る。

【００９７】また、本実施の形態では、監視センタ側か
ら一定強度の基準光４０１を無線基地局側に送ると共
に、無線基地局側では、無線端末装置６００から送られ
てきた電波１０３′を受信アンテナ４０３で受信し、そ
の受信信号に基づき、光変調装置７００によって基準光
４０１を変調し、この変調した光信号４０４を監視セン
タ側に送出するようにしたので、無線基地局側には、送
信用の電源を設置する必要がない。したがって、例えば
図５において、鉄塔付近にいる巡視員から変電所等の監
視センタに対する応答を、確実かつ低コストで伝達する
ことができる。

【００９８】［第５の実施の形態］次に、本発明の第５
の実施の形態について説明する。

【００９９】図１２は、本発明の第５の実施の形態に係
る通信システムの概略構成を表すものである。この通信
システムは、電波暗室内での電波測定に適用されるもの
で、以下のように構成されている。なお、この図で、上
記の図１に示した通信システムの構成要素と同一の構成
要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１００】この図に示したように、電波暗室８００に
は、試験用電波１０３″を送信するための送信アンテナ
１０２と、この送信アンテナ１０２に接続された無線装
置１００と、試験用電波１０３″を受信するための受信
アンテナ８０１とが配置されている。

【０１０１】一方、電波暗室８００の外側には、一般に
ＲＣＡ（Radio Communication Analizer）と呼ばれる解
析装置８０２と、受信アンテナ８０１で受信された電波
信号を電波暗室８００から外部の解析装置８０２へと伝
送する信号伝送路８０３と、試験用のパターン信号を発
振する信号生成装置（ＳＧ：Signal Generator）８０４
と、この信号生成装置８０４から出力されるパターン信
号に基づいて光信号を出力するレーザダイオード（Ｌ
Ｄ：Lazer Diode ）８０５と、その光信号を増幅して無
線装置１００へと送出する光増幅器８０６とが設置され
ている。信号生成装置８０４から出力されたパターン信
号は解析装置８０２にも入力されるようになっている。

【０１０２】このシステムでは、信号生成装置８０４か
ら出力された所定のパターン信号は、レーザダイオード
８０５に供給され、ここで光信号に変換される。レーザ
ダイオード８０５から出力された光信号は、光増幅器８
０６で所定のレベルにまで増幅されたのち、光伝送路３
０５を介して、電波暗室８００内の無線装置１００に伝
送される。無線装置１００は、図１の場合と同様の光電
変換動作により、光信号を電気信号に変換する。変換さ
れた電気信号は、送信送信アンテナ１０２から試験用電
波１０３″として送信され、受信アンテナ８０１によっ
て受信されて電気信号（受信信号）となり、信号伝送路
８０３によって電波暗室８００外の解析装置８０２へと
伝送される。解析装置８０２は、信号伝送路８０３を介
して送られてきた受信信号と、信号生成装置８０４から
出力されたパターン信号とを比較して、その比較結果か
らエラーレートを演算する。

【０１０３】電波暗室８００の内部には、電磁気的ノイ
ズの発生源となるような増幅回路系は全く配置されてお
らず、極めて純度の高い電波暗室状態を保つことが可能
である。

【０１０４】このように、本実施の形態によれば、光電
変換素子自体の増倍作用を利用することにより、電波暗
室８００内の無線装置１００の後段に増幅器を設けずに
送信送信アンテナ１０２から直接電波発信を行うように
したので、電波暗室内に増幅器を配置することに起因し
て生じていたノイズやＥＭＩ（Electro Magnetic Inter
ference ；電磁妨害雑音）等をなくすることができ、伝
送エラーレートの測定精度を高めることができる。

【０１０５】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れず、種々の変形が可能である。例えば、上記の各実施
の形態では、監視センタ側あるいは電波暗室側に光増幅
器を配置するようにしたが、光源の発光強度が要求を満
たすに十分であれば、これらの光増幅器は必ずしも必要
なものではない。

【０１０６】また、上記各実施の形態では、バイアス電
圧電源１０４の一例として、小型の蓄電池を利用するも
のとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例
えば、一般に送電線の鉄塔が敷設されている場所は日当
たりが良好である場合が多いことから、そのような環境
条件を積極的に利用して、バイアス電圧電源として、太
陽電池を用いるようにしてもよい。あるいは、バイアス
電圧電源として例えばＮｉ−Ｃｄ（ニッケル−カドミウ
ム）電池等の二次電池を用いると共に、太陽電池をその
二次電池の充電用として用いるようにしてもよい。この
ように、太陽電池を用いるようにした場合には、基本的
にバイアス電圧電源のメンテナンスの頻度を少なくでき
るという利点がある。

【０１０７】なお、上記実施の形態においては、光電変
換素子としてフォトダイオードを用いるものとした説明
したが、この他、フォトトランジスタ等の半導体素子
や、その他の光電変換素子を用いることも可能である。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項４のいずれか１項に記載の無線装置、または請求項
５ないし請求項１１のいずれか１項に記載の通信システ
ムによれば、光伝送路を介して入力された光信号を光電
変換手段がバイアス電圧を利用して電気信号に変換する
と共に、この電気信号を送信アンテナに直接供給し、送
信アンテナから電波として送信するようにしたので、増
幅器の設置が不要となり、装置構成を簡略化できると共
に、増幅に要する電力の削減が可能になるという効果を
奏する。しかも、光電変換素子の光起電力のみを用いる
のでなく、バイアス電圧を利用して光電変換を行うよう
にしていることから、より大きな光電流を得ることがで
き、送信アンテナからの発信電波の電力が増加し、実用
的な距離まで電波を到達させることも可能となる。ま
た、バイアス電圧は一般に低くてよいので消費電力が極
めて小さくて済み、バイアス電圧電源としては小規模の
ものを用いることができる。したがって、従来のような
大規模な電源設備の場合と比べて、設置コストを低減す
ることができる。また、例えば小型の一次電池を用いた
としても、実用的な期間の連続運転が実現可能である。

【０１０９】特に、請求項２記載の無線装置によれば、
光信号が並列に分配入力される複数の光電変換素子を含
むように光電変換手段を構成すると共に、これらの複数
の光電変換素子からそれぞれ出力される電気信号の総和
を送信アンテナに入力するようにしたので、相当強い光
信号が送られてきたとしても、個々の光電変換素子に入
力される光信号の強度を低下させることが可能となると
いう効果を奏する。例えば、光電変換素子の光電変換特
性が飽和する程の強い光信号が光伝送路を介して送られ
てきたとしても、光電変換素子の設置個数を適宜に設定
すれば、個々の光電変換素子に入力される光信号の強度
を飽和点以下にすることが可能となり、正常な光電変換
特性を担保することができる。そして、各光電変換素子
から出力された電気信号の総和が電波に変換されるよう
になるので、十分な強度の電波が放射されることとな
り、電波到達距離をさらに伸ばすことができる。

【０１１０】また、請求項４に記載の通信システムによ
れば、光電変換手段としてフォトダイオードを用いるよ
うにしたので、構造が簡易で低廉かつ利便性の高い、例
えば特定小電力無線システムを構築することも容易であ
る。

【０１１１】また、請求項６に記載の通信システムによ
れば、光信号発信装置が、互いに異なる周波数を有する
複数の電気信号を多重化して発信する機能を備えるよう
にしたので、１本の光伝送路を用いて複数回線分の通信
を同時に行うことも可能になるという効果を奏する。

【０１１２】また、請求項７に記載の通信システムによ
れば、さらに、光信号発信装置側の光源からの光を光伝
送往路を介して光変調装置に伝送すると共に、光変調装
置において、その伝送されてきた光を、受信用アンテナ
により受信された電波に応じて変調し、この変調された
光を、光伝送復路を介して光信号発信装置側の光受信装
置に伝送するようにしたので、双方向の通信が可能にな
ると共に、無線装置の側には、光信号発信装置に対する
送信用の電源を設置する必要がないという効果を奏す
る。

【０１１３】また、請求項９に記載の通信システムによ
れば、光信号発信装置を電波暗室の外部に配置する一
方、無線装置を電波暗室の内部に設置し、光伝送路によ
って両者を接続し、電波暗室の外部から内部に供給した
光信号を光信号発信装置の光電変換手段によりバイアス
電圧を利用して電気信号に変換し、電気的増幅を行わな
いようにしたので、電波暗室内で電波の放射を行うに際
して無用なノイズの発生を抑制することができる。した
がって、より理想に近い電波暗室環境を実現することが
できるという効果を奏する。

【０１１４】また、請求項１０に記載の通信システムに
よれば、光信号発信装置から発信した光信号を、送電線
に沿って敷設された光伝送路を介して、搭状構造物に付
設された無線装置に伝送するようにしたので、例えば変
電所等に設置された光信号発信装置と搭状構造物側に設
置された無線装置との間の通信が容易に実現可能になる
という効果を奏する。

【０１１５】また、請求項１１に記載の通信システムに
よれば、光信号発信装置が光増幅手段を備えるようにし
たので、無線装置からの電波到達距離を伸ばすことがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る通信システム
の概略構成を表す図である。

【図２】図１における光増幅器の構成を表す図である。

【図３】図１における光電変換素子の構造およびその周
辺回路の構成を表す図である。

【図４】図３に示した光電変換素子の等価回路を表す回
路図である。

【図５】図１の通信システムが適用される一応用例を表
す図である。

【図６】図１の通信システムを用いて行った無線送信実
験の結果の一例を表す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る通信システム
において用いられる無線装置の要部を表す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る通信システム
の概略構成を表す図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る通信システム
の概略構成を表す図である。

【図１０】図９における光変調装置の構成を表す図であ
る。

【図１１】図９における光変調装置の動作を説明するた
めの図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る通信システ
ムの概略構成を表す図である。

【図１３】従来の通信システムの概略構成を表す図であ
る。

【符号の説明】

１００…無線装置、１０１…光電変換素子、１０２…送
信アンテナ、１０４…バイアス電圧電源、２００…光信
号発信装置、２０１…信号供給源、２０２…光源、２０
３…光増幅器、３０１，３０２，３０３…光伝送路、４
０３…受信アンテナ、５００…光信号受信装置、６００
…無線端末装置、７００…光変調装置。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 7/26 Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (72)発明者 小川 理 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎４−１ 東京 電力株式会社システム研究所内 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 BA15 CA13 DA02 FA01 5K067 BB02 CC02 EE02 EE06 EE10 EE32 EE37 KK01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光伝送路を介して入力された光信
   号を、バイアス電圧を利用して電気信号に変換する光電
   変換手段と、 前記光電変換手段から出力された前記電気信号を直接に
   受けて、この電気信号に応じた電波を放射する送信アン
   テナとを備えたことを特徴とする無線装置。
2. 【請求項２】 前記光電変換手段は、前記光信号が並列
   に分配入力される複数の光電変換素子を含み、 前記複数の光電変換素子からそれぞれ出力される電気信
   号の総和が前記送信アンテナに入力されることを特徴と
   する請求項１記載の無線装置。
3. 【請求項３】 前記バイアス電圧は、太陽電池から出力
   されたものであることを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の無線装置。
4. 【請求項４】 前記光電変換手段は、フォトダイオード
   を用いて構成されていることを特徴とする請求項１ない
   し請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
5. 【請求項５】 光信号を発信する光信号発信装置と、 前記光信号を伝送する光伝送路と、 前記光信号発信装置から前記光伝送路を介して入力され
   た光信号を、バイアス電圧を利用して電気信号に変換し
   て出力する光電変換手段と、前記光電変換手段から出力
   された前記電気信号を直接に受けて、この電気信号に応
   じた電磁波を放射する送信アンテナとを有する無線装置
   とを含むことを特徴とする通信システム。
6. 【請求項６】 前記光信号発信装置は、互いに異なる周
   波数を有する複数の電気信号を多重化して発信する機能
   を備えていることを特徴とする請求項５に記載の通信シ
   ステム。
7. 【請求項７】 さらに、 前記光信号発信装置の側に配置された光源と、 前記光源から発せられた光を伝送する光伝送往路と、 前記無線装置の側に設けられ、外部からの電波を受信す
   る受信用アンテナと、 前記受信用アンテナにより受信された電波に応じて、前
   記光源から前記光伝送往路を介して送られてきた光を変
   調する光変調装置と、 前記光変調装置により変調された光を伝送する光伝送復
   路と、 前記光信号発信装置の側に配置され、前記光伝送復路を
   介して送られてきた光を受信する光受信装置とを備えた
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の通信
   システム。
8. 【請求項８】 さらに、前記無線装置の送信アンテナか
   ら放射された電波を受信する無線端末装置を含むことを
   特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記
   載の通信システム。
9. 【請求項９】 前記光信号発信装置は、外部からの電波
   を遮断可能に構成された電波暗室の外部に配置され、 前記無線装置は、前記電波暗室の内部に設置され、 前記光伝送路は、前記電波暗室の内外に配置された前記
   光信号発信装置と前記無線装置との間を接続しているこ
   とを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
10. 【請求項１０】 前記無線装置は、電力を送るための送
    電線を支持する搭状構造物に付設され、 前記光伝送路は、前記送電線に沿って敷設され、 前記光信号発信装置は、前記無線装置が付設された塔状
    構造物から離隔した地点に設置されると共に、前記光伝
    送路によって前記無線装置と接続されていることを特徴
    とする請求項５に記載の通信システム。
11. 【請求項１１】 前記光信号発信装置は、前記光信号を
    増幅して発信する光増幅手段を備えていることを特徴と
    する請求項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の
    通信システム。