JP2002168896A

JP2002168896A - 光リモートアンテナ

Info

Publication number: JP2002168896A
Application number: JP2000368521A
Authority: JP
Inventors: Mitsukazu Kondo; 充和近藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】微弱な電波を有効に受信することができる高
感度な光リモートアンテナを得る。【解決手段】空間を伝搬されてくる電波を特定の場所
に集中させて、そこでの前記電波のエネルギー密度を高
めるリフレクタアンテナ１１と、前記特定の場所に設置
された光変調器と、光源と、光検出器と、該光源の光を
該変調器に導く光ファイバ１３ａと、該光変調器１２か
らの出力光を該光検出器に導く光ファイバ１３ｂとから
なる光リモートセンサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信や放送等
に使用される電磁波を光信号に変換して検出する光リモ
ートアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光リモートアンテナは、無線通
信や放送等に使用される信号電波を検出する目的で使用
される。また、ＥＭＣ分野で、電界の強さやその周波数
を検出したり、電磁ノイズを検出する際にも使用される
ものである。

【０００３】近年、情報網の発展に伴い、主要な情報伝
送媒体である電磁波の利用密度が増加し、より高周波域
へと広がっている。通信システムにおいても、高周波化
が比較的容易である光ファイバ伝送路と無線との融合が
進んでいる。この場合、アンテナ素子と光変調器とを接
続して電磁波を光信号に直接変換する光リモートアンテ
ナを使用することで、電磁波ノイズの影響を受けずに受
信信号を伝送することが可能である。

【０００４】例えば、テレビ放送などの商用放送や無線
通信では、情報伝送媒体である電磁波の再送信システム
が必要とされる。これは、一度、送信した電磁波を遠隔
地でアンテナにて受信し、必要に応じて増幅し、再び電
磁波として送信したり、ケーブルにて伝送するシステム
である。

【０００５】このシステムでの問題点は、落雷などの自
然界の強大な電磁ノイズにより伝送系の機器が回復不可
能な損傷を受けてしまい、再送信に影響が出ることであ
る。この場合、アンテナ素子と光変調器とを接続して電
磁波を光信号に直接変換する光リモートアンテナを使用
することで、電磁ノイズの影響を受けずに受信信号を伝
送することが可能である。

【０００６】また、コンピュータなどの情報機器や通信
装置、ロボットなどのＦＡ機器、あるいは自動車の制御
装置など、多くの電子装置では、外部から到来する電磁
波の影響を受けて誤動作する危険が常に存在している。
このような外来電磁波への対策を行うには、まず各装置
や機器が発生する電磁波を正確に測定することが重要で
ある。

【０００７】そこで、光変調器にアンテナロッドを接続
して電磁波を光信号に直接変換し、その光信号の強度や
周波数を検出することで電磁波を測定する、光リモート
アンテナが開発されている。この場合、光強度に変換さ
れた受信信号は、外部の電磁ノイズの影響を全く受けな
いので、発生電磁波の正確な測定が期待できる。

【０００８】光リモートアンテナの最大の特長は、アン
テナが配設されるセンサヘッド部分では、素子駆動用の
電源を与えることなく、光変調器により入射光を受動的
に変調し、変調光を生成することである。従って、セン
サヘッド部分は、電源を必要としない受動部品のみで構
成されている。

【０００９】図８は、従来の光リモートアンテナを示す
ブロック図であり、図８（ａ）は、共振器を備えない光
リモートアンテナを示すブロック図であり、図８（ｂ）
は、共振器を備えた光リモートアンテナを示すブロック
図である。

【００１０】従来の図８（ａ）の光リモートアンテナで
は、アンテナ８１、光変調器８２、光源８３、及び光検
出器８４を有し、光源８３と光変調器８２とを接続する
光ファイバ８６と、光変調器８２と光検出器８４とを接
続する光ファイバ８７と、アンテナ８１と光変調器８２
を接続する同軸ケーブル８８とを有している。

【００１１】図８（ａ）の光リモートアンテナでは、ア
ンテナ８１で電波を受信し、受信信号（電気信号）を同
軸ケーブル８８を介して、光変調器８２へ供給する。光
変調器８２には、光源８３から光ファイバ８６を介して
一定強度の光が入力されており、この光をアンテナ８１
からの受信信号で強度変調（光強度信号に変換）する。
光変調器８２から出射した光強度信号は、光ファイバ８
７を介して光検出器８４へ伝送され、再び電気信号に変
換される。光検出器８４から出力された電気信号は、受
信器に入力される。

【００１２】図９は、従来の光変調器の一例を示す斜視
図である。図９に示す光導波路型の光変調器は、電気光
学効果を有する基板９１の表面上に形成した分岐干渉型
光導波路と、分岐干渉型光導波路を構成する２つの位相
シフト光導波路９２の近傍に配置した変調電極９３とを
有し、光ファイバ９４ａから光ファイバ９４ｂへ向かう
光を２分岐し、変調電極９３に印加された電圧に応じ
て、２つの位相シフト光導波路９２に異なる屈折率変化
を生じさせ、２分岐された光が合波したとき、これらの
光の間に発生した位相差により干渉を生じさせる素子で
ある。

【００１３】即ち、図９の光導波路型光変調器を図８
（ａ）の光変調器８２として用いると、光源８３からの
光を、アンテナからの受信信号で変調した光強度変調信
号に変換できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図８
（ａ）に示す光リモートアンテナでは、光ファイバを用
いて受信信号（光強度信号）を伝送するため、ノイズや
伝送損失の問題は解消される。ところが、アンテナで受
信できる電波が弱い場合には、この受信システムは、必
ずしも十分に機能しない。そこで、受信電波が弱い場合
にも機能するように、図８（ｂ）に示すとおり、アンテ
ナ８１と光変調器８２との間に同軸ケーブル８８を介し
て、インダクタとキャパシタで構成される受動型の共振
器８９を接続することが試みられ、それなりの効果が確
認されている。なお、図８（ｂ）で示される符号（数
字）は、図８（ａ）で示されているものと同じなので、
説明を省略する。

【００１５】しかしながら、共振器を用いた受信システ
ムにおいては、共振器に設定された狭い共振周波数帯域
の電波にたいしては有効に機能するが、それを越える広
い周波数帯域にわたって、微弱な電波を有効に受信する
ことはできないという問題点がある。従って、共振器を
付加するだけでは、広い周波数帯域にわたって高い感度
を得ることはできない。

【００１６】従って、本発明の目的は、微弱な電波を有
効に受信することができる高感度な光リモートアンテナ
を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】一般に、電波受信用のア
ンテナにおいては、高い利得を得るための多くの方式あ
るいは形式があり、使用条件に応じて使い分けられてい
る。特に、マイクロ波帯の電波に対しては、ホーンアン
テナ、リフレクタアンテナ、あるいはレンズアンテナな
どによって、空間を伝搬されて来る電波を特定の場所に
集中させ、その場所での電波のエネルギー密度を高める
ことにより、アンテナ給電部に誘起される電気信号の強
度を高める方式あるいは形式が有効である。

【００１８】本発明においても、空間を伝搬されてくる
電波のエネルギー密度を高める手段を備えた光リモート
アンテナが構成される。

【００１９】即ち、本発明のリモートアンテナは、空間
を伝搬されてくる電波を特定の場所に集中させて、そこ
での前記電波のネルギー密度を高める手段と、前記特定
の場所に設置された光変調器と、光源と、光検出器と、
該光源の光を該変調器に導く光ファイバと、該変調器か
らの出力光を該光検出器に導く光ファイバとからなるリ
モートアンテナである。

【００２０】また、前記電波のエネルギー密度を高める
手段として、ホーンアンテナ、リフレクタアンテナ、レ
ンズアンテナの何れかを用いるリモートアンテナであ
る。

【００２１】また、前記光変調器は基板上に形成された
光導波路型光変調器であり、かつ、該基板上に光導波路
中に電界を印加するための変調電極と電波のエネルギー
により該変調電極に電圧を誘起するための小型アンテナ
が集積されたリモートアンテナである。

【００２２】また、前記光変調器は基板上に形成された
光導波路型光変調器であり、かつ、該基板上の光導波路
中に電界を印加するための変調電極と電波のエネルギー
により該変調電極に電圧を誘起するための小型アンテナ
が同一材料により一体として形成されたリモートアンテ
ナである。

【００２３】また、前記小型アンテナまたは前記変調電
極のうち少なくとも一方は電波の周波数に対して共振す
るように設定されたリモートアンテナである。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の光リモート
アンテナについて、以下に説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による光リモートアンテナにおけるリフレクタア
ンテナと光変調器の部分を示す斜視図である。１１は電
波を反射するリフレクタアンテナであり、１２は光変調
器であり、１３ａ，１３ｂは光変調器に光を入出力する
光ファイバである。

【００２６】リフレクタアンテナ１１は、例えば、放物
面をなす導体の電波反射体から成り、ほぼ平面の波面を
持つ電波を放物面の焦点位置に集中させる。そして、こ
の焦点位置に光変調器１２が配置されている。また、１
４は電波の波面の進行方向を示すベクトルであり、リフ
レクタアンテナ１１の全面に到達した電波が光変調器１
２の付近に集中する様子が示されている。

【００２７】図２は、本実施の形態１において用いる光
変調器を示す斜視図である。２１ａ，２１ｂは光ファイ
バであり、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂはＬiＮbＯ
_３基板２２の表面付近に形成された光導波路であり、２
５は、分岐された光導波路２４ａと２４ｂの付近に形成
された変調電極であり、複数の多角形状の金属膜で形成
されている。

【００２８】これらの変調電極２５は、小型アンテナお
よび変調電極としての動作を行い、光の進行方向に平行
な電界によって誘起された電圧が、分岐された光導波路
２４ａおよび２４ｂに印加されるように構成されてい
る。また、小型アンテナとしてのインピーダンスと変調
電極としてのインピーダンが整合するように、分割型の
電極が構成されている。また、分岐された光導波路２４
ａと２４ｂには、互いに逆向きの電界が印加される構造
となっている。

【００２９】即ち、この光変調器においては、小型のア
ンテナと変調電極が同一の基板上に形成されている。な
お、この光変調器の動作は、従来例で説明したものと同
様であり、光ファイバ２１ａから入射した一定強度の光
が、小型アンテナに誘起された電圧により変調されて、
光ファイバ２１ｂへと出射する。なお、光ファイバ２１
ａと図１の光ファイバ１３ａ、また光ファイバ２１ｂと
図１の光ファイバ１３ｂは同じものである。

【００３０】また、ここで言う小型アンテナとは、誘起
された電力を再放射することなく変調電極に印加するア
ンテナであって、例えば、導波器と反射器と励振アンテ
ナを備える３素子アンテナにおける励振アンテナに相当
するものである。

【００３１】図３は、本発明の実施の形態１による光リ
モートアンテナにおけるシステム構成を示すブロック図
である。図３にて、光源３３で発生した一定強度の光
は、光ファイバ３６を介して、光変調器３２に導かれ、
アンテナ３１に誘起された電圧により強度変調を受けて
出射され、さらに、光ファイバ３７を経て、光検出器３
４に導かれ、電気信号に変換される。

【００３２】なお、ここでアンテナ３１とは、図１で示
したリフレクタアンテナ１１の機能と、図２で示した変
調電極２５の小型アンテナとしての機能の両方を含んで
いる。

【００３３】言い換えると、光ファイバ３６と図１の光
ファイバ１３ａを接続し、さらに、光ファイバ３７と図
１の光ファイバ１３ｂを接続して、本実施の形態１の光
リモートアンテナは構成される。

【００３４】この光リモートアンテナにおいては、リフ
レクタアンテナ１１の受波面積を大きくすることによっ
て、光変調器の基板上に形成された小型アンテナに、受
波面積に応じたエネルギー密度を与えることができる。
そのため、従来例に見られた、微弱な電波に対しては、
光の変調度を上げることができず、有効な受信ができな
いという問題点を解消することができる。

【００３５】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２による光リモートアンテナにおけるホーンアンテ
ナと光変調器を示す図であり、図４（ａ）は、角錐形の
ホーンアンテナと光変調器を示す立体図であり、図４
（ｂ）は、その断面図である。ホーンアンテナ４１の断
面が絞られた位置に光変調器４２が配置されている。ま
た、４３ａ，４３ｂは光変調器４２に光を入出力する光
ファイバである。

【００３６】図５は、本発明の実施の形態２で用いる光
変調器を示す斜視図である。５１ａ，５１ｂは光ファイ
バ、５２はＬiＮbＯ_３基板、５３ａ，５３ｂ，５４ａ，
５４ｂはＬiＮbＯ_３基板５２の表面付近に形成された光
導波路である。また、６個の３角形状の変調電極５５
が、光導波路５４ｂの両側に形成されている。

【００３７】この３角形状の金属膜は、光導波路５４ｂ
に垂直で、ＬiＮbＯ_３基板５２の面に平行な電界を検出
する小型アンテナとしての機能を持つとともに、光導波
路５４ｂに電圧を印加する変調電極としての機能を持っ
ている。なお、光ファイバ５１ａと図４の光ファイバ４
３ａ、また、光ファイバ５１ｂと図４の光ファイバ４３
ｂは同じものである。

【００３８】このような、ホーンアンテナと、小型アン
テナと一体となった光変調器を用い、図３で示したよう
な、光源３３、光ファイバ３６，３７、および光検出器
３４を備えて本実施の形態２による光リモートアンテナ
を構成する。

【００３９】上述のホーンアンテナによる利得の増加量
は、開口の大きさ、ホーンの深さ、および受信電波の波
長によって定められる。

【００４０】ところで、本実施の形態２で用いた、小型
アンテナと一体となった光変調器の電界の検出方向は、
光導波路に垂直な方向であったが、一般にマイクロ波の
通信あるい放送に用いられる電波は円偏波であるので、
図２で示したような光導波路に平行な電界を検出する小
型アンテナと一体となった光変調器を用いることもでき
る。

【００４１】（実施の形態３）図６は、本発明の実施の
形態３による光リモートアンテナにおけるレンズアンテ
ナを示す図である。６１はディレーレンズであり、波長
に比べて十分に小さい多数の導体片が空間に配列されて
構成される。６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、電波の波面法
線を示し、６４，６５は波面を示している。ディレーレ
ンズ６１によって、ほぼ平面であった波面６４，６５
は、球面波の波面６６，６７のように変換され、焦点６
８の付近で波長に応じた大きさのエネルギー集中部分を
形成する。

【００４２】焦点６８に光変調器の小型アンテナを配置
することにより、本実施の形態３の光リモートアンテナ
を構成することができる。他の部分については、実施の
形態１と同様である。

【００４３】（実施の形態４）次に、本発明の実施の形
態４による光リモートアンテナを説明する。図７は、本
実施の形態４に用いる光変調器を示す斜視図である。７
１ａ，７１ｂは光ファイバ、７３はＬiＮbＯ_３基板７２
の表面付近に形成された光導波路であり、７６ａ，７６
ｂは変調電極である。

【００４４】変調電極７６ａおよび７６ｂの光導波路に
沿った長さは、受信電波の波長の１/２に選ばれてい
る。また、それらの変調電極７６ａ，７６ｂの両端は、
短絡線７４ａと７４ｂによって短絡され、それぞれの変
調電極の中点にインピーダンス７８と交流電源７７で示
されるアンテナの出力が印加されている。即ち、この変
調電極においては、両端部を節とし、中央部を腹とする
定在波が励起され、共振が生じている。

【００４５】このような光変調器と小型アンテナを用い
て、他の部分は実施の形態１と同様にして、本実施の形
態４による光リモートアンテナを構成する。

【００４６】図７の交流電源７７とインピーダンス７８
で示した小型アンテナとしては、例えば、マイクロスト
リップアンテナを光変調器と同一のＬiＮbＯ_３基板７２
の上に形成しても良く、また、他の誘電体基板の上に形
成しても良い。さらには、マイクロストリップアンテナ
に代えてダイポールアンテナを用いることもできる。

【００４７】ところで、図２で示した本発明の実施の形
態１の変調器においては、小型アンテナと変調電極は同
一の金属材料により、一体として形成され、共振を抑え
て広帯域の動作が可能な設計がなされている。それに対
して、本実施の形態４の光変調器においては、強い共振
を持つような設計がなされている。

【００４８】このような変調電極部分の共振、あるいは
小型電極と一体となって形成された変調電極部分の共振
は、空間を伝搬されて来る電波のエネルギー密度を高め
る手段と併用して、光リモートアンテナの感度を向上さ
せるために利用することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、空間を伝搬する微弱な電波を広い断面で捕らえ、特
定の小空間に集中させ、その小空間での電波のエネルギ
ー密度を高めることにより、微弱な電波を受信すること
ができる高感度な光リモートアンテナを提供することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による光リモートアンテ
ナにおけるリフレクタアンテナと光変調器部を示す斜視
図。

【図２】本発明による光リモートアンテナの実施の形態
１における光変調器を示す斜視図。

【図３】本発明の実施の形態１による光リモートアンテ
ナにおけるシステム構成を示すブロック図。

【図４】本発明の実施の形態２による光リモートアンテ
ナにおけるホーンアンテナと光変調器部を示す図。図４
（ａ）は、角錐形のホーンアンテナと光変調器を立体図
であり、図４（ｂ）は、その断面図。

【図５】本発明による光リモートアンテナの実施の形態
２における光変調器を示す斜視図。

【図６】本発明の実施の形態３による光リモートアンテ
ナのレンズアンテナを示す図。

【図７】本発明による光リモートアンテナの実施の形態
４における光変調器を示す斜視図。

【図８】従来の光リモートアンテナを示すブロック図。
図８（ａ）は共振器を備えない光リモートアンテナを示
すブロック図。図８（ｂ）は共振器を備えた光リモート
アンテナを示すブロック図。

【図９】従来の光変調器の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１１リフレクタアンテナ１４電波の波面の進行方向を示すベクトル１３ａ，１３ｂ，２１ａ，２１ｂ，３６，３７，４３
ａ，４３ｂ，５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８６，
８７，９４ａ，９４ｂ光ファイバ２２，５２、７２ＬiＮbＯ_３基板２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，５３ａ，５３ｂ，５
４ａ，５４ｂ，７３光導波路２５，５５，９３変調電極３１，８１アンテナ１２，３２，４２，８２光変調器３３，８３光源３４，８４光検出器４１ホーンアンテナ６１ディレーレンズ６２ａ，６２ｂ，６２ｃ波面法線６４，６５，６６，６７波面６８焦点７４ａ，７４ｂ短絡線７５ａ，７５ｂ給電点７６ａ，７６ｂ変調電極７７交流電源７８インピーダンス８８同軸ケーブル９１基板９２光導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間を伝搬されてくる電波を特定の場所
に集中させて、そこでの前記電波のエネルギー密度を高
める手段と、前記特定の場所に設置された光変調器と、
光源と、光検出器と、該光源の光を該変調器に導く光フ
ァイバと、該変調器からの出力光を該光検出器に導く光
ファイバとからなることを特徴とする光リモートセン
サ。
【請求項２】前記電波のエネルギー密度を高める手段
として、ホーンアンテナ、リフレクタアンテナ、レンズ
アンテナの何れかを用いたことを特徴とする請求項１記
載の光リモートアンテナ。
【請求項３】前記光変調器は基板上に形成された光導
波路型光変調器であり、かつ、該基板上に光導波路中に
電界を印加するための変調電極と電波のエネルギーによ
り該変調電極に電圧を誘起するための小型アンテナが集
積されていることを特徴とする請求項１または２記載の
光リモートアンテナ。
【請求項４】前記光変調器は基板上に形成された光導
波路型光変調器であり、かつ、該基板上の光導波路中に
電界を印加するための変調電極と電波のエネルギーによ
り該変調電極に電圧を誘起するための小型アンテナが同
一材料により一体として形成されていることを特徴とす
る請求項１または２記載の光リモートアンテナ。
【請求項５】前記小型アンテナまたは前記変調電極の
うち少なくとも一方は電波の周波数に対して共振するよ
うに設定されていることを特徴とする請求項３または４
記載の光リモートアンテナ。