JP2002299942A - 光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置および光制御フェーズドアレイアンテナ・システム - Google Patents
光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置および光制御フェーズドアレイアンテナ・システムInfo
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- JP2002299942A JP2002299942A JP2001094595A JP2001094595A JP2002299942A JP 2002299942 A JP2002299942 A JP 2002299942A JP 2001094595 A JP2001094595 A JP 2001094595A JP 2001094595 A JP2001094595 A JP 2001094595A JP 2002299942 A JP2002299942 A JP 2002299942A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2676—Optically controlled phased array
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光制御フェーズドアレイアンテナにおける位
相制御装置の移相器を複数の波長で共用し回路数を削減
することにより，アンテナシステム全体で位相制御装置
の小型軽量化および簡素化を可能にする。 【解決手段】 位相制御装置３は，制御対象となるアン
テナ素子の制御単位数分の波長（例えば６７６波長）が
多重化された光信号を入力し，波長分波器３１により各
波長ごとに分波し，光スイッチマトリクス３２によりそ
れぞれの波長の信号を所定の移相量のＲＦ帯移相器３３
に導く。ＲＦ帯移相器３３により，入力信号についてア
ンテナ素子の励振分布に応じた移相量の移相を行い，そ
の出力を光合成器３４により合成する。その出力を光フ
ァイバ７３を通して波長分波器４に送信し，波長分波器
４で波長ごとに分波し，サブアレイユニット６０のアン
テナ素子の励振に用いる。
相制御装置の移相器を複数の波長で共用し回路数を削減
することにより，アンテナシステム全体で位相制御装置
の小型軽量化および簡素化を可能にする。 【解決手段】 位相制御装置３は，制御対象となるアン
テナ素子の制御単位数分の波長（例えば６７６波長）が
多重化された光信号を入力し，波長分波器３１により各
波長ごとに分波し，光スイッチマトリクス３２によりそ
れぞれの波長の信号を所定の移相量のＲＦ帯移相器３３
に導く。ＲＦ帯移相器３３により，入力信号についてア
ンテナ素子の励振分布に応じた移相量の移相を行い，そ
の出力を光合成器３４により合成する。その出力を光フ
ァイバ７３を通して波長分波器４に送信し，波長分波器
４で波長ごとに分波し，サブアレイユニット６０のアン
テナ素子の励振に用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，衛星等に搭載する
大型平面展開アクティブフェーズドアレイアンテナに対
する給電に適した光制御フェーズドアレイアンテナの位
相制御装置に関するものである。
大型平面展開アクティブフェーズドアレイアンテナに対
する給電に適した光制御フェーズドアレイアンテナの位
相制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】情報通信の需要が急速に拡大しており，
今後ますます衛星通信の重要性が増してくる状況にあ
る。地上局の小型化や高速・広帯域の大容量通信に対応
するため，衛星搭載アンテナも大型化の傾向にあり，こ
れに適したものとして大型平面展開アクティブフェーズ
ドアレイアンテナの利用が考えられている。
今後ますます衛星通信の重要性が増してくる状況にあ
る。地上局の小型化や高速・広帯域の大容量通信に対応
するため，衛星搭載アンテナも大型化の傾向にあり，こ
れに適したものとして大型平面展開アクティブフェーズ
ドアレイアンテナの利用が考えられている。
【０００３】このようなフェーズドアレイアンテナの特
徴として，移相器による柔軟なビーム制御が可能である
こと，広角ビーム走査性があること，大口径化・高周波
化に対し，移相器での鏡面精度の維持が容易であるこ
と，アクティブアレイ方式により高出力増幅器の分散が
可能であるため，耐故障性，個々の増幅器の出力低減に
よる効率向上を図ることができることなどが挙げられ
る。
徴として，移相器による柔軟なビーム制御が可能である
こと，広角ビーム走査性があること，大口径化・高周波
化に対し，移相器での鏡面精度の維持が容易であるこ
と，アクティブアレイ方式により高出力増幅器の分散が
可能であるため，耐故障性，個々の増幅器の出力低減に
よる効率向上を図ることができることなどが挙げられ
る。
【０００４】大型平面展開アクティブフェーズドアレイ
アンテナの問題点としては，給電系が導波管や同軸ケー
ブルで構成されるため，非常に大きな重量物となること
である。この問題を解決するための方式として光給電方
式が考えられており，給電系を光コンポーネント・光フ
ァイバで構成することにより，小型軽量化の実現が図ら
れている。
アンテナの問題点としては，給電系が導波管や同軸ケー
ブルで構成されるため，非常に大きな重量物となること
である。この問題を解決するための方式として光給電方
式が考えられており，給電系を光コンポーネント・光フ
ァイバで構成することにより，小型軽量化の実現が図ら
れている。
【０００５】これに関連する技術として，無線信号で変
調された光波を，無線集配局とフェーズドアレイアンテ
ナを有する無線基地局との間で伝送する無線信号伝送用
光リンクにおいて，光波のままの信号処理で無線基地局
のフェーズドアレイアンテナの制御を可能とする技術が
提案されている（特開平９−２１５０４８号公報「無線
信号伝送用光リンク」）。
調された光波を，無線集配局とフェーズドアレイアンテ
ナを有する無線基地局との間で伝送する無線信号伝送用
光リンクにおいて，光波のままの信号処理で無線基地局
のフェーズドアレイアンテナの制御を可能とする技術が
提案されている（特開平９−２１５０４８号公報「無線
信号伝送用光リンク」）。
【０００６】この無線信号伝送用光リンクでは，無線集
配局から無線基地局へは，複数の波長を有する光信号を
無線信号で変調し，この変調された複数の波長の光波
に，各アンテナ素子の励振分布制御である遅延処理を光
波のままで施す。この励振分布制御された光信号を電気
信号に変換し，各放射器に信号を分配する。受信用は，
無線基地局で受信した無線信号によって光波を変調して
無線集配局へ伝送し，光波のまま信号処理し，入射器に
与えられた励振分布を抽出する。
配局から無線基地局へは，複数の波長を有する光信号を
無線信号で変調し，この変調された複数の波長の光波
に，各アンテナ素子の励振分布制御である遅延処理を光
波のままで施す。この励振分布制御された光信号を電気
信号に変換し，各放射器に信号を分配する。受信用は，
無線基地局で受信した無線信号によって光波を変調して
無線集配局へ伝送し，光波のまま信号処理し，入射器に
与えられた励振分布を抽出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の光制御フェーズ
ドアレイアンテナ（例えば，特開平９−２１５０４８号
公報）では，アレイアンテナの放射素子ごとの励振分布
を与えるために，放射素子の個数だけ，光遅延路等で代
表される光制御移相回路が必要であった。
ドアレイアンテナ（例えば，特開平９−２１５０４８号
公報）では，アレイアンテナの放射素子ごとの励振分布
を与えるために，放射素子の個数だけ，光遅延路等で代
表される光制御移相回路が必要であった。
【０００８】そのため，数百〜数万素子に及ぶ大規模な
フェーズドアレイアンテナを構成する場合，その放射素
子数分の移相回路群の大きさや重量が全システムに与え
る影響が無視できなくなる。特に，小型軽量・高信頼性
が要求される衛星搭載の光制御フェーズドアレイアンテ
ナでは，重量や容積が衛星の能力に大きな影響を与え
る。また，多数の高信頼部品が要求されるためにコスト
高となる。
フェーズドアレイアンテナを構成する場合，その放射素
子数分の移相回路群の大きさや重量が全システムに与え
る影響が無視できなくなる。特に，小型軽量・高信頼性
が要求される衛星搭載の光制御フェーズドアレイアンテ
ナでは，重量や容積が衛星の能力に大きな影響を与え
る。また，多数の高信頼部品が要求されるためにコスト
高となる。
【０００９】さらに従来の技術では，光信号処理手段
（位相制御回路等）がアンテナ直下に存在するために，
衛星搭載アンテナのような宇宙空間に暴露された過酷な
環境に耐えうる制御回路を構成することは困難を伴う。
（位相制御回路等）がアンテナ直下に存在するために，
衛星搭載アンテナのような宇宙空間に暴露された過酷な
環境に耐えうる制御回路を構成することは困難を伴う。
【００１０】本発明は上記問題点の解決を図り，大規模
なフェーズドアレイアンテナを構成する場合でも，位相
制御のための回路数を削減し，アンテナシステム全体で
位相制御回路の小型軽量化および簡素化を可能にするこ
とを目的とする。
なフェーズドアレイアンテナを構成する場合でも，位相
制御のための回路数を削減し，アンテナシステム全体で
位相制御回路の小型軽量化および簡素化を可能にするこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明の光制御フェーズドアレイアンテナの位相制
御装置は，少なくとも制御対象となるアンテナ素子の制
御単位数分の波長が多重化された光信号を入力し，入力
した光信号を各波長ごとに分離する波長分波器と，前記
光信号の位相をアンテナ素子の励振分布に応じて変化さ
せるための移相量の異なる複数の移相器と，前記波長分
波器の波長ごとの各出力を，各波長に応じて必要な移相
量を割り当てるためにそれぞれ前記複数の移相器の一つ
に導く光スイッチマトリクスと，前記複数の移相器の出
力を合成し，多重化された光信号を出力する光合成器と
を備えることを特徴とする。
め，本発明の光制御フェーズドアレイアンテナの位相制
御装置は，少なくとも制御対象となるアンテナ素子の制
御単位数分の波長が多重化された光信号を入力し，入力
した光信号を各波長ごとに分離する波長分波器と，前記
光信号の位相をアンテナ素子の励振分布に応じて変化さ
せるための移相量の異なる複数の移相器と，前記波長分
波器の波長ごとの各出力を，各波長に応じて必要な移相
量を割り当てるためにそれぞれ前記複数の移相器の一つ
に導く光スイッチマトリクスと，前記複数の移相器の出
力を合成し，多重化された光信号を出力する光合成器と
を備えることを特徴とする。
【００１２】以上のように，本発明では，例えば２N 種
類の光遅延線光路によるＮビット移相器に対して，各波
長ごとに光スイッチマトリクスで経路を切り替えて移相
量を割り当てる構成を採用する。したがって，各々の光
遅延線は異なる波長で共用することができる。このた
め，従来技術に比べて波長多重数分の１だけ位相制御回
路における移相器を削減できる。
類の光遅延線光路によるＮビット移相器に対して，各波
長ごとに光スイッチマトリクスで経路を切り替えて移相
量を割り当てる構成を採用する。したがって，各々の光
遅延線は異なる波長で共用することができる。このた
め，従来技術に比べて波長多重数分の１だけ位相制御回
路における移相器を削減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１４】図１は，本発明を用いた光制御フェーズド
アレイアンテナ（送信系）の基本的構成を示す。図１で
は，特に１個のビーム（ｂｅａｍ＃１）を形成する回路
の構成部分について示している。
アレイアンテナ（送信系）の基本的構成を示す。図１で
は，特に１個のビーム（ｂｅａｍ＃１）を形成する回路
の構成部分について示している。
【００１５】光源１は，λ1 からλ676 までの６７６波
長の光波を光ファイバ７１に多重化して出力する。光変
調器２は，６７６波長の光波について送信しようとす
る，無線周波数（ＲＦ）信号によって強度変調を行う。
強度変調された光信号は，光ファイバ７２により位相制
御装置３に導かれる。
長の光波を光ファイバ７１に多重化して出力する。光変
調器２は，６７６波長の光波について送信しようとす
る，無線周波数（ＲＦ）信号によって強度変調を行う。
強度変調された光信号は，光ファイバ７２により位相制
御装置３に導かれる。
【００１６】位相制御装置３では，光ファイバ７２を通
して送られてきた光信号を，波長分波器３１によってλ
1 からλ676 までの波長ごとに６７６本の光信号に分波
する。光スイッチマトリクス３２は，形成するビーム
（ｂｅａｍ＃１）に応じた位相制御信号によって，６７
６本の光信号の各々の経路を切り替えることにより，こ
れらの光信号に，それぞれアンテナ素子の励振分布に応
じて遅延（移相）を与えるための移相量が異なる１６個
のＲＦ帯移相器３３に導く。
して送られてきた光信号を，波長分波器３１によってλ
1 からλ676 までの波長ごとに６７６本の光信号に分波
する。光スイッチマトリクス３２は，形成するビーム
（ｂｅａｍ＃１）に応じた位相制御信号によって，６７
６本の光信号の各々の経路を切り替えることにより，こ
れらの光信号に，それぞれアンテナ素子の励振分布に応
じて遅延（移相）を与えるための移相量が異なる１６個
のＲＦ帯移相器３３に導く。
【００１７】ＲＦ帯移相器３３は，２4 （＝１６）種類
の光遅延線光路による４ビット移相器によって構成さ
れ，例えば波長λ1 ，λi の光信号にはＲＦ帯での位相
差０ラジアンの位相変位を与え，波長λ2 ，λj ，λk
の光信号にはＲＦ帯での位相差π／８ラジアンの位相変
位を与え，…，波長λl ，λ676 の光信号にはＲＦ帯で
の位相差１５π／８ラジアンの位相変位を与える。すな
わち，光スイッチマトリクス３２を介して，波長分波器
３１の出力する光信号を，ＲＦ帯移相器３３に導くこと
により，各々の光遅延線を異なる波長で共用する。以下
では，位相制御を受けた波長については「λi * 」とい
うように「＊」を付加して表記する。
の光遅延線光路による４ビット移相器によって構成さ
れ，例えば波長λ1 ，λi の光信号にはＲＦ帯での位相
差０ラジアンの位相変位を与え，波長λ2 ，λj ，λk
の光信号にはＲＦ帯での位相差π／８ラジアンの位相変
位を与え，…，波長λl ，λ676 の光信号にはＲＦ帯で
の位相差１５π／８ラジアンの位相変位を与える。すな
わち，光スイッチマトリクス３２を介して，波長分波器
３１の出力する光信号を，ＲＦ帯移相器３３に導くこと
により，各々の光遅延線を異なる波長で共用する。以下
では，位相制御を受けた波長については「λi * 」とい
うように「＊」を付加して表記する。
【００１８】ＲＦ帯移相器３３の出力は，光合成器３４
に入力されて合成され，１本の光ファイバ７３に多重化
されて出力される。これらの多重化された光信号は，光
ファイバ７３を通して波長分波器４に導かれ，ここで波
長ごとに分波され，分波された光信号は，アンテナ素子
の制御単位であるサブアレイごとに設けられている光電
変換部（ＰＤ）５に出力される。
に入力されて合成され，１本の光ファイバ７３に多重化
されて出力される。これらの多重化された光信号は，光
ファイバ７３を通して波長分波器４に導かれ，ここで波
長ごとに分波され，分波された光信号は，アンテナ素子
の制御単位であるサブアレイごとに設けられている光電
変換部（ＰＤ）５に出力される。
【００１９】１つのサブアレイユニット６０は，２６×
２６＝６７６個のサブアレイから構成され，これらに付
随する光電変換部５によって給電され励振される。
２６＝６７６個のサブアレイから構成され，これらに付
随する光電変換部５によって給電され励振される。
【００２０】特に，波長分波器３１，光マトリクススイ
ッチ３２，ＲＦ帯移相器３３，光合成器３４を，一つの
まとまった回路ユニットとして構成することにより，取
り扱いが容易で大量生産にも適した位相制御装置３を構
成することができる。
ッチ３２，ＲＦ帯移相器３３，光合成器３４を，一つの
まとまった回路ユニットとして構成することにより，取
り扱いが容易で大量生産にも適した位相制御装置３を構
成することができる。
【００２１】図２は，本発明の実施の形態におけるアン
テナアレイの構成例を示す。図１では，１個のビーム
（ｂｅａｍ＃１）を形成する回路の構成部分について説
明したが，以下で説明する光制御フェーズドアレイアン
テナは，５０ビームの指向性を制御するものとする。
テナアレイの構成例を示す。図１では，１個のビーム
（ｂｅａｍ＃１）を形成する回路の構成部分について説
明したが，以下で説明する光制御フェーズドアレイアン
テナは，５０ビームの指向性を制御するものとする。
【００２２】アンテナ素子は，マイクロストリップアン
テナであり，図２（Ａ）に示すように，９素子で１つの
サブアレイ６を構成する。１つのサブアレイ６は，１本
の光ファイバによって給電され，１ビームにつき１波長
で，５０ビームの給電のために５０波長多重化された光
信号によって給電される。
テナであり，図２（Ａ）に示すように，９素子で１つの
サブアレイ６を構成する。１つのサブアレイ６は，１本
の光ファイバによって給電され，１ビームにつき１波長
で，５０ビームの給電のために５０波長多重化された光
信号によって給電される。
【００２３】サブアレイユニット６０は，２６×２６＝
６７６個のサブアレイ６から構成され，各６７６波長多
重化された５０本の給電線によって制御される。
６７６個のサブアレイ６から構成され，各６７６波長多
重化された５０本の給電線によって制御される。
【００２４】アンテナパネル６００の全体は，８×８＝
６４個のサブアレイユニット６０，すなわち６７４×６
４＝４３２６４個のサブアレイ６から構成され，各６７
６波長多重化された６４×５０＝３２００本の給電線に
よって制御される。
６４個のサブアレイユニット６０，すなわち６７４×６
４＝４３２６４個のサブアレイ６から構成され，各６７
６波長多重化された６４×５０＝３２００本の給電線に
よって制御される。
【００２５】ｋ番目のサブアレイ６−ｋに着目してみる
と，図２（Ｂ）に示すように，５０ビームの各ビームご
とに，ｂｅａｍ＃１として波長λk * ，ｂｅａｍ＃２と
して波長λk+1 * ，…，ｂｅａｍ＃５０として波長λ
k+49 * の光信号が割り当てられ，これらの波長の光信号
が光合成器９−ｋによって合成され，光電変換部５−ｋ
によって電気信号に変換されてｋ番目のサブアレイ６−
ｋを励振する。
と，図２（Ｂ）に示すように，５０ビームの各ビームご
とに，ｂｅａｍ＃１として波長λk * ，ｂｅａｍ＃２と
して波長λk+1 * ，…，ｂｅａｍ＃５０として波長λ
k+49 * の光信号が割り当てられ，これらの波長の光信号
が光合成器９−ｋによって合成され，光電変換部５−ｋ
によって電気信号に変換されてｋ番目のサブアレイ６−
ｋを励振する。
【００２６】以上のように，１サブアレイユニット６０
には，１ビーム当り６７６波長多重で給電され，１ビー
ムにつき１波長（全部で５０ビーム５０波長）が各サブ
アレイ６に割り当てられる。１サブアレイ６−ｋ（１個
の光電変換部５−ｋ）には，５０ビーム分の５０波長で
給電されるが，各ビーム信号間で波長の重複が起こらな
いように，給電する波長を１チャネルずつシフトする。
には，１ビーム当り６７６波長多重で給電され，１ビー
ムにつき１波長（全部で５０ビーム５０波長）が各サブ
アレイ６に割り当てられる。１サブアレイ６−ｋ（１個
の光電変換部５−ｋ）には，５０ビーム分の５０波長で
給電されるが，各ビーム信号間で波長の重複が起こらな
いように，給電する波長を１チャネルずつシフトする。
【００２７】図３は，本発明の実施の形態による光制御
フェーズドアレイアンテナ（送信系）の衛星構体内に設
置される部分の構成例を示す。
フェーズドアレイアンテナ（送信系）の衛星構体内に設
置される部分の構成例を示す。
【００２８】各ビームｂｅａｍ＃１〜＃５０に対応して
位相を制御するユニット１０−ｉ（ｉ＝１，２，…，５
０）が設けられる。１つのユニット１０−ｉは，図１で
説明した６７６波長の光波を出力する光源１と，各ビー
ムに対応したＲＦ信号によって強度変調を行う光変調器
２と，図２で説明した６４個のサブアレイユニット６０
に対応して光変調器２の出力光を６４分配する分配器８
と，それぞれ図１で説明した波長分波器３１，光スイッ
チマトリクス３２，ＲＦ帯移相器３３，光合成器３４を
有する６４組の位相制御装置３−ｊ（ｊ＝１，２，…，
６４）からなる。なお，光源１は，各ビーム間で共用す
ることもできる。
位相を制御するユニット１０−ｉ（ｉ＝１，２，…，５
０）が設けられる。１つのユニット１０−ｉは，図１で
説明した６７６波長の光波を出力する光源１と，各ビー
ムに対応したＲＦ信号によって強度変調を行う光変調器
２と，図２で説明した６４個のサブアレイユニット６０
に対応して光変調器２の出力光を６４分配する分配器８
と，それぞれ図１で説明した波長分波器３１，光スイッ
チマトリクス３２，ＲＦ帯移相器３３，光合成器３４を
有する６４組の位相制御装置３−ｊ（ｊ＝１，２，…，
６４）からなる。なお，光源１は，各ビーム間で共用す
ることもできる。
【００２９】位相制御装置３−ｊの出力光は，それぞれ
１ビーム当り６４本の光ファイバ７３−ｉによって衛星
構体内からアンテナパネル側へ送られる。全部で５０ビ
ーム分あるので，合計３２００本の光ファイバが用いら
れることになる。１本の光ファイバには６７６波長の光
信号が多重化されている。
１ビーム当り６４本の光ファイバ７３−ｉによって衛星
構体内からアンテナパネル側へ送られる。全部で５０ビ
ーム分あるので，合計３２００本の光ファイバが用いら
れることになる。１本の光ファイバには６７６波長の光
信号が多重化されている。
【００３０】図４および図５は，本発明の実施の形態に
よる光制御フェーズドアレイアンテナ（送信系）のアン
テナパネル側の構成例を示す。図５は，図４の要部を拡
大した図である。
よる光制御フェーズドアレイアンテナ（送信系）のアン
テナパネル側の構成例を示す。図５は，図４の要部を拡
大した図である。
【００３１】各６７６波長多重化された光信号が１ビー
ム当り６４本の光ファイバ７３−ｉ（ｉ＝１，２，…，
５０）によってアンテナパネル側の波長分波器４へ供給
される。波長分波器４は，図５に示すように，各ｂｅａ
ｍ＃１〜＃５０ごとに６４組の６７６波長分波器４−ｉ
（ｉ＝１，２，…，５０）からなり，１つの分波器は１
本の光ファイバについて６７６波長λ1 * ，λ2 * ，
…，λ676 * に分波した光信号を光合成器９へ送る。
ム当り６４本の光ファイバ７３−ｉ（ｉ＝１，２，…，
５０）によってアンテナパネル側の波長分波器４へ供給
される。波長分波器４は，図５に示すように，各ｂｅａ
ｍ＃１〜＃５０ごとに６４組の６７６波長分波器４−ｉ
（ｉ＝１，２，…，５０）からなり，１つの分波器は１
本の光ファイバについて６７６波長λ1 * ，λ2 * ，
…，λ676 * に分波した光信号を光合成器９へ送る。
【００３２】光合成器９は，図５に示すように，各サブ
アレイユニット６０−ｊ（ｊ＝１，２，…，６４）ごと
に６７６組の５０波長光合成器９−ｊ（ｊ＝１，２，
…，６４）からなり，１つの光合成器は，各６７６波長
分波器４−ｉから送られた５０波長の光信号を合成し
て，サブアレイユニット６０−ｊ内の一つのサブアレイ
６に付随する光電変換部５に出力する。
アレイユニット６０−ｊ（ｊ＝１，２，…，６４）ごと
に６７６組の５０波長光合成器９−ｊ（ｊ＝１，２，
…，６４）からなり，１つの光合成器は，各６７６波長
分波器４−ｉから送られた５０波長の光信号を合成し
て，サブアレイユニット６０−ｊ内の一つのサブアレイ
６に付随する光電変換部５に出力する。
【００３３】図６に従って，図４および図５に示す構成
における波長の分配方法を説明する。各ビームに対応す
る波長分波器４−ｉ（ｉ＝１，２，…，５０）は，それ
ぞれ６４個の６７６波長分波器４−ｉ−ｊ（ｊ＝１，
２，…，６４）からなり，また，光合成器９−ｊ（ｊ＝
１，２，…，６４）は，それぞれ６７６個の５０波長光
合成器９−ｊ−ｋ（ｋ＝１，２，…，６７６）からな
る。
における波長の分配方法を説明する。各ビームに対応す
る波長分波器４−ｉ（ｉ＝１，２，…，５０）は，それ
ぞれ６４個の６７６波長分波器４−ｉ−ｊ（ｊ＝１，
２，…，６４）からなり，また，光合成器９−ｊ（ｊ＝
１，２，…，６４）は，それぞれ６７６個の５０波長光
合成器９−ｊ−ｋ（ｋ＝１，２，…，６７６）からな
る。
【００３４】今，１番目のビームｂｅａｍ＃１に着目し
て説明すると，ビームｂｅａｍ＃１は，６４本の光ファ
イバ７３−１によって波長分波器４−１に入力され，各
光ファイバからの光信号は，それぞれ波長分波器４−１
−１，…，４−１−６４に入力される。波長分波器４−
１−１によって分波された１番目の波長λ1 * の光信号
は，光合成器９−１−１に出力され，波長分波器４−１
−１によって分波された２番目の波長λ2 * の光信号
は，光合成器９−１−２に出力され，同様に，ｋ番目の
波長λk * （ｋ＝１，２，…，６７６）の光信号は，光
合成器９−１−ｋに出力される。
て説明すると，ビームｂｅａｍ＃１は，６４本の光ファ
イバ７３−１によって波長分波器４−１に入力され，各
光ファイバからの光信号は，それぞれ波長分波器４−１
−１，…，４−１−６４に入力される。波長分波器４−
１−１によって分波された１番目の波長λ1 * の光信号
は，光合成器９−１−１に出力され，波長分波器４−１
−１によって分波された２番目の波長λ2 * の光信号
は，光合成器９−１−２に出力され，同様に，ｋ番目の
波長λk * （ｋ＝１，２，…，６７６）の光信号は，光
合成器９−１−ｋに出力される。
【００３５】光合成器９−１−１には，波長分波器４−
１−１によって分波されたビームｂｅａｍ＃１に関する
波長λ1 * の光信号と，波長分波器４−２−２によって
分波されたビームｂｅａｍ＃２に関する波長λ2 * の光
信号と，同様に，波長分波器４−ｉ−ｉ（ｉ＝１，２，
…，５０）によって分波されたビームｂｅａｍ＃ｉに関
する波長λi * の光信号とが入力され，これらが光合成
器９−１−１によって合成されて，その多重化された光
信号がサブアレイユニット６０−１の１番目のサブアレ
イ６−１−１に対する光電変換部５−１−１に入力され
る。
１−１によって分波されたビームｂｅａｍ＃１に関する
波長λ1 * の光信号と，波長分波器４−２−２によって
分波されたビームｂｅａｍ＃２に関する波長λ2 * の光
信号と，同様に，波長分波器４−ｉ−ｉ（ｉ＝１，２，
…，５０）によって分波されたビームｂｅａｍ＃ｉに関
する波長λi * の光信号とが入力され，これらが光合成
器９−１−１によって合成されて，その多重化された光
信号がサブアレイユニット６０−１の１番目のサブアレ
イ６−１−１に対する光電変換部５−１−１に入力され
る。
【００３６】サブアレイユニット６０−１の２番目のサ
ブアレイ６−１−２に対する光電変換部５−１−２に
は，光合成器９−１−２を通して，ビームｂｅａｍ＃１
に関する波長λ2 * の光信号と，ビームｂｅａｍ＃２に
関する波長λ3 * の光信号と，同様にビームｂｅａｍ＃
ｉに関する波長λi+1 * の光信号とが合成されて入力さ
れることになる。
ブアレイ６−１−２に対する光電変換部５−１−２に
は，光合成器９−１−２を通して，ビームｂｅａｍ＃１
に関する波長λ2 * の光信号と，ビームｂｅａｍ＃２に
関する波長λ3 * の光信号と，同様にビームｂｅａｍ＃
ｉに関する波長λi+1 * の光信号とが合成されて入力さ
れることになる。
【００３７】以上のように，光電変換部５−１−ｋ（ｋ
＝１，２，…，６７６）の入力端の波長の縦の並びλ1
* λ2 * …λ675 * λ676 * は，第１のビームｂｅａｍ
＃１信号に対応しており，２番目の縦の並びλ2 * λ3
* …λ676 * λ1 * は，第２のビームｂｅａｍ＃２信号
に対応している。このように波長を１チャネルずつシフ
トすることで，各ビーム信号間で波長の重複が起こらな
いようにする。
＝１，２，…，６７６）の入力端の波長の縦の並びλ1
* λ2 * …λ675 * λ676 * は，第１のビームｂｅａｍ
＃１信号に対応しており，２番目の縦の並びλ2 * λ3
* …λ676 * λ1 * は，第２のビームｂｅａｍ＃２信号
に対応している。このように波長を１チャネルずつシフ
トすることで，各ビーム信号間で波長の重複が起こらな
いようにする。
【００３８】もし，このような波長配分の調整を行わな
い場合には，光源１から得られる６７６波長で５０ビー
ムをコントロールしようとすると，６７６÷５０＝１
３．５２で，十数個のサブアレイしかコントロールする
ことができないが，以上のような波長配分の調整を行う
ことにより，ビーム信号間での波長の重複を回避し，多
くのサブアレイをコントロールすることが可能になる。
い場合には，光源１から得られる６７６波長で５０ビー
ムをコントロールしようとすると，６７６÷５０＝１
３．５２で，十数個のサブアレイしかコントロールする
ことができないが，以上のような波長配分の調整を行う
ことにより，ビーム信号間での波長の重複を回避し，多
くのサブアレイをコントロールすることが可能になる。
【００３９】図７は，本発明を用いた光制御フェーズド
アレイアンテナ（受信系）の基本的構成を示す。図７で
は，図１と同様に１個のビーム（ｂｅａｍ＃１）につい
ての受信系を形成する回路の構成部分について示してい
る。
アレイアンテナ（受信系）の基本的構成を示す。図７で
は，図１と同様に１個のビーム（ｂｅａｍ＃１）につい
ての受信系を形成する回路の構成部分について示してい
る。
【００４０】送信系で説明したのと同様に，アンテナパ
ネルを構成するサブアレイユニット６０は，２６×２６
＝６７６個のサブアレイから構成される。これらで受信
した信号は，低雑音増幅器１１を介して増幅され，光変
調器１４における強度変調用信号として入力される。
ネルを構成するサブアレイユニット６０は，２６×２６
＝６７６個のサブアレイから構成される。これらで受信
した信号は，低雑音増幅器１１を介して増幅され，光変
調器１４における強度変調用信号として入力される。
【００４１】一方，光源１２は，λ1 からλ676 までの
６７６波長の光波を光ファイバ１７−１に多重化して出
力する。この光波は，波長分波器１３によりλ1 からλ
676までの波長ごとに６７６本の光波に分波され，それ
ぞれ光変調器１４に入力される。光変調器１４では，こ
れらの光波をサブアレイユニット６０で受信した信号に
より強度変調し，光合成器１５へ送る。光合成器１５
は，６７６波長の変調された光信号を合成し，多重化さ
れた光信号を光ファイバ１７−２へ送出する。
６７６波長の光波を光ファイバ１７−１に多重化して出
力する。この光波は，波長分波器１３によりλ1 からλ
676までの波長ごとに６７６本の光波に分波され，それ
ぞれ光変調器１４に入力される。光変調器１４では，こ
れらの光波をサブアレイユニット６０で受信した信号に
より強度変調し，光合成器１５へ送る。光合成器１５
は，６７６波長の変調された光信号を合成し，多重化さ
れた光信号を光ファイバ１７−２へ送出する。
【００４２】光ファイバ１７−２に出力された光信号
は，衛星構体内部に設けられた位相制御装置３’に導か
れる。位相制御装置３’の内部構成は，図１で説明した
位相制御装置３と同様であり，波長分波器３１’，光ス
イッチマトリクス３２’，光遅延線によるＲＦ帯移相器
３３’，光合成器３４’からなる。
は，衛星構体内部に設けられた位相制御装置３’に導か
れる。位相制御装置３’の内部構成は，図１で説明した
位相制御装置３と同様であり，波長分波器３１’，光ス
イッチマトリクス３２’，光遅延線によるＲＦ帯移相器
３３’，光合成器３４’からなる。
【００４３】波長分波器３１’は，光ファイバ１７−２
を通して送られてきた光信号を，λ 1 からλ676 までの
波長ごとに６７６本の光信号に分波する。光スイッチマ
トリクス３２’は，受信したビーム（ｂｅａｍ＃１）に
応じた位相制御信号によって，６７６本の光信号の各々
の経路を切り替えることにより，これらの光信号の位相
を，それぞれアンテナ素子の励振分布に応じて変化させ
るための移相量が異なる１６個のＲＦ帯移相器３３’に
導く。
を通して送られてきた光信号を，λ 1 からλ676 までの
波長ごとに６７６本の光信号に分波する。光スイッチマ
トリクス３２’は，受信したビーム（ｂｅａｍ＃１）に
応じた位相制御信号によって，６７６本の光信号の各々
の経路を切り替えることにより，これらの光信号の位相
を，それぞれアンテナ素子の励振分布に応じて変化させ
るための移相量が異なる１６個のＲＦ帯移相器３３’に
導く。
【００４４】ＲＦ帯移相器３３’によって位相制御を受
けた各波長の光信号は，光合成器３４’により合成さ
れ，光ファイバ１７−３に多重化されて出力される。こ
の多重化された光信号は，光電変換部（ＰＤ）１６に導
かれ，光信号を電気信号に変換することにより，受信し
たビームｂｅａｍ＃１のＲＦ信号が抽出される。
けた各波長の光信号は，光合成器３４’により合成さ
れ，光ファイバ１７−３に多重化されて出力される。こ
の多重化された光信号は，光電変換部（ＰＤ）１６に導
かれ，光信号を電気信号に変換することにより，受信し
たビームｂｅａｍ＃１のＲＦ信号が抽出される。
【００４５】図７では，１個のビーム（ｂｅａｍ＃１）
についての受信系の構成例を説明したが，これを，図２
〜図６で説明した送信系の場合とまったく同様に，複数
のサブアレイユニットについて，複数ビームの受信が可
能な光制御フェーズドアレイアンテナに拡張することが
できることは説明するまでもない。
についての受信系の構成例を説明したが，これを，図２
〜図６で説明した送信系の場合とまったく同様に，複数
のサブアレイユニットについて，複数ビームの受信が可
能な光制御フェーズドアレイアンテナに拡張することが
できることは説明するまでもない。
【００４６】
【発明の効果】本発明は，２N 種類の光遅延線光路によ
るＮビット移相器に対して，各波長ごとに光スイッチで
経路を切り替えて移相量を割り当てる構成を採用する。
このような構成において，各々の光遅延線は異なる波長
で共用できるために，従来技術に比べて波長多重数分の
１だけ位相制御回路における移相器を削減することがで
きる。また，１個または少数個の光スイッチ素子で全波
長の制御を行えるために，制御信号線の引き回しが簡素
化できる。
るＮビット移相器に対して，各波長ごとに光スイッチで
経路を切り替えて移相量を割り当てる構成を採用する。
このような構成において，各々の光遅延線は異なる波長
で共用できるために，従来技術に比べて波長多重数分の
１だけ位相制御回路における移相器を削減することがで
きる。また，１個または少数個の光スイッチ素子で全波
長の制御を行えるために，制御信号線の引き回しが簡素
化できる。
【００４７】また，１アンテナ素子に他と重複しない１
波長（ｍ個のビーム形成のときには重複しないｍ波長）
を割り当てることにより，アンテナ直下に光信号処理手
段（位相制御回路等）を置く必要はなくなり，制御回路
をアンテナとは離れた場所に，少ない光給電線路数で配
置することができる。衛星搭載を考える場合，制御回路
を衛星構体内に配置できるために，装置の信頼性が向上
する。
波長（ｍ個のビーム形成のときには重複しないｍ波長）
を割り当てることにより，アンテナ直下に光信号処理手
段（位相制御回路等）を置く必要はなくなり，制御回路
をアンテナとは離れた場所に，少ない光給電線路数で配
置することができる。衛星搭載を考える場合，制御回路
を衛星構体内に配置できるために，装置の信頼性が向上
する。
【図１】本発明を用いた光制御フェーズドアレイアンテ
ナ（送信系）の基本的構成を示す図である。
ナ（送信系）の基本的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるアンテナアレイの
構成例を示す図である。
構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による光制御フェーズドア
レイアンテナ（送信系）の衛星構体内に設置される部分
の構成例を示す図である。
レイアンテナ（送信系）の衛星構体内に設置される部分
の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態による光制御フェーズドア
レイアンテナ（送信系）のアンテナパネル側の構成例を
示す図である。
レイアンテナ（送信系）のアンテナパネル側の構成例を
示す図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】波長の分配方法を説明する図である。
【図７】本発明を用いた光制御フェーズドアレイアンテ
ナ（受信系）の基本的構成を示す図である。
ナ（受信系）の基本的構成を示す図である。
１ 光源 ２ 光変調器 ３ 位相制御装置 ３１ 波長分波器 ３２ 光スイッチマトリクス ３３ ＲＦ帯移相器 ３４ 光合成器 ４ 波長分波器 ５ 光電変換部 ６０ サブアレイユニット ７１，７２，７３ 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB03 EA04 FA17 FA20 FA32 GA02 HA05
Claims (3)
- 【請求項１】 光制御フェーズドアレイアンテナの制御
に用いる位相制御装置であって，少なくとも制御対象と
なるアンテナ素子の制御単位数分の波長が多重化された
光信号を入力し，入力した光信号を各波長ごとに分離す
る波長分波器と，前記光信号の位相をアンテナ素子の励
振分布に応じて変化させるための移相量の異なる複数の
移相器と，前記波長分波器の波長ごとの各出力を，各波
長に応じて必要な移相量を割り当てるためにそれぞれ前
記複数の移相器の一つに導く光スイッチマトリクスと，
前記複数の移相器の出力を合成し，多重化された光信号
を出力する光合成器とを備えることを特徴とする光制御
フェーズドアレイアンテナの位相制御装置。 - 【請求項２】 アンテナ素子のｎ１（ｎ１≧２）個の制
御単位からなるサブアレイユニットがｎ２（ｎ２≧１）
個設置されたアンテナ部を有する光制御フェーズドアレ
イアンテナ・システムであって，少なくともｎ１種類の
波長の多重化された光波を出力する１または複数の光源
と，ｍ１（ｍ１≧１）種類の送信する信号によって前記
ｎ１種類の波長の光波を変調するｍ２（ｍ２≧ｍ１）個
の光変調器と，前記ｍ２個の光変調器の出力光をｎ２個
に分配するｍ２個の分配器と，前記ｍ２個の各分配器の
各出力をそれぞれ入力するｍ２×ｎ２個の請求項１記載
の光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置と，
前記ｍ２×ｎ２個の光制御フェーズドアレイアンテナの
位相制御装置の出力するそれぞれｎ１種類の波長が多重
化された光信号を伝送するｍ２×ｎ２本の光伝送路と，
前記ｍ２×ｎ２本の光伝送路を介して供給される光信号
をそれぞれの波長ごとにｎ１種類に分波するｍ２×ｎ２
個の分波器と，前記ｍ２×ｎ２個の分波器の出力する光
信号のうち前記ｍ２個の光変調器の出力に対応する各々
波長が異なるｍ２種類の光信号を合成し，前記ｎ２個の
サブアレイユニットの前記ｎ１個の制御単位の各々に，
それぞれ合成した光信号を供給するｎ１×ｎ２個の光合
成器とを備えることを特徴とする光制御フェーズドアレ
イアンテナ・システム。 - 【請求項３】 前記ｍ２×ｎ２個の分波器と前記ｎ１×
ｎ２個の光合成器とによって，前記ｍ１種類の送信する
信号間で波長の重複が起こらないように，波長配分の調
整を行い，前記アンテナ素子の制御単位の各々には，制
御単位間で波長が周期的にシフトされた光信号が供給さ
れるようにしたことを特徴とする請求項２記載の光制御
フェーズドアレイアンテナ・システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094595A JP3564077B2 (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置および光制御フェーズドアレイアンテナ・システム |
| US09/995,831 US6426721B1 (en) | 2001-03-29 | 2001-11-29 | Phase control device and system for phased array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094595A JP3564077B2 (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置および光制御フェーズドアレイアンテナ・システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299942A true JP2002299942A (ja) | 2002-10-11 |
| JP3564077B2 JP3564077B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=18948766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001094595A Expired - Fee Related JP3564077B2 (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光制御フェーズドアレイアンテナの位相制御装置および光制御フェーズドアレイアンテナ・システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6426721B1 (ja) |
| JP (1) | JP3564077B2 (ja) |
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2001
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