JP2007079096A

JP2007079096A - 高周波信号生成方法及び高周波信号生成システム

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Publication number: JP2007079096A
Application number: JP2005266524A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sasai; 裕之笹井; Koichi Masuda; 浩一増田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】光ビートによる高周波発生方法において、光信号から高周波への光損失を低減する。
【解決手段】光源１１１から出力された光は位相変調器１１２で基準信号発生部１１３から出力される周波数ｆ１を有する基準信号に基づいて位相変調される。その後、光信号は強度変調器１１４においてデータ信号に基づいて強度変調される。強度変調された光信号は光フィルタ１２１において光スペクトル成分毎に分離され、複数の光合波部１２２において規定の周波数間隔を有する光スペクトルのペアが複数合波される。合波された光スペクトルは光電気変換部１２３において高周波電気信号に変換され位相制御部１２４で所望の位相情報が付加された後、複数のアンテナ１２５を介して空間に放出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号のビート成分を利用して高周波の電気信号を生成する高周波発生技術に関するものである。

従来の高周波信号を発生させる技術としては、位相変調された光信号の光スペクトル成分から、発生させたい高周波信号の周波数に相当する２つの成分を抽出し、そのビート成分として高周波信号を光電気変換により生成するものがあった（例えば、特許文献１参照）。図１０は、前記特許文献１に記載された従来の高周波信号生成方法を示すものである。

図１０において、ＣＷレーザ光源１６からのＣＷ光を、正弦波の電気信号が印加された電界吸収型変調器１７に入射する。電界吸収型変調器１７からは、変調周波数に等しい間隔の線スペクトルからなる変調側波帯が発生する。高次ソリトン圧縮用光ファイバ１９は、光スペクトル幅を拡大し、線スペクトルの本数を増やす。光ファイバグレーティング２０−１、２０−２および光サーキュレータ２１−１、２１−２からなる波長可変の波長選択素子は、２本の線スペクトルを選び出し、光カプラ１１−２により合波し、そのビート信号をフォトディテクタ１２によってヘテロダイン検波していた。
特開２００４−６２１５３号公報（第１頁、図１）

しかしながら、前記従来の構成では、生成された光スペクトルのうち、２つの光スペクトルを分離抽出して、高周波信号を生成するため、分離抽出された２つの光スペクトル以外は高周波信号の生成に活用できなくなり、光信号から高周波への変換時の光損失が大きいという課題を有していた。また、ミリ波、サブミリ波やテラヘルツ波といった高周波信号用の増幅器は、現在無線通信に主に使用されているマイクロ波帯の増幅器に比べ、最大出力が制限されており、無線通信に十分な電力を確保することが困難であるといった課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高周波信号を効率よく光学的に生成し、複数のアンテナにより、端末へ伝送できる無線信号電力の増大を実現する高周波信号生成方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号にそれぞれ所望の位相情報を与えるための複数の位相制御部と、前記複数の位相制御部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本構成によって、高周波信号を効率よく光学的に生成し、複数のアンテナにより、端末へ伝送する無線搬送波電力を増大することができる。

本発明の第２の高周波信号生成方法及びシステムは、本発明の第１の高周波信号生成方法及びシステムにおいて、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部をさらに有することを特徴としている。

本構成によって、高周波信号を効率よく光学的に生成し、複数のアンテナにより、端末へ伝送する無線信号電力を増大することができる。

本発明の第３の高周波信号生成システムは、本発明の第１の高周波信号生成システムにおいて、前記光フィルタの代わりに、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタとを有し、前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、前記光合波部で合波することを特徴としている。

本構成によって、生成する高周波信号の変調方式の自由度を増やすことができる。

本発明の第４の高周波信号生成システムは、本発明の第１の高周波信号生成システムにおいて、前記光合波部から出力される光信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部をさらに有することを特徴としている。

本発明の第５の高周波信号生成システムは、本発明の第１の高周波信号生成システムにおいて、前記光フィルタで抽出された光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する変調部をさらに有することを特徴としている。

本発明の第６の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部と、前記強度変調部から出力される変調された光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記位相情報が与えられた複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の位相制御部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本構成によって、アンテナ毎に加える位相情報を光学的に加えることができる。

本発明の第７の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部と、前記強度変調部から出力される変調された光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本発明の第８の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタと、前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記位相情報が与えられた複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本構成によって、生成する高周波信号の変調方式の自由度を増やすことができるとともに、アンテナ毎に加える位相情報を光学的に加えることができる。

本発明の第９の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタと、前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本発明の第１０の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数光合波部から出力される光信号を、所望の位相情報を有する伝送すべきデータ信号で強度変調する複数の強度変調部と、前記複数の強度変調部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本構成によって、アンテナ毎に加える位相情報をデータ信号に含めることができる。

本発明の第１１の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数光合波部から出力される光信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する複数の強度変調部と、前記複数の強度変調部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本発明の第１２の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを所望の位相情報を有する伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本構成によって、生成する高周波信号の変調方式の自由度を増やすことができるとともに、アンテナ毎に加える位相情報をデータ信号に含めることができる。

本発明の第１３の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、前記複数の変調部から出力される光スペクトルと、前記光フィルタから出力される他方の光スペクトルとから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本発明の第１４の高周波信号生成システムは、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、前記複数の変調部から出力される光スペクトルと、前記光フィルタから出力される他方の光スペクトルとから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、それぞれ合波する複数の光合波部と、前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部を具備することを特徴としている。

本発明の第１５の高周波信号生成システムは、本発明の第１または２の高周波信号生成方法及びシステムにおいて、光周波数コム発生部が、少なくとも光源と位相変調部とを具備し、前記光源から出力される光信号が、前記位相変調部において位相変調され、高周波電気信号を生成するための光スペクトルのペアとして、位相変調により生じる光スペクトルの上側帯波と下側帯波とをペアにしたものを少なくとも含むことを特徴としている。

本構成によって、アンテナ毎に生成する高周波信号の電力差を抑えることができる。

本発明の第１６の高周波信号生成システムは、本発明の第１５の高周波信号生成システムにおいて、位相変調により生成される光スペクトルのうち、０次成分がほぼ０となるように位相変調を行うことを特徴としている。

本構成によって、光信号の損失を抑えることができる。

本発明の第１７の高周波信号生成方法は、基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生させ、前記光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成し、前記複数の光スペクトルのペアを高周波電気信号に変換し、光スペクトルのビート成分を有する電気信号を生成し、前記複数の高周波電気信号がそれぞれ所望の位相情報を有するように、光信号の状態あるいは高周波電気信号の状態で位相差を与え、位相差分を有する前記複数の高周波電気信号を空間に放出することを特徴としている。

本方法によって、高周波信号を効率よく光学的に生成し、複数のアンテナにより、端末へ伝送する無線搬送波電力を増大することができる。

本発明の高周波信号生成方法及びシステムによれば、高周波信号を効率よく光学的に生成し、複数のアンテナにより、端末へ伝送する無線信号電力を増大できる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線信号生成システムのブロック図である。

図１において、１１１は光源、１１２は位相変調器、１１３は基準信号発生部、１１４は強度変調器、１１５はデータ信号入力部、１２１は光フィルタ、１２２は光合波部、１２３は光電気変換部、１２４は位相制御部、１２５はアンテナである。

光源１１１から出力された光は位相変調器１１２に入力され、基準信号発生部１１３から出力される周波数ｆ１を有する基準信号に基づいて位相変調される。位相変調された光信号は強度変調器１１４に入力され、データ信号入力部１１５の情報に基づいて強度変調される。強度変調された光信号は光フィルタ１２１に入力され、光スペクトル成分毎に分離される。分離された光スペクトルは、光合波部１２２において規定の周波数間隔を有する光スペクトルのペアが合波される。合波された光スペクトルは光電気変換部１２３に入力されて、高周波電気信号に変換される。変換された高周波電気信号は位相制御部１２４に入力されて、所望の位相情報が付加された後、複数のアンテナ１２５を介して空間に放出される。

複数のアンテナ１２５から空間に放出された高周波電気信号は、付加された位相情報により、例えば全て初期位相として０度の場合は、一列に並べたアンテナに対して垂直方向に対して、空間的に加算される。加算された電気信号が無線端末（図示せず）で受信される。また、無線端末の位置が変わった場合には、付加される位相情報を適宜変更することによって、高周波電気信号が加算される方向を変化でき、容易に高周波電気信号の放出される方向を変更できる。

上記の光信号の動作について、図２に示す光スペクトルを参照して、説明を加える。

図２は、本発明の実施の形態１における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図である。

位相変調器１１２から出力される光信号は、図２（Ａ）に示すように、基準信号発生部１１３から出力される基準信号の周波数ｆ１の周波数間隔で複数のサイドバンド成分を有している。その後、光フィルタ１２１で抽出される光スペクトルのペアは、図２（Ｂ）に示すように、周波数間隔ｆ１のものを抽出する。例えば、光フィルタとしてアレー導波路回折格子（ＡＷＧ：ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）を使用すれば、簡易に等周波数間隔の光スペクトルを分離することができる。抽出された光スペクトルのペアは、光合波部１２２で合波し、光電気変換部１２３で電気信号に変換する。位相制御部１２４で所望の位相情報が付加された後の出力スペクトルは、図２（Ｃ）に示すように、搬送波周波数ｆ１の高周波無線信号となる。同様に、光フィルタ１２１から出力される他の光スペクトルのペアからも搬送波周波数ｆ１の高周波無線信号が生成するため、光信号電力を無駄にすることがほとんどない。

以上の構成とすることにより、端末に伝送できる無線信号の電力が、アンテナ一台で放出できる最大電力より大きな電力にすることができる。また、位相変調された光信号から複数の光スペクトルのペアを抽出し、高周波無線信号を生成するため、光信号電力を無駄なく活用することが可能となる。加えて、アレイアンテナそのものの効果として、無線端末がある方向に高周波電気信号が加算される方向を変化できる。

なお、本実施の形態において、抽出する光スペクトルのペアの周波数間隔は、基準信号周波数のｆ１として説明したが、２ｆ１や３ｆ１等より広い周波数間隔としてもよい。また、アンテナ数についても３に限られず、複数あれば同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、各アンテナに入力される高周波電気信号に、それぞれ異なる位相情報を付加する手段として、位相制御部１２４を用いて説明したが、光フィルタ１２１の出力から各光電気変換部１２３の間で、光学的に異なる位相情報を与える構成としてもよい。例えば、実時間遅延を加えることで位相情報を与える手法として光遅延部を設ける構成、高周波電気信号の位相を光の状態で変化させる手法として光フィルタ１２１と光合波部１２２の間で光スペクトルのペアの一方に光位相変化を与えるために、光位相変調部を設ける構成等が考えられる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における無線信号生成システムのブロック図である。また、図４は、本発明の実施の形態２における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図である。

図３において、１１１は光源、１１２は位相変調器、１１３は基準信号発生部、３１１は光分離フィルタ、３１４は変調器、１１５はデータ信号入力部、１２１は光フィルタ、１２２は光合波部、１２３は光電気変換部、１２４は位相制御部、１２５はアンテナである。

図３における位相変調器１１２までの動作と、光合波部１２２以降の動作は、実施の形態１の図１と同じであり、同一のものには同じ番号を付与し、動作説明は省略する。

位相変調器１１２から出力される光信号は、光分離フィルタ３１１において、２種類の等周波数間隔を有する光スペクトルに分離される。例えば、図４（Ａ）に示すように、２ｆ１の周波数間隔を有する光スペクトルａと、ｆ１だけ周波数をずらした形の光スペクトルｂとに分離される。分離された一方の光スペクトルａは、光フィルタ１２１に入力される。他方の光スペクトルｂは、変調器３１４に入力される。変調器３１４は、伝送すべきデータ信号で光スペクトルｂを変調する。変調方式は強度変調、周波数変調、位相変調など何でもよい。変調された光スペクトルｂは、光フィルタ１２１に入力される。２台の光フィルタ１２１にそれぞれ入力された光スペクトルａ、ｂは個別の光スペクトルに分離され、所望の周波数間隔（ここでは、ｆ１）となる光スペクトルのペアが、光合波部１２２に入力される。光合波部１２２に入力される。光スペクトルのペアは、図４（Ｂ）に示すように、ペアの一方のみに変調成分が重畳される形になる。この光スペクトルのペアを基に生成される高周波電気信号は、図４（Ｃ）に示すように、搬送波周波数がｆ１であり、変調器３１４で加えられた変調成分が光電気変換部１２３の２乗検波により、ビート成分として付加される。従って、変調器３１４で加えられる変調方式としては、光強度を変調させる強度変調方式、光周波数を変調する周波数変調方式、光位相を変調する位相変調方式のいずれでもよい。このとき生成される高周波電気信号は、それぞれ振幅変調、周波数変調、位相変調による変調がかかるため、生成したい高周波電気信号の変調方式に合わせて、変調器３１４の変調方式を選択すればよい。

以上の構成とすることにより、実施の形態１で得られる効果に加えて、振幅変調に加え、周波数変調、位相変調等の変調方式を有する高周波無線信号を生成することができる。

なお、本実施の形態において、伝送する信号はデータ信号（０または１の符号）として説明をしたが、アナログ信号やデータ信号をディジタル変調した信号など、特に限定されるものではない。ＯＦＤＭ信号や時分割多重等の多重化された信号や、変調方式と多重方式を組み合わせることも特に限定されるものではない。

また、光フィルタとしては、２台の光フィルタ１２１を使用するとして説明をしたが、光スペクトルをそれぞれ分離できる機能を有するものであれば、どんな構成のものでもかまわない。例えば、２台の光フィルタ１２１の代わりに光合波器とＡＷＧ、あるいはグレーティングを利用した光フィルタ等が考えられる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における無線信号生成システムのブロック図である。また、図６は、本発明の実施の形態３における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図である。

図５において、１１１は光源、１１２は位相変調器、１１３は基準信号発生部、１２１は光フィルタ、１２２は光合波部、１１４は強度変調器、３１５は位相差ありデータ信号入力部、１２３は光電気変換部、１２５はアンテナである。

実施の形態３は、実施の形態１における強度変調器１１４の機能を光電気変換部１２３の直前に設け、実施の形態１における位相制御部１２４の機能を伝送すべきデータ信号自身に位相情報を含ませ、そのデータ信号により強度変調を行う構成としている。以下、図５、６を参照して動作を説明する。

光源１１１から出力された光は位相変調器１１２に入力され、基準信号発生部１１３から出力される周波数ｆ１を有する基準信号に基づいて位相変調される。位相変調された光スペクトルは、実施の形態１と同様に図６（Ａ）に示すスペクトルとなる。位相変調された光信号は光フィルタ１２１に入力され、所望の光周波数を有する光スペクトル成分毎に分離される。分離された光スペクトルは、光合波部１２２において規定の周波数間隔を有する光スペクトルのペアが合波される。合波される光スペクトルのペアは、図６（Ｂ）に示すように、無変調の光スペクトルである。合波された光スペクトルは強度変調器１１４に入力され、位相差ありデータ信号入力部３１５から入力される位相情報を含んだデータ信号に基づいて強度変調される。強度変調された光信号は、光電気変換部１２３に入力されて、高周波電気信号に変換される。変換された高周波電気信号は複数のアンテナ１２５を介して空間に放出される。ここでデータ信号に含まれる位相情報は、アンテナ１２５から空間へ高周波電気信号が放射される場合に、空間的に強めあう方向を決定するために加えられる。

以上の構成とすることにより、アンテナ毎に強度変調器１１４を設け、強度変調器に入力するデータ信号毎に位相情報を含めることによって、実施の形態１で使用していた位相制御部を使用する必要がなくなる。なお、得られる効果については、実施の形態１で得られるものと同様である。

また、各アンテナに入力される高周波電気信号に、それぞれ異なる位相情報を付加する手段として、データ信号に位相情報を含めるとして説明したが、データ信号に位相情報を含めずに、強度変調器１１４の直後に光学的に異なる位相情報を与える構成としてもよい。例えば、実時間遅延を加えることで位相情報を与える手法として光遅延部を設ける構成等が考えられる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における無線信号生成システムのブロック図である。また、図８は、本発明の実施の形態４における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図である。

図７において、１１１は光源、１１２は位相変調器、１１３は基準信号発生部、１２１は光フィルタ、３１４は変調器、３１５は位相差ありデータ信号入力部、１２２は光合波部、１２３は光電気変換部、１２５はアンテナである。

実施の形態４は、実施の形態３における強度変調器１１４の機能を光合波部１２２の直前に設け、合波する光スペクトルのペアの一方を変調する構成としている。図７における光フィルタ１２１までの動作、光電気変換部１２３以後の動作は、実施の形態３の図５と同じであり、同一のものには同じ番号を付与し、動作説明は省略する。以下、図７，８を参照して動作を説明する。

光フィルタ１２１は、図８（Ａ）に示す光信号を光スペクトル成分毎に分離し、分離された光スペクトルのうち規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、一方が光合波部１２２に入力され、他方が変調器３１４に入力される。入力された光スペクトルは、変調器３１４において位相情報を含んだデータ信号に基づいて変調される。その後、変調器３１４から出力される光スペクトルも光合波部１２２に入力される。合波される光スペクトルは、図８（Ｂ）に示すように、一方の光スペクトルのみに変調成分が重畳される。この光スペクトルは、実施の形態２における図４（Ｂ）と同じである。光合波部１２２で合波された光スペクトルのペアは、光電気変換部１２３で高周波電気信号に変換されたのち、アンテナ１２５から空間に放射される。光電気変換部１２３で生成される高周波電気信号のスペクトルは、実施の形態２における図４（Ｃ）と同じである。

以上の構成とすることにより、実施の形態３で得られる効果に加えて、振幅変調に加え、周波数変調、位相変調等の変調方式を有する高周波無線信号を生成することができる。

また、各アンテナに入力される高周波電気信号に、それぞれ異なる位相情報を付加する手段として、データ信号に位相情報を含めるとして説明したが、データ信号に位相情報を含めずに、光フィルタ１２１の出力から各光電気変換部１２３の間で、光学的に異なる位相情報を与える構成としてもよい。例えば、実時間遅延を加えることで位相情報を与える手法として光遅延部を設ける構成、高周波電気信号の位相を光の状態で変化させる手法として、光フィルタ１２１と光合波部１２２の間で光スペクトルのペアの一方に光位相変化を与えるために、変調器３１４の前後あるいは変調器３１４がない接続経路に光位相変調部を設ける構成等が考えられる。

以上、本発明の無線信号生成システムの実施の形態において、高周波電気信号を生成するための光スペクトルのペアについては、周波数間隔に着目して説明してきた。一方で、ペアの生成方法としては、図９に示すようなペアの組み合わせも考えられる。

図９は、光フィルタ１２１から出力された光スペクトルの一例についての模式図である。実施の形態１〜４についてはいずれも位相変調器１１２で変調した例を示しており、図９（Ａ）に示すように、光信号の搬送波に対して上下対象に側帯波成分が発生する。そのため、上下の側帯波を対象にペアとすることにより、各光電気変換部で同じ電力の高周波電気信号が生成できる。従って、各アンテナから放出する高周波電気信号の電力を均一にする場合に有効である。図９（Ａ）の場合は、光スペクトルの中央成分を活用できないため、比較的光信号の損失が大きくなる。一方、図９（Ｂ）に示すように、位相変調器１１２に入力する基準信号の電力を制御することにより、位相変調指数を調整し、光スペクトルの中央成分の電力を０とすることができる。その分、上下側帯波の電力が増大するため、光電力の損失を低減することも可能となる。

また、多数の光スペクトル成分を生成する手段として、位相変調器を使用する構成について説明してきたが、本構成に限定されるものではない。

以上の説明をまとめると、本発明にかかる無線信号生成システムは、多数の光スペクトル成分から、所望の周波数間隔を有する複数の光スペクトルのペアを抽出し、光電気変換後、複数のアンテナを介して、空間的に加算する構成である。従って、従来生じていた光電力の損失を低減できるとともに、単一のアンテナから出力できる高周波電気信号の電力の限界を超えて、より大きな電力の無線信号を端末が存在する方向に向かって放射することができるため、従来に比較して伝送距離を拡大することが可能となる。

本発明にかかる無線信号生成システムは、複数の光電気変換部、複数のアンテナ部を有し、高周波対応の高出力無線通信システム等への適用として有用である。また通信用途だけではなく、センサーやイメージング等の高周波信号が利用できる用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における無線信号生成システムのブロック図本発明の実施の形態１における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図本発明の実施の形態２における無線信号生成システムのブロック図本発明の実施の形態２における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図本発明の実施の形態３における無線信号生成システムのブロック図本発明の実施の形態３における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図本発明の実施の形態４における無線信号生成システムのブロック図本発明の実施の形態４における無線信号生成システムの各箇所におけるスペクトルの図光フィルタ１２１から出力された光スペクトルの一例についての模式図従来の高周波信号発生装置のブロック図

符号の説明

１１１光源
１１２位相変調器
１１３基準信号発生部
１１４強度変調器
１１５データ信号入力部
１２１光フィルタ
１２２光合波部
１２３光電気変換部
１２４位相制御部
１２５アンテナ
３１１光分離フィルタ
３１４変調器
３１５位相差ありデータ信号入力部
１１−２光カプラ
１２フォトディテクタ
１６ＣＷレーザ光源
１７電界吸収型変調器
１９高次ソリトン圧縮用光ファイバ
２０−１，２０−１光ファイバグレーティング
２１−１，２１−２光サーキュレータ

Claims

基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号にそれぞれ所望の位相情報を与えるための複数の位相制御部と、
前記複数の位相制御部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部をさらに有する請求項１記載の高周波信号生成システム。
前記光フィルタの代わりに、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、
前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタと、
を有し、前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、前記光合波部で合波する請求項１記載の高周波信号生成システム。
前記光合波部から出力される光信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部をさらに有する請求項１記載の高周波信号生成システム。
前記光フィルタで抽出された光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する変調部をさらに有する請求項１記載の高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部と、
前記強度変調部から出力される変調された光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記位相情報が与えられた複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の位相制御部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する強度変調部と、
前記強度変調部から出力される変調された光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、
前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタと、
前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記位相情報が与えられた複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、特定の周波数間隔を有する２つ光周波数コム信号を分離する光分離フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、一方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第２の光フィルタと、
前記光分離フィルタから出力される２つの光周波数コム信号のうち、他方の光周波数コム信号を、伝送すべきデータ信号で変調する変調部と、
前記変調部から出力される他方の光周波数コム信号から、所望の光スペクトルを抽出する第３の光フィルタと、
前記第２の光フィルタ及び前記第３の光フィルタから出力される光スペクトルから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数光合波部から出力される光信号を、所望の位相情報を有する伝送すべきデータ信号で強度変調する複数の強度変調部と、
前記複数の強度変調部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数光合波部から出力される光信号を、伝送すべきデータ信号で強度変調する複数の強度変調部と、
前記複数の強度変調部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを所望の位相情報を有する伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、
前記光フィルタから出力される前記複数の光スペクトルを、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルを、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、
前記複数の変調部から出力される光スペクトルと、前記光フィルタから出力される他方の光スペクトルとから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、複数の光スペクトルのペアの一方に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記複数の光スペクトルのペアをそれぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生する光周波数コム発生部と、
前記光周波数コム発生部から出力される光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成するために、所望の光スペクトルを抽出する光フィルタと、
前記光フィルタで抽出された複数の光スペクトルのペアのうち、一方の光スペクトルを伝送すべきデータ信号で変調する複数の変調部と、
前記複数の変調部から出力される光スペクトルと、前記光フィルタから出力される他方の光スペクトルとから、規定の周波数間隔を有する光スペクトルをペアとして、それぞれ合波する複数の光合波部と、
前記複数の光合波部から出力される光信号に、所望の位相情報を与える複数の位相制御部と、
前記複数の位相制御部から出力される光信号を高周波電気信号に変換する複数の光電気変換部と、
前記複数の光電気変換部から出力される高周波電気信号を空間へ放出する複数のアンテナ部とを具備する高周波信号生成システム。
光周波数コム発生部が、少なくとも光源と位相変調部とを具備し、
前記光源から出力される光信号が、前記位相変調部において位相変調され、
高周波電気信号を生成するための光スペクトルのペアとして、位相変調により生じる光スペクトルの上側帯波と下側帯波とをペアにしたものを少なくとも含む請求項１または２に記載の高周波信号生成システム。
位相変調により生成される光スペクトルのうち、０次成分がほぼ０となるように位相変調を行う請求項９に記載の高周波信号生成システム。
基準周波数に応じて、一定の周波数間隔を有する光周波数コム信号を発生させ、
前記光周波数コム信号から、規定の周波数間隔を有する２つの光スペクトルをペアとして、少なくとも複数の光スペクトルのペアを生成し、
前記複数の光スペクトルのペアを高周波電気信号に変換し、光スペクトルのビート成分を有する電気信号を生成し、
前記複数の高周波電気信号がそれぞれ所望の位相情報を有するように、光信号の状態あるいは高周波電気信号の状態で位相差を与え、
位相差分を有する前記複数の高周波電気信号を空間に放出する高周波信号生成方法。