JP2007158570A

JP2007158570A - 光制御型反射鏡アンテナ装置

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Publication number: JP2007158570A
Application number: JP2005348866A
Authority: JP
Inventors: Nobuyasu Takemura; 暢康竹村; Masataka Otsuka; 昌孝大塚; Hiroaki Miyashita; 裕章宮下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP4555218B2

Abstract

【課題】ビーム形成回路に光技術を適用することで、構成が小さくなり重量を軽くすることができる光制御型反射鏡アンテナ装置を得る。
【解決手段】光波発生手段１、光波分配手段２、光周波数シフタ３、周波数シフタされた光波を放射する第１の放射手段４、第１の放射手段からの光波を偏向分離する第１の変換手段６、第１の変換手段からの光波を所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波に変換する第２の変換手段、光波分配手段からの光波を放射する第２の放射手段１０、第２の変換手段と第２の放射手段からの光波を合成する第３の変換手段９、第３の変換手段からの光波を空間的にサンプリングする第４の変換手段１２、第４の変換手段からの光波を光電変換する光電変換手段、光電変された無線信号を空間に放射する複数の一次放射器、複数の一次放射器からの電波を空間に放射するパラボラ反射鏡１３を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、光制御型反射鏡アンテナ装置に関するものである。

従来のアレー給電反射鏡アンテナとして、ビーム形成回路と、このビーム形成回路からの光波を無線信号に光電変換して出力する複数の一次放射器と、複数の一次放射器から放射された電波を反射して空間に放射するパラボラ反射鏡とを備えるものがある（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、複数の一次放射器は、パラボラ反射鏡の焦点を含み、焦点からパラボラ反射鏡の中心に向かう直線に直交する面内に配置され、パラボラ反射鏡を介して所定のビーム方向にビームを放射する。また、パラボラ反射鏡は、複数の一次放射器が前記所定のビーム方向のブロッキングとならないようにオフセット形式となっている。

なお、ここでは１つのビームを放射する場合を例にとって説明したが、２つ以上の異なる周波数のビームを放射する場合は、ビーム形成回路を複数用いて、合成回路により合成し、複数の一次放射器に入力することで同様に構成可能である。

電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック、ｐ．１７９、昭５５年１０月３０日、オーム社

しかしながら、従来のアンテナ装置は、成形ビームを形成する場合など一次放射器の数が多くなると、ビーム形成回路の構成が大きくなり重量が重くなる。この傾向は使用する信号の周波数が低くなると顕著に現れる。さらに、複数の異なる周波数のビームを形成する場合、ビーム数に応じてビーム形成回路の数が増えるので構成が大きくなり重量が重くなるという問題があった。また、一次放射器の励振位相を補正する場合、ビーム形成回路内の移相器により補正していたが、移相器の無いビーム形成回路の場合、例えば光制御型ビーム形成回路の場合には移相器が存在しないため、各一次放射器に接続された移相器の位相を変化させて各素子アンテナの励振分布を補正できないという問題があった。

この発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、アレー給電反射鏡アンテナのビーム形成回路に光技術を適用することで、構成が小さくなり重量を軽くすることができる光制御型反射鏡アンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る光制御型反射鏡アンテナ装置は、光波を発生する光波発生手段と、前記光波発生手段から発生した光波を分配する光波分配手段と、前記光波分配手段から分配された光波の周波数から入力される無線信号の周波数だけ偏移させた周波数を有する光波を発生する光周波数シフタと、前記光周波数シフタからの光波を放射する第１の放射手段と、前記第１の放射手段から放射される光波を偏向分離する第１の変換手段と、前記第１の変換手段から放射される光波を所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波に変換して放射する第２の変換手段と、前記光波分配手段から分配された光波を放射する第２の放射手段と、前記第２の変換手段から放射される光波と前記第２の放射手段から放射される光波とを合成して放射する第３の変換手段と、前記第３の変換手段から放射される光波を空間的にサンプリングし出力する第４の変換手段と、前記第４の変換手段から出力される複数の光波をそれぞれ無線信号に光電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る複数の無線信号をそれぞれ空間に放射する複数の一次放射器と、前記複数の一次放射器から放射された電波を反射して空間に放射するパラボラ反射鏡とを備えたものである。

この発明によれば、ビーム形成回路に光技術を適用することで、一次放射器の数が多い場合でも、ビーム形成回路の大きさは概ね変わらないため、小形化、軽量化することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。図１に示す光制御型反射鏡アンテナ装置は、光波を発生する光波発生手段１と、光波発生手段１からの光波に基づいて放射される光波を空間的にサンプリングして出力する、光技術を適用したビーム形成回路と、ビーム形成回路から出力される複数の光波をそれぞれ無線信号に光電変換する光電変換手段６１，・・・，６Ｎと、光電変換手段６１，・・・，６Ｎから出力される複数の無線信号をそれぞれ空間に放射する複数の一次放射器７１，・・・，７Ｎと、複数の一次放射器７１，・・・，７Ｎから放射された電波を反射して空間に放射するパラボラ反射鏡１３とを備えている。

ここで、ビーム形成回路は、光波発生手段１から発生した光波を分配する光波分配手段２と、分配された光波の周波数から入力される無線信号の周波数だけ偏移させた周波数を有する第１の光波５を発生する光周波数シフタ３と、第１の光波５を放射する第１の放射手段４と、放射される第１の光波５を偏向分離する第１の変換手段６と、第１の変換手段６から放射される第１の光波５を所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波８に変換して放射する第２の変換手段７と、光波分配手段２から分配された光波を放射する第２の放射手段１０と、第２の変換手段７から放射される第２の光波８と第２の放射手段１０から放射される第３の光波１１とを合成して放射する第３の変換手段９と、第３の変換手段９から放射される光波を空間的にサンプリングし出力する第４の変換手段１２とを備えている。なお、所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布は、演算手段１６により演算され、制御手段１５により第２の変換手段７へ制御信号が送られる。

次に動作について説明する。
光波発生手段１から発生した光波は、光波分配手段２により２つの光波に分配される。一方の光波は、光周波数シフタ３により、光波の周波数から入力される無線信号の周波数だけ偏移させた周波数を有する第１の光波５を発生する。このとき、無線信号が光波に外部変調される。第１の光波５は、第１の放射手段４により放射され、第１の変換手段６により偏向分離され、第２の変換手段７により所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波８に変換して放射される。このとき、所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布は、演算手段１６により演算され、制御手段１５により第２の変換手段７へ制御信号が送られる。

光波分配手段２により分配されたもう一方の光波は、第２の放射手段１０により放射される。第２の変換手段７から放射された光波と第２の放射手段１０から放射された光波は第３の変換手段９により合成され、第４の変換手段１２により光波を空間的にサンプリングし複数の光波に変換して出力される。

第４の変換手段１２により変換された複数の光波は、光ファイバ５１、・・・、５Ｎにより伝送され、光電変換手段６１、・・・、６Ｎによりそれぞれ無線信号に光電変換されて出力される。光電変換された無線信号は、複数の一次放射器７１、・・・、７Ｎから放射される。一次放射器７１、・・・、７Ｎから放射された電波は、パラボラ反射鏡１３を介して空間に放射される。

従って、実施の形態１によれば、ビーム形成回路に光技術を適用することで、一次放射器の数が多い場合でも、ビーム形成回路の大きさは概ね変わらないため、小形化、軽量化することができる。また、信号を伝送するケーブルや導波管に光ファイバを用いることで小形化、軽量化することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。図２に示す実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置において、図１に示す実施の形態１に係る光制御型反射鏡アンテナ装置と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図２に示す実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置が、図１に示す実施の形態１に係る光制御型反射鏡アンテナ装置と異なる点は、第２の放射手段１０から放射された光波１１の位相を可変させる第５の変換手段１７をさらに備え、第５の変換手段１７は、第２の放射手段１０から放射される光波１１の位相を複数の一次放射器７１，・・・，７Ｎに対応して変化して複数の一次放射器７１，・・・，７Ｎの励振分布を補正するようになされている点である。

次に動作について説明する。
光波発生手段１から発生した光波は、光波分配手段２により２つの光波に分配される。一方の光波は、光周波数シフタ３により、光波の周波数から入力される無線信号の周波数だけ偏移させた周波数を有する第１の光波５を発生する。このとき、無線信号が光波に外部変調される。第１の光波５は、第１の放射手段４により放射され、第１の変換手段６により偏向分離され、第２の変換手段７により所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波に変換して放射される。このとき、所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布は、演算手段１６により演算され、制御手段１５により第２の変換手段７へ制御信号が送られる。

光波分配手段２により分配されたもう一方の光波は、第２の放射手段１０により放射され、第５の変換手段１７により光波の位相が可変される。このとき、第５の変換手段１７により可変する光波の位相は、一次放射器７１、・・・、７Ｎに対応した部分の位相を可変するものとする。第２の変換手段７から放射された光波と第５の変換手段１７から放射された光波は、第３の変換手段９により合成され、第４の変換手段１２により光波を空間的にサンプリングし複数の光波に変換して出力される。

ここで、着目する一次放射器、例えば一次放射器７１について、この一次放射器７１に対応する部分の第５の変換手段１７の設定位相変化させることにより、一次放射器の励振分布を補正することができる。

従って、実施の形態２によれば、一次放射器に対応する部分の第５の変換手段１７の設定位相変化させることで、一次放射器の励振分布を補正することができる。このため、移相器の無い光制御型反射鏡アンテナの場合にも、従来の移相器の存在するアレー給電反射鏡アンテナと同様に、各一次放射器の励振分布を補正することができることになる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。図３に示す実施の形態３に係る光制御型反射鏡アンテナ装置において、図２に示す実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図３に示す実施の形態３に係る光制御型反射鏡アンテナ装置が、図２に示す実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置と異なる点は、第２の放射手段１０により放射された光波１１が、第３の変換手段９を介して第５の変換手段１７によりその位相が可変される点である。

従って、実施の形態３によれば、一次放射器に対応する部分の第５の変換手段１７の設定位相変化させることで、一次放射器の励振分布を補正することができる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。図４に示す実施の形態４に係る光制御型反射鏡アンテナ装置において、図１乃至図３に示す実施の形態１ないし３に係る光制御型反射鏡アンテナ装置と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図４に示す実施の形態４に係る光制御型反射鏡アンテナ装置は、光波発生手段として、ビームθ_１の光波発生手段１ａ、ビームθ_２の光波発生手段１ｂ、ビームθ_３の光波発生手段１ｃを備え、各光波発生手段に対応してビームθ_１のビーム形成回路１８ａ、ビームθ_２のビーム形成回路１８ｂ、ビームθ_３のビーム形成回路１８ｃを備えている。さらに、各ビーム形成回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃから出力される複数の異なる周波数の光波を合成することで複数の異なる周波数のビームを形成する合成手段８１，・・・，８Ｎを備え、光電変換手段６１，・・・，６Ｎにより、合成手段８１，・・・，８Ｎを介した各周波数の光波をそれぞれ無線信号に光電変換するようになされている。なお、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、パラボラ反射鏡１３から空間に放射されるビーム方向θ_１、ビーム方向θ_２、ビーム方向θ_３を示している。

また、図４において、ビーム形成回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、図１乃至図３に示す実施の形態１ないし３におけるビーム形成回路と同様な構成を備えており、例えば、図１に示す実施の形態１の構成における、光波分配手段２と、光周波数シフタ３と、第１の放射手段４と、第１の変換手段６と、第２の変換手段７と、第２の放射手段１０と、第３の変換手段９と、第４の変換手段１２とを備えている。また、図２及び図３に示す実施の形態２及び３の構成例では、第５の変換手段１７をさらに備えている。

次に動作について説明する。
ビームθ_１の光波発生手段１ａ、ビームθ_２の光波発生手段１ｂ、ビームθ_３の光波発生手段１ｃから発生した光波は、ビームθ_１のビーム形成回路１８ａ、ビームθ_２のビーム形成回路１８ｂ、ビームθ_３のビーム形成回路１８ｃにより所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布が演算処理され、合成手段８１、・・・、８Ｎにより各第４の変換手段１２から出力される各々の周波数の光波が合成される。

合成手段８１、・・・、８Ｎにより合成された各々の周波数の光波は、光ファイバ５１、・・・、５Ｎにより伝送され、光電変換手段６１、・・・、６Ｎによりそれぞれ無線信号に光電変換されて出力される。光電変換された無線信号は、複数の一次放射器７１、・・・、７Ｎから放射される。一次放射器７１、・・・、７Ｎから放射された電波は、パラボラ反射鏡１３を介してビーム方向θ_１、ビーム方向θ_２、ビーム方向θ_３の各々空間に放射される。

従って、実施の形態４によれば、ビーム形成回路に光技術を適用することで、一次放射器の数が多く、且つ複数の異なる周波数のビームを形成する場合でも、ビーム形成回路の大きさは概ね変わらないため、小形化、軽量化することができる。また、信号を伝送するケーブルや導波管に光ファイバを用いることで小形化、軽量化することができる。

この発明の実施の形態１に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態２に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態３に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態４に係る光制御型反射鏡アンテナ装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１光波発生手段、１ａビームθ_１の光波発生手段、１ｂビームθ_２の光波発生手段、１ｃビームθ_３の光波発生手段、２光波分配手段、３光周波数シフタ、４第１の放射手段、５第１の光波、６第１の変換手段、７第２の変換手段、８第２の光波、９第３の変換手段、１０第２の放射手段、１１第３の光波、１２第４の変換手段、１３パラボラ反射鏡、１４ビーム方向、１４ａビーム方向θ_１、１４ｂビーム方向θ_２、１４ｃビーム方向θ_３、１５制御手段、１６演算手段、１７第５の変換手段、１８ａビームθ_１のビーム形成回路、１８ｂビームθ_２のビーム形成回路、１８ｃビームθ_３のビーム形成回路、５１、・・・、５Ｎ光ファイバ、６１、・・・、６Ｎ光電変換手段、７１、・・・、７Ｎ一次放射器。

Claims

光波を発生する光波発生手段と、
前記光波発生手段から発生した光波を分配する光波分配手段と、
前記光波分配手段から分配された光波の周波数から入力される無線信号の周波数だけ偏移させた周波数を有する光波を発生する光周波数シフタと、
前記光周波数シフタからの光波を放射する第１の放射手段と、
前記第１の放射手段から放射される光波を偏向分離する第１の変換手段と、
前記第１の変換手段から放射される光波を所定の一次放射器励振分布に対応した光振幅位相分布を有する光波に変換して放射する第２の変換手段と、
前記光波分配手段から分配された光波を放射する第２の放射手段と、
前記第２の変換手段から放射される光波と前記第２の放射手段から放射される光波とを合成して放射する第３の変換手段と、
前記第３の変換手段から放射される光波を空間的にサンプリングし出力する第４の変換手段と、
前記第４の変換手段から出力される複数の光波をそれぞれ無線信号に光電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る複数の無線信号をそれぞれ空間に放射する複数の一次放射器と、
前記複数の一次放射器から放射された電波を反射して空間に放射するパラボラ反射鏡と
を備えた光制御型反射鏡アンテナ装置。
請求項１に記載の光制御型反射鏡アンテナ装置において、
前記第２の放射手段から放射された光波の位相を可変させる第５の変換手段をさらに備え、
前記第５の変換手段は、前記第２の放射手段から放射される光波の位相を前記複数の一次放射器に対応して変化して前記複数の一次放射器の励振分布を補正する
ことを特徴とする光制御型反射鏡アンテナ装置。
請求項１または２に記載の光制御型反射鏡アンテナ装置において、
前記第４の変換手段から出力される複数の異なる周波数の光波を合成することで複数の異なる周波数のビームを形成する合成手段をさらに備え、
前記光電変換手段は、前記合成手段を介した各周波数の光波をそれぞれ無線信号に光電変換する
ことを特徴とする光制御型反射鏡アンテナ装置。