JP2008271090A - 光制御型フェーズドアレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を向上し、アンテナから放射する通信信号の品質を向上する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を提供する。
【解決手段】光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、マイクロ波周波数の離調を保ったままローカル光と信号光との周波数を変化するレーザ光発生部と、第１の光分波部と空間光強度変調素子との間に、分波された信号光を周波数により分波する第２の光分波部および周波数により分波された信号光を周波数に対応する空間光強度変調素子の領域のエレメントに照射する光放射部とを備え、レーザ光発生部で発生する信号光の周波数を変えてアレーアンテナからの放射ビームの概略方向を制御し、空間光強度変調素子の、当該周波数の信号光が照射される領域の各エレメントによる反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、アレーアンテナからの放射ビームの詳細方向および形状を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、信号光とローカル光とを用い、これらの振幅と位相を制御して、アレーアンテナからの放射ビームを制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置に関するものである。

従来、この種の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置として、マイクロ波信号の周波数だけ周波数が異なる信号光ビームとローカル光ビームを空間に放射し、信号光ビームを、空間光強度変調素子とフーリエ変換レンズによりアレーアンテナからの放射ビームのパターンに対応した強度位相分布の信号光ビームに変換する。
また、ローカル光ビームを信号光ビームと空間的に重ね合わせ、重ね合わされた合成ビーム光を光ファイバアレーにより空間的にサンプリングし、そのサンプリング光を複数の光電変換器によるヘテロダイン検波により、複数のマイクロ波信号に変換した後、アレーアンテナを用いて空間に放射するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４７８２６号公報

従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、通常必要となるペンシルビームを形成するには、空間光強度変調素子において、ビームの方向に対応するごく限られたエレメントのみを動作させ、信号光を反射させる必要がある。このため、空間光強度変調素子に照射した信号光のごく一部の光パワーだけがフーリエ変換レンズに入射し、他のほとんどの光パワーを捨ててしまうことになる。空間光強度変調素子に照射できる信号光の光パワーは限られているので、そのうちの微弱な光パワーしか活用できず、信号光の信号雑音比を低下する要因になっていた。

この発明の目的は、光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を向上し、アンテナから放射する通信信号の品質を向上する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を提供するものである。

この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、ローカル光および上記ローカル光と周波数がマイクロ波周波数だけ離調し且つ同一の偏波である信号光を発生するレーザ光発生部と、上記信号光と上記ローカル光とを分波する第１の光分波部と、上記分波された信号光を所望の空間強度分布で反射または透過するエレメントが複数の領域に設けられた空間光強度変調素子と、上記反射または透過された信号光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、上記フーリエ変換された信号光と上記分波されたローカル光とを合成する光合成部と、上記合成された光を空間的にサンプリングする光ファイバアレーと、上記サンプリングされた光をマイクロ波信号に光電変換する複数の光電変換部と、上記マイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと、を備え、上記反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの放射ビームを制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、上記レーザ光発生部は、マイクロ波周波数の離調を保ったまま上記ローカル光と上記信号光の周波数を変化し、上記第１の光分波部と上記空間光強度変調素子との間に、上記分波された信号光を周波数により分波する第２の光分波部および上記周波数により分波された信号光を周波数に対応する上記空間光強度変調素子の領域のエレメントに照射する光放射部を備え、上記レーザ光発生部で発生する信号光の周波数を変えて上記アレーアンテナからの放射ビームの概略方向を制御し、上記空間光強度変調素子の当該周波数の信号光が照射される領域のエレメントにより反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの放射ビームの詳細方向および形状を制御する。

この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、信号光の光パワーを有効に活用でき、信号雑音比の高い通信を可能にするという効果を奏する。また、簡易な構成でマルチビームを形成できるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。

この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、図１に示すように、マイクロ波入力端子１１から入力したマイクロ波周波数（周波数｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）で離調した周波数ｆ_Ｓの信号光と、周波数ｆ_Ｌのローカル光を出力するレーザ光発生部１と、光ファイバ１２と、信号光とローカル光とを分波する第１の光分波部２１と、第１の光分波部２１で分波された信号光を、その周波数によって分波する第２の光分波部２２と、その周波数によって分波された信号光を周波数に対応する反射型の空間光強度変調素子４の領域にある反射鏡に照射する光放射部３と、エレメントである複数の反射鏡を有するとともにこの反射鏡によって信号光の一部を反射する反射型の空間光強度変調素子４と、フーリエ変換レンズ５とを備える。

また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、分波されたローカル光を平行光線に拡げて光合成部６に入射するレンズ６１、信号光とローカル光とを合成する光合成部６と、光合成部６から出力された合成光を空間的にサンプリングする光ファイバアレー７と、光ファイバアレー７の出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に光電変換する光電変換部８と、光電変換部８により発生したマイクロ波信号をマイクロ波ビーム９１として空間に放射するアレーアンテナ９とを備える。

レーザ光発生部１には、マイクロ波入力端子１１からマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）のマイクロ波および図示しない端子からローカル光の周波数を可変する信号が入力される。
レーザ光発生部１は、等間隔に並んだ周波数ｆ_ｉ（ｉ＝１〜Ｍ×Ｎ、ＭとＮは２以上の整数）のいずれかに周波数ｆ_Ｌの値が可変されるローカル光およびローカル光からマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調する周波数ｆ_Ｓの信号光が出力される。このローカル光と信号光の偏波は同一である。
レーザ光発生部１は、例えば、外部の信号により出力光の周波数を飛び飛びの値に可変できる周波数可変レーザ光源と光変調器とにより実現できる。なお、レーザの温度などを制御することでも実現できる。

図２は、この発明に係る実施の形態１による第１の光分波部２１の部分を詳細に示した図である。図３は、この発明に係る実施の形態１によるエタロンの透過強度の光周波数依存性を示すグラフである。
第１の光分波部２１は、図２に示すように、入力ポートに信号光とローカル光とが入力され、第１の出力ポートにローカル光が出力され、第２の出力ポートに信号光が出力される。
第１の光分波部２１は、例えば、エタロン２１１とサーキュレータ２１２とにより実現できる。エタロン２１１は、図３に示すように、透過強度が所定の値以上を示す透過周波数帯域が光周波数に対して等間隔に並んでおり、透過周波数帯域の周波数はｆ_ｉである。エタロン２１１は、透過周波数帯域の周波数の光だけを透過し、他の周波数帯域の周波数の光を反射する。すなわち、周波数ｆ_Ｌのローカル光は透過周波数帯域の周波数ｆ_ｉに合わされているのでエタロン２１１を透過し、周波数ｆ_Ｓの信号光は透過周波数帯域の周波数ｆ_ｉからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調しているのでエタロン２１１で反射される。
第１の光分波部２１では、エタロン２１１を透過したローカル光は第１の出力ポートに出力され、エタロン２１１で反射された信号光はサーキュレータ２１２を通過し第２の出力ポートに出力される。

第２の光分波部２２は、信号光の異なる周波数ｆ_Ｓ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調している周波数の信号光が異なる出力ポートに出力する。
第２の光分波部２２は、例えば、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（以下、「ＡＷＧ」と称す）により実現できる。このＡＷＧの各出力ポートの周波数間隔は、エタロン２１１の透過周波数帯域間隔と同じ間隔としている。従って、レーザ光発生部１で発生した信号光の周波数ｆ_Ｓによって出力ポートが決定される。

光放射部３は、（Ｍ×Ｎ）個の光ファイバを有し、各光ファイバの光入射端子は第２の光分波部２２の出力ポートに接続され、各光ファイバの光放射端子はＭ×Ｎの格子状に配列されている。第２の光分波部２２の出力ポートに出力された信号光は、その出力ポートに接続された光ファイバを通過して光放射端子から空間に放射される。従って、信号光の周波数ｆ_Ｓ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調している周波数に対応する光放射端子から空間に放射される。

反射型空間光強度変調素子４は、Ｍ×Ｎ個の領域に区切られており、各領域には反射鏡が設けられ、各反射鏡には外部から制御信号が入力される。また、各反射鏡には光放射部３の各光放射端子が対応し、各光放射端子から放射された信号光は対応する反射鏡に入射され反射される。各反射鏡に入射された信号光は、制御信号が入力されたとき反射鏡が可動してフーリエ変換レンズ５に入射し、制御信号が入力されないとき反射鏡が可動せずにフーリエ変換レンズ５に入射しない。従って、反射型空間光強度変調素子４の反射鏡を適宜制御することにより、信号光に空間的な強度分布をつけることができる。

フーリエ変換レンズ５は、入射する信号光の空間的な強度分布をレンズのフーリエ変換作用によりフーリエ変換し、光合成部６に入射する。
光合成部６は、フーリエ変換された信号光とレンズ６１を透過したローカル光を空間的に重ね合わされて、合成光として光ファイバアレー７に入射する。

光ファイバアレー７は、入射される合成光を空間的にサンプリングする。
光ファイバアレー７は、所定の間隔に配置され、長手方向が平行になるように並置された複数本の光ファイバから構成される。各ファイバの入射面は、フーリエ変換レンズ５の後側焦点面となるように配置される。
なお、光ファイバアレー７の入射端に、各光ファイバへの合成光の結合効率を高めるために、レンズアレーを備えても良い。

光電変換部８は、光ファイバでサンプリングされた合成光をヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に光電変換する。
アレーアンテナ９は、複数のアンテナ素子を備え、入力されるマイクロ波信号は、図示しないマイクロ波増幅器により増幅されアンテナ素子からマイクロ波ビーム９１として空間に放射される。

次に、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
レーザ光発生部１からは、周波数ｆ_ｉのいずれかの周波数ｆ_Ｌのローカル光と、マイクロ波入力端子１１から入力されたマイクロ波のマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけローカル光から離調した周波数ｆ_Ｓの信号光と、が出力される。
レーザ光発生部１から出力された信号光とローカル光は、光ファイバ１２により伝送され、第１の光分波部２１に入力される。

第１の光分波部２１の入力ポートから入力された信号光とローカル光とは、サーキュレータ２１２を通過しエタロン２１１に入射する。そして、入射した光のうち、飛び飛びの周波数の周波数ｆ_ｉのいずれかの周波数ｆ_Ｌのローカル光だけが透過し第１の出力ポートに出力される。一方、周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調した周波数ｆ_Ｓの信号光は、反射され、再びサーキュレータ２１２を通過し第２の出力ポートに出力される。

第１の光分波部２１で分波されたローカル光は、レンズ６１により平行光線に変換され光合成部６に入射される。
第１の光分波部２１で分波された信号光は、第２の光分波部２２に入力される。第２の光分波部２２に入力された信号光は、信号光の周波数ｆ_Ｓ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調した周波数に従って決まる出力ポートに分波される。
第２の光分波部２２の出力ポートに分波された信号光は、光放射部３の信号光の周波数ｆ_Ｓ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調している周波数に対応する光放射端子から放射される。
光放射端子から放射された信号光は、反射型空間光強度変調素子４の信号光の周波数ｆ_Ｓ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓ−ｆ_Ｌ｜）だけ離調している周波数に対応する反射鏡に入射し反射される。
反射鏡により反射された信号光は、空間的な強度分布が付けられてフーリエ変換レンズ５に入射される。
フーリエ変換レンズ５に入射された信号光は、レンズのフーリエ変換作用によって、信号光の空間光振幅分布をフーリエ変換され、光合成部６に入射される。

フーリエ変換された信号光とレンズ６１を透過したローカル光は、光合成部６により空間的に重ね合わされて、合成光となる。
合成光は、光ファイバアレー７の各光ファイバに入射し、空間的にサンプルリングされる。

空間的にサンプリングされた合成光は、光ファイバを伝搬後、各光ファイバの出射端側に接続した各光電変換部８に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換される。
マイクロ波信号は、マイクロ波増幅器により増幅されて、アレーアンテナ９の各アンテナ素子に給電され、マイクロ波ビーム９１として空間に放射される。

上述のように、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、反射型空間光強度変調素子４によって作られた信号光の空間振幅分布をフーリエ変換した空間振幅位相分布をもって、アレーアンテナ９の各アンテナ素子を励振し、マイクロ波ビーム９１を放射する。マイクロ波ビーム９１の遠方界分布はアレーアンテナ９の各アンテナ素子の振幅位相分布をフーリエ変換したものになることが知られているので、遠方界分布は反射型空間光強度変調素子４の空間振幅分布と同様になる。すなわち、反射型空間光強度変調素子４の動作させる反射鏡の位置により、マイクロ波ビーム９１の方向を制御することができる。

また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、レーザ光発生部１で発生する信号光の周波数により、反射型空間光強度変調素子４に照射する信号光の位置を変えることができるので、信号光の周波数を変えることにより、マイクロ波ビーム９１の概略方向を制御することができる。
また、反射型空間光強度変調素子４の光が照射している反射鏡を制御することによって、より細かい、ビーム方向とビーム形状の制御をすることができる。

そして、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、信号光を反射型空間光強度変調素子４中のＭ×Ｎ個の領域のいずれか１つに照射するので、光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を高め、アンテナから放射する通信信号の品質を向上できる効果を有する。

一般に、レーザ光発生部１で発生できる光パワーや、光ファイバ１２で増幅したり伝送したりできる光パワーは限られている。また、光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、通常、マイクロ波ビーム９１を特定の方向に放射する用途が大半である。このため、従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置のように、発生、増幅、伝送した信号光を反射型空間光強度変調素子４の全ての領域に照射してしまうと、動作する反射鏡の数が非常に少ないため、ごく一部の信号光のみをフーリエ変換レンズ５に入射することになり、大半の光パワーを捨ててしまうことになる。このため、光パワーを有効に活用することができず、フーリエ変換レンズ５に入射する光パワーが小さくなり、結果的に信号光に雑音が多く含まれてしまい、通信信号の信号雑音比を劣化させてしまう。

一方、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、限られた信号光の光パワーを、反射型空間光強度変調素子４の１／（Ｍ×Ｎ）の領域のみに照射する。このため、同じ幅のマイクロ波ビーム９１を形成する場合でも、フーリエ変換レンズ５に、従来の（Ｍ×Ｎ）倍の光パワーを入射することができ、従来に比べ信号光強度を（Ｍ×Ｎ）倍に大きくすることができる。したがって、本装置を伝送する信号の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）を高めることができる。

このように、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、限られた光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を高め、アンテナから放射する通信信号の品質を向上できる。

なお、実施の形態１においては、空間光強度変調素子４に、エレメントとして多数の反射鏡を用いる場合について示したが、本発明はこれに限らず、空間光強度変調素子４に透過型の空間光強度変調素子４を用いても構わない。
また、信号光に空間的な強度変調をかけることができるあらゆる空間光強度変調素子４を用いることができ、同様に本発明による効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、図４に示すように、マイクロ波入力端子１１から入力したＫ個（Ｋは２以上の整数）のマイクロ波のマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）（ｊは２以上、Ｋ以下の整数）で離調した周波数ｆ_ＳｊのＫ個の信号光と、周波数ｆ_ＬｊのＫ個のローカル光を出力するレーザ光発生部１Ｂと、光ファイバ１２と、信号光とローカル光とを分波する第１の光分波部２１と、第１の光分波部２１で分波された信号光を、その周波数によって分波する第２の光分波部２２と、この分波された信号光を周波数に対応する反射型空間光強度変調素子４の領域にある反射鏡に照射する光放射部３と、エレメントである複数の反射鏡を有するとともにこの反射鏡によって信号光の一部を反射する反射型の空間光強度変調素子４と、フーリエ変換レンズ５とを備える。

また、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、ローカル光を平行光線に拡げて光合成部６に入力するレンズ６１、信号光とローカル光とを合成する光合成部６と、光合成部６から出力された合成光を空間的にサンプリングする光ファイバアレー７と、光ファイバアレー７の出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換部８と、光電変換部８により発生したマイクロ波信号をＫ個のマイクロ波ビーム９１として空間に放射するアレーアンテナ９とを備える。

レーザ光発生部１Ｂには、マイクロ波入力端子１１Ｂからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）のＫ個のマイクロ波および図示しない端子からローカル光の周波数を可変するＫ個の信号が入力される。
レーザ光発生部１Ｂは、等間隔に並んだ周波数ｆ_ｉ（ｉ＝１〜Ｍ×Ｎ、ＭとＮは２以上の整数）のいずれかの周波数ｆ_Ｌｊに可変されるＫ個のローカル光およびＫ個のローカル光からそれぞれマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調する周波数ｆ_ＳｊのＫ個の信号光が出力される。なお、添字ｊが同じ周波数ｆ_Ｓｊの信号光と周波数ｆ_Ｌｊのローカル光は、偏波が同一であり、添字ｊが異なる周波数ｆ_Ｓｊの信号光と周波数ｆ_Ｌｊのローカル光は、偏波が異なる。
レーザ光発生部１Ｂは、例えば、外部の信号により出力光の周波数を飛び飛びの値に可変できるＫ個の周波数可変レーザ光源と光変調器とにより実現できる。なお、Ｋ個のレーザの温度などを制御することでも実現できる。

第１の光分波部２１は、入力ポートにＫ個の信号光とＫ個のローカル光とが入力され、第１の出力ポートにＫ個のローカル光が出力され、第２の出力ポートにＫ個の信号光が出力される。
第１の光分波部２１は、例えば図２に示すように、エタロン２１１とサーキュレータ２１２とにより実現できる。エタロン２１１は、図３に示すように、透過強度が所定の値以上を示す透過周波数帯域が光周波数に対して等間隔に並んでおり、透過周波数帯域の周波数はｆ_ｉである。エタロン２１１は、透過周波数帯域の周波数の光だけを透過し、他の周波数帯域の周波数の光を反射する。すなわち、周波数ｆ_Ｌｊのローカル光は透過周波数帯域の周波数ｆ_ｉに合わされているのでエタロン２１１を透過し、周波数ｆ_Ｓｊの信号光は透過周波数帯域の周波数ｆ_ｉからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調しているのでエタロン２１１で反射される。
第１の光分波部２１では、エタロン２１１を透過したＫ個のローカル光は第１の出力ポートに出力され、エタロン２１１で反射されたＫ個の信号光はサーキュレータ２１２を通過し第２の出力ポートに出力される。

第２の光分波部２２は、Ｋ個の信号光を周波数ｆ_Ｓｊ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調している周波数に対応する出力ポートに出力する。
第２の光分波部２２は、例えば、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（以下、「ＡＷＧ」と称す）により実現できる。このＡＷＧの各出力ポートの周波数間隔は、エタロン２１１の透過周波数帯域間隔と同じ間隔としている。従って、レーザ光発生部１Ｂで発生したＫ個の信号光の周波数ｆ_Ｓｊによって出力ポートが決定される。

光放射部３は、（Ｍ×Ｎ）個の光ファイバを有し、各光ファイバの光入射端子は第２の光分波部２２の出力ポートに接続され、各光ファイバの光放射端子はＭ×Ｎの格子状に配列されている。第２の光分波部２２の出力ポートに出力されたＫ個の信号光は、それぞれその出力ポートに接続された光ファイバを通過して光放射端子から空間に放射される。従って、各信号光の周波数ｆ_Ｓｊ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調している周波数に対応する光放射端子から空間に放射される。

反射型空間光強度変調素子４は、Ｍ×Ｎ個の領域に区切られており、各領域には反射鏡が設けられ、各反射鏡には外部から制御信号が入力される。また、各反射鏡には光放射部３の各光放射端子が対応し、各光放射端子から放射される信号光は各反射鏡に入射され反射される。各反射鏡に入射された信号光は、制御信号が入力されたとき反射鏡が可動してフーリエ変換レンズ５に入射し、制御信号が入力されないとき反射鏡が可動せずにフーリエ変換レンズ５に入射しない。従って、反射型空間光強度変調素子４の複数の反射鏡を制御することにより、Ｋ個の信号光にそれぞれ空間的な強度分布をつけることができる。

フーリエ変換レンズ５は、入射するＫ個の信号光の空間的な強度分布をレンズのフーリエ変換作用によりフーリエ変換し、光合成部６に入射する。
光合成部６は、偏波が同一同士の信号光とローカル光とを空間的に重ね合わされて、Ｋ個の合成光として光ファイバアレー７に入射する。

光ファイバアレー７は、入射されるＫ個の合成光を空間的にサンプリングする。
光ファイバアレー７は、所定の間隔に配置され、長手方向が平行になるように並置された複数本の光ファイバから構成される。各ファイバの入射面は、フーリエ変換レンズ５の後側焦点面となるように配置される。
なお、光ファイバアレー７の入射端に、各光ファイバへの合成光の結合効率を高めるために、レンズアレーを備えても良い。

光電変換部８は、光ファイバでサンプリングされたＫ個の合成光をヘテロダイン検波によりＫ個のマイクロ波信号に光電変換する。
アレーアンテナ９は、複数のアンテナ素子を備え、入力されるＫ個のマイクロ波信号は、図示しないマイクロ波増幅器により増幅されアンテナ素子からＫ個のマイクロ波ビーム９１として空間に放射される。

次に、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
レーザ光発生部１Ｂからは、周波数ｆ_ｉのいずれかの周波数ｆ_ＬｊのＫ個のローカル光と、マイクロ波入力端子１１から入力されたＫ個のマイクロ波のマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけローカル光の周波数ｆ_Ｌｊから離調した周波数ｆ_ＳｊのＫ個の信号光と、が出力される。
レーザ光発生部１Ｂから出力されたＫ個の信号光とＫ個のローカル光は、光ファイバ１２により伝送され、第１の光分波部２１に入力される。

第１の光分波部２１の入力ポートから入力したＫ個の信号光とＫ個のローカル光は、サーキュレータ２１２を通過しエタロン２１１に入射する。そして、入射した光のうち、飛び飛びの周波数ｆ_ｉのいずれかである周波数ｆ_ＬｊのＫ個のローカル光だけが透過し第１の出力ポートに出力される。一方、周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけそれぞれ離調した周波数ｆ_ＳｊのＫ個の信号光は、反射され、再びサーキュレータ２１２を通過し第２の出力ポートに出力される。

第１の光分波部２１で分波されたＫ個のローカル光は、それぞれレンズ６１により平行光線に変換され光合成部６に入力される。
第１の光分波部２１で分波されたＫ個の信号光は、第２の光分波部２２に入力される。第２の光分波部２２に入力されたＫ個の信号光は、それぞれ信号光の周波数ｆ_Ｓｊ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調した周波数に従って決まる出力ポートに分波される。
第２の光分波部２２の出力ポートに分波されたＫ個の信号光は、それぞれ光放射部３の信号光の周波数ｆ_Ｓｊ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調している周波数に対応する光放射端子から放射される。
光放射端子から放射されたＫ個の信号光は、反射型空間光強度変調素子４の信号光の周波数ｆ_Ｓｊ、すなわち周波数ｆ_ｉのいずれかからマイクロ波周波数（｜ｆ_Ｓｊ−ｆ_Ｌｊ｜）だけ離調している周波数に対応する反射鏡に入射し反射される。
反射鏡により反射されたＫ個の信号光は、それぞれ空間的な強度分布が付けられてフーリエ変換レンズ５に入射される。
フーリエ変換レンズ５に入射されたＫ個の信号光は、それぞれレンズのフーリエ変換作用によって、空間光振幅分布をフーリエ変換され、光合成部６に入射される。

同一偏波同士のフーリエ変換された周波数ｆ_Ｓｊの信号光とレンズ６１を透過した周波数ｆ_Ｌｊのローカル光とは、光合成部６により空間的に重ね合わされて、Ｋ個の合成光となる。
Ｋ個の合成光は、光ファイバアレー７の光ファイバに入射し、空間的にサンプルリングされる。

空間的にサンプリングされたＫ個の合成光は、光ファイバを伝搬後、各光ファイバの出射端側に接続された光電変換部８に入力され、ヘテロダイン検波によりＫ個のマイクロ波信号に光電変換される。
Ｋ個のマイクロ波信号は、図示しないマイクロ波増幅器により増幅されて、アレーアンテナ９のアンテナ素子に給電され、Ｋ個のマイクロ波ビーム９１として空間に放射される。

上述のように、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、反射型空間光強度変調素子４によって作られた信号光の空間振幅分布をフーリエ変換した空間振幅位相分布をもって、アレーアンテナ９の各アンテナ素子を励振し、マイクロ波ビーム９１を放射する。マイクロ波ビーム９１の遠方界分布はアレーアンテナ９の各アンテナ素子の振幅位相分布をフーリエ変換したものになることが知られているので、遠方界分布は反射型空間光強度変調素子４の空間振幅分布と同様になる。すなわち、反射型空間光強度変調素子４の動作させる反射鏡の位置により、マイクロ波ビーム９１の方向を制御することができる。

また、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、レーザ光発生部１で発生する複数の光の周波数により、反射型空間光強度変調素子４に照射する信号光の位置を変えることができるので、それぞれの光の周波数を変えることにより、マイクロ波ビーム９１の概略方向を複数同時に制御することができる。
また、反射型空間光強度変調素子４の光が照射している反射鏡を制御することによって、Ｋ個のそれぞれのマイクロ波ビーム９１のより細かいビーム方向とビーム形状とを制御することができる。

そして、この発明に係る実施の形態２による本光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、信号光を反射型空間光強度変調素子４中のＭ×Ｎ個のうちのＫ個の領域のみに照射するので、光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を高め、アンテナから放射する通信信号の品質を向上できる効果を有する。

一般に、レーザ光発生部１Ｂで発生できる光パワーや、光ファイバ１２で増幅したり伝送したりできる光パワーは限られている。また、光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、通常、マイクロ波ビーム９１を特定の方向に放射する用途が大半である。このため、従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置のように、発生、増幅、伝送した信号光を反射型空間光強度変調素子４の全ての領域に照射してしまうと、動作する反射鏡の数が非常に少ないため、ごく一部の信号光のみをフーリエ変換レンズ５に入射することになり、大半の光パワーを捨ててしまうことになる。このため、光パワーを有効に活用することができず、フーリエ変換レンズ５に入射する光パワーが小さくなり、結果的に信号光に雑音が多く含まれてしまい、通信信号の信号雑音比を劣化させてしまう。

一方、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、限られた信号光の光パワーを、反射型空間光強度変調素子４のＫ／（Ｍ×Ｎ）の領域のみに照射する。このため、同じ幅のマイクロ波ビーム９１をＫ個形成する場合でも、フーリエ変換レンズ５に、従来の（Ｍ×Ｎ）／Ｋ倍の光パワーを入射することができ、従来に比べ信号光強度を（Ｍ×Ｎ）／Ｋ倍に大きくすることができる。したがって、本装置を伝送する信号の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）を高めることができる。

このように、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、限られた光パワーを有効に活用し、信号光の信号雑音比を高め、アンテナから放射する通信信号の品質を向上できる。

なお、実施の形態２において、レーザ光発生部１Ｂの複数のマイクロ波入力端子１１から入力するマイクロ波は、全く同じ信号でも良いし、異なる情報を有する信号でも良い。マイクロ波の周波数も、同じでも良いし、異なっても良い。これらは本装置を用いる用途、目的によって、自由に選択することができる。

また、実施の形態２においては、空間光強度変調素子４に、エレメントとして多数の反射鏡を用いる場合について示したが、本発明はこれに限らず、空間光強度変調素子４に透過型の空間光強度変調素子４を用いても構わない。
また、信号光に空間的な強度変調をかけることができるあらゆる空間光強度変調素子４を用いることができ、同様に本発明による効果を得ることができる。

この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。 この発明に係る実施の形態１による第１の光分波部の構成を示す図である。 この発明に係る実施の形態１によるエタロンの透過強度の光周波数依存性を示すグラフである。 この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１、１Ｂ レーザ光発生部、３ 光放射部、４ 空間光強度変調素子、５ フーリエ変換レンズ、６ 光合成部、７ 光ファイバアレー、８ 光電変換部、９ アレーアンテナ、１１、１１Ｂ マイクロ波入力端子、１２ 光ファイバ、２１ 第１の光分波部、２２ 第２の光分波部、６１ レンズ、９１ マイクロ波ビーム、２１１ エタロン、２１２ サーキュレータ。

Claims (2)

1. ローカル光および上記ローカル光と周波数がマイクロ波周波数だけ離調し且つ同一の偏波である信号光を発生するレーザ光発生部と、
   上記信号光と上記ローカル光とを分波する第１の光分波部と、
   上記分波された信号光を所望の空間強度分布で反射または透過するエレメントが複数の領域に設けられた空間光強度変調素子と、
   上記反射または透過された信号光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
   上記フーリエ変換された信号光と上記分波されたローカル光とを合成する光合成部と、
   上記合成された光を空間的にサンプリングする光ファイバアレーと、
   上記サンプリングされた光をマイクロ波信号に光電変換する複数の光電変換部と、
   上記マイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと、
   を備え、
   上記反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの放射ビームを制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、
   上記レーザ光発生部は、マイクロ波周波数の離調を保ったまま上記ローカル光と上記信号光の周波数を変化し、
   上記第１の光分波部と上記空間光強度変調素子との間に、上記分波された信号光を周波数により分波する第２の光分波部および上記周波数により分波された信号光を周波数に対応する上記空間光強度変調素子の領域のエレメントに照射する光放射部を備え、
   上記レーザ光発生部で発生する信号光の周波数を変えて上記アレーアンテナからの放射ビームの概略方向を制御し、
   上記空間光強度変調素子の当該周波数の信号光が照射される領域のエレメントにより反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの放射ビームの詳細方向および形状を制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
2. 複数のローカル光および上記各ローカル光と周波数がマイクロ波周波数だけ離調し且つ同一の偏波である複数の信号光を発生するレーザ光発生部と、
   上記信号光と上記ローカル光とを分波する第１の光分波部と、
   上記分波された信号光を所望の空間強度分布で反射または透過するエレメントが複数の領域に設けられた空間光強度変調素子と、
   上記反射または透過された信号光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
   同一偏波同士の上記フーリエ変換された信号光と上記分波されたローカル光とを合成する光合成部と、
   上記合成された光を空間的にサンプリングする光ファイバアレーと、
   上記サンプリングされた光をマイクロ波信号に光電変換する複数の光電変換部と、
   上記マイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと、
   を備え、
   上記反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの放射ビームを制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、
   上記レーザ光発生部は、マイクロ波周波数の離調を保ったまま同一偏波同士の上記ローカル光と上記信号光の周波数を変化し、
   上記第１の光分波部と上記空間光強度変調素子との間に、上記分波された信号光を周波数により分波する第２の光分波部および上記周波数により分波された信号光を周波数に対応する上記空間光強度変調素子の領域のエレメントに照射する光放射部を備え、
   上記レーザ光発生部で発生する各信号光の周波数を変えて上記アレーアンテナからの各放射ビームの概略方向を制御し、
   上記空間光強度変調素子の当該各周波数の信号光が照射される領域のエレメントにより反射または透過された信号光の空間強度分布を制御して、上記アレーアンテナからの各放射ビームの詳細方向および形状を制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。

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