JP3225113B2 - 周波数ミキサ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数ミキサ装置及
び、当該周波数ミキサ装置を備えた光ファイバリンクシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＶＨＦ信号をミリ波信号に変換す
る周波数ミキサ装置を必要とするシステムにおいては、
従来、ダイオードミキサを用いている。これらのダイオ
ードミキサにおいては多くの形式が存在するが、各ダイ
オードミキサはより良好な性能を得るために、１個又は
それ以上のダイオードを用いている。典型的なダイオー
ドミキサは、中間周波数を有する中間周波信号（以下、
ＩＦ信号という。）と局部発振周波数を有する局部発振
信号（以下、ＬＯ信号という。）とを混合し、混合後の
信号を所定の通過帯域を有する帯域通過フィルタに通過
させることにより、上記ＩＦ信号とＬＯ信号を抑圧した
後、両側波帯又は単側波帯の高周波信号（以下、ＲＦ信
号という。）を出力する。

【０００３】複数のダイオードを備えたダイオードミキ
サにおいてより高い性能を得るためには、複数のダイオ
ードの特性を一致させる必要があり、これによって時間
を浪費しかつ当該ダイオードミキサの製造コストが増大
し、それが高価なものとなる。また、ベストの性能は典
型的には、例えば与えられたシステムにおいて使用する
周波数を限定するなどして、より狭い帯域において得る
ことができる。

【０００４】非常に近距離の従来のＲＦ信号伝送におい
ては、同軸伝送媒体又は導波管伝送媒体が用いられてい
る。一方、マイクロ波周波数の長距離伝送のためには、
これらの伝送媒体にとって代わって、低損失、小型であ
って電磁干渉を受けないという利点を有する光ファイバ
リンクが用いられている。この光ファイバリンクは、互
いに縦続接続された、光送信機と、光ファイバケーブル
と、光受信機とから構成される。例えばデータ信号の伝
送のためには、上記光送信機は、注入電流が変調された
レーザ又は定常状態の光出力が外部信号によって変調さ
れたレーザを備えている。上記光ファイバケーブルは、
光送信機から光受信機に光信号を伝送する伝送媒体であ
る。さらに、光受信機は、例えばピンフォトダイオード
又はアバランシェダイオードもしくは光電界効果型トラ
ンジスタ（以下、それらを光検出器という。）などの光
検出半導体デバイスを備える。この光検出器は受信され
た光信号を、通常直接強度検出と呼ばれるプロセスを用
いて電気信号に変換する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ほとん
どの光ファイバリンクの性能が限定されており、ほとん
どのアプリケーションにおいて、変調信号は最大５００
ＭＨｚの帯域幅と、通常マイクロ波から準ミリ波までの
範囲の周波数帯のアナログ搬送波信号を有する、デジタ
ル又はアナログのデータ信号を含んでいる。通常、当該
データ信号はダイオードミキサにおいて搬送波信号と混
合され、その結果得られた周波数変換信号はレーザ又は
外部変調器のいずれかに直接に印加される。

【０００６】光ファイバリンクの性能はまた、アップコ
ンバータで変換されたより高い周波数に用いられるダイ
オードミキサのために制限される。すなわち、ダイオー
ドミキサは、制限されたダイナミックレンジと、より高
い雑音指数を有するとともに、相互変調歪を生成し、こ
れらすべてが光ファイバリンクのダイナミックレンジと
雑音指数に影響を与えている。

【０００７】上述の光ファイバリンクはその両端に送信
／受信モジュール（以下、Ｔ／Ｒモジュールという。）
を備えている。これらＴ／Ｒモジュールは、衛星通信プ
ラットフォーム、アンテナを備えた無線基地局の遠隔設
置、ローカルのパーソナル通信の分配ネットワークなど
を含む多くの通信システムのためのより重要な構成要素
となっている。

【０００８】これらのすべてのシステムは、光搬送波信
号を印加する前に２個の電気信号を混合するステップ
と、混合後の電気信号に従って光搬送波信号を変調する
ステップとを含む。これら２つのステップは、全体のシ
ステムの性能を劣化させ、この結果、より高いレベルの
スプリアス信号が発生するとともに、ＬＯ信号とＩＦ信
号との間のアイソレーションが低くなるという問題点が
あった。

【０００９】本発明の第１の目的は以上の問題点を解決
し、従来例に比較して広帯域でかつ低損失で動作すると
ともに、ＬＯ信号とＩＦ信号を有効的に抑圧することが
できる周波数ミキサ装置を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第２の目的は、従来例に比
較して広帯域でかつ低損失で動作するとともに、ＬＯ信
号とＩＦ信号を有効的に抑圧することができる周波数ミ
キサ装置を備えた光ファイバリンクシステムを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の周波数ミキサ装置は、所定の光強度を有する光信号
を発生する光信号発生手段と、上記光信号発生手段によ
って発生された光信号を２分配する光分配手段と、入力
される局部発振信号が一端に入力されかつ入力される中
間周波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、上記
マイクロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記光分
配手段によって２分配された各光信号がそれぞれ入力さ
れる２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有し
て上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した
後、混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調して
出力する光変調手段と、上記光変調手段の上記２本の光
導波路から出力される各光信号を合成する光合成手段
と、上記光合成手段によって合成された光信号を光電変
換して電気信号を出力する光検出手段とを備えたことを
特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る請求項２記載の光ファ
イバリンクシステムは、第１の局と、第２の局とからな
り、上記第１の局と上記第２の局とが光ファイバケーブ
ルで接続された光ファイバリンクシステムであって、上
記第１の局は、所定の光強度を有する光信号を発生する
光信号発生手段と、上記光信号発生手段によって発生さ
れた光信号を２分配する光分配手段と、入力される局部
発振信号が一端に入力されかつ入力される中間周波信号
が他端に入力されるマイクロ波線路と、上記マイクロ波
線路と電磁気的に結合して設けられ上記光分配手段によ
って２分配された各光信号がそれぞれ入力される２本の
光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上記中間
周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、混合後の
電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する光変
調手段と、上記光変調手段の上記２本の光導波路から出
力される各光信号を合成して上記光ファイバケーブルケ
ーブルを介して上記第２の局に送信する光合成手段とを
備え、上記第２の局は、上記光合成手段によって送信さ
れた光信号を光電変換して電気信号を出力する光検出手
段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明に係る請求項３記載の周波
数ミキサ装置は、所定の光強度を有する光信号を発生す
る光信号発生手段と、上記光信号発生手段によって発生
された光信号を４分配する光分配手段と、入力される局
部発振周波数を有する局部発振信号を２分配する第１の
信号分配手段と、入力される所定の中間周波数を有する
中間周波信号を互いに９０度の位相差を有するように２
分配する第２の信号分配手段と、上記分配された一方の
局部発振信号が一端に入力されかつ上記分配された一方
の中間周波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、
上記マイクロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記
光分配手段によって４分配された各光信号のうちの２つ
の光信号がそれぞれ入力される２本の光導波路とを有
し、２次の非線形特性を有して上記中間周波信号と上記
局部発振信号とを混合した後、混合後の電気信号に従っ
て上記各光信号を変調して出力する第１の光変調手段
と、上記分配された他方の局部発振信号が一端に入力さ
れかつ上記分配された他方の中間周波信号が他端に入力
されるマイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気
的に結合して設けられ上記光分配手段によって４分配さ
れた各光信号のうちの他の２つの光信号がそれぞれ入力
される２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有
して上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した
後、混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調して
出力する第２の光変調手段と、上記第１の光変調手段の
上記２本の光導波路から出力される各光信号を合成する
第１の光合成手段と、上記第２の光変調手段の上記２本
の光導波路から出力される各光信号を合成する第２の光
合成手段と、上記第１の光合成手段によって合成された
光信号を光電変換して電気信号を出力する第１の光検出
手段と、上記第２の光合成手段によって合成された光信
号を光電変換して電気信号を出力する第２の光検出手段
と、上記第１の光検出手段から出力される電気信号と上
記第２の光検出手段から出力される電気信号とを、上記
局部発振周波数と上記中間周波数との和の周波数成分又
は差の周波数成分が逆相で抑圧されるように、互いに９
０度の位相差で合成する信号合成手段とを備えたことを
特徴とする。

【００１４】またさらに、本発明に係る請求項４記載の
光ファイバリンクシステムは、第１の局と、第２の局と
からなり、上記第１の局と上記第２の局とが第１と第２
の光ファイバケーブルで接続された光ファイバリンクシ
ステムであって、上記第１の局は、所定の光強度を有す
る光信号を発生する光信号発生手段と、上記光信号発生
手段によって発生された光信号を４分配する光分配手段
と、入力される局部発振周波数を有する局部発振信号を
２分配する第１の信号分配手段と、入力される所定の中
間周波数を有する中間周波信号を互いに９０度の位相差
を有するように２分配する第２の信号分配手段と、上記
分配された一方の局部発振信号が一端に入力されかつ上
記分配された一方の中間周波信号が他端に入力されるマ
イクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に結合
して設けられ上記光分配手段によって４分配された各光
信号のうちの２つの光信号がそれぞれ入力される２本の
光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上記中間
周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、混合後の
電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する第１
の光変調手段と、上記分配された他方の局部発振信号が
一端に入力されかつ上記分配された他方の中間周波信号
が他端に入力されるマイクロ波線路と、上記マイクロ波
線路と電磁気的に結合して設けられ上記光分配手段によ
って４分配された各光信号のうちの他の２つの光信号が
それぞれ入力される２本の光導波路とを有し、２次の非
線形特性を有して上記中間周波信号と上記局部発振信号
とを混合した後、混合後の電気信号に従って上記各光信
号を変調して出力する第２の光変調手段と、上記第１の
光変調手段の上記２本の光導波路から出力される各光信
号を合成して上記第１の光ファイバケーブルを介して上
記第２の局に送信する第１の光合成手段と、上記第２の
光変調手段の上記２本の光導波路から出力される各光信
号を合成して上記第２の光ファイバケーブルを介して上
記第２の局に送信する第２の光合成手段とを備え、上記
第２の局は、上記第１の光合成手段によって送信された
光信号を光電変換して電気信号を出力する第１の光検出
手段と、上記第２の光合成手段によって送信された光信
号を光電変換して電気信号を出力する第２の光検出手段
と、上記第１の光検出手段から出力される電気信号と上
記第２の光検出手段から出力される電気信号とを、上記
局部発振周波数と上記中間周波数との和の周波数成分又
は差の周波数成分が逆相で抑圧されるように、互いに９
０度の位相差で合成する信号合成手段とを備えたことを
特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の周波数ミキサ装置においては、
上記光変調手段は、入力される局部発振信号が一端に入
力されかつ入力される中間周波信号が他端に入力される
マイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に結
合して設けられ上記光分配手段によって２分配された各
光信号がそれぞれ入力される２本の光導波路とを有し、
２次の非線形特性を有して上記中間周波信号と上記局部
発振信号とを混合した後、混合後の電気信号に従って上
記各光信号を変調して出力する。次いで、上記光合成手
段は、上記光変調手段の上記２本の光導波路から出力さ
れる各光信号を合成し、上記光検出手段は、上記光合成
手段によって合成された光信号を光電変換して電気信号
を出力する。

【００１６】また、請求項２記載の光ファイバリンクシ
ステムにおいては、第１の局と、第２の局とからなり、
上記第１の局と上記第２の局とが光ファイバケーブルで
接続され、各手段は、請求項１記載の周波数ミキサ装置
と同様に動作する。

【００１７】さらに、請求項３記載の周波数ミキサ装置
においては、上記第１の信号分配手段は、入力される局
部発振周波数を有する局部発振信号を２分配し、上記第
２の信号分配手段は、入力される所定の中間周波数を有
する中間周波信号を互いに９０度の位相差を有するよう
に２分配する。次いで、上記第１の光変調手段は、上記
分配された一方の局部発振信号が一端に入力されかつ上
記分配された一方の中間周波信号が他端に入力されるマ
イクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に結合
して設けられ上記光分配手段によって４分配された各光
信号のうちの２つの光信号がそれぞれ入力される２本の
光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上記中間
周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、混合後の
電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する。ま
た、上記第２の光変調手段は、上記分配された他方の局
部発振信号が一端に入力されかつ上記分配された他方の
中間周波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、上
記マイクロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記光
分配手段によって４分配された各光信号のうちの他の２
つの光信号がそれぞれ入力される２本の光導波路とを有
し、２次の非線形特性を有して上記中間周波信号と上記
局部発振信号とを混合した後、混合後の電気信号に従っ
て上記各光信号を変調して出力する。さらに、上記第１
の光合成手段は、上記第１の光変調手段の上記２本の光
導波路から出力される各光信号を合成し、上記第２の光
合成手段は、上記第２の光変調手段の上記２本の光導波
路から出力される各光信号を合成する。最後に、上記第
１の光検出手段は、上記第１の光合成手段によって合成
された光信号を光電変換して電気信号を出力し、上記第
２の光検出手段は、上記第２の光合成手段によって合成
された光信号を光電変換して電気信号を出力し、上記信
号合成手段は、上記第１の光検出手段から出力される電
気信号と上記第２の光検出手段から出力される電気信号
とを、上記局部発振周波数と上記中間周波数との和の周
波数成分又は差の周波数成分が逆相で抑圧されるよう
に、互いに９０度の位相差で合成する。

【００１８】またさらに、請求項４記載の光ファイバリ
ンクシステムにおいては、第１の局と、第２の局とから
なり、上記第１の局と上記第２の局とが第１と第２の光
ファイバケーブルで接続され、各手段は、請求項３記載
の周波数ミキサ装置と同様に動作する。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。

【００２０】＜第１の実施例＞図１は本発明に係る第１
の実施例である非線形光変調器１００を用いた周波数ミ
キサ装置を備えた光ファイバリンクシステムのブロック
図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図
である。

【００２１】第１の実施例の光ファイバリンクシステム
は、無線制御局に設けられデータ信号を含むＩＦ信号を
ＲＦ信号で変調された光信号に変換するマッハ−ツェン
ダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計型非線形進行波
電気−光変調器（以下、非線形光変調器という。）１０
０と無線基地局に設けられる光電変換装置とからなるる
周波数ミキサ装置５０と、互いに所定の距離だけ離れて
設けられた無線制御局と無線基地局との間に接続される
光ファイバケーブルと４０とから構成される。

【００２２】従来のマッハ−ツェンダ干渉計型光変調器
は、電気信号に従って変調された光信号を発生するため
に用いられ、この従来のマッハ−ツェンダ干渉計型光変
調器においては、その動作点を図３のバイアス点ＢＰ１
に設定して線形特性の範囲で動作するように構成されて
いる。一方、本実施例においては、動作点を図３のバイ
アス点ＢＰ２に設定して当該光変調器を非線形の範囲で
動作させることによって、実質的に線形成分と３次以上
の係数を有さず、かつ非常に大きな２次の係数を有する
非線形特性を実現している。そして、当該非線形特性を
有する非線形光変調器１００を用いてＩＦ信号をＲＦ信
号に変換しかつＲＦ信号で強度変調された光信号に変換
する。

【００２３】本実施例で用いる非線形光変調器１００に
ついて、以下に説明する。

【００２４】図２に示すように、ＬｉＮｂＯ₃にてなる
誘電体基板１０上に公知の通りＴｉを熱拡散させること
によって所定の間隔Ｗｂだけ水平方向に離れたＴｉ：Ｌ
ｉＮｂＯ₃にてなる楕円断面形状の薄膜光導波路２７，
２８が互いに平行となるように形成される。次いで、誘
電体基板１００上にＳｉＯ₂にてなる絶縁膜１１が形成
された後、当該絶縁膜１１上に、Ａｕにてなる幅Ｗａの
帯形状の中心導体２１が光導波路２８の直上に位置する
ように形成されるとともに、当該中心導体２１を間に挟
んで所定の間隔Ｗｂだけ離れて接地導体２２，２３が形
成され、ここで、接地導体２２の中心導体２１側端部は
光導波路２７の直上に位置するように形成される。中心
導体２１と接地導体２２，２３とによってコプレーナ線
路２０を構成しており、図１に示すように、当該コプレ
ーナ線路２０の中央部が誘電体基板１０の中央部に位置
しかつコプレーナ線路２０の両端部の所定の長さ部分が
曲げられてその両端が誘電体基板１０の長手方向の長辺
に位置するようにコプレーナ線路２０が形成されてい
る。

【００２５】また、コプレーナ線路２０の中心導体２１
にはバイアス直流電源Ｂによって負のバイアス直流電圧
が印加され、このバイアス直流電圧を変化することによ
って光変調器１００の動作点を図３のバイアス点ＢＰ２
に設定して当該光変調器を非線形の範囲で動作させ、実
質的に２次の係数のみを有する非線形特性を実現させ
る。さらに、例えば、当該非線形光変調器１００におい
て、好ましくは、光導波路２７，２８に対してコプレー
ナ線路２０の導体２１，２２，２３を非対称に形成する
ことによって非線形特性を変更して、実質的に２次の係
数のみを有する非線形特性を得ることができる。

【００２６】上記非線形光変調器１００の誘電体基板１
０内には、光導波路２７，２８のほかに、光導波路２
５，３０と、光導波路Ｙ型分配器２６と、光導波路Ｙ型
合成器２９とが形成される。光導波路２５の一端は誘電
体基板１０の一短辺に位置し、光導波路２５の他端は、
分配器２６の入力端子とその第１の出力端子と、光導波
路２７と、合成器２９の第１の入力端子とその出力端子
とを介して、光導波路３０の一端に接続され、光導波路
３０の他端は誘電体基板１０の他短辺に位置する。ま
た、分配器２６の第２の出力端子は、光導波路２８を介
して合成器２９の第２の入力端子に接続される。

【００２７】局部発振器２は所定の局部発振周波数ｆ_LO
を有するＬＯ信号を発生して、当該ＬＯ信号を、ＬＯ信
号のみを通過させるとともにＬＯ信号のスプリアス信号
を除去する帯域通過フィルタ３と、入出力端子の間に位
置する１端子が終端されアイソレータとして動作する３
端子サーキュレータ４と、直流成分阻止用キャパシタＣ
１とを介して、非線形光変調器１００のコプレーナ線路
２０の一端に印加する。一方、所定の中間周波数ｆ_IFを
有し外部装置でデータ信号でデジタル変調された後、Ｉ
Ｆ信号入力端子５を介して入力されるＩＦ信号は、当該
ＩＦ信号のみを通過させるとともにＩＦ信号のスプリア
ス信号を除去する帯域通過フィルタ６と、入出力端子の
間に位置する１端子が終端されアイソレータとして動作
する３端子サーキュレータ７と、直流成分阻止用キャパ
シタＣ２とを介して、非線形光変調器１００のコプレー
ナ線路２０の他端に印加される。

【００２８】レーザダイオードを備えたレーザ光発生器
１は、比較的高い所定の光強度を有する光信号を発生し
て光ファイバケーブル２４を介して非線形光変調器１０
０の光導波路２５に出力する。光導波路２５に入射した
光信号は分配器２６によって２分配された後、分配され
た各光信号がそれぞれ光導波路２７，２８を介して合成
器２９に入射する。次いで、各光信号が合成器２９によ
って合成された後、光導波路３０を介して光ファイバケ
ーブル４０の入力端に出力する。ここで、非線形光変調
器１００内のコプレーナ線路２０に入力されたＬＯ信号
とＩＦ信号は、コプレーナ線路２０内を所定の電磁波モ
ードで伝搬する。従って、ＬＯ信号とＩＦ信号とによっ
て生じる電界は誘電体基板１０の表面に対して概ね垂直
な方向で光導波路２７，２８に印加される。

【００２９】一方、ＩＦ信号のレベルが変化したとき、
光導波路２７，２８に印加される電界が変化し、当該電
界の変化によって光導波路２７，２８の屈折率が変化
し、この屈折率の変化によって伝搬する各光信号の速度
が変化する。各光信号が異なった速度で伝搬した後、合
成器２９によって合成されるので、合成後の光信号の強
度は上記電界の変化に従って変化する。すなわち、コプ
レーナ線路２０は光導波路２７，２８に沿ってかつ互い
に電磁気的に結合するように設けられているので、上記
印加電界に従って、光導波路２７，２８を伝搬する各光
信号は強度変調を受ける。このときの強度変調特性は図
３で示され、当該強度変調特性を上述のように、２次の
非線形項のみを有するように設定されている。従って、
非線形光変調器１００は周波数ミキサとして動作し、当
該非線形光変調器１００から出力される光信号は、以下
の各周波数の電気信号の成分を含んでいる。 （ａ）上側波帯の周波数（ｆ_LO＋ｆ_IF） （ｂ）下側波帯の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF） （ｃ）ＩＦ信号の２次高調波の周波数２ｆ_IF （ｄ）ＬＯ信号の２次高調波の周波数２ｆ_LO

【００３０】さらに、非線形光変調器１００の光導波路
３０から出力される光信号は、光ファイバケーブル４０
を介して、無線基地局の光電変換装置５０の光検出器５
１に伝送される。当該光検出器５１は、例えばフォトダ
イオードやフォトトランジスタなどによって構成され、
入力される光信号を上記各周波数（ａ）乃至（ｄ）を有
する電気信号に変換した後、上側波帯の周波数（ｆ_LO＋
ｆ_IF）と下側波帯の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF）のみを通過さ
せるとともにＩＦ信号の２次高調波の周波数２ｆ_IFとＬ
Ｏ信号の２次高調波の周波数２ｆ_LOの周波数成分を除去
する帯域通過フィルタ５２を介してＲＦ信号出力端子５
３に出力する。このＲＦ信号出力端子５３には例えば、
ＲＦ電力増幅器を介して無線基地局のアンテナ（図示せ
ず。）に接続され、上側波帯の周波数（ｆ_LO＋ｆ_IF）と
下側波帯の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF）のＲＦ信号が当該アン
テナから送信される。

【００３１】以上説明したように、非線形光変調器１０
０と光電変換装置５０とによって、２個の電気信号（Ｌ
Ｏ信号とＩＦ信号）を混合してＬＯ信号の周波数を中心
とする両側波帯信号で強度変調された光信号を発生した
後、光電変換して両側波帯ＲＦ信号を出力することがで
きる。すなわち、ＩＦ信号を両側波帯ＲＦ信号に周波数
変換する周波数ミキサ装置を実現するとともに、変換後
の両側波帯ＲＦ信号を含む光信号を遠隔の無線基地局に
伝送することができる。

【００３２】以上のように構成された周波数ミキサ装置
を備えた光ファイバリンクシステムは次のような特有の
利点を有する。 （１）非線形光変調器１００を用いて電気信号の混合を
行っているので、広帯域で電気信号の混合を行うことが
できる。 （２）上記の構成の非線形光変調器１００においては、
ＬＯ信号とＩＦ信号とをコプレーナ線路２０の両端に印
加しているので、ＬＯ信号とＩＦ信号とを合成するため
の電気信号合成器を用いる必要がなく、これによって低
損失で周波数混合を行うことができる。 （３）２次の係数のみを有する非線形特性を備えた非線
形光変調器１００を用いているので、光信号に含まれる
電気信号の周波数成分として、ＬＯ信号やＩＦ信号が抑
圧される。従って、入力されるＬＯ信号とＩＦ信号との
間で十分に高いアイソレーションを得ることができる。 （４）従来のダイオードミキサにおいては、能動素子で
あるため必然的に損失が存在する。一方、レーザ光発生
器１は一般に低雑音でより高い光強度の光信号を発生す
ることができるので、電気信号で周波数混合する場合に
比較してより高いＳ／Ｎで電気信号の周波数混合を行う
ことができる。これによって、入力するＩＦ信号のダイ
ナミックレンジをより広くとることができる。 （５）光変調器１００において光信号が電気信号によっ
て強度変調を受けるときに、例えばＩＦ信号よりも高い
周波数成分を有するスプリアス信号の波長は短いので、
光信号とスプリアス信号との干渉時間は短い。従って、
ＩＦ信号より高い周波数成分を有するスプリアス信号に
対して周波数変調応答はほとんど無く、非線形光変調器
１００においてスプリアス信号が発生することがない。 （６）当該光ファイバリンクシステムにおいては、周波
数混合と電光変換とを同時に行うことができるので、構
成が簡単になるとともに、上述のように低損失で信号変
換することができる。

【００３３】＜第２の実施例＞図４は本発明に係る第２
の実施例である非線形光変調器を用いた周波数ミキサ装
置を備えた光ファイバリンクシステムのブロック図であ
る。

【００３４】第２の実施例の周波数ミキサ装置は、２個
の第１と第２の非線形光変調器１０１ａ，１０１ｂから
なる非線形光変調器１００ａを備え、光電変換装置５０
ａにおいて上側波帯の周波数（ｆ_LO＋ｆ_IF）と下側波帯
の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF）のＲＦ信号の両側波帯のＲＦ信
号のうちの上側波帯の周波数成分を抑圧することを特徴
としている。以下、第１の実施例との相違点について説
明する。

【００３５】非線形光変調器１００ａは、それぞれ第１
の実施例の非線形光変調器１００と同様の構成を有し、
（ａ）光導波路２７ａ，２８ａと、中心導体２１ａと接
地導体２２ａ，２３とからなるコプレーナ線路２０ａと
を備えた第１の非線形光変調器１０１ａと、（ｂ）光導
波路２７ｂ，２８ｂと、中心導体２１ｂと接地導体２２
ｂ，２３とからなるコプレーナ線路２０ｂとを備えた第
２の非線形光変調器１０１ｂとを備える。ここで、コプ
レーナ線路２０ａ，２０ｂの中心導体２１ａ，２１ｂに
はそれぞれバイアス直流電源Ｂａ，Ｂｂによって負のバ
イアス直流電圧が印加され、このバイアス直流電圧を変
化することによって光変調器１００ａの第１と第２の光
変調器の各動作点を図３のバイアス点ＢＰ２に設定し
て、当該各光変調器をそれぞれ非線形の範囲で動作さ
せ、実質的に２次の係数のみを有する非線形特性を実現
させる。

【００３６】局部発振器２は所定の局部発振周波数ｆ_LO
を有するＬＯ信号を発生して、当該ＬＯ信号を、ＬＯ信
号のみを通過させるとともにＬＯ信号のスプリアス信号
を除去する帯域通過フィルタ３と、入出力端子の間に位
置する１端子が終端されアイソレータとして動作する３
端子サーキュレータ４とを介して同相分配器８に出力す
る。同相分配器８は入力したＬＯ信号を同相で２分配し
た後、２分配した一方のＬＯ信号を直流成分阻止用キャ
パシタＣ１ａと介してコプレーナ線路２０ａの一端に印
加するとともに、他方のＬＯ信号を直流成分阻止用キャ
パシタＣ１ｂを介してコプレーナ線路２０ｂの一端に印
加する。一方、所定の中間周波数ｆ_IFを有し外部装置で
データ信号でデジタル変調された後、ＩＦ信号入力端子
５を介して入力されるＩＦ信号は、当該ＩＦ信号のみを
通過させるとともにＩＦ信号のスプリアス信号を除去す
る帯域通過フィルタ６と、入出力端子の間に位置する１
端子が終端されアイソレータとして動作する３端子サー
キュレータ７とを介して９０度位相差分配器９に入力さ
れる。分配器９は入力されたＩＦ信号を２分配した後、
一方のＩＦ信号をそのまま直流成分阻止用キャパシタＣ
２ｂを介してコプレーナ線路２０ｂの他端に印加すると
ともに、他方のＩＦ信号を９０度だけ移相して直流成分
阻止用キャパシタＣ２ａを介してコプレーナ線路２０ａ
の他端に印加する。

【００３７】レーザダイオードを備えたレーザ光発生器
１は所定の光強度を有する光信号を発生して光ファイバ
ケーブル２４を介して非線形光変調器１００ａの光導波
路２５に出力する。光導波路２５に入射した光信号は光
導波路Ｙ型分配器２５ｄによって２分配された後、一方
の光信号が光導波路２５ａを介して光導波路Ｙ型分配器
２６ａに入射し、他方の光信号が光導波路２５ｂを介し
て光導波路Ｙ型分配器２６ｂに入射する。

【００３８】次いで、分配器２６ａに入射した光信号は
２分配された後、分配された各光信号がそれぞれ光導波
路２７ａ，２８ａを介して合成器２９ａに入射する。さ
らに、各光信号が合成器２９ａによって合成された後、
光導波路３０ａを介して光ファイバケーブル４０ａの入
力端に出力する。一方、分配器２６ｂに入射した光信号
は２分配された後、分配された各光信号がそれぞれ光導
波路２７ｂ，２８ｂを介して合成器２９ｂに入射する。
さらに、各光信号が合成器２９ｂによって合成された
後、光導波路３０ｂを介して光ファイバケーブル４０ｂ
の入力端に出力する。

【００３９】ここで、非線形光変調器１００ａの第１と
第２の光変調器１０１ａ，１０１ｂはそれぞれ、第１の
実施例と同様に周波数ミキサとして動作する。

【００４０】さらに、光導波路３０ａから出力される光
信号は光ファイバケーブル４０ａを介して無線基地局の
光電変換装置５０ａの光検出器５１ａに伝送される一
方、光導波路３０ｂから出力される光信号は光ファイバ
ケーブル４０ｂを介して無線基地局の光電変換装置５０
ｂの光検出器５１ｂに伝送される。光検出器５１ａ，５
１ｂはそれぞれ、入力された光信号を電気信号に変換し
た後、９０度位相差合成器５４に出力する。合成器５４
は光検出器５１ａから入力される電気信号をそのまま入
力する一方、光検出器５１ｂから入力される電気信号を
９０度だけ移相し、両電気信号を同相合成した後、ＲＦ
信号出力端子５３に出力する。

【００４１】以上のように構成された実施例において
は、第１の光変調器１０１ａのコプレーナ線路２０ａに
印加されるＩＦ信号を、第２の光変調器１０１ｂのコプ
レーナ線路２０ｂに印加されるＩＦ信号よりも９０度だ
け移相する一方、光電変換装置５０ａ内の合成器５４に
おいて光検出器５１ｂからの電気信号のみを９０度だけ
移相した後光検出器５１ａからの電気信号と合成してい
るので、合成器５４において逆相合成される上側波帯の
周波数（ｆ_LO＋ｆ_IF）の成分が互いに逆相加算でキャン
セルされて抑圧され、ＲＦ信号出力端子５３には上側波
帯の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF）の成分のＲＦ信号が出力され
る。

【００４２】以上の第２の実施例において、光電変換装
置５０ａ内の合成器５４において光検出器５１ａからの
電気信号のみを９０度だけ移相した後光検出器５１ｂか
らの電気信号と合成しているが、光電変換装置５０ａ内
の合成器５４において光検出器５１ｂからの電気信号の
みを９０度だけ移相した後光検出器５１ａからの電気信
号と合成してもよい。この場合、合成器５４において逆
相合成される上側波帯の周波数（ｆ_LO−ｆ_IF）の成分が
互いに逆相加算でキャンセルされて抑圧され、ＲＦ信号
出力端子５３には上側波帯の周波数（ｆ_LO＋ｆ_IF）の成
分のＲＦ信号が出力される。

【００４３】以上のように構成された第２の実施例又は
その変形例の周波数ミキサ装置を備えた光ファイバリン
クシステムは、第１の実施例の効果に加えて、一方の側
波帯の周波数成分の信号を抑圧することができるという
利点がある。

【００４４】＜他の実施例＞以上の実施例において、光
ファイバリンクシステムを構成しているが、光ファイバ
ケーブル４０，４０ａの長さを短くして、非線形光変調
器１００，１００ａと光電変換装置５０，５０ａとを１
個の装置内で近接して設け、周波数ミキサ装置として用
いてもよい。

【００４５】以上の実施例において、非線形光変調器と
して、マッハ−ツェンダ干渉計型非線形光変調器を用い
ているが、本発明はこれに限らず、実質的に２次の係数
のみを有する非線形特性を備えた非線形光変調器を用い
てもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る周波数
ミキサ装置によれば、所定の光強度を有する光信号を発
生する光信号発生手段と、上記光信号発生手段によって
発生された光信号を２分配する光分配手段と、入力され
る局部発振信号が一端に入力されかつ入力される中間周
波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、上記マイ
クロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記光分配手
段によって２分配された各光信号がそれぞれ入力される
２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上
記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した後混合
後の電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する
光変調手段と、上記光変調手段の上記２本の光導波路か
ら出力される各光信号を合成する光合成手段と、上記光
合成手段によって合成された光信号を光電変換して電気
信号を出力する光検出手段とを備える。従って、本発明
に係る周波数ミキサ装置は、以下の特有の利点を有す
る。

【００４７】（１）上記光変調手段を用いて電気信号の
混合を行っているので、広帯域で電気信号の混合を行う
ことができる。 （２）上記光変調手段においては、ＬＯ信号とＩＦ信号
とをマイクロ波線路の両端に印加しているので、ＬＯ信
号とＩＦ信号とを合成するための電気信号合成器を用い
る必要がなく、これによって低損失で周波数混合を行う
ことができる。 （３）２次の係数のみを有する非線形特性を備えた光変
調手段を用いているので、光信号に含まれる電気信号の
周波数成分として、ＬＯ信号やＩＦ信号が抑圧される。
従って、入力されるＬＯ信号とＩＦ信号との間で十分に
高いアイソレーションを得ることができる。 （４）従来のダイオードミキサにおいては、能動素子で
あるため必然的に損失が存在する。一方、上記光信号発
生手段は一般に低雑音でより高い光強度の光信号を発生
することができるので、電気信号で周波数混合する場合
に比較してより高いＳ／Ｎで電気信号の周波数混合を行
うことができる。これによって、入力するＩＦ信号のダ
イナミックレンジをより広くとることができる。 （５）上記光変調手段において光信号が電気信号によっ
て強度変調を受けるときに、例えばＩＦ信号よりも高い
周波数成分を有するスプリアス信号の波長は短いので、
光信号とスプリアス信号との干渉時間は短い。従って、
ＩＦ信号より高い周波数成分を有するスプリアス信号に
対して周波数変調応答はほとんど無く、スプリアス信号
が発生することがない。

【００４８】また、上記周波数ミキサ装置を用いて光フ
ァイバリンクシステムを構成した場合、周波数混合と電
光変換とを同時に行うことができるので、構成が簡単に
なるとともに、上述のように低損失で信号変換すること
ができる。

【００４９】さらに、請求項３記載の周波数ミキサ装置
及び請求項４記載の光ファイバリンクシステムにおいて
は、２個の光変調手段を用いてＬＯ信号とＩＦ信号との
間で周波数混合及び電光変換を行った後、それぞれ光変
調された各光信号をそれぞれ光電変換し、局部発振周波
数と中間周波数との和の周波数成分又は差の周波数成分
が逆相で抑圧されるように互いに９０度の位相差で合成
するので、局部発振周波数と中間周波数との和の周波数
成分又は差の周波数成分を抑圧するフィルタを備える必
要がないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施例である非線形光変
調器を用いた周波数ミキサ装置を備えた光ファイバリン
クシステムのブロック図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ’線についての縦断面図であ
る。

【図３】 図１の非線形光変調器におけるバイアス点を
示す負のバイアス電圧に対する規格化光出力強度のグラ
フである。

【図４】 本発明に係る第２の実施例である非線形光変
調器を用いた周波数ミキサ装置を備えた光ファイバリン
クシステムのブロック図である。

【符号の説明】

１…レーザ光発生器、 ２…局部発振器、 ３，６…帯域通過フィルタ、 ４，７…３端子サーキュレータ、 ５…ＩＦ信号入力端子、 ８…同相分配器、 ９…９０度位相差分配器、 １０…誘電体基板、 １１…絶縁膜、 ２０，２０ａ，２０ｂ…コプレーナ線路、 ２１，２１ａ，２１ｂ…中心導体、 ２２，２３，２２ａ，２２ｂ…接地導体、 ２４…光ファイバケーブル、 ２５，２７，２８，３０，２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２
７ｂ，２８ａ，２８ｂ，３０ａ，３０ｂ…光導波路、 ２６，２６ａ，２６ｂ，２５ｄ…光導波路Ｙ型分配器、 ２９，２９ａ，２９ｂ…光導波路Ｙ型合成器、 ４０，４０ａ，４０ｂ…光ファイバケーブル、 ５０，５０ａ…光電変換装置、 ５１，５１ａ，５１ｂ…光検出器、 ５２…帯域通過フィルタ、 ５３…ＲＦ信号出力端子、 ５４…９０度位相差合成器、 １００，１００ａ…非線形光変調器、 １０１ａ…第１の光変調器、 １０１ｂ…第２の光変調器、 Ｂ，Ｂａ，Ｂｂ…バイアス直流電源、 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ…キャパ
シタ、 ＢＰ２…バイアス点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/36 (56)参考文献 特開 平４−233339（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−60432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−28621（ＪＰ，Ａ) 小川 他、「ミリ波信号伝送用光ファ イバリンクの構成法」、電子情報通信学 会春季大会、ｐ．426、分冊２（Ｂ− 426）、1992年 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H03D 7/00 H04B 7/26

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光強度を有する光信号を発生する
   光信号発生手段と、 上記光信号発生手段によって発生された光信号を２分配
   する光分配手段と、 入力される局部発振信号が一端に入力されかつ入力され
   る中間周波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、
   上記マイクロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記
   光分配手段によって２分配された各光信号がそれぞれ入
   力される２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を
   有して上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合し
   た後、混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調し
   て出力する光変調手段と、 上記光変調手段の上記２本の光導波路から出力される各
   光信号を合成する光合成手段と、 上記光合成手段によって合成された光信号を光電変換し
   て電気信号を出力する光検出手段とを備えたことを特徴
   とする周波数ミキサ装置。
2. 【請求項２】 第１の局と、第２の局とからなり、上記
   第１の局と上記第２の局とが光ファイバケーブルで接続
   された光ファイバリンクシステムであって、 上記第１の局は、 所定の光強度を有する光信号を発生する光信号発生手段
   と、 上記光信号発生手段によって発生された光信号を２分配
   する光分配手段と、 入力される局部発振信号が一端に入力されかつ入力され
   る中間周波信号が他端に入力されるマイクロ波線路と、
   上記マイクロ波線路と電磁気的に結合して設けられ上記
   光分配手段によって２分配された各光信号がそれぞれ入
   力される２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を
   有して上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合し
   た後、混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調し
   て出力する光変調手段と、 上記光変調手段の上記２本の光導波路から出力される各
   光信号を合成して上記光ファイバケーブルケーブルを介
   して上記第２の局に送信する光合成手段とを備え、 上記第２の局は、 上記光合成手段によって送信された光信号を光電変換し
   て電気信号を出力する光検出手段とを備えたことを特徴
   とする光ファイバリンクシステム。
3. 【請求項３】 所定の光強度を有する光信号を発生する
   光信号発生手段と、 上記光信号発生手段によって発生された光信号を４分配
   する光分配手段と、 入力される局部発振周波数を有する局部発振信号を２分
   配する第１の信号分配手段と、 入力される所定の中間周波数を有する中間周波信号を互
   いに９０度の位相差を有するように２分配する第２の信
   号分配手段と、 上記分配された一方の局部発振信号が一端に入力されか
   つ上記分配された一方の中間周波信号が他端に入力され
   るマイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に
   結合して設けられ上記光分配手段によって４分配された
   各光信号のうちの２つの光信号がそれぞれ入力される２
   本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上記
   中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、混合
   後の電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する
   第１の光変調手段と、 上記分配された他方の局部発振信号が一端に入力されか
   つ上記分配された他方の中間周波信号が他端に入力され
   るマイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に
   結合して設けられ上記光分配手段によって４分配された
   各光信号のうちの他の２つの光信号がそれぞれ入力され
   る２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して
   上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、
   混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調して出力
   する第２の光変調手段と、 上記第１の光変調手段の上記２本の光導波路から出力さ
   れる各光信号を合成する第１の光合成手段と、 上記第２の光変調手段の上記２本の光導波路から出力さ
   れる各光信号を合成する第２の光合成手段と、 上記第１の光合成手段によって合成された光信号を光電
   変換して電気信号を出力する第１の光検出手段と、 上記第２の光合成手段によって合成された光信号を光電
   変換して電気信号を出力する第２の光検出手段と、 上記第１の光検出手段から出力される電気信号と上記第
   ２の光検出手段から出力される電気信号とを、上記局部
   発振周波数と上記中間周波数との和の周波数成分又は差
   の周波数成分が逆相で抑圧されるように、互いに９０度
   の位相差で合成する信号合成手段とを備えたことを特徴
   とする周波数ミキサ装置。
4. 【請求項４】 第１の局と、第２の局とからなり、上記
   第１の局と上記第２の局とが第１と第２の光ファイバケ
   ーブルで接続された光ファイバリンクシステムであっ
   て、 上記第１の局は、 所定の光強度を有する光信号を発生する光信号発生手段
   と、 上記光信号発生手段によって発生された光信号を４分配
   する光分配手段と、 入力される局部発振周波数を有する局部発振信号を２分
   配する第１の信号分配手段と、 入力される所定の中間周波数を有する中間周波信号を互
   いに９０度の位相差を有するように２分配する第２の信
   号分配手段と、 上記分配された一方の局部発振信号が一端に入力されか
   つ上記分配された一方の中間周波信号が他端に入力され
   るマイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に
   結合して設けられ上記光分配手段によって４分配された
   各光信号のうちの２つの光信号がそれぞれ入力される２
   本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して上記
   中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、混合
   後の電気信号に従って上記各光信号を変調して出力する
   第１の光変調手段と、 上記分配された他方の局部発振信号が一端に入力されか
   つ上記分配された他方の中間周波信号が他端に入力され
   るマイクロ波線路と、上記マイクロ波線路と電磁気的に
   結合して設けられ上記光分配手段によって４分配された
   各光信号のうちの他の２つの光信号がそれぞれ入力され
   る２本の光導波路とを有し、２次の非線形特性を有して
   上記中間周波信号と上記局部発振信号とを混合した後、
   混合後の電気信号に従って上記各光信号を変調して出力
   する第２の光変調手段と、 上記第１の光変調手段の上記２本の光導波路から出力さ
   れる各光信号を合成して上記第１の光ファイバケーブル
   を介して上記第２の局に送信する第１の光合成手段と、 上記第２の光変調手段の上記２本の光導波路から出力さ
   れる各光信号を合成して上記第２の光ファイバケーブル
   を介して上記第２の局に送信する第２の光合成手段とを
   備え、 上記第２の局は、 上記第１の光合成手段によって送信された光信号を光電
   変換して電気信号を出力する第１の光検出手段と、 上記第２の光合成手段によって送信された光信号を光電
   変換して電気信号を出力する第２の光検出手段と、 上記第１の光検出手段から出力される電気信号と上記第
   ２の光検出手段から出力される電気信号とを、上記局部
   発振周波数と上記中間周波数との和の周波数成分又は差
   の周波数成分が逆相で抑圧されるように、互いに９０度
   の位相差で合成する信号合成手段とを備えたことを特徴
   とする光ファイバリンクシステム。