JP3271449B2 - Beam forming circuit for phased array - Google Patents

Beam forming circuit for phased array

Info

Publication number
JP3271449B2
JP3271449B2 JP30250194A JP30250194A JP3271449B2 JP 3271449 B2 JP3271449 B2 JP 3271449B2 JP 30250194 A JP30250194 A JP 30250194A JP 30250194 A JP30250194 A JP 30250194A JP 3271449 B2 JP3271449 B2 JP 3271449B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
signal light
silica
switch
delay line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP30250194A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08162836A (en
Inventor
育生 小川
浩二 堀川
博世 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP30250194A priority Critical patent/JP3271449B2/en
Publication of JPH08162836A publication Critical patent/JPH08162836A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3271449B2 publication Critical patent/JP3271449B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、移動体通信またはパー
ソナル通信等で用いられるフェーズドアレー方式におい
て、複数の放射素子に所定の位相および振幅を有する信
号を給電するフェーズドアレー用ビーム成形回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phased array beam forming circuit for feeding a signal having a predetermined phase and amplitude to a plurality of radiating elements in a phased array system used in mobile communication or personal communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動体通信またはパーソナル通信等で
は、伝送信号の大容量化および携帯機の小型化が要求さ
れており、その実現にむけてフェーズドアレー方式が検
討されている。フェーズドアレー方式は、空間で電力合
成を行うので高効率な電力の送信が可能である。また、
指向性の高いビームを形成できるので、周波数の繰り返
し利用が可能である。さらに、ビームの出射方向を可変
にできるので、トラヒック変動に対して柔軟性の高い伝
送路を実現することができる。
2. Description of the Related Art In mobile communication or personal communication, etc., it is required to increase the capacity of transmission signals and to reduce the size of a portable device. For this purpose, a phased array system is being studied. In the phased array system, since power is synthesized in space, highly efficient power transmission is possible. Also,
Since a beam with high directivity can be formed, the frequency can be repeatedly used. Further, since the emission direction of the beam can be made variable, a transmission path with high flexibility against traffic fluctuation can be realized.

【0003】このようなフェーズドアレー方式を実現す
るには、複数の放射素子に所定の位相および振幅を有す
る信号を給電するビーム成形回路が必要となる。しか
し、これを電気回路で構成すると、放射素子が数百にも
及ぶ通信衛星搭載用などの大規模アンテナに対して回路
規模が膨大になる問題がある。そこで、光回路を用いる
ことにより回路規模を大幅に縮小し、全体として小型
化、軽量化を図ったフェーズドアレー用ビーム成形回路
が提案されている。
In order to realize such a phased array system, a beam forming circuit for feeding a signal having a predetermined phase and amplitude to a plurality of radiating elements is required. However, when this is constituted by an electric circuit, there is a problem that the circuit scale becomes enormous for a large-scale antenna for mounting on a communication satellite having hundreds of radiating elements. Therefore, there has been proposed a beam forming circuit for a phased array in which the circuit scale is significantly reduced by using an optical circuit, and the overall size and weight are reduced.

【0004】図6は、光回路を用いた従来のフェーズド
アレー用ビーム成形回路の構成例を示す。図において、
光源1は送信電気信号によって強度変調した信号光を出
力する。信号光はフェーズドアレー用ビーム成形回路2
の光分配器10に入力され、放射素子数に応じたN本の
経路に分配され、各々の経路に配置されたN個の可変移
相器20でそれぞれ所定の位相が付与される。フェーズ
ドアレー用ビーム成形回路2の各可変移相器から出力さ
れる信号光は、それぞれ受光器3で電気信号に変換さ
れ、さらに増幅器4で増幅された後に放射素子5に供給
される。ここで用いる可変移相器20は、光波の位相を
変化させるためのものではなく、最終的に得られる電気
信号の位相を変化させるものである。このような可変移
相器で所定の位相分布を与えることにより、任意の方向
(放射角Θ)にビームを形成することができる。
FIG. 6 shows a configuration example of a conventional beam forming circuit for a phased array using an optical circuit. In the figure,
The light source 1 outputs a signal light whose intensity is modulated by a transmission electric signal. Signal light is beamforming circuit 2 for phased array
And is distributed to N paths according to the number of radiating elements, and a predetermined phase is given to each of the N variable phase shifters 20 arranged in each path. The signal light output from each variable phase shifter of the phased array beam shaping circuit 2 is converted into an electric signal by the light receiver 3, further amplified by the amplifier 4, and supplied to the radiating element 5. The variable phase shifter 20 used here does not change the phase of the light wave, but changes the phase of the finally obtained electric signal. By giving a predetermined phase distribution with such a variable phase shifter, a beam can be formed in an arbitrary direction (radiation angle Θ).

【0005】なお、本構成例は1つのビームを形成す
る、いわゆるシングル・ビーム用のものである。複数の
ビームを同時に形成するマルチ・ビーム用ビーム成形回
路はこれを組み合わせて構成することができるので、本
明細書ではフェーズドアレー用ビーム成形回路としてシ
ングル・ビーム用のものを用いて説明する。図7は、従
来の可変移相器の構成例,を示す。
[0005] This configuration example is for a so-called single beam, which forms one beam. Since a multi-beam forming circuit for simultaneously forming a plurality of beams can be configured by combining these, a single-beam forming circuit for a phased array will be described in this specification. FIG. 7 shows a configuration example of a conventional variable phase shifter.

【0006】図7(a) に示す構成例は、線路長の異な
るL個の固定遅延線路200を有し、信号光は光経路選
択スイッチ100で選択された1つの固定遅延線路に入
射される。その固定遅延線路を通過した信号光は、光合
波器300を介して出力される構成である。なお、光合
波器300は、光経路選択スイッチ100が用いられる
場合もある。
The configuration example shown in FIG. 7A has L fixed delay lines 200 having different line lengths, and signal light is incident on one fixed delay line selected by the optical path selection switch 100. . The signal light having passed through the fixed delay line is output via the optical multiplexer 300. Note that the optical multiplexer 300 may use the optical path selection switch 100 in some cases.

【0007】図7(b) に示す構成例は、線路長の異な
るL個の固定遅延線路200を有し、信号光は光分配器
400を介して各固定遅延線路に分配される。各固定遅
延線路を通過した信号光の1つが光経路選択スイッチ1
00で選択されて出力される構成である。いずれの構成
においても、可変移相器を通過する信号光は、光経路選
択スイッチ100で選択された固定遅延線路の線路長に
応じた位相変化が得られるようになっている。
[0007] The configuration example shown in FIG. 7B has L fixed delay lines 200 having different line lengths, and the signal light is distributed to each fixed delay line via an optical distributor 400. One of the signal lights passing through each fixed delay line is an optical path selection switch 1.
This is a configuration that is selected and output at 00. In any of the configurations, the signal light passing through the variable phase shifter can be changed in phase according to the line length of the fixed delay line selected by the optical path selection switch 100.

【0008】図8は、半導体光導波路を用いた可変移相
器の検討例を示す (W. Ng, et al.,"GaAs Optical Ti
me-Shift Network for Steering a Dual-Band Microw
avePhased Array Antenna", SPIE Vol.1703, pp.379-38
3, 1992) 。本検討例は図7(b) に示す構成例に対応
するものであり、半導体基板7上に、光分配器400お
よび複数の固定遅延線路200を形成する半導体光導波
路を用いた遅延線路210と、光経路選択スイッチ10
0および受光器3としてMSMディテクタ6がモノリシ
ックに形成されている。MSMディテクタ6は、受光器
としての光電変換機能と、駆動電圧をオンオフすること
により所定の光導波路を選択するスイッチ機能を同時に
実現している。
FIG. 8 shows a study example of a variable phase shifter using a semiconductor optical waveguide (W. Ng, et al., “GaAs Optical Ti
me-Shift Network for Steering a Dual-Band Microw
avePhased Array Antenna ", SPIE Vol.1703, pp.379-38
3, 1992). This study example corresponds to the configuration example shown in FIG. 7B, and includes a delay line 210 using a semiconductor optical waveguide forming an optical distributor 400 and a plurality of fixed delay lines 200 on a semiconductor substrate 7. , Optical path selection switch 10
The MSM detector 6 is monolithically formed as 0 and the light receiver 3. The MSM detector 6 simultaneously realizes a photoelectric conversion function as a light receiver and a switch function of selecting a predetermined optical waveguide by turning on and off a drive voltage.

【0009】このような半導体光導波路を用いることに
より、複数の固定遅延線路と受光器等の光電変換素子を
一体に形成できる利点がある。しかし、一般的に半導体
光導波路は伝搬損失が1dB/cm以上と大きく、信号とし
て用いるマイクロ波の波長程度(1〜10cm程度)の線路
長差を有する遅延線路には適さない。また、半導体光導
波路は曲げ半径を小さくできるものの曲げ損失が大き
く、曲げ半径1.5mm のS字曲げで約0.5dB 程度の損失を
生じるので、曲げ光導波路を多用する遅延線路には適さ
ない。すなわち、半導体光導波路を用いた可変移相器
は、平均的な回路の挿入損失が大きくなってしまうとと
もに、遅延線路ごとの損失の差が大きくなるので遅延線
路長差を大きく設定することが困難であった。また、半
導体光導波路により形成される光分配器は、原理的に10
×logL(dB)の分岐損失があるので挿入損失がさらに大
きくなり、遅延線路による線路長の設定範囲が制限され
る問題があった。
By using such a semiconductor optical waveguide, there is an advantage that a plurality of fixed delay lines and a photoelectric conversion element such as a photodetector can be integrally formed. However, the semiconductor optical waveguide generally has a large propagation loss of 1 dB / cm or more, and is not suitable for a delay line having a line length difference of about the wavelength of a microwave used as a signal (about 1 to 10 cm). Further, although the semiconductor optical waveguide can reduce the bending radius, it has a large bending loss, and a loss of about 0.5 dB occurs in an S-shaped bending with a bending radius of 1.5 mm. Therefore, the semiconductor optical waveguide is not suitable for a delay line that uses many bending optical waveguides. That is, in the variable phase shifter using the semiconductor optical waveguide, the insertion loss of the average circuit becomes large, and the loss difference between the delay lines becomes large, so that it is difficult to set the delay line length difference large. Met. In addition, the optical distributor formed by the semiconductor optical waveguide has a principle of 10
Since there is a branch loss of × log L (dB), the insertion loss is further increased, and there is a problem that the setting range of the line length by the delay line is limited.

【0010】図9は、従来の可変移相器の構成例を示
す。本構成例は図7(a) に示す構成例を縦続に接続し
たものである。すなわち、光経路選択スイッチ100と
固定遅延線路200とにより構成される光遅延線路選択
回路30をM段縦続に接続し、M段目の光遅延線路選択
回路30に光合波器300を接続した構成である。
FIG. 9 shows a configuration example of a conventional variable phase shifter. This configuration example is a cascade connection of the configuration example shown in FIG. That is, a configuration in which the optical delay line selection circuit 30 composed of the optical path selection switch 100 and the fixed delay line 200 is connected in cascade in M stages, and the optical multiplexer 300 is connected to the optical delay line selection circuit 30 in the M stage. It is.

【0011】このような構成では、LM 個の異なる経路
が選択可能であり、同数の遅延線路を並列に形成した場
合の経路数L×Mに比べて遅延量選択の自由度が格段に
大きく、柔軟なビームステアリングが可能になってい
る。しかし、本構成のように遅延線路を縦続に接続する
構成では、並列構成に比べて平均線路長が長くなる。し
たがって、半導体光導波路を用いて構成する場合には伝
搬損失が大きくなり、縦続接続段数Mの制限によって遅
延量選択の自由度をそれほど大きくすることはできなか
った。
In such a configuration, L M different paths can be selected, and the degree of freedom in selecting the delay amount is much greater than the number of paths L × M when the same number of delay lines are formed in parallel. , Flexible beam steering is possible. However, in the configuration in which delay lines are connected in cascade as in this configuration, the average line length is longer than in the parallel configuration. Therefore, in the case of using a semiconductor optical waveguide, the propagation loss increases, and the degree of freedom in selecting the amount of delay cannot be increased so much due to the limitation of the number M of cascade connections.

【0012】図10は従来の可変移相器の構成例が有
する問題点を解決する検討例を示す(C.T.Sullivan, et
al.,"Switched Time Deley Elements Based on AlGaAs/
GaAsOptical Waveguide Technology at 1.32μm for Op
tically Controlled PhasedArray Antennas", SPIE Vo
l.1703, pp.264-271, 1992) 。本検討例は、半導体基板
7上に、光経路選択スイッチとなる2×2電気光学効果
スイッチ110のみを形成し、伝搬損失および曲げ損失
の大半が生じると考えられる固定遅延線路200を光フ
ァイバ遅延線路220を用いて構成する。この構成によ
り各経路の伝搬損失の差を低減することが可能である。
FIG. 10 shows a study example for solving the problems of the configuration example of the conventional variable phase shifter (CTSullivan, et al.).
al., "Switched Time Deley Elements Based on AlGaAs /
GaAsOptical Waveguide Technology at 1.32μm for Op
tically Controlled PhasedArray Antennas ", SPIE Vo
l.1703, pp.264-271, 1992). In the present study example, only the 2 × 2 electro-optic effect switch 110 serving as an optical path selection switch is formed on the semiconductor substrate 7, and the fixed delay line 200, which is considered to cause most of the propagation loss and bending loss, is connected to the optical fiber delay switch. It is configured using the line 220. With this configuration, it is possible to reduce the difference in the propagation loss of each path.

【0013】しかし、2×2電気光学効果スイッチ11
0を構成する半導体光導波路は光ファイバに比べてコア
径が小さく、モードフィールドの形状も光ファイバとは
異なっているので、1接続点当たり5dB程度の大きなフ
ァイバ接続損失が生じ、根本的な低損失化を実現するこ
とは困難であった。一方、半導体光導波路と光ファイバ
の接続損失を低減するために先球レンズ・ファイバ等を
用いる方法がある。この方法では、接続損失を1接続点
当たり1〜3dB程度低減できるが、サブミクロン・オー
ダーの接続精度が要求されるので、本検討例のように接
続点が多くなる場合には接続点ごとのばらつきが大きく
なる問題があった。また、半導体光導波路は偏波依存性
があるので光ファイバ遅延線路220として偏波保持光
ファイバを用いる必要があるが、本検討例のように光フ
ァイバの両端を接続する必要があった。さらに、先球レ
ンズ加工を施す場合には、偏波を保持した状態で接続す
ることは困難であった。
However, the 2 × 2 electro-optic effect switch 11
Since the semiconductor optical waveguide constituting the optical fiber 0 has a smaller core diameter than the optical fiber and a mode field shape different from that of the optical fiber, a large fiber connection loss of about 5 dB per connection point occurs, and a fundamentally low loss occurs. It was difficult to realize loss. On the other hand, there is a method using a spherical lens or fiber to reduce the connection loss between the semiconductor optical waveguide and the optical fiber. In this method, the connection loss can be reduced by about 1 to 3 dB per connection point, but connection accuracy on the order of submicrons is required. There was a problem that the variation became large. Further, since the semiconductor optical waveguide has polarization dependency, it is necessary to use a polarization maintaining optical fiber as the optical fiber delay line 220, but it is necessary to connect both ends of the optical fiber as in the present study example. Furthermore, when performing the spherical lens processing, it has been difficult to make a connection while maintaining the polarization.

【0014】また、光ファイバ遅延線路220を用いた
構成では、ファイバ長の精密な調整が必要であり、フェ
ーズドアレー用ビーム成形回路のように遅延量差をμm
オーダーで調整しなければならないものには適していな
かった。また、製作安定性の観点からも精密な遅延量調
整を容易に実現できる平面回路構成が望まれていた。こ
れに対して、光ファイバと同程度の伝搬損失を実現でき
る石英系光導波路を用いる構成が検討されている。
Further, in the configuration using the optical fiber delay line 220, it is necessary to precisely adjust the length of the fiber.
It was not suitable for anything that had to be adjusted on order. Also, from the viewpoint of manufacturing stability, a planar circuit configuration that can easily realize precise delay amount adjustment has been desired. On the other hand, a configuration using a silica-based optical waveguide capable of realizing the same propagation loss as an optical fiber has been studied.

【0015】図11は、石英系光導波路を用いた可変移
相器の検討例を示す(W. Ng,et al.,"GaAs and Silica-B
ased Integrated Optical Time-Shift Network for Pha
sedArrays", SPIE Vol.2155, pp.114-123, 1994) 。本
検討例は、石英系光導波路基板8上に、石英系光導波路
を用いたL1 ×L2の光スターカプラ410を挟んで、
1 個の石英系光導波路を用いた遅延線路230とL2
個の石英系光導波路を用いた遅延線路231とを形成
し、遅延線路230に対応するL1 個の光源1と、遅延
線路231に対応するL2 個の受光器3とを備えた構成
である。ここで、任意の1個の光源を使用することによ
り、前段のL1 個の遅延線路230の1つを選択でき
る。また、任意の1個の受光器3をオンとすることによ
り、後段のL2 個の遅延線路231の1つを選択でき
る。これにより、L1×L2通りの遅延量を選択できる。
FIG. 11 shows a study example of a variable phase shifter using a silica-based optical waveguide (W. Ng, et al., "GaAs and Silica-B").
ased Integrated Optical Time-Shift Network for Pha
sedArrays ", SPIE Vol.2155, pp.114-123, 1994. In this example, an L 1 × L 2 optical star coupler 410 using a silica-based optical waveguide is sandwiched on a silica-based optical waveguide substrate 8. so,
L 1 A delay line 230 using a silica-based optical waveguide and L 2
A delay line 231 using a plurality of quartz optical waveguides is formed, and a configuration including L 1 light sources 1 corresponding to the delay line 230 and L 2 light receivers 3 corresponding to the delay line 231 is provided. is there. Here, by using any one light source, one of the L 1 delay lines 230 in the preceding stage can be selected. Further, by turning on any one of the light receivers 3, one of the L 2 delay lines 231 at the subsequent stage can be selected. Thus, L 1 × L 2 delay amounts can be selected.

【0016】本構成では石英系光導波路を用いているの
で、遅延線路における伝搬損失は小さい。しかし、前段
の遅延線路と後段の遅延線路の間を光スターカプラ41
0で結合しているので、原理的に10×logL2(dB)の分岐
損失が生じ、光導波路の低損失性を活かすことができ
ず、かつ後段の遅延線路数が制限されていた。また、こ
のような遅延線路間に光経路選択スイッチが介在しない
構成では、遅延線路の従来接続の段数も本検討例の2段
までが限界であり、拡張性がなかった。さらに、1つの
光経路における可変移相器に、L1 個の光源とL2 個の
受光器を用意しなければならず、回路規模を大きくする
要因になっていた。
In this configuration, since a silica-based optical waveguide is used, the propagation loss in the delay line is small. However, an optical star coupler 41 is provided between the delay line of the preceding stage and the delay line of the subsequent stage.
Since the coupling is performed at 0, a branch loss of 10 × log L 2 (dB) occurs in principle, and the low loss property of the optical waveguide cannot be utilized, and the number of delay lines at the subsequent stage is limited. Further, in such a configuration in which the optical path selection switch is not interposed between the delay lines, the number of stages of the conventional connection of the delay lines is limited to two stages in the present study example, and there is no expandability. Further, L 1 light sources and L 2 light receivers must be prepared for the variable phase shifter in one optical path, which has been a factor of increasing the circuit scale.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】以上示したように、マ
イクロ波の波長程度の線路長差を必要とする実時間遅延
型のフェーズドアレー用ビーム成形回路において、可変
移相器の固定遅延線路として半導体光導波路を用いた構
成では、大きな挿入損失が避けられず、異なる経路間に
大きな損失差が生じてしまう問題があった。したがっ
て、遅延量差および遅延線路選択の自由度が制限され、
柔軟なビームステアリングが実現できなかった。
As described above, in a real-time delay type phased array beam forming circuit requiring a line length difference of about the wavelength of a microwave, a fixed delay line of a variable phase shifter is used. The configuration using the semiconductor optical waveguide has a problem that a large insertion loss is unavoidable and a large loss difference occurs between different paths. Therefore, the delay amount difference and the freedom of selecting the delay line are limited,
Flexible beam steering could not be realized.

【0018】また、LiNbO3 光導波路は半導体光導波
路に比べて伝搬損失は小さいものの、光学異方性結晶で
あるので曲げ損失が大きく、基板上に曲げを必要とする
遅延線路を形成することは困難であった。また、LiNb
3 は半導体よりもさらに大きな偏波依存性があるの
で、光ファイバ遅延線路を用いる場合と同様に製作性が
悪かった。
Further, although the LiNbO 3 optical waveguide has a smaller propagation loss than the semiconductor optical waveguide, it has a large bending loss because it is an optically anisotropic crystal, so that it is not possible to form a delay line that requires bending on a substrate. It was difficult. Also, LiNb
Since O 3 has a greater polarization dependency than a semiconductor, its manufacturability was poor as in the case of using an optical fiber delay line.

【0019】一方、石英系光導波路を用いた構成では、
石英系光導波路を受動回路として機能させており、光経
路選択スイッチのような能動回路が存在しなかった。し
たがって、光導波路の低損失性を活かすことができず、
回路の拡張性あるいはビームステアリングの柔軟性が制
限されていた。本発明は、低損失性、製作安定性、環境
安定性に優れ、かつ柔軟なビームステアリングを可能に
するための遅延量選択の自由度が高いフェーズドアレー
用ビーム成形回路を提供することを目的とする。
On the other hand, in a configuration using a silica-based optical waveguide,
The quartz optical waveguide functions as a passive circuit, and there is no active circuit such as an optical path selection switch. Therefore, the low loss property of the optical waveguide cannot be utilized,
The circuit expandability or beam steering flexibility was limited. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a phased array beam forming circuit that has low loss, excellent manufacturing stability, excellent environmental stability, and has a high degree of freedom in selecting a delay amount for enabling flexible beam steering. I do.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、送信信号光を
複数の経路に分割し、各経路の信号光に所定の振幅と位
相を付与して複数の放射素子に供給するフェーズドアレ
ー用ビーム成形回路において、送信信号光を複数の経路
に分割する石英系光導波路を用いた光分配器と、その後
段に並列に接続された複数の可変移相器とを備え、可変
移相器は、熱光学効果光スイッチを用いた光経路選択ス
イッチと、線路長の異なる複数の石英系光導波路を用い
た遅延線路とを接続した光遅延線路選択回路を1段以上
縦続に接続し、最終段の光遅延線路選択回路に熱光学効
果光スイッチを用いた光経路選択スイッチまたは光合波
器を接続した構成である(請求項1)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a phased array beam for dividing a transmission signal light into a plurality of paths, applying a predetermined amplitude and phase to the signal light of each path, and supplying the signal light to a plurality of radiating elements. In the shaping circuit, an optical distributor using a silica-based optical waveguide that divides the transmission signal light into a plurality of paths, and a plurality of variable phase shifters connected in parallel at the subsequent stage, the variable phase shifter, One or more optical delay line selection circuits, which connect an optical path selection switch using a thermo-optic effect optical switch and a delay line using a plurality of silica-based optical waveguides having different line lengths, are connected in cascade. An optical path selection switch using a thermo-optic effect optical switch or an optical multiplexer is connected to the optical delay line selection circuit (claim 1).

【0021】また、本発明のフェーズドアレー用ビーム
成形回路の可変移相器は、光ゲートスイッチを用いた光
経路選択スイッチと、その後段に接続された線路長の異
なる複数の石英系光導波路を用いた遅延線路と、その後
段に接続された石英系光導波路を用いた光合波器とを備
えた構成である(請求項2)。また、本発明のフェーズ
ドアレー用ビーム成形回路は、送信信号光を複数の経路
に分割する石英系光導波路を用いた光分配器と、その後
段に並列に接続された線路長の異なる複数の石英系光導
波路を用いた遅延線路とを有し、それぞれ所定の位相分
布を設定する複数の固定位相分布付与回路と、送信信号
光を複数の固定位相分布付与回路の1つに入力する光経
路選択スイッチと、複数の固定位相分布付与回路のそれ
ぞれ対応する遅延線路出力を合波して対応する放射素子
に供給する石英系光導波路を用いた光合波部とを備えた
構成である(請求項3)。
The variable phase shifter of the beam shaping circuit for a phased array according to the present invention comprises an optical path selection switch using an optical gate switch and a plurality of quartz optical waveguides connected to the subsequent stage and having different line lengths. This is a configuration including a delay line used and an optical multiplexer using a silica-based optical waveguide connected to the subsequent stage. Further, the beam forming circuit for a phased array according to the present invention includes an optical distributor using a silica-based optical waveguide that divides a transmission signal light into a plurality of paths, and a plurality of quartz with different line lengths connected in parallel in a subsequent stage. A plurality of fixed phase distribution providing circuits each of which sets a predetermined phase distribution, and an optical path selection for inputting transmission signal light to one of the plurality of fixed phase distribution providing circuits. The switch includes a switch and an optical multiplexing unit using a silica-based optical waveguide that multiplexes delay line outputs corresponding to the plurality of fixed phase distribution providing circuits and supplies the multiplexed outputs to corresponding radiating elements. ).

【0022】[0022]

【作用】本発明のフェーズドアレー用ビーム成形回路
は、送信信号光を複数の経路に分割し、各経路の信号光
に所定の振幅と位相を付与して複数の放射素子に供給す
る構成は従来技術とほぼ同じである。本発明では石英系
光導波路を用い、かつ柔軟な遅延量切り替え機能を備え
たところに特徴がある。
The beam shaping circuit for a phased array according to the present invention divides a transmission signal light into a plurality of paths, applies a predetermined amplitude and phase to the signal light on each path, and supplies the signal light to a plurality of radiating elements. It is almost the same as technology. The present invention is characterized in that a quartz optical waveguide is used and a flexible delay amount switching function is provided.

【0023】石英系光導波路は、伝搬損失が光ファイ
バと同程度であり極めて低い、曲げ損失、交差損失が
小さい、大面積の基板上に回路形成が可能である、
光ファイバとの接続損失が小さい、温度、湿度等に対
する環境安定性に優れる、等の特徴をもつ。石英系光導
波路と半導体光導波路の一般的な比較を表1に示す。
The silica-based optical waveguide has a propagation loss similar to that of an optical fiber and is extremely low, a bending loss and a crossing loss are small, and a circuit can be formed on a large-area substrate.
It has features such as a small connection loss with an optical fiber and excellent environmental stability against temperature, humidity and the like. Table 1 shows a general comparison between a silica-based optical waveguide and a semiconductor optical waveguide.

【0024】[0024]

【表1】 このような石英系光導波路を用いることにより、マイク
ロ波の波長程度の比較的長い回路も容易に形成すること
ができ、線路長の異なる経路を伝搬させる際の損失の差
も極めて小さくすることができる。さらに、石英系光導
波路は曲げ損失が極めて小さいので、大きな線路長差を
有する遅延線路群を一括して同一基板上に形成すること
ができる。また、大面積の基板を使用できるので、回路
規模がある程度大きくなっても同一基板上に形成可能で
ある。さらに、石英系光導波路は光ファイバとの接続性
がよく、光導波路への入出力に際して光ファイバとの接
続損失を小さくすることができる。また、温度、湿度等
に対する環境安定性に優れているので、温度制御装置等
の周辺装置が大規模になるのを避けることができる。
[Table 1] By using such a silica-based optical waveguide, a relatively long circuit having a wavelength of about the microwave can be easily formed, and the difference in loss when propagating through paths having different line lengths can be extremely reduced. it can. Further, since the bending loss of the silica-based optical waveguide is extremely small, a group of delay lines having a large line length difference can be collectively formed on the same substrate. Further, since a large-area substrate can be used, it can be formed on the same substrate even if the circuit scale becomes large to some extent. Furthermore, the silica-based optical waveguide has good connectivity with the optical fiber, and can reduce connection loss with the optical fiber when inputting / outputting to / from the optical waveguide. In addition, since environmental stability with respect to temperature, humidity, and the like is excellent, it is possible to avoid a large-scale peripheral device such as a temperature control device.

【0025】また、光経路選択スイッチとして石英系光
導波路の熱光学効果を利用した熱光学効果光スイッチを
用いることにより、光分配器、光経路選択スイッチ、遅
延線路、光合波器をすべて一括して同一基板上に形成す
ることができる(請求項1)。また、光経路選択スイッ
チとして半導体ゲート素子等による光ゲートスイッチを
用いることにより、光経路を高速に選択することができ
る。これにより、ビームの高速ステアリングが可能とな
り、またスイッチ部の消費電力を低減することができる
(請求項2)。
Further, by using a thermo-optic effect optical switch utilizing the thermo-optic effect of a quartz optical waveguide as the optical path selection switch, the optical distributor, the optical path selection switch, the delay line, and the optical multiplexer are all integrated. And can be formed on the same substrate (claim 1). Further, by using an optical gate switch using a semiconductor gate element or the like as an optical path selection switch, an optical path can be selected at high speed. As a result, high-speed steering of the beam can be performed, and the power consumption of the switch unit can be reduced (claim 2).

【0026】また、請求項3に記載のフェーズドアレー
用ビーム成形回路では、信号光は光経路選択スイッチか
ら1つの固定位相分布付与回路に入力され、対応する位
相分布が設定される。ここで、交差損失の小さい石英系
光導波路を用いることにより、各固定位相分布付与回路
から出力される信号光を対応する受光器および放射素子
に支障なく供給することができる。
In the beam shaping circuit for a phased array according to the third aspect, the signal light is input from the optical path selection switch to one fixed phase distribution providing circuit, and the corresponding phase distribution is set. Here, by using the silica-based optical waveguide having a small cross loss, the signal light output from each fixed phase distribution providing circuit can be supplied to the corresponding light receiver and radiating element without any trouble.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

(第1実施例)図1は、本発明の第1実施例の構成を示
す。なお、本実施例のフェーズドアレー用ビーム成形回
路は、図6に示す従来のフェーズドアレー用ビーム成形
回路2に対応するものであり、本回路を石英系光導波路
を用いて構成したところに特徴がある。
(First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of the present invention. The phased array beam shaping circuit of the present embodiment corresponds to the conventional phased array beam shaping circuit 2 shown in FIG. 6, and is characterized in that the circuit is configured using a quartz-based optical waveguide. is there.

【0028】図において、石英系光導波路基板8上に、
石英系光導波路を用いた光分配器420と、すべて石英
系光導波路で構成されたN個の可変移相器20が形成さ
れる。信号光は光分配器420に入力され、放射素子数
に応じたN本の経路に分配され、各々の経路に配置され
たN個の可変移相器20でそれぞれ所定の位相が付与さ
れ、対応する受光器に送出される。本実施例の可変移相
器20は、光経路選択スイッチとして用いられる熱光学
効果スイッチ120と、線路長の異なる2個の石英系光
導波路を用いた遅延線路230とにより構成される光遅
延線路選択回路30をM段縦続に接続し、M段目の光遅
延線路選択回路30に光合波器として用いられる熱光学
効果スイッチ310を接続した構成である。
In the figure, on a silica-based optical waveguide substrate 8,
An optical distributor 420 using a silica-based optical waveguide and N variable phase shifters 20 all formed of a silica-based optical waveguide are formed. The signal light is input to the optical splitter 420, distributed to N paths according to the number of radiating elements, and given a predetermined phase by N variable phase shifters 20 arranged in each path, respectively. Sent to the receiver. The variable phase shifter 20 of the present embodiment is an optical delay line composed of a thermo-optic effect switch 120 used as an optical path selection switch and a delay line 230 using two quartz optical waveguides having different line lengths. The configuration is such that the selection circuits 30 are connected in cascade in M stages, and a thermo-optic effect switch 310 used as an optical multiplexer is connected to the M-stage optical delay line selection circuit 30.

【0029】図2は、熱光学効果スイッチ120,31
0の構成例を示す。図において、熱光学効果光スイッチ
は、2つの3dB方向性結合器121と、石英系光導波路
上にヒータ電極123を装荷したアーム導波路122に
より形成されるマッハツェンダ干渉計で構成される。ヒ
ータ電極123に接続される電源124をオンオフする
ことにより、光経路選択スイッチあるいは光合波器とし
て機能する。
FIG. 2 shows the thermo-optic effect switches 120 and 31.
0 shows a configuration example. In the figure, the thermo-optic effect optical switch is configured by a Mach-Zehnder interferometer formed by two 3 dB directional couplers 121 and an arm waveguide 122 on which a heater electrode 123 is loaded on a silica-based optical waveguide. By turning on / off the power supply 124 connected to the heater electrode 123, the power supply 124 functions as an optical path selection switch or an optical multiplexer.

【0030】石英系光導波路は、コアとクラッドの比屈
折率差 1.5%の埋め込み型単一モード光導波路を用い、
光ファイバと同程度の伝搬損失0.1dB/cm以下、光ファイ
バとの結合損失1dB、曲げ半径2mmを実現している。こ
のような光導波路は、火炎堆積法と反応性イオンエッチ
ングによりシリコン基板上に容易に製作可能である。ま
た、ヒータ電極123は、最終工程で上部クラッド上に
クロム薄膜を蒸着することにより形成される。
As the silica-based optical waveguide, an embedded single-mode optical waveguide having a relative refractive index difference of 1.5% between the core and the clad is used.
A propagation loss of 0.1 dB / cm or less, a coupling loss with an optical fiber of 1 dB, and a bending radius of 2 mm, which are comparable to those of an optical fiber, are realized. Such an optical waveguide can be easily manufactured on a silicon substrate by flame deposition and reactive ion etching. The heater electrode 123 is formed by depositing a chromium thin film on the upper clad in the final step.

【0031】本構成のフェーズドアレー用ビーム成形回
路では、N=4、M=4の場合には2M =16種類の経路
選択が可能である。また、ビーム方向の幅として 2.5G
Hzのマイクロ波信号に対して−50〜+50度と大きな範囲
でビーム走査が可能である。また、回路の全挿入損失は
9dB以下に抑えられ、この内には分岐による原理損失6
dBおよびファイバ接続損失2dBが含まれている。
In the beam forming circuit for a phased array of this configuration, when N = 4 and M = 4, 2 M = 16 kinds of path selections are possible. In addition, the width in the beam direction is 2.5G
Beam scanning is possible in a large range of -50 to +50 degrees with respect to a microwave signal of Hz. In addition, the total insertion loss of the circuit is suppressed to 9 dB or less.
dB and fiber splice loss of 2 dB are included.

【0032】このように石英系光導波路を用いることに
より、ビーム方向の幅が大きく、細かい遅延量操作が可
能となり、各経路の位相設定により柔軟なビームステア
リングが可能となる。また、低損失で大面積の回路を形
成できるので、フェーズドアレー用ビーム成形回路のす
べてを同一基板上に形成することが可能となる。このよ
うな良好な特性は、低損失性に優れた石英系光導波路を
用いたこと、石英系光導波路で形成される光経路選択ス
イッチ(熱光学効果光スイッチ)を用いたことによる。
従来、光経路選択スイッチとしては、LiNbO3 や半導
体等の電気光学効果を有する材料が広く用いられていた
のに対して、本実施例では石英ガラスの熱光学効果を利
用する熱光学効果光スイッチを用いている。これによ
り、光経路選択スイッチ、遅延線路、光合波器、光分配
器をすべて同一基板上に一括して形成可能となり、接続
損失の低減とともに精密な遅延線路長を容易に実現する
ことができた。
As described above, by using the silica-based optical waveguide, the width in the beam direction is large, the operation of the delay amount can be finely performed, and the beam steering can be performed flexibly by setting the phase of each path. Further, since a large-area circuit can be formed with low loss, it is possible to form all of the beam forming circuits for a phased array on the same substrate. Such good characteristics are due to the use of a silica-based optical waveguide having excellent low-loss characteristics and the use of an optical path selection switch (thermo-optic effect optical switch) formed of the silica-based optical waveguide.
Conventionally, materials having an electro-optical effect, such as LiNbO 3 and semiconductors, have been widely used as optical path selection switches. In the present embodiment, a thermo-optical effect optical switch utilizing the thermo-optical effect of quartz glass is used. Is used. As a result, the optical path selection switch, the delay line, the optical multiplexer, and the optical distributor can all be formed collectively on the same substrate, and the connection loss can be reduced and a precise delay line length can be easily realized. .

【0033】なお、石英系光導波路を用いた熱光学効果
光スイッチは、半導体等の電気光学効果スイッチに比べ
て動作速度が遅い(1msec程度)という欠点はある。し
かし、例えば長期的なトラヒックの変動に対応して周波
数の割り当てを変更するような用途に対しては、ビーム
方向の切り替え時間はそれほど問題にはならず、熱光学
効果光スイッチの動作速度でも十分に対応することがで
きる。
The thermo-optical effect switch using the quartz optical waveguide has a disadvantage that the operation speed is slower (about 1 msec) than the electro-optical effect switch such as a semiconductor. However, for applications such as changing the frequency allocation in response to long-term traffic fluctuations, the switching time of the beam direction does not matter so much, and the operation speed of the thermo-optic effect optical switch is sufficient. Can be handled.

【0034】(第2実施例)図3は、本発明の第2実施
例の構成を示す。第1実施例とは可変移相器20の構成
が異なる。本実施例では、光経路選択スイッチとして半
導体ゲート素子を用いた光ゲートスイッチ130と、線
路長の異なる石英系光導波路を用いた遅延線路230
と、石英系光導波路を用いた光合波器320とにより構
成する。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows the configuration of a second embodiment of the present invention. The configuration of the variable phase shifter 20 is different from that of the first embodiment. In this embodiment, an optical gate switch 130 using a semiconductor gate element as an optical path selection switch, and a delay line 230 using a silica-based optical waveguide having a different line length are used.
And an optical multiplexer 320 using a silica-based optical waveguide.

【0035】図4は、遅延線路数4の場合の光ゲートス
イッチ130の構成例を示す。光ゲートスイッチ130
は、光4分岐回路131と半導体ゲートアレイ132と
により構成される。このような構成は、石英系光導波路
上へのハイブリッド光集積技術を用いることにより、石
英系光導波路を用いた遅延線路230および光合波器3
20と同一基板上に形成することができる(Y.Yamada,
et al.,"Hybrid-Integrated 4×4 Optical Gate Matri
x Switch Using Silica-Based OpticalWaveguides and
LD Array Chips", J.Lightwave Technol.,Vol.10, pp.3
83-390,1992) 。すなわち、石英系光導波路基板上の所
定位置に反応性イオンエッチングによって素子搭載部を
形成し、半導体ゲートアレイ132を搭載して固定すれ
ばよい。なお、石英系光導波路を用いた構成であれば、
光ゲートスイッチ130を別材料で構成してもよい。
FIG. 4 shows a configuration example of the optical gate switch 130 when the number of delay lines is four. Optical gate switch 130
Is composed of an optical four-branching circuit 131 and a semiconductor gate array 132. Such a configuration uses a hybrid optical integration technique on a silica-based optical waveguide, and thereby, the delay line 230 and the optical multiplexer 3 using the silica-based optical waveguide are used.
20 can be formed on the same substrate (Y. Yamada,
et al., "Hybrid-Integrated 4 × 4 Optical Gate Matri
x Switch Using Silica-Based OpticalWaveguides and
LD Array Chips ", J. Lightwave Technol., Vol. 10, pp. 3
83-390,1992). That is, an element mounting portion may be formed at a predetermined position on the quartz optical waveguide substrate by reactive ion etching, and the semiconductor gate array 132 may be mounted and fixed. In addition, if it is a configuration using a quartz optical waveguide,
The optical gate switch 130 may be made of another material.

【0036】このような構成では、光ゲートスイッチ1
30のオンオフによって経路を選択できるので高速な光
経路選択動作が可能となり、高速にビームを走査するよ
うな用途にも適用できる。また、熱光学効果光スイッチ
はヒータを有するために1つのスイッチで消費する電力
が 0.5W程度必要となるが、本実施例では半導体ゲート
素子を用いているので駆動電力は高々0.05Wであり、大
幅な小電力化を図ることができる。
In such a configuration, the optical gate switch 1
Since the path can be selected by turning on / off the switch 30, a high-speed optical path selection operation can be performed, and the present invention can be applied to an application in which a beam is scanned at a high speed. Further, the thermo-optical effect light switch requires about 0.5 W of power to be consumed by one switch because it has a heater. However, in this embodiment, since the semiconductor gate element is used, the driving power is at most 0.05 W, Significant power reduction can be achieved.

【0037】なお、光ゲートスイッチ130では、光を
分配し、所定の経路のみを通過させるために分岐損失が
生じ、またゲート部を別材料で構成するために接続損失
が生じる。しかし、半導体ゲート素子を用いて適当な電
流で駆動することにより、接続損失を補償できるばかり
でなく、ゲインを得ることも可能である。さらに、駆動
電流を制御することにより、光ゲートスイッチの各ポー
トの接続損失のばらつきを補償することができ、また所
定の振幅を得ることができる。
In the optical gate switch 130, a branch loss occurs because light is distributed and passes through only a predetermined path, and a connection loss occurs because the gate portion is made of a different material. However, by driving with an appropriate current using a semiconductor gate element, not only connection loss can be compensated, but also gain can be obtained. Further, by controlling the drive current, it is possible to compensate for variations in connection loss of each port of the optical gate switch, and to obtain a predetermined amplitude.

【0038】(第3実施例)図5は、本発明の第3実施
例の構成を示す。図において、石英系光導波路基板(図
示せず)上に、光経路選択スイッチ100と、J種類の
位相分布を設定する固定位相分布付与回路40と、光合
波部50が形成される。固定位相分布付与回路40は、
石英系光導波路を用いた光分配器420と、所定の線路
長を有する石英系光導波路を用いた遅延線路230とに
より構成される。光合波部50は、石英系光導波路を用
いた交差部51および光合波器320により構成され
る。各固定位相分布付与回路40の対応する遅延線路出
力は、それぞれ交差部51を介して光合波器320で合
波され、対応する受光器へ送出される。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows the configuration of a third embodiment of the present invention. In the figure, an optical path selection switch 100, a fixed phase distribution providing circuit 40 for setting J kinds of phase distributions, and an optical multiplexing section 50 are formed on a silica-based optical waveguide substrate (not shown). The fixed phase distribution providing circuit 40
It is composed of an optical distributor 420 using a silica-based optical waveguide and a delay line 230 using a silica-based optical waveguide having a predetermined line length. The optical multiplexing section 50 includes an intersection section 51 using a silica-based optical waveguide and an optical multiplexer 320. The outputs of the corresponding delay lines of the fixed phase distribution providing circuits 40 are multiplexed by the optical multiplexer 320 via the intersections 51 and sent to the corresponding light receivers.

【0039】信号光は光経路選択スイッチ100に入力
され、所定の位相分布を設定する1つの固定位相分布付
与回路40に送出される。固定位相分布付与回路40で
は、信号光が光分配器420で放射素子数に応じたN本
の経路に分配され、各々の経路に配置されたN個の遅延
線路230でそれぞれ所定の位相が付与され、対応する
光合波器320を介して受光器に送出される。すなわ
ち、本実施例の構成では光経路選択スイッチ100で固
定位相分布付与回路40の1つを選択することにより、
その遅延線路230の長さの分布に対応する位相分布が
設定される。
The signal light is input to the optical path selection switch 100 and sent out to one fixed phase distribution providing circuit 40 for setting a predetermined phase distribution. In the fixed phase distribution providing circuit 40, the signal light is distributed to N paths according to the number of radiating elements by the optical distributor 420, and a predetermined phase is provided to each of the N delay lines 230 arranged in each path. Then, the light is transmitted to the light receiver via the corresponding optical multiplexer 320. That is, in the configuration of the present embodiment, by selecting one of the fixed phase distribution applying circuits 40 with the optical path selection switch 100,
A phase distribution corresponding to the length distribution of the delay line 230 is set.

【0040】本実施例は、第1実施例および第2実施例
に比べて光経路選択スイッチの数を大幅に削減すること
ができる。これにより、光経路選択スイッチを熱光学効
果光スイッチで構成しても消費電力の大幅な低減が可能
となる。一方、本実施例は従来よりも遅延線路数が多く
さらに交差部が生じるが、大規模回路の集積化が容易で
あり、かつ交差損失が1交差当たり0.05dBと極めて小さ
い石英系光導波路を用いることにより支障なく対応する
ことができる。
In this embodiment, the number of optical path selection switches can be significantly reduced as compared with the first and second embodiments. As a result, even if the optical path selection switch is constituted by a thermo-optic effect optical switch, the power consumption can be significantly reduced. On the other hand, in the present embodiment, the number of delay lines is larger than in the past, and further intersections are generated. By doing so, it is possible to respond without any trouble.

【0041】また、衛星搭載用などで放射素子数が数百
と想定される大型のフェーズドアレー用ビーム成形回路
では、回路要素ごとに分割製作し、光ファイバによって
回路要素間を接続することになる。この場合に本実施例
の構成はファイバ接続が容易であり、信号の位相分布に
影響を与えない利点がある。すなわち、信号光を各放射
素子へ分配する光分配器から後段の経路では、各経路ご
とに精密な線路長を与える必要があり、光分配器から後
段は可能な限り分割しない方が望ましい。本実施例の構
成では、光分配器の後段は固定遅延線路群のみが存在し
ており、各経路ごとに精密な線路長の設定が容易であ
る。
In a large-sized phased array beam forming circuit for which the number of radiating elements is assumed to be several hundreds for use on a satellite or the like, each circuit element is divided and manufactured, and the circuit elements are connected by an optical fiber. . In this case, the configuration of this embodiment has an advantage that the fiber connection is easy and the phase distribution of the signal is not affected. That is, it is necessary to provide a precise line length for each path in a path subsequent to the optical distributor for distributing the signal light to each radiating element, and it is preferable that the subsequent stage from the optical distributor is not divided as much as possible. In the configuration of this embodiment, only the fixed delay line group exists at the subsequent stage of the optical distributor, and it is easy to set a precise line length for each path.

【0042】さらに、本実施例の構成では、光経路選択
スイッチを他の回路要素と分割して形成できるので、石
英系光導波路とは異なる材料を用いてもよく、目的に応
じた最適なスイッチ構成を選択することができる。たと
えば、LiNbO3 導波路スイッチや半導体スイッチ等を
用いれば、高速動作、および光源と光経路選択スイッチ
の一体化が可能となる。
Further, in the configuration of this embodiment, the optical path selection switch can be formed separately from other circuit elements, so that a material different from that of the quartz-based optical waveguide may be used. Configuration can be selected. For example, using a LiNbO 3 waveguide switch, a semiconductor switch, or the like enables high-speed operation and integration of a light source and an optical path selection switch.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフェーズ
ドアレー用ビーム成形回路は次のような効果がある。 精密な遅延量差を有する遅延線路群を低損失かつ経
路による損失のばらつきなく形成することができる。ま
た、温度、湿度等に対する環境安定性が格段に向上させ
ることができる。
As described above, the beam forming circuit for a phased array of the present invention has the following effects. A delay line group having a precise delay amount difference can be formed with low loss and without loss variation due to a path. Further, environmental stability against temperature, humidity, and the like can be remarkably improved.

【0044】 大規模回路を大面積の基板上に一体に
形成することにより、遅延量選択の自由度を格段に大き
くすることができる。 石英系光導波路を用いることにより、複数の固定位
相分布付与回路を形成し、その1つを選択して使用する
ことが可能になる。これにより、各経路ごとに精密な線
路長の設定が容易になり、さらに消費電力が大きい光経
路選択スイッチの数を大幅に削減することができる。
By integrally forming a large-scale circuit on a large-area substrate, the degree of freedom in selecting the amount of delay can be significantly increased. By using a silica-based optical waveguide, a plurality of fixed phase distribution providing circuits can be formed, and one of them can be selected and used. This makes it easy to set a precise line length for each path, and can greatly reduce the number of optical path selection switches that consume large power.

【0045】したがって、低損失性、製作安定性、環境
安定性に優れ、かつ柔軟なビームステアリングを可能に
するための遅延量選択の自由度が高いフェーズドアレー
用ビーム成形回路を実現することができる。
Therefore, it is possible to realize a beam forming circuit for a phased array which is excellent in low loss, production stability and environmental stability and has a high degree of freedom in selecting a delay amount for enabling flexible beam steering. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】熱光学効果光スイッチ120,310の構成例
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of thermo-optic effect light switches 120 and 310.

【図3】本発明の第2実施例の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of the present invention.

【図4】遅延線路数4の場合の光ゲートスイッチ130
の構成例を示す図。
FIG. 4 shows an optical gate switch 130 when the number of delay lines is four.
The figure which shows the example of a structure of.

【図5】本発明の第3実施例の構成を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.

【図6】光回路を用いた従来のフェーズドアレー用ビー
ム成形回路の構成例を示すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a conventional beam forming circuit for a phased array using an optical circuit.

【図7】従来の可変移相器の構成例,を示すブロッ
ク図。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a conventional variable phase shifter.

【図8】半導体光導波路を用いた可変移相器の検討例を
示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a study example of a variable phase shifter using a semiconductor optical waveguide.

【図9】従来の可変移相器の構成例を示すブロック
図。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a conventional variable phase shifter.

【図10】従来の可変移相器の構成例が有する問題点
を解決する検討例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a study example for solving a problem of a configuration example of a conventional variable phase shifter.

【図11】石英系光導波路を用いた可変移相器の検討例
を示すブロック図。
FIG. 11 is a block diagram showing a study example of a variable phase shifter using a silica-based optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 フェーズドアレー用ビーム成形回路 3 受光器 4 増幅器 5 放射素子 6 MSMディテクタ 7 半導体基板 8 石英系光導波路基板 10 光分配器 20 可変移相器 30 光遅延線路選択回路 40 固定位相分布付与回路 50 光合波部 51 交差部 100 光経路選択スイッチ 110 2×2電気光学効果スイッチ 120 熱光学効果光スイッチ 121 3dB方向性結合器 122 アーム導波路 123 ヒータ電極 124 電源 130 光ゲートスイッチ 131 光4分岐回路 132 半導体ゲートアレイ 200 固定遅延線路 210 半導体光導波路を用いた遅延線路 220 光ファイバ遅延線路 230,231 石英系光導波路を用いた遅延線路 300 光合波器 310 熱光学効果光スイッチ 320 石英系光導波路を用いた光合波器 400 光分配器 410 光スターカプラ 420 石英系光導波路を用いた光分配器 REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 beamforming circuit for phased array 3 light receiver 4 amplifier 5 radiating element 6 MSM detector 7 semiconductor substrate 8 quartz-based optical waveguide substrate 10 light distributor 20 variable phase shifter 30 optical delay line selection circuit 40 fixed phase distribution giving circuit Reference Signs List 50 optical multiplexing part 51 intersection part 100 optical path selection switch 110 2 × 2 electro-optical effect switch 120 thermo-optical effect optical switch 121 3 dB directional coupler 122 arm waveguide 123 heater electrode 124 power supply 130 optical gate switch 131 optical four branch circuit 132 semiconductor gate array 200 fixed delay line 210 delay line using semiconductor optical waveguide 220 optical fiber delay line 230,231 delay line using silica-based optical waveguide 300 optical multiplexer 310 thermo-optic effect optical switch 320 silica-based optical waveguide Optical multiplexer 400 used Optical splitter 410 Optical star coupler 420 Optical splitter using silica-based optical waveguide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−261902(JP,A) 特開 平3−6504(JP,A) 特開 平1−267526(JP,A) 特開 昭64−68103(JP,A) 特表 平6−506814(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/36 G02F 1/01 H01Q 3/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-261902 (JP, A) JP-A-3-6504 (JP, A) JP-A-1-267526 (JP, A) JP-A 64-64 68103 (JP, A) Special Table Hei 6-506814 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01Q 3/36 G02F 1/01 H01Q 3/26

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 送信信号光を複数の経路に分割し、各経
路の信号光に所定の振幅と位相を付与して複数の放射素
子に供給するフェーズドアレー用ビーム成形回路におい
て、 前記送信信号光を複数の経路に分割する石英系光導波路
を用いた光分配器と、その後段に並列に接続された複数
の可変移相器とを備え、 前記可変移相器は、熱光学効果光スイッチを用いた光経
路選択スイッチと、線路長の異なる複数の石英系光導波
路を用いた遅延線路とを接続した光遅延線路選択回路を
1段以上縦続に接続し、最終段の光遅延線路選択回路に
熱光学効果光スイッチを用いた光経路選択スイッチまた
は光合波器を接続した構成であることを特徴とするフェ
ーズドアレー用ビーム成形回路。
1. A phased-array beam forming circuit for dividing a transmission signal light into a plurality of paths, applying a predetermined amplitude and phase to the signal light of each path, and supplying the signal light to a plurality of radiating elements. And a plurality of variable phase shifters connected in parallel at the subsequent stage, wherein the variable phase shifter includes a thermo-optic effect optical switch. One or more optical delay line selection circuits connecting the optical path selection switches used and the delay lines using a plurality of silica-based optical waveguides having different line lengths are connected in cascade, and the final stage optical delay line selection circuit is connected. A beam forming circuit for a phased array, characterized in that it is connected to an optical path selection switch using a thermo-optic effect optical switch or an optical multiplexer.
【請求項2】 送信信号光を複数の経路に分割し、各経
路の信号光に所定の振幅と位相を付与して複数の放射素
子に供給するフェーズドアレー用ビーム成形回路におい
て、 前記送信信号光を複数の経路に分割する石英系光導波路
を用いた光分配器と、その後段に並列に接続された複数
の可変移相器とを備え、 前記可変移相器は、光ゲートスイッチを用いた光経路選
択スイッチと、その後段に接続された線路長の異なる複
数の石英系光導波路を用いた遅延線路と、その後段に接
続された石英系光導波路を用いた光合波器とを備えた構
成であることを特徴とするフェーズドアレー用ビーム成
形回路。
2. A beam shaping circuit for a phased array which divides a transmission signal light into a plurality of paths, applies predetermined amplitude and phase to the signal light of each path, and supplies the signal light to a plurality of radiating elements. And a plurality of variable phase shifters connected in parallel in the subsequent stage, wherein the variable phase shifter uses an optical gate switch. A configuration including an optical path selection switch, a delay line connected to a subsequent stage using a plurality of silica-based optical waveguides having different line lengths, and an optical multiplexer using a silica-based optical waveguide connected to a subsequent stage. A beam forming circuit for a phased array.
【請求項3】 送信信号光を複数の経路に分割し、各経
路の信号光に所定の振幅と位相を付与して複数の放射素
子に供給するフェーズドアレー用ビーム成形回路におい
て、 前記送信信号光を複数の経路に分割する石英系光導波路
を用いた光分配器と、その後段に並列に接続された線路
長の異なる複数の石英系光導波路を用いた遅延線路とを
有し、それぞれ所定の位相分布を設定する複数の固定位
相分布付与回路と、 前記送信信号光を前記複数の固定位相分布付与回路の1
つに入力する光経路選択スイッチと、 前記複数の固定位相分布付与回路のそれぞれ対応する遅
延線路出力を合波して対応する放射素子に供給する石英
系光導波路を用いた光合波部とを備えたことを特徴とす
るフェーズドアレー用ビーム成形回路。
3. A beam forming circuit for a phased array which divides a transmission signal light into a plurality of paths, applies a predetermined amplitude and phase to the signal light in each path, and supplies the signal light to a plurality of radiating elements. And a delay line using a plurality of silica-based optical waveguides of different line lengths connected in parallel at the subsequent stage, each having a predetermined length. A plurality of fixed phase distribution providing circuits for setting a phase distribution, and one of the plurality of fixed phase distribution providing circuits for transmitting the transmission signal light.
An optical path selection switch for inputting the output signal to the corresponding one of the plurality of fixed phase distribution providing circuits, and an optical multiplexing unit using a silica-based optical waveguide that multiplexes the corresponding delay line output and supplies the multiplexed output to the corresponding radiating element A beam forming circuit for a phased array.
JP30250194A 1994-12-06 1994-12-06 Beam forming circuit for phased array Expired - Fee Related JP3271449B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30250194A JP3271449B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Beam forming circuit for phased array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30250194A JP3271449B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Beam forming circuit for phased array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08162836A JPH08162836A (en) 1996-06-21
JP3271449B2 true JP3271449B2 (en) 2002-04-02

Family

ID=17909726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30250194A Expired - Fee Related JP3271449B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Beam forming circuit for phased array

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3271449B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100476863B1 (en) * 1997-07-24 2005-07-12 삼성전자주식회사 Delay interface circuit
JP4822141B2 (en) * 2006-04-20 2011-11-24 国立大学法人名古屋大学 Wavelength group optical demultiplexer, wavelength group optical multiplexer, and wavelength group optical selective switch
JP5737651B2 (en) * 2011-06-10 2015-06-17 日本電信電話株式会社 Variable optical buffer circuit and circuit device
EP3761528B1 (en) * 2018-04-27 2022-08-31 Mitsubishi Electric Corporation Space optical communication device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08162836A (en) 1996-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4739334A (en) Electro-optical beamforming network for phased array antennas
US5222162A (en) Monolithic integrated optical time delay network for antenna beam steering
US5255332A (en) NxN Optical crossbar switch matrix
US6594408B1 (en) Method for compensating polarization mode dispersion in a waveguide and a polarization mode dispersion compensator
Zheng et al. A seven bit silicon optical true time delay line for Ka-band phased array antenna
JP2844525B2 (en) Polarization independent optical device
US6760512B2 (en) Electro-optical programmable true-time delay generator
US20030147591A1 (en) Optical waveguide device and optical modulator
US5949931A (en) Optical coupler
US5731790A (en) Compact optical controller for phased array systems
CN108828712B (en) Large-scale integrated optical switch chip based on optical phased array
CN110501779A (en) Micro-loop delay matrix and microwave photon integrate multi-beam phased array chip, system
CN116088244A (en) Cascade phased array optical scanning system
Howley et al. Reconfigurable delay time polymer planar lightwave circuit for an X-band phased-array antenna demonstration
JP3271449B2 (en) Beam forming circuit for phased array
CN116388818A (en) Transmit-receive shared beam forming network based on wavelength selective switch
JPH0743656A (en) Spacial light beam coupler
JPH1184434A (en) Light control circuit and its operation method
HORIKAWA et al. Photonic integrated beam forming and steering network using switched true-time-delay silica-based waveguide circuits
US8781271B1 (en) Compact time delay unit
Henion et al. Electrooptic phased array transmitter
Wang et al. Waveguide binary photonic true-time-delay lines using polymer integrated switches and waveguide delays
CN114217293A (en) Light-operated multi-beam forming network chip and network
CN117250779B (en) Laser scanning unit, module, laser emitting device and laser radar
CN114966967B (en) Space light field regulation and control device based on super structure surface of guided wave drive

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090125

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090125

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100125

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130125

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees