JP3350088B2 - 能動アンテナの制御方法 - Google Patents

能動アンテナの制御方法

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JP3350088B2 JP06383092A JP6383092A JP3350088B2 JP 3350088 B2 JP3350088 B2 JP 3350088B2 JP 06383092 A JP06383092 A JP 06383092A JP 6383092 A JP6383092 A JP 6383092A JP 3350088 B2 JP3350088 B2 JP 3350088B2
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    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2676—Optically controlled phased array

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ｐ個の送信／受信素子
を含む能動アンテナの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の能動アンテナは、たとえばＳＡ
Ｒセンサ（合成アパーチャレーダ）に利用される。それ
は飛行物体、たとえば衛星に、主ローブが飛行方向に対
して垂直に、垂直点から横に２，３度前方を指し示すよ
うに取り付けられる。仰角というのは飛行方向に対して
垂直に、平面におけるアンテナの直軸に関する旋回角を
表わし、方位角というのは平面（飛行方向アンテナ法
線）における回転角を表わす。
【０００３】能動アンテナは通常、個々の能動送信／受
信素子の方形のｎ・ｍマトリクスによって構成される。
独立して制御される送信／受信素子の適当な位相分布お
よび振幅分布により、幾何学形状が変わらない限りアン
テナ全体の遠隔放射電磁界は広範に形成される。そのこ
とから、機構的なアンテナの状態が不変であるのに、電
子的通路において主送信ローブないし受信ローブの方向
を変える可能性が生じる。１列に（飛行方向に沿って）
配列された送信／受信素子が、いわゆる仰角群、すなわ
ち、列に配置された送信／受信素子たる方位角群を形成
する。個々の仰角群の送信／受信素子における位相分布
を適当に変えることにより、仰角方向にアンテナローブ
の旋回が生じ、それに対応して、各方位角群の送信／受
信素子における位相分布を適当に変えることにより方位
角方向に旋回が生じる。可変光線特性は多くの場合有利
である。一方では短い連続する間隔をおいて大地上のい
ろいろな地域が照射される。他方ではまた、受信の場合
に対し、高いアンテナ利得を持つ大きな平面のアンテナ
を組み立て、伝送パルスのエコーが出る方向の主ローブ
を再調整することが可能になる。システムの総感度が増
大し、マイクロ波送信パワーは有効信号と雑音信号間の
間隔に対する必要条件が等しい場合、これを下げること
ができる。
【０００４】周知の装置においては制御のために電気的
マイクロ波信号が集中的に作られ、アンテナの個々の送
信／受信素子に対する正しい位相と振幅によって送られ
る。同軸部材あるいは導波管部材がそれに利用される。
この装置は機械的に複雑な構造を持ち、しかも比較的大
重量である。それに加えて個々の位相および振幅の調整
が個々の送信／受信素子の近辺でしかできないので、そ
れがまた制御可能性を制約する。
【０００５】米国特許第４，９６５，６０３号明細書に
は、能動アンテナの送信／受信素子の制御方法が記載さ
れている。この方法の場合、２つのレーザの放射から旋
回信号が作られ、その信号がグラスファイバの中で、各
送信／受信素子へ導かれ、そこで電気的信号に変えられ
る。２つのレーザの周波数は変えられない。旋回信号の
位相配分は位相変調器を用いて行われる。
【０００６】米国特許第４，５８３，０９６号明細書に
も能動アンテナの送信／受信素子の制御方法が記載され
ている。この方法の場合、変調光発振器（レーザ）か
ら、位相調整部の制御のためのディジタル光情報が送り
出され、それが直接、個々の送信／受信素子に与えられ
る。その際、ディジタル光情報は光ファイバを経由して
搬送される。位相シフトがもっぱらディジタル光情報の
機能であるために、各送信／受信素子のための光ファイ
バの長さは同一でなければならない。
【０００７】米国特許第４，７２５，８４４号明細書に
より能動アンテナの送信／受信素子の制御方法は周知で
ある。この方法の場合、輝度変調レーザの光がグラスフ
ァイバ・ネットワークを経由して、集積形星形カプラに
より、個々の送信／受信ユニットに分配される。位相差
は各光路に切り換えられる位相調整部によって作り出さ
れる。
【０００８】能動アンテナの送信／受信素子の制御のた
めに、Koepf.G.A:「位相アレーアンテナビーム形成のた
めの光学的処理装置（Optical Processor For Phased-A
rrayAntenna Beam Formation ）」；SPIE第477 巻マイ
クロ波応用のための光学技術（1984）75〜81ページにお
いては、周波数の異なる２つの光線を発するレーザが利
用されている。特定の振幅および位相配分を達成するた
め、第１のレーザ光線は、電子光学クリスタルを用いて
変調され、フーリエ変換レンズを通り抜け、その後で第
２のレーザ光線と重畳される。この方法はドイツ特許出
願公開第38 27589 号公報のものにおいても用いられて
いるが、そこでは各アンテナパターンに対し補助レーザ
が用いられている。
【０００９】Soref,R.A.「電圧制御型光学無線周波移相
器（Voltage-Controlled Optical/RF Phase Shifter
）」光波技術ジャーナルLT−３巻第５号、1985年10
月；992 〜998 ページにおいて、能動アンテナの送信／
受信素子の制御の別の方法が述べられている。そこでは
周波数の異なるレーザ光線が干渉性をもって重畳され
る。所望の位相分布は調整部によって作り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、送信
／受信周波数の変更も光線旋回も迅速に、かつ高度の柔
軟性をもって行うことができる、能動アンテナの制御方
法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１に記
載の方法により解決される。本発明の実施態様は請求項
２以下に記載されている。
【００１２】
【作用】アンテナは、好ましくは、行（仰角群）および
列（方位角群）の形に配列されている幾つかの送信／受
信素子を含んでいる。アンテナローブの方向は個々の送
信／受信素子に対する振幅および位相の分布に依存す
る。
【００１３】本発明によれば、個々の送信／受信素子の
制御のために、第１の狭帯域の干渉性をもつ光源の光が
種々の長さのｎ・ｍ個の光路（ｎ：仰角群の数、ｍ：方
位角群の数）に分割される。第２の狭帯域の干渉性を有
する、第１の光源と同様の光源、好ましくはレーザが同
一のあるいは種々の長さのｎ・ｍ個の光路に分割され
る。光源１または２に結合されるｎ・ｍ個の光路のそれ
ぞれが、送信／受信素子の１つに割り当てられる（ｎ・
ｍ個のチャネル）。この光路の全体がいわゆる遅延回路
網を形成する。光の干渉性の長さは回路網の最大走行時
間と比較して十分に大きいものでなければならない。
【００１４】第１の光源に続く一方の光路の光は常に、
第２の光源に続く他方の光路の光と重畳される。２つの
光源の（光学的）周波数は、周波数差が送信／受信素子
制御に望ましい周波数に等しくなるように、互いにずら
される。レーダ使用の場合、その周波数はマイクロ波ま
たはミリメータ波の範囲にある。重畳から各うなり信号
が得られる。うなり周波数は周波数差に等しい。全体と
して同一うなり周波数のｎ・ｍ個のうなり信号が得られ
る。
【００１５】光電変換器（以下、「Ｏ／Ｅ変換器」とい
う）、たとえば光検出器を介して、ｎ・ｍ個のうなり信
号は電気信号に変換される。Ｏ／Ｅ変換器はうなり周波
数のみを検出し、うなり信号の光搬送周波数は検出しな
い。各光路を走行することにより作り出されるうなり信
号の位相関係は光電変換の際にもそのまま維持される。
【００１６】変換後必要により増幅される電気信号はア
ンテナの各送信／受信素子に導かれる。なお、アンテナ
のそれぞれに送信／受信素子が割り当てられる。
【００１７】光路に所定の長さの差がある場合、光周波
数の変化により、送信／受信素子に生じる電気信号の位
相および周波数は（互いに独立に、または互いに関連し
て）変えることができる。それにより、アンテナローブ
を形成し旋回し、送信／受信の周波数を変えることもで
きる。本発明の方法にとり決定的なことは、静的位相変
化（単に光路の定められた長さの差に基づく位相差）で
はなく、動的位相変化（光路の定められた長さの差があ
る場合の周波数変化に基づく位相変化）が生ずるという
ことである。
【００１８】光路差は絶対光路周波数変化に対するでき
るだけ高い位相感度を考慮して選択される。それ故、光
路差に対する値は、とくに数メートルからミリメートル
・オーダーまでの範囲にあり、したがってオーダー的に
は光源の波長より大きい。
【００１９】本発明の特別の利点は、ただ１つの物理量
（２つの光源周波数のうちの１つ）を変えるだけで送信
／受信素子に生ずる信号の位相および周波数の両方を変
えることができる、ということである。したがって迅速
かつ極めて柔軟な制御を達成することができる。
【００２０】位相と振幅を、たとえば偏波方向に関して
調整するために、別の調整部を光路上に配置することが
できる。
【００２１】ｎ個の仰角群とｍ個の方位角群（ｍおよび
ｎは１より大）を持つアンテナ制御の一般的場合のほか
に本発明による方法はただ１個の仰角群（ｎ＝１）だ
け、あるいはただ１個の方位角群（ｍ＝１）だけしか持
たないアンテナの場合にも適用することができる。その
場合、アンテナローブの旋回は１つの方向においてしか
できない。
【００２２】別の特別な場合は単に１つの送信／受信素
子（ｎ＝１およびｍ＝１）しか持たないアンテナであ
る。この場合、ローブ旋回はもはや可能ではないが、し
かし送信／受信周波数（うなり信号）はこれを変えるこ
とができる。
【００２３】好ましい実施態様においては、光が光ファ
イバへ導かれる。その際、光源から発射される光が光フ
ァイバネットワークへ入れられ、ホトカプラ、たとえば
２・２カプラまたは星形カプラまたはその両方により、
各光路へ分岐される。
【００２４】別の実施態様においては光は自由通路（自
由空間構造物）を介して導かれる。各光路への分割は、
たとえば半透明反射鏡や光格子などにより行われる。
【００２５】うなり信号を発生させるには、十分狭帯域
の調節しうる光源を用いなければならない。好ましくは
レーザダイオードポンプ式Ｎｄ（ネオジム）：ＹＡＧ
（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザを
使用することができる。その光共振器は２．８×１０14
Ｈz の光周波数の場合、調節により１Ｈz 以下の線幅を
可能にする。
【００２６】ミリケルビン範囲の熱変動に基づいて、線
位置がきわめて迅速に変わる。たとえば、商業上入手可
能なレーザの線位置は、１分につき約１ＭＨzによる熱
調整の最終精度に基づいて変わる。それ故、レーザ周波
数の日常外部調整が必要である。
【００２７】ＳＡＲアンテナの使命は、中心部で発生さ
れた短いマイクロ波インパルスを反復送信し、反射エコ
ーを再び受信することである。パルス送信中、周波数は
所定の帯域幅の時間をもってリニアに同調させられる
（さえずり信号）。本発明による方法によれば、このよ
うなさえずり信号は、純然たる光学的方法で、これまで
必要だった費用のかかる構造がなくてもこれを生成する
ことができる。１つまたは２つの光源の周波数を対応し
て変えることによって所望のうなり周波数（送信周波
数）の変更が達成される。
【００２８】しかしながら本発明による方法はレーダ利
用に限られることはない。
【００２９】２つのレーザのうちの一方を外部変調する
ことにより、本発明による方法に従って制御されるアン
テナを用いて任意の情報も伝達することができる。
【００３０】本発明の方法は送信の場合にも受信の場合
にも利用できる。たとえば、送信の場合、所定の位相と
振幅を有する各送信／受信素子の信号を電気的に増幅し
た後、直接送信することができる。受信の場合は、送信
／受信素子において、ミキサにおける受信信号との干渉
性ある位相比較をするためのＬＯ基準（局部発振器の基
準）として用いられる。
【００３１】
【実施例】図１は伝搬媒体に沿って、等間隔のタップｉ
＝１〜７の間の位相差Δφに周波数変化が及ぼす影響を
示している。固定周波数Ｖの光信号は図の左側端で入力
され、右側へと伝播される。光は各タップ間の距離に関
し時間τを要する。
【００３２】図１ａでは、全タップが同一位相にあるよ
うに周波数Ｖが調整されている。右隣りのグラフでは位
相差Δφi がタップｉ＝１〜７の間で図解されており、
それはここでは常にゼロである。
【００３３】図１ｂでは、入力周波数が周波数Ｖに対し
図１ａのものから１／（１６・τ）ずつずれている。そ
の結果、各タップ間の位相差は右側のグラフに示されて
いる通りになる。
【００３４】図１ｃでは、入力周波数が周波数Ｖに対し
図１ａのものから１／（８・τ）ずつずれている。各タ
ップ間の位相差はグラフに示すように増大している。
【００３５】このような位相ランプのタップｉとタップ
１の間の位相差Δφi に対し一般に次式が成立する。
【００３６】 Δφi ＝ΔＶ・（ｉ−１）・τ・２・π，（ｉ＝１，２，３，…）…（式１） ここで、ΔＶは入力光の周波数変化分である。
【００３７】位相ランプの勾配（ｉに対するΔφi ）は
周波数変化分ΔＶに依存し、絶対周波数Ｖには無関係で
ある。周波数変化の際、タップ間のサイクル数が、１／
τの整数倍だけ変わる。このことはタップでの位相には
影響を与えない。
【００３８】図２は２つのレーザから発射される光の分
割における２つの可能な構成例を示すものである。周波
数Ｖ1 およびＶ2 を持つレーザによって発生される光は
複数の光路（チャネル１〜ｎ、ｎは仰角群の数）に分割
される。そのことは、たとえば、星形カプラ１０がレー
ザから来る光を数個の光ファイバへ導入することによっ
て行われうる。しかし光が自由通路を通って導かれる自
由空間構造もありうる。この場合には星形カプラは半透
明反射鏡または格子によって置換される。レーザ１のフ
ァイバとレーザ２のファイバは、それらが組み合わされ
る２組の出力ファイバの中の光学的な２・２カプラ２０
において結合される。２つのレーザの周波数を近接させ
ることにより、周波数｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜のビート信号ある
いは周波数｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜の所望のスペクトルを得るこ
とができる。
【００３９】このビート信号は図示されていないＯ／Ｅ
変換器に導かれる。そこではただビート周波数｜Ｖ1 −
Ｖ2 ｜だけが検出される。その結果、光のビート信号が
ビート周波数の電気信号に変換され、それが対応する送
信／受信素子に送られる。２・２カプラの２つの出力端
は、プッシュプルに動作するＯ／Ｅ変換器を照射するた
めに使用することができる。
【００４０】図２ａにおいて、レーザ１に結合されてい
るファイバの長さｌ1,j （最初の添字１はレーザの番号
を表し、ｊはチャネル番号を表す）はそれぞれ隣接ファ
イバごとに一定量ずつ増加し、一方、レーザ２に結合さ
れているファイバの長さｌ2, j は逆に隣接ファイバごと
に同量ずつ減少する。したがってレーザ１に始まるファ
イバの端部においてレーザ周波数Ｖ1 を上昇させるにあ
たり漸次増大する勾配を持った位相ランプが、そしてレ
ーザ２に始まるファイバの端部において周波数Ｖ2 を上
昇させるにあたり漸次減少する勾配を持った位相ランプ
が生成される。重畳後、ビート信号に、重畳光信号の位
相の差が含まれる。このような装置構造は、以下「Ａタ
イプ」の装置と呼ばれる。
【００４１】図２ｂにおいて、レーザ１に始まるファイ
バの長さｌ1,j は、図２ａの場合と同様にそれぞれ一定
量ずつ増えるが、その量はここでは図２ａの場合の２倍
の大きさである。レーザ２に始まるファイバの長さｌ
2,j は一定である。それに応じてレーザ１に始まる光路
の終点において勾配の漸増する位相ランプが、そしてレ
ーザ２に始まる光路の終点において勾配のない位相ラン
プが得られる。この配置構造はＢタイプと呼ばれる。
【００４２】光路長ｌi,j に関し、図２ａ，ｂによる２
つの配置構造において次の式が得られる。
【００４３】 （ｌ1,j −ｌ2,j ）−（ｌ1,j+1 −ｌ2,j+1 ）＝Ｌel（すべてのｊ＝１〜ｎに 対して一定） この場合、２つの配置構造におけるＬelは等しい。
【００４４】Ｌelがチャネル番号ｊに依存する配置構造
はアンテナローブの旋回のほかに、アンテナ特性を変え
るのに適している。
【００４５】見易さという観点から図２には１次元的場
合だけが、つまり１方向だけ、ここでは仰角方向におけ
る旋回に対する配置構造が示されている。それ故、図示
された光ファイバ（チャネル１〜ｎ）または発生するｎ
個のビート信号がｎ個の仰角群の送信／受信素子に割り
当てられる。方位角方向における補助旋回は、ｍ個の方
位角群にわたる別の位相過程の付加的重畳を意味する。
このような配置構造が図４に示されている。
【００４６】記載上の都合により、すべてのチャネルに
対して、重畳が始まる２・２カプラ２０からＯ／Ｅ変換
器までのファイバ長さは同一と仮定され、その結果、星
形カプラ１０から２・２カプラ２０までの各通路長が上
で用いられた意味でのファイバ長さと解されるべきもの
と仮定されている。２・２カプラからＯ／Ｅ変換器まで
のファイバの長さの異なるグレージングにより２つのタ
イプＡ，Ｂは互いに代用し合うことができる。
【００４７】レーザ周波数を調整しうるようにするた
め、位相ランプの勾配が測定される。離ればなれになっ
ているチャネルからのビート信号の位相差は電気的に測
定できる。それに適しているのは、異なる長さの分岐を
持ち、レーザ光しか供給されない干渉構造（たとえばマ
ッハツェンダー干渉計あるいはマイケルソン干渉計）で
ある。走行時間差の異なる数個の干渉計の位相出力信号
は、この利用のための絶対光周波数を十分正確に決定す
るのに適している。指数関数的に増加する遅延差を持つ
干渉計群に対し、周波数（たとえばディジタル）の多項
式表現が生じる。干渉計の位相測定値は、たとえばレー
ザ周波数Ｖ1 の周波数調整に対する入力信号として役立
つ。
【００４８】図３は２つのタイプＡ，Ｂに対し２つのレ
ーザ周波数Ｖ1 ，Ｖ2 と、アンテナローブの旋回角θあ
るいはビート周波数｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜との間の関連性を示
すものである。
【００４９】上の２つの図において左側Ａタイプと右側
Ｂタイプに対し、２つのレーザ周波数Ｖ1 ，Ｖ2 が旋回
角θの正弦sin θの関数として示されている。周波数Ｖ
1 ，Ｖ2 の同様なシフトによって、ビート周波数｜Ｖ1
−Ｖ2 ｜が一定に維持され、アンテナローブだけが旋回
される。
【００５０】下の２つの図において左側Ａタイプと右側
Ｂタイプに対し、２つのレーザ周波数Ｖ1 ，Ｖ2 がビー
ト周波数｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜の関数として示されている。ア
ンテナローブの方向は一定に維持され、ビート周波数｜
Ｖ1 −Ｖ2 ｜だけが部分的に変えられる（さえずりパル
ス）。その上さらにＡタイプによる配置の場合には、２
つのレーザ周波数Ｖ1 ，Ｖ2 は逆方向に調整されなけれ
ばならない。Ｂタイプの場合には２つのレーザ周波数の
うちの１つ（Ｖ2 ）は一定状態で、もう１つのレーザ周
波数Ｖ1 はビート周波数の同じ変化を生成するため、Ａ
タイプの場合のレーザの２倍の大きさだけ変えられねば
ならない。Ａタイプによる配置はさえずりパルスの継続
期間中、Ｂタイプによる配置の２倍の大きさの送信周波
数変化を可能にする。その理由は、そのために２つのレ
ーザが離調される（Ａタイプ）のにＢタイプの場合は１
つのレーザだけが離調されるからである。
【００５１】図４は星形カプラ１０を用いて仰角方向お
よび方位角方向において同時旋回を行う一般的場合の実
施例を示すものである。
【００５２】レーザ１の光は第１の星形カプラ１０にお
いて、それぞれ各仰角群に割り当てられている、長さの
異なる各光ファイバ（チャネルｊ、ｊ＝１〜ｎ、ｎ＝仰
角群の数）に導入される。各ファイバ間の長さの差は一
定である。長さの差はループの数によって示されてい
る。方位角旋回のために、各ファイバの光はさらに、仰
角群のｍ個の送信／受信素子に分割される（チャネル
（ｊ，ｋ）、ｊ＝１〜ｎ、ｋ＝１〜ｍ、ｍ＝方位角群の
数）。この場合、各ファイバ間の長さの差は、第２分割
部の星形カプラ１０から２・２カプラ２０まで測定して
同じく一定である。
【００５３】レーザ２に対し概略的にしか示されていな
いネットワークはＢタイプに対応して長さの等しい光フ
ァイバにより、あるいはＡタイプに対応して長さを逆の
順番に段付けして構成することができる。
【００５４】図示の装置は、自由空間構造によっても実
現することができる。その場合、星形カプラの代りに、
たとえば格子が用いられる。Ａ，Ｂ２つのタイプに対し
て、光路の長さｌi,j,k （添字ｉは光路に結合されるレ
ーザの番号を表し、ｊは仰角群を、ｋは送信／受信素子
に光路が関係づけられている方位角群を表す）間に次の
関係が成立する。
【００５５】 （ｌ1,j,k −ｌ2,j,k ）−（ｌ1,j+1,k −ｌ2,j+1,k ）＝Ｌel、（すべてのｊ ，ｋに対し一定） （ｌ1,j,k −ｌ2,j,k ）−（ｌ1,j,k+1 −ｌ2,j,k+1 ）＝Ｌaz、（すべてのｊ ，ｋに対し一定） 好ましくは、Ｌel≧１メータであり、Ｌaz≦Ｌel／ｍで
ある。ここで、ｍ（方位角群の数）は好ましくは４０に
等しい。長さの差Ｌel，Ｌazの値は、それ故、常に光源
の波長（Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長は約１０-6ｍであ
る）より数オーダ−高い。
【００５６】仰角における連続旋回は、光周波数の変化
によって、最大限ｃ／Ｌel（ｃ＝群速度（グラス内にお
いてほぼ２００ＭＨz ・ｍ））だけ実現される。方位角
方向では周波数を変えることによりｃ／Ｌelのステップ
で旋回される。その場合、仰角方向における旋回角度は
変らない（式１に対する説明を参照されたい）。
【００５７】仰角方向および方位角方向における旋回に
対し、光路の異なる差分長さＬel，Ｌazが異なる理由
は、普通に行われているＳＡＲ利用の場合、仰角旋回は
方位角旋回（光周波数の大幅な変更）に対し、きわめて
迅速に行われなければならないということから、明らか
になる。
【００５８】２・２カプラ２０における重畳前に簡単な
（緩慢な）光位相調整器３０が設けられるが、それは光
位相とひいてはドリフト補償のための重畳信号の位相を
も調整するのに役立つ。
【００５９】振幅は、たとえばマッハツェーンダー干渉
計あるいは偏波調整部を用いて任意の場所で調整するこ
とができる。利用される光は、それが種々の分岐路へ分
配されるにあたり（調整可能な）振幅分布および位相分
布が割り当てられるかぎり最大にすることができる。し
たがって光出力の全部が利用される。
【００６０】それぞれの振幅分布および位相分布を有す
る異なる固定ネットワークに別々のレーザから光が供給
されるようにすることもできる。
【００６１】図５は、グラスファイバを用いて個別の光
路に分割するための別の実施例を示すものである。これ
はＡタイプによる配置構造に対応する。図２の場合と同
様、ここでもただ１方向における旋回の１次元の場合が
表現されている。
【００６２】レーザ１から来る光は第１列における２・
２カプラ２０により順次分岐され、同様にレーザ２から
来る光も第２列の２・２カプラ２０により分岐される。
第３列の２・２カプラ２０において、レーザ１のネット
ワークからの光と、レーザ２のネットワークからの光が
いつも共通のファイバで集約されて重畳され、その結
果、常にビート信号が発生しそれがＯ／Ｅ変換器を介し
て、アンテナの各送信／受信素子（チャネル１〜ｎ）に
導かれる。各２・２カプラ２０間の光路はほぼ等しい長
さを持っている。
【００６３】レーザ出力が限定される場合、ビート信号
における最大信号強度が得られるのはただ２・２カプラ
２０のそれぞれが各結合比をもって製造される場合に限
られ、その結果、すべての分岐が同じ光出力を保持する
ことができる。
【００６４】レーザの入力端から数えて、その区間にお
けるｉ番目のカプラから、ｎチャネルの場合、光の（ｎ
＋１−ｉ）番目の部分が「下方へ」向けて減結合される
必要がある。各２・２カプラ２０間の光路のグレージン
グにより（しかし第３列の２・２カプラ２０とＯ／Ｅ変
換器間の区間によっても）Ｂタイプによる配置構造が実
現される。
【００６５】図示された構造は、用いられたカプラの挿
入減衰が十分に低い場合にとくに有利である。
【００６６】２より少ないか、または２に等しいチャネ
ル数の場合、この構造は星形カプラによる構造に等価で
ある。
【００６７】１つの装置の内部での星形カプラと２・２
カプラの階層結合も利用することができる。たとえば図
４に示されているように、仰角旋回に対し、星形カプラ
による各仰角群への分割、それに引続く方位角旋回に対
し、図５または図６による２・２カプラから成る配置構
造による仰角群の各素子への分割が可能である。
【００６８】２つのレーザの光が別々のネットワークに
入力される、図５による配置構造の代りに、２つのレー
ザから送られる単一のネットワークを利用することも可
能である。そうすることによりカプラ数を大幅に減らす
ことができる。その場合、レーザ１，レーザ２からの光
を分割するために図５に示されている２・２カプラの２
つの列の代りに、ただ１つだけそのような列が必要とな
るにぎない。チャネル（送信／受信素子）の少ない構
造、あるいは高い発光量を要しない構造に対しては、こ
れに沿って減結合比２／（ｎ＋１）の一列のカプラを利
用すれば十分である。その場合、光学的ビート信号が大
きな平衡成分を含んでいることは言うまでもない。
【００６９】それ故、ビート信号の最大振幅は、カプラ
内部で２つのレーザの光に対する結合比が種々に選択さ
れうる場合にかぎり達成されうる。そのことが可能なの
は光が（わずかシフトした光周波数を介して）種々のモ
ードで発振する場合に限る。この場合、２つの偏波方向
が問題になり、それからカプラは偏波に依存する特性を
持たざるをえなくなる。
【００７０】そのようなネットワークが図６に示されて
いる。このネットワークは２つのレーザから光が供給さ
れ、しかも、２つのレーザからくる光の偏波面が互いに
９０度だけずれている。たとえばレーザ１からの光は水
平に偏波され、それに対応してレーザ２から出る光は垂
直に偏波されている。レーザ１およびレーザ２からの光
の入力点の間に偏波特性に依存する２・２カプラ２１
（第１列）が設けられている。この２・２カプラ２１は
２つのレーザ光を、出力側に設けられている周知の２・
２カプラ２０（第２列）で光がビート信号に重畳される
前に、分岐する。しかしそのためには、２つの重畳すべ
き両光成分を同一偏波面に旋回することが必要である。
それ故、重畳部直前に光学素子を設けて重畳すべき両光
成分の一方の偏波面を９０度旋回するようにする。偏波
面を９０度旋回する光学素子の代りに（あるいはまた追
加して）、たとえばファラデー効果に基づく、調整可能
な偏波旋回角を有する素子を使用することもできる。こ
の可調整素子によって、ビート信号の振幅が調整され
る。
【００７１】高い光周波数は遅延線の長さに関し特別の
要求をする。波長の中断部における遅延線の長さを正確
に作り上げることは必要でない。機器の本来の運転前
に、それぞれの送信／受信モジュールの各位相調整に役
立つ校正サイクルが必要である。校正サイクルの間で、
遅延の長さ変化がアンテナの位相分布に影響を及ぼすこ
とは、狭い公差範囲内でしか許されない。
【００７２】一つの典型的な装置の一例を示す。グラス
ファイバの長さ１メートル、波長１ミリメートル、許容
位相誤差６度の場合、相対走行時間安定度は１０-8にな
らねばならない。ほぼ（１０-5／Ｋ）というファイバの
通例の温度係数の場合、このことは１０-3Ｋという遅延
線の温度安定度を意味する。
【００７３】あらゆる遅延線における位相走行時間の同
一変化によって、主ローブの旋回が生じる。レーザ周波
数Ｖ1 ，Ｖ2 の絶対高さは本来調整できないが、位相過
程の所望の勾配に応じてそれを再調整することができる
ので、この同様の変化もまた調整することができる。し
たがって上述した値に下げられねばならない、遅延線間
の相違の変化だけしか残らないことになる。
【００７４】このことはすべてのファイバとカプラ素子
との緊密な機械的熱的結合により達成される。音響、熱
またはその他の原因の外部影響が最初のアクセスにおい
てあらゆる素子に同程度に作用し、したがってその周波
数が調節帯域幅以内にある限り抑制される。低度の影響
（たとえばリニアな温度勾配）は空間におけるファイバ
の適当な「混合」によって補償される。ファイバを互い
に撚り合わせることも場合によっては有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の光路を通過する際の光信号の位相変化の
状態を示す図。
【図２】光源から発射される光の分割に対する２つの実
施例を示す図。
【図３】２つの光源の周波数とアンテナローブないしビ
ート周波数との間の関連を示す図。
【図４】星形カプラの利用のもとに本発明の方法を実施
する装置の系統図。
【図５】２・２カプラ利用のもとに本発明の方法を実施
する他の装置の概念図。
【図６】２・２カプラ利用のもとに本発明の方法を実施
するさらに他の装置の概念図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン、バイス ドイツ連邦共和国フリードリッヒスハー フェン、アルゲウアーシュトラーセ、８ (72)発明者 ルドルフ、ツァーン ドイツ連邦共和国マークドルフ、ベート ーベンシュトラーセ、８ (56)参考文献 特開 昭64−16002（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57305（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 3/26 H01Q 3/22

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｐ個の送信／受信素子を含む能動アンテナ
    の制御方法において、 第１の干渉性光源の光が長さの異なるｐ個の光路に分割
    され、 第２の干渉性光源の光が長さの等しい、あるいは長さの
    異なるｐ個の光路に分割され、 個々の光路間の長さの差は２つの光源の波長よりもはる
    かに大きく、 第１の光源に始まる光路の光が第２の光源に始まる光と
    干渉性をもって重畳されることにより、ｐ個の光ビート
    信号が生じ、 前記光ビート信号が電気信号に変換されて各送信／受信
    素子に導かれ、 前記干渉性光源の周波数を変えることにより、アンテナ
    ローブが形成されて少なくとも１つの方向に旋回される
    ことと、送信／受信素子の電気信号の周波数が変えられ
    ることとのうちの少なくとも一方が行われることを特徴
    とする能動アンテナの制御方法。
  2. 【請求項２】送信／受信素子が行（仰角群）および列
    （方位角群）の形に配列されていることを特徴とする請
    求項１による方法。
  3. 【請求項３】光源ｉ（ｉ＝１，２）から出て、仰角群ｊ
    （ｊ＝１〜ｎ；ｎは仰角群の数）および方位角群ｋ（ｋ
    ＝１〜ｍ、ｍは方位角群の数）の送信／受信素子に属す
    る光路の長さｌi,j,k に対し、 （ｌ1,j,k −ｌ2,j,k ）−（ｌ1,j+1,k −ｌ2,j+1,k ）＝Ｌel …すべてのｊ，ｋに対し一定 （ｌ1,j,k −ｌ2,j,k ）−（ｌ1,j,k+1 −ｌ2,j,k+1 ）＝Ｌaz …すべてのｊ，ｋに対し一定 が成立することを特徴とする請求項１または２による方
    法。
  4. 【請求項４】Ｌel≧１ｍかつＬaz≦Ｌel／ｍ・（方位角
    旋回解像度／最小方位角ローブ幅）であることを特徴と
    する請求項３による方法。
  5. 【請求項５】光が光ファイバへ導かれ、各光路への分割
    が星形カプラ（１０）および２・２カプラ（２０）の少
    なくとも一方により行われることを特徴とする請求項１
    ないし４のいずれかによる方法。
  6. 【請求項６】光が自由通路を介して導かれ、各光路への
    分割が半透明反射鏡、光格子およびホログラムの少なく
    とも１つにより行われることを特徴とする請求項１ない
    し５のいずれかによる方法。
  7. 【請求項７】異なる偏波特性を有する２つの光源の光
    が、偏波に応じた減結合比を持つ２・２カプラ（２１）
    を含む光ファイバ内に互いに反対側から導入されること
    を特徴とする請求項１ないし５のいずれかによる方法。
  8. 【請求項８】第２の光源の代りに、第１の光源の、搬送
    波の抑圧された、任意の信号により単側波帯変調された
    光部分が用いられることを特徴とする請求項１ないし７
    のいずれかによる方法。
  9. 【請求項９】複数の光源対が同時に、あるいは時間的に
    前後して、種々の情報内容を持つ独立の光旋回のための
    回路網へ導入されることを特徴とする請求項１ないし８
    のいずれかによる方法。
  10. 【請求項１０】光路の内部に、位相調整部、偏波調整部
    および干渉計のうちの少なくとも１つにより構成されう
    る、うなり信号の位相および振幅を調整するための補助
    光調整部（３０）が配置されることを特徴とする請求項
    １ないし９のいずれかによる方法。
  11. 【請求項１１】光源としてレーザダイオードが用いられ
    ることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに
    よる方法。
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