JP3438430B2 - アレイアンテナ用給電回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば通信用人
工衛星等に搭載されるアレイアンテナ用給電回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、大容量の衛星通信の実現に向け
て、日本全土を数十から数百におよぶビームでカバーす
る超マルチビーム化が検討されている。このマルチビー
ム化に関しては、フェイズトアレイ方式が、その所望な
実現手段と考えられている。上述のフェイズトアレイ方
式では空間で電力合成を行うため、高効率な電力の送信
や指向性の高いビームの形成が可能である。さらにビー
ムの出射方向を可変することができ、これによってトラ
フィック変動に対して柔軟性の高い伝送路を実現でき
る。

【０００３】さて、上述のフェイズトアレイ方式を実現
するためには、複数の放射素子に所望の位相および振幅
分布をもつ信号を供給するビーム成形回路が必要とな
る。しかし、上述のようなマルチビーム等の用途のよう
に、ビーム数あるいは放射素子数が数十〜数百と大規模
なものを実現するには、電気回路では回路規模が膨大に
なりすぎる。また、所望の移相を得るために同軸ケーブ
ルを用いるので、損失や重量が問題となる。

【０００４】上述の問題を解決する一策として、光回路
を用いたフェイズトアレイ用ビーム成形回路を用いる方
法がある。この光回路によれば、光ファイバ特有の広帯
域性、低損失性、および軽量性から、これらの問題を解
決する有望な構成と考えられ、近年活発に検討が行われ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以下に、従来の光回路
を用いたフェイズトアレイ用ビーム成形回路について説
明する。図６は従来技術の第１の例を示す構成図であ
る。同図において光信号源１は、送信電気信号Ｓeによ
って強度変調された信号光Ｓoを出力する。この信号光
Ｓoは光分配器２により、固定／可変移相器２０-1〜２
０-mの各々に分配される。なおここで、ｍは放射素子の
本数である。また固定／可変移相器２０-1〜２０-mは、
信号光Ｓo（Ｓo-1〜Ｓo-m：図示省略）の光の位相を変
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。具体的には遅延線路
を用いて構成され、True-Time-Delay方式と呼ばれる。

【０００６】信号光Ｓoは、各固定／可変移相器２０-1
〜２０-mによって所望の位相に調整され、位相調整後の
信号光Ｓo'（Ｓo'-1〜Ｓ'o-m：図示省略）は、各々対応
した受光器２１-1〜２１-mに入射する。各受光器２１-1
〜２１-mにおいて、信号光Ｓ'oは再び電気信号に変換さ
れ、各々対応する増幅器２２-1〜２２-mにより所望の増
幅を受けた後、放射素子２３-1〜２３-mに供給される。

【０００７】上述の構成において、固定／可変移相器２
０-1〜２０-mの各々は、ビーム方向固定の場合に移相固
定とし、ビーム方向をステアリングする場合に移相可変
とする。この移相可変は、光スイッチを用いて遅延線路
を切り替えることによって行うことができる。

【０００８】このような構成によれば固定／可変移相器
２０-1〜２０-mの各々によって、各放射素子２３-1〜２
３-mに供給される高周波信号に所望の位相分布を与える
ことができるので、放射素子２３-1〜２３-mによって構
成されるアンテナ２４では、任意の方向にビームを形成
できる。

【０００９】図６に示す構成の特徴は、構成が簡便であ
るとともに光源の周波数や安定性に対する条件が緩やか
な点である。しかしながらその反面、送信電気信号の位
相制御を行うには、送信電気信号の波長程度の長さ（例
えば、２.５ＧＨｚ帯のマイクロ波信号に屈折率ｎ＝１.
４５の光導波路材料を用いる場合、その長さは約８.３
ｃｍ）を有する遅延線路を必要とするため、回路の小型
化が難しい。

【００１０】図７は従来技術の第２の例であり、ヘテロ
ダイン方式と呼ばれるフェイズトアレイ用ビーム成形回
路の例を示す構成図である。同図に示す回路によれば、
光信号源１ａ内の光信号１ｂから出力される角周波数ω
の出力光は、初めに２つに分岐され、一方は基準光とし
て用いられる。

【００１１】残りの一方は光周波数シフタ１ｃへと接続
され、送信電気信号の角周波数Ωだけシフトした信号光
に変換される。その後基準光と信号光とは、各々光分配
回路２-1あるいは２-2によって放射素子の数（この例で
はｍ）に分岐される。光分配回路２-1によって分岐され
た基準光は、各々固定／可変移相器２０-1〜２０-mへと
接続されており、各々の経路で所望の位相が与えられ
る。

【００１２】最後にインターコネクション／合波回路２
５によって、各基準光と各信号光との対応する経路同士
が合波され、各々受光器２１-1〜２１-mに入射する構成
である。なお、受光器２１-1〜２１-mより後の構成は、
先の例と同一であるので説明は省略する。

【００１３】本構成においては、出力されるマイクロ波
は基準光と信号光の２光波のビート成分として再生さ
れ、その位相は２光波の位相差によって決まる。従っ
て、このヘテロダイン方式では、送信電気信号の位相制
御を行うのに光の波長程度の長さがあればよく、回路規
模の大幅な縮小が期待できる。

【００１４】以上２つの従来例は、シングルビーム用ビ
ーム成形回路の例であり、これをマルチビームアンテナ
に適用するには、図８のように構成する必要がある。図
８の構成では、送信電気信号Ｓe-1〜Ｓe-mは各々が対応
する光信号源１-1〜１-mに入力される。

【００１５】この光信号源１-1〜１-mから出力される信
号光は、各々対応する分配／移相回路２６-1〜２６-m
（各々、前述の光分配器２および固定／可変移相器２０
-1〜２０-mから構成される）によって分配／位相調整が
なされる。これら分配／移相回路２６-1〜２６-mの出力
がインターコネクション／合波回路２５ａによって合成
される。

【００１６】ところで、上述したTrue-Time-Delay方式
およびヘテロダイン方式の何れの場合にあっても、放射
素子へ分配後の相対光路長は、直接アレイ素子間の相対
位相に影響するため、十分に高い精度を必要とする。特
に送信電気信号の周波数が数ＧＨｚと高い場合には数十
から数百μｍの精度を必要とするため、集積回路化が必
須である。

【００１７】しかしながら、図８に示すようにシングル
ビーム用ビーム成形回路を並列に用いてマルチビームを
構成する従来の方法では、ビーム数の増加とともに回路
規模が増大する。このため、全体を集積回路化すること
は容易ではなく、結果的にビーム数が制限されるという
問題があった。

【００１８】さらに、例え集積回路化をしたとしても、
合波回路で周波数多重回路を用いない限り損失が生じ、
さらにインターコネクション回路を平面回路で形成する
場合には交差損失が生じることとなる。

【００１９】これらの損失は、ビーム数が少ないときに
は大きな障害とはならないが、例えば８ビーム６４放射
素子のビーム成形回路を形成する場合には、９ｄＢの合
波損失が生じる。またこのとき、交差損失は交差１点あ
たり０.１ｄＢとして最大４４.１ｄＢになる。さらに６
４ビーム６４放射素子の場合は、合波損失は１８ｄＢ、
交差損失は最大３９６.９ｄＢと極めて大きな値とな
り、大規模マルチビーム化における深刻な問題となって
いた。

【００２０】以上をまとめると、従来検討されているビ
ーム成形回路においては、シングルビーム用ビーム成形
回路をビーム数だけ並列に用いてマルチビームを構成す
るため、集積回路化可能なビーム数が制限される問題が
あった。またインターコネクション回路および合波回路
が必要であるため、例え集積回路化を行ったとしても損
失の問題が生じ、多くのビーム数および放射素子数を有
する超マルチビームに拡張することが極めて困難であっ
た。

【００２１】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、大容量衛星通信やパーソナル通信等において
必要となる、多くのビーム数および放射素子数を有す
る、小型且つ高性能なアレイアンテナ用給電回路を提供
することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、無線信号
を、基準光と前記無線信号の周波数に相当する光周波数
差を有する信号光の２つの光信号からなる第１の光波に
変換するとともに、前記第１の光波を送信無線信号数だ
け出力する光信号発生手段と、前記第１の光波を波動処
理して第２の光波を出力する光波処理手段と、前記第２
の光波をヘテロダイン検波することによって無線信号を
再生し、前記無線信号を複数の放射素子へ給電する光検
出手段とを有し、前記光波処理手段は、少なくとも１つ
の入力端子と複数の出力端子とを有するスラブ導波路か
ら構成されるとともに、前記入力端子と前記出力端子と
は所定の位置関係に設定されており、前記スラブ導波路
の入力端子の１つから入力される前記第１の光波は、前
記出力端子の各々の相対的な位置関係によって与えられ
る振幅および位相の分布が付与されて出力されるととも
に、互いに異なる前記入力端子に入力される前記第１の
光波に対して、各々異なる振幅および位相の分布が付与
されることを特徴とする。

【００２３】また、請求項２に記載の発明にあっては、
無線信号を、基準光と前記無線信号の周波数に相当する
光周波数差を有する信号光の２つの光信号からなる第１
の光波に変換するとともに、前記第１の光波を送信無線
信号数だけ出力する光信号発生手段（１０１）と、前記
第１の光波を波動処理して第２の光波を出力する光波処
理手段（１０２）と、前記第２の光波をヘテロダイン検
波することによって無線信号を再生し、前記無線信号を
複数の放射素子へ給電する光検出手段（１０３）とを備
え、前記光波処理手段は、少なくとも１つの入力端子と
複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記出力端子と
は所定の位置関係に設定されており、前記入力端子の１
つから入力される前記第１の光波は、前記出力端子の各
々の相対的な位置関係により与えられる振幅及び位相の
分布が付与されて出力されるととともに、互いに異なる
前記入力端子に入力される前記第１の光波に対して、各
々異なる振幅及び位相分布を付与することにより、前記
第１の光波を入力して第３の光波を出力する第１のスラ
ブ導波路と、前記第３の光波を第４の光波と前記基準光
とに分波する分波手段と、少なくとも１つの入力端子と
複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記出力端子と
は所定の位置関係に設定されており、前記入力端子の１
つから入力される前記第４の光波は、前記出力端子の各
々の相対的な位置関係により与えられる振幅及び位相の
分布が付与されて出力されるととともに、互いに異なる
前記入力端子に入力される前記第４の光波に対して、各
々異なる振幅及び位相分布を付与することにより、前記
第４の光波と前記基準光とを入力して前記第２の光波を
出力する第２のスラブ導波路とから構成されることを特
徴とする。

【００２４】また、請求項３に記載の発明によれば、請
求項２に記載のアレイアンテナ用給電回路では、前記分
波手段は、前記第３の光波を前記基準光と前記信号光と
に分波する偏波分波器を有することを特徴とする。

【００２５】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項２に記載のアレイアンテナ用給電回路では、前記分
波手段は、前記信号光から異なる周波数成分を有する複
数の光波よりなる前記第４の光波を分波する周波数分波
器を有することを特徴とする。

【００２６】

【作用】この発明によれば、光信号発生手段は、無線信
号を基準光と無線信号の周波数に相当する光周波数差を
有する信号光の２つの光信号からなる第１の光波に変換
するとともに、第１の光波を送信無線信号数だけ出力
し、光波処理手段は、第１の光波を波動処理して第２の
光波を出力し、光検出手段は、第２の光波をヘテロダイ
ン検波することによって無線信号を再生し、無線信号を
複数の放射素子へ給電する。この光波処理手段は、少な
くとも１つの入力端子と複数の出力端子とを有するスラ
ブ導波路から構成されるとともに、入力端子と出力端子
とは所定の位置関係に設定されており、スラブ導波路の
入力端子の１つから入力される第１の光波は、出力端子
の各々の相対的な位置関係によって与えられる振幅およ
び位相の分布が付与されて出力されるとともに、互いに
異なる入力端子に入力される第１の光波に対して、各々
異なる振幅および位相の分布が付与される。

【００２７】

【発明の実施の形態】

Ａ．第１の実施の形態 以下に、本発明のアレイアンテナ用給電回路について説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるア
レイアンテナ用給電回路の構成を説明する概略構成図で
ある。図１に示すアレイアンテナ用給電回路は、光信号
発生装置１０１と光波処理装置１０２と光検出装置１０
３、ならびにアンテナ２４とから構成されている。

【００２８】光信号発生装置１０１は複数の光信号源を
有し、これら光信号源の各々は光源と光周波数シフタと
から構成されている。即ち光信号発生装置１０１は、複
数の光源の各々から基準光を出力し、これに対応する光
周波数シフタは、各々送信電気信号を入力し、各々光源
からの光の周波数をシフトさせた信号光を同時に出力す
る（図７に示す光信号源を参照）。

【００２９】光波処理装置１０２はＮ×Ｍスラブ導波路
によって構成され、信号光の分配、位相調整ならびに合
成を行う。スラブ導波路の形状は、アンテナ２４を構成
する放射素子の形状、配列、構成数、ビームの指向方向
の設定等によって様々なものが考えられる。図２ではＮ
×Ｍスラブ導波路を示しており同図を参照してスラブ導
波路の構成ならびに動作を説明する。

【００３０】図２に示すスラブ導波路は、同数であるＮ
個およびＭ個の入力路あるいは出力路を有している。こ
れら各入力路は等間隔ｄ1で配置され、出力路も等間隔
ｄ2で配置され、さらにｄ1とｄ2とは同一である。これ
ら入力路と出力路とは、各々の中央に位置する入力路と
出力路とが対向し、これら中央の入力路あるいは出力路
を中心とした半径Ｒの円弧を形成して、スラブ導波路端
面に垂直に接続されている。

【００３１】図２に示すスラブ導波路では、１つの入力
路から入力された光信号は、スラブ導波路中を広がりつ
つ伝播し、Ｍ個の出力路に対して、ある振幅分布（ガウ
ス分布）をもって分配される。ここで、スラブ導波路の
入出力端面の幅（Ｎ×ｄ）が半径Ｒに比べて十分小さけ
れば、どの任意の入力端子から入力した場合も等しい振
幅分布をもつ出力が得られると考えて差し支えない。

【００３２】一方、位相について考えてみると、中央の
入力路（ｎ＝０）から入力された光信号は、すべての出
力路に等位相で出力される。これに対して、中央とは異
なる入力路から入力された光信号は、各出力路までの伝
播距離が異なるため、その距離に応じた位相分布を持つ
ことになる。

【００３３】この場合にあっても、スラブ導波路の入出
力端面の幅（Ｎ×ｄ）が半径Ｒに比べて十分小さい場合
には、位相分布はほぼ直線の傾きを持つことになる。こ
こで重要なことは、異なる入力路から入力された光信号
には、異なる傾きの位相分布を与えることができる点で
ある。

【００３４】例えば、各出力路までの伝播距離の差は、
光信号の波長程度に設定すればよく、伝播距離による振
幅変化は位相変化に対して非常に緩やかである。このた
め振幅分布は、何れの入力路からの光信号であっても一
定であり、位相分布だけが変化する。また、使用する光
信号の波長の範囲は、通常はせいぜい数十ｎｍであるた
め、位相分布は主に入力端子の位置によって決まる。従
って、光周波数による位相分布の差は、無視できる程度
の値である（例えば、１５５０ｎｍの光信号と１５６０
ｎｍの光信号とを同一入力路から入力した場合、位相分
布の傾きの比は１５５：１５６となる）。

【００３５】以上は１つの光信号のみの場合についてで
あるが、例えばヘテロダイン系を用いて、スラブ導波路
をビーム成形回路に拡張することができる。即ち光信号
として、１つの基準光と、この基準光から送信電気信号
の周波数だけ周波数の離れた信号光の２つを用意し、こ
れら２つの光信号を各々所定の入力路から入力すればよ
い。

【００３６】２つの光信号を扱うスラブ導波路ついて、
出力路の後段で光検出を行った場合、２つの光信号の周
波数差に等しい周波数と、同位相分布の傾きの差に相当
する位相分布の傾きを有する電気信号が得られる。また
このとき、振幅分布は２つの光信号の振幅の積に等し
く、一般にガウス分布となる。

【００３７】単純な例として、基準光と信号光とを同一
の入力路から入力した場合には、その振幅分布はガウス
分布となり、また位相分布はすべて等位相となる。一
方、基準光を中央の入力路（ｎ＝０）から入力し、信号
光を中央の１つ上に位置する入力路から入力した場合に
は、基準光は等位相（位相分布の傾きは０）であるの
で、得られる電気信号の位相分布の傾きは信号光の位相
分布の傾きと等しくなる。

【００３８】図１において光検出装置１０３は、受光器
２１、２１・・・によって、上述のようにしてスラブ導
波路から得られる２つの光信号の組から無線信号を再生
し、増幅器２２、２２・・・により所望の増幅をした
後、アンテナ２４を形成する放射素子２３、２３・・・
に供給する。

【００３９】図３は、出力される電気信号の位相分布の
計算結果を示す図である。この計算は、石英系光導波路
を用いた場合を想定し、石英ガラスの屈折率＝１.４５
とした。また、入出力光導波路はシングルモード導波路
で、モードフィールド径２ω＝７.４μｍ、Ｎ＝Ｍ＝３
３、ｄ1＝ｄ2＝２５μｍ、スラブ導波路の曲率半径Ｒ＝
５ｍｍ、使用光波長＝１.５５μｍとした。

【００４０】また、基準光は中央の入力路（ｎ＝０）か
ら入力した。図３では、横軸に出力路番号（−１６〜＋
１６）、縦軸が位相であり、信号光を入力する入力路番
号（−１６〜＋１６）をパラメータに描いてある。図３
より、直線的な傾きをもつ位相分布が得られ、傾きは入
力路の位置によって異なることがわかる。

【００４１】以上は、スラブ導波路の形状や入出力路等
を比較的単純に設定した場合であるが、これらの形状に
は様々なものが考えられる。即ち、上述の説明から容易
に推察できるように、本実施の形態において光信号の分
配や移相器として用いるスラブ導波路は、本質的にフー
リエ変換レンズの機能を有していることが必要である。
これは元来、アレイアンテナがフーリエ変換レンズの動
作をすることからきている。

【００４２】このことは、フェイズトアレイ用ビーム成
形回路が、アンテナとフーリエ変換、あるいはフーリエ
逆変換の関係にあることを意味している。従って、アレ
イアンテナの形状や素子配列、あるいは成形するビーム
のビーム幅ならびに指向性等の設定によって、スラブ導
波路の形状は様々に異なるものが考えられ、さらに光信
号の分配による損失が小さい形状にすること等を考慮し
て、最適な設計を行えばよい。

【００４３】例えば平面アレイアンテナの場合には、ス
ラブ導波路の出力端面には単純平面が適しているが、曲
率半径Ｒが大きいときは、曲面でもほぼ同様の結果を得
ることが可能である。また入力路数はビーム指向方向数
によって決定し、入力路ピッチはビーム指向方向によっ
て決定すればよい。さらに出力路数はアレイ素子数によ
って決定し、出力路ピッチはアレイ素子配列によって決
定すればよい。

【００４４】以上述べたように、図１に示すような複数
の入力素子と複数の出力素子とを有するスラブ導波路
は、光信号の分配と移相とを同時に行う光分配／移相器
として動作し、これにヘテロダイン方式を適用すること
によってビーム成形が可能である。

【００４５】このとき、異なる入力路から入力された光
信号は、異なる位相分布の傾きを有するため、基準光と
信号光の各々について入力路を所定の位置に設定するこ
とによって、任意の位相分布を与えることができる。さ
らにこの場合、複数の入力路を同時に使用することによ
って、１つの回路を用いて複数の指向方向を有するビー
ムを同時に成形することができる。

【００４６】この場合、１つの基準光に対して、任意の
入力路から複数の信号光を入力してもよく、また複数の
周波数の異なる基準光に対して、各々複数の信号光を用
意してもよい。従って、本実施の形態によって１次元ビ
ームを成形する場合には、光源数をビーム数と関係なく
設定できるため、光源数の少ない簡便な構成を実現でき
る。さらに機能を拡張する場合や、雑音を低減したい場
合等は、必要に応じて光源数を選選択すれば柔軟な対応
が可能である。

【００４７】ところで図１に示す構成では、各出力路の
後段に受光器に設け、ここで光／電気変換を行った後、
増幅器を介して各放射素子へと給電する構成によって１
次元のフェイズトアレイ動作を行う構成である。

【００４８】しかしながら、位相制御を行う経路数を放
射素子数より小さくしてビーム成形回路の小型化を図る
場合は、スラブ導波路の出力路数を放射素子数と同一に
する必要はなく、また出力路は、さらに次の信号処理回
路へと接続することが必要となる場合が多い。従って、
光処理装置１０２と光検出装置１０３との接続関係は様
々なものが可能であるため、詳細は本実施の形態に示し
たものに限定されない。さらには、光検出装置１０３の
詳細な構成についても同様である。

【００４９】また、送信電気信号の周波数分の光周波数
差を有する２つの光信号の組を、ビーム数分出力する光
信号発生装置１０１にも、様々な構成のものが考えら
れ、その詳細な構成は本実施の形態のものに限定されな
い。例えば、１つの光源を用いて光分岐器と光周波数シ
フタにより構成する構成や、光源を２つ用意して、送信
電気信号によって光源の周波数差をロックして用いる構
成等が考えられる。また、各々２つの光信号の組の間の
周波数は、同一でも異なっていてもよい。さらに、複数
の基準光と信号光との２つの光信号の組について、すべ
ての基準光を共通の１つとしてもよい。

【００５０】さらに、光信号発生装置１０１から出力さ
れた複数の光信号と、光波処理装置１０２の各入力路と
の接続の対応関係は問わない。即ち、どの光信号をどの
入力路に接続するかは、主にビームの指向方向によって
決定すればよい。例えば、すべての光信号が同一の入力
路に接続される構成であってもよく、あるいはすべて異
なる入力路に接続される構成であってもよい。

【００５１】Ｂ．第２の実施の形態 図４は、本発明の第２の実施の形態にかかるアレイアン
テナ用給電回路の構成を示す構成図であり、スラブ導波
路型光分配／移相器を縦列接続することによって２次元
アレイを実現した例である。本実施の形態では、１６×
１６スラブ導波路を縦列接続し、Ｘ方向１５×Ｙ方向１
５の全２２５方向の２次元固定ビームを実現しており、
２５６個の放射素子に給電する構成である。

【００５２】以下に同実施の形態の具体的な動作を説明
する。光信号発生装置は、１５個の異なる周波数を有す
る光源を有し、各光源が発生する光信号は、光分岐器に
よって各々１６分割される。その内の１つは基準光とし
て用い、他の１５個は周波数シフタに入力され、送信電
気信号の周波数分シフトした信号光に変換される。

【００５３】これらの光信号の各々は、インターコネク
ション部と１５×１合波部（図示しない）とを介して、
Ｘ方向制御部を構成する第１のスラブ（導波路）の所定
の入力路に接続される。本実施の形態では、基準光はす
べて同一の入力路から第１のスラブに入射し、第１のス
ラブに入射する前段で半波長板を用いて偏波状態を９０
°回転させている。

【００５４】本実施の形態では、偏波保持性の導波路部
品を用いており、前段の周波数シフタではＺ-cut ＬiＮ
bＯ₃基板を用いており、ＴＭ偏光で動作するように設定
してある。従って、基準光はＴＥ偏光で第１のスラブに
入射することになる。第１のスラブの１６個の出力路
は、各々ＴＥ、ＴＭ偏光を分離する偏波分離器に接続さ
れており、１５個の光信号が重畳された基準光と信号光
とに分離される。

【００５５】このうち信号光は、まず半波長板によって
ＴＥ偏光に変換され、さらに１×１５周波数分波器に接
続され１５個の異なる周波数成分を有する信号光に分波
される。１５個の信号光と１個の多重化されたままの基
準光の各々は、Ｙ方向制御部が有する第２のスラブ（導
波路）の所定の入力路に接続されており、再び光分配お
よび位相分布を付与されて出力される。第２のスラブで
は、すべての光信号はＴＥ偏光となっており、従って全
２５６個の出力路の後段に設けられた光検出装置によっ
てヘテロダイン検波することが可能である。

【００５６】本実施の形態では、第１のスラブの前段に
インターコネクション部と図示しない１５×１合波部が
あり、ここで損失が生じることになる。しかしながら、
本実施の形態のの２２５ビーム２５６放射素子の場合、
交差点は最大２２３個であり、１点あたりの交差損失を
０.１ｄＢとすると合計２２.３ｄＢ、また合波損失は１
２ｄＢであり、前述した従来の構成に比較して格段に改
善されていることがわかる。

【００５７】さらに注意しなければならないことは、従
来のシングルビーム用ビーム成形回路を並列接続する場
合には、インターコネクション部および合波部は必然的
に放射素子への分配の後段に設けられることになる。こ
れに対して、本実施の形態による構成では、放射素子へ
の分配の前段に設けられていることである。

【００５８】前述のようにビーム成形回路では、放射素
子への分配を行った後の相対的な光路長は、精密に制御
する必要があるため集積回路構成が必須要件であり、交
差損失が避けられない。これに対して、本実施の形態の
ようにインターコネクション部が放射素子への分配の前
段にある場合には、例えば光ファイバ等で接続すればよ
く、交差損失は必ずしも生じるものではない。

【００５９】本実施の形態による構成では、第１および
第２のスラブは、偏波分離器と周波数分波器の２種類の
分波器からなる基準光分離／光周波数分離回路を介して
接続されているが、これらを併用してもよい。本実施の
形態においては、第１段目の分波器を偏波分波器、第２
段目の分波器として周波数成分を用いているが、この他
の構成も可能である。例えば第１段目の分波器にも周波
数分波器を用いてもよい。その場合には例えばマッハツ
ェンダー型周波数分波器など周期的な周波数分波特性を
有するものを用い、使用する光周波数をその通過特性に
合わせて設定すればよい。

【００６０】Ｃ．第３の実施の形態 図５は本発明の第３の実施の形態にかかるアレイアンテ
ナ用給電回路の構成を示す構成図であり、上述の第２実
施の形態と同様に２次元アレイの例である。第２の実施
の形態と異なる点は、第１のスラブに６４×１６の非対
称型スラブ導波路を用いており、また第２のスラブに９
×１６スラブ導波路を用い、入力路への光信号の接続
に、インターコネクション部と合波部を介していない点
である。本実施の形態では、各々周波数の異なる８個の
光源を用いて、Ｘ方向７×Ｙ方向８の５６ビームを２５
６放射素子に給電する構成である。

【００６１】図５に示す構成において光信号発生装置
は、各々周波数の異なる８個の光源を有しており、これ
ら光源が出力する光信号は各々光分岐器によって８分割
される。その内の１つは基準光として用い、他の７個は
周波数シフタに入力され、送信電気信号の周波数分シフ
トした信号光に変換される。

【００６２】基準光は半波長板によりＴＥ偏光に変換さ
れて、Ｘ方向制御部が有する第１のスラブ（導波路）の
（ｓ×８）−７番目の入力路に接続される。信号光はＴ
Ｍ偏光で（ｓ×８）−６番目からｓ×８番目の入力路に
接続される。なおここで、ｓは光源の番号（ｓ＝１〜
８）である。

【００６３】この後は前述の第２の実施の形態と同様
に、第１のスラブの１６個の出力路は各々偏波分離器に
接続されて、基準光と信号光とに分離される。信号光は
半波長板によりＴＥ偏光に変換された後、周波数分波器
によって８個の周波数成分に分波され、これら合計９個
の光信号は、Ｙ方向制御部が有する第２のスラブ（導波
路）の各々所定の入力路に接続される構成である。

【００６４】本実施の形態では、第１のスラブにおいて
異なる光源からの出力光を、各々互いに異なる入力路へ
入力しているが、実際に得られるＸ方向のビームは８種
類である。即ち、第１の実施の形態に示したスラブ導波
路形状の場合、得られる電気信号の位相分布の傾きは基
準光と信号光の入力位置の相対関係であるため、例えば
基準光と隣接する入力路から入力した信号は光源によら
ず同一の指向方向をもつことになる。

【００６５】このように、光信号源と光分配／光移相器
の接続関係は多様であり、入力路を適切に選ぶことによ
って交差や合波による損失の問題を回避することが可能
となることがわかる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光信号発生手段は無線信号を、基準光と前記無線信
号の周波数に相当する光周波数差を有する信号光の２つ
の光信号からなる第１の光波に変換するとともに、前記
第１の光波を送信無線信号数だけ出力し、光波処理手段
は前記第１の光波を波動処理して第２の光波を出力し、
光検出手段は前記第２の光波をヘテロダイン検波するこ
とによって無線信号を再生し、無線信号を複数の放射素
子へ給電する。この前記光波処理手段は、少なくとも１
つの入力端子と複数の出力端子とを有するスラブ導波路
から構成されるとともに、前記入力端子と前記出力端子
とは所定の位置関係に設定されており、前記スラブ導波
路の入力端子の１つから入力される前記第１の光波は、
前記出力端子の各々の相対的な位置関係によって与えら
れる振幅および位相の分布が付与されて出力されるとと
もに、互いに異なる前記入力端子に入力される前記第１
の光波に対して、各々異なる振幅および位相の分布が付
与されるので、大容量衛星通信やパーソナル通信等にお
いて必要となる、多くのビーム数および放射素子数を有
する、小型且つ高性能なアレイアンテナ用給電回路が実
現可能であるという効果が得られる。

【００６７】本発明の効果として第１に、多数のビーム
をひとつの回路で一括処理することによって回路規模の
増大なくマルチビームを構成可能となった。第２に、１
つの回路で一括処理するため、交差損失や合波損失の問
題を本質的に解決した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるアレイアン
テナ用給電回路の構成を説明する概略構成図である。

【図２】Ｎ×Ｍスラブ導波路の構成ならびに動作を説明
する図である。

【図３】同実施の形態において出力される電気信号の位
相分布の計算結果を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態にかかるアレイアン
テナ用給電回路の構成を示す構成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態にかかるアレイアン
テナ用給電回路の構成を示す構成図である。

【図６】従来技術の第１の例を示す構成図である。

【図７】従来技術の第２の例を示す構成図である。

【図８】従来技術の他の例を示す構成図である。

【符号の説明】

１０１ 光信号発生装置 １０２ 光波処理装置 １０３ 光検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−289704（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−181407（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57305（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−276017（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 1/00 H01Q 1/28 H01Q 3/26

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線信号を、基準光と前記無線信号の周
   波数に相当する光周波数差を有する信号光の２つの光信
   号からなる第１の光波に変換するとともに、前記第１の
   光波を送信無線信号数だけ出力する光信号発生手段（１
   ０１）と、 前記第１の光波を波動処理して第２の光波を出力する光
   波処理手段（１０２）と、 前記第２の光波をヘテロダイン検波することによって無
   線信号を再生し、前記無線信号を複数の放射素子へ給電
   する光検出手段（１０３）と を有し、 前記光波処理手段は、少なくとも１つの入力端子と複数
   の出力端子とを有するスラブ導波路から構成されるとと
   もに、 前記入力端子と前記出力端子とは所定の位置関係に設定
   されており、 前記スラブ導波路の入力端子の１つから入力される前記
   第１の光波は、前記出力端子の各々の相対的な位置関係
   によって与えられる振幅および位相の分布が付与されて
   出力されるとともに、 互いに異なる前記入力端子に入力される前記第１の光波
   に対して、各々異なる振幅および位相の分布が付与され
   ることを特徴とするアレイアンテナ用給電回路。
2. 【請求項２】 無線信号を、基準光と前記無線信号の周
   波数に相当する光周波数差を有する信号光の２つの光信
   号からなる第１の光波に変換するとともに、前記第１の
   光波を送信無線信号数だけ出力する光信号発生手段（１
   ０１）と、 前記第１の光波を波動処理して第２の光波を出力する光
   波処理手段（１０２）と、 前記第２の光波をヘテロダイン検波することによって無
   線信号を再生し、前記無線信号を複数の放射素子へ給電
   する光検出手段（１０３）とを備え、 前記光波処理手段は、少なくとも１つの入力端子と複数の出力端子を有し、前
   記入力端子と前記出力端子とは所定の位置関係に設定さ
   れており、前記入力端子の１つから入力される前記第１
   の光波は、前記出力端子の各々の相対的な位置関係によ
   り与えられる振幅及び位相の分布が付与されて出力され
   るととともに、互いに異なる前記入力端子に入力される
   前記第１の光波に対して、各々異なる振幅及び位相分布
   を付与することにより、前記第１の光波を入力して第３
   の光波を出力する第１のスラブ導波路と、 前記第３の光波を第４の光波と前記基準光とに分波する
   分波手段と、少なくとも１つの入力端子と複数の出力端子を有し、前
   記入力端子と前記出力端子とは所定の位置関係に設定さ
   れており、前記入力端子の１つから入力される前記第４
   の光波は、前記出力端子の各々の相対的な位置関係によ
   り与えられる振幅及び位相の分布が付与されて出力され
   るととともに、互いに異なる前記入力端子に入力される
   前記第４の光波に対して、各々異なる振幅及び位相分布
   を付与することにより、前記第４の光波と前記基準光と
   を入力して前記第２の光波を出力する第２のスラブ導波
   路と から構成されることを特徴とするアレイアンテナ用
   給電回路。
3. 【請求項３】 前記分波手段は、 前記第３の光波を前記基準光と前記信号光とに分波する
   偏波分波器を有することを特徴とする請求項２に記載の
   アレイアンテナ用給電回路。
4. 【請求項４】 前記分波手段は、 前記信号光から異なる周波数成分を有する複数の光波よ
   りなる前記第４の光波を分波する周波数分波器を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ用給
   電回路。