JP4463860B2 - フレキシブル回路アセンブリ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、それぞれの受信回路に接続されたアンテナ素子のアレイによる電磁信号の受信に関し、より詳細には、受信信号を伝達するとともに受信回路を付勢する（energize）光ファイバを使用して、光学的に提供されるパワーにより電気信号処理を行うフレキシブル回路アセンブリに関する。

多数の放射器が列および行に配置された二次元アレイ等のアレイアンテナは、アンテナの表面形状が航空機の機体または翼等の基礎をなす（基本の）支持体に一致していなければならない状況で使用されることがある。このような構造は、放射器を保持している支持構造が基本の支持体に嵌合するように構成される必要があることから従来困難であった。

例を挙げると、アンテナがフォトリソグラフィ等により基板上にインプリント（刷込み）された１セットの放射器で形成される状況では、基板は、基礎をなす支持体に嵌合するように組み立てられなければならない。放射器により放射および／または受信された信号は、位相シフトされてもよく、また、基本の支持体において曲率を補償するようにこれに振幅テーパを設けてもよい。アンテナの構造は、放射器から離れた受信回路まで受信信号を伝達する際に発生するおそれのある過剰な信号減衰を回避するために、放射器のそれぞれに直接接続された多数の受信回路を必要とすることにより複雑になることがある。さらに複雑となる要因として、信号、コントロールおよび出力を各種の受信回路に伝達する多数の配線を配置することが困難であることが挙げられる。

さらにアレイアンテナの配備例として、このようなアンテナは、地球の周りを回る衛星により配備されることがある。このような場合、剛性アンテナは、従来、互いに連接する部分から組立てられるので、アンテナを配備する宇宙船の機内に積載することが可能となる。このような構造では、接合点のない連続したアンテナを使用することができない。さらに、接合するために必要な機械構造により、アンテナの重量と複雑さが増大する。なお、宇宙船に搭載されるアンテナの場合、たとえば、反射板を使用せずに電気絶縁基板上に配置される放射器のセットで構成されるアンテナ等、正逆の両方向に放射する一連の放射器としてアンテナを構成することが望ましい。かかる構成により、各種放射器をビームフォーマ（ビーム成形器）と相互接続する多数の配線は、放射を反射する金属スクリーンとして作用し、これによってアンテナの放射パターンが変更されてしまう。

前述の欠点は、双極子（ダイポール）放射器等の放射器を電気絶縁材料からなるフレキシブルシートに設けた本発明にしたがって構成されるアレイアンテナにより克服され、かつ他の利点も得られる。この構造により、アンテナは、たとえば上述した機体またはエアフォイル等、曲面を有する基本の支持体に配置することが可能である。さらに、アンテナがフレキシブルであるため、たとえばアンテナを長シリンダ状に巻いて宇宙船にオンボードで積載し、後で平面または曲面構成に展開してもよく、これは、上記の接合点を必要とせずに実現可能である。したがって、単一構造のアンテナを使用して、宇宙船により配備されるアンテナまたは車両に搭載されるアンテナが有する上記の欠点を克服することが可能である。

本発明の好適な実施形態において、受信回路は放射器と結合され、この結合は基板において直接行われるため、放射器とそのそれぞれの受信回路とを相互接続する電気配線の長さを最小限に抑えることができる。本発明の重要な特徴によれば、受信回路により出力された信号をビーム成形器と相互接続するために光ファイバケーブルが設けられるが、このビーム成形器はアンテナから離れた地点に配置される。受信信号を伝達する個々の光ファイバは、上記の放射エネルギーを反射する不具合を回避するようにいずれの金属製の導電材料も使用しないため、アンテナの放射パターンの歪みを回避することができる。さらに、本発明の別の特徴によれば、受信回路のそれぞれにおける回路を動作させる電力は、レーザパワー源からパワーを光学的に送信することによって提供される。光学パワーは、光ファイバにより搬送され、個々の受信回路のそれぞれにおいて電力に変換される。

受信回路のそれぞれにおいて、フォトセルは、光ファイバにより受信されたレーザの光学パワーを電気的パワーに変換してＩＦ（中間周波数）回路を動作させ、入力ＲＦ（無線周波数）信号をＩＦ信号に変換し、さらにレーザから光線が得られるとき光モジュレータ（変調器）アセンブリを動作させる電力を提供する。光変調器アセンブリは、電気ＩＦ信号を光学信号に変換し、光ビームはＩＦ信号により振幅が変調され、受信回路の光学出力信号を供給する。

本発明の別の特徴によれば、各受信回路は、可撓性（柔軟性）を有するように構成されているため、アンテナ基板が曲がると回路も曲がることが可能である。受信回路の可撓性は、フレキシブル光ケーブルにより接続された個々のモジュールで受信回路を構成することによって達成される。本発明の好適な実施形態において、各受信回路は、３個のモジュールからなり、この３個のモジュールが２個のフレキシブル接続点により相互接続されている。モジュール自体は、それぞれ剛性があり、かつプリント回路基板上に支持された個別のアナログコンポーネントにより構成される。モジュールは、ミクサ、フォトセル、光学バイアス信号とともに光学較正信号を受信する光検出器、レーザダイオードを内蔵した光変調器等のコンポーネントを含む。２個のモジュール間の接続点において、モジュールのそれぞれにおいて支持構造が設けられ、相互接続する光ケーブルと係合している。単一の受信回路を構成する３個のモジュールのセット全体は、電気的絶縁するシュリンクラップ（収縮包装）フィルム等のプラスチックフィルムで包まれている。フィルムは、３個のモジュールのアセンブリに寸法的な安定性をもたらす一方、接続点においてモジュール間で柔軟なハウジングとして機能する。

本発明のさらに別の特徴によれば、受信回路のそれぞれにおいて、３個のモジュールは直列接続され、ペンと同様の形状を与える。受信回路の長さは、アンテナのアレイにおける放射器列の２個の連続した放射器の間隔より短い。このため、連続した受信回路は列車の車両のように配列され、これによりアンテナの放射器の列を延長することができる。連続した受信回路列は、アンテナアレイにおける放射器列の連続した放射器に使用される。

アレイ内部の各種の受信回路における光ファイバにより配線を容易にするために、受信回路のそれぞれには、１列における受信回路のすべてに電力およびその信号を供給する十分な数のファイバを含む多数の光ファイバのセットが設けられる。例を挙げると、１列に２５個の受信回路がある場合、受信回路の入力信号に備えられた光ファイバのうちの２５個が第１の受信回路において使用される。これに対応して、この光ファイバのセットのうちの２４個だけが第２の受信回路において使用され、ファイバのうちの２３個は受信回路の第３の回路において使用され、受信回路列における連続した受信回路において使用される光ファイバの数がこれに呼応して減少する。これにより、すべての受信回路は同一の構造で作製することができ、ファイバのうち特定のものの相互接続のみが、その列におけるそれぞれの受信回路の中で異なる。これにより、アンテナの各コンポーネントの物理的配列が簡略化され、かつその構築が容易になり、アンテナが曲がっているときでさえも、アンテナの使用においてより高い信頼性を確保できる。なお、受信回路を曲げる能力により、受信回路からの干渉を受けることなくアンテナを曲げることが可能である。

本発明の上記態様および他の特徴は、添付図面を参照して以下に説明する。
図面の異なる図に見られる同一に表された要素は同じ要素を示すが、すべての図面についての記載において参照されるものではない。

図１〜図３を参照すると、ダイポール放射器等、放射器２２のアレイがフレキシブル誘電体基板２４上に配置されたアンテナシステム２０の一部が示される。例として、放射器２２はパッチ放射器として構成され、列および行のアレイに配置され、参照を簡単にする目的で、行は軸２６に平行であり列は軸２８に平行である。基板２４は、基板２４の前面に設けられた放射器２２を有する略シート形状をなし、裏面には、放射器２２のそれぞれと接続する受信回路３０が搭載されている。放射器２２との接続は、ダイポール宇放射器の場合、放射器２２の２つのウィング３４を受信回路３０の対応受信回路と接続する２つの電気配線３２により達成される。配線３２は、基板２４に設けられた開口３６を貫通する。受信回路３０は、接着剤３８等の適当な手段により基板２４の裏面に固定される。必要に応じて、受信回路３０は、対応する放射器２２の後ろに直接配置されてもよいが、この場合においても、受信回路３０は列および行のアレイに配列される。

図４を参照して、受信回路３０のそれぞれは、接続点４４で相互接続される個々のモジュール４２のアセンブリとして構成され、ペン等の長形（細長い）物体からなるアセンブリ４０に全体的な構成を提供する。また、図４では、受信回路３０が対応する放射器２２と相互接続され、この相互接続は、基板２４の一部を貫通して示される配線３２によりなされる。モジュール４２のそれぞれは、受信回路３０の回路の一部を包含する。例として、受信回路３０のコンポーネント４６は仮想線で示され、同様に仮想線で示されるプリント回路基板４８等の適当な支持体に搭載されている。アセンブリ４０全体は、コンポーネント４６を周囲環境から遮断する作用があるとともにモジュール４２において機械的な相互接続を確保するフレキシブルプラスチック材料のシース（外装）５０で被覆されている。本発明の好適な実施形態においては、かかる外装によりモジュール４２間の接続点４４においてアセンブリ４０のたわみ（屈曲）が可能となるため、「シュリンクラップ」として一般に知られ、パッケージ材料として一般に使用されるプラスチック材料が使用される。

本発明の特徴によれば、アセンブリ４０の相互接続は、光ファイバの複数セットにより達成される。後述するように、受信回路３０の１つに電力（パワー）および信号を供給する光ファイバは、受信回路３０の他の回路のモジュール４２を貫通する。モジュール４２のそれぞれにおいて、回路構成は、電気信号および電力が電気配線を介して伝達される個別のコンポーネントを使用するプリント回路の周知の組立にしたがっている。したがって、モジュール４２のいずれか１つには、光ファイバ通信リンクと電気配線から形成された通信リンクの両方がある。かかる光ファイバと電気配線は、５２の破線で示されるように接続点４４も貫通する。個々のモジュール４２のそれぞれにおけるプリント回路基板４８は、個々のモジュール４２に剛性をもたらし、５２で示されるフレキシブル光ファイバとフレキシブル電気配線の貫通によりモジュール４２間で屈曲または接合が可能になる。これにより、アセンブリ４４は、アンテナ基板２４に与えられ得るあらゆる屈曲（曲げ）とともに曲がることが可能である。また、図４には、共通機器に対する電力と信号の相互接続（図９において後述する）をもたらす光ファイバ線５４が線図で示される。モジュラアセンブリ４０列の個々のモジュラアセンブリ４０を介する光ファイバ線５４の実際の配線については、図１１を参照して後述する。

図５および図６を参照すると、図１のアレイに対応する、列および行に配列された複数のモジュラアセンブリ４０を有するアンテナ基板２４の一部が示される。説明を簡単にする目的で、放射器２２、基板２４および受信回路３０を、アンテナシステム２０の一部であるアンテナ５６を構成するものとして考えるとよい。アンテナシステム２０は、光ファイバ線５４を備えるケーブルと、電力生成、信号生成およびビーム形成を含む共通機器５８（図９に図示）とをさらに含む。図５および図６に示すように、アンテナ基板２４の可撓性およびモジュラアセンブリ４０の可撓性により、図５に示す軸２８（図１）に平行な軸を中心に、または図６に示す軸２６（図１）に平行な軸を中心にアンテナ５６の曲げおよび撓みを可能にする。このため、本発明のアンテナ５６は、所望の面に一致するよう二次元で適合可能である。

図７および図８は、本発明の類似した態様の２例である。図７において、宇宙船６０は、地球を回る経路に沿った通路等の軌道に沿って宇宙船６０が移動する際にアンテナ５６を支持する支柱６２を有する。適当なフレーム（図示せず）を用いて、上記の軸２６および２８の両方を中心に曲げられた所望の形状でアンテナ５６を維持してもよい。かかるフレームは、電磁放射に対して無反射材料で作製され、これによりアンテナ５６の放射パターンを干渉（妨害）することはない。図８において、航空機６４は、機体６６の外板の曲面にアンテナ５６を搭載している。これにより、２つの異なる所望の湾曲状態において、アンテナ５６の共通構造を使用することができる。さらに、アンテナ５６の物理的形状を変更することなく、アンテナ５６を代替的に、航空機６４のウィング６８等のエアフォイル面に取り付けてもよい。これにより、異なるタイプの曲面に合うようアンテナの物理的形状をカスタマイズする必要がなくなる。

図９は、アンテナシステム２０の共通機器５８を光ファイバ線５４によってアンテナ５６に相互接続することを示し、アンテナ５６は、受信回路３０のそれぞれにより必要とされるモジュレータ（変調器）を作動する出力、バイアス信号、局部発振器（ＬＯ）、較正信号および出力信号をそれぞれ供給する光ファイバ線７０、７２、７４、７６および７７を含むが、これについてはさらに詳細を後述する。電力供給源７８は、２つのレーザ８０および８２を付勢し、ファイバ７０および７２に出力信号を出力する。線７２は、図において、２つの光ファイバ線７２Ａおよび７２Ｂに分割して示され、図１２を参照してさらに詳細を説明する２つのバイアス機能を提供する。あるいは、線７２Ａおよび７２Ｂを付勢するために２つの異なるレーザ（図示せず）を用いてもよい。

また、共通機器５８には、電気信号発生器８４と、光学ユニット８６および８８のそれぞれに光学変調器およびレーザからなる２つの光学ユニット８６および８８が含まれる。信号発生器８４は、光学ユニット８６にＬＯ信号を印加するとともに較正信号を光学ユニット８８に供給する。光学ユニット８６および８８は、信号発生器８４により出力された対応する信号により変調されたレーザ光を提供するように動作する。このため、光学ユニット８６は光ファイバ線７４にＬＯ信号を出力し、光学ユニット８８は光ファイバ線７６に較正信号（ＣＡＬ）を出力する。受信回路３０の出力信号は、光ファイバ線７７を介してビーム成形（形成）器９０に印加され、ここでそれぞれの放射器２２の信号を組み合わせて、受信された放射ビームを利用装置に出力する。通常、局部発振周波数は、各種の受信回路３０にとって等しい。各種放射器２２からの信号の位相合わせは、線７４および７７の光ファイバの長さにより達成され、ビームを形成するビーム成形器９０において位相シフトをさらに追加してもよい。

図１０は、図５および図６のアンテナ５６列の１つにおいて直接接続される２つのモジュラアセンブリ４０の簡単図を線図で示す。図１０は、図４に示す外装５０およびコンポーネント５６を省略して簡略化している。また、図１０は、放射器２２のウィング３４をアセンブリ４０のそれぞれにおける中間モジュール４８に接続することをさらに示し、これは、図４の放射器２２の位置に対応している。しかしながら、必要に応じて、放射器２２をアセンブリ４４の左側にある第１のモジュール４２で、さらに所望であれば、アセンブリ４０の右側にあるモジュール４８の最後のモジュールで直接接続してもよい。接続点４４のそれぞれにおける電気配線の存在により、モジュール４２のどれが放射器２２に接続されているかにかかわらず、放射器からの信号をこれに接続された回路に送ることができる。

図１０は、光ファイバ線５４がアセンブリ４０の１つからアセンブリ４０の次のアセンブリに連続し、さらにその列内に配置され、かつ図１０に示すアセンブリ４０に直接接続される残りのアセンブリ（図１０では図示せず）を貫通していることを示す。接続点４４に隣接したモジュール４２のそれぞれの対向する両端では、端板９２がその個々のモジュール４２のプリント回路基板４８に固定されている。端板９２は、所定の位置で光ファイバ線５４を保持するためのものであり、これにより、モジュール４２を通って、接続点４４においてモジュール４２間に線５４を誘導している。

本発明の特徴によれば、光ファイバ線５４は、モジュール４２の断面寸法と比較して直径が非常に小さく、これにより線５４をモジュール４２に直接通す間隔が相対的に小さくなっている。これは、分離した光ファイバ線の束またはケーブルの使用を回避し、これによりアンテナ５６の構造を簡略にする効果がある。また、光ファイバ線５４をモジュラアセンブリ４０に直接通すことによって強度および耐破損性も増大させる。

図１１において、光ファイバ線７０、７２、７４および７６の配列が、図の左側でモジュラアセンブリ４０の行に入り、モジュラアセンブリ４０の行（またはストリング）の右側端部にあるモジュール４０からファイバ線７７が出ることを線図で示している。図１１の図を簡単にするために、モジュラアセンブリ４０は４個のみが示され、光ファイバ線は４セットのみが示される。この例において、各光ファイバ線セットは、光ファイバのケーブルであり、各ケーブルは、線７０、７２Ａ、７２Ｂ、７４、７６および７７のそれぞれからのファイバで構成されることが理解される。

本発明の特徴は、モジュラアセンブリ４０のそれぞれを同一に構成することである。このため、モジュラアセンブリ４０のそれぞれは、同一数の光ファイバ線を備える。アセンブリ４０の単一ストリング内で接続されるすべてのアセンブリに適応するために、十分な数の光ファイバ線がモジュラアセンブリ４０のそれぞれに設けられる。図１１の左側における第１のモジュラアセンブリにおいて、第１の光ケーブルは、そのファイバを第１のアセンブリ４０内の各種コンポーネントと接続させるように分断されており、このことは端子９４および９６により示される。したがって、ライン７０の変調器電力信号（図９）、線７２のバイアス信号（図９）、ＬＯ信号の線７４（図９）、ならびに較正および出力信号の線７６および７７を接続することを目的としたファイバは、端子９４において終了し、この点で第１のモジュラアセンブリ４０の受信回路３０の各種コンポーネントに接続している。

第１のアセンブリ４０の受信回路３０により出力された信号は、第１のモジュラアセンブリ４０に供給するように指定されている光ファイバ線７７の特定の光ファイバに、端子９６において接続している。端子９６からは、第２、第３および第４のアセンブリ４０を通って遮断されずに線７７の残りが続く。同様に、第２の光ケーブルは、第１のアセンブリ４０を通って遮断されずに貫通し、対応する受信回路３０のコンポーネントに接続する端子９４において第２のアセンブリ４０において終了する。受信回路３０により出力された信号は、端子９６を介して出力光ファイバ線７７に接続され、第３および第４のアセンブリ４０を通って遮断されずにこの光ファイバ線に沿って続く。

同様に、第３の光ケーブルは、第１および第２のアセンブリ４０を貫通して、第３のアセンブリ４０におけるコンポーネントに接続し、これは端子９４および９６を介して達成される。対応する受信回路３０により出力された信号は、アセンブリ４０の第４のアセンブリを通って光ファイバ線７７の１つを介して遮断されずに搬送される。また、光ケーブルの第４のケーブルは、第１〜第３のアセンブリ４０を遮断されずに貫通し、第４のアセンブリ４０における受信回路３０のコンポーネントに接続する。

図１１の光ファイバ線の配線の配列は図９に示すものに対応し、光ファイバ線７０、７２および７４、７６ならびに７７のそれぞれが分岐して、個々の受信回路３０のモジュラアセンブリ４０列の個別の１つのそれぞれに光ファイバの束を提供する。光ファイバを線７０等の単一の光ファイバ線から広げていくことは、光ファイバ電力分割器（ディバイダ）または分配ネットワークにより達成可能であり、あるいは、多数のレーザをレーザ７０および８２のそれぞれと代用することが可能であり、多数の光学ユニットを光学ユニット８６および８８と代用することで、個々の光ファイバを、共通機器５８からモジュラアセンブリ４０のそれぞれの行に直接接続する。

図１２は、図１および図４の受信回路３０の電気回路を示す。図１２は、図９の光ファイバ線７０、７２Ａ〜Ｂ、７４、７６および５４との接続をさらに示す。図１２において、光ファイバ線７４および７６は光検出器９８および１００にそれぞれ接続し、光ファイバ線７２Ａおよび７２Ｂは光検出器１０２および１０４にそれぞれ接続し、光ファイバ線７０は、光ファイバ線５４として出力される光モジュラ１０６を貫通する。本発明の好適な実施形態において、光変調器１０６は、例として、マッハツエンダー（ＭａｒｃＺｅｎｄｅｒ）変調器である。受信回路３０は、広帯域ＲＦフィルタ１０８と、広帯域ＲＦリングミクサ１１０と、狭帯域ＩＦフィルタ１１２とをさらに備える。

リングミクサ１１０は、好ましくはＧａＡｓ ＭＯＳＦＥＴの４個のトランジスタ１１４を採用し、そのそれぞれはゲート（Ｇ）端子と、ドレイン（Ｄ）端子と、ソース（Ｓ）端子とを有する。参照を簡単にする目的で、個々のトランジスタは、１１４Ａ〜１１４Ｄとして表示される。トランジスタ１１４Ａおよび１１４Ｄのゲート端子は互いに接続され、トランジスタ１１４Ｂおよび１１４Ｃのゲート端子はそれぞれ接続される。ゲート駆動回路１１６は、トランジスタ１１４のゲート端子を駆動する電気信号を供給する。ミクサ１１０は、４個のノード１１８を有し、その個々がさらに１１８Ａ〜１１８Ｄとして表示される。トランジスタ１１４Ａおよび１１４Ｂのソース端子はノード１１８Ａに接続し、トランジスタ１１４Ｃおよび１１４Ｄのソース端子はノード１１８Ｄに接続する。トランジスタ１１４Ｂおよび１１４Ｄのドレイン端子はノード１１８Ｂに接続し、トランジスタ１１４Ａおよび１１４Ｃのドレイン端子はノード１１８Ｃに接続する。ノード１１８Ａおよび１１８Ｄは広帯域フィルタ１０８の出力端子に接続し、ノード１１８Ｂおよび１１８Ｃは狭帯域フィルタ１１２の入力端子に接続する。

ゲート駆動回路１１６および広帯域フィルタ１０８は、リングミクサ１１０に入力信号を供給し、狭帯域フィルタ１１２は、リングミクサ１１０から出力信号を抽出する。さらにミクサ１１０の出力回路には、変圧器１２６の巻線１２４により接続された２つの抵抗１２０および１２２の直列回路が含まれ、この直列回路は、ミクサ１１０の出力ノード１１８Ｃおよび１１８Ｂの間に接続している。巻線１２４は、１２８において中央が接地されている。変圧器１２６は、光検出器１００の出力端子に接続する巻線１３０をさらに含む。

ゲート駆動回路１１６は、光検出器９８と、フォトセル１０２と、２つのインダクタ１３２および１３４がポテンシオメータ１３６により相互接続されている直接回路とを備える。この直列回路は光検出器９８の出力端子の両側に接続し、ポテンシオメータ１３６は、フォトセル１０２の出力端子の両側に接続する。フォトセル１０２の１つの出力端子は、ポテンシオメータ１３６およびインダクタ１３４との接続点において接地される。光検出器９８の出力端子は、コンデンサ１３８および１４０を介してトランジスタ１１４Ａおよび１１４Ｄのゲート端子にそれぞれ接続する。また、２つのインダクタ１４２および１４４の直列回路もトランジスタ１１４Ａおよびトランジスタ１１４Ｃのゲート端子に接続する。２つのインダクタ１４２および１４４間の接続点１４６は、ポテンシオメータ１３６の摺動タップに接続する。コンデンサ１４８は接続点１４６を接地する。

広帯域フィルタ１０８において、その１つの入力端子は、図１の放射器２２のウィング３４の１つに接続し、さらに直列ＬＣ（インダクタ−コンデンサ）回路１５０を介してミクサノード１１８Ａに接続する。フィルタ１０８の第２の入力端子は、放射器２２の第２のウィング３４に接続し、さらに第２の直列ＬＣ回路１５２を介してミクサノード１１８Ｄに接続する。また、フィルタ１０８内には、フィルタ１０８の入力端子の両側に接続する第１のＬＣタンク回路１５４と、ミクサノード１１８Ａおよび１１８Ｄの間に接続された第２のＬＣタンク回路１５６も含まれる。

狭帯域フィルタ１１２は、入力端子１５８および１６０と、出力端子１６２および１６４とを有する。ミクサノード１１８Ｂは、フィルタ１１２の入力端子１５８にコンデンサ１６６を介して接続する。ミクサノード１１８Ｃは、フィルタ１１２の入力端子１６０に直接接続する。フィルタ１１２は、３個のＬＣタンク回路１６８、１７０および１７２を有し、タンク回路１７０および１７２のそれぞれは、抵抗をさらに含む。コンデンサ１６６は、比較的大きいため、フィルタ１１２の周波数応答に影響を及ぼさず、直列接続した抵抗１２０および１２２の抵抗を結合してＬＣタンク１６８と並列に現れる。また、フィルタ１１２には、２個の直列接続したコンデンサ１７４および１７６が含まれ、これらのコンデンサは、入力端子１６６を出力端子１６２と相互接続し、タンク回路１６８、１７０および１７２を相互接続する作用がある。同様に、２個のコンデンサ１７８および１８０は、入力端子１６０および出力端子１６４の間に直列接続され、また、コンデンサ１７８および１８０もタンク回路１６８、１７０および１７２を相互接続する作用がある。コンデンサ１７４および１７８は、タンク回路１６８および１７０を相互接続し、コンデンサ１７６および１８０は、タンク回路１７０および１７２を相互接続する作用がある。

光学変調器１０６は、抵抗１８２と、コンデンサ１８４とが並列接続され、２個のインダクタ１８６および１８８が抵抗１８２の反対の端子に接続されている。ＭａｒｃＺｅｎｄｅｒ光変調器１０６の構造は周知であり、ニオブ酸リチウム結晶１９０が、コンデンサ１８４のプレート１９２および１９４により結晶１９０の両側に印加された電界に応じた光学的透過性を有する。光ファイバ線７０は、結晶１９０の入力端に接続し、光ファイバ線５４は、結晶１９０の出力端に接続する。フォトセル１０４は、その出力端子の両側に接続されたコンデンサ１９６を有し、出力端子の１つがフィルタ１１２の出力端子に接続している。また、インダクタ１８６は、フィルタ１１２の出力端子１６４にも接続し、出力端子１６４は接地される。

フォトセル１０４の第２の出力端子は、インダクタ１９８を介してインダクタ１８８に接続する。これにより、フォトセル１０４の第１の出力端子は、インダクタ１８６を介してコンデンサ１８４のプレート１９４に接続し、フォトセル１０４の第２の出力端子は、インダクタ１９８および１８８を介してコンデンサ１８４のプレート１９２に接続する。２個のインダクタ２００および２０２は、フィルタ１１２の出力端子１６２および１６４の間に直列接続される。インダクタ２００と２０２の接続点２０４は、コンデンサ２０６を介して、インダクタ１９８および１８８の間の接続点２０８に接続される。

図１２の回路の動作において、駆動回路１１６の構造は、ミクサ１１０に光検出器９８により出力されたＡＣ（交流電流）信号のバランスのとれた印加をもたらす。ＡＣ信号は、コンデンサ１３８および１４０を介して結合され、これらのコンデンサは、光検出器９８とフォトセル１０２の両方からのいずれのＤＣ（直流電流）電圧もトランジスタ１１４Ａと１１４Ｃのゲート端子の間に印加されないようにしている。インダクタ１４２および１４４は、トランジスタ１１４Ａと１１４Ｃのゲート端子の間にＤＣ短絡を生じさせる。接続点１４６における２個のインダクタ１４２および１４４の中心タップは、ポテンシオメータ１３６を介してフォトセル１０２の出力ＤＣ電圧を受信する。ポテンシオメータ１３６の設定は、接続点１４６に出力されるＤＣ電圧の値を確立する。

４個のトランジスタ１１４の４個のドレイン端子は、ミクサノード１１８Ｃおよび１１８Ｂを介して接地（グラウンド）１２８に接地され、この接地は、抵抗１２０および１２２、インダクタ１２４ならびに接地１２８を介して達成される。抵抗１２０および１２２の直列回路をそれらの接続インダクタ１２４で対称に構成したことにより、ミクサ１１０のブリッジは、ＤＣ接地に対してバランスされる。ＤＣ電圧のトランジスタ１１４のゲート端子への印加は、駆動回路１１６の上記構成によりバランスされる。これにより、ＤＣ電圧は、ミクサ１１０のブリッジを構成するブリッジトランジスタ１１４のゲート端子とドレイン端子の間に印加される。

さらに、広帯域フィルタ１０８は、ミクサ１１０のノード１１８Ａおよび１１８ＤにバランスされたＡＣ信号を印加させる。フィルタ１０８は、一連のＬＣ回路１５０および１５２がフィルタ１０８の反対側で構成されるバランスのとれた構造を有する。このアンテナ５６（図１）の構造の例において、放射器２２は、バランスのとれた構造、すなわち、ウィング３４を２個備えたダイポール構造を有する。バランスのとれた構造は、上述したようにフィルタ１０８のそれぞれの入力端子にウィング３４が接続されることにより保持される。放射器の一方側が接地されている等、異なる形式のアンテナ放射器が用いられた場合、放射器とフィルタ１０８の入力端子２１０および２１２の間にはバラン（balun:図示せず）が接続されている。このような場合、バラン変圧器の出力巻線が端子２１０および２１２の間に接続され、これによりミクサノード１１８Ａおよび１１８Ｄ間の放射器信号のバランスのとれた印加がもたらされる。

同様に、ノード１１８Ｃおよび１１８Ｂの間に現れるミクサ１１０の出力信号は、フィルタ１１２のバランスされた入力端子１５８および１６０に結合される。なお、フォトセル１０４により生成されたいずれのＤＣ電圧もコンデンサ１７４、１７６、１７８および１８０によりミクサ１１０から分離されている。フィルタ１１２により出力されたＡＣ信号は、インダクタ２００および２０２の直列回路の両端に印可され、その組み合わされたインダクタンスは、タンク回路１７２のインダクタンスと並列に現れる。インダクタ２００および２０２のインダクタンスは、コンデンサ２０６のキャパシタンスおよびこれに接続される光学変調器１０６の要素により、変調器１０６により提示されるインピーダンスをフィルタ１１２の出力インピーダンスに一致させる作用がある。なお、インダクタンス２００およびインダクタンス１８８は、コンデンサ２０６に直列接続されることにより、直列共振がフィルタ１１２の中心周波数で発生し、これにより、コンデンサ１８４のプレート１９２および１９４に亘ってＡＣ信号を効率よく印加する。

光検出器９８は、光ファイバ線７４を介してＲＦ信号を受信し、トランジスタ１１４のゲート端子を介してミクサ１１０の両側にＲＦ信号を印加する。ＲＦ電圧は、トランジスタ１１４Ｂおよび１１４Ｃのゲートの接続点と、トランジスタ１１４Ａおよび１１４Ｄのゲートの接続点との間に印加される。同様に、広帯域フィルタ１０８は、放射器２２から受信されたそのＲＦ信号をノード１１８Ａおよび１１８Ｄを介してミクサ１１０の両側に印加する。ミクサ１１０は、差周波数で信号を出力し、これは、狭帯域フィルタ１１２の入力端子に亘って印加されたＩＦ信号である。フィルタ１１２は、ＩＦに同調され、ミクサ１１０により生成可能な他の周波数で信号からＩＦ信号を抽出する。

インダクタンス１８８および１８６の値は、コンデンサ１８４のキャパシタンスと共振して、フィルタ１１２により出力された信号電圧の最大印加が線７０上の光学信号の変調時に印加されるよう選択可能である。これは、フォトセル１０４によりプレート１９２および１９４に亘って印加されたバイアス電圧から干渉を受けることなく達成される。フォトセル１０４により供給されるバイアス電圧は、変調の直線性を最適にする変調器１０６の動作領域を確立する作用がある。同様に、駆動回路１１６のフォトセル１０２により供給されるバイアス電圧は、ミクサ１１０の混合処理における直線性を最適にするよう設定される。光検出器１００は、ＩＦにおいて光ファイバ線７６上の較正信号を受信し、ＩＦ信号を光学形態から電気形態に変換する作用がある。この信号は、フィルタ１１２の応答性を確認する較正信号として使用され、これによりフィルタ１１２を正しく同調してミクサ１１０からＩＦ信号を抽出することができる。

ミクサ１１０の動作の特徴は、トランジスタ１１４のいずれか１つに亘って印加されたソース−ドレイン電圧がないことである。セル１０２からのバイアス電圧である唯一の電圧が、トランジスタ１１４のゲートとドレイン端子の間に印加される。フォトセル１０２は、０．８乃至１．５ボルトの範囲の電圧を動作してミクサ１１０に適当なバイアス電圧を供給する。光検出器９８を動作させるために、光ファイバ線７４においては、１ミリワットの光学出力レベルが使用されていた。

受信回路３０の各種部分における回路のバランスのとれた線（ライン）配置により、接地面の必要がなくなり、これによりモジュラアセンブリ４０（図４）に可撓性をもたらす。広帯域フィルタ１０８は、ソース、すなわち放射器２２の特定の無効（リアクティブ）入力インピーダンスをミクサ１１０に一致させるように設計される。狭帯域フィルタ１１２は、ミクサを終端して、たとえば５メガヘルツの狭帯域選択性をもたらし、ミクサ１１０を光学変調器１０６のリアクティブインピーダンスに一致させる作用がある。ＩＦは、たとえば２００メガヘルツである。放射器２２の信号は、たとえばＣ帯域またはＸ帯域とすることができる。なお、フォトセル１０２によりミクサ１１０に与えられたバイアスは、トランジスタのドレインおよびソースインピーダンスを安定させ、ＬＯ電圧振動の動作点を設定し、ノイズ発生を最小限に抑えるために逆ＤＣバイアスである。

モジュラアセンブリ４０（図４）のモジュール４２内の受信回路３０の各コンポーネントの実装に際して、光検出器９８およびフォトセル１０２を含む駆動回路１１６を第１のモジュール４２に実装するのがよい。また、広帯域フィルタ１０８も第１のモジュール４２上に配置可能である。第２のモジュール４２には、ミクサ１１０および狭帯域フィルタ１１２が配置可能である。較正（ＣＡＬ）光検出器１００もまた第２のモジュール４２に配置される。モジュール４２の第３のモジュールには、光学変調器１０６がそのフォトセル１０４とともに配置される。本アセンブリ４０の一実施形態では、直径が約０．３インチ、長さが約１０．５インチの構成である。なお、モジュール４２の各種モジュールにおける受信回路３０の各コンポーネントの接地は便宜上のものであり、所望に応じて、ミクサ１１０を第２のモジュール４２ではなく第１のモジュール４２に配置してもよい。また、広帯域フィルタ１０８も第２のモジュール４２に配置してもよく、これは、放射器２２が本アセンブリ４０の中間点に接続される場合において好都合な配置である。

また、本アセンブリ４０の非常に狭い形状因子により、図１３に示すように、放射器２１４のウィング２１６が中空構造を有する双極子放射器２１４を構成することが可能である。これは、ウィング２１６のそれぞれを、中央孔２１８を設けた円筒管の一部として構成することによって容易に達成される。Ｌ帯域等、放射器のコンポーネントの長さより大幅に短いアセンブリ４０を孔２１８内に直接設けてもよい。ワイヤ２２０により、放射器要素の１つを本アセンブリ４０を収容する要素に接続してもよい。あるいは、放射器の形状が１つのコンポーネントが接地面から離れているようになっている場合には、ワイヤ２２０が接地面に接触する。光ファイバを内蔵したケーブル２２２は、モジュール４０から、図９の共通機器５８等のアンテナシステムの共通機器に接続する。可撓性材料のタブをモジュラアセンブリ４０のモジュール４２の１つに固定して、孔２１８内にモジュラアセンブリを固定してもよい。

本発明の上記の実施形態は単なる例示であり、その変形例が可能であることは当業者に理解されるはずである。したがって、本発明は、本明細書に開示される実施形態に制限されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

本発明に係る、放射器がモジュラ受信回路に結合されたアンテナの様式図である。 図１の線２−２で切断されたアンテナの側面図である。 図１の線３−３で切断されたアンテナの側面図である。 図１のアンテナにおける受信回路の構造を線図で示す。 第１の軸について、図１のアンテナの可撓性を示す。 第２の軸について、図１のアンテナの可撓性を示す。 宇宙船により支持される図１のアンテナの様式図である。 航空機の外板表面に適合した曲率により搭載された図１のアンテナの様式図である。 図１のアンテナを組み込んだアンテナシステムについて、共通機器から多数の受信回路に光学信号を相互接続することを線図で示す。 複数の受信回路それぞれのモジュラアセンブリにおける光ファイバの直列相互接続を線図で示す。 図１０のモジュラアセンブリのそれぞれの構造の等価図であり、個々の光ファイバは、指定されたモジュラアセンブリに接続されている。 図１の受信回路の１つの概略図である。 受信回路が放射器の一要素の中央孔に設けられた放射器の代替の実施形態を示す。

Claims (6)

1. 光学的に提供されるパワーにより電気信号処理を行うフレキシブル回路アセンブリであって、
   複数のモジュールを備えるモジュラアセンブリであって、前記モジュールの個々のモジュールは、前記回路アセンブリに光学パワーおよび信号を導通させる光ファイバを担持し、前記光ファイバの個々のファイバは、前記モジュールの個々のモジュールに接続する、モジュラアセンブリと、
   個々のコンバータが前記光ファイバの個々のファイバに接続される、光学パワーを電気的パワーに変換する複数のコンバータと、
   処理される信号を受信する入力端子のセットであって、前記信号はＲＦ信号であり、前記入力端子は前記モジュールの１つにあり、前記１つのモジュールは第１および第２の前記パワーコンバータとミクサとを備える、入力端子のセットと、を備え、
   前記第１のコンバータは、前記ミクサの動作のためバイアス電圧を供給するフォトセルであり、前記第２のコンバータは、前記ミクサに基準発振信号を供給する光検出器であり、前記ミクサは、前記入力端子のセットのＲＦ信号をＩＦ信号に変換するように動作する、フレキシブル回路アセンブリ。
2. 前記ＩＦ信号を前記ミクサから抽出する前記ミクサの出力端子に接続するフィルタであって、第２の前記複数のモジュールに配置されるフィルタをさらに備える、請求項１記載のフレキシブル回路アセンブリ。
3. 前記受信回路は、前記フィルタを介して前記ミクサに結合され、前記光ファイバの１つに光学信号として前記入力端子のセットの信号を出力する光学変調器をさらに備える、請求項２記載のフレキシブル回路アセンブリ。
4. 前記モジュールの第３のモジュールをさらに備え、前記変調器は前記第３のモジュールに配置される、請求項３記載のフレキシブル回路アセンブリ。
5. 前記モジュラアセンブリを包囲するフレキシブル外装をさらに備え、前記モジュールのそれぞれは剛性回路基板を備え、前記モジュラアセンブリは、前記回路基板の個々の基板間をインタフェースする前記モジュラアセンブリの接合を可能にする前記外装の可撓性によって曲げられ、前記回路アセンブリ内の電気配線および光ファイバは、前記接合を可能にするようにフレキシブルである、請求項４記載のフレキシブル回路アセンブリ。
6. 前記ミクサは、前記光ファイバの１つを介して前記ミクサに印加される光学較正信号に応答する較正回路を含み、前記アセンブリは、前記較正信号を光学形態から電気形態に変換する追加の光検出器をさらに備え、前記モジュラアセンブリは、前記変調器の作動のため前記光ファイバの別のファイバにより供給される光学パワーを電気的パワーに変換する追加のフォトセルをさらに備える、請求項４記載のフレキシブル回路アセンブリ。

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