JP4974871B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明はアンテナ装置に関し、特に、光制御型マルチビームアンテナ装置に関する。

従来、この種の光制御型フェーズドアレイアンテナとして、マイクロ波信号の周波数だけ周波数が異なる第１および第２のビーム光を空間に放射し、第１のビーム光を、信号光として、空間光変調器によりアレイアンテナからの放射ビームのパターンに対応した強度分布の信号光ビームに変換し、フーリエ変換レンズにより空間的にフーリエ変換するとともに、第２のビーム光を、ローカル光ビームとし、前記の信号光ビームと空間的に重ね合わせ、重ね合わされた合成ビーム光を光ファイバアレイにより空間的にサンプリングし、そのサンプリング光を複数の光電変換器によるヘテロダイン検波により、複数のマイクロ波信号に変換した後、アレイアンテナを用いて空間に放射するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−３４７８２６号公報（図１参照）

上記の従来の方式においては、空間光変調器を用いて空間的に強度分布を形成しているため、複数の信号光ビームの強度分布を同時に生成することができないため、マルチビームを形成することができない。さらに、空間光強度変調器により、信号光ビームの一部を減衰させて強度分布を形成させているため、光強度の損失が高くなるという問題点があった。

また、アレイアンテナからの放射ビームのビーム幅を細くするためには、アレイアンテナの開口を大きくする必要があるが、このとき、開口サイズの増大とともに、アンテナ素子数も増大するという問題点もあった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、多数のビームを同時に形成し、各ビームの強度を独立に制御できるアンテナ装置を得ることを目的としている。

この発明は、信号光とローカル光との２つのレーザ光を出力する複数の光出力装置と、前記複数の光出力装置から出射する複数の信号光およびローカル光の強度を個別に制御する光強度制御手段と、前記複数の光出力装置から出射した複数の前記信号光を各々伝送する複数の信号光伝送用光ファイバと、前記複数の信号光伝送用光ファイバから空間に出射した複数の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、前記複数の光出力装置から出射した複数の前記ローカル光を合成する光合成器と、合成された前記ローカル光を平行光に変換してローカル光ビームを出力する光学系と、フーリエ変換された前記複数の信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に合成してビーム光を形成するビーム合成器と、前記ビーム合成器で合成された前記ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイの出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器と、前記光電変換により発生したマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナとを備え、前記の複数の信号光伝送用光ファイバの出射端の位置を、前記アレイアンテナから放射させるビームパターンと相似系とし、前記光強度制御手段は、前記光出力装置への駆動電流の値を変化させることにより前記強度を制御するか、あるいは、一定強度で出力された前記信号光および前記ローカル光の光量を変化させることにより前記強度を制御することを特徴とするアンテナ装置である。

この発明は、信号光とローカル光との２つのレーザ光を出力する複数の光出力装置と、前記複数の光出力装置から出射する複数の信号光およびローカル光の強度を個別に制御する光強度制御手段と、前記複数の光出力装置から出射した複数の前記信号光を各々伝送する複数の信号光伝送用光ファイバと、前記複数の信号光伝送用光ファイバから空間に出射した複数の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、前記複数の光出力装置から出射した複数の前記ローカル光を合成する光合成器と、合成された前記ローカル光を平行光に変換してローカル光ビームを出力する光学系と、フーリエ変換された前記複数の信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に合成してビーム光を形成するビーム合成器と、前記ビーム合成器で合成された前記ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイの出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器と、前記光電変換により発生したマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナとを備え、前記の複数の信号光伝送用光ファイバの出射端の位置を、前記アレイアンテナから放射させるビームパターンと相似系とし、前記光強度制御手段は、前記光出力装置への駆動電流の値を変化させることにより前記強度を制御するか、あるいは、一定強度で出力された前記信号光および前記ローカル光の光量を変化させることにより前記強度を制御することを特徴とするアンテナ装置であるので、多数のビームを同時に形成し、各ビームの強度を独立に制御することが可能である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光制御型マルチビームアンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光制御マルチビームアンテナ装置の全体構成を示す図である。各図中、同一の符号は同一または相当部分を示す。

図１において、１−１，１−２，・・・，１−ｎは、それぞれ、第１から第ｎまでのｎ個のマイクロ波変調光信号発生装置（以下、Ｅ／Ｏ装置とする。）で、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する。２−１，２−２，・・・，２−ｎは、それぞれ、Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎに対して１対１に設けられ、無線信号を入力する第１から第ｎまでのｎ個の無線信号入力端子である。３−１，３−２，・・・，３−ｎは、それぞれ、Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎに１対１に接続され、当該Ｅ／Ｏ装置から出射した信号光を各々伝送する偏波面保存型光ファイバ（以下、ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒとする。）である。４−１，４−２，・・・，４−ｎは、それぞれ、Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎに１対１に接続され、当該Ｅ／Ｏ装置から出射した複数のローカル光を各々伝送するＰＭＦである。５−１，５−２，・・・，５−ｎは、それぞれ、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎ出射端近傍に１対１に設置された、第１から第ｎまでのｎ個のコリメートレンズである。

６−１，６−２，・・・，６−ｎは、それぞれ、コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎから空間に放射された、第１から第ｎまでのｎ個の信号光ビームである。７は、空間に放射された信号光ビーム６−１，６−２，・・・，６−ｎが入射され、それらの複数の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズである。８はフーリエ変換レンズ７の後段に設けられ、フーリエ変換された複数の信号光ビームと後述するコリメータレンズ１２により出射されたローカル光ビームとを空間的に合成するビーム合成器であり、９はビーム合成器８の後段に設けられ、ビーム合成器８で合成されたビーム光を空間的にサンプリングするサンプリング光ファイバアレイである。１０は、ＰＭＦ４−１，４−２，・・・，４−ｎに接続され、それらのＰＭＦによって伝送された複数のローカル光を合成する光合成器を構成する光カップラである。１１は、光カップラ１０に接続されたＰＭＦである。

１２は、ＰＭＦ１１により伝送された光カップラ１０により合成されたローカル光を平行光ビームに変換するコリメータレンズである。１３は、コリメータレンズ１２により平行光ビームに変換された合成ローカル光ビームである。１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍは、それぞれ、サンプリング光ファイバアレイ９に接続され、サンプリング光ファイバアレイ９の出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する、第１から第ｍまでのｍ個の光電変換器である。１５は、光電変換器１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍに接続され、ｍ個のアンテナ素子を備え、光電変換により発生したマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナである。１６−１，１６−２，・・・，１６−ｎは、アレイアンテナ１５を構成する各アンテナ素子からそれぞれ空間に放射される、第１から第ｎまでのｎ個の電波である。また、２０は、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎに対して制御信号を出力して、各Ｅ／Ｏ装置から出射する複数の信号光およびローカル光の強度を個別に制御する光マイクロ波発生器制御装置である。

上述した当該構成において、ｎ個のＥ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎは、それぞれ、マイクロ波周波数で離調した、ＣＷ光（ＣＷ：Continuous Wave）と、各ＣＷ光に対して無線信号入力端子２−１，２−２，・・・，２−ｎから入力される各無線信号で周波数がオフセットされた変調光との、２つの光を出力する。以下、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力されたＣＷ光をローカル光と呼び、無線信号で変調された変調光を信号光と呼ぶ。

各信号光は、それぞれ、各ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎを伝送した後、それぞれ空間に放射される。空間に放射された各信号光は、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの出射端近傍に設置されたコリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎにより、それぞれ、信号光ビーム６−１，６−２，・・・，６−ｎとなる。なお、各ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの出射端の位置は、アレイアンテナ１５から放射させるビームパターンを構成する電波１６−１，１６−２，・・・，１６−ｎと相似系となっている。このように、本実施の形態においては、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの出射端の位置を、マルチビームをなす各ビーム方向に対応した位置に配置するようにする。また、各コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎと各ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎとは信号光毎に別々に構成されていても良いし、コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎをマイクロレンズアレイとして一体で構成しても良い。

各コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎを透過した信号光ビーム６−１，６−２，・・・，６−ｎは、各コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎ側の設置面を前側焦点面とするフーリエ変換レンズ７を透過した後、ビーム合成器８を透過して、フーリエ変換レンズ７の後側焦点面を入射面とするサンプリング光ファイバアレイ９の各光ファイバに入射し、空間的にサンプリングされる。サンプリング光ファイバアレイ９は、所定の間隔をおいて、光ファイバの長手方向が平行になるように、並置された複数本の光ファイバから構成される。なお、サンプリング光ファイバアレイ９の入射端には、各光ファイバへの入射ビーム光の結合効率を高めるためにレンズアレイを備えても良い。

一方、第１から第ｎのｎ個の各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力した各ローカル光は、それぞれ、各ＰＭＦ４−１，４−２，・・・，４−ｎを介して伝送されて、光カップラ１０により合成され、その後、一本のＰＭＦ１１により伝送された後、空間に放射される。空間に放射された各ローカル光は合成ローカル光としてコリメータレンズ１２により所定のサイズで平行光ビームに変換され、合成ローカル光ビーム１３になる。合成ローカル光ビーム１３は、ビーム合成器８で反射して、信号光ビーム６−１，６−２，・・・，６−ｎと空間的に合成された後、サンプリング光ファイバアレイ９に入射し、サンプリングされる。

サンプリング光ファイバアレイ９の各光ファイバに入射した各信号光およびローカル光は、各々光ファイバ中を伝搬し、各々、光電変換器１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍに入射する。ここで、ｍは、光電変換器１４の個数であり、サンプリング光ファイバアレイ９の光ファイバの本数、および、アレイアンテナ１５のアンテナ素子数と等しい。各光電変換器１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍに入射した、各Ｅ／Ｏ装置から出力した各信号光およびローカル光は、それぞれ、各光電変換器１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍでヘテロダイン検波され、各々の周波数差となるマイクロ波にそれぞれ変換される。各マイクロ波信号は、必要に応じて、各々、マイクロ波増幅器で電力を増幅された後、アレイアンテナ１５を構成する各アンテナ素子から空間に電波１６−１，１６−２，・・・，１６−ｎとして放射される。

ここで、各信号光のＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎからの出射位置（コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｎの位置）を、フーリエ変換レンズ７の光軸からのオフセットでｘとおく（なお、図１および以下の説明では簡易的に１次元で説明しているが、２次元にしてもよい）。フーリエ変換レンズ７の焦点距離をｆと、サンプリング光ファイバアレイ９を構成する各光ファイバの隣接素子間隔をｄｏと、アレイアンテナ１５の素子間隔をｄａと、光の波長をλｏと、マイクロ波の波長をλｍとおくと、アレイアンテナ１５から放射するビームの方向θｍ（正面方向を０度とおく）は、次式（１）とおける。

ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・（ｘ／ｆ） （１）

従って、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎのビーム出射位置ｘによりアンテナ放射ビームの方向θｍは決まる。また、図１の様に、複数の信号光を同時に出射させることにより、複数の無線信号を同時にアレイアンテナから放射させることが可能である。例えば、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎを２次元で日本列島のような分布に配置することにより、アンテナ放射ビームも日本列島を覆うように形成することができる。

各光電変換器でヘテロダイン検波されて発生するマイクロ波の強度は、各信号光強度とローカル光強度の積に比例する。ここで、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎに対し、光マイクロ波発生器制御装置２０からの制御信号により、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力する信号光およびローカル光の強度を個別に制御する。光の強度の制御は、例えば、光源となる半導体レーザへの駆動電流を変えることにより、レーザの出力光強度を制御する、あるいは、一定強度で出力したレーザ光を可変光減衰器により光量を減衰させるなど、の方法により可能である。

以上のように、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力させる信号光およびローカル光の一方、もしくは、両方の強度を制御することにより、アレイアンテナから放射する無線信号の強度を、ビーム毎に強弱をつけることが可能となる。これにより、例えば、衛星から日本列島を網羅するようなマルチビームを形成する場合、降雨により電波が弱くなる地域に向けたビームのみの強度を高くすることが可能となるため、少ない電力で衛星通信サービスの稼働率を向上させることが可能となる。また、複数のPMF３を並べて配置し、それらの出射端をマルチビームをなす各ビーム方向に対応した位置に配置するようにしたので、アレイアンテナから同時に多数のビームを形成することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光制御型マルチビームアンテナ装置について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示す図である。

図２に示すように、この実施の形態２に係る光制御型マルチビームアンテナ装置においては、上記実施の形態１の構成の他に、Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎと複数のコリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｋとの間に、光路切換え手段２１およびＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋとが設けられ、光路切換え手段２１には、光路切換え手段用制御装置２３が接続されている。光路切換え手段２１は、複数（ｎ個）の入力端と複数（ｋ個）の出力端とを備え、任意の入力端と任意の出力端の接続、切換えを行うものであり、様々な装置によって実用化されているものである。光路切換え手段２１は、Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎの各々から出力した信号光を伝送するＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの出射位置を切替える。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。

上記の実施の形態１は、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎの各信号光の出射位置（ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの出射位置）を固定していることから、アンテナ放射ビームは複数の固定方向に形成することができた。本実施の形態２では、複数あるアンテナ放射ビームの方向、ビーム幅を変化させる構成について説明する。

本実施の形態２においては、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力した各信号光は、光路切換え手段２１の各入力端子に入力される。光路切換え手段２１では、光路切換え手段用制御装置２３からの指令に基づいて、複数（ｎ個）の入力端と、複数（ｋ個）の出力端間の接続を切替える。なお、全ての入力端が、各出力端と１対１に接続されていても良いし、一つの入力端が、複数の出力端に同時に接続（複数の出力端に分配する）されていても良い。

光路切換え手段２１の各出力端には各々ＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋが接続され、各ＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋを伝送した各信号光は、それぞれ、空間に放射される。放射された各信号光は、ＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋの出射端近傍に設置されたコリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｋにより、それぞれ、実施の形態１と同様に、信号光ビーム６−１，６−２，・・・，６−ｎとなる。なお、本実施の形態２においても、各コリメートレンズ５−１，５−２，・・・，５−ｋの設置面は、実施の形態１と同様に、フーリエ変換レンズ７の前側焦点面となるように設置されている。

以上の構成をしていることから、光路切換え手段２１により、各Ｅ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎから出力した各信号光ビームが空間に放射する位置を変えること、および、一つのＥ／Ｏ装置から出力した信号光ビームを同時に複数の位置から空間に出射させることが可能となる。

これにより、アレイアンテナから放射する複数のビームの方向を変えることが可能となる。また、同一の信号光ビームを複数の位置から空間に出射させた場合には、アレイアンテナからは同一のマイクロ波信号が複数の方向に放射するが、これらはお互いに重なり合わされるので、アレイアンテナから放射するビームの幅を広げることが可能となる。

図３に、実施の形態１におけるＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−ｎの配置とアンテナ放射ビームの強度分布との関係を示し、図４に、実施の形態２におけるＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋの配置とアンテナ放射ビームの強度分布との関係を模式的に示す。図３は、ＰＭＦ３−１，３−２，・・・，３−５を十字上に配置した場合の、アンテナ放射パターンを示した図であり、図４は、ＰＭＦ２２−１および２２−２、及び、ＰＭＦ２２−１，２２−２，２２−３をそれぞれ隣接して配置し、同一の信号光を用いた場合の、アンテナ放射ビーム幅の変化を示した図である。図３および図４に示されるように、アレイアンテナから放射するビームの幅を太くできることが分かる。

以上のように、本実施の形態２においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、アレイアンテナから放射するビームの幅の制御が可能となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光制御型マルチビームアンテナ装置について図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示す図である。

図５において、この実施の形態３に係る光制御型マルチビームアンテナ装置は、上記実施の形態２の構成におけるＥ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎおよび光マイクロ波発生器制御装置２０の代わりに、波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎおよび波長制御装置３１が設けられている。波長制御装置３１は、波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎから出力する各信号光と各ローカル光の波長の設定を行うための制御信号を出力する。波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎは、当該制御信号によって設定された波長の信号光およびローカル光を出力する。また、実施の形態２における光路切換え手段２１の代わりに、波長可変型Ｅ／Ｏ装置の各々から出力した信号光を合成するための光合波手段３２と、合成された各信号光を信号光の波長に基づいて異なる出力位置に分波する光波長分波手段３３とが設けられている。また、実施の形態２における光路切換え手段用制御装置２３は本実施の形態３においては設けられていない。他の構成については、実施の形態２と同様であるため、ここでは同一符号を付して示し、それらの説明を省略する。

波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎは、実施の形態１で説明したＥ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎと同様に、無線信号入力端子２−１，２−２，・・・，２−ｎから入力した各無線信号により周波数がオフセットされた信号光と、ローカル光とを発生する。ただし、本実施の形態においては、信号光とローカル光の周波数差を保持しながら、波長が可変である。このような波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎは、例えば、前記のＥ／Ｏ装置１−１，１−２，・・・，１−ｎの光源であるレーザを温度を制御することにより、または、波長の異なる複数のレーザ光源を切替えて用いることにより実現できる。

波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎから出射した各信号光は、光合波手段３２で合成され、必要に応じて、光ファイバを介して、光波長分波手段３３に入力される。光波長分波手段３３は、複数の波長の入力光を、当該波長に基づいて異なる出力端に分波し、出力するものであり、例えばアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などによる実現することができる。

光波長分波手段３３の各出力端（ｍ出力）にはＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋが接続され、実施の形態１と同様に、各ＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋの出射端は、フーリエ変換レンズ７の前側焦点面に設置されている。

以上の構成をしていることから、本実施の形態においては、上記の実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎを出力した各信号光ビームは、各光の波長帯を変えることにより、光波長分波装置の出力端（ＰＭＦ２２−１，２２−２，・・・，２２−ｋからの出射位置に相当）を変えることができる。つまり、各波長可変型Ｅ／Ｏ装置３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの波長がアレイアンテナから放射する各マイクロ波ビームの方向となるため、波長を制御することにより、ビームの方向、幅などの制御が可能となるともに、ＰＭＦの本数を削減することができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る光制御型マルチビームアンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の全体構成を示す図である。実施の形態１と同一の構成要素については、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。

なお、本実施の形態４においては、図６に示すように、実施の形態１の構成に加えて、アレイアンテナ１５の出射面に対向して第１の反射鏡４０が設けられている。また、第１の反射鏡４０にて反射された反射光が入射される第２の反射鏡４１がさらに設けられている。なお、４２は、第１の反射鏡４０および第２の反射鏡４１の共通の焦点である。第１の反射鏡４０は、図６に示すように、その反射面が斜め上方に向くように、所定の角度だけ反射面を傾けて設置され、アレイアンテナ１５から放射された電波は、その反射面で反射され、斜め上方に設けられた第２の反射鏡の反射面で再び反射される。第２の反射鏡４１は、図６に示すように、その反射面が斜め下方に向くように、所定の角度だけ反射面を傾けて設置されている。このため、反射された反射光は、アレイアンテナ１５から放射された電波の進行方向とほぼ平行な進行方向に進行する。

アレイアンテナ１５から放射した電波は、第１の反射鏡４０にて反射する。第１の反射鏡で反射した電波は、第２の反射鏡４１で反射する。ここで、第１の反射鏡４０と第２の反射鏡４１は共焦点（共通の焦点）を成すように配置されている。この時、第１の反射鏡４０の焦点および第２の反射鏡４１の焦点は同一点の焦点４２となる。この時、アレイアンテナ１５の開口分布は第２の反射鏡４１の開口上に拡大される。ここで、第１の反射鏡４０の焦点距離をｆ１と、第２の反射鏡４１の焦点距離をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とすると、拡大率はｆ２／ｆ１である。

通常、アンテナから放射するビームの幅はアンテナ開口サイズの関数であり、例えば、一様励振分布の円形開口アンテナの場合、ビーム幅（３ｄＢ幅）Θは、次式（２）とおけることが知られている。ここで、λｍはマイクロ波の波長、Ｄはアンテナの開口サイズである。

ｓｉｎ（Θ／２） ＝ ０．５１ × λｍ／Ｄ （２）

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、上述のように、光制御マルチビームアンテナ装置のアレイ開口サイズを、第１および第２の反射鏡４０および４１により、ｆ２／ｆ１倍に拡大できたため、放射ビームのビーム幅を細くすることが可能となる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る光制御型マルチビームアンテナ装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態５に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の全体構成を示す図である。上記の実施の形態４と同一の構成については、同一符号を付して示し、ここでは説明を省略する。本実施の形態５においては、上記の実施の形態４の構成に対して、さらに、第１の反射鏡４０および第２の反射鏡４１の焦点４２に、焦点４２近傍に達した電波のみを透過するマスク４３を設置している。

アレイアンテナ１５から放射した電波は、第１の反射鏡４０にて反射し、第１の反射鏡の焦点４２近傍に像を形成し、その後、広がりながら第２の反射鏡４１に入射し、そこで反射される。

上記の実施の形態４においては、アレイアンテナ開口サイズがｆ２／ｆ１倍に拡大されるが、アレイアンテナ１５を構成する各素子アンテナの素子間隔もｆ２／ｆ１倍に拡大されるために、最終的に第２の反射鏡４１によるアンテナ放射ビームには、グレーティングローブ（図示省略）が発生する。

この時、各反射鏡４０および４１の焦点４２近傍にも、図７に示したように、グレーティングローブ４４が発生する。そこで、本実施の形態においては、マスク４３を設けるようにしたため、マスク４３によりグレーティングローブ４４を遮蔽でき、主ビーム近傍のみを透過させることができるので、第２の反射鏡４１で反射したアンテナ放射ビームにはグレーティングローブは生じない。

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態４と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、第１および第２の反射鏡４０および４１の近傍にマスク４３を設けるようにしたため、マスク４３により発生するグレーティングローブ４４を遮蔽でき、主ビーム近傍のみを透過させることができるので、第２の反射鏡４１で反射したアンテナ放射ビームにおけるグレーティングローブの発生を防止することができる。

なお、上記の実施の形態４および５においては、実施の形態１の構成に対して、第１および第２の反射鏡４０および４１を設置した構成を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、実施の形態２または３の構成に対して、それらの反射鏡を備えても良いことは言うまでもない。

また、上記の実施の形態１乃至５において、各Ｅ／Ｏ変換装置へ入力する各無線信号は、異なるものでも良いし、同一のものでも良い。なお、全てのＥ／Ｏ変換装置に同一の無線信号を入力する場合は、例えば、放送やマルチキャストのように同一の信号を広いエリアに同時配信するのに適している。

本発明の実施の形態１に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態２に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態１に係る光制御型マルチビームアンテナ装置におけるＰＭＦの配置とアンテナ放射パターンの強度分布との関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光制御型マルチビームアンテナ装置におけるＰＭＦの配置とアンテナ放射パターンの強度分布との関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態３に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態４に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示した構成図である。 本発明の実施の形態５に係る光制御型マルチビームアンテナ装置の構成を示した構成図である。

符号の説明

１−１，１−２，１−ｎ マイクロ波変調光信号発生装置（Ｅ／Ｏ装置）、２−１，２−ｎ 無線信号入力端子、３−１，３−ｎ，４−１，４−ｎ，１１，２２−１，２２−ｋ 偏波面保存型光ファイバ（ＰＭＦ）、５−１，５−ｋ，５−ｎ コリメートレンズ、６−１，６−ｎ 信号光ビーム、７ フーリエ変換レンズ、８ ビーム合成器、９ サンプリング光ファイバアレイ、１０ 光カップラ、１２ コリメータレンズ、１３ 合成ローカル光ビーム、１４−１，１４−２，１４−ｍ 光電変換器、１５ アレイアンテナ、１６−１，１６−ｎ 電波、２０ 光マイクロ波発生器制御装置、２１ 光路切換え手段２１、２３ 光路切換え手段用制御装置、３０−１，３０−ｎ 波長可変型Ｅ／Ｏ装置、３１ 波長制御装置、３２ 光合波手段、３３ 光波長分波手段、４０ 第１の反射鏡、４１ 第２の反射鏡、４２ 焦点、４３ マスク、４４ グレーティングローブ。

Claims (5)

1. 信号光とローカル光との２つのレーザ光を出力する複数の光出力装置と、
   前記複数の光出力装置から出射する複数の信号光およびローカル光の強度を個別に制御する光強度制御手段と、
   前記複数の光出力装置から出射した複数の前記信号光を各々伝送する複数の信号光伝送用光ファイバと、
   前記複数の信号光伝送用光ファイバから空間に出射した複数の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、
   前記複数の光出力装置から出射した複数の前記ローカル光を合成する光合成器と、
   合成された前記ローカル光を平行光に変換してローカル光ビームを出力する光学系と、
   フーリエ変換された前記複数の信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に合成してビーム光を形成するビーム合成器と、
   前記ビーム合成器で合成された前記ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
   前記光ファイバアレイの出力をヘテロダイン検波することによりマイクロ波信号に変換する光電変換器と、
   前記光電変換により発生したマイクロ波信号を空間に放射するアレイアンテナと
   を備え、
   前記の複数の信号光伝送用光ファイバの出射端の位置を、前記アレイアンテナから放射させるビームパターンと相似系とし、
   前記光強度制御手段は、前記光出力装置への駆動電流の値を変化させることにより前記強度を制御するか、あるいは、一定強度で出力された前記信号光および前記ローカル光の光量を変化させることにより前記強度を制御する
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記複数の光出力装置の各々から出力した信号光を伝送する前記信号光伝送用光ファイバの出射位置を切替える光路切換え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記複数の光出力装置が、波長可変型の光出力装置であって、
   前記波長可変型の光出力装置から出力する各信号光と各ローカル光の波長の設定制御を行う波長可変手段と、
   前記波長可変型の光出力装置の各々から出力した前記信号光を合成する光合波手段と、
   合成された前記信号光を、当該信号光の波長に基づいて、異なる出力位置に分波する光波長分波手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アレイアンテナの出射面に対向して設けられた第１の反射鏡と、
   前記第１の反射鏡の焦点を共通の焦点とする第２の反射鏡と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡の共通の前記焦点位置に設けられ、前記焦点の近傍に達した電波のみを透過する遮蔽手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。

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