JP5067291B2 - 光制御型マルチビームアンテナ装置 - Google Patents
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図1はこの発明の実施の形態1に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を示すブロック構成図である。
図1において、光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、第1および第2のマイクロ波変調光源10、20と、第1および第2のマイクロ波信号を個別に取り込む第1および第2のマイクロ波信号入力端子14、24とを備えている。
同様に、第2のマイクロ波変調光源20は、第2のマイクロ波信号入力端子24を介して入力された第2のマイクロ波信号の周波数だけ周波数偏移した第2の信号光と第2のローカル光とからなる2つのレーザ光を出力する。
同様に、第2の信号光ビーム出射装置25は、第2の信号光を所定のビーム幅に変換して第2の信号光ビーム26として空間に出射する。
第1の信号光ビーム16と第2の信号光ビーム26はそれぞれ、光軸が平行であり、オフセットされ出射する。
空間光位相変調器30は、空間光位相変調器コントローラ31の制御下で機能し、異なる領域に入力された第1および第2の信号光ビーム16、26を、空間的に分離して位相変調し、所望の位相分布に変換する。
同様に、第2のローカル光ビーム出射装置43は、第2のローカル光を所定のビーム幅に変換して第2のローカル光ビーム44として空間に出射する。
第1のローカル光ビーム42と第2のローカル光ビーム44はそれぞれ、光軸が平行であり、オフセットされ出射する。
また、光ビーム合成器50は、空間光位相変調器30を介して出射された第2の信号光ビーム27を透過し、第2のローカル光ビーム出射装置43から出射された第2のローカル光ビーム44を反射して、第2の信号光ビーム27と第2のローカル光ビーム出射装置43とを同軸の光路に変換して第2の合成ビーム光B2を出射する。
第1の合成ビーム光B1をサンプリングした第1の光ファイバアレー54aの各光ファイバと、第2の合成ビーム光B2をサンプリングした第2の光ファイバアレーの各光ファイバ54bとを光結合し、各ファイバ毎に同一の光ファイバに入れるための光カップラ70とを備える。各光カップラ70から出力した第1および第2の合成光は各々の光ファイバに接続された、光電変換器55でのヘテロダイン検波により第1のマイクロ波信号と、第2のマイクロ波信号に変換される。
第1の信号光およびおよびローカル光の波長帯f1と、第2の信号光およびローカル光の波長帯f2に、異なる波長帯を使用することにより、光カップラ70として例えば既に実用化されているアレイ導波路回折格子(AWG: Arrayed Waveguide Grating)などが適用可能である。
複数の光電変換器55は、光ファイバアレー54の各光ファイバで受光した第1および第2の合成ビーム光B1、B2をヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換する。
アレーアンテナ56は、第1のマイクロ波ビーム61、および第2のマイクロ波ビーム62を形成する、複数の光電変換器55から出力されたマイクロ波信号を空間に放射する。
まず、第1のマイクロ波変調光源10は、連続波(CW)光からなる第1のローカル光と、第1のローカル光に対して第1のマイクロ波信号の周波数だけ周波数がオフセットされた第1の信号光との2成分のレーザ光を出力する。
同様に、第2のマイクロ波変調光源20は、連続波(CW)光からなる第2のローカル光と、第2のローカル光に対して第2のマイクロ波信号の周波数だけ周波数がオフセットされた第2の信号光との2成分のレーザ光を出力する。
空間光位相変調器30から出射された第1、第2の信号光ビーム17、27は、光ビーム合成器50を介して、後述するように第1および第2の合成ビーム光B1、B2となり、光ファイバアレー54に入射される。
ここで、第1のローカル光ビーム42は、第1の信号光ビーム17と重ね合わされ、第2のローカル光ビーム44は、第2の信号光ビーム27と重ね合わされる。
各光電変換器55に入力された第1および第2の合成ビーム光B1、B2は、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換されて出力される。
各光電変換器55から出力されたマイクロ波信号は、アレーアンテナ56内の各アンテナ素子に入力され、第1および第2のマイクロ波ビーム61、62となって空間に放射される。
ここで、光電変換器55に入力された信号光Sの周波数をfS1、ローカル光Lの周波数をfL1とする。ただし、|fL1−fS1|は、第1または第2のマイクロ波信号の周波数(fm1)である。
L=cos{2π(fL1)t}
=cos{2π(fs1−fm1)t} ・・・(2)
各光電変換器55からは、以下の式(3)のように表される上記2つの成分の差Dが出力される。
=cos(2π(fm1)t+φ1) ・・・(3)
したがって、アレーアンテナ56の各アンテナ素子に給電されるマイクロ波信号の位相分布は、空間光位相変調器30で変調した位相分布と同一となる。
この際、1つの空間光位相変調器エリアをマルチビームのビーム毎に分割することにより、1つの空間光位相変調器で各ビーム毎に異なる位相設定が可能となり、各ビーム毎に異なる位相分布制御が可能であり、柔軟なビーム形成が可能となる。
また、1つの空間光位相変調器エリアをマルチビームのビーム毎に分割することにより、1つの空間光位相変調器でマルチビームが形成可能であり、BFNの小型化、軽量化、簡略化が可能となる。
上記実施の形態1(図1)では,信号光ビーム側のみに空間光位相変調器30を設けたが、 図2のように、ローカル光ビーム側に空間光強度変調器32を設ける。
図2はこの発明の実施の形態2に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を示すブロック構成図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
すなわち、第1および第2のローカル光ビーム出射装置41、43と光ビーム合成器50との間には、空間光強度変調器コントローラ33の制御下で機能する空間光強度変調器32が挿入されている。
空間光強度変調器32は、異なる領域に入力された第1および第2のローカル光ビーム42、44を強度変調し、所望の空間強度分布に変換した第1および第2のローカル光ビーム45、46として出射する。
前述と同様に、第1および第2のマイクロ波変調光源10、20から出射された第1および第2のローカル光は、第1および第2のローカル光ビーム出射装置41、43を介して所定のビーム幅に変換され、第1および第2のローカル光ビーム42、44となる。
空間光強度変調器32は、空間光強度変調器コントローラ33からの制御信号に応じて、第1および第2のローカル光ビーム42、44を空間的に強度変調し、所望の空間強度分布に変換されたローカル光ビーム45および46として出射する。
なお、空間光強度変調器32としては、空間光位相変調器30と同様に、液晶素子などが適用され得る。
第1の信号光およびおよびローカル光の波長帯と、第2の信号光およびローカル光の波長帯に、異なる波長帯を使用することにより、光カップラ70として例えば既に実用化されているアレイ導波路回折格子(AWG: Arrayed Waveguide Grating)などが適用可能である。
このとき、各光電変換器55で生成されるマイクロ波信号の強度は、信号光とローカル光との強度の積となるので、空間光強度変調器32によりローカル光ビーム45、46の強度分布を制御することによりマイクロ波信号の強度を制御することができる。
また、1つの空間光振幅変調器エリアをマルチビームのビーム毎に分割することにより、1つの空間光振幅変調器で各ビーム毎に異なる振幅設定が可能となり、各ビーム毎に異なる振幅分布制御が可能であり、柔軟なビーム形成が可能となる。
さらに、1つの空間光振幅変調器エリアをマルチビームのビーム毎に分割することにより、1つの空間光振幅変調器でマルチビームが形成可能であり、BFNの小型化、軽量化、簡略化が可能となる。
さらに、空間光位相変調器30、空間光強度変調器32およびアレーアンテナ56などを1次元方向(図1、図2中の縦方向)に分割した例を示したが、2次元的に分割しても良いことは言うまでもない。
Claims (3)
- 第1の信号光および第1のローカル光を出力する第1の光源と、
第2の信号光および第1のローカル光を出力する第2の光源と、
各信号光のビームを位相変調する空間光位相変調器と、
上記空間光位相変調器により位相変調された第1の信号光と第1のローカル光とから第1の合成ビーム光を出射し、上記空間光位相変調器により位相変調された第2の信号光と第2のローカル光とから第2の合成ビーム光を出射する光ビーム合成器と、
上記光ビーム合成器により合成されたそれぞれのビーム光を同一の光ファイバアレーに結合する光カップラーと、
を備えた光制御型マルチビームアンテナ装置。 - 第1のマイクロ波信号の周波数分だけ互いに周波数偏移した第1の信号光および第1の
ローカル光を出力する第1のマイクロ波変調光源と、
第2のマイクロ波信号の周波数分だけ互いに周波数偏移した第2の信号光および第2の
ローカル光を、上記第1の信号光および第1のローカル光とは異なる光波長帯で出力する第2のマイクロ波変調光源と、
上記第1、第2の信号光が異なる領域にそれぞれ入射され、空間的に分離して位相変調する空間光位相変調器と、
上記空間位相変調器により位相変調された第1の信号光と第1のローカル光を合成した第1の合成ビームを出力し、上記空間位相変調器により位相変調された第2の信号光と第2のローカル光を合成した第2の合成ビームを出力する光ビーム合成器と、
上記光ビーム合成器により合成された第1の合成ビームが複数の光ファイバに分離されてそれぞれ結合される複数の第1の光ファイバアレーと、
上記光ビーム合成器により合成された第2の合成ビームが複数の光ファイバに分離されてそれぞれ結合される複数の第2の光ファイバアレーと、
上記それぞれの第1、第2の光ファイバアレーがそれぞれ有する光ファイバを光結合する複数の光カップラーと、
上記それぞれの光カップラーにより結合された結合光を光電変換する光電変換器と、
上記それぞれの光電変換器により光電変換されたマイクロ波信号が給電され、空間に電波を放射する、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、
を備えた光制御型マルチビームアンテナ装置。 - 第1のマイクロ波信号の周波数分だけ互いに周波数偏移した第1の信号光および第1の
ローカル光を出力する第1のマイクロ波変調光源と、
第2のマイクロ波信号の周波数分だけ互いに周波数偏移した第2の信号光および第2の
ローカル光を、上記第1の信号光および第1のローカル光とは異なる光波長帯で出力する第2のマイクロ波変調光源と、
上記第1、第2の信号光が異なる領域にそれぞれ入射され、空間的に分離して位相変調する第1の空間光位相変調器と、
上記第1、第2のローカル光が異なる領域にそれぞれ入射され、空間的に分離して強度変調する第2の空間光強度変調器と、
上記第1の空間位相変調器により位相変調された第1の信号光と第2の空間強度変調器により強度変調された第1のローカル光を合成した第1の合成ビームを出力し、第1の空間位相変調器により位相変調された第2の信号光と第2の空間強度変調器により強度変調された第2のローカル光を合成した第2の合成ビームを出力する光ビーム合成器と、
上記光ビーム合成器により合成された第1の合成ビームが複数の光ファイバに分離されてそれぞれ結合される複数の第1の光ファイバアレーと、
上記光ビーム合成器により合成された第2の合成ビームが複数の光ファイバに分離されてそれぞれ結合される複数の第2の光ファイバアレーと、
上記それぞれの第1、第2の光ファイバアレーがそれぞれ有する光ファイバを光結合する複数の光カップラーと、
上記それぞれの光カップラーにより結合された結合光を光電変換する光電変換器と、
上記それぞれの光電変換器により光電変換されたマイクロ波信号が給電され、空間に電波を放射する複数のアンテナ素子と、
を備えた光制御型マルチビームアンテナ装置。
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