JP5188402B2

JP5188402B2 - 光制御型フェーズドアレーアンテナ

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Publication number: JP5188402B2
Application number: JP2009006426A
Authority: JP
Inventors: 智浩秋山; 清秀酒井; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: JP2010166291A

Description

本発明は、受信電波に対する指向性を制御するための光制御型フェーズドアレーアンテナに関する。

複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナを有し、所定の方向から到来するＭ個の電波を受信して出力する従来の光制御型フェーズドアレーアンテナとしては、光信号処理手段と、複数Ｎ個のマイクロ波ミキサと、合成器とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

光信号処理手段は、Ｍ個のマイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、電波の到来方向に対応する位相傾斜を有する複数Ｎ個のマイクロ波信号を出力する。また、複数Ｎ個のマイクロ波ミキサは、対応するアンテナ素子によって受信される受信マイクロ波信号と、アンテナ素子に対応して光信号処理手段から出力されたマイクロ波信号とをミキシングし、周波数変換信号を出力する。さらに、合成器は、複数Ｎ個のマイクロ波ミキサのそれぞれから出力された複数Ｎ個の周波数変換信号を合成する。

特開平１０−０６５４３４号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載された従来の光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のマイクロ波ミキサのそれぞれに、複数Ｎ個のローカル信号を入力することにより、アレーアンテナの各素子で受信した複数Ｍ個のマイクロ波信号を周波数変換している。通常、マイクロ波ミキサへのローカル信号は、飽和動作で使用しないと周波数変換したときの変換損失が大きくなる。

従って、従来の構成において、マイクロ波ミキサへ入力する、光信号処理回路から出力されたローカル信号の強度が低い場合には、ミキサでの変換損が増大する。このため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が劣化する課題がある。一方、ローカル信号の強度が強い場合には、マイクロ波ミキサは、飽和動作となる。このため、光信号処理回路から出力されたマイクロ波（ローカル信号）の振幅情報を使用することができなくなり、ビーム形成の自由度が低下する課題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光信号処理回路で生成した振幅情報を使用して柔軟なビーム形成を可能とする光制御型フェーズドアレーアンテナを得ることを目的とする。

本発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナを有し、所定の方向から到来する電波を受信して出力する光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、マイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす複数Ｎ個の変調光を出力する光信号処理手段を有し、光信号処理手段から出力された複数Ｎ個の変調光に基づいて複数Ｎ個のローカル信号を出力するローカル信号生成部と、アレーアンテナによって受信された複数Ｎ個の受信マイクロ波信号と、複数Ｎ個のアンテナ素子に対応してローカル信号生成部から出力された複数Ｎ個のローカル信号とをミキシングし、複数Ｎ個の中間周波数信号を出力するマイクロ波ミキサと、マイクロ波ミキサから出力された複数Ｎ個の中間周波数信号を合成して出力する合成器とを備え、ローカル信号生成部は、マイクロ波信号の合成処理あるいは変調光の合成処理を行うことで、マイクロ波ミキサの飽和レベルで固定された複数Ｎ個のマイクロ波信号と、光信号処理手段から出力された複数Ｎ個の変調光に基づいて生成した複数Ｎ個のマイクロ波信号とを合成した信号に相当する複数Ｎ個のローカル信号を生成して出力するものである。

本発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナによれば、光信号処理回路により形成されるマイクロ波の振幅／位相分布で、アレーアンテナで受信した電波を重み付け加算することにより、光信号処理回路で生成した振幅情報を使用して柔軟なビーム形成を可能とする光制御型フェーズドアレーアンテナを得ることができる。

本発明の実施の形態１における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。本発明の実施の形態２における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。本発明の実施の形態３における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。本発明の実施の形態４における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。

以下、本発明の光制御型フェーズドアレーアンテナの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。また、以下の説明において、Ｍ、Ｎは、２以上の整数とする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。図１に示す光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のアンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）からなるアレーアンテナ１０、Ｎ個のマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）、マイクロ波合成器３０、マイクロ波帯域制限フィルタ４０、およびローカル信号生成部１００を備えている。

ここで、本実施の形態１におけるローカル信号生成部１００は、第１のマイクロ波入力端子１１０、光信号処理回路１２０、複数Ｎ個の光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）、第２のマイクロ波入力端子１４０、マイクロ波分配器１５０、および複数Ｎ個の第１のマイクロ波合成器１６０（１）〜１６０（Ｎ）を備えている。

次に、本実施の形態１における光制御型フェーズドアレーアンテナの動作について説明する。光信号処理回路１２０の複数Ｎ個の出力のうち、ｉ番目の出力端子からは、以下のような２光波Ａｉ、Ｂｉを出力させる。
Ａｉ＝ａｉｃｏｓ（２π（ｆｏ１＋ｆｌｏ１）ｔ＋φ１）
Ｂｉ＝ｂｉｃｏｓ（２πｆｏ１・ｔ）

ここで、ａｉ、ｂｉはそれぞれ光波の振幅、ｆｏ１は光波の周波数、ｆｌｏ１はマイクロ波周波数、φ１ｉは２光波の位相差である。これらの２光波は、それぞれ第ｉ番目の光電変換器１３０（ｉ）にてヘテロダイン検波され、以下のようなマイクロ波Ｐｉに変換される。
Ｐｉ＝αａｉ×ｂｉｃｏｓ（２πｆｌｏ１ｔ＋φ１）
ただし、αは光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の光／電気の変換効率に比例する定数である。

一方、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力した第２のマイクロ波信号（周波数ｆｌｏ０とおく）は、マイクロ波分配器１５０により、複数Ｎに分割される。

そして、光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）のそれぞれから出力された複数Ｎの第１のマイクロ波と、マイクロ波分配器１５０から出力された複数Ｎの第２のマイクロ波とは、それぞれ第１のマイクロ波合成器１６０（１）〜１６０（Ｎ）にて合成され、出力される。

それぞれのマイクロ波合成器１６０（ｉ）からは、光電変換器１３０（ｉ）から出力されたマイクロ波信号、およびマイクロ波信号源である第２のマイクロ波入力端子１４０から出力され、マイクロ波分配器１５０で分割されたマイクロ波信号の２波が、それぞれ出力される。マイクロ波合成器１６０（ｉ）から出力された２波は、マイクロ波ミキサ２０（ｉ）に、ローカル信号として入力される。

一方、複数Ｎのアンテナ素子で構成されるアレーアンテナ１０の各アンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）で受信されたマイクロ波信号（周波数をｆｍｗとおく）は、必要に応じて、マイクロ波増幅器（図１には未記載）により受信信号強度が高められ、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）のＲＦポートより入力される。

この結果、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）のＩＦポートからは、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）のローカルポートに入力したマイクロ波信号の周波数（ｆｌｏ０およびｆｌｏ１）と、信号ポートに入力した受信マイクロ波信号の周波数（ｆｍｗ）の差成分（｜ｆｌｏ０−ｆｍｗ｜、｜ｆｌｏ１−ｆｍｗ｜）が出力される。

このとき、信号ポート、ローカルポートのそれぞれに入力したマイクロ波の和成分、高調波成分や、ローカルポートより入力した２波の差成分も出力されるが、これらは、必要に応じて、後述するマイクロ波帯域制限フィルタ４０により除去する。

ここで、第２のマイクロ波入力端子１４０より入力され、マイクロ波分配器１５０で分配された第２のマイクロ波の強度を、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）のローカル入力強度の飽和レベル以上に設定する。これにより、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）を、常に、飽和状態で動作させることができる。

マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）は、飽和動作となっていることから、アレーアンテナ１０の各アンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）で受信したマイクロ波信号（周波数ｆｍｗ）と、光信号処理回路１２０から出力され、光電変換された第１のマイクロ波（周波数ｆｌｏ１）とによる中間周波数信号（周波数｜ｆｍｗ−ｆｌｏ１｜）の強度は、アンテナ受信マイクロ波と光信号処理出力によるマイクロ波の強度の積に比例する。

従って、光信号処理回路１２０から出力される複数Ｎの変調光の出力強度を制御することにより、中間周波数信号（周波数｜ｆｍｗ−ｆｌｏ１｜）の強度を制御することができる。

複数Ｎのマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）から出力された複数Ｎの中間周波数信号は、第２のマイクロ波合成器３０により合成される。このとき、マイクロ波合成器３０に入力された複数Ｎの中間周波数信号の位相が同相の場合には、マイクロ波合成器３０から出力される合成中間周波数信号の強度は、最大となる。

次に、光信号処理回路１２０からのＮ本の出力による、アレーアンテナ１０で受信したマイクロ波信号の指向制御について説明する。例えば、アレーアンテナ１０に対して図１に示した方向２１０から到来した電波を受信した場合、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）へ入力するマイクロ波信号の等位相面は、図中の破線２０１とおける。ただし、給電線は、等長化されているとして記載している。

このとき、光信号処理回路１２０から出力され、各光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）で光電変換されたマイクロ波信号の等位相面は、破線２００のように、アンテナ受信信号の等位相面と同じになるとき（図中では、左右逆方向から入力しているため、逆方向の勾配で記述されている）、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）から出力される中間周波数信号の位相（等位相面を２０２とおいた）は、等しくなる。各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）から出力された中間周波数信号は、マイクロ波合成器３０に入力され、各中間周波数信号が加算されて出力される。

一方、前記と異なる方向からアレーアンテナ１０に電波が到来した場合、ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）に入力されるマイクロ波の等位相面は、前記と異なる。このため、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）から出力される中間周波数信号の位相は、素子により異なる値となる。

従って、マイクロ波合成器３０に入力される中間周波数の位相も、素子により異なる。この結果、マイクロ波合成器３０で加算されないため、強度は低くなり、所望の方向に指向性を制御することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、光信号処理回路により形成されるマイクロ波の振幅／位相分布で、アレーアンテナで受信した電波を重み付け加算することにより、受信電波に対する指向性を制御することが可能となる。

なお、実施の形態１においては、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力される第２のマイクロ波を複数Ｎに分割した信号と、光信号処理回路１２０から出力され、光電変換された第１のマイクロ波信号とを、各々マイクロ波合成器１６０（１）〜１６０（Ｎ）にて合成する場合について説明した。しかしながら、第２のマイクロ波信号の入力端子１４０を複数Ｎ使用して、各々マイクロ波合成器１６０（１）〜１６０（Ｎ）に直接入力してもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。図２に示す光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のアンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）からなるアレーアンテナ１０、Ｎ個のマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）、マイクロ波合成器３０、マイクロ波帯域制限フィルタ４０、およびローカル信号生成部１００を備えている。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図２の構成は、ローカル信号生成部１００の内部構成が異なっている。

ここで、本実施の形態２におけるローカル信号生成部１００は、第１のマイクロ波入力端子１１０、光信号処理回路１２０、複数Ｎ個の光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）、第２のマイクロ波入力端子１４０、電気／光変換装置１５１、光分配器１５２、および複数Ｎ個の光合波器１７０（１）〜１７０（Ｎ）を備えている。

電気／光変換装置１５１は、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力された第２のマイクロ波信号で強度変調された第２変調光を光信号として出力する。光分配器１５２は、電気／光変換装置１５１から出力された光信号を、複数Ｎに分配して出力する。また、複数Ｎ個の光合波器１７０（１）〜１７０（Ｎ）は、光分配器１５２による各分配出力光と、光信号処理回路１２０からの各出力光とを合波する。ここで、光信号処理回路１２０の出力光の波長と、光分配器１５２の出力光の波長を変えることにより、光合波器１７０（１）〜１７０（Ｎ）としては、波長多重型のものも使用可能である。これにより、合波時の挿入損を低減することができる。

次に、本実施の形態２における光制御型フェーズドアレーアンテナの動作について説明する。先の実施の形態１と同様に、光信号処理回路１２０の複数Ｎ個の出力のうち、ｉ番目の出力端子からは、以下のような２光波Ａｉ、Ｂｉを出力させる。
Ａｉ＝ａｉｃｏｓ（２π（ｆｏ１＋ｆｌｏ１）ｔ＋φ１）
Ｂｉ＝ｂｉｃｏｓ（２πｆｏ１ｔ）

ここで、先の実施の形態１と同様に、ａｉ、ｂｉはそれぞれ光波の振幅、ｆｏ１は光波の周波数、ｆｌｏ１はマイクロ波周波数、φ１ｉは２光波の位相差である。これらの２光波は、それぞれ第ｉ番目の光電変換器１３０（ｉ）にてヘテロダイン検波され、以下のようなマイクロ波Ｐｉに変換される。
Ｐｉ＝αａｉ×ｂｉｃｏｓ（２πｆｌｏ１ｔ＋φ１）
ただし、αは光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の光／電気の変換効率に比例する定数である。

一方、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力した第２のマイクロ波信号は、電気／光変換装置１５１により、第２のマイクロ波で強度変調された変調光となる。電気／光変換装置１５１から出力された変調光は、光分配器１５２により複数Ｎに分配され、光合波器１７０（１）〜１７０（Ｎ）により、光信号処理回路１２０の各出力光と各々合波され、各々光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）に入力される。

各光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）において、これら、光信号処理回路１２０から出力された光信号は、先の実施の形態１と同様に、所定の振幅／位相分布をなすマイクロ波信号へと復調され、また、光分配器１５２から出力された光信号は、第２のマイクロ波信号へと復調される。

ここで、復調された第２のマイクロ波の強度を、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）の飽和レベル以上に設定する。これにより、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）を、常に、飽和動作させることができ、先の実施の形態１と同様に、アレーアンテナ１０からの受信ビームの指向性を制御することが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１とは異なるローカル信号生成部を用いることによっても、光信号処理回路により形成されるマイクロ波の振幅／位相分布で、アレーアンテナで受信した電波を重み付け加算することにより、受信電波に対する指向性を制御することが可能となる。

なお、実施の形態２においては、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力される第２のマイクロ波信号を、電気／光変換装置１５１より変調光に変換した後、光分配器１５２で複数Ｎの光信号に分配する場合について説明した。しかしながら、第２のマイクロ波入力端子１４０から入力される第２のマイクロ波信号を、複数Ｎに分配した後、各々を複数Ｎの電気／光変換装置により各々変調光に変換し、その後、複数Ｎ個の光合成器に入力してもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。図３に示す光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のアンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）からなるアレーアンテナ１０、Ｎ個のマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）、マイクロ波合成器３０、マイクロ波帯域制限フィルタ４０、およびローカル信号生成部１００を備えている。先の実施の形態１、２における図１、２の構成と比較すると、本実施の形態３における図３の構成は、ローカル信号生成部１００の内部構成が異なっている。

ここで、本実施の形態３におけるローカル信号生成部１００は、第１のマイクロ波入力端子１１０、光信号処理回路１２０、複数Ｎ個の光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）、および第２のマイクロ波入力端子１４０を備えている。本実施の形態３においては、第１のマイクロ波入力端子１１０および第２のマイクロ波入力端子１４０が、ともに光信号処理回路１２０につながれている。

次に、本実施の形態３における光制御型フェーズドアレーアンテナの動作について説明する。本実施の形態３において、光信号処理回路１２０からは、先の実施の形態１、２と同様に、第１のマイクロ波で周波数オフセットされた２光波Ａ１ｉ、Ｂ１ｉ、
Ａ１ｉ＝ａ１ｉｃｏｓ（２π（ｆｏ１＋ｆｌｏ１）ｔ＋φ１）
Ｂ１ｉ＝ｂ１ｉｃｏｓ（２πｆｏ１ｔ）
と、第２のマイクロ波で周波数オフセットされた２光波Ａ０ｉ、Ｂ０ｉ、
Ａ０ｉ＝ａ０ｉｃｏｓ（２π（ｆｏ０＋ｆｌｏ０）ｔ＋φ）
Ｂ０ｉ＝ｂ０ｉｃｏｓ（２π ｆｏ０ｔ）
が出力される。

ここで、先の実施の形態１、２と同様に、ａ、ｂはそれぞれの光波の振幅、ｆ１、ｆ０は光波の周波数、ｆｌｏ０、ｆｌｏ１はそれぞれマイクロ波周波数である。

以上の４光波が、それぞれ第ｉ番目の光電変換器１３０（ｉ）にてヘテロダイン検波され、各々の差成分が出力される。ここで、｜ｆｏ０−ｆｏ１｜≫０であり、Ａ１、Ｂ１とＡ０、Ｂ０間の周波数差が光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の帯域外となる場合には、これらの周波数差成分は無視できる。

そこで、光電変換器１３０（ｉ）からは、以下の２つのマイクロ波Ｐ１ｉ、Ｐ０ｉが出力される。
Ｐ１ｉ＝αａ１ｉ×ｂ１ｉｃｏｓ（２πｆｌｏ１ｔ＋φ１）
Ｐ０ｉ＝αａ０ｉ×ｂ０ｉｃｏｓ（２πｆｌｏ０ｔ＋φ）
ただし、αは光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の光／電気の変換効率に比例する定数である。

ここで、Ｐ０ｉの強度がマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）の飽和レベル以上の場合には、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）を、常に、飽和動作させることができる。従って、アンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）で受信したマイクロ波信号は、Ｐ１ｉ、Ｐ０ｉでそれぞれ中間周波数信号に変換されるが、ここで、Ｐ０ｉをマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）の飽和レベルで固定した場合、Ｐ１ｉによる中間周波数信号成分の強度は、Ｐ１ｉに比例し、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

以上のように、実施の形態３によれば、マイクロ波ミキサを飽和動作させるためのマイクロ波信号を光信号処理回路で分配、給電することが可能となり、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
上述した各実施の形態１〜３では、１つのマイクロ波ビームを受信する場合の、受信ビームの方向および形状を制御する構成について説明した。これに対して、本実施の形態４では、複数のＭ本のビームを受信する場合の構成について説明する。

図４は、本発明の実施の形態４における光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図である。図４に示す光制御型フェーズドアレーアンテナは、複数Ｎ個のアンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）からなるアレーアンテナ１０、Ｎ個のマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）、マイクロ波合成器３０、マイクロ波帯域フィルタ５０、およびローカル信号生成部１００を備えている。先の実施の形態３における図３の構成と比較すると、本実施の形態４における図４の構成は、ローカル信号生成部１００の内部構成が異なっているとともに、マイクロ波帯域制限フィルタ４０の代わりにマイクロ波帯域フィルタ５０が用いられている。

ここで、マイクロ波帯域フィルタ５０は、マイクロ波の周波数により異なるポートに出力する機能を有している。また、本実施の形態４におけるローカル信号生成部１００は、第１〜第Ｍのマイクロ波入力端子１１０（１）〜１１０（Ｍ）、光信号処理回路１２０、複数Ｎ個の光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）、および第Ｍ＋１のマイクロ波入力端子１４０を備えている。先の実施の形態３における図３の構成と比較すると、本実施の形態４における図４の構成は、複数のＭ本のビームの受信に対応するために、（Ｍ＋１）個のマイクロ波入力端子が光信号処理回路１２０に接続されている点が異なっている。

次に、本実施の形態４における光制御型フェーズドアレーアンテナの動作について説明する。本実施の形態４において、光信号処理回路１２０の出力素子ｉからは、先の実施の形態１〜３と同様に、第１から第Ｍのマイクロ波で各々周波数オフセットされた光波Ａ１ｉ、Ａ２ｉ、・・・、Ａｍｉと、Ｂ１ｉ、Ｂ２ｉ、・・・、Ｂｍｉの、２×Ｍ波の光波、
Ａ１ｉ＝ａ１ｉｃｏｓ（２π（ｆｏ１＋ｆｌｏ１）ｔ＋φ１）
Ｂ１ｉ＝ｂ１ｉｃｏｓ（２πｆｏ１ｔ）
Ａ２ｉ＝ａ２ｉｃｏｓ（２π（ｆｏ２＋ｆｌｏ２）ｔ＋φ２）
Ｂ２ｉ＝ｂ２ｉｃｏｓ（２πｆｏ２ｔ）
Ａｍｉ＝ａ１ｍｃｏｓ（２π（ｆｏｍ＋ｆｌｏｍ）ｔ＋φｍ）
Ｂｍｉ＝ｂ１ｉｍｃｏｓ（２πｆｏｍｔ）
および、第Ｍ＋１のマイクロ波で周波数オフセットされた２光波Ａ０ｉ、Ｂ０ｉ、
Ａ０ｉ＝ａ０ｉｃｏｓ（２π（ｆｏ０＋ｆｌｏ０）ｔ＋φ）
Ｂ０ｉ＝ｂ０ｉｃｏｓ（２πｆｏ０ｔ）
が出力される。

ここで、先の実施の形態１〜３と同様に、ａ、ｂはそれぞれの光波の振幅、ｆｏ０、ｆｏ１、・・・は光波の周波数、ｆｌｏ０、ｆｌｏ１、・・・はそれぞれマイクロ波周波数である。

以上の２（Ｍ＋１）の光波が、それぞれ第ｉ番目の光電変換器１３０（ｉ）にてヘテロダイン検波され、各々の差成分が出力される。ここで、｜ｆｏ０−ｆｏ１｜≫０などのように、各ｆｏ０、ｆｏ１、ｆｏ２、・・・、ｆｏｍの周波数差が光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の帯域外となる場合には、これらの周波数差により光電変換される成分は無視できる。

そこで、光電変換器１３０（ｉ）からは、以下のＭ＋１のマイクロ波Ｐ０ｉ、Ｐ０ｉ、Ｐ１ｉ、・・・Ｐｍｉが出力される。
Ｐ０ｉ＝αａ０ｉ×ｂ０ｉｃｏｓ（２πｆｌｏ０ｔ＋φ）
Ｐ１ｉ＝αａ１ｉ×ｂ１ｉｃｏｓ（２πｆｌｏ１ｔ＋φ１）
Ｐ２ｉ＝αａ２ｉ×ｂ２ｉｃｏｓ（２πｆｌｏ２ｔ＋φ２）
Ｐｍｉ＝αａｍｉ×ｂｍｉｃｏｓ（２πｆｌｏｍｔ＋φｍ）
ただし、αは光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の光／電気の変換効率に比例する定数である。

ここで、Ｐ０ｉの強度がマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）の飽和レベル以上の場合には、各マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）を、常に、飽和動作させることができる。従って、アンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）で受信した複数Ｍの受信マイクロ波信号は、Ｐ０ｉ、Ｐ１ｉ、・・・、Ｐｍｉでそれぞれ中間周波数信号に変換されるが、ここで、Ｐ０ｉをマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）の飽和レベルで固定した場合、Ｐ１ｉ、Ｐ２ｉ、・・・による中間周波数信号成分の強度は、それぞれＰ１ｉ、Ｐ２ｉ・・・に比例し、先の実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。

また、アレーアンテナ１０にて複数Ｍ本の電波を受信した場合には、各々に対して、複数Ｍのマイクロ波Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｍのマイクロ波の周波数の設定により、マイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）で周波数変換された中間周波数信号の周波数を、受信電波毎に変えることが可能である。

異なる中間周波数に変換された各中間周波数信号を、マイクロ波帯域フィルタ５０で分離することにより、複数の受信電波の指向性を独立に形成することが可能となる。

なお、本実施の形態４では、光信号処理回路１２０へ入力した光信号の１つで、マイクロ波ミキサを飽和動作としており、先の実施の形態３の構成を、複数のＭ本のビームを受信するように拡張した場合について説明した。これと同様に、先の実施の形態１あるいは２の構成を、複数のＭ本のビームを受信するように拡張することも可能である。

より具体的には、マイクロ波の信号を光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の後段で合成してもよいし、光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）の入力段で、マイクロ波で変調された光波を合成して、その変調光により光電変換されたマイクロ波信号をマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）に入力してもよい。

以上のように、実施の形態４によれば、先の実施の形態１〜３で示した構成を、複数のＭ本のビームを受信する場合に拡張することが可能となり、同様の効果を得ることができる。

なお、以上の実施の形態１〜４において、光信号処理回路１２０を実現する手段としては、例えば、特開平１０−０６５４３４号公報の図７の構成や、特許第４１４０７３４号など、種々の方法で実現可能である。

また、以上の実施の形態１〜４において、アンテナ素子１１（１）〜１１（Ｎ）とマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）との間、光電変換器１３０（１）〜１３０（Ｎ）とマイクロ波ミキサ２０（１）〜２０（Ｎ）との間などに、マイクロ波の増幅器や、不要スプリアスなどを除去するためのマイクロ波フィルタなどを備えてもよいことは言うまでもない。

１０アレーアンテナ、１１（１）〜１１（Ｎ）アンテナ素子、２０（１）〜２０（Ｎ）マイクロ波ミキサ、３０マイクロ波合成器、４０マイクロ波帯域制限フィルタ、５０マイクロ波帯域フィルタ、１００ローカル信号生成部、１１０、１１０（１）〜１１０（Ｍ）マイクロ波入力端子、１２０光信号処理回路（光信号処理手段）、１３０（１）〜１３０（Ｎ）光電変換器、１４０マイクロ波入力端子、１５０マイクロ波分配器、１５１電気／光変換装置（光変調手段）、１５２光分配器（光分配手段）、１６０（１）〜１６０（Ｎ）マイクロ波合成器（第２の合成器）、１７０（１）〜１７０（Ｎ）光合波器。

Claims

複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナを有し、所定の方向から到来する電波を受信して出力する光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、
マイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、前記電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす複数Ｎ個の変調光を出力する光信号処理手段を有し、前記光信号処理手段から出力された前記複数Ｎ個の変調光に基づいて複数Ｎ個のローカル信号を出力するローカル信号生成部と、
前記アレーアンテナによって受信された複数Ｎ個の受信マイクロ波信号と、前記複数Ｎ個のアンテナ素子に対応して前記ローカル信号生成部から出力された前記複数Ｎ個のローカル信号とをミキシングし、複数Ｎ個の中間周波数信号を出力するマイクロ波ミキサと、
前記マイクロ波ミキサから出力された前記複数Ｎ個の中間周波数信号を合成して出力する合成器と
を備え、
前記ローカル信号生成部は、マイクロ波信号の合成処理あるいは変調光の合成処理を行うことで、前記マイクロ波ミキサの飽和レベルで固定された複数Ｎ個のマイクロ波信号と、前記光信号処理手段から出力された複数Ｎ個の変調光に基づいて生成した複数Ｎ個のマイクロ波信号とを合成した信号に相当する前記複数Ｎ個のローカル信号を生成して出力する
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、
前記ローカル信号生成部は、
第１のマイクロ波入力端子から入力されたマイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、前記アレーアンテナで受信した電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす複数Ｎ個の変調光を出力する光信号処理手段と、
前記複数Ｎ個の変調光を光電変換することにより、複数Ｎ個のマイクロ波信号を出力する光電変換器と、
第２のマイクロ波入力端子から入力された第２のマイクロ波信号を、複数Ｎ個に分配する分配手段と、
前記分配手段により複数Ｎ個に分配された前記第２のマイクロ波信号と、前記光電変換器により出力された複数Ｎ個のマイクロ波信号とをそれぞれ合成し、前記ローカル信号を生成する第２の合成器と
を備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、
前記ローカル信号生成部は、
第１のマイクロ波入力端子から入力されたマイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、前記アレーアンテナで受信した電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす複数Ｎ個の変調光を出力する光信号処理手段と、
第２のマイクロ波入力端子から入力された第２のマイクロ波信号で強度変調された第２変調光を出力する光変調手段と、
前記光変調手段により変調された前記第２変調光を複数Ｎ個に分配し、前記マイクロ波ミキサの飽和レベルで固定された複数Ｎ個の第２変調光を出力する光分配手段と、
前記光分配手段で分配された前記複数Ｎ個の第２変調光と、前記光信号処理手段から出力された前記複数Ｎ個の変調光とを合成する光合波器と、
前記光合波器で合成された前記複数Ｎ個の変調光を光電変換することにより、複数Ｎ個のマイクロ波信号を前記複数Ｎ個のローカル信号として出力する光電変換器と
を備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、
前記ローカル信号生成部は、
第１のマイクロ波入力端子から入力された第１のマイクロ波信号、および第２のマイクロ波入力端子から入力された第２のマイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、前記アレーアンテナで受信した電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす第１のマイクロ波による複数Ｎ個の第１の変調光と、前記マイクロ波ミキサの飽和レベルで固定された第２のマイクロ波による複数Ｎ個の第２の変調光とを合成して出力する光信号処理手段と、
前記光信号処理手段で合成された変調光を光電変換することにより、複数Ｎ個のマイクロ波信号を前記ローカル信号として出力する光電変換器と
を備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナにおいて、
前記アレーアンテナは、それぞれ所定の方向から到来する複数Ｍ個の電波を受信し、
前記ローカル信号生成部は、マイクロ波信号を光学的に信号処理することにより、前記複数Ｍ個の電波の到来方向に対応する振幅位相分布をなす複数Ｎ個の変調光を出力する光信号処理手段を有し、前記光信号処理手段から出力された前記複数Ｎ個の変調光に基づいて複数Ｎ個のローカル信号を出力し、
前記マイクロ波ミキサは、前記複数Ｍ個の電波を前記複数Ｎ個のアンテナ素子からなる前記アレーアンテナによって受信した結果として生成された複数Ｎ個の受信マイクロ波信号と、前記複数Ｎ個のアンテナ素子に対応して前記ローカル信号生成部から出力された前記複数Ｎ個のローカル信号とをミキシングし、複数Ｎ個の中間周波数信号を出力し、
前記合成器は、前記マイクロ波ミキサから出力された前記複数Ｎ個の中間周波数信号を合成し、
前記合成器により合成された前記複数Ｎ個の中間周波数信号をその周波数により分離するマイクロ波帯域フィルタをさらに備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。