JP5312114B2

JP5312114B2 - 電波源シミュレータ

Info

Publication number: JP5312114B2
Application number: JP2009061800A
Authority: JP
Inventors: 勉遠藤; 明臣佐藤; 正人佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010216885A

Description

この発明は、例えばアンテナ特性の評価等に用いられ、電波源を模擬する電波源シミュレータに関する。

電波源を模擬する電波源シミュレータとしては、例えば、特許文献１に記載されたようなものが知られている。この従来の電波源シミュレータでは、擬似信号発生装置で電波源を模擬するための高周波の擬似信号を発生し、可変電力分配器で振幅制御された擬似信号を、給電回路に接続された高周波用スイッチを介して複数の素子アンテナのうちの特定の２素子または４素子に限定して出力することにより、電波源を模擬している。

また、従来の電波源シミュレータでは、擬似信号が出力される２素子または４素子の素子アンテナを１単位として、高周波用スイッチで給電回路の経路を切り替えることにより、電波源が移動する様子を模擬している。また、擬似信号は、可変電力分配器で振幅制御されているので、離散的に配置された素子アンテナの素子間を、電波源が連続的に移動しているように模擬することができる。

特許第２５４１００８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。
従来の電波源シミュレータにおいて、可変電力分配器、高周波用スイッチおよび給電回路等の電波機器の使用可能な周波数の帯域幅は、概ね１オクターブ程度の狭い帯域幅である。そのため、擬似信号発生装置で発生される擬似信号の周波数に応じて、電波機器を交換する必要があり、従来の電波源シミュレータでは、広い周波数帯域で電波源を模擬することができないという問題があった。

具体的には、被測定物が例えば広帯域のアンテナ等である場合には、擬似信号の周波数が変わるたびに、電波機器を交換する必要が生じる可能性がある。電波機器を交換する場合には、交換に要する時間、交換後にキャリブレーションを実行する時間等が必要となり、測定効率が低下する。また、給電回路となる同軸ケーブルや導波管は、固い素材で構成されているので、交換時の取り回しが悪く、柔軟な配置が困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、広い周波数帯域で電波源を模擬することができる電波源シミュレータを得ることを目的とする。

この発明に係る電波源シミュレータは、高周波信号を分配して複数の高周波信号を発生させる高周波信号発生源と、複数の高周波信号のそれぞれに対応する複数の光信号を発生させる光源と、複数の高周波信号を用いて対応する複数の光信号のそれぞれを変調するとともに、外部制御信号に応じて所望の振幅および位相を有する複数の電波源模擬光信号を生成する模擬光信号生成手段と、複数の電波源模擬光信号のそれぞれを電波源模擬電気信号に変換し、電波源模擬電気信号に応じた電波を複数の素子アンテナを介して放射するアレーアンテナ部と、放射される電波が所望の位置および強度を有する電波源パターンとなるように、模擬光信号生成手段に対して外部制御信号を与えるとともに、複数の電波源模擬電気信号に応じたそれぞれの電波を放射させる素子アンテナを選択制御する制御手段とを備えるものである。

この発明に係る電波源シミュレータによれば、模擬光信号生成手段は、複数の高周波信号を用いて対応する複数の光信号のそれぞれを変調するとともに、所望の電波源パターンに基づく制御手段からの外部制御信号に応じて、所望の振幅および位相を有する複数の電波源模擬光信号を生成する。また、アレーアンテナ部は、複数の電波源模擬光信号のそれぞれを電波源模擬電気信号に変換し、電波源模擬電気信号に応じた電波を、制御手段によって選択された複数の素子アンテナを介して放射する。
このように、高周波信号で変調された光信号を搬送波として用いることにより、可変電力分配器、高周波用スイッチおよび給電回路等のような、使用可能な周波数の帯域幅の狭い電波機器を用いることなく電波源を模擬することができる。
そのため、広い周波数帯域で電波源を模擬することができる電波源シミュレータを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る電波源シミュレータによる模擬電波源からの電波の到来方向を示す説明図である。この発明の実施の形態２に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。この発明の実施の形態３に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。

以下、この発明の電波源シミュレータの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。なお、この実施の形態１では、隣り合う２個の素子アンテナから放射される電波を合成して１個の電波源を模擬する場合について説明するが、互いに離れている素子アンテナから放射される電波を合成して電波源を模擬してもよい。

図１において、この電波源シミュレータは、高周波信号源（高周波信号発生源）１、高周波分配回路（高周波信号発生源）２、可変減衰器（振幅位相制御手段）３１、３２、可変移相器（振幅位相制御手段）４１、４２、光源５１、５２、光変調器（光変調手段）６１、６２、光スイッチ７１、７２、光ファイバ８、光電変換器９１〜９８、素子アンテナ１０１〜１０８および制御装置（制御手段）１１を備えている。

ここで、可変減衰器３１、３２、可変移相器４１、４２および光変調器６１、６２で模擬光信号生成手段が構成されている。また、光電変換器９１〜９８および素子アンテナ１０１〜１０８でアレーアンテナ部が構成されている。

以下、この電波源シミュレータの機能について説明する。
高周波信号源１は、任意の高周波信号を発生し、高周波分配回路２に出力する。高周波分配回路２は、高周波信号源１からの高周波信号を２つの高周波信号に分配し、それぞれ可変減衰器３１、３２に出力する。

可変減衰器３１、３２は、それぞれ高周波分配回路２で分配された高周波信号の振幅を制御し、可変移相器４１、４２に出力する。可変移相器４１、４２は、それぞれ可変減衰器３１、３２からの高周波信号の位相を制御し、光変調器６１、６２に出力する。
ここで、制御装置１１は、素子アンテナ１０１〜１０８から放射される電波が、所望の位置および強度を有する電波源パターンとなるように、可変減衰器３１、３２および可変移相器４１、４２に外部制御信号を出力して、高周波信号の振幅および位相を制御する。

光源５１、５２は、それぞれ光信号を発生し、光変調器６１、６２に出力する。光変調器６１、６２は、それぞれ光源５１、５２からの光信号を、可変移相器４１、４２からの高周波信号で変調し、変調後の光信号（電波源模擬光信号）を光スイッチ７１、７２に出力する。なお、光変調器は、直接変調器であってもよい。

光スイッチ７１、７２は、それぞれ１個の入力端と４個の出力端とを含んでいる。また、光スイッチ７１の４個の出力端は、それぞれ光ファイバ８および光電変換器９１、９３、９５、９７を介して、素子アンテナ１０１、１０３、１０５、１０７と接続されている。また、光スイッチ７２の４個の出力端は、それぞれ光ファイバ８および光電変換器９２、９４、９６、９８を介して、素子アンテナ１０２、１０４、１０６、１０８と接続されている。

また、光スイッチ７１、７２は、それぞれ光変調器６１、６２からの変調後の光信号を、何れかの出力端から光ファイバ８を介して光電変換器９１〜９８に出力する。
ここで、制御装置１１は、素子アンテナ１０１〜１０８から放射される電波が、上述した所望の電波源パターンとなるように、光スイッチ７１、７２に切り替え指令を出力して、隣り合う２個の素子アンテナを選択制御する。

光電変換器９１〜９８は、それぞれ光スイッチ７１、７２からの変調後の光信号を、電気信号である高周波信号（電波源模擬電気信号）に変換し、素子アンテナ１０１〜１０８に出力する。
素子アンテナ１０１〜１０８は、上述したように光スイッチ７１および光スイッチ７２と交互に接続されており、それぞれ光電変換器９１〜９８からの高周波信号に応じた電波を放射する。

次に、図２を参照しながら、この電波源シミュレータによる模擬電波源からの電波の到来方向について説明する。
図２は、図１の電波源シミュレータによる模擬電波源からの電波の到来方向を示す説明図である。なお、図１において、光スイッチ７１、７２は、それぞれ素子アンテナ１０１、１０２に切り替えられている。
ここでは、素子アンテナ１０１、１０２の各々から放射される電波の相対位相を可変移相器４１、４２により０（同相）にした状態で、放射される電波の振幅を可変減衰器３１、３２によりそれぞれ制御している。

例えば、可変減衰器３２で素子アンテナ１０２から放射される電波の振幅を絞って、ほぼ素子アンテナ１０１のみから電波を放射した場合には、模擬電波源からの電波が、素子アンテナ１０１の方向から到来するように見える（図２（ａ）参照）。
また、可変減衰器３１、３２で素子アンテナ１０１と素子アンテナ１０２とから放射される電波の振幅比を２：１とした場合には、模擬電波源からの電波が、素子アンテナ１０１と素子アンテナ１０２との間、１：２の方向から到来するように見える（図２（ｂ）参照）。

ここで、隣り合う２個の素子アンテナ間における電波の到来方向の変化は、可変減衰器３１、３２により、放射される電波の振幅を連続的に変化させることによって実現される。また、隣り合う２個の素子アンテナ間を超える電波の到来方向の変化は、光スイッチ７１、７２で光信号の経路を切り替え、切り替えられた後の隣り合う２個の素子アンテナ間の位相差を可変移相器４１、４２により０（同相）として、放射される電波の振幅を可変減衰器３１、３２により連続的に変化させることによって実現される。

以上のように、実施の形態１によれば、模擬光信号生成手段は、所望の電波源パターンに基づく外部制御信号に応じて複数の高周波信号の振幅および位相をそれぞれ制御する振幅位相制御手段と、振幅位相制御手段からの複数の高周波信号で対応する前記複数の光信号のそれぞれを変調する光変調手段とを含み、複数の高周波信号を用いて対応する複数の光信号のそれぞれを変調するとともに、所望の振幅および位相を有する複数の電波源模擬光信号を生成する。また、アレーアンテナ部は、複数の電波源模擬光信号のそれぞれを電波源模擬電気信号に変換し、電波源模擬電気信号に応じた電波を、制御手段によって選択された複数の素子アンテナを介して放射する。
このように、高周波信号で変調された光信号を搬送波として用いることにより、可変電力分配器、高周波用スイッチおよび給電回路等のような、使用可能な周波数の帯域幅の狭い電波機器を用いることなく電波源を模擬することができる。
そのため、広い周波数帯域で電波源を模擬することができる電波源シミュレータを得ることができる。

また、高周波信号で変調された光信号を搬送波として用いることにより、光スイッチや光ファイバ等の光部品を伝送経路として用いることとなる。これらの光部品は、光の波長が短いことから、給電回路となる同軸ケーブルや導波管等の電波機器と比較して、小型かつ軽量に構成される。
そのため、装置の規模を縮小することができるとともに、設置変更を容易にすることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、１個の電波源を模擬する場合について説明したが、これに限定されず、複数個の電波源を模擬することもできる。この実施の形態２では、２個の電波源を模擬する場合について説明する。
図３は、この発明の実施の形態２に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。

図３において、この電波源シミュレータは、それぞれ高周波信号源１、高周波分配回路２、可変減衰器３１、３２、可変移相器４１、４２、光源５１、５２、光変調器６１、６２および制御装置１１を有する信号発生部２１Ａ、２１Ｂと、それぞれ光スイッチ７１、７１および光ファイバ８を有する経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂと、光電変換器９１〜９８および素子アンテナ１０１〜１０８を有するアレーアンテナ部２３と、波長分割多重光合波器（光合波手段）１２１〜１２８とを備えている。
なお、制御装置１１は、信号発生部２１Ａ、２１Ｂのそれぞれに設けられてもよいし、信号発生部２１Ａ、２１Ｂに共通であってもよい。

以下、この電波源シミュレータの機能について説明する。
信号発生部２１Ａは、図１に示された高周波信号源１、高周波分配回路２、可変減衰器３１、３２、可変移相器４１、４２、光源５１、５２、光変調器６１、６２と同様の原理により、変調後の光信号（電波源模擬光信号）を出力する。経路切り替え部２２Ａは、図１に示された光スイッチ７１、７２と同様の原理により、信号発生部２１Ａからの変調後の光信号を、特定の素子アンテナに向けて経路を切り替えて出力する。

また、信号発生部２１Ｂは、異なる電波源を模擬するための信号として、信号発生部２１Ａからの変調後の光信号とは波長の異なる変調後の光信号を出力する。経路切り替え部２２Ｂは、信号発生部２１Ｂからの変調後の光信号を、特定の素子アンテナに向けて経路を切り替えて出力する。
ここで、経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂのそれぞれから出力される変調後の光信号は、互いに波長が異なる必要があるが、高周波信号源１の周波数は同一であってもよい。

波長分割多重光合波器１２１〜１２８は、経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂのそれぞれから出力された互いに波長の異なる変調後の光信号を多重化し、同一の光ファイバ８で伝送する。
アレーアンテナ部２３の光電変換器９１〜９８は、それぞれ波長分割多重光合波器１２１〜１２８からの多重化された光信号を、電気信号である高周波信号（電波源模擬電気信号）に変換し、素子アンテナ１０１〜１０８に出力する。

素子アンテナ１０１〜１０８は、それぞれ光電変換器９１〜９８からの高周波信号に応じた電波を放射する。これにより、複数個の電波源が模擬される。
なお、素子アンテナ１０１〜１０８から放射された電波を合成して、電波源の模擬を実現する原理は、実施の形態１のものと同様である。

以上のように、実施の形態２によれば、この電波源シミュレータは、互いに波長の異なる電波源模擬光信号を生成する複数の模擬光信号生成手段と、複数の模擬光信号生成手段からの複数の電波源模擬光信号を合成してアレーアンテナ部に出力する光合波手段とを備えている。
ここで、従来の電波源シミュレータでは、複数個の電波源を模擬する場合、対応する給電回路のセットが増えて設備が大規模化し、設置場所によって電波源の数が制限されるという問題があった。
しかしながら、この電波源シミュレータによれば、複数個の電波源を模擬する場合であっても、複数の模擬光信号生成手段を設け、電波源模擬光信号を光合波手段で合成すればよいので、伝送系を小型かつ軽量な光部品で構成することができ、小規模な伝送系を実現することができる。

また、模擬する電波源を追加する場合には、アレーアンテナ部を共用として、信号発生部と経路切り替え部とをまとめたものを１組単位で追加すればよい。
そのため、構成変更を容易にすることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、可変減衰器３１、３２および可変移相器４１、４２で振幅および位相が制御された高周波信号で、光源５１、５２からの光信号を変調すると説明したが、これに限定されず、高周波信号で光信号を変調した後に、振幅および位相を制御してもよい。この実施の形態３では、高周波信号で光信号を変調した後に、振幅および位相を制御する場合について説明する。
図４は、この発明の実施の形態３に係る電波源シミュレータを示すブロック構成図である。

図４において、この電波源シミュレータは、それぞれ高周波信号源１、高周波分配回路２、光源５１、５２および光変調器６１、６２を有する信号発生部２４Ａ、２４Ｂと、それぞれ光可変減衰器１３１、１３２（振幅位相制御手段）および光実時間遅延回路１４１、１４２（振幅位相制御手段）および制御装置１１を有する信号調整部２５Ａ、２５Ｂと、それぞれ光スイッチ７１、７１および光ファイバ８を有する経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂと、光電変換器９１〜９８および素子アンテナ１０１〜１０８を有するアレーアンテナ部２３と、波長分割多重光合波器１２１〜１２８とを備えている。
なお、制御装置１１は、信号調整部２５Ａ、２５Ｂのそれぞれに設けられてもよいし、信号発生部２１Ａ、２１Ｂに共通であってもよい。

以下、この電波源シミュレータの機能について説明する。
信号発生部２４Ａ、２５Ｂのそれぞれにおいて、高周波信号源１は、任意の高周波信号を発生し、高周波分配回路２に出力する。高周波分配回路２は、高周波信号源１からの高周波信号を２つの高周波信号に分配し、それぞれ光変調器６１、６２に出力する。
光源５１、５２は、それぞれ光信号を発生し、光変調器６１、６２に出力する。光変調器６１、６２は、それぞれ光源５１、５２からの光信号を、高周波分配回路２からの高周波信号で変調し、変調後の光信号を信号調整部２５Ａ、２５Ｂに出力する。

信号調整部２５Ａ、２５Ｂのそれぞれにおいて、光可変減衰器１３１、１３２は、信号調整部２５Ａ、２５Ｂからの変調後の光信号の強度を制御し、光実時間遅延回路１４１、１４２に出力する。光実時間遅延回路１４１、１４２は、それぞれ光可変減衰器１３１、１３２からの光信号の遅延量を制御し、経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂに出力する。
ここで、制御装置１１は、素子アンテナ１０１〜１０８から放射される電波が、所望の位置および強度を有する電波源パターンとなるように、光可変減衰器１３１、１３２および光実時間遅延回路１４１、１４２に外部制御信号を出力して、高周波信号の振幅および位相を制御する。

経路切り替え部２２Ａ、２２Ｂは、図１に示された光スイッチ７１、７２と同様の原理により、信号調整部２５Ａ、２５Ｂのそれぞれからの光信号を、特定の素子アンテナに向けて経路を切り替えて出力する。
ここで、制御装置１１によって選択された素子アンテナから放射される電波は、それぞれ信号発生部２４Ａ、２５Ｂからの変調後の光信号に対して、光可変減衰器１３１、１３２で制御された強度に対応した振幅と、光実時間遅延回路１４１、１４２で制御された遅延量に対応した位相とを有する高周波信号に応じたものとなる。

すなわち、模擬電波源からの電波の到来方向は、２個の素子アンテナから放射される電波が同相とされたとき、両者の振幅比で決まる。また、それぞれの素子アンテナから放射される電波の振幅は、光可変減衰器１３１、１３２で制御された光信号の強度に対応し、この電波の位相は、光実時間遅延回路１４１、１４２で制御された光信号の遅延量に対応する。
したがって、素子アンテナの各々から放射される電波の相対位相を光実時間遅延回路１４１、１４２により０（同相）にした状態で、放射される電波の振幅を光可変減衰器１３１、１３２によりそれぞれ制御することにより、実施の形態１と同様の原理で電波源の模擬を実現することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、模擬光信号生成手段は、複数の高周波信号で対応する複数の光信号のそれぞれを変調する光変調手段と、所望の電波源パターンに基づく外部制御信号に応じて光変調手段で変調された複数の光信号の振幅および位相をそれぞれ制御する振幅位相制御手段とを含み、複数の高周波信号を用いて対応する複数の光信号のそれぞれを変調するとともに、所望の振幅および位相を有する複数の電波源模擬光信号を生成する。また、アレーアンテナ部は、複数の電波源模擬光信号のそれぞれを電波源模擬電気信号に変換し、電波源模擬電気信号に応じた電波を、制御手段によって選択された複数の素子アンテナを介して放射する。
そのため、上記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができるとともに、上記実施の形態１、２よりも多くの光部品を使用することで、より広い周波数帯域で電波源を模擬することができ、より装置の規模を縮小することができる。

なお、上記実施の形態３では、電波源が複数の場合について説明したが、これに限定されず、１個の電波源であってもよい。

また、上記実施の形態１〜３では、２個の素子アンテナを選択して電波を放射する例について説明したが、３個以上の素子アンテナを使った場合でも、高周波分配回路２を３分配以上で構成し、可変減衰器３、可変移相器４、光源５、光変調器６および光スイッチ７を３組以上設けることにより、同様な原理で電波源を模擬することができる。
また、素子アンテナを平面上に配置して、例えば４個の素子アンテナを、４角形に配置してもよい。

１高周波信号源、２高周波分配回路、１１制御装置、２３アレーアンテナ部、３１、３２可変減衰器、４１、４２可変移相器、５１、５２光源、６１、６２光変調器、７１、７２光スイッチ、９１〜９８光電変換器、１０１〜１０８素子アンテナ、１２１〜１２８波長分割多重光合波器、１３１、１３２光可変減衰器、１４１、１４２光実時間遅延回路。

Claims

高周波信号を分配して複数の高周波信号を発生させる高周波信号発生源と、
前記複数の高周波信号のそれぞれに対応する複数の光信号を発生させる光源と、
前記複数の高周波信号を用いて対応する前記複数の光信号のそれぞれを変調するとともに、外部制御信号に応じて所望の振幅および位相を有する複数の電波源模擬光信号を生成する模擬光信号生成手段と、
前記複数の電波源模擬光信号のそれぞれを電波源模擬電気信号に変換し、前記電波源模擬電気信号に応じた電波を複数の素子アンテナを介して放射するアレーアンテナ部と、
放射される前記電波が所望の位置および強度を有する電波源パターンとなるように、前記模擬光信号生成手段に対して前記外部制御信号を与えるとともに、前記複数の電波源模擬電気信号に応じたそれぞれの電波を放射させる素子アンテナを選択制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電波源シミュレータ。
前記模擬光信号生成手段は、
前記外部制御信号に応じて前記複数の高周波信号の振幅および位相をそれぞれ制御する振幅位相制御手段と、
前記振幅位相制御手段からの複数の高周波信号で対応する前記複数の光信号のそれぞれを変調する光変調手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電波源シミュレータ。
前記模擬光信号生成手段は、
前記複数の高周波信号で対応する前記複数の光信号のそれぞれを変調する光変調手段と、
前記外部制御信号に応じて前記光変調手段で変調された複数の光信号の振幅および位相をそれぞれ制御する振幅位相制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電波源シミュレータ。
互いに波長の異なる電波源模擬光信号を生成する複数の模擬光信号生成手段と、
前記複数の模擬光信号生成手段からの複数の電波源模擬光信号を合成して前記アレーアンテナ部に出力する光合波手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の電波源シミュレータ。