JP5328680B2 - 双方向性信号インターフェースおよび双方向性信号インターフェースを用いる装置 - Google Patents

Description

本明細書で用いられるセクションの見出しは、構成上の目的のみのためにあり、本出願において記述される主題の物を限定するものとして解釈されるべきではない。

（関連出願セクション）
本出願は、２００４年７月１３日に出願された「Ｂｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」という名称の米国特許出願第１０／７１０，４６３号に関し、そして、２００６年２月１４日に出願された「Ｂｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｏｕｐｌｅｒ」という名称の米国特許出願第１１／３５３，７０１号に関する。米国特許出願第１０／７１０，４６３号および米国特許出願第１１／３５３，７０１号の全内容は、本明細書で参照により援用される。

（本発明の背景）
本発明は、概して、送信および受信の両方の機能を実行し得る信号インターフェース（例えばアンテナ信号インターフェース）に関する。アンテナは、電気的に活性化されるとき、電流を保持する伝導性構造物である。アンテナは、電磁波を送信および受信するために用いられる。時間変化する電流がアンテナに電気的に結合されるとき、アンテナは電磁波を放射する。時間変化する電磁場がアンテナによって受信されるとき、アンテナは時間変化する電流を発生させる。

信号インターフェースは、電力を効率的に移送するために用いられる。例えば、アンテナ信号インターフェースは、アンテナと、送信エレクトロニクスおよび／または受信エレクトロニクスとの間で電力を効率的に移送するために用いられる。送信アンテナインターフェースは、送信器送信器をアンテナに電気的に結合する送信送信ラインから電力を効率的に移送するように設計される。受信器アンテナインターフェースは、アンテナから、受信器と電気的に結合された送信ラインへ電力を効率的に移送するように設計される。

送受信器アンテナインターフェースは、送信器と電気的に結合された送信ラインからアンテナへ電力を効率的に移送するように設計され、かつアンテナから、受信器に電気的に結合された送信ラインに電力を効率的に移送する一方で、送信の送信ラインと受信の送信ラインとの間での電力の結合を最小化するようにも設計された、双方向性インターフェースである。

（詳細な記述）
本教示は、多様な実施形態および例との関連で記述されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは、意図されていない。その反対に、本教示は、当業者によって認識されるように、多様な代替物、修正物および均等物を含む。

本発明の個々のステップは、本発明が動作可能であり続ける限り、任意の順序で、そして／または同時に実行され得ることが、理解されるべきである。さらには、本発明の装置および方法は、本発明が動作可能であり続ける限り、記述された実施形態の任意の数またはすべてを含み得ることが理解されるべきである。

双方向性信号インターフェースは、それらのインターフェース帯域幅、それらの入信号経路雑音指数によって、および出信号経路と入信号経路との間の分離によって特徴づけられ得る。特定の用途は、非常に様々な信号インターフェース要求を有する。例えば、レーダー用途において、帯域幅要求は、典型的にはレーダー搬送波周波数の１０％未満であるが、レーダー搬送波周波数は、１０ＭＨｚまで低い周波数であり得る。レーダー用途は、典型的には、標的への経路損失および標的からの経路損失（いわゆるｒ^４問題）に起因して、最も低い雑音指数要求を有する。

デジタルデータ通信用途において、帯域幅は、典型的には、低周波数（またはＤＣの場合すらある）から、最大ビットレートまで及ぶ。デジタル通信用途は、一部の用途よりも高い雑音指数を許容し得る。ネットワーク解析器のような計測用途は、ずっと高い雑音指数を許容し得る。ほとんどのネットワーク解析器用途において、出信号と入信号との間の大きな隔たりが重要である。

米国特許出願第１０／７１０，４６３号において開示された光双方向性インターフェースは、出信号と入信号とを分けるために、同方向伝搬（ｃｏ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ）進行波と対向方向伝搬（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ）進行波との両方を用いることを記述している。しかしながら、より低い周波数では、米国特許出願第１０／７１０，４６３号において記述されたフォトニック双方向性インターフェースは、進行波の効果が減らされるので効率的に動作しない。

本発明のフォトニック双方向性インターフェースは、出信号と入信号とを分けるために、平衡駆動デバイスの平衡駆動と不平衡駆動との両方を用いる。本明細書で用いられている場合、用語「平衡駆動デバイス」は、第一の入力および第二の入力に、それぞれ印加された第一の信号と第二の信号との間の差に比例する出力を発生させる、二つの入力のあるデバイスを指す。言い換えれば、平衡駆動デバイスは、二つの入力のいずれかから出力への利得が同じであるので、平衡していると見なされる。こうして、同じ信号が平衡駆動デバイスの両方の入力に印加される場合には、それらの間の差は、ゼロになり、したがって、平衡駆動デバイスの出力もまた、ゼロになる。

用語「不平衡駆動」は、本明細書において、一つの入力のみを用いてデュアル入力デバイスを駆動することを意味するように定義される。信号が平衡駆動の一つの入力のみに印加されるときには、その信号は、平衡駆動デバイスの出力に伝わる。

本発明のフォトニック双方向性インターフェースは、比較的低い雑音指数を要求するレーダー用途、通信用途および計測用途に対して特によく適しており、それらの動作する帯域幅の一部または全部は、比較的低い周波数にまで及ぶか、または比較的低い周波数に存在する。そのようなインターフェースは、方向性結合器のような従来の光双方向性インターフェースよりもはるかに優れた性能を有する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
デュアル駆動デバイスを備えている信号インターフェースであって、該デュアル駆動デバイスは、出信号を受信する第一の入力ポートおよび第二の入力ポートを有し、該第一の入力ポートおよび該第二の入力ポートのうちの一つは、入信号を受信し、該デュアル駆動デバイスは、該入信号を出力ポートに送る一方で、該出信号を該入信号から分離する、信号インターフェース。
（項目２）
光学信号を受信する光学入力を有する電気光学変調器と、出電気信号の第一の部分および第二の部分のそれぞれを受信する第一の電気ポートおよび第二の電気ポートと、入電気信号を受信する第三の電気ポートとを備えている信号インターフェースであって、該電気光学変調器は、該入電気信号を変調する一方で、該出電気信号を該入電気信号から分離する、信号インターフェース。
（項目３）
上記電気光学変調器は、Ｘカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｘカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、Ｚカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｚカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、電気光学半導体変調器、電気光学無機変調器、および電気光学有機変調器を含む群から選択される、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目４）
上記電気光学変調器は、上記入電気信号を上記光学信号の光学場に速度整合させる第一の変調電極および第二の変調電極を備えている、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目５）
上記電気光学変調器は、平衡変調器を備え、第一の変調電極および第二の変調電極は、ほぼ同じ長さを有する、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目６）
上記電気光学変調器は、不平衡変調器を備え、第一の変調電極および第二の変調電極は、異なる長さを有する、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目７）
上記光学信号は、持続波光学ビーム、パルス化された光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームを含む群から選択される、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目８）
上記出電気信号の上記第一の部分の振幅と上記出電気信号の上記第二の部分の振幅とは、ほぼ等しい、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目９）
上記出電気信号の上記第二の部分は、上記出電気信号の上記第一の部分に等しくない、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目１０）
上記光学変調器の第四の電気ポートを、該第四の電気ポートに結合された変調電極の特性インピーダンスを用いて終端することをさらに含む、項目２に記載の信号インターフェース。
（項目１１）
出電気信号を入電気信号とインターフェースさせる方法であって、該方法は、
ａ）電気光学変調器の光学入力において光学信号を受信することと、
ｂ）該電気光学変調器の第一のポートにおいて出電気信号の第一の部分を受信することと、
ｃ）該電気光学変調器の第二のポートにおいて該出電気信号の第二の部分を受信することと、
ｄ）該電気光学変調器の第三の電気ポートにおいて入電気信号を受信することと、
ｅ）該入電気信号を該光学信号において変調する一方で、該出電気信号を該入電気信号から分離することと、
ｆ）該電気光学変調器の出力ポートにおいて変調された入電気信号を検出することと
を包含する、方法。
（項目１２）
上記出電気信号の第一の部分の振幅は、出ＲＦ電気信号の第二の部分の振幅に等しい、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
上記入電気信号のＲＦ場を上記光学信号の光学場に速度整合させることをさらに包含する、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
上記光学信号は、持続波光学ビーム、パルス光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームを含む群から選択される、項目１１に記載の方法。
（項目１５）
特性インピーダンスを用いて上記電気光学変調器の第四の電極を終端することをさらに包含する、項目１１に記載の方法。
（項目１６）
出ＲＦ信号の第一の部分を受信する第一のＲＦ入力ポートと、ＲＦ電気信号の第二の部分および入ＲＦ信号を受信する第二のＲＦ入力ポートとを有する差動増幅器を備えている信号インターフェースであって、該差動増幅器は、該ＲＦ電気信号を該入ＲＦ信号から分離し、出力において該入ＲＦ信号の増幅バージョンを発生させる、信号インターフェース。
（項目１７）
上記差動増幅器は、平衡差動増幅器を備えている、項目１６に記載の信号インターフェース。
（項目１８）
上記差動増幅器は、不平衡差動増幅器を備えている、項目１６に記載の信号インターフェース。
（項目１９）
上記差動増幅器は、演算増幅器を備えている、項目１６に記載の信号インターフェース。
（項目２０）
上記差動増幅器は、差動低雑音増幅器を備えている、項目１６に記載の信号インターフェース。
（項目２１）
上記出ＲＦ信号の上記第一の部分および上記第二の部分は、実質的に等しい、項目１６に記載の信号インターフェース。
（項目２２）
ａ）出力において光学信号を発生させるレーザーと、
ｂ）光学入力と、第一の電気ポートおよび第二の電気ポートと、第三の電気ポートとを備えている電気光学変調器であって、該光学入力は、該光学入力が該光学信号を受信するように該レーザーの該出力に結合され、該第一の電気ポートおよび第二の電気ポートは、出電気信号の第一の部分および第二の部分のそれぞれを受信し、該第三の電気ポートが入電気信号を受信するようにテスト中のネットワークに接続され、該電気光学変調器は、該光学信号についてテスト中の該ネットワークからの該入電気信号を変調する一方で、該出電気信号を該入電気信号から分離する、電気光学変調器と
ｃ）該電気光学変調器の該光学出力に光学的に結合される入力を有する光学検出器であって、該光学検出器は、該変調された入電気信号を検出する、光学検出器と
を備えている、Ｓパラメーターテストセット。
（項目２３）
上記電気光学変調器は、平衡変調器を備え、第一の変調電極および第二の変調電極は、ほぼ同じ長さを有する、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２４）
上記電気光学変調器は、不平衡変調器を備え、第一の変調電極および第二の変調電極は、異なる長さを有する、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２５）
上記電気光学変調器の第四の電気ポートは、終端インピーダンスに結合されている、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２６）
上記電気光学変調器の第四の電気ポートは、終端されていない、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２７）
電気スプリッタ―をさらに備え、該電気スプリッタ―は、上記出電気信号の第一の部分を上記電気光学変調器の上記第一のポートに、そして該出電気信号の第二の部分を該電気光学変調器の上記第二のポートに向ける、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２８）
上記出電気信号の上記第一の部分と該出電気信号の上記第二の部分とは、ほぼ等しい、項目２７に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目２９）
上記出電気信号の上記第二の部分は、該出電気信号の上記第一の部分に等しくない、項目２７に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目３０）
上記光学信号は、持続波光学ビーム、パルス光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームを含む群から選択される、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。
（項目３１）
上記入電気信号のＲＦ場は、上記光学信号の光学場に速度整合される、項目２２に記載のＳパラメーターテストセット。

本発明は、好適で例示的な実施形態に従って、本発明のさらなる利点とともに、以下の詳細な説明で、添付の図面と関連させてより詳細に説明される。図面は、必ずしも縮尺を合わせられておらず、その代わりに、一般的に発明の原理を図示する際に強調が行われている。
図１Ａは、一般的な平衡駆動デバイスを含む、本発明に従った、双方向性インターフェースのブロック図を図示する。 図１Ｂは、平衡電気光学変調器と、出信号に対する同相駆動と、高周波数動作のための進行波電極とを含む、本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図１Ｃは、平衡電気光学変調器と、出信号に対する同相駆動と、低周波数（ＤＣ程度に低い）動作のための集中素子電極とを含む、本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図１Ｄは、平衡電気光学変調器と、出信号に対する差動駆動と、高周波数動作のための進行波電極とを含む、本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図１Ｅは、平衡電気光学変調器と、出信号に対する同相駆動と、低周波数（ＤＣ程度に低い）動作のための集中素子電極とを含む、本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図１Ｆは、電子平衡増幅器または差動増幅器を含む、本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図２は、不平衡変調器を含む本発明の一実施形態に従った、双方向性インターフェースを図示する。 図３Ａは、テスト中の２ポートネットワークを解析するＳパラメーターネットワーク解析器における、ＲＦ信号経路の信号図を図示する。 図３Ｂは、図３Ａに示される信号図における信号ラベルを用いるＳパラメーターに対する数式を示す。 図４Ａは、ネットワーク解析器のＳパラメーターテストセットに対する双方向性インターフェースの信号図を図示する。 図４Ｂは、ネットワーク解析器のＳパラメーターテストセットに対して設計された、本発明に従った双方向性インターフェースを図示する。 図５は、市販されているネットワーク解析器において用いられる従来の方向性結合器のＲＦ性能を、本発明の双方向性インターフェースのＲＦ性能と比較するデータを提供する表である。 図６Ａは、出信号源を受動ＲＦコンポーネントを用いる本発明の変調器電極に接続する手段の一実施形態を図示する。 図６Ｂは、能動および受動ＲＦコンポーネントの組み合わせを用いる、本発明の双方向性インターフェースの接続手段の代替の実施形態を図示する。

図１Ａは、本発明に従った一般的な双方向性信号インターフェース１０のブロック図を図示し、一般的な双方向性信号インターフェース１０は、一般的な平衡駆動デバイス１２を含む。出信号は、平衡駆動デバイス１２の第一の入力１４および第二の入力１６の両方に印加される。理想的な損失のない平衡駆動デバイスにおいて、出信号は、平衡駆動デバイスの出力においてまったく生じない。入信号は、平衡駆動デバイス１２の第一の入力１４に印加されるだけである。単方向性デバイス１８は、平衡駆動デバイス１２の第一の入力１４と第二の入力１６との間に位置決めされる。単方向性デバイス１８は、入力信号が第二の入力１６に伝搬することを防ぐ。理想的な損失のない平衡駆動デバイスにおいて、入信号は、直接、平衡駆動デバイス１２の出力２０に損失なく伝わる。

本発明に従った双方向性信号インターフェースは、多数のタイプの平衡駆動デバイスを用いて、実装され得る。例えば、本発明に従った双方向性信号インターフェースは、所望の範囲の動作周波数のようなシステム要求に依存して、いくつかの異なる変調器タイプのうちの任意の一つを用いて実装され得る。図１Ｂ〜図１Ｅは、可能な変調器タイプのうちの一部の例を表す。しかしながら、これらの例は代表的ではあるが、本発明の範囲内に入る設計の可能性を網羅していないことが、留意されなければならない。本発明の双方向性信号インターフェースは、平衡増幅器または差動増幅器を用いて実装され得る。

図１Ｂは、本発明の一実施形態に従った双方向性信号インターフェース１００を図示し、双方向性信号インターフェース１００は、平衡電気光学変調器と、出信号に対する同相駆動と、高周波数動作のための進行波電極とを含む。双方向性信号インターフェース１００は、変調器との使用に適し、平衡電極の同相電気駆動は、結果として変調器の二つの光学アームの間の同相光学変調を生じる。図１Ｂに示される電極は、いわゆる進行波電極であり、進行波電極は、高周波数において効率的な変調を生成することが当該分野において周知である。

双方向性信号インターフェース１００は、ＲＦ入力ポート１０２を含み、ＲＦ入力ポート１０２は、出信号源１０３から入力ＲＦ変調信号を受信する。スプリッター１０４は、ＲＦ入力ポート１０２に結合される。第一のＲＦ送信手段１０６および第二のＲＦ送信手段１０８は、スプリッター１０４の出力に結合される。用語「送信手段」は、本明細書において、低周波数送信のための伝導性ワイヤーおよび高周波数送信に適したＲＦ送信ラインのような、任意のタイプの送信ラインを意味するように定義される。スプリッター１０４は、ＲＦ駆動信号を、第一の信号および第二の信号に分割し、第一の信号および第二の信号は、それぞれ、第一のＲＦ送信手段１０６および第二のＲＦ送信手段１０８内を伝搬する。図１Ｂに示される実施形態において、スプリッター１０４は、等しい分割比を有する３ｄＢスプリッターであり、スプリッター１０４は、入ＲＦ信号を二つの等しい信号に分割する。

図１Ｂ〜図１Ｅに示される実施形態において、第一の単方向性要素１１０および第二の単方向性要素１１２は、入力導波管１０６、入力導波管１０８のそれぞれにおいて位置決めされる。単方向性要素１１０、単方向性要素１１２は、信号経路と反対の方向に進行する信号からの分離を提供する。理論上、単方向性要素は、デュアルデバイス電極を分離するために一つだけ必要である。しかしながら、実際、第二の単方向性要素を追加することは、出力駆動の対称性を改善し、したがって、出力信号の相殺を改善し得る。

一部の実施形態において、単方向性要素１１０、単方向性要素１１２は、アイソレーターである。アイソレーターは、典型的には、比較的狭い帯域幅を有する。他の実施形態において、単方向性要素１１０、単方向性要素１１２は、それらの順方向の利得よりもずっと大きい利得の逆アイソレーターを有するＲＦ増幅器である。そのような増幅器は、市販されており、ＲＦ分野で一般的に用いられている。

双方向性信号インターフェース１００はまた、電気光学変調器１１４を含む。図１Ｂに示される実施形態において、電気光学変調器１１４は、Ｚカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器である。Ｚカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器は、時として望ましい。なぜならば、Ｚカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器は、それが比較的低いスイッチング電圧Ｖπを有するように設計され得、比較的低いスイッチング電圧Ｖπは、次いで双方向性インターフェースが低い雑音指数を有することを可能にし得るからである。多数のタイプの電気光学変調器が用いられ得る。例えば、電気光学変調器１１４は、Ｘカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｘカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、Ｚカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｚカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、電気光学半導体変調器、電気光学無機変調器、および電気光学有機変調器のうちの一つであり得る。

電気光学変調器１１４は、第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８を含む。第三の電極１１７は、接地される。第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８は、単方向性要素１１０、単方向性要素１１２のそれぞれ一つに結合される。第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８は、所望の動作周波数に依存して、集中素子電極または進行波電極のいずれかであり得る。本発明の信号インターフェースの一つの特徴は、それがＤＣまでの低い周波数で動作することである。

本発明の信号インターフェースの別の特徴は、２００４年７月１３日に出願された「Ｂｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」という名称の米国特許出願第１０／７１０，４６３号、および２００６年２月１４日に出願された「Ｂｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｏｕｐｌｅｒ」という名称の米国特許出願第１１／３５３，７０１号に記述されるように、信号インターフェースが、送受信の分離をさらに改善し得る進行波モードで動作し得ることである。

図１Ｂに示される電気光学変調器１１４は、平衡デュアル駆動変調器と称される。なぜならば、二つの入力（すなわち、二つの駆動）が存在し、かつ、第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８がほぼ同じ長さを有するからである。他の実施形態において、電気光学変調器１１４は、不平衡変調器であり、第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８は、図２との関連でさらに論じられるように、異なる長さを有する。

電気光学変調器１１４の第一の変調電極１１６の出力は、タップポート１２０である。タップポート１２０は、出ＲＦ信号の一部分を提供する。図１Ｂに示される実施形態において、出ＲＦ信号の半分は、タップポート１２０を通って伝搬する。集中素子設計において、タップポート１２０は、開いている（終端していない）。分散型設計または進行波設計において、タップポート１２０は、第一の電極１１６を備えている送信ラインの特性インピーダンスによって終端される。第一の電極１１６をタップポート１２０まで伝搬する信号は、第二の変調電極１１８の上を伝搬する信号から分離される。

電気光学変調器１１４の第二の電極１１８の出力は、双方向性信号インターフェース１００の双方向性ポート１２２である。双方向性ポート１２２は、出ＲＦ信号の一部分を提供する。図１Ｂに示される実施形態において、出ＲＦ信号の半分は、双方向性ポート１２２を通って伝搬する。双方向性ポート１２２はまた、第二のＲＦ信号（例えば、双方向性信号インターフェース１００がネットワーク解析器用途のために構成される場合には、テスト中のネットワークからの反射ＲＦ信号）を受信する。入ＲＦ信号は、以下に記述されるように、電気光学変調器１１４の入力１２４に印加される光学信号を変調する。実際、双方向性ポート１２２は、信号の周波数範囲および電力のような、ポートを通って伝搬する信号の特性に依存する多数の方法で実装され得る。双方向性ポート１２２の具体的な実施形態は、本明細書で図６Ａおよび図６Ｂとの関連で記述されている。

電気光学変調器１１４は、光学入力１２４を含み、光学入力１２４は、光学的供給源１２６から光学信号を受信する。例えば、光学的供給源１２６は、出力において光学ビームを発生させる半導体レーザーまたは別のレーザーであり得る。多様な実施形態において、光学的供給源は、持続波（ＣＷ）光学ビーム、パルス光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームである。電気光学変調器１１４はまた、光学出力１２８を含み、光学出力１２８は、光学検出器１３０の光学入力に結合されている。双方向性信号インターフェース１００のポート１３２における光学検出器１３０のＲＦ出力は、ポート１入力から入ＲＦ信号を受信する。電気光学変調器１１４は、ポート１３２において変調光学信号を発生させる。

図１Ｃは、本発明の一実施形態に従った、双方向性信号インターフェース１５０を図示し、双方向性信号インターフェース１５０は、平衡電気光学変調器１５２と、出信号に対する同相駆動と、集中素子電極１５４と集中素子電極１５６と低周波数（ＤＣ程度のまで）動作のための集中素子電極１５８とを含む。双方向性信号インターフェース１５０は、図１Ｂの双方向性信号インターフェース１００に類似している。電気光学変調器１５２もまた、Ｚカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器である。しかしながら、電極１５４と電極１５６と電極１５８とは、いわゆる集中素子電極である。これらの集中素子電極１５４と集中素子電極１５６と集中素子電極１５８とは、低周波数で、ＤＣまで低くなってさえ、効率的な変調を生成することが当該分野において周知である。

図１Ｄは、本発明の一実施形態に従った双方向性信号インターフェース１６０を図示し、双方向性信号インターフェース１６０は、平衡電気光学変調器１６２と、出信号に対する差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）駆動と、高周波数動作のための進行波電極１６４と、進行波電極１６６と、進行波電極１６８とを含む。双方向性信号インターフェース１６０は、図１Ｂの双方向性信号インターフェース１００に類似している。しかしながら、電気光学変調器１６２は、Ｘカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器である。進行波電極１６４と進行波電極１６６と進行波電極１６８とは、高周波数で効率的な変調を生成することが当分野において周知である。特に、双方向性信号インターフェース１６０は、変調器との使用によく適しており、平衡電極の相補型（すなわち１８０度ずれている）電気駆動の結果として、変調器の二つの光学アームの間で同相光学変調を生じる。

図１Ｅは、本発明の一実施形態に従った双方向性信号インターフェース１７０を図示し、双方向性信号インターフェース１７０は、平衡電気光学変調器１７２と、出信号に対する差動駆動と、低周波数（ＤＣ程度までの）動作のための集中素子電極１７４と集中素子電極１７６と集中素子電極１７８とを含む。双方向性信号インターフェース１５０は、図１Ｃの双方向性信号インターフェース１００に類似している。しかしながら、電気光学変調器１７２は、Ｘカットニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダー干渉計測変調器である。また、電極１７４と電極１７６と電極１７８とは、いわゆる集中素子電極であり、集中素子電極は、低周波数で、ＤＣ程度まで低くなってさえ、効率的な変調を生成することが当該分野において周知である。

図１Ｆは、本発明の一実施形態に従った双方向性信号インターフェース１８０を図示し、双方向性信号インターフェース１８０は、電子平衡増幅器または差動増幅器を含む。双方向性信号インターフェース１８０は、図１Ｂ〜図１Ｅの双方向性信号インターフェース１００、１５０、１６０、および１７０に類似している。しかしながら、双方向性信号インターフェース１８０は、光学変調器ではなく平衡増幅器または差動増幅器を含む。

双方向性信号インターフェース１８０は、差動増幅器１８２を含む。差動増幅器１８２は、第一のＲＦ入力１８４と第二のＲＦ入力１８６とを含み、第一のＲＦ入力１８４と第二のＲＦ入力１８６とは、単方向性要素１１０、単方向性要素１１２のそれぞれと結合されている。一部の実施形態において、差動増幅器１８２は平衡増幅器であり、ＲＦ入力１８４、ＲＦ入力１８６からの利得は、実質的に同じである。他の実施形態において、差動増幅器１８２は、不平衡増幅器であり、第一の入力１８４からの利得は、第二の入力１８６からの利得とは異なっている。多数のタイプの差動増幅器が用いられ得る。例えば、低周波用途に対して、差動増幅器１８２が演算増幅器であり得る。より高い周波数用途および／または低い雑音指数を要求する用途に対して、差動増幅器１８２が差動低騒音増幅器（ＬＮＡ）であり得る。

第一のＲＦ入力１８４のインピーダンスが送信手段１０６のインピーダンスよりも十分に高い場合には、第一のＲＦ入力１８４は、タップポート１２０に直接接続され得る。同様に、第二のＲＦ入力１８６のインピーダンスが送信手段１０８のインピーダンスよりも十分に高い場合には、第二のＲＦ入力１８６は、出力ポート１２２に直接接続され得る。しかしながら、第一のＲＦ入力１８４および第二のＲＦ入力１８６のインピーダンスが、送信手段１０６、送信手段１０８のインピーダンスに等しい場合には、スプリッターは、第一のＲＦ入力１８４および第二のＲＦ入力１８６を単方向性デバイス１１２および単方向性デバイス１１０の出力のそれぞれに結合し得る。

第一の単方向性デバイス１１０の出力は、タップポート１２０に直接接続される。タップポート１２０は、出ＲＦ信号の一部分を提供する。図１Ｆに示される実施形態において、出ＲＦ信号の半分は、タップポート１２０を通って伝搬する。集中素子の実施形態において、タップポート１２０は、開いている（終端されていない）。分散型または進行波の実施形態において、タップポート１２０は、送信手段１０６の特性インピーダンスによって終端される。

双方向性ポート１２２は、出ＲＦ信号の一部分を提供する。図１Ｆに示される実施形態において、出ＲＦ信号の半分は、双方向性ポート１２２を通って伝搬する。双方向性ポート１２２はまた、例えば、レーダーからの反射ＲＦ信号、または（双方向性信号インターフェース１８０がネットワーク解析器用途のために構成される場合には）テスト中のネットワークからの反射信号のような、入ＲＦ信号を受信する。双方向性信号インターフェース１８０が通信システムのために構成される実施形態においては、入ＲＦ信号は受信信号である。

実際、双方向性ポート１２２は、例えば、信号の周波数範囲および電力のような、ポートを通って伝搬する信号の特性に依存して、多数の方法で実装され得る。双方向性ポート１２２の特定の実施形態が、本明細書で図６Ａおよび図６Ｂとの関連で記述される。

入ＲＦ信号は、差動増幅器１８２の第二のＲＦ入力１８６においてのみ伝搬する。ゆえに理想的には、入ＲＦ信号は、差動増幅器１８２の第一のＲＦ入力１８４にまったく達しない。差動増幅器１８２は、第一のＲＦ入力１８４と第二のＲＦ入力１８６との間の差を増幅する。入ＲＦ信号が一つの入力にのみ印加されるので、差動増幅器１８２のＲＦ出力１８８は、入ＲＦ信号の増幅されたバージョンを含む。結果として、入ＲＦ信号は、ポートＡ１３２を通って伝搬する。

差動増幅器１８２は、タップポート１２０における信号が出力ポート１２２における信号から分離されるように、電気的分離を提供する。差動増幅器が第一のＲＦ入力１８４二印加された信号と第二のＲＦ入力１８６に印加された信号との間の差を増幅することは、当分野において周知である。同じ信号が差動増幅器１８２の第一のＲＦ入力１８４と第二のＲＦ入力１８６との両方に印加されるとき、実際には、出信号１０３は、差動増幅器１８２の出力１８２に出てこない。こうして、同じ信号が差動増幅器１８２の第一のＲＦ入力１８４と第二のＲＦ入力１８６との両方に印加されるとき、ポートＡ１３２は、出信号源１０３から効果的に分離される。双方向性信号インターフェース１８０の一つの特徴は、それがＤＣまでの低周波数で効率的に動作することである。

図２は、本発明の一実施形態に従った双方向性信号インターフェース２００を図示し、双方向性信号インターフェース２００は、不平衡電気光学変調器を含む。不平衡電気光学変調器は、図１Ｂ〜図１Ｅに示される実施形態のうちの任意の実施形態とともに用いられ得る。図２に図示される双方向性信号インターフェース２００は、図１Ｂで記述された双方向性信号インターフェース１００に類似している。しかしながら、電気光学変調器２０２は、第一の電極２０４と第二の電極２０６とが等しい長さを有しないという意味で不平衡である。加えて、スプリッター２０８は、１対１の分割比を有する３ｄＢスプリッターではない。その代わり、スプリッター２０８の分割比は、第一の電極２０４と第二の電極２０６との相対的な大きさによって決定される何らかの比である。

こうして、一実施形態において、プリッター２０８の分割比、および第一の変調電極２０４の長さと第二の変調電極２０６の長さとの比は、第一の変調信号および第二の変調信号を結果として生じるように選ばれ、第一の変調信号および第二の変調信号は、互いに対して同相であり、ほぼ等しい振幅を有する。特に、不平衡変調器の実施形態において、分割比は、より強い信号がより短い変調電極に印加され、より弱い信号がより長い変調電極に印加されるように選ばれる。

図１Ｂ〜図１Ｅおよび図２を参照すると、本発明の実施形態に従う出電気信号を入電気信号とインターフェースさせる方法は、電気光学変調器１１４の光学入力１２４において光学信号を受信することを含む。出ＲＦ信号は、双方向性信号インターフェース１００のＲＦ入力ポート１０２において受信される。スプリッター１０４は、出ＲＦ信号を所定の分割比で第一の出ＲＦ信号と第二の出ＲＦ信号とに分割する。一部の実施形態において、分割比は、１対１であり、第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８は、同じ長さを有するように選ばれる。これらの実施形態において、出ＲＦ信号の第一の部分の振幅は、出ＲＦ信号の第二の部分の振幅にほぼ等しい。（図２に示される）他の実施形態において、分割比は、第一の変調電極２０４と第二の変調電極２０６との比によって決定される。これらの実施形態において、出ＲＦ信号の第一の部分の振幅は、出ＲＦ信号の第二の部分の振幅に等しくない。

入ＲＦ信号は、双方向性信号インターフェース１００の双方向ポート１２２において受信される。電気光学変調器１１４は、入電気信号が、光学信号を変調する一方で、第一の出ＲＦ信号と第二の出ＲＦ信号とを入電気信号から分離することを可能にする。変調入ＲＦ信号は、光学検出器１３０によってポート１３２において検出される。一部の実施形態において、第一の変調電極と第二の変調電極とは、入電気信号のＲＦ場を出光学信号の光学場におおよそ速度整合（ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｔｃｈ）させる。

理論的に、かつ実験的に、ＲＦ対ＲＦ損失との、または一部のＲＦ電力利得とさえ外部変調リンクを製作することが可能であることが示されてきた。例えば、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｋ」という名称の米国特許第５，２８７，２１２号を参照されたい。したがって、本発明の双方向性インターフェースは、入信号に非常に小さな結合損失を与え得、一部の実施形態においては、利得を追加することさえあり得る。

本発明の双方向性信号インターフェースは、多数の用途を有する。一つの特定の用途は、ＲＦネットワーク解析器のための高性能Ｓパラメーターテストセットである。ＲＦネットワーク解析器のための高性能Ｓパラメーターテストセットは、本発明の双方向性信号インターフェースのうちの一つ以上によって構築され得る。ＲＦネットワーク解析器は、テスト中のネットワークを特徴づける一般的なテスト道具である。用語「テスト中のネットワーク」は、単一のデバイスから複雑なネットワークまでの任意のものであり得る。ネットワーク解析器は、テスト中のネットワークを刺激することと、ネットワークから反射され、ネットワークを介して透過される信号を検出することとを同時に行う。

ネットワーク解析器は、いわゆる「Ｓパラメーター」またはテスト中のネットワークの散乱行列を決定する。散乱行列は、ネットワークのＮ個のポートによって理解される場合のネットワークの完全な記述である。特に、散乱行列は、ポートに入射する電圧信号をポートから反射される電圧信号と関係づける。特定の散乱パラメーターは、以下の式：

によって定義される。散乱パラメーターＳ_ｉｊは、ポートｊを入射電圧信号ｖ_ｊ ^＋で駆動することと、ポートｉから透過された反射波振幅ｖ_ｉ ⁻を測定することとによって見出される。第ｊ番目のポートを除くすべてのポートへの入射信号は、測定中、ゼロに設定される。実際、このことは、反射を除去するために、すべてのポートが整合負荷の状態で終端されることを意味する。こうして、ＳパラメーターＳ_ｉｉは、すべての他のポートが整合負荷の状態で終端されるとき、ポートｉの中を調査して見られる反射係数であり、ＳパラメーターＳ_ｉｊは、すべての他のポートが整合負荷によって終端されるとき、ポートｊからポートｉへの透過係数である。

散乱パラメーターは、ネットワーク解析器によって直接測定される。スカラーネットワーク解析器は、検出された信号の大きさのみを測定する。ベクトルネットワーク解析器は、検出された信号の大きさおよび信号の位相の両方を測定する。本発明の双方向性信号インターフェースは、スカラーネットワーク解析器およびベクトルネットワーク解析器の両方を構築するために用いられ得る。特に、本発明の双方向性信号インターフェースは、信号の供給と検出とを同時に行うために使用される一方で、出信号および入信号の両方の大きさ情報および位相情報を保存し得る。

図３Ａは、Ｓパラメーターネットワーク解析器３００におけるＲＦ信号経路の信号図を図示し、Ｓパラメーターネットワーク解析器３００は、テスト中の２ポートのネットワーク３０２を解析する。ネットワーク解析器３００は、第一の出信号を発生させ、第一の出信号は、本明細書で第一の透過ＲＦ信号３０４として参照され、第一の透過ＲＦ信号３０４は、Ｒ_１とラベルされる。第一の透過ＲＦ信号は、テスト中のネットワーク３０２の第一のポート３０６の中に伝搬する。ｔ_１Ｒ_１とラベルされる第一の透過信号の一部分は、第一のタップポート３０８において出される。Ａとラベルされる第一の透過信号３０４の一部分は、テスト中のネットワーク３０２の第一のポート３０６から反射され、信号経路の中に戻され、ポート３１６において利用可能にされる。

同様に、ネットワーク解析器３００は、第二の出信号を発生させ、第二の出信号は、本明細書で第二の透過ＲＦ信号３１０として参照され、第二の透過ＲＦ信号３１０は、Ｒ_２とラベルされる。第二の透過ＲＦ信号は、テスト中のネットワーク３０２の第二のポート３１２の中に伝搬する。ｔ_２Ｒ_２とラベルされる第二の透過ＲＦ信号の一部分は、第二のタップポート３１４において出される。Ｂとラベルされる第二の透過信号３１０の一部分は、次いでテスト中のネットワーク３０２の第二のポート３１２から反射され、信号経路の中に戻され、ポート３１８において利用可能にされる。

図３Ｂは、図３Ａに示される信号図において信号ラベルを用いるＳパラメーターのための数式を図示する。ＳパラメーターＳ_１１およびＳパラメーターＳ_２２は、それぞれテスト中のネットワーク３０２の第一のポート３０６および第二のポート３１２に対する反射係数である。ＳパラメーターＳ_１２は、第二のポート３１２から第一のポート３０６への透過を表す透過係数である。ＳパラメーターＳ_２１は、第一のポート３０６から第二のポート３１２への透過を表す透過係数である。

透過信号および反射信号が同じ透過手段でポートへ伝播し、そしてポートから伝搬するので、ネットワーク解析器は、双方向性インターフェースを必要とする。反射信号は、電力を測定するためにポートから離れるようにスイッチングされ得ない。公知のネットワーク解析器は、典型的には、出信号の一部分を結合器に結合し、結合された部分の信号電力を測定する。しかしながら、設計者は、結合された信号がすべての周波数においてポート出力を忠実に表すために、出信号の部分を結合するために用いられる結合器がネットワーク解析器のポートと同じ周波数応答を有することを保証しなければならない。

テスト中のネットワークへの、そして、テスト中のネットワークからの出信号および入信号の両方を同時に結合する三つの公知の手段があり、これらは、（１）抵抗性電力分割器、（２）方向性ブリッジ、および（３）方向性結合器である。指向性は、ネットワーク解析器に関する重要な良度指数である。指向性は、二つの対向する進行波をいかによく分離するかの測定値としてＲＦ分野で周知である。出信号と入信号との分離が入信号経路の損失と等しいので、電力分割器の指向性は、０ｄＢである。逆結合信号は典型的には非常に小さいので、方向性ブリッジおよび方向性結合器の指向性は、比較的高い。

理想的には、方向性結合器は、入信号経路に入る出信号の無限分離を提供する。しかしながら、実際には、分離は大きいが、無限ではない。典型的な方向性結合器は、約５０ｄＢの分離を有する。入信号はまた減衰されるので、方向性結合器によって提供される総改善は、入信号経路における分離の結合損失に対する比である。このパラメーターは、結合器の指向性として定義される。上記の例において、指向性は、５０−２０＝３０ｄＢとなり、対数ｄＢスケールにおける減法が、比を取ることに置き換わっている。

ネットワーク解析器に関する別の重要な良度指数は、帯域幅である。方向性結合器は、大部分の用途に対して十分な帯域幅を有しているので、ネットワーク解析器のような用途において、電力分割器および方向性ブリッジよりもほとんど普遍的に好適である。

ネットワーク解析器に関する別の重要な良度指数は、結合損失である。方向性結合器の結合係数は、順方向および逆方向の両方において同じであるべきである。出信号は可能な限り小さいことが所望される。しかしながら、出方向に結合される電力が小さければ小さいほど、入信号経路にもたらされる損失が大きくなる。こうして、方向性結合器の結合損失は、根本的に入信号経路の最小雑音指数に対するより低い境界を設定し、入信号経路の最小雑音指数に対するより低い境界は、方向性結合器の実装によって達成され得る。

ネットワーク解析器において用いられる典型的な方向性結合器は、約２０ｄＢの結合損失を有する。結合損失の影響は、通過損失（ｔｈｒｏｕｇｈ ｌｏｓｓ）の際に１００における一部分の損失をもたらし、通過損失の際の１００における一部分の損失は、出信号に対して与える影響が無視できるほど小さい。入信号経路の結合損失は、入信号の任意の増幅の前に生じる。

本発明に従った双方向性信号インターフェースは、結合損失がより小さく、したがって、公知の双方向性信号インターフェースと比較して、改善された雑音指数性能を有する。本発明に従った双方向性信号インターフェースはまた、周知の双方向性信号インターフェースと比較して、改善された指向性、広がったＳＮダイナミックレンジ、および広がった帯域幅を有する。

図４Ａは、ネットワーク解析器のＳパラメーターテストセットに対する双方向性インターフェースの信号図４００を図示する。信号図４００は、ポート４０２を含み、ポート４０２は、テスト中のネットワークから反射されるが出信号はきわめて少ない（理想的にはゼロである）信号を受信する。信号図４００はまた、双方向性ポート４０４を含み、双方向性ポート４０４は、信号をテスト中のネットワークへ透過し、信号をテスト中のネットワークから受信する。加えて、信号図４００は、タップポート４０６を含み、タップポート４０６は、テスト中のネットワークへ透過されるが入信号はきわめて少ない（理想的にはゼロである）信号の一部分を出す。

図４Ｂは、本発明に従った双方向性信号インターフェース４５０を図示し、双方向性信号インターフェース４５０は、ネットワーク解析器のＳパラメーターテストセットに対して設計される。双方向性信号インターフェース４５０は、従来のネットワーク解析器において用いられる方向性結合器に対する高性能の代替物となる。双方向性信号インターフェース４５０は、図１Ｂと関連して記述された平衡電気光学変調器を有する双方向性インターフェースに類似している。しかしながら、インターフェース４５０は、単方向性要素１１２のみを示す。図１Ｂとの関連で記述されたような第二の単方向性要素が用いられ得る。図４Ｂに示される実施形態において、電気光学変調器１１４の第一の変調電極１１６、第二の変調電極１１８は、同じ長さを有する。他の実施形態において、図２との関連で記述されたように、第一の変調電極１１６および第二の変調電極１１８は、異なる長さを有する。

双方向性インターフェース４５０は、図４Ａとの関連で記述された入力ポート４０２と双方向性ポート４０４と出力タップポート４０６とを含む。これらのポートは、ネットワーク解析器がいかに構成されるかに依存して、特性インピーダンスにおいて、開放性であり得るか、または終端され得る。タップポート４０６を通り、かつ双方向性ポート４０４を通って伝搬する信号は、同一の電極に沿って伝搬する。結果として、二つの信号が同じ周波数応答を有し、そのことは、Ｓパラメーター測定の精度を保証する。

本発明に従ったネットワーク解析器は、入信号から出信号を分離するために、電気光学変調器における分離した変調経路を用いる。図４Ｂを参照すると、電気スプリッター１０４は、出電気信号の第一の部分を電気光学変調器１１４の第一の電極１１６の入力ポートに、そして出電気信号の第二の部分を電気光学変調器１１４の第二の電極１１８の入力ポートに向ける。レーザー１２６は、光学信号を発生させる。一部の実施形態において、電気光学変調器１１４は、入電気信号のＲＦ場を光学信号の光学場に速度整合させるように設計される。

出信号は、電気光学変調器１１４の第一の変調電極１１６、第二の変調電極１１８のそれぞれに対して、等しく分割され、そして印加される。出信号の第一の部分および第二の部分の両方は、同じ振幅および同じ位相を有する。デュアル駆動の電気光学変調器１１４の両方の電極１１６、１１８に同じ信号（すなわち、同じ振幅および同じ位相を有する信号）を印加することは、光学搬送波の等しい変調を発生させ、そのことは結果として搬送波のゼロ変調を生じる。したがって、出信号の入経路への「漏れ」はない。

こうして、電気光学変調器１１４は、平衡モード駆動またはコモンモード駆動で駆動され、そのことは結果として正味ゼロの変調を達成するように、両方の変調器アームに印加される同じ変調を生じる。本発明に従った信号インターフェースは、このコモンモード駆動を用いて出信号の入信号からの所望の隔たりを生成する。コモンモード駆動によって電気光学変調器１１４を動作することは、効率的変調を提供するために１８０度位相をずらした駆動信号を各変調器アームに印加する不平衡駆動または、差動駆動を用いる、そのような変調器の先行技術の動作と対照的である。

本発明の信号インターフェースの分離は、出信号の二つの部分が等しい程度ならびに回路パラメーター（例えば電極１１６、電極１１８に対するインピーダンス整合、電極１１６、電極１１８の長さ、およびＲＦ場と光学場との間の重なり積分）が等しい程度によって決定される。二つの変調された信号と回路パラメーターとが等しい場合には、分離は無限である。しかしながら、出信号および／または回路パラメーターの二つの部分が正確には等しくない場合には、分離を低減する変調された信号が結果として生じる。

電気光学変調器１１４の第二の電極１１８の双方向性ポート４０４は、テスト中のポートに結合される。出信号は、双方向性ポート４０４を通って伝搬し、テスト中のポートに入る。テスト中のポートを通って伝搬する出信号の電力は、ＲＦ入力ポート１０２に印加される信号の電力の半分に過ぎない。信号感度におけるこの損失は、多くの用途（例えばネットワーク解析器の用途）に対しては有意なものではなく、本発明の双方向性インターフェースによって提供される帯域幅の有意な改善に対しては許容される。

電気光学変調器１１４は、光学信号についてテスト中のネットワークからの入電気信号を変調する一方で、出電気信号を入電気信号から分離する。本明細書で記述される場合、電気光学変調器１１４は、平衡変調器または不平衡変調器であり得る。光学検出器１３０は、変調された入電気信号を検出する。

本発明の双方向性信号インターフェースはまた、例えばレーダーシステムのようなＲＦシステムにおいて一般的に用いられる一部の非相反（ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）ＲＦコンポーネントに置き換わり得る。本発明の双方向性信号インターフェースは、公知の非相反ＲＦコンポーネントと比較してかなり広い帯域幅を有しうるので、所望される。

入信号は、電気光学変調器の一つの電極のみを駆動するが、出信号は、両方の電極を駆動する。入信号に対する単一駆動の実施形態は、最先端の技術において従来どおり行われているように、入信号に両方の電極（プッシュ、プル）を駆動させることによって得られる、半分の変調効率を結果として生じる。結果として、入信号によって一つの電極のみを駆動することによって、感度が減少し結果として、入信号に対する雑音指数が増加する。

従来の方向性結合器の雑音指数は、単一駆動を有する本発明の双方向性インターフェースの雑音指数と比較されている。加えて、従来の方向性結合器の雑音指数は、デュアル駆動電気光学変調器を有する米国特許出願第１０／７１０，４６３号との関連で記述された双方向性インターフェースの雑音指数と比較されている。従来の方向性結合器の雑音指数は、典型的には２０ｄＢである。入力信号に対して電気光学変調器の単一駆動を有する本発明の双方向性インターフェースの雑音指数は、約６ｄＢであると計算された。米国特許出願第１０／７１０，４６３号との関連で記述されるように、入力信号に対する電気光学変調器のデュアル駆動を有する双方向性インターフェースの雑音指数は、約３ｄＢであると計算された。

可能な最も低い雑音指数を達成するシステムを構築しようと試みられる場合には、雑音指数に関して測定されるとき単一駆動電気光学変調器のみを用いることに対する感度のペナルティが問題であることを、雑音指数データが示す。しかしながら、増加された雑音指数は、方向性結合器の結合損失によって課される最小の雑音指数よりも、依然としてかなりに小さい。結果として、本明細書で記述されるフォトニックカプラーを用いる本発明の双方向性信号インターフェースは、従来のＲＦデバイスに対する雑音指数の有意な改善を提供する。入信号は、良好な雑音指数性能を達成するように、第二の電極１１８（図１Ｂ〜Ｅ）から分離されなければならない。

さらには、電気光学変調器に送られる名目上ＣＷレーザーを変調するローカルオシレータ信号を用いることによって、入信号に対するＲＦ下方変換の第一段階が実行され得ることが示されている。Ｈｅｌｋｅｙ，Ｒ．，Ｔｗｉｔｃｈｅｌｌ，Ｊ．およびＣｏｘ，Ｃ．Ｈ．ＩＩＩ、“Ａ ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｋ ｗｉｔｈ ＲＦ ｇａｉｎ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ １５，ｐｐ ９５６−６１，１９９７を参照されたい。そのような技術は、複雑さを低減し得、一部の通信用途およびネットワーク解析器用途に対して、本発明の双方向性インターフェースの性能をさらに改善し得る。

図５は、市販されているネットワーク解析器に用いられる従来の方向性結合器のＲＦ性能を、本発明の双方向性インターフェースのＲＦ性能と比較するデータを提供する表５００である。表５００は、帯域幅、出信号と入信号との分離、出信号利得、入信号利得、指向性、−１０ｄＢｍ出信号レベルに対する信号対雑音ダイナミックレンジ、および入信号に対する雑音指数を含むパラメーターに対するデータを提供する。

従来の方向性結合器に関するデータ、ならびに本発明の双方向性インターフェースに関する実際に測定されたデータおよび推定されたデータが、表５００において提供される。従来の方向性結合器に関して表５００において提供されるデータは、カリフォルニア州ＳｕｎｎｙｖａｌｅにあるＫｒｙｔａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎを通じて市販されている方向性結合器を用いて測定された。表５００は、本発明の双方向性結合器に関して測定されたデータおよび計算されたデータが、各パラメーターに関して優れた性能を有することを示している。

図６Ａは、出信号源を、受動ＲＦコンポーネントを用いる本発明の変調器電極に接続する手段の一実施形態を図示する。この実施形態は、特に高周波数動作によく適している。接続手段６００は、ハイブリッド結合器６０２を含み、ハイブリッド結合器６０２は、出信号を受信するように構成された、和和入力ポート６０４および差入力ポート６０６を含む。

出信号源１０３（図１Ｂ）は、第一のハイブリッド結合器出力ポート６０８と第二のハイブリッド結合器出力ポート６１０との間の所望の位相関係に依存して、和和入力ポート６０４または差入力ポート６０６のいずれか一つに結合され得る。出信号を和入力ポート６０４に印加することは、ハイブリッド結合器６０２の第一の出力ポート６０８および第二の出力ポート６１０において、二つの同相信号を生成する。信号を差動ポート６０６に印加することは、二つの相補信号、すなわち第一の出力ポート６０８および第二の出力ポート６１０において互いに対して１８０度ずれている二つの信号を生成する。こうして、ハイブリッド結合器６０２は、図１Ｂ〜図１Ｅとの関連で記述される同相駆動または相補位相駆動のいずれかを提供するように構成され得る。

第一の出力ポート６０８は、第一のアイソレーター６１４の入力６１２に接続される。第二の出力ポート６１０は、第二のアイソレーター６１８の入力６１６に接続される。例えば、第一のアイソレーター６１４および第二のアイソレーター６１８は、図６Ａにおいて示されるようなフェライトアイソレーターであり得る。フェライトアイソレーターは、ＲＦ分野において周知のコンポーネントである。

図１Ｂとの関連で記述されるように、理論上、第一のアイソレーター６１４および第二のアイソレーター６１８のうちの一つのみが必要とされる。しかしながら、出信号と入信号との分離の一部分は、理想的に変調された光学信号を発生させる能力に直接的に依存するので、変調器電極への出信号の二つの経路の間の平衡を維持することが必須である。この平衡は、二つのフェライトアイソレーター６１４、６１８を用いることによって維持され得る。

接続手段６００の一つの特徴は、インピーダンス整合が供給源と変調器電極との間で得られ得ることである。接続手段６００の別の特徴は、（ＤＣ程度に低い）低周波数において、出信号と入信号との隔たりを提供する能力である。本発明の双方向性インターフェースは、低周波数動作またはＤＣ動作に対して特定に設計され得る。しかしながら、低周波数において、そしてＤＣにおいて動作するハイブリッド結合器およびフェライトアイソレーターは、典型的には、双方向性インターフェースにおいて用いるのに不便なバルキーなデバイスである。これらのデバイスはバルキーである。なぜならば、それらが磁気的に結合されるデバイスであり、所望の磁場がかなりの体積を有する磁石を必要とするからである。

図６Ｂは、能動および受動ＲＦコンポーネントの組み合わせを用いる、本発明の双方向性インターフェースの接続手段６５０の代替の実施形態を図示する。接続手段６５０のこの実施形態は、ＤＣまでの低周波数動作によく適している。接続手段６５０は、出力信号源を第一の出力６５４および第二の出力６５６を通って伝搬する二つの経路に分割する抵抗性分割器６５２を含む。インピーダンス整合は、低周波数およびＤＣにおいて、より重要性が低い。したがって、一部の実施形態において、抵抗性分割器６５２がすべてのポートでインピーダンス整合を維持することは、不可欠ではない。

第一の出力６５４は、第一の電子増幅器６６０の入力６５８に結合される。第二の出力６５６は、第二の電子増幅器６６４の入力６６２に結合される。第一の電子増幅器６６０、第二の電子増幅器６６４は、分離を提供するように設計される。これらの増幅器は、順方向における利得（すなわち、入力対出力）、および逆方向（出力対入力）における実質的な損失を有するように設計される。

抵抗性分割器６５２の第一の出力６５４、第二の出力６５６は、つねに同相である。したがって、接続手段６５０を同相駆動に対して構成するために、第一の電子増幅器６６０、第二の電子増幅器６６４は、同一の利得および同一の利得極性を有するように設計される。これらの増幅器の具体的な利得は、十分な出力信号電力を提供するように、かつ、有効な変調を達成するように選ばれる。

１８０度位相がずれている信号との相補信号駆動に対する接続手段６５０を構成するために、第一の電子増幅器６６０、第二の電子増幅器６６４は、同じ利得を有するが反対の利得極性を有するように構成される。そのような利得および利得極性を提供する技術は、当該分野において周知である。

（均等物）
本教示は、多様な実施形態および例に関連して記述されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されていない。反対に、本教示は、当業者によって認識されるような多様な代替物、修正物および均等物を含み、多様な代替物、修正物および均等物は、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得る。

Claims (16)

1. 信号インターフェースであって、
   ａ）第一の入力ポートおよび第二の入力ポートおよび出力ポートを有する平衡デュアル駆動デバイスであって、該第一の入力ポートは、出信号を生成する出信号源と、入信号を生成する入信号源とに結合されており、該第二の入力ポートは、該出信号源に結合されている、平衡デュアル駆動デバイスと、
   ｂ）該入信号を該第二の入力ポートから分離する手段であって、該デュアル駆動デバイスは、該入信号を該出力ポートに送る一方で、該出信号を該入信号から分離する、手段と
   を含む、信号インターフェース。
2. 信号インターフェースであって、
   ａ）出力において光学信号を生成する光源と、
   ｂ）出力において入電気信号を生成する入電気信号源と、
   ｃ）出力において出電気信号を生成する出電気信号源と、
   ｄ）該出電気信号源の該出力に電気的に結合された入力を有するスプリッターであって、該スプリッターは、第一の出力における該出電気信号の第一の部分と、該第二の出力における該出電気信号の第二の部分とに、該出電気信号を分割する、スプリッターと、
   ｅ）該光源の該出力に結合された光学入力と、該スプリッターの該第一の出力および該入電気信号源に結合された第一の電気ポートと、該スプリッターの該第二の出力に結合された第二の電気ポートとを有するデュアル駆動電気光学変調器であって、該電気光学変調器は、該入電気信号を変調する一方で、該出電気信号を該入電気信号から分離する、デュアル駆動電気光学変調器と、
   ｆ）該入電気信号を該第二の電気ポートから分離する手段と
   を含む、信号インターフェース。
3. 前記電気光学変調器は、Ｘカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｘカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、Ｚカットニオブ酸リチウム光学変調器、Ｚカットタンタル酸塩リチウム光学変調器、電気光学半導体変調器、電気光学無機変調器、および電気光学有機変調器を含む群から選択される、請求項２に記載の信号インターフェース。
4. 前記電気光学変調器は、前記入電気信号を前記光学信号の光学場に速度整合させる第一の変調電極および第二の変調電極を含む、請求項２に記載の信号インターフェース。
5. 前記電気光学変調器は、平衡変調器を含み、第一の変調電極および第二の変調電極は、ほぼ同じ長さを有する、請求項２に記載の信号インターフェース。
6. 前記電気光学変調器は、不平衡変調器を含み、第一の変調電極および第二の変調電極は、異なる長さを有する、請求項２に記載の信号インターフェース。
7. 前記光学信号は、持続波光学ビーム、パルス化された光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームを含む群から選択される、請求項２に記載の信号インターフェース。
8. 前記出電気信号の前記第一の部分の振幅と前記出電気信号の前記第二の部分の振幅とは、ほぼ等しい、請求項２に記載の信号インターフェース。
9. 前記出電気信号の前記第二の部分は、前記出電気信号の前記第一の部分に等しくない、請求項２に記載の信号インターフェース。
10. 前記光学変調器の第四の電気ポートを、該第四の電気ポートに結合された変調電極の特性インピーダンスを用いて終端することをさらに含む、請求項２に記載の信号インターフェース。
11. 出電気信号を入電気信号とインターフェースさせる方法であって、該方法は、
    ａ）デュアル駆動電気光学変調器の光学入力において光学信号を受信することと、
    ｂ）該デュアル駆動電気光学変調器の第一のポートにおいて出電気信号の第一の部分および該入電気信号を受信することと、
    ｃ）該デュアル駆動電気光学変調器の第二のポートにおいて該出電気信号の第二の部分を受信することと、
    ｄ）該入電気信号を該第二のポートから分離することと、
    ｅ）該デュアル駆動電気光学変調器を用いて、該入電気信号を該光学信号において変調する一方で、該出電気信号を該入電気信号から分離することと、
    ｆ）該電気光学変調器の出力ポートにおいて変調された入電気信号を検出することと
    を含む、方法。
12. 前記出電気信号の第一の部分の振幅は、出ＲＦ電気信号の第二の部分の振幅に等しい、請求項１１に記載の方法。
13. 前記入電気信号のＲＦ場を前記光学信号の光学場に速度整合させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記光学信号は、持続波光学ビーム、パルス光学ビーム、正弦波光学ビーム、および周波数掃引正弦波光学ビームを含む群から選択される、請求項１１に記載の方法。
15. 特性インピーダンスを用いて前記電気光学変調器の第四の電極を終端することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記入信号を前記第二のポートから分離する手段は、前記デュアル駆動デバイスの前記第一のポートと前記第二のポートとの間に結合された単方向性デバイスを含む、請求項１に記載の信号インターフェース。
    

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