JP6127688B2 - 光ファイバマイクロ波伝送装置 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロ波信号で変調した変調光を光ファイバを介して遠方に伝送する装置において、温度変化などによる光ファイバ伝送路の光路長変動を補償する光ファイバマイクロ波伝送装置に関するものである。

一般に、光ファイバ中を光波が伝搬する場合、光ファイバ周囲の温度変化や光ファイバに対する振動があると、光ファイバの伸び縮みなどが生じるため光路長が変動する。したがって、マイクロ波信号を光波に重畳して光ファイバを介して伝送させるＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）伝送においても、光ファイバの光路長の変動により、光ファイバ伝送後に復調されたマイクロ波信号に位相変動や遅延時間の変動が生じる。
このため、復調されたマイクロ波信号の位相安定性を高めるためには、伝送路である光ファイバの光路長の変動を補償する必要がある。

そして、このような課題を解決するための従来の光路長安定化手段として、擾乱による光路長変動で生じる位相変動（瞬時周波数変動）をモニタし、変動方向と逆方向にマイクロ波信号源の周波数を制御し、伝送先での位相変動を補償するものがある（例えば特許文献１の図１参照）。
この特許文献１に開示された従来の光路長変動補償方式では、まず、レーザから出力されたレーザ光が、第１の光分配器により２分岐される。そして、分岐された一方のレーザ光は、光周波数シフタにより、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）から出力されたマイクロ波信号の周波数だけ周波数がシフトされる。このレーザ光と、分岐された他方のレーザ光とは、光合波器により合成され、光サーキュレータ、光ファイバを介して遠方に伝送される。

送信先では、送信光の一部が部分反射鏡を介して、第１の光電変換手段に入射し、前記マイクロ波信号の周波数相当の電気信号が出力される。
ここで、伝送路である光ファイバの温度変化に伴う実長、屈折率変化などにより光路長が変動した場合、光電変換手段から出力されるマイクロ波信号の位相が変動する。

一方、部分反射鏡で反射した伝送光は光ファイバを往復し、前記の光サーキュレータを介して、第２の光電変換手段へと入力され、マイクロ波信号が出力される。
ここで、このマイクロ波信号と基準マイクロ波信号の位相を比較し、ループフィルタを介して、ＶＣＯへ誤差信号を入力することにより、往復した変調光（マイクロ波信号に相当）と、基準信号との間で位相同期回路が構成される。
このようにして、従来の光路長安定化装置では、伝送路である光ファイバを往復したマイクロ波信号の位相変動を補正する帰還回路が形成されることで、伝送路である光ファイバの光路長変動の補償制御を行い、伝送先で高い位相安定性を得ている。

特開２０１２−１４２８４１号公報

上述したように、特許文献１に開示されるような従来の光路長安定化装置では、送信先で反射し往復した変調光と、送信元の基準信号源との間で位相差を検出し、その位相差の変動をＶＣＯによる周波数制御により補償していた。
しかしながら、通常ＶＣＯはＣＷ（Continuous Wave：連続波）しか出力できないため、パルス変調信号や周波数チャープ信号などの各種の変調信号に対して適用することができない。
このように、特許文献１に開示される従来の装置では、特に、伝送できる信号がＣＷに限定されてしまうという課題が生じる。

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、従来の装置に対し、パルス変調信号や周波数チャープ信号などの変調信号であっても高位相安定に伝送可能な装置を提供することを目的としている。

この発明に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、
ＩＦ信号である第１の高周波信号を出力するＩＦ信号源と、
入力される電圧に応じた所定の周波数を有する第２の高周波信号を出力する電圧制御発振器と、
前記第１の高周波信号と前記第２の高周波信号を合成する高周波合成手段と、
前記高周波合成手段で合成された高周波信号で強度変調した変調光を出力する第１の電光変換手段と、
前記第１の電光変換手段で出力した前記変調光を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を伝送した前記変調光の一部を反射させ、他の一部を通過させる光部分反射手段と、
前記光部分反射手段を通過した前記変調光を高周波信号に復調する第１の光電変換手段と、
前記第１の光電変換手段の前段に設けられた光帯域阻止フィルタと、
前記第１の光電変換手段を出力した高周波信号から、所望の周波数帯域の高周波信号を抽出する第１のマイクロ波帯域通過フィルタと、
前記第１の電光変換手段で出力された前記変調光を前記光伝送路に出力するとともに、前記光部分反射手段で反射し前記光伝送路を往復した前記変調光を、前記第１の電光変換手段とは異なる方向に光路を切り替えて出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータで光路が切り換えられた前記変調光を高周波信号に復調する第３の光電変換手段と、
前記第３の光電変換手段で復調された前記高周波信号から所望の周波数帯域の高周波信号を抽出する第２のマイクロ波帯域通過フィルタと、
前記第２のマイクロ波帯域通過フィルタを出力した前記高周波信号と前記電圧制御発振器を出力した第２の高周波信号とを入力として、これら各高周波信号の和周波数信号を出力する第２の周波数変換手段と、
基準周波数を有する基準信号を出力する基準信号源と、
前記第２の周波数変換手段を出力した前記和周波数信号の周波数を、前記基準周波数と同じ周波数帯の高周波信号に変換する第３の周波数変換手段と、
前記第３の周波数変換手段で周波数変換された高周波信号と前記基準信号とを比較し、その差周波数成分に応じた電圧を有する誤差信号を出力するとともに、この誤差信号を前記電圧制御発振器に入力して前記第２の高周波信号の周波数を制御する位相比較手段と、
を備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、パルス変調信号や周波数チャープ信号などの変調信号であっても高位相安定に伝送可能な光ファイバマイクロ波伝送装置を得られるという効果がある。

この発明の実施の形態１による光ファイバマイクロ波伝送装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による光ファイバマイクロ波伝送装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による光ファイバマイクロ波伝送装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による光ファイバマイクロ波伝送装置の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態４による光ファイバマイクロ波伝送装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による光ファイバマイクロ波伝送装置の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態５による光ファイバマイクロ波伝送装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態５による光ファイバマイクロ波伝送装置の動作を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。また、各図中、電線を実線で示し、光ファイバを破線で示す。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置（以下、略してＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ ｏｖｅｒ Ｆｉｂｅｒ）装置と表記する）の全体構成を示すブロック図である。
図１において、１はＩＦ信号源、２は第１の電光変換手段である第１のＥ／Ｏ変換手段、３は基準信号源、４は位相比較手段、５はループフィルタ、６は電圧制御発振器であるＶＣＯ、７は第２の電光変換手段である第２のＥ／Ｏ変換手段、８は光サーキュレータ、９は第３の光電変換手段である第３のＯ／Ｅ変換手段、１０は第２の周波数変換手段であるマイクロ波周波数ミキサ、１１は第３の周波数変換手段である分周手段、１２は光伝送路である光ファイバ、１３は第１の光電変換手段である第１のＯ／Ｅ変換手段、１４は光部分反射手段、１５は第２の光電変換手段である第２のＯ／Ｅ変換手段、１６は第１の周波数変換手段であるマイクロ波周波数ミキサである。
ＲｏＦ装置は、送信元に入力されたマイクロ波信号で変調した変調光を、光ファイバを介して遠方にある送信先に伝送し、出力するものである。

このＲｏＦ装置は、図１に示すように、送信元側には、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号源１、第１のＥ／Ｏ（電気／光）変換手段２、および、基準信号源３、位相比較手段４、ループフィルタ５、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）６、第２のＥ／Ｏ変換手段７、光サーキュレータ８、第３のＯ／Ｅ（光／電気）変換手段９、マイクロ波周波数ミキサ１０、分周手段１１から構成されている。
送信先側には、第１のＯ／Ｅ変換手段１３、光部分反射手段１４、第２のＯ／Ｅ変換手段１５、マイクロ波周波数ミキサ１６から構成されている。
それぞれ、送信元、送信先の間は光ファイバ１２により接続されている。
なお、図中、実線は電気信号の伝送路を、破線は光信号の伝送路（光ファイバなど）を示す。

以下、動作について説明する。
ＩＦ信号源１から出力した電気信号は、第１のＥ／Ｏ変換手段２で、入力電気信号で変調された変調光（たとえば強度変調光）として出力され、この変調光信号は光ファイバ１２を介して送信先に伝送され、第１のＯ／Ｅ変換手段１３で電気信号（ＩＦ信号）に復調される。

一方、ＶＣＯ６から出力されたマイクロ波信号（以降、ＬＯ（Local：局部発振）信号とおく）は、第２のＥ／Ｏ変換手段７で光信号を変調し変調光信号となる。この変調光信号は光サーキュレータ８、光ファイバ１２を介して、送信先に伝送される。
送信先では、光部分反射手段１４によりその変調光信号の一部を反射し、残りは第２のＯ／Ｅ変換手段１５によりＬＯ信号に復調される。光部分反射手段１４としては、ハーフミラーなど種々の実現手段がある。
送信先では、マイクロ波周波数ミキサ１６にて、前記のＩＦ信号は前記のＬＯ信号により周波数変換（アップコンバート）され、ＲＦ（Radio Frequency）信号となって出力される。

ここで、ＩＦ信号の周波数をｆ_ＩＦ、ＶＣＯ出力信号の周波数をｆ_ＬＯとすると、マイクロ波ミキサ１６からの出力信号は周波数ｆ_ＲＦ＝ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯのＲＦ信号となる。なお、マイクロ波ミキサ１６からは差周波である｜ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ｜の信号も出力されるが、ここでは省略する。

通常、パルス変調やチャープ変調などは比較的扱いやすい低い周波数であるＩＦ周波数帯域で行い、ＬＯ信号によりＲＦ周波数域に周波数変換（アップコンバート）されることが多い。図１の構成では、変調されたＩＦ信号と、ＣＷであるＬＯ信号（ＶＣＯ出力信号）をそれぞれ光信号に重畳して、送信先に伝送する。そして、送信先でそれぞれ光電変換したのち、マイクロ波周波数ミキサ１６により周波数変換し、ＲＦ周波数帯でのパルス変調やチャープ変調された変調信号を得る。

ここで、ＩＦ信号源１から出力したＩＦ信号を、sin(2πｆ_ＩＦ・t)と、ＶＣＯ６から出力したＬＯ信号を、sin (2πｆ_ＬＯ・t)とおく。なお、初期位相は０としている。また、ＩＦ信号による変調光、ＬＯ信号による変調光を伝送する各光ファイバの光学長をＬとおき、光の速度をｃとする。すると、第１のＯ／Ｅ変換手段１３で復調されるＩＦ信号は sin(2πｆ_ＩＦ・t＋2πｆ_ＩＦ・Ｌ/ｃ)となり、第２のＯ／Ｅ変換手段１５で復調されるＬＯ信号は sin(2πｆ_ＬＯ・t＋2πｆ_ＬＯ・Ｌ/ｃ)となり、マイクロ波周波数ミキサ１６からの出力信号は sin{2π(ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ)・t＋2π(ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ)・Ｌ/ｃ}となる。

ここで、各ファイバの光学長がΔＬ変動したとするとき、出力ＲＦ信号は
sin{2π(ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ)・t＋2π(ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ)・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}となる。
ここで、ｆ_ＬＯ＞＞ｆ_ＩＦとすると、光路長変動ΔＬに伴う位相変動はｆ_ＬＯによる成分が支配的となる。
よって、ＬＯ信号が重畳された光路による位相変動を補償することにより、送信先の位相変動を抑えることができる。

例えば、ＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯを１０ＧＨｚとすると、波長は３０ｍｍとなるので、１ｍｍの光路長変動が生じると位相変動は１２度と大きな値となる。
一方、ＩＦ信号の周波数ｆ_ＩＦを１００ＭＨｚとすると、波長は３ｍとなるので、１ｍｍの光路長変動が生じても、位相変動は０．１２度であり、多くの用途では無視できるオーダとなる。
このようにＬＯ信号の位相変動が支配的になるので、ＬＯ信号の位相変動のみを補償してもＲＦ信号の位相誤差を抑えることが可能である。

次に、ＬＯ信号の位相変動補償に関わる動作を説明する。
送信先に伝送された変調光は前記のように光部分反射手段１４でその一部が反射され、光ファイバ１２を往復し、光サーキュレータ８を介して第３のＯ／Ｅ変換手段９によりＬＯ信号に復調される。
第３のＯ／Ｅ変換手段９より出力したＬＯ信号とＶＣＯ６から出力したＬＯ信号とをマイクロ波ミキサ１０により合成し、周波数がＬＯ信号の２倍となるマイクロ波信号を出力する。

このマイクロ波信号は分周手段１１により周波数が１／２倍され、ＬＯ信号と同じ周波数となる。
このＬＯ信号と同じ周波数を有する信号は伝送路である光ファイバ１２の光路長変動に起因する位相変動を受けている。このため、位相比較手段４により基準信号源３からの信号（この場合はＬＯ信号と同一の周波数信号）と位相差を比較し、その誤差信号に応じた電気信号を位相比較手段４から出力し、ループフィルタ５で帯域を制限し、ＶＣＯ６へ制御電圧として印加する。こうして、ＬＯ信号に対して、送信元から送信先にかけてのＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相同期）回路が構成される。

以下、式を用いた簡単に説明する。ＶＣＯ６から出力したＬＯ信号を、sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)}とおく。前述の式に対し、ＶＣＯ６による周波数（位相）変化成分を位相項のφ(t)として付加している。ＶＣＯ６から出力し、変調光に変換され送信先から往復し、第３のＯ／Ｅ変換手段９で光電変換されたＬＯ信号は、
sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・２(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
とおける。Ｌ、ΔＬは前述のように光ファイバの光路長Ｌと、その変動量ΔＬである。なお、式中(Ｌ＋ΔＬ)を２倍しているのは、光が光ファイバ１２を往復しているからである。

第２のマイクロ波ミキサ１０により、前記の光電変換されたＬＯ信号とＶＣＯ出力信号の和成分である、次に示す電気信号が出力される。
sin{2(2πｆ_ＬＯ)・t＋2φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・２(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
これが分周手段１１により周波数が１／２倍されて、
sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
として出力される。

基準信号源３の出力信号を
sin(2πｆ_ＬＯ・t)
とおくと、前記の２式を比較し、
φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ＝０
となるようにＰＬＬで制御すると
φ(t)＝−2πｆ_ＬＯ・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ
となるので、
配信先で第２のＯ／Ｅ変換手段１５から出力されるＬＯ信号は
sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}＝sin(2πｆ_ＬＯ・t)
となり、基準信号源３からの信号と位相を含めて同一の信号となる。
これによって、光伝送路の変動の影響を低減し、送信する信号を安定させることができる。
なお、伝送路中に電気部品、光部品による透過位相の成分は省略しているが、これらを省略しても上記の説明への影響は生じない。

このように、光ファイバマイクロ波伝送装置において、パルス変調信号や周波数チャープ信号など種々の変調信号であるＩＦ信号と、ＣＷ波であるＬＯ信号とを別々に伝送し、送信先でこれらからＲＦ信号を得るとともに、ＣＷ波であるＬＯ信号にＰＬＬによる制御を行うことで、ＲＦ信号を含めた伝送の安定化を行うことができ、ＲＦ信号の位相誤差を抑えることが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、遠方に変調信号を伝送するＲｏＦ装置において、配信先でＩＦ信号とＬＯ信号を合成し、ＲＦ信号を出力させる場合に、送信先から往復したＬＯ信号の位相変動を配信元でモニタし、送信先での位相変動を打ち消す方向に送信元でＶＣＯ出力信号の位相（周波数）を制御することで、遠方まで高位相安定な状態でＬＯ信号およびＲＦ信号を送信可能な装置を提供できる。

なお、本実施の形態では、マイクロ波ミキサ１６からＬＯ信号とＩＦ信号との和周波数信号を得る構成について説明を行ったが、これに限らず、マイクロ波ミキサ１６からＬＯ信号とＩＦ信号との差周波数信号を得る構成としても良い。この場合はＲＦ信号の周波数がＬＯ信号とＩＦ信号との差周波数となるが、この場合にも本発明の効果が同様に得られることは明らかである。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における第２のＲｏＦ装置の構成を示すブロック図である。図２に示す実施の形態２は、図１に示す実施の形態１において送信元と送信先のファイバ伝送路部を光波長多重により共通化したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２において、１７は第１の光波長合分波手段、１８は第２の光波長合分波手段である。

本実施の形態２では、第１のＥ／Ｏ変換手段２から出力される光の波長帯と、第２のＥ／Ｏ変換手段７から出力される光の波長帯とを異なる帯域にする。たとえば、第１のＥ／Ｏ変換手段２から出力される光の波長帯を１．３μｍ帯に、第２のＥ／Ｏ変換手段７から出力される光の波長帯を１．５μｍ帯にする。

これらの光は第１の光波長合分波手段１７により合成され、光ファイバ１２を介して遠方に伝送され、第２の光波長合分波手段１８により、その波長帯に従い分離される。
ここでは、第１のＥ／Ｏ変換手段２から出力された光は、第２の光波長合分波手段１８により第１のＯ／Ｅ変換手段１３へ伝送され、第２のＥ／Ｏ変換手段７から出力された光は、第２の光波長合分波手段１８により光部分反射手段１４および第２のＯ／Ｅ変換手段１５へと伝送する。

第２の光波長合分波手段１８を介して光部分反射手段１４に入力された光の一部は、反射し、逆方向から第２の光波長合分波手段１８、光ファイバ１２を介して第１の光波長合分波手段１７へと往復され、光サーキュレータ８へと入力される。
その他の動作は、実施の形態１に示したものと同様である。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１に示した効果が得られるとともに、伝送路である光ファイバ１２をＩＦ信号とＬＯ信号で共有化できるので、光ファイバ１２の本数を減らすことができる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３におけるＲｏＦ装置の構成を示すブロック図であり、図４は図３中の主な位置における電気信号あるいは光信号の周波数配置を示した模式図である。図３中、図１から図２と同一構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３において、１９は高周波合成手段であるマイクロ波合成手段、２０は第２のマイクロ波帯域通過フィルタである第２のマイクロ波帯ＢＰＦ、２１は第１のマイクロ波帯域通過フィルタである第１のマイクロ波帯ＢＰＦである。

このＲｏＦ装置は、図３に示すように、図１から図２と同様に送信元側には、ＩＦ（中間周波数）信号源１、および、基準信号源３、位相比較手段４、ループフィルタ５、ＶＣＯ（電圧制御発振器）６、光サーキュレータ８、第３のＯ／Ｅ変換手段９、マイクロ波周波数ミキサ１０、分周手段１１が具備されるとともに、その他に、マイクロ波合成手段１９、第１のＥ／Ｏ変換手段２、第２のマイクロ波帯ＢＰＦ（バンド・パス・フィルタ）２０で構成されている。

送信先側は、光部分反射手段１４、第１のＯ／Ｅ変換手段１３、第１のマイクロ波帯ＢＰＦ２１から構成されている。
また、送信元、送信先の間は光ファイバ１２により接続されている。

以下、動作について図３の構成図および図４のスペクトル（周波数）配置図を用いて説明する。
図４の各スペクトル配置は、各々図３のかっこ内の記号の場所における配置である。
ＩＦ信号源１から出力した電気信号（周波数ｆ_ＩＦ）と、ＶＣＯ６から出力されたＬＯ信号（周波数ｆ_ＬＯ）をマイクロ波合成手段１９で合成すると、それぞれの成分を含む電気信号が出力される（図４（ｃ）参照）。

これが第１のＥ／Ｏ変換手段２で強度変調されると、図４（ｄ）のように光キャリア周波数（ｆ_ｃ）の上側、下側に各電気信号の周波数でオフセットされたサイドバンド（ｆ_ｃ−ｆ_ＬＯ、ｆ_ｃ−ｆ_ＩＦ、ｆ_ｃ＋ｆ_ＩＦ、ｆ_ｃ＋ｆ_ＬＯ）が発生する。
これらが、光ファイバ１２で伝送され、送信先の光部分反射手段１４で一部は反射され、他は第１のＯ／Ｅ変換手段１３で光電変換される。

第１のＯ／Ｅ変換手段１３では、各入力光信号の差周波数成分が発生するので、図４（ｅ）のように周波数、ｆ_ＩＦ、2ｆ_ＩＦ、ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ、ｆ_ＬＯ、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦ、2ｆ_ＬＯ、の各成分が出力される。ここで、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦが所望のＲＦ信号ｆ_ＲＦである。
各電気信号を第１のマイクロ波帯ＢＰＦ２１により、ｆ_ＲＦ成分を選択出力させる（図４（ｆ）参照）。

なお、第１のマイクロ波帯ＢＰＦ２１により、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦの成分を選択出力させる代わりに、ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦの成分を選択出力させても良い。この場合はｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ成分が所望のＲＦ信号（ｆ_ＲＦ）となる。

一方、光部分反射手段１４で反射した光信号は、伝送路光ファイバ１２を往復し、光サーキュレータ８を介し、第３のＯ／Ｅ変換手段９で電気信号に復調される（図４（ｇ）参照）。
第３のＯ／Ｅ変換手段９では前記と同様に、多数の電気信号が出力されるので、第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０により、ｆ_ＬＯ成分を選択出力させる（図４（ｈ）参照）。
以下、前記の実施の形態１から２と同様の構成をとることにより、ＬＯ信号に対してＰＬＬを構築することが可能となる。

以上のように、ＩＦ信号とＬＯ信号を合成したのち、一括してＥ／Ｏ変換し、光ファイバ伝送後、Ｏ／Ｅ変換しているので、マイクロ波帯の周波数変換（ミキシング）手段が不要となり、送信先の構成を簡素化することができる。

なお、この実施の形態３では、第３のＯ／Ｅ変換手段９と第２のマイクロ波帯周波数ミキサ１０の間に第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０を設けたが、ＢＰＦで取り出す周波数を変えることにより、第２のマイクロ波周波数ミキサ１０の後段、あるいは、分周手段１１の後段にＢＰＦ２０を設置してもよい。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４におけるＲｏＦ装置の構成を示すブロック図であり、図６は図５中の主な位置における電気信号あるいは光信号の周波数配置を示した模式図である。図５中、図３と同一構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５において、２２は光帯域阻止フィルタである光フィルタである。

本実施の形態４では、実施の形態３に対して、光部分反射手段１４と、第１のＯ／Ｅ変換手段１３との間に、第１のＥ／Ｏ変換手段１３で出力される光キャリア周波数（ｆ_ｃ）成分を除去する光フィルタ２２を備えている。

これにより、光フィルタ２２透過後のスペクトルは図６（ｄ’）のようになる。
これが、第１のＯ／Ｅ変換手段１３で光電変換されると、各スペクトルの差周波成分が電気信号として出力され、図６（ｅ）のように、2ｆ_ＩＦ、ｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦ、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦ（＝ｆ_ＲＦ）、2ｆ_ＬＯ、の各成分が出力される。
前記実施の形態３と同様に、これらのスペクトルからｆ_ＲＦ（＝ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦ）を取り出し（図６（ｆ））出力する。

本実施の形態４では、光フィルタ２２により光キャリア周波数ｆ_ｃ成分を抑圧していることから、光電変換後に不要な電気信号を減らすことができる。したがって、第１のマイクロ波帯ＢＰＦ２１の不要波抑圧比や帯域幅などの性能を緩和することが可能となる。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５におけるＲｏＦ装置の構成を示すブロック図であり、図８は図７中の主な位置における電気信号あるいは光信号の周波数配置を示した模式図である。図７中、図３または図５と同一構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７において、２３は周波数逓倍器である。

本実施の形態５では、実施の形態３に対して、第１のＥ／Ｏ変換手段２をＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ（以降、ＭＺと略す）型光変調器を用い、ＶＣＯ６と第２のマイクロ波周波数ミキサ１０の間に周波数逓倍器２３を備えている。

通常、ＭＺ変調器を用いてマイクロ波等により光信号に変調を施し変調光を得るとき、ＭＺ変調器に印加するバイアス電圧により変調光の出力スペクトルのレベルを変えることが可能である。一般的な強度変調を行う場合、バイアス電圧はＭＺ変調器の透過率が最大値の５０％となる点に設定する。その場合、ＭＺ変調器を出力した光の周波数スペクトルは図４（ｄ）と同様の分布となる。

本実施の形態５では、ＬＮ変調器のバイアス電圧を透過率が最少となる点に設定する。
このようなバイアス点での変調は一般的にＣＳ−ＤＳＢ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ、キャリア抑圧両側波帯）変調として知られている。

本実施の形態５では、ＭＺ変調器のバイアス点をこの透過率最小点に設定する。
このとき、ＭＺ変調器を出力した光信号のスペクトルは図８（ｄ）のように、ｆ_ｃ成分が抑圧されたものとなる。
このとき、第１のＯ／Ｅ変換手段１３、第３のＯ／Ｅ変換手段９から出力される電気信号は、図８（ｅ）、（ｇ）のようになり、図４（ｅ）、（ｇ）に対し、不要信号（例えば、ｆ_ＩＦ、ｆ_ＬＯなど）が抑圧されている。
従って、所望のＲＦ信号（ｆ_ＲＦ＝ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦ）を取り出すための第１のマイクロ波ＢＰＦ２１に対する要求を緩和することができる。

送信先にて反射し光ファイバ１２を往復した変調光は、光サーキュレータ８を介して、第３のＯ／Ｅ変換手段９により電気信号に変換される（図８（ｇ）参照）。
第３のＯ／Ｅ変換手段９を出力した電気信号は第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０により周波数２ｆ_ＬＯの成分を取り出す。
一方、ＶＣＯ６から出力したＬＯ信号に対しては、逓倍手段２３で周波数を２倍に変換する。こののち、前記の実施の形態１から４と同様に、第２のマイクロ波周波数ミキサ１０において、２逓倍したＬＯ信号で第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０を出力した電気信号を周波数変換する。

周波数変換された電気信号は、分周手段１１によりその周波数を基準信号周波数と同じ周波数に変換する。基準信号源３からの基準信号周波数がＬＯ信号と同じであれば、分周手段１１は電気信号の周波数を４分周すれば良い。位相比較手段４で基準信号源３からの基準信号と分周された電気信号との位相（周波数）を比較し、ループフィルタ５を介してＶＣＯ６へ誤差信号を返す。これにより、位相同期回路が構成される。

ここで、第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０を出力した電気信号（周波数２ｆ_ＬＯ）は
sin{2π(2ｆ_ＬＯ)・t＋2φ(t)＋2π(2ｆ_ＬＯ)・２(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
とおける。前述のように、Ｌは光ファイバの光路長、ΔＬはその変動量である。
なお、この信号の周波数がｆ_ＬＯに対して２倍となっているので、φ(t)も２倍となっている。
次に、ＶＣＯ６から出力したＬＯ信号 sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)}は、周波数逓倍手段２３によりその周波数が２倍の信号である sin{2π(2ｆ_ＬＯ)・t＋2φ(t)}へと変換される。

これらを第２のマイクロ波ミキサ１０により周波数変換すると、次式で示す和成分の電気信号が出力される。
sin{2π(4ｆ_ＬＯ)・t＋４φ(t)＋2π(2ｆ_ＬＯ)・２(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
これが分周手段により周波数を１／４倍とされることにより、
sin{2πｆ_ＬＯ・t＋φ(t)＋2πｆ_ＬＯ・(Ｌ＋ΔＬ)/ｃ}
として出力され、前記の実施の形態１から４と同様に基準信号源３からの基準信号と比較でき、ＰＬＬ回路を構築することが可能となる。

なお、ここでは第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０により周波数２ｆ_ＬＯの信号を取り出したが、ＨＰＦ（ハイ・パス・フィルタ）を使用して信号を取り出しても良いことは言うまでもない。ＨＰＦであっても広義の帯域通過フィルタと見なせる。

また、図７における周波数逓倍器２３を設けず、代わりに第２のマイクロ波帯ＢＰＦ２０と第２のマイクロ波ミキサ１０の間に周波数２分周器を設けても良い。この場合には分周手段１１を４分周器でなく２分周器とすれば良い。

このように、この実施の形態５では、第１のＥ／Ｏ変換手段２にＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光変調器を用い、このＭＺ変調器のバイアス点をボトム点にしてキャリア抑圧変調を施すことにより、光電変換時に所望信号周波数近傍の成分が抑圧されているので、マイクロ波フィルタに対する性能を緩和することが可能となる。

実施の形態６．
以上の実施の形態２から５では、ＬＯ信号の位相を安定化させる構成を示してきたが、位相比較手段４からの出力信号から光路長変動分を換算し、ＩＦ信号のオフセット位相を制御してもよい。

前記、実施の形態２から５では、伝送路の光ファイバ１２はＩＦ信号とＬＯ信号で共通化していることから、前記の光路長変動分はＩＦ信号に対しても同じである。したがって、周波数差（周波数比）をもとに、ＬＯ信号の誤差信号で、ＩＦ信号に対する位相変動量を推算し、これを用いてＩＦ信号の位相も合わせて補償することにより、より高い位相安定度でＲＦ信号を伝送することが可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ ＩＦ信号源、２ 第１のＥ／Ｏ変換手段、３ 基準信号源、４ 位相比較手段、５ ループフィルタ、６ ＶＣＯ、７ 第２のＥ／Ｏ変換手段、８ 光サーキュレータ、９ 第３のＯ／Ｅ変換手段、１０ マイクロ波周波数ミキサ、１１ 分周手段、１２ 光ファイバ、１３ 第１のＯ／Ｅ変換手段、１４ 光部分反射手段、１５ 第２のＯ／Ｅ変換手段、１６ マイクロ波周波数ミキサ、１７ 第１の光波長合分波手段、１８ 第２の光波長合分波手段、１９ マイクロ波合成手段、２０ 第２のマイクロ波帯ＢＰＦ、２１ 第１のマイクロ波帯ＢＰＦ、２２ 光フィルタ、２３ 周波数逓倍器

Claims (1)

1. ＩＦ信号である第１の高周波信号を出力するＩＦ信号源と、
   入力される電圧に応じた所定の周波数を有する第２の高周波信号を出力する電圧制御発振器と、
   前記第１の高周波信号と前記第２の高周波信号を合成する高周波合成手段と、
   前記高周波合成手段で合成された高周波信号で強度変調した変調光を出力する第１の電光変換手段と、
   前記第１の電光変換手段で出力した前記変調光を伝送する光伝送路と、
   前記光伝送路を伝送した前記変調光の一部を反射させ、他の一部を通過させる光部分反射手段と、
   前記光部分反射手段を通過した前記変調光を高周波信号に復調する第１の光電変換手段と、
   前記第１の光電変換手段の前段に設けられた光帯域阻止フィルタと、
   前記第１の光電変換手段を出力した高周波信号から、所望の周波数帯域の高周波信号を抽出する第１のマイクロ波帯域通過フィルタと、
   前記第１の電光変換手段で出力された前記変調光を前記光伝送路に出力するとともに、前記光部分反射手段で反射し前記光伝送路を往復した前記変調光を、前記第１の電光変換手段とは異なる方向に光路を切り替えて出力する光サーキュレータと、
   前記光サーキュレータで光路が切り換えられた前記変調光を高周波信号に復調する第３の光電変換手段と、
   前記第３の光電変換手段で復調された前記高周波信号から所望の周波数帯域の高周波信号を抽出する第２のマイクロ波帯域通過フィルタと、
   前記第２のマイクロ波帯域通過フィルタを出力した前記高周波信号と前記電圧制御発振器を出力した第２の高周波信号とを入力として、これら各高周波信号の和周波数信号を出力する第２の周波数変換手段と、
   基準周波数を有する基準信号を出力する基準信号源と、
   前記第２の周波数変換手段を出力した前記和周波数信号の周波数を、前記基準周波数と同じ周波数帯の高周波信号に変換する第３の周波数変換手段と、
   前記第３の周波数変換手段で周波数変換された高周波信号と前記基準信号とを比較し、その差周波数成分に応じた電圧を有する誤差信号を出力するとともに、この誤差信号を前記電圧制御発振器に入力して前記第２の高周波信号の周波数を制御する位相比較手段と、
   を備えたことを特徴とする光ファイバマイクロ波伝送装置。

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