JPH0290803A - 光ビーム形成回路網を用いたマイクロ波信号の受信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リアルタイム制御できるアンテナパターン
を同時発生させる方法とこの方法を実施する装置に関す
る。

〔従来の技術〕 位相制御した能動アンテナを用いてアンテナパターンを
発生させることは、近年重要になって来ている。この能
動アンテナの出射は、−群の出射器構成要素によって行
われる。これ等の出射器構成要素の各々は、マイクロ波
を送信するか、受信する。全能動アンテナの出射特性（
アンテナパターン）は、個々の部材の出射器構成要素と
その相対的な振幅・位相によって決まる。全体の能動ア
ンテナ系は、ビーム形成回路網と付属受信器と増幅器を
備えた出射器構成要素から成る。送信動作時には、アン
テナ信号を出射器構成要素によって出射し、受信時には
、アンテナ信号を出射器構成要素によって受信する。送
信アンテナの場合には、ビーム形成回路網が単一又は多
数のマイクロ波チャンネルの信号から出射器構成要素の
信号を発生する。受信アンテナの場合には、ビーム形成
回路網が一つ又は多数のマイクロ波チャンネルの信号を
出射器構成要素の信号に結合させることによって発生さ
せる。

〔発明の課題〕

この発明の目的は、多チヤンネルアンテナのアンテナ制
御を従来のものよりコンパクトで、簡単に、しかも低価
格にできるビーム形成回路網を提供することにある。

〔課題の解決］ 上記の課題は、この発明により、直接出射する能動マイ
クロ波出射器から成るアンテナが使用され、前記マイク
ロ波出射器は光学ビーム形成回路網で制御されることに
って解決されている。

この発明の詳細は従属請求項に与えである。

〔実施例〕

この発明を従来技術及び多数のこの発明による実施例に
対する図面に基づき説明する。

第１図には、マイクロ波チャンネルに対する能動アンテ
ナのブロック回路図が示しである。マイクロ波チャンネ
ルとこの出射器構成要素の増幅器の間には、この発明の
対象とするビーム形成回路網がある。

第２図による通常のビーム形成回路網は、アンテナ制御
部、分配回路網、位相変位設定部及び振幅調整部で構成
されている。アンテナ制御部は、位相変位設定部と振幅
調整部の計算を行っている。

この計算の経費は非常に多く、現在の技術でアンテナパ
ターンをリアルタイム制御するには非常に不経済である
。大量の情報の流れをアンテナ制御部から位相変位設定
部と振幅調整部に送り込むために既に多くの方法が提示
されいてる。

通常のビーム形成回路網を用いて多数のアンテナパター
ンを発生させる場合、分離したビーム形成回路網の送信
チャンネルと受信チャンネルのアンテナパターンの形成
が必要である。

アンテナ制御部は、デジタルプロセス計算機で構成され
ている。分配回路網と位相変位設定部は、マイクロ波部
品と光及び電光部品を用いて形成される。光学的及び電
光的に構成するのに比べて、分配回路網をマイクロ波部
品で構成することは、大きな重量と広い設置場所が必要
である。従って、ビーム形成回路網の部品を出来る限り
多く光学的に形成して重量の９０％まで節約することは
興味ある。そのため、ビーム形成回路網の入力端でマイ
クロ波信号を光学領域に変換し、ビーム形成回路網の出
力端で光信号を再びマイクロ波領域に再変換することが
必要である。

送信チャンネルに対して、第２図中の信号の流れは左か
ら右である。この場合、マイクロ波チャンネルの信号は
レーザービームの振幅を変調する。

光信号は光繊維で分配される。光信号を検出して、光信
号はマイクロ波領域に再変換される。位相変位設定部と
振幅調整部をマイクロ波部品で形成すると、光信号は位
相変位設定部の前で検出される。

位相変位設定部を光電的に形成すると、光信号は位相変
位設定部の後で検出される。公知の技術では不可能であ
るが、振幅調整部も光電的に形成すると、光信号は振幅
調節部の後で検出される。

通常の系では、位相変位設定部と振幅調節部をマイクロ
波部品でも、光学部品でも形成している。

位相変位設定部と振幅調節部を光学的に形成することは
困難であるので、現在の技術では、主に両部を第１図の
増幅器中に統合し、位相と振幅の調節をマイクロ波の領
域で行っている。

受信チャンネルに対して、信号の流れは第２図で右から
左である。各出射器構成要素のマイクロ波信号はレーザ
ービームを振幅変調する。個々の光信号は光繊維で伝送
され、正しい相対位相の変調マイクロ波信号が加算され
るように合体、検出される。

通常の電光系では、マイクロ波チャンネルと出射器構成
要素の間の信号は位相変位設定部と振幅調整部にファイ
バーオプテックスを用いて多重分配される。しかし、ア
ンテナ制御は電算機を介して行われる。信号をアンテナ
制御部から位相変位設定部に分配することはファイバー
オプテックスを介して行われる。

出射器構成要素の絞り設置を位相と振幅を用いて計算す
る場合、フーリエ変換が大切であるので、フーリエ光学
系を用いてフーリエ変換を行うことが直ぐ思い付く。フ
ーリエ光学によるビーム形成系の場合、分配回路網だけ
でなく、アンテナ制御部も光学的に形成することが原理
的に可能である。

このような系は原理的に公知で、 Ｋｏｅｐｆ、　Ｇ、＾、　０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｏｒ　ｆｏｒ　ＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ　Ａｎｔｅ
ｎｎａ　Ｂｅａｍ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ、　５ＰＩＥ　
Ｖｏｌ。

４７７、　　ｐｐ、　７４−８１．　１９８４に記載さ
れている。

この文献に示しである方法では、送信系に対しのみ光分
配回路網が利用しである。受信には、信号の分配と加算
に対してマイクロ波部品を用いて行う必要がある。能動
アンテナに対してこの思想を導入することは、試験設備
の外にも公開されいる文献では知られていない。より良
く理解するため、この方法を最初に送信動作に対して、
次いで受信動作に対してより詳しく説明する。

第２図とは異なり、上記文献には信号分配、アンテナ制
御、位相・振幅調節をフーリエ光学系で置き換えである
。第３図は上記文献が引用されていて、位相制御された
送信アンテナのブロック回路図を示している。マイクロ
波チャンネルの信号は光領域に変換され、この信号は電
光変調器を変調する。第２図のアンテナ制御部、位相変
位設定部と振幅調節は、フリーエ変換しンズｒＦＴレン
ズＪと他のレーザー光のコヒーレント光でマイクロ波変
調されたレーザー光の光学混合によって置換される。発
生した干渉パターンは、出射器構成要素の絞りの情報を
含むが、ファイバーオプテックスを用いてビーム形成回
路網から出射器構成要素に伝送される。

上記文献から同じ様に引用されている第４図によれば、
受信チャンネルに対して第３図と同じ光学ビーム形成回
路網が利用されているが、電光変調器を変調することは
行われていない。この場合、ビーム形成回路網は更に光
学によるが、信号の分配と加算はマイクロ波部品を介し
て行われている。

光ビーム形成回路網の出力の光信号を検出して、同じ周
波数であるが、位相の異なるコヒーレントマイクロ波信
号ｒ＋ｒが発生する。これ等の信号ｒ１Ｆの各々は、局
部発振器として一定の出射器構成要素に配設しである。

全ての出射器構成要素の信号は、それ等に付属する局部
発振器の周波数ｆｌＦで混合して加算される。つまり、
分配回路網、この場合受信チャンネルの「加算回路網」
はマイクロ波領域で構成され、そのため光回路網より相
当困難であり、占有場所が広い。

受信用の分配回路網はマイクロ波部品で構成されている
ので、上に説明した思想は受信系のマイクロ波信号をフ
ァイバーオプテックスで伝送することによって重量と占
有場所を低減する利点を提示しない。更に、この方法は
（送信又は受信用）の個々のアンテナパターンを形成す
るためにしか利用できない。

両方の難点を、ここに提唱するこの発明は回避している
。この発明の利点と可能性を以下に説明する。

コンパクトで軽量のビーム形成系に対して不変なことは
、全体のビーム形成が送信系でも受信系でも光ビーム形
成回路網を用いて行われ、信号の分配が光繊維を介して
行われる点にある。このことは、上記文献中に説明しで
ある方法では不可能である。ここに提唱するこの発明に
よる新しい方法を用いて、位相制御される能動アンテナ
を用いて多数のチャンネルを同じ又は異なる方向から又
はこれ等の方向に送信又は受信できるため、リアルタイ
ムで制御できる多数のアンテナパターンを発生させるこ
とができる。

上に提唱する方法は、送信動作に対してファイバーオプ
テックスによる分配を行ってアンテナパターンの光ビー
ム形成回路網に基づいている。この発明の内容は、二つ
の付加的な有利な特性によって特徴付けられている。即
ち、同じ方向又は異なる方向からの多数のマイクロ波チ
ャンネルの受信又は送信同時動作に対するリアルタイム
制御できる多数のアンテナパターンを発生できる可能性
と、送信動作だけでなく受信動作にも光繊維信号分配を
応用でき、ビーム形成系を非常にコンパクトに軽量にす
る可能性によって特徴付けされる。

送信動作用の多数のアンテナパターンを発生させるため
、多数の変調レーザー源を導入する。どのアンテナパタ
ーンのためにも、マイクロ波チャンネルの信号はレーザ
ー源を変調する（第５，６゜７図参照）。

個々のアンテナパターンを旋回させることは、第５図に
よりレーザー源をｙ−ｚ面で横に移動させて行われるが
、第６図によりレーザー源の「ピッグテール」をｙ−ｚ
面で横に移動させても行える。更に、この旋回はマイク
ロ波チャンネルを異なったレーザー源の変調器入力端に
切り換えて、あるいはピグテールを種々のレーザー源の
間で切り換えて、つまりファイバーオブテックスの開閉
器で行われる。

分配するため又は合体させるために使用される全ての光
繊維は、単一モードの繊維である必要がある。この繊維
の出射開口の直径はアンテンパターンの半値幅に直接比
例するので、繊維中のビームは繊維の端部の前に設置し
た光学系に応して拡がる。繊維の束を変調した基準レー
ザー光で照射する場合、光学繊維の入射開口（繊維の核
）に光の僅かな部分しか入射ない。局所発振器ＬＯの基
準レーザー光は、ビームスプリッタ−かホログラフィッ
ク板で繊維の束の繊維核に集束させて結合させる。この
方法の説明を簡単化するため、ここで、局所発振器ＬＯ
の波面又は位相面が繊維の束の絞りに面平行に出射器構
成要素に向いていると仮定する。それに応じて出射器構
成要素に対してマイクロ波の信号の付加的な位相回転が
ある場合、波面と位相面の角度が変わっている。変調し
たレーザー源と局所発振器ＬＯの「基本波長」が互いに
結合している。

局所発振器ＬＯはホログラフィック板を経由しているの
でなく、ビームスプリッタ−に連結しているのであれば
、局所発振器ＬＯを横に動かして、全てのアンテナパタ
ーンを同時に旋回させることができる。

第５図と第６図に示しすように、変調したレーザー源又
は「ピッグテール」の繊維端部をｙ−ｚ面で移動させる
代わりに、横に移動するレーザービームを他の繊維束を
挿入して発生させることができる。つまり第７図の繊維
の束によって発生させることができる。この装置では、
個々のレーザー源の位置は固定されていて、レーザー源
を光電旋回装置によってｙ−ｚ面のレーザービームの所
望の位置に相当する繊維に導く。この方法によってアン
テナパターンを早く旋回できる。繊維の入力端絞りの前
に設置した光学系によってレーザー光の繊維束ｌの繊維
に結合する効率を高めることができる。束ｌの繊維から
光が出射する場合、アンテナパターンの角度分解能を高
めるため、核に対して出来る限り薄いカバーが重要であ
る。ここでも、繊維の出射開口の直径がアンテナの半値
幅に直接比例するので、繊維中のビームを繊維端部の前
に設置した光学系で拡大する必要がある。

第８図には、局所発振器ＬＯが繊維の束１を介してフー
リエ変換レンズの前でどのように結合させることができ
るかが示しである。繊維束２の焦点面で入射開口に平行
な波面と位相波面が生じるように、局所発振器ＬＯ（レ
ーザー源又はレーザー源の群、「レーザーアレー」）を
−本の繊維に集束させる。

第９図によれば受信動作に対する多数のアンテナパター
ンを発生させるには、各一個のレーザー源を有するそれ
ぞれの出射器構成要素によって光学繊維のマイクロ波変
調した光信号を増幅する。

個々のレーザー源の「基本波長」が互いに連結すること
が重要である。レーザービームのコヒーレンスは「ピン
ホール」面内で不変であるので、第６図の送信系用のビ
ーム形成回路網に似て、レーザー源の後に光学繊維を挿
入することが考えられる。ガラス繊維上で温度が陣下し
た場合、これ等の繊維は異なった伸びをし、光信号のコ
ヒーレンスを乱す。その代わり、焦点面にあるレーザー
源は「ピンホール」を経由して出射する。フリーエ光学
系の背後では、マイクロ波チャンネルの信号が各一個の
検出器を備えた付属アンテナパターンを用いて検出され
る。ビームを傾けるには、レーザー源と同に様に検出器
を移動させることが原理的にできるが、可能な全てのマ
イクロ波チャンネル又はアンテナパターンを検出器群を
用いて検出し、マルチプレクサを用いて所望のマイクロ
波チャンネル又はアンテナパターンを選択するのがより
筒車である。検出器面ではレーザービームが互いに干渉
するので、基準ビーム、例えば局所発振器ＬＯを更に入
射させる必要はないが、変調光信号を高い感度で検出す
るために挿入できる。

送信及び受信系に対して同じビーム形成系を利用するの
であれば、第１Ｏ図によりフーリエ変換レンズの前後に
繊維の束を使用することもできる。

送信系の場合、振幅変調させたレーザー源の信号を横に
移動可能な繊維端部を有する光繊維から第６図の様に取
り出す。フーリエ変換信号は第５゜６と７図のように繊
維の束に入射する。しかし、ここでは局所発振器ＬＯで
混合することは繊維中の３ｄＢ結合器で行われる。受信
する場合には、局所発振器レーザー源ＬＯを切り換え、
出射器構成要素の光信号に対するレーザー増幅器として
使用される。これ等の信号はフーリエ変換され、第１０
図のピッグテール中に入射し検出器によって検出される
。ここでも、上の様に入射開口と出射開口の直径がアン
テナパターンの半値幅に対して決定的になる。

送信系のアンテナパターンのローブの外形は、変調レー
ザー源の焦点面にある絞りによって調節できる。これ等
の絞りは、この場合には「ピンホール」を採用している
。この場合、外形を変えるには絞りを変えると達成され
る。絞りは機械的に作製するか、ＬＣＤマトリックスの
様な電光部品で形成できる。

外形を形成する他の可能性は、多数の個別パターンを合
成することにある。

受信系のアンテナパターンのローブ外形は、同様に検出
器の焦点面中の絞りによって調節できる。

この場合も、外形を変えるには絞りを変えて行える。こ
の絞りもａ械的に作製するか、ＬＣＤマトリックスの様
な電光部品で形成できる。

外形を形成する他の可能性は、ここでも多数の個別パタ
ーンを合成することである。

多数のアンテナパターンは、多数のレンズを用いても作
製できる。第１１図には異なったレンズを介して繊維の
束を照らす一つ又はそれ以上のレーザー源から成る二つ
のレーザー源群が示しである。この装置では、二つ以上
のレーザー源群でも可能である。第１１図には、全ての
変調レーザー源に対してただ一個の局所発振器レーザー
源ＬＯが示しである。各群のレーザー源に対して一つの
固有な波長を使用し、固有な局所発振器ＬＯを使用する
こともできる。どの局所発振器ＬＯもホログラフィック
板を経由するのでなく、ビームスプリッタ−に入射する
場合には、局所発振器ＬＯを動かすことによって付属す
るアンテナパターンの群を旋回できる。第６．７と８図
の方法は第１１図の装置にも利用できる。

この発明を用いて、リアルタイム制御できる多数のアン
テナ軸を発生させることのできる新しい方法が提唱され
る。この方法は多数のチャンネルの同時動作を可能にし
、ホログラフィック板を経由する局所発振器ＬＯの効果
的な入射を可能にするアンテナパターンを制御すること
によって、詳しく説明した文献の考えと根本的に異なる
。この発明の送信系に限らず、特に受信系もマイクロ波
部品で構成されているのでなく、光学及び電光的に構成
されている。従って、この方法は上記文献の思想とは根
本的に異なる。ここに提唱する方法では、リアルタイム
制御できる多数のアンテナパターンをビーム形成するた
め光学と電光系のみ使用されている。従って、コンパク
ト性及び軽量性に関して従来からある全ての系より進歩
している。

【図面の簡単な説明】

第１図、マイクロ波チャンネル用の能動アンテナの模式
ブロック回路図。 第２図、マイクロ波チャンネル用のビーム形成回路網の
ブロック図。 第３図、コヒーレント光学ビーム形成系のブロック回路
図。 第４図、受信動作用の光学ビーム形成系のブロック回路
図。 第５図、多数のマイクロ波チャンネルを送信するビーム
形成回路網の模式図。 第６図、多数のマイクロ波チャンネルを送信する他のビ
ーム形成回路網の模式図。 第７図、電光ビーム制御部を用いた多数のマイクロ波チ
ャンネルを送信するビーム形成回路網の模式図。 第８図、ガラス繊維を経由して入射する局所発振器を有
する第７図の内容を示す模式図。 第９図、多数のマイクロ波チャンネルを受信するビーム
形成回路網の模式図。 第１０図、多数のマイクロ波チャンネルを送受信するビ
ーム形成回路網の模式図。 第１１図、多数のレンズを使用して多数のマイクロ波チ
ャンネルを送信するビーム形成回路ＮＭの模式図。 第１２図、多数のレンズと中央局所発振２８を１更用し
て多数のマイクロ波チャンネルを送信するビーム形成回
路網の模式図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リアルタイム制御できるアンテナパターンを同時発
   生させるための方法において、直接出射する能動マイク
   ロ波出射器から成るアンテナが使用され、前記マイクロ
   波出射器は光学ビーム形成回路網で制御されることを特
   徴とする方法。 ２、どのアンテナパターンに対しても、一個のレーザー
   源が各マイクロ波チャンネルの信号によって変調される
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、光学ビーム形成回路網中では、送信動作時、信号は
   光導体繊維を用いてファイバーオプテックス的に出射器
   構成要素に配設した増幅器に分配され、個々のアンテナ
   パターンの方向特性は変調したレーザー源の焦点面の絞
   りによって調節されることを特徴とする請求項２記載の
   方法。 ４、光学ビーム形成回路網中では、受信動作時、信号は
   光導体繊維を用いて合成され、光学的に加算され、個々
   のアンテナパターンの方向特性は検出器の前の絞りによ
   って調節されることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５、局所発振器ＬＯの基準レーザービームはホログラフ
   ィック板を用いて繊維の束の繊維核に集束され、入射す
   ることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６、個々のアンテナパターンの旋回は、レーザー源をｙ
   −ｚ面内で横に移動させて行われることを特徴とする請
   求項５記載の方法。 ７、個々のアンテナパターンの旋回は、レーザー源の「
   ピッグテール」をｙ−ｚ面内で横に移動させて行われる
   ことを特徴とする請求項５記載の方法。 ８、個々のアンテナパターンの旋回は、マイクロ波チャ
   ンネルを異なったレーザー源の変調入力端に切り換える
   か、あるいはピッグテールを異なったレーザー源の間で
   切り換えて行われることを特徴とする請求項５記載の方
   法。 ９、個々のアンテナパターンの旋回は、レーザービーム
   の電光旋回によって行われることを特徴とする請求項５
   記載の方法。 １０、アンテナパターンの主軸の外形は絞りで調節され
   ることを特徴とする請求項１記載の方法。 １１、多数のアンテナパターンは、多数のレンズから成
   るフーリエ光学系を用いて発生させることを特徴とする
   請求項５記載の方法。 １２、局所発振器ＬＯを横に移動させると、全てのアン
   テナパターンは同時に旋回することを特徴とする請求項
   ３記載の方法。