JPH04168373A - マイクロ波センサ - 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、例えば、マイクロ波アンテナの特性を測定
する際に用いるマイクロ波センサに係わり、特にその小
形化、可撓性向上、軽量化に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は１例えば、Ｊｏｓｅｐｈ　Ｊ、Ｔａｖｏｒｍｉ
ｎａが“５ｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　
Ａｎｔｅｎｎａ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｉｔｈ　ｔ
ｈｅ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ−Ａｔｌａｎｔａ　Ｍｏｄ
ｅｌ　２０２２”（Ａｎｔｅｎｎａ　Ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏ
ｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８０　）に示した。従来
のマイクロ波センサとそれを用いたアンテナ放射特性測
定系の構成を示す図である。図において、１はマイクロ
波発振器、２は被測定アンテナ、３はプローブアンテナ
、４は前置増幅器、５は同軸ケーブル、６は振幅・位相
比較器、７は上記プローブアンテナ３、前置増幅器４．
同軸ケーブル５から成る従来のマイクロ波センサである
。

マイクロ波アンテナの最も重要な特性項目である放射パ
ターンを測定する方法として、以前は遠電界を直接測定
することが行なわれていたが、最近は測定精度が優れ、
かつ測定スペースが少なくて済む近傍界測定法が広く採
り入れられるようになってきた。

第３図に示す測定系は一ヒ述の近傍界測定を行なうもの
で、マイクロ波発振器１を信号源として被測定アンテナ
２から放射される電磁波は、プローブアンテナ３で受信
された後、前置増幅器４で増幅され、同軸ケーブル５で
振幅・位相比較器６に送られる。プローブアンテナ３の
位置を変えて、受信された電磁波のマイクロ波発振器１
の出力に対する振幅と位相を測定することにより、被測
定アンテナ２の近傍界が測定できる。プローブアンテナ
３．前置増幅器４．同軸ケーブル５の王者により構成さ
れる従来のマイクロ波センサ７は、上述のように被測定
アンテナ２の広範囲な放射電界を振幅・位相比較器６に
導入する働きを持つ。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のマイクロ波センサにおいては、上述のように、前
置増幅器と振幅・位相比較器との間が同軸ケーブルで接
続されていたため、次にような問題点があった。すなわ
ち、一般に同軸ケーブルは、使用周波数が高くなるに従
い、減衰量を低減するために直径の太いものを用いねば
ならず１例えば数１０ＧＨｚ帯においては、直径が１ｃ
ｍに近いものが必要とされる。従って、被測定アンテナ
のこのような高周波領域での特性を測定する際には、太
い同軸ケーブルを用いるために、電波の同軸ケーブル外
被からの反射による測定誤差が生じるばかりか、同軸ケ
ーブルの可撓性が少なく。

重量が大きいため、プローブアンテナの走査を困難にし
ていた。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、小形、軽量かつ可撓性に優れたマイクロ波セ
ンサを実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るマイクロ波センサは、コヒーレント光を
放射するコヒーレント光源と、このコヒーレント光の特
定の偏波成分を局発光として信号光を光ヘテロダイン検
波する検波手段と、コヒーレント光の前記特定の偏波成
分を検波手段に局発光として入射すると共に前記特定の
偏波成分とは直交する成分を偏波面保存光ファイバに被
変調光として入射する第１の光学手段と、前記偏波面保
存光ファイバから出射される被変調光の偏波面を一往復
で９０’回転させる偏波面回転手段と、受信マイクロ波
信号に応じて前記被変調光を変調し信号光と成す変調手
段と、この変調手段から前記偏波面回転手段を介して偏
波面保存光ファイバを逆送された信号光を前記検波手段
に入射させる第２の光学手段とを有するものである。

［作用コ この発明におけるマイクロ波センサは、コヒーレント光
源から放射されたコヒーレント光を偏波面保存光ファイ
バを用いて、受信マイクロ波信号に応じて光の反射率な
どを変化させる変調手段に導き、得られた信号光を再び
上記偏波面保存光ファイバを介して逆送した後に、上記
コヒーレント光源の放射光の一部を局発光としてヘテロ
ダイン検波するものである。このように、受信マイクロ
波信号が光ファイバを用いて振幅・位相比較器や受信信
号処理装置に導かれるため、小形、軽量かつ可撓性に優
れたマイクロ波センサが実現できる。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例によるマイクロ波センサ
とそれを用いたアンテナ放射特性測定系の構成を示す図
である。図において、８はコヒーレント光源、９８〜９
ｃは結合光学系、１０ａ。

１０ｂは本願の第１．第２の光学手段を成す偏光ビーム
スプリッタ、１１は偏波面保存光ファイバ、１２は偏波
面回転手段を成すファラデー回転子、１３は変調手段を
成す反射形光変調器、１４は検波手段を成すヘテロダイ
ン検波素子、１５は局発光、１６は信号光、１７は検波
ユニット、１８は変調ユニット、１９は上記検波ユニッ
ト１７と変調ユニット１８が偏波面保存光ファイバ１１
で接続されて成る本発明に係るマイクロ波センサであり
、１〜６は前述の従来例と同様である。

次に、第１図の系の動作について説明する。

コヒーレント光源８から放射されるコヒーレント光は、
結合光学系９ａを介して偏光ビームスプリッタ１０ａに
入射する。コヒーレント光源８の放射光の偏波面は紙面
に対して傾いており、紙面に垂直な成分は偏光ビームス
プリッタ１０ａで反射されて局発光１５となり、ヘテロ
ダイン検波素子１４に入射する。一方、コヒーレント光
源８の放射光のうち紙面に平行な成分は、二つの偏光ビ
ームスプリッタ１０ａ、１０ｂを透過し、結合光学系９
ｂを介して偏波面保存光ファイバ１１に入射する。偏波
面保存光ファイバ１１から放射されたコヒーレント光は
、結合光学系９ｃを介してファラデー回転子１２に入射
し、その偏波面が４５°回転したのち２反射形光変調器
１３に入射する。反射形光変調器１３は、例えば、王宮
らが″高速ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ　　ＭＱＷ光変
調器”　（１９８９，１２，１微少光学研究会資料）に
示した電界吸収形光強度変調器の一端に全反射鏡を設け
たもので、入射光に対する反射率を印加する電　。

圧によって高速に変化させることができるものである。

例えば、上述の資料によれば、その変調可能な帯域とし
て４０　Ｇ　Ｈｚ程度が期待できる。反射形光変調器１
３に入射したコヒーレント光は、前置増幅器４の出力に
応じて強度変調されて再びファラデー回転子１２に入射
し、さらにその偏波面が４５°回転して偏波面保存光フ
ァイバ１１に入射する。従って、例えば、前述の偏波面
保存光ファイバ１１から出射したコヒーレント光の偏波
面が紙面に平行であれば、反射形光変調器１３で折り返
されて再び偏波面保存光ファイバ１１に入射するコヒー
レント光の偏波面は紙面に対して垂直となる。上述の偏
波面保存光ファイバ１１に再入射したコヒーレント光は
、検波ユニット１７側で出射されるが、上述のメカニズ
ムによりその偏波面が紙面に対して垂直であるので、偏
光ビームスプリッタ１０ｂで反射され、信号光１６とし
てヘテロダイン検波素子１４に入射する。ヘテロダイン
検波素子１４は、互いに偏波面の揃った局発光１５と信
号光１６の波面を一致させた後に受光素子により光電変
換するものである。一般に、電気信号を光信号に変換し
て伝送する際には、電気と光との相互変換効率が１より
小さいため、信号対雑音比が低下することが問題とされ
る場合が多いが、上述の系においてはヘテロダイン検波
が行なわれるため、高い信号対雑音比が期待できる。

また、上述の系における変調ユニット１８においては、
光の強度変調と偏波面回転だけを行なわせるため、小形
でかつ少量の部品しか内蔵しておらず、変調ユニット１
８の小形化が図れる。上述のように、このマイクロ波セ
ンサ１９においては、プローブアンテナ３に小形の変調
ユニット１８を接続することにより、被測定アンテナ２
の近傍界の振幅２位相に関する情報を細径、軽量かつ可
撓性に優れた光ファイバで振幅・位相比較器６に伝える
ことができる。

第２図は、この発明に係るマイクロ波センサをコンフォ
ーマルアレイレーダに用いた例を示す図である。図にお
いて、２０は目標、２１は目標から放射された電波、２
２はスマートスキン構造体、２３は受信信号処理装置、
２４ａ〜２４ｅは素子アンテナであり、その他の部分は
前述の第１図の例と同様である。

次に、第２図の系の詳細及びその動作について説明する
。

コンフォーマルアレイレーダは、航空機の機体表面等の
任意の曲面上に配置された多数の素子アンテナから放射
もしくは受信される電波の振幅・位相情報を制御、処理
することにより、任意の放射パターンを得ようとする。

一種のフェイズドアレイレーダである。コンフォーマル
アレイレーダの主な目的は、従来のアンテナのような平
板や放物面のような限定されたアンテナ構造を持たない
ため、このレーダを搭載する機体の形状に対する設計の
自由度を高めることにある。第２図は、コンフォーマル
アレイレーダの受信時を示しており、目標２０から放射
された電波２１を受信した素子アンテナ２４ａ〜２４ｅ
の出力は、それぞれに接続された変調ユニット１８ａ〜
１８ｅに入力され、その出力信号は偏波面保存光ファイ
バｌｌａ〜ｌｉｅにより検波ユニット１７ａ〜１７ｅに
伝えられる。受信信号処理装置２３は、上述の経路で伝
えられた各素子アンテナ２４ａ〜２４ｅの受信波の振幅
・位相情報をもとに、目標から放射された電波２１の到
来方向を求める。コンフォーマルアレイレーダでは、多
数の素子アンテナ２４が機体表面に分布して配置される
場合が多いが、これらの出力する情報を一箇所に集める
には、信号の伝送路が小形、軽量かつ可撓性に優れた９
本発明に係るマイクロ波センサを用いることにより、実
装が容易となる。また、受信精度の向上のためには、各
素子アンテナ２４毎に変調ユニット１８と検波ユニット
１７間の電気長が等しいことが望まれるが、本発明に係
るマイクロ波センサを用いたコンフォーマルアレイレー
ダにおいては、適当な長さの偏波面保存光ファイバ１１
を巻き込んでおくことにより、電気長調整は容易に行な
える。さらに、コンフォーマルアレイレーダにおいては
、各素子アンテナ２４毎の変調ユニット１８と検波ユニ
ット１７間の電気長が温度変化により変動すると受信精
度の低下を引き起こすが、偏波面保存光ファイバ１１の
熱膨張係数は小さく、この劣化量は少ない。また、コン
フォーマルアレイレーダにおいては、機体各部のアンテ
ナ構造を保持するスマートスキン構造体２２が薄いこと
が望ましいが、この発明に係るマイクロ波゛センサにお
いては変調ユニット１８が小形に実現でき、薄いスマー
トスキン構造が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明に係るマイクロ波センサをアン
テナ放射特性測定系に用いた場合には、測定系の反射に
よる測定誤差が少なく、かつ、小形、軽量かつ可撓性に
優れているので、プローブアンテナの走査が容易な測定
系を実現できる。また、コンフォーマルアレイレーダに
用いた場合には、実装が容易で、受信精度が高く、かつ
安定で薄型のレーダシステムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるマイクロ波センサと
それを用いたアンテナ放射特性測定系の構成例を示す図
、第２図はこの発明に係るマイクロ波センサをコンフォ
ーマルアレイレーダに用いた構成例を示す図、第３図は
従来のマイクロ波センサとそれを用いたアンテナ放射特
性測定系の構成例を示す図である。 １はマイクロ波発振器、２は被測定アンテナ、３はプロ
ーブアンテナ、４は前置増幅器、６は振幅・位相比較器
、８はコヒーレント光源、１０ａ。 １０ｂは偏光ビームスプリッタ（第１．第２の光学手段
）　、１１．ｌｌａ〜ｌｌｅは偏波面保存光ファイバ、
１２はファラデー回転子（偏波面回転手段）、１３は反
射形光変調器（変調手段）、１４はヘテロダイン検波素
子（検波手段）、１５は局発光、１６は信号光、１７．
１７ａ〜１７ｅは検波ユニット、１８，１８ａ〜１８ｅ
は変調ユニット、１９はマイクロ波センサ、２０は目標
、２１は電波、２２はスマートスキン構造体、２３は受
信信号処理装置、２４ａ〜２４ｅは素子アンテナ。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　弁理士　　宮　園　純　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コヒーレント光を放射するコヒーレント光源と、このコ
   ヒーレント光の特定の偏波成分を局発光として信号光を
   光ヘテロダイン検波する検波手段と、コヒーレント光の
   前記特定の偏波成分を検波手段に局発光として入射する
   と共に前記特定の偏波成分とは直交する成分を偏波面保
   存光ファイバに被変調光として入射する第１の光学手段
   と、前記偏波面保存光ファイバから出射される被変調光
   の偏波面を一往復で９０゜回転させる偏波面回転手段と
   、受信マイクロ波信号に応じて前記被変調光を変調し信
   号光と成す変調手段と、この変調手段から前記偏波面回
   転手段を介して偏波面保存光ファイバを逆送された信号
   光を前記検波手段に入射させる第２の光学手段とを有す
   ることを特徴とするマイクロ波センサ。