JPH0622285B2 - 光制御型フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光制御型フェーズドアレーアンテナに関す
る。

［従来の技術］ 近年、移動体衛星通信システムの自動車等の陸上移動局
アンテナ及び衛星搭載用アンテナとして、小型・軽量で
あって振動に耐えることができるとともに、相手局を追
尾するために広角かつ高速でビーム走査を行うことがで
き、しかも通信条件に応じて所望形状のビームパターン
の形成が行える高性能、高機能のアンテナが要求され
る。これらの要求は、一般に、放射方向を変化させるビ
ーム走査のために、複数のアンテナが並置されたフェー
ズドアレーアンテナにおいて、ビーム方向が所望の方向
になるように、上記複数のアンテナを用いて送受信する
各送信信号又は各受信信号の位相を適当に移相させ（以
下、位相シフトという。）、また、所望のビームパター
ンを形成するために、上記複数のアンテナを励振させる
各送信信号又は各受信信号の振幅に対して適当な重み付
け（以下、信号振幅の重み付けという。）を行うことに
よって実現できる。例えば送信装置から出力される送信
周波数ωrを有する送信信号を次式で表されるものとす
ると、 cosωrt …（１） フェーズドアレーアンテナにおける複数ｎ個のアンテナ
に出力する励振電流を次式で表されるようにする必要が
ある。

Ａkcos（ωrt＋θk）， ｋ＝１,２,３，…，ｎ …（２） ここで、Ａkは所望のビームパターンの形成を行うため
に各アンテナの励振電流に与える振幅係数であり、θk
は所望のビーム方向を得るために各アンテナの励振電流
に与える移相量である。従って、上記送信信号から、上
記Ａｋとθｎを独立して制御可能な上記（２）式で表さ
れる各励振電流を形成し、該各励振電流を各アンテナに
出力することによって送信フェーズドアレーアンテナを
構成することができる。

第５図は、従来例の送信フェーズドアレーアンテナ装置
のブロック図である。

第５図において、送信装置５０は所定の周波数のマイク
ロ波信号を入力されるベースバンド信号で周波数変調し
て分配器５１に出力する。これに応答して分配器５１は
入力されたマイクロ波信号を５分配して、各分配された
マイクロ波信号を増幅器５２ａないし５２ｅを介して光
制御型移相器５３ａないし５３ｅに出力する。一方、各
半導体レーザダイオード５７ａないし５７ｅはそれぞれ
コヒーレントな光を光制御型移相器５３ａないし５３ｅ
に出力する。

光制御型移相器５３ａないし５３ｅはそれぞれ、第６図
に示すように、それぞれ誘電体基板１００上に形成され
た分配光導波路７１と、光移相器７２，７４と、合波光
導波路７３と、光周波数シフタ７５と、光導波路６１な
いし６７を備え、各光制御型移相器５３ａないし５３ｅ
はそれぞれ同様に構成される。光制御型移相器５３ａな
いし５３ｅにおいて、レーザダイオード５７ａないし５
７ｅから出力される光信号が入力端６０に入射された
後、光導波路６１を介して分配光導波路７１の入力端に
入射される。分配光導波路７１は、入射された光信号を
分配された光強度が等分になるように２分配して、分配
された一方の光信号を光導波路６２、光移相器７２、及
び光導波路６３を介して合波光導波路７３の第２の入力
端に出力するとともに、分岐された他方の光を光導波路
６４、光移相器７４、光導波路６５、光周波数シフタ７
５、及び光導波路６６を介して合波光導波路７３の第１
の入力端に出力する。合波光導波路７３は、第１の入力
端と第２の入力端にそれぞれ入射される各光信号を合波
して光導波路６７、及び光制御型移相器５３ａないし５
３ｅの出力端６８を介して光電変換器５４ａないし５４
ｅに出力する。

上記光移相器７２，７４はそれぞれ、直線形状の光導波
路の光軸に対して垂直な方向に電界を印加する電極を有
し、該電極は可変電圧源５８ａ，５８ｂに接続される。
従って、可変電圧源５８ａ，５８ｂから出力される所定
の直流電圧が光移相器７２，７４の各電極に印加され、
光移相器７２，７４内の光導波路を進行する光に対して
所定の電界が印加され、これによって、該進行する光の
位相を所定の移相量だけ移相させる。ここで、光移相器
７２は上記位相シフトを行うためのものであり、該光移
相器７２に移相量制御用の直流電圧を供給する上記可変
電圧源５８ａが、このフェーズドアレーアンテナのビー
ム方向を制御する方向制御装置５９に接続され、該方向
制御装置５９は上記ビーム方向の情報を入力する入力装
置８０に接続される。また、光移相器７４は、分配光導
波路７１の分岐部で２分配された各光信号がそれぞれ上
記合波光導波路７３の合波部に到達するまでの各光路差
が等しくなるように補正するための位相補正用の移相器
である。

光周波数シフタ７５は、光導波路６５を介して入射する
光信号の波長を、上記増幅器５２ａないし５２ｅから入
力された上記マイクロ波信号の周波数だけ偏移させた
後、光導波路６６を介して合波光導波路７３の第１の入
力端に出力する。この光周波数シフタ７５は、それぞれ
上記光移相器７２，７４と同様の構成を有する複数の光
移相器で構成され、この光周波数シフタ７５の構成につ
いては、例えば、井筒雅之ほかによる”集積化された光
ＳＳＢ変調器／周波数シフタ”,ＩＥＥＥジャーナル・
オブ・クォンタム・エレクトロニクス，Ｖｏｌ．ＱＥ−
１７，Ｎｏ．１１，１９８１年１１月，２２２５ページ
から２２２８ページに開示されている。

光電変換器５４ａないし５４ｅはそれぞれ、例えばＰＩ
Ｎフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード
で構成され２乗検波特性を有する光電変換器であり、入
力された各光信号を検波しかつ直流成分を除去した後、
上記検波して得られる各マイクロ波信号を電力増幅器５
５ａないし５５ｅを介して１列に並置された５個のアン
テナ５６ａないし５６ｅに出力して放射させる。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、操作者がこのフェーズドアレーアン
テナのビーム方向の情報を入力装置８０に入力したと
き、該情報が方向制御装置５９に出力され、これに応答
して、方向制御装置５９は、該ビーム方向の情報に基づ
いて、上記アンテナ５６ａないし５６ｅから放射される
マイクロ波信号のビーム方向が上記入力されたビーム方
向となるように、所定の各電流電圧を上記可変電圧源５
８ａから光制御型移相器５３ａないし５３ｅの各光移相
器７２の電極に出力させる。これによって、上記位相シ
フトが行われ、上述のような操作者が入力した所望のビ
ーム方向でマイクロ波信号をアンテナ５６ａないし５６
ｅから放射させることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のフェーズドアレーアンテナにおいては、光制御型
移相器５３ａないし５３ｅは第６図に示すように複雑な
回路で構成する必要があるとともに、アンテナ５６ａな
いし５６ｅと同一の個数の半導体レーザダイオード５７
ａないし５７ｅを備える必要があるために、該フェーズ
ドアレーアンテナの形状が大きくなるという問題点があ
った。

また、アンテナ５６ａないし５６ｅから放射されるマイ
クロ波信号のレベル及び雑音特性等の諸特性を均一化す
るために、上記各光制御型移相器５３ａないし５３ｅの
動作特性及び上記各レーザダイオード５７ａないし５７
ｅの出力特性をそれぞれ均一にする必要があるという問
題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較し
て簡単な回路で構成でき小型・軽量であってしかも複数
のアンテナから放射する信号の諸特性を容易に均一化す
ることができ安定に動作可能なフェーズドアレーアンテ
ナを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明に係る光制御型送信フェーズドアレーアンテ
ナは、コヒーレントな光信号を出力する光信号出力手段
と、上記光信号出力手段から出力される光信号を２個の
光信号に分配する第１の分配手段と、上記第１の分配手
段から出力される一方の光信号を複数の第１の光信号に
分配する第２の分配手段と、上記第２の分配手段から出
力される複数の第１の光信号を入力されるフェーズドア
レーアンテナのビーム方向に対応した各移相量だけそれ
ぞれ移相させる複数の光移相手段と、上記第１の分配手
段から出力される他方の光信号を入力される送信信号の
周波数だけ周波数偏移させる光周波数シフタ手段と、上
記光周波数シフタ手段から出力される光信号を上記複数
の第２の光信号に分配する第３の分配手段と、上記複数
の光移相手段から出力される各第１の光信号と、上記各
第１の光信号に対応し上記第３の分配手段から出力され
る各第２の光信号とをそれぞれ合波する複数の合波手段
と、上記各合波手段から出力される各光信号を検波し送
信信号をそれぞれ出力する複数の光電変換手段と、上記
各光電変換手段からそれぞれ出力される各送信信号を放
射する複数のアンテナとを備えたことを特徴とする。

第２の発明に係る光制御型送信フェーズドアレーアンテ
ナは、コヒーレントな光信号を出力する光信号出力手段
と、上記光信号出力手段から出力される光信号を２個の
光信号に分配する第１の分配手段と、上記第１の分配手
段から出力される一方の光信号を入力される情報信号の
周波数だけ周波数偏移させる第１の光周波数シフタ手段
と、上記第１の光周波数シフタ手段から出力される光信
号を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段と、
上記第２の分配手段から出力される複数の第１の光信号
を入力されるフェーズドアレーアンテナのビーム方向に
対応した各移相量だけそれぞれ移相させる複数の光移相
手段と、上記第１の分配手段から出力される他方の光信
号を入力される送信信号の周波数だけ周波数偏移させる
第２の光周波数シフタ手段と、上記第２の光周波数シフ
タ手段から出力される光信号を上記複数の第２の光信号
に分配する第３の分配手段と、上記複数の光移相手段か
ら出力される各第１の光信号と、上記各第１の光信号に
対応し上記第３の分配手段から出力される各第２の光信
号とをそれぞれ合波する複数の合波手段と、上記各合波
手段から出力される各光信号を検波し情報信号を含む送
信信号をそれぞれ出力する複数の光電変換手段と、上記
各光電変換手段からそれぞれ出力される各情報信号を含
む送信信号を放射する複数のアンテナとを備えたことを
特徴とする。

第３の発明に係る光制御型受信フェーズドアレーアンテ
ナは、コヒーレントな光信号を出力する光信号出力手段
と、上記光信号出力手段から出力される光信号を２個の
光信号に分配する第１の分配手段と、上記第１の分配手
段から出力される一方の光信号を複数の第１の光信号に
分配する第２の分配手段と、上記第１の分配手段から出
力される他方の光信号を上記複数の第２の光信号に分配
する第３の分配手段と、受信信号を受信する複数のアン
テナと、上記第２の分配手段から出力される複数の第１
の光信号を上記各アンテナから出力される複数の受信信
号の周波数だけそれぞれ周波数偏移させる複数の光周波
数シフタ手段と、上記各光周波数シフタ手段から出力さ
れる複数の第１の光信号を入力されるフェーズドアレー
アンテナのビーム方向に対応した各移相量だけそれぞれ
移相させる複数の光移相手段と、上記各光移相手段から
出力される各第１の光信号と、上記各第１の光信号に対
応し上記第３の分配手段から出力される各第２の光信号
とをそれぞれ合波する複数の合波手段と、上記各合波手
段から出力される各光信号を検波し受信信号をそれぞれ
出力する複数の光電変換手段と、上記各光電変換手段か
らそれぞれ出力される各受信信号を結合し１個の受信信
号を出力する結合手段とを備えたことを特徴とする。

第４の発明に係る光制御型受信フェーズドアレーアンテ
ナは、情報信号を含む受信信号を受信する複数のアンテ
ナと、コヒーレントな光信号を出力する光信号出力手段
と、上記光信号出力手段から出力される光信号を２個の
光信号に分配する第１の分配手段と、上記第１の分配手
段から出力される一方の光信号の複数の第１の光信号に
分配する第２の分配手段と、上記第１の分配手段から出
力される他方の光信号を上記受信信号と同一の周波数だ
け周波数偏移させる第１の光周波数シフタ手段と、上記
第１の光周波数シフタ手段から出力される光信号を上記
複数の第２の光信号に分配する第３の分配手段と、上記
第２の分配手段から出力される複数の第１の光信号を上
記各アンテナから出力される複数の受信信号の周波数だ
けそれぞれ周波数偏移させる複数の第２の光周波数シフ
タ手段と、上記各第２の光周波数シフタ手段から出力さ
れる複数の第１の光信号を入力されるフェーズドアレー
アンテナのビーム方向に対応した各移相量だけそれぞれ
移相させる複数の光移相手段と、上記各光移相手段から
出力される各第１の光信号と、上記各第１の光信号に対
応し上記第３の分配手段から出力される各第２の光信号
とをそれぞれ合波する複数の合波手段と、上記各合波手
段から出力される各光信号を検波し上記受信信号内の情
報信号をそれぞれ出力する複数の光電変換手段と、上記
各光電変換手段からそれぞれ出力される各情報信号を結
合し１個の情報信号を出力する結合手段とを備えたこと
を特徴とする。

［作用］ 上記第１の発明のように構成することにより、上記光信
号出力手段がコヒーレントな光信号を出力した後、上記
第１の分配手段が上記光信号出力手段から出力される光
信号を２個の光信号に分配する。次いで、上記第２の分
配手段が上記第１の分配手段から出力される一方の光信
号を複数の第１の光信号に分配した後、上記複数の光移
相手段が上記第２の分配手段から出力される複数の第１
の光信号を入力されるフェーズドアレーアンテナのビー
ム方向に対応した各移相量だけそれぞれ移相させる。一
方、上記光周波数シフタ手段は上記第１の分配手段から
出力される他方の光信号を入力される送信信号の周波数
だけ周波数偏移させた後、上記第３の分配手段は上記光
周波数シフタ手段から出力される光信号を上記複数の第
２の光信号に分配する。さらに、上記合波手段は上記複
数の光移相手段から出力される各第１の光信号と、上記
各第１の光信号に対応し上記第３の分配手段から出力さ
れる各第２の光信号とをそれぞれ合波した後、上記光電
変換手段が上記各合波手段から出力される各光信号を検
波し送信信号をそれぞれ上記複数のアンテナに出力して
放射させる。従って、上記各光移相手段によって上記各
移相量を変化することによりビーム方向を制御可能な光
制御型送信フェーズドアレーアンテナを構成できる。

上記第２の発明のように構成することにより、上記光信
号出力手段がコヒーレントな光信号を出力した後、上記
第１の分配手段が上記光信号出力手段から出力される光
信号を２個の光信号に分配する。次いで、上記第１の光
周波数シフタ手段が上記第１の分配手段から出力される
一方の光信号を入力される情報信号の周波数だけ周波数
偏移させた後、上記第２の分配手段が上記第１の光周波
数シフタ手段から出力される光信号を複数の第１の光信
号に分配する。さらに、上記複数の光移相手段が上記第
２の分配手段から出力される複数の第１の光信号を入力
されるフェーズドアレーアンテナのビーム方向に対応し
た各移相量だけそれぞれ移相させる。一方、上記第２の
光周波数シフタ手段が上記第１の分配手段から出力され
る他方の光信号を入力される送信信号の周波数だけ周波
数偏移させた後、上記第３の分配手段が上記第２の光周
波数シフタ手段から出力される光信号を上記複数の第２
の光信号に分配する。次いで、上記複数の合波手段が上
記複数の光移相手段から出力される各第１の光信号と、
上記各第１の光信号に対応し上記第３の分配手段から出
力される各第２の光信号とをそれぞれ合波する。さら
に、上記複数の光電変換手段が上記各合波手段から出力
される各光信号を検波し情報信号を含む送信信号をそれ
ぞれ上記複数のアンテナに出力して放射させる。従っ
て、上記各光移相手段によって上記各移相量を変化する
ことにより、ビーム方向を制御可能な光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナを構成できる。

上記第３の発明のように構成することにより、上記光信
号出力手段が、コヒーレントな光信号を出力した後、上
記第１の分配手段が上記光信号出力手段から出力される
光信号を２個の光信号に分配する。次いで、上記第２の
分配手段が上記第１の分配手段から出力される一方の光
信号を複数の第１の光信号に分配し、上記第３の分配手
段が上記第１の分配手段から出力される他方の光信号を
上記複数の第２の光信号に分配する。一方、上記複数の
アンテナが受信信号を受信する。上記複数の光周波数シ
フタ手段は上記第２の分配手段から出力される複数の第
１の光信号を上記各アンテナから出力される複数の受信
信号の周波数だけそれぞれ周波数偏移させた後、上記複
数の光移相手段が上記各光周波数シフタ手段から出力さ
れる複数の第１の光信号を入力されるフェーズドアレー
アンテナのビーム方向に対応した各移相量だけそれぞれ
移相させる。さらに、上記複数の合波手段は上記各光移
相手段から出力される各第１の光信号と、上記各第１の
光信号に対応し上記第３の分配手段から出力される各第
２の光信号とをそれぞれ合波した後、上記光電変換手段
が上記各合波手段から出力される各光信号を検波し受信
信号をそれぞれ出力する。またさらに、上記結合手段は
上記各光電変換手段からそれぞれ出力される各受信信号
を結合し１個の受信信号を出力する。従って、上記各光
移相手段によって上記各移相量を変化することによりビ
ーム方向を制御可能な光制御型受信フェーズドアレーア
ンテナを構成できる。

上記第４の発明のように構成することにより、上記複数
のアンテナが情報信号を含む受信信号を受信し、上記光
信号出力手段がコヒーレントな光信号を出力した後、第
１の分配手段は上記光信号出力手段から出力される光信
号を２個の光信号に分配し、一方、第２の分配手段は上
記第１の分配手段から出力される一方の光信号を複数の
第１の光信号に分配する。次いで、第１の光周波数シフ
タ手段は上記第１の分配手段から出力される他方の光信
号を上記受信信号と同一の周波数だけ周波数偏移させた
後、上記第３の分配手段が上記第１の光周波数シフタ手
段から出力される光信号を上記複数の第２の光信号に分
配する。さらに、上記第２の光周波数シフタ手段が上記
第２の分配手段から出力される複数の第１の光信号を上
記各アンテナから出力される複数の受信信号の周波数だ
けそれぞれ周波数偏移させた後、上記光移相手段が上記
各第２の光周波数シフタ手段から出力される複数の第１
の光信号を入力されるフェーズドアレーアンテナのビー
ム方向に対応した各移相量だけそれぞれ移相させる。ま
たさらに、上記合波手段が上記各光移相手段から出力さ
れる各第１の光信号と、上記各第１の光信号に対応し上
記第３の分配手段から出力される各第２の光信号とをそ
れぞれ合波した後、上記光電変換手段が上記各合波手段
から出力される各光信号を検波し上記受信信号内の情報
信号をそれぞれ出力し、上記結合手段が上記各光電変換
手段からそれぞれ出力される各情報信号を結合し１個の
情報信号を出力する。従って、上記各光移相手段によっ
て上記各移相量を変化することによりビーム方向を制御
可能な光制御型受信フェーズドアレーアンテナを構成で
きる。

［実施例］ 第１の実施例 第１図は本発明の第１の実施例である光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図である。

この第１の実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナは、コヒーレントな光源として１個の半導体レーザ
ダイオード１を用い、また、それぞれビーム走査に必要
な各光信号処理回路である分配光導波路１２，１３，１
５、合波光導波路１８ａないし１８ｅ、光周波数シフタ
１４、光移相器１６ａないし１６ｅ，１７ａないし１７
ｅ、並びに光導波路２１ないし２４，２５ａないし２５
ｅ，２６ａないし２６ｅ，２７ａないし２７ｅ，２８ａ
ないし２８ｅ，２９ａないし２９ｅをそれぞれ誘電体基
板１００上に集積化して設けたことを特徴としている。

第１図において、半導体レーザダイオード１は、コヒー
レントな光信号を、誘電体基板１００の入力端１１、及
び光導波路２１を介して分配光導波路１２の入力端に出
力する。一方、送信装置２は、所定の周波数のマイクロ
波信号を入力されるベースバンド信号で周波数変調した
後、光周波数シフタ１４に出力する。ここで、ベースバ
ンド信号とは、例えば公知の通り複数の電話チャンネル
信号が周波数多重化されて構成され、これら電話チャン
ネル信号の情報を含む情報信号である。

分配光導波路１２は入力端に入射された光信号を、分配
された光信号の電力が等分になるように２分配し、上記
分配された一方の光信号を光導波路２２を介して分配光
導波路１３の入力端に出力するとともに、上記分配され
た他方の光信号を光導波路２３、光周波数シフタ１４、
及び光導波路２４を介して分配光導波路１５に出力す
る。光周波数シフタ１５は従来例の光周波数シフタ７５
と同様に複数の光移相器で構成され、入射された光信号
の周波数を送信装置２から入力されるマイクロ波信号の
周波数だけ周波数偏移させた後出力する。

分配光導波路１３，１５はそれぞれ各入力端に入射され
る光信号を、分配された光信号の電力が等分となるよう
に５分配して、それぞれ光導波路２５ａないし２５ｅ，
２７ａないし２７ｅを介して光移相器１６ａないし１６
ｅ，１７ａないし１７ｅに出力する。

光移相器１６ａないし１６ｅ，１７ａないし１７ｅはそ
れぞれ、従来例の光移相器７２，７４と同様に構成さ
れ、可変電圧源４，５から入力される直流電圧に対応し
た移相量で入射された光信号を移相させる。光移相器１
６ａないし１６ｅはそれぞれ、移相した各光信号を光導
波路２６ａないし２６ｅを介して合波光導波路１８ａな
いし１８ｅの各第１の入力端に出力し、また、光移相器
１７ａないし１７ｅはそれぞれ、移相した各光信号を光
導波路２８ａないし２８ｅを介して合波光導波路１８ａ
ないし１８ｅの各第２の入力端に出力する。ここで、光
移相器１６ａないし１６ｅはそれぞれ上記位相シフトを
行うためのものであり、該光移相器１６ａないし１６ｅ
に移相量制御用の直流電圧を供給する上記可変電圧源４
が、このフェーズドアレーアンテナのビーム方向を制御
する方向制御装置３に接続され、該方向制御装置３は上
記ビーム方向の情報を入力する入力装置８０に接続され
る。また、光移相器１７ａないし１７ｅはそれぞれ、分
配光導波路１２の分岐部で２分配された各光がそれぞれ
上記合波光導波路１８ａないし１８ｅの合波部に到達す
るまでの各光路差が等しくなるように補正するための位
相補正用の移相器であって、該移相器１７ａないし１７
ｅに位相補正用の直流電圧を供給する可変電圧源５が上
記方向制御装置３に接続される。尚、上記位相補正のた
めの移相量は、方向制御装置３によって制御される。

合波光導波路１８ａないし１８ｅはそれぞれ第１と第２
の入力端にそれぞれ入射された光信号を合波して、光導
波路２９ａないし２９ｅ、及び誘電体基板１００の出力
端１９ａないし１９ｅを介して光電変換器６ａないし６
ｅに出力する。

光電変換器６ａないし６ｅはそれぞれ、従来例と同様
に、例えばＰＩＮフォトダイオード又はアバランシェフ
ォトダイオードで構成され２乗検波特性を有する光電変
換器であり、入力された各光を検波しかつ直流成分を除
去した後、上記検波して得られる各マイクロ波信号を電
力増幅器７ａないし７ｅを介して１列に並置された５個
のアンテナ８ａないし８ｅに出力して放射させる。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナの動作について、以下に説明する。

レーザダイオード１から出力される光信号cos ωctは、
誘電体基板１００の入力端１１、及び光導波路２１を介
して分配光導波路１２に入射された後２分配され、上記
分配された一方の光信号が光導波路２２を介して分配光
導波路１３に出力されるとともに、上記分配された他方
の光信号が光導波路２３、光周波数シフタ１４、及び光
導波路２４を介して分配光導波路１５に出力される。こ
こで、上記光周波数シフタ１４において、入射される信
号cosωct が送信装置２から入力されるマイクロ波信号
cosωrt の周波数だけ周波数偏移され、光信号cos(ωc
＋ωr)ｔが出力される。

分配光導波路１３は入射された光信号を５分配して、そ
れぞれ光導波路２５ａないし２５ｅ、光移相器１６ａな
いし１６ｅ、及び光導波路２６ａないし２６ｅを介して
合波光導波路１８ａないし１８ｅの各第１の入力端に出
力する。また、分配光導波路１５は入射された光信号を
５分配して、それぞれ光導波路２７ａないし２７ｅ、光
移相器１７ａないし１７ｅ、及び光導波路２８ａないし
２８ｅを介して合波光導波路１８ａないし１８ｅの各第
２の入力端に出力する。ここで、光移相器１６ａないし
１６ｅはそれぞれ、入射される光信号を上記可変電圧源
４から印加される直流電圧に対応する移相量θk（ここ
で、ｋは、各光移相器１６ａないし１６ｅに対応する１
から５までの自然数である。）で移相した後、移相した
光信号cos(ωct＋θk)を出力する。以下、光信号の位相
の説明において、位相補正用の光移相器１７ａないし１
７ｅの移相量、並びに分配光導波路１２，１３，１５、
光導波路２２ないし２４，２５ａないし２５ｅ，２６ａ
ないし２６ｅ，２７ａないし２７ｅ，２８ａないし２８
ｅにおける遅延量を考慮しないものとする。

さらに、合波光導波路１８ａないし１８ｂはそれぞれ入
射された２個の光信号を合波し、合波された光信号cos
(ωc＋ωr)ｔ＋cos(ωct＋θk)を光導波路２９ａないし
２９ｅ、及び入力端１９ａないし１９ｅを介して光電変
換器６ａないし６ｅに出力する。光電変換器６ａないし
６ｅはそれぞれ、入射された光信号cos(ωc＋ωr)ｔ＋c
os(ωct＋θk) を２乗検波しかつ直流成分を除去して、
上記検波して得られた各マイクロ波信号cos(ωｔ −θ
k)を各電力増幅器７ａないし７ｅを介してアンテナ８ａ
ないし８ｅに出力する。これによって、各マイクロ波信
号がアンテナ８ａないし８ｅから放射される。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、操作者がこのフェーズドアレーアン
テナのビーム方向の情報を入力装置８０に入力したと
き、該情報が方向制御装置３に出力され、これに応答し
て、方向制御装置３は、該ビーム方向の情報に基づい
て、上記アンテナ８ａないし８ｅから放射されるマイク
ロ波信号のビーム方向が上記入力されたビーム方向とな
るように、所定の各直流電圧を上記可変電圧源４から光
移相器１６ａないし１６ｅに出力させるとともに、位相
補正用の各直流電圧を上記可変電圧源５から光移相器１
７ａないし１７ｅに出力させる。これによって、上記位
相シフトが行われ、上述のように操作者が入力した所望
のビーム方向でマイクロ波信号をアンテナ８ａないし８
ｅから放射させることができる。従って、第１図に示す
ように構成することにより、ビーム走査の制御を行うこ
とができる光制御型送信フェーズドアレーアンテナを実
現できる。

以上説明したように、本実施例の送信フェーズドアレー
アンテナにおいては、従来例のように複雑な回路で構成
される光制御型移相器５３ａないし５３ｅを備えず、ま
た、１個のレーザダイオード１だけを用い、さらにビー
ム走査のための回路を誘電体基板１００上に集積化して
形成されているので、該フェーズドアレーアンテナを従
来例に比較して簡単な回路で構成できかつ小型・軽量化
できるという利点がある。

また、上述のように光移相器１６ａないし１６ｅを用い
て光導波路内を進む光信号に対して電界を印加すること
により上記位相シフトを行い、ビーム走査を行うための
回路を誘電体基板１００上に集積化して形成しているの
で、アンテナ８ａないし８ｅから放射されるマイクロ波
信号のレベル及び雑音特性等の諸特性を容易に均一化す
ることができるとともに、上記ビーム走査を安定に動作
させることができるという利点がある。

従って、本実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナは、従来例に比較して小型・軽量であって、しかも
可動部分がなく振動の影響を受けにくいので、移動体又
は衛星搭載用のフェーズドアレーアンテナとして用いる
ことができる。

以上の第１の実施例において、コヒーレントな光信号を
出力する光源として半導体レーザダイオード１を用いて
いるが、これに限らず、ガズレーザを用いてもよい。

以上の第１の実施例において、５個のアンテナ８ａない
し８ｅを一列に並置する場合において述べているが、こ
れに限らず、複数個のアンテナを一列又はマトリックス
状に並置するようにしてもよい。この場合、アンテナの
個数に応じて、光移相器１６ａないし１６ｅ，１７ａな
いし１７ｅ、電力増幅器７ａないし７ｅ、合波光導波路
１８ａないし１８ｅ、光電変換器６ａないし６ｅ、及び
電力増幅器７ａないし７ｅのそれぞれの個数分を設ける
必要がある。

第２の実施例 第２図は本発明の第２の実施例である光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第２図にお
いて第１図と同一のものについては同一の符号を付して
いる。

この第２の実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナが、第１図の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、位相補正用の光移相器
１７ａないし１７ｅをそれぞれ、第１図の光移相器１６
ａないし１６ｅと合波光導波路１８ａないし１８ｅの各
第１の入力端との間に設けたことである。すなわち、第
２図において、分配光導波路１３で５分配された各光信
号はそれぞれ、光導波路２５ａないし２５ｅ、光移相器
１６ａないし１６ｅ、光導波路４０ａないし４０ｅ、光
移相器１７ａないし１７ｅ、及び光導波路２６ａないし
２６ｅを介して合波光導波路１８ａないし１８ｅの各第
１の入力端に出力される。

以上のように構成された第２の実施例の光制御型送信フ
ェーズドアレーアンテナは、第１の実施例と同様の作用
と効果を有する。

第３の実施例 第３図は本発明の第３の実施例である光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第３図にお
いて第１図及び第２図と同一のものについては同一の符
号を付している。

この第３の実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナが、第１図の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、第１図の分配光導波路
１２と分配光導波路１５との間に、入射される光信号の
周波数をマイクロ波信号発生器３０から出力されベース
バンド信号で周波数変調されていないマイクロ波信号の
周波数だけ偏移させる光周波数シフタ１４ａを設け、ま
た、第１図の分配光導波路１２と分配光導波路１３との
間に、入射される光信号の周波数をベースバンド信号発
生器３１から出力されるベースバンド信号の周波数だけ
偏移させる光周波数シフタ１４ｂを設けたことである。

従って、分配光導波路１２で分配された一方の光信号
は、光導波路２２ａ、光周波数シフタ１４ｂ、光導波路
２２ｂを介して分配光導波路１３の入力端に入射し、ま
た、分配された他方の光信号は、光導波路２３、光周波
数シフタ１４ａ、光導波路２４を介して分配光導波路１
５の入力端に入射される。

以上のように構成された第３の実施例の光制御型送信フ
ェーズドアレーアンテナは、ベースバンド信号をマイク
ロ波信号の周波数帯に周波数変換を行うアップコンバー
タとして動作し、第１及び第２の実施例と同様の作用と
効果を有する。

第４の実施例 第４図は本発明の第４の実施例である光制御型受信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第４図にお
いて第１図ないし第３図と同一のものについては同一の
符号を付している。

この第４の実施例の光制御型受信フェーズドアレーアン
テナが、第１図の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、以下の構成である。す
なわち、第１図の光周波数シフタ１４を設けず、分配光
導波路１３の各出力端と光移相器１６ａないし１６ｅと
の間に、入射される光信号の周波数を、アンテナ３２ａ
ないし３２ｅでそれぞれ受信された後低雑音増幅器３３
ａないし３３ｅを介して入力されるマイクロ波信号の周
波数だけ偏移させる光周波数シフタ１４ａないし１４ｅ
を設け、さらに、光電変換器６ａないし６ｅの後段に結
合器３４、増幅器３５、及び受信装置３６を備える。

以上のように構成された光制御型受信フェーズドアレー
アンテナにおいて、相手局から送信されるマイクロ波信
号がアンテナ３２ａないし３２ｅで受信された後、低雑
音増幅器３３ａないし３３ｅを介して光周波数シフタ１
４ａないし１４ｅに入力される。光周波数シフタ１４ａ
ないし１４ｅはそれぞれ、分配光導波路１３において５
分配された各光信号の周波数を上記入力されたマイクロ
波信号の周波数だけ偏移させて、各光信号を光導波路４
０ａないし４０ｅ、上記位相シフタ用の光移相器１６ａ
ないし１６ｅ、及び光導波路２６ａないし２６ｅを介し
て合波光導波路１８ａないし１８ｅの各第１の入力端に
出力する。

合波光導波路１８ａないし１８ｅはそれぞれ第１と第２
の入力端にそれぞれ入射された光信号を合波して、光導
波路２９ａないし２９ｅ、及び誘電体基板１００の出力
端１９ａないし１９ｅを介して光電変換器６ａないし６
ｅに出力する。光電変換器６ａないし６ｅはそれぞれ、
入力された各光信号を検波しかつ直流成分を除去した
後、上記検波して得られる各マイクロ波信号を結合器３
４に出力する。結合器３４は入力されたマイクロ波信号
を結合した後、増幅器３５を介して受信装置３６に出力
する。受信装置３６は入力されたマイクロ波信号を周波
数復調して、ベースバンド信号を抽出して出力する。

以上のように構成された受信フェーズドアレーアンテナ
は、第１ないし第３の実施例の光制御型送信フェーズド
アレーアンテナと同様に、ビーム走査を制御可能な光制
御型受信フェーズドアレーアンテナを構成し、第１ない
し第３の実施例の光制御型送信フェーズドアレーアンテ
ナと同様の効果を有する。

以上の第４の実施例において、出力端１９ａないし１９
ｅからそれぞれ出力される各光信号を各光電変換器６ａ
ないし６ｅで光電変換した後結合器３４で結合している
が、これに限らず、第７図に示すように、出力端１９ａ
ないし１９ｅからそれぞれ出力される各光信号を光合波
器３７で合波した後、光電変換器６で光電変換するよう
にしてもよい。

以上の第４の実施例において、増幅器３５の出力におい
て受信されたマイクロ波信号を得た後、受信装置３６の
出力においてベースバンド信号を得るように構成してい
るが、これに限らず、第８図に示すように、分配光導波
路１２と分配光導波路１５の間に、入射される光信号の
周波数をマイクロ波信号発生器３０から入力されるマイ
クロ波信号の周波数だけシフトさせる光周波数シフタ１
４を設けて、第３図の送信フェーズドアレーアンテナと
同様に、増幅器３５の出力においてベースバンド信号を
得るようにしてもよい。ここで、マイクロ波信号発生器
３０から出力されるマイクロ波信号は受信されるマイク
ロ波信号の搬送周波数と同一の周波数である。以上のよ
うに構成された光制御型受信フェーズドアレーアンテナ
は、ベースバンド信号で変調されたマイクロ波信号をベ
ースバンド信号の周波数帯に周波数変換を行うダウンコ
ンバータとして動作し、第３及び第４の実施例と同様の
作用と効果を有する。この第８図の実施例においても、
第７図の実施例と同様に、出力端１９ａないし１９ｅか
ら出力される各光信号を合波した後光電変換するように
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、コヒーレントな光
信号を２分配し、上記２分配された各組の光信号をそれ
ぞれ複数の第１の光信号及び複数の第２の光信号に分配
し、上記複数の第１の光信号をフェーズドアレーアンテ
ナのビーム方向に対応した各移相量だけそれぞれ移相さ
せ、一方、上記複数の第２の光信号を送信信号の周波数
だけ周波数偏移させ、上記移相された複数の第１の光信
号と上記偏移された複数の第２の光信号をそれぞれ対応
させて合波した後、合波された各光信号を送信信号に光
電変換して各アンテナから放射し、上記各移相量を変化
することによりビーム方向を制御可能な光制御型送信フ
ェーズドアレーアンテナを実現できる。また、上記複数
に分配された光信号を各アンテナで受信された受信信号
の周波数だけ偏移させ、また上記光電変換された各光信
号を結合して１個の受信信号を得ることにより、上述の
光制御型送信フェーズドアレーアンテナと同様にビーム
方向を制御可能な光制御型受信フェーズドアレーアンテ
ナを実現できる。

従って、本発明の光制御型フェーズドアレーアンテナに
おいては、従来例のように複雑な回路で構成される光制
御型移相器５３ａないし５３ｅを備えず、また、１個の
光信号出力手段のみを用い、さらにビーム走査のための
回路を上記分配手段、上記光移相手段及び上記光周波数
シフタ手段で形成しているので、該フェーズドアレーア
ンテナを従来例に比較して簡単な回路で構成できかつ小
型・軽量化できるという利点がある。

また、上述のように上記光移相手段を用いて上記位相シ
フトを行い、ビーム走査を行うための回路を上記分配手
段、上記光移相手段及び上記光周波数シフタ手段で形成
しているので、各アンテナから放射される送信信号のレ
ベル及び雑音特性等の諸特性を容易に均一化することが
できるとともに、上記ビーム走査を安定に動作させるこ
とができるという利点がある。

従って、本実施例の光制御型フェーズドアレーアンテナ
は、従来例に比較して小型・軽量であって、しかも可動
部分がなく振動の影響を受けにくいので、移動体又は衛
星搭載用のフェーズドアレーアンテナとして用いること
ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれ本発明の第１ないし第３
の実施例である光制御型送信フェーズドアレーアンテナ
のブロック図、 第４図は本発明の第４の実施例である光制御型受信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図、 第５図は従来例の光制御型送信フェーズドアレーアンテ
ナのブロック図、 第６図は第５図の光周波数シフタのブロック図、 第７図及び第８図はそれぞれ第４の実施例の変形例であ
る光制御型受信フェーズドアレーアンテナのブロック図
である。 １……半導体レーザダイオード、 ２……送信装置、 ３……方向制御装置、 ４，５……可変電圧源 ６ａないし６ｅ……光電変換器、 ７ａないし７ｅ……電力増幅器、 ８ａないし８ｅ，３２ａないし３２ｅ……アンテナ、 １２，１３，１５……分配光導波路、 １４，１４ａないし１４ｅ……光周波数シフタ、 １６ａないし１６ｅ，１７ａないし１７ｅ……光移相
器、 １８ａないし１８ｅ……合波光導波路、 ２１ないし２４，２２ａ，２２ｂ，２５ａないし２５
ｅ，２６ａないし２６ｅ，２９ａないし２９ｅ，４０ａ
ないし４０ｅ……光導波路、 ３０……マイクロ波信号発生器、 ３１……ベースバンド信号発生器、 ３３ａないし３３ｅ……低雑音増幅器、 ３４……結合器、 ３５……増幅器、 ３６……受信装置、 ８０……入力装置、 １００……誘電体基板。

フロントページの続き (72)発明者 安川 交二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５ 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレントな光信号を出力する光信号出
   力手段（１）と、 上記光信号出力手段（１）から出力される光信号を２個
   の光信号に分配する第１の分配手段（１２）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される一方の光信
   号を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段（１
   ３）と、 上記第２の分配手段（１３）から出力される複数の第１
   の光信号を入力されるフェーズドアレーアンテナのビー
   ム方向に対応した各移相量だけそれぞれ移相させる複数
   の光移相手段（１６ａ−１６ｅ）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される他方の光信
   号を入力される送信信号の周波数だけ周波数偏移させる
   光周波数シフタ手段（１４）と、 上記光周波数シフタ手段（１４）から出力される光信号
   を上記複数の第２の光信号に分配する第３の分配手段
   （１５）と、 上記複数の光移相手段（１６ａ−１６ｅ）から出力され
   る各第１の光信号と、上記各第１の光信号に対応し上記
   第３の分配手段（１５）から出力される各第２の光信号
   とをそれぞれ合波する複数の合波手段（１８ａ−１８
   ｅ）と、 上記各合波手段（１８ａ−１８ｅ）から出力される各光
   信号を検波し送信信号をそれぞれ出力する複数の光電変
   換手段（６ａ−６ｅ）と、 上記各光電変換手段（６ａ−６ｅ）からそれぞれ出力さ
   れる各送信信号を放射する複数のアンテナ（８ａ−８
   ｅ）とを備えたことを特徴とする光制御型送信フェーズ
   ドアレーアンテナ。
2. 【請求項２】コヒーレントな光信号を出力する光信号出
   力手段（１）と、 上記光信号出力手段（１）から出力される光信号を２個
   の光信号に分配する第１の分配手段（１２）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される一方の光信
   号を入力される情報信号の周波数だけ周波数偏移させる
   第１の光周波数シフタ手段（１４ｂ）と、 上記第１の光周波数シフタ手段（１４ｂ）から出力され
   る光信号を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手
   段（１３）と、 上記第２の分配手段（１３）から出力される複数の第１
   の光信号を入力されるフェーズドアレーアンテナのビー
   ム方向に対応した各移相量だけそれぞれ移相させる複数
   の光移相手段（１６ａ−１６ｅ）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される他方の光信
   号を入力される送信信号の周波数だけ周波数偏移させる
   第２の光周波数シフタ手段（１４ａ）と、 上記第２の光周波数シフタ手段（１４ａ）から出力され
   る光信号を上記複数の第２の光信号に分配する第３の分
   配手段（１５）と、 上記複数の光移相手段（１６ａ−１６ｅ）から出力され
   る各第１の光信号と、上記各第１の光信号に対応し上記
   第３の分配手段（１５）から出力される各第２の光信号
   とをそれぞれ合波する複数の合波手段（１８ａ−１８
   ｅ）と、 上記各合波手段（１８ａ−１８ｅ）から出力される各光
   信号を検波し情報信号を含む送信信号をそれぞれ出力す
   る複数の光電変換手段（６ａ−６ｅ）と、 上記各光電変換手段（６ａ−６ｅ）からそれぞれ出力さ
   れる各情報信号を含む送信信号を放射する複数のアンテ
   ナ（８ａ−８ｅ）とを備えたことを特徴とする光制御型
   送信フェーズドアレーアンテナ。
3. 【請求項３】コヒーレントな光信号を出力する光信号出
   力手段（１）と、 上記光信号出力手段（１）から出力される光信号を２個
   の光信号に分配する第１の分配手段（１２）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される一方の光信
   号を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段（１
   ３）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される他方の光信
   号を上記複数の第２の光信号に分配する第３の分配手段
   （１５）と、 受信信号を受信する複数のアンテナ（３２ａ−３２ｅ）
   と、 上記第２の分配手段（１３）から出力される複数の第１
   の光信号を上記各アンテナ（３２ａ−３２ｅ）から出力
   される複数の受信信号の周波数だけそれぞれ周波数偏移
   させる複数の光周波数シフタ手段（１４ａ−１４ｅ）
   と、 上記各光周波数シフタ手段（１４ａ−１４ｅ）から出力
   される複数の第１の光信号を入力されるフェーズドアレ
   ーアンテナのビーム方向に対応した各移相量だけそれぞ
   れ移相させる複数の光移相手段（１６ａ−１６ｅ）と、 上記各光移相手段（１６ａ−１６ｅ）から出力される各
   第１の光信号と、上記各第１の光信号に対応し上記第３
   の分配手段（１５）から出力される各第２の光信号とを
   それぞれ合波する複数の合波手段（１８ａ−１８ｅ）
   と、 上記各合波手段（１８ａ−１８ｅ）から出力される各光
   信号を検波し受信信号をそれぞれ出力する複数の光電変
   換手段（６ａ−６ｅ）と、 上記各光電変換手段（６ａ−６ｅ）からそれぞれ出力さ
   れる各受信信号を結合し１個の受信信号を出力する結合
   手段（３４）とを備えたことを特徴とする光制御型受信
   フェーズドアレーアンテナ。
4. 【請求項４】情報信号を含む受信信号を受信する複数の
   アンテナ（３２ａ−３２ｅ）と、 コヒーレントな光信号を出力する光信号出力手段（１）
   と、 上記光信号出力手段（１）から出力される光信号を２個
   の光信号に分配する第１の分配手段（１２）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される一方の光信
   号を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段（１
   ３）と、 上記第１の分配手段（１２）から出力される他方の光信
   号を上記受信信号と同一の周波数だけ周波数偏移させる
   第１の光周波数シフタ手段（１４）と、 上記第１の光周波数シフタ手段（１４）から出力される
   光信号を上記複数の第２の光信号に分配する第３の分配
   手段（１５）と、 上記第２の分配手段（１３）から出力される複数の第１
   の光信号を上記各アンテナ（３２ａ−３２ｅ）から出力
   される複数の受信信号の周波数だけそれぞれ周波数偏移
   させる複数の第２の光周波数シフタ手段（１４ａ−１４
   ｅ）と、 上記各第２の光周波数シフタ手段（１４ａ−１４ｅ）か
   ら出力される複数の第１の光信号を入力されるフェーズ
   ドアレーアンテナのビーム方向に対応した各移相量だけ
   それぞれ移相させる複数の光移相手段（１６ａ−１６
   ｅ）と、 上記各光移相手段（１６ａ−１６ｅ）から出力される各
   第１の光信号と、上記各第１の光信号に対応し上記第３
   の分配手段（１５）から出力される各第２の光信号とを
   それぞれ合波する複数の合波手段（１８ａ−１８ｅ）
   と、 上記各合波手段（１８ａ−１８ｅ）から出力される各光
   信号を検波し上記受信信号内の情報信号をそれぞれ出力
   する複数の光電変換手段（６ａ−６ｅ）と、 上記各光電変換手段（６ａ−６ｅ）からそれぞれ出力さ
   れる各情報信号を結合し１個の情報信号を出力する結合
   手段（３４）とを備えたことを特徴とする光制御型受信
   フェーズドアレーアンテナ。