JPH09292423A - 電磁波受信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストの高騰を抑え，広帯域で機能するシス
テムとしての電磁波受信システムを提供する。 【解決手段】 入射した光が，印加される電界強度に依
存して，強度が変化して出射し，それぞれの周波数帯域
を有する複数個のセンサヘッドを用い，偏波面が互いに
垂直な二つの直線偏光を出射する単一光源の出射光を，
それぞれの直線偏光に分離して，個々のセンサヘッドの
入射光とする構成とする電磁波受信システムである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，放送電波等特定の
周波数の信号電波を検出するアンテナとしても機能する
ＲＦ信号受信システム，およびＥＭＣ分野で電波や電磁
ノイズの特性測定に用いる計測器，とくに空間を伝搬す
る電磁波の電界強度を測定するための電界センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】情報の多様化は，広帯域周波数の電波の
利用を促進し，電磁波受信システム，とりわけ，ＲＦ信
号受信システムの重要性は益々増大しつつある。またＥ
ＭＣ分野においては，コンピュータ等の情報機器や通信
機器，ロボット等のＦＡ機器，自動車，鉄道等の制御器
など多くの電気機器は，互いに外部からの電磁ノイズに
よって誤動作などの影響を受ける危険を常にもってい
る。したがって，ＥＭＣ分野においては，外部の電磁環
境や影響を及ぼすようなノイズの大きさ，また自らが発
生するノイズ等を正確に測定することが重要となってい
る。

【０００３】従来，上述のような電磁ノイズの測定に
は，次の（ａ），（ｂ），及び（ｃ）の三つの方法が採
られてきた。

【０００４】（ａ）通常のアンテナを用いて受信し，同
軸ケーブルで測定器まで導く方法，（ｂ）アンテナを用
いて受信した信号を検波して，光信号に変換し光ファイ
バで測定器まで導く方法，および（ｃ）印加される電界
強度に応じて透過光の強度が変化するように構成された
光学素子を用いて電界強度変化を光強度変化に変換し，
上記光学素子と光源および測定器に接続された光検出器
間を光ファイバで接続する方法である。これらの中で，
（ａ）のアンテナを用いる方法が最も一般的であるが，
同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分布が
乱れてしまったり，ケーブル途中からのノイズ混入の恐
れがあるなど問題があったため，光ファイバを用いた
（ｂ）及び（ｃ）の方法が開発されている。

【０００５】上記の方法のうち（ｂ）の方法は，ダイオ
ードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて
光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くものであ
るが，センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とす
るため，ある大きさの金属部分が存在し，かつ，形状も
大きくなってしまう。また，電界の検出感度が低く応答
速度が遅いという欠点がある。

【０００６】一方，上述した（ｃ）の方法では電界強度
を透過光の強度変化に変換する光学素子として電気光学
効果を有する結晶を用いている。その素子構造として
は，小型アンテナを接続し，光ファイバの出射光をレン
ズで平行光として結晶中を通過させ，結晶中の電界によ
り偏光状態を変化させ，検光子をとおした後再び光ファ
イバに結合するバルク素子と，結晶上に設けた光導波路
により上記光学素子を構成する導波路型素子がある。通
常，導波路型の方がバルク型よりも１０倍以上検出感度
が高い。また，導波路型素子の基板結晶には電気光学定
数の高いニオブ酸リチウム単結晶が一般に使われてい
る。

【０００７】図６は従来の電磁波受信システムの概略構
成を示すブロック図である。図７は図６の電磁波受信シ
ステムに用いられるセンサヘッドの構成を示す斜視図で
ある。図において矢印付きの破線は，光が伝搬の向き示
す（以下同じ）。

【０００８】図６を参照すると，従来の電磁波受信シス
テムは，偏波面保持ファイバ３１を介して接続された光
源１４と，光源１４に偏波面保持ファイバ３１を介して
光入射側に接続された光サーキュレータ２１とを備えて
いる。また，光サーキュレータ２１の出射及び入射側
に，偏波面保持ファイバ３１を介して接続されたセンサ
ヘッド１を備えている。このセンサヘッド１は，電磁波
を受信するアンテナ４１に接続されている。また，光サ
ーキュレータ２１の光出射側には，シングルモードファ
イバ３２を介して接続された光検出器１７を備えてい
る。

【０００９】図７を参照すると，センサヘッド１は，ｃ
軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム単結晶基板５０
と，このニオブ酸リチウム単結晶基板５０上に形成され
た入射光導波路５１及びそこから分岐して結合した位相
シフト光導波路５２と，これら２本の位相シフト光導波
路５２の夫々の他端に形成された反射部５６とを備えて
いる。入射光導波路５１の入射端には偏波面保持ファイ
バ３１が結合されている。また，位相シフト光導波路５
２上には一対の変調電極５７が設置され，アンテナ４１
（図６参照）に接続されている。

【００１０】図６及び図７を参照して，電磁波受信シス
テムの動作について説明する。まず，光源１４から偏波
面保持ファイバ３１を通った光は，入射光導波路５１に
入射した後，二つの位相シフト光導波路５２にエネルギ
ーが分割され，反射部５６で反射し，再び入射光導波路
５１を通って出射される。電界が印加された場合，アン
テナ４１により変調電極５７に電圧が誘起されて位相シ
フト光導波路５２中には深さ方向に互いに反対向きの電
界成分が生じる。この結果，電気光学効果により屈折率
変化が生じて位相シフト光導波路５２を伝搬する光波間
には印加電界の大きさに応じた位相差が変化する。すな
わち，印加電界強度に応じて偏波面保持ファイバ３１に
出射する出射光の強度は変化することになり，その光強
度変化を光検出器１７で測定することにより印加電界の
強度を測定できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，光導波
路素子をセンサヘッドとするこの種の電磁波受信システ
ムにしても，単一のセンサヘッドによって広帯域にわた
って一様な周波数特性と優れたＳ／Ｎ特性を満たすこと
は困難である。とくに特定周波数に対して共振によって
Ｑを高めた状態では，帯域が狭くなることが余儀なくさ
れる。

【００１２】各帯域を分担するためにこれらの電磁波受
信システムを複数基設置することは，設置及び維持のコ
ストを勘案すると得策ではなく，その打開策が求められ
てきた。

【００１３】そこで，本発明の技術的課題は，コストの
高騰を抑え，広帯域で機能するシステムとしての電磁波
受信システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，印加さ
れる電界強度に依存して入射する光の強度を変化させて
出射する電磁波受信システムにおいて，偏波面が互いに
垂直な二つの直線偏光を出射する光出射部と，前記二つ
の直線偏光を，それぞれの直線偏光に分離する偏光分離
器と，入射した前記直線偏光をアンテナを通して印加さ
れる電界の強度に依存して変調し出射するセンサヘッド
部と，前記センサヘッド部から出射された光を検出する
受光器とを備えていることを特徴とする電磁波受信シス
テムが得られる。

【００１５】また，本発明によれば，前記電磁波受信シ
ステムにおいて，前記センサヘッド部は，複数個のアン
テナに夫々接続された複数個のセンサヘッドを備えてい
ることを特徴とする電磁波受信システムが得られる。

【００１６】また，本発明によれば，前記電磁波受信シ
ステムにおいて，前記センサヘッド部は，前記分離され
た二つの直線偏光を夫々入射する一対のセンサヘッドを
備えていることを特徴とする電磁波受信システムが得ら
れる。

【００１７】また，本発明によれば，前記いずれかの電
磁波受信システムにおいて，前記センサヘッドは，反射
型のセンサヘッドであり，前記センサヘッドと前記偏向
分離器との間の光路に，光サーキュレータを備え，前記
センサヘッド部からの出射光は，前記光サーキュレータ
を介して前記受光器に入射することを特徴とする電磁波
受信システムが得られる。

【００１８】また，本発明によれば，前記いずれかの電
磁波受信システムにおいて，前記センサヘッドは，透過
型のセンサヘッドであることを特徴とする電磁波受信シ
ステムが得られる。

【００１９】また，本発明によれば，前記いずれかの電
磁波受信システムにおいて，前記光出射部は，偏波面が
互いに垂直となる第１及び第２の直線偏光を夫々出射す
る第１及び第２の光源と，前記第１及び第２の光源に偏
波保持ファイバーを介して接続され，前記第１及び第２
の直線偏光から偏波面が互いに垂直な二つの直線偏光に
変換する光結合器とを備えていることを特徴とする電磁
波受信システムが得られる。

【００２０】尚，本発明においては，このシステムの偏
光分離器に入射する前に，偏波面が互いに垂直な二つの
直線偏光を分岐することによって，四つのセンサヘッド
を有する電磁波受信システムを可能とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２２】図１は，本発明の第１の実施の形態による
電磁波受信システムの構成を概略的に示す図である。図
１に示すように，光出射部としての光源１１は，偏波面
が互いに垂直をなす二つの直線偏光を出射し，シングル
モード光ファイバ３２を介して，偏光分離２５入射し，
偏光分離器２５によってそれぞれ個々の直線偏光に分け
られる。図には，偏波面の方向を矢印を付した実線を示
してある（以下，他の図面も同様に偏波面の方向を矢印
を付した実線で示す）。その後，それぞれの直線偏光
は，夫々光サーキュレータ２１，２２を通って，偏波面
保持ファイバー３１を介して，センサヘッド部であるセ
ンサヘッド１，２に夫々入射する。センサヘッド（偏波
依存型）１，２は，先に説明した図７に示す従来の構成
と同様の，いわゆる反射型のセンサヘッドによって構成
されている。ここで，図７を再び参照して，それぞれの
センサヘッド１，２の夫々の変調電極５７には，夫々の
アンテナ４１，４２によって誘導された夫々の信号電圧
が印加される。この種のセンサヘッド１，２の動作原理
は，すでに従来技術において説明したので省略する。こ
れら二つのセンサヘッド１，２の出射光は，それぞれ光
サーキュレータ２１，２２を経由して，シングルファイ
バ３２を介して夫々の光検出器１７，１８で検出され
る。ここで，二つのセンサヘッド１，２は，受信帯域が
相異なるように構成されている。すなわち，センサヘッ
ド１はＶＨＦ１〜３チャンネル用，センサヘッド２はＶ
ＨＦ４〜１２チャンネル用とした。

【００２３】したがって，従来技術における単一のセン
サヘッドに無理に求められてきた広帯域受信を，本発明
の第１の実施の形態では，単一システムに二つのセンサ
ヘッド１，２を用いることによって，コスト高騰を抑え
た。

【００２４】なお，偏波無依存型光サーキュレータ（１
台）を光源１１のすぐ後に設置（光サーキュレータ２
１，２２を除く）し，センサヘッド１，２より反射し，
戻ってきた光を偏波無依存型光サーキュレータにより光
検出器トータルとしての感度が低下する。

【００２５】図２は，本発明の第２の実施の形態による
電磁波受信システムの構成を概略的に示す図であり，第
１の実施の形態と同様の技術思想にもとづき，センサヘ
ッド部の反射型のセンサヘッドの代わりに，透過型のセ
ンサヘッド５，６を用いて構成された電磁波受信システ
ムを示している。図３は，図２の透過型センサヘッドの
具体的構成を示す斜視図である。図３に示すように，第
１の実施の形態及び従来技術において示した反射型のセ
ンサヘッド１，２とは異なり，光サーキュレータを備え
ておらず，変調された光は出射光導波路５３を通り，そ
の出射端に接続されたシングルモードファイバ３２を経
由して光検出器１７，１８で検出される。第２の実施の
形態による電磁波受信システムも第１の実施の形態の場
合と同様に，二つのセンサヘッド５，６の受信帯域を分
担させることが可能である。

【００２６】図４は，本発明の実施の形態による電磁波
受信システムの構成を概略的に示す図である。本発明の
第３の実施の形態による電磁波受信システムには，四つ
のセンサヘッド１，２，３，及び４を用いる。光出射部
としての光源１１は，偏波面が互いに垂直をなす二つの
直線偏光を出射する。この出射光は，二つの直線偏光の
状態で，まず，光分岐器２７によって二つに分岐され
る。その後は，それぞれの分岐光ごとに，第１の実施の
形態と同様に，夫々の偏光分離器２５，２６によってそ
れぞれ個々の直線偏光に分けられ，それぞれに光サーキ
ュレータ２１，２２，２３，２４を通って，センサヘッ
ド部であるセンサヘッド１，２，３，４に入射する。各
センサヘッド１，２，３，４からの出射光は，それぞれ
光検出器１７，１８，１９，２０で検出される。

【００２７】ここで，四つのセンサヘッド１，２，３，
４は，それぞれＶＨＦ１〜３チャンネル用，ＶＨＦ４〜
１２チャンネル用，ＵＦＨ１３〜３０チャンネル用，お
よびＵＨＦ３１〜４８チャンネル用とし，受信帯域が相
異なるようにした。単一センサヘッドで広い帯域を受信
していた従来方式に比べ，それぞれのセンサヘッドの受
信帯域を絞り込むことによって，比較的狭い帯域での共
振を有効に利用することが可能となり，全体として広帯
域にわたって一様な周波数特性と優れたＳ／Ｎ特性を満
たすことが可能となる。

【００２８】なお，センサヘッドを透過型とすること
も，あるいは，透過型と反射型をともに使うことも，構
成上の多少の相違があるが，実現の上に全く問題はない
ことは，第１又は第２の実施の形態の説明から明白であ
る。

【００２９】図５は，本発明の第４の実施の形態による
電磁波受信システムの構成を概略的に示す図である。図
５を参照すると，第４の実施の形態による電磁波受信シ
ステムでは，出射光が直線偏光である二つの第１及び第
２の光源１２，１３を用い，これら二つの出射直線偏光
の偏波面が互いに直交するように光結合器２８で結合し
て，システムの光出射部をなしている。個々の第１及び
第２の光源１２，１３からの出射光は，それぞれ偏波面
保持ファイバ３１を経由して光結合器２８で結合され
る。光結合器２８以降の構成は，第１の実施の形態と同
様である。光源をこのような構成とすることによって，
コストパフォーマンスの優れた電磁波受信システム，特
に，ＲＦ信号受信システムを実現することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように，本発明において
は，単一のセンサヘッドが広帯域の受信をするように技
術的困難を含んで構成されてきた電磁波受信システムか
ら，それぞれの帯域を有する複数のセンサヘッドで分担
して受信する構成としたので，本発明による電磁波受信
システムは，受信システムに要求される広い帯域にわた
って優れた周波数特性とＳ／Ｎ特性を示し，かつ設置お
よび維持コストにおいても，優れた電磁波受信システム
を提供することができる。

【００３１】なお，本発明による電磁波受信システム
は，中継システムとしての用途にも応え得る機能を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による電磁波受信シ
ステムの構成を概略的に示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による電磁波受信シ
ステムの構成を概略的に示す図である。

【図３】図２の電磁波受信システムの透過型センサヘッ
ドの構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態による電磁波受信シ
ステムの構成を概略的に示す図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態による電磁波受信シ
ステムの構成を概略的に示す図である。

【図６】従来の電磁波受信システムの構成を示す図であ
る。

【図７】電磁波受信システムに用いられるセンサヘッド
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１，２，３，４ センサヘッド ５，６ センサヘッド １１，１４ 光源 １２ 第１の光源 １３ 第２の光源 １７，１８，１９，２０ 光検出器 ２１，２２，２３，２４ 光サーキュレータ ２５，２６ 偏光分離器 ２７ 光分岐器 ２８ 光結合器 ３１ 偏波面保持ファイバ ３２ シングルモード光ファイバ ４１，４２，４３，４４ アンテナ ５０ 基板 ５１ 入射光導波路 ５２ 位相シフト光導波路 ５３ 出射光導波路 ５６ 反射部 ５７ 変調電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加される電界強度に依存して入射する
   光の強度を変化させて出射する電磁波受信システムにお
   いて，偏波面が互いに垂直な二つの直線偏光を出射する
   光出射部と，前記二つの直線偏光を，それぞれの直線偏
   光に分離する偏光分離器と，入射した前記直線偏光をア
   ンテナを通して印加される電界の強度に依存して変調し
   出射するセンサヘッド部と，前記センサヘッド部から出
   射された光を検出する受光器とを備えていることを特徴
   とする電磁波受信システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁波受信システムにお
   いて，前記センサヘッド部は，複数個のアンテナに夫々
   接続された複数個のセンサヘッドを備えていることを特
   徴とする電磁波受信システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁波受信システムにお
   いて，前記センサヘッド部は，前記分離された二つの直
   線偏光を夫々入射する一対のセンサヘッドを備えている
   ことを特徴とする電磁波受信システム。
4. 【請求項４】 請求項２又は３の内のいずれかに記載の
   電磁波受信システムにおいて，前記センサヘッドは，反
   射型のセンサヘッドであり，前記センサヘッドと前記偏
   向分離器との間の光路に，光サーキュレータを備え，前
   記センサヘッド部からの出射光は，前記光サーキュレー
   タを介して前記受光器に入射することを特徴とする電磁
   波受信システム。
5. 【請求項５】 請求項２又は３の内のいずれかに記載の
   電磁波受信システムにおいて，前記センサヘッドは，透
   過型のセンサヘッドであることを特徴とする電磁波受信
   システム。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の内のいずれかに記載の
   電磁波受信システムにおいて，前記光出射部は，偏波面
   が互いに垂直となる第１及び第２の直線偏光を夫々出射
   する第１及び第２の光源と，前記第１及び第２の光源に
   偏波保持ファイバーを介して接続され，前記第１及び第
   ２の直線偏光から偏波面が互いに垂直な二つの直線偏光
   に変換する光結合器とを備えていることを特徴とする電
   磁波受信システム。