JPH0990451A - 高周波マトリクス回路 - Google Patents
高周波マトリクス回路Info
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- JPH0990451A JPH0990451A JP25035295A JP25035295A JPH0990451A JP H0990451 A JPH0990451 A JP H0990451A JP 25035295 A JP25035295 A JP 25035295A JP 25035295 A JP25035295 A JP 25035295A JP H0990451 A JPH0990451 A JP H0990451A
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- signal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の入力ポートと出力ポートを有する高周
波マトリクス回路に関し、軽量小型で大規模化に適する
とともに、広帯域な高周波信号の処理が可能な高周波マ
トリクス回路の実現を課題とする。 【解決手段】 高周波信号を一旦光波信号に変換し、光
学素子により構成した回路により信号の分配合成と位相
の設定を行ない、その後、光信号を電気信号に再変換す
るように構成する。
波マトリクス回路に関し、軽量小型で大規模化に適する
とともに、広帯域な高周波信号の処理が可能な高周波マ
トリクス回路の実現を課題とする。 【解決手段】 高周波信号を一旦光波信号に変換し、光
学素子により構成した回路により信号の分配合成と位相
の設定を行ない、その後、光信号を電気信号に再変換す
るように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本装置は高周波回路網に関
し、入力ポートと出力ポートの間に特定の位相関係を有
する高周波信号を得るために用いるものであって、複数
の入力ポートと出力ポートを有する高周波マトリクス回
路に係る。
し、入力ポートと出力ポートの間に特定の位相関係を有
する高周波信号を得るために用いるものであって、複数
の入力ポートと出力ポートを有する高周波マトリクス回
路に係る。
【０００２】
【従来の技術】高周波マトリクス回路の１つに「バトラ
ーマトリクス」がある。バトラーマトリクスは、参考文
献 J.Butler and R.Lowe,“Beam-Forming Matrix Simp
lifiesDesign of Electronically Scanned Antennas
”，Electronic Design ，Vol.9,pp.170-173,Apr. 196
1. に説明されている。
ーマトリクス」がある。バトラーマトリクスは、参考文
献 J.Butler and R.Lowe,“Beam-Forming Matrix Simp
lifiesDesign of Electronically Scanned Antennas
”，Electronic Design ，Vol.9,pp.170-173,Apr. 196
1. に説明されている。
【０００３】これは、複数の入力ポートと出力ポートを
有する高周波マトリクス回路で、特定のポートから入力
する高周波信号をすべての出力ポートに等しい強度で分
配し、等差数列で表わされる位相関係を持つ信号を出力
する機能を有する。異なる入力ポートに信号を入力すれ
ば、別の位相関係を満たす信号が得られる。
有する高周波マトリクス回路で、特定のポートから入力
する高周波信号をすべての出力ポートに等しい強度で分
配し、等差数列で表わされる位相関係を持つ信号を出力
する機能を有する。異なる入力ポートに信号を入力すれ
ば、別の位相関係を満たす信号が得られる。
【０００４】図６は、従来の高周波回路技術により構成
した８入力８出力のバトラーマトリクスを示したもので
ある。回路は、高周波信号入力ポート１０１1 〜１０１
8 、（１Ｌ，１Ｒ，……４Ｌ，４Ｒ）、高周波信号９０
°ハイブリッド１０２1 〜１０２12、固定移相器１０３
1 〜１０３16、高周波信号出力ポート１０４1 〜１０４
8 、（Ａ〜Ｈ）より構成されている。
した８入力８出力のバトラーマトリクスを示したもので
ある。回路は、高周波信号入力ポート１０１1 〜１０１
8 、（１Ｌ，１Ｒ，……４Ｌ，４Ｒ）、高周波信号９０
°ハイブリッド１０２1 〜１０２12、固定移相器１０３
1 〜１０３16、高周波信号出力ポート１０４1 〜１０４
8 、（Ａ〜Ｈ）より構成されている。
【０００５】信号を入力ポート１０１1 〜１０１8 の１
つに与えると、信号は高周波信号９０°ハイブリッドに
より分配され、次いで固定移相器により位相が設定され
る。この繰り返しにより、出力ポートには特定の位相関
係を有する信号が現われる。
つに与えると、信号は高周波信号９０°ハイブリッドに
より分配され、次いで固定移相器により位相が設定され
る。この繰り返しにより、出力ポートには特定の位相関
係を有する信号が現われる。
【０００６】各入力ポートに対する出力信号の位相関係
を“表１”に示す。例えば、入力ポート１０１1 （１Ｌ
ポート）に対する出力には、隣接ポートの位相差がπ／
８である位相関係を有する信号が出力される。
を“表１”に示す。例えば、入力ポート１０１1 （１Ｌ
ポート）に対する出力には、隣接ポートの位相差がπ／
８である位相関係を有する信号が出力される。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図６に示した高周波回
路のバトラーマトリクスには、以下に記すような問題点
がある。
路のバトラーマトリクスには、以下に記すような問題点
がある。
【０００９】（１）高周波回路のコンポーネントは高周
波信号の波長のオーダの大きさを持つため、回路はかな
り大きなものとなる。
波信号の波長のオーダの大きさを持つため、回路はかな
り大きなものとなる。
【００１０】（２）ハイブリッドや固定移相器は規定の
経路長の信号線路から構成されているので周波数特性が
平坦とはならないから、広帯域な回路を実現することは
本質的に困難である。
経路長の信号線路から構成されているので周波数特性が
平坦とはならないから、広帯域な回路を実現することは
本質的に困難である。
【００１１】（３）バトラーマトリクスは信号結線に交
差を必要とする。入出力端子数の増加とともに交差の数
も増加するので、実現できるマトリクスの回路規模には
限度がある。
差を必要とする。入出力端子数の増加とともに交差の数
も増加するので、実現できるマトリクスの回路規模には
限度がある。
【００１２】本発明は上述のような従来の課題を解決す
るために成されたものであって、光回路技術を取り入れ
ることにより、軽量小型で大規模化に適するとともに広
帯域な高周波信号の処理を可能とするバトラーマトリク
スを実現することを目的としている。
るために成されたものであって、光回路技術を取り入れ
ることにより、軽量小型で大規模化に適するとともに広
帯域な高周波信号の処理を可能とするバトラーマトリク
スを実現することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は高周波信号をい
ったん光波信号に変換し、光学素子により構成した回路
により信号の分配合成ならびに位相の設定を行ない、そ
の後光信号を電気信号に再変換する構成を採ることによ
り、前述の課題を解決するものである。
ったん光波信号に変換し、光学素子により構成した回路
により信号の分配合成ならびに位相の設定を行ない、そ
の後光信号を電気信号に再変換する構成を採ることによ
り、前述の課題を解決するものである。
【００１４】すなわち、請求項１の発明は、２ｎ個の高
周波信号入力ポートを有し、高周波信号を入力とし、高
周波信号の周波数スペクトルの形を保存して重畳した信
号光と、局部発振光とを互いに直交する偏波の状態で多
重して出力する２ｎ個のＥＯ変換手段があり、
周波信号入力ポートを有し、高周波信号を入力とし、高
周波信号の周波数スペクトルの形を保存して重畳した信
号光と、局部発振光とを互いに直交する偏波の状態で多
重して出力する２ｎ個のＥＯ変換手段があり、
【００１５】その出力を、２入力２出力の光カプラをｎ
個並列に配置して構成した、２ｎ個の入力ポートと出力
ポートを有する光カプラアレーに接続し、その出力を、
２ｎ個の光移相器を並列に配置して構成した光移相器の
アレーに接続して、各々の移相器において信号光と局発
光の間に位相差を与え、
個並列に配置して構成した、２ｎ個の入力ポートと出力
ポートを有する光カプラアレーに接続し、その出力を、
２ｎ個の光移相器を並列に配置して構成した光移相器の
アレーに接続して、各々の移相器において信号光と局発
光の間に位相差を与え、
【００１６】その出力を、２ｎ個の入力ポートと出力ポ
ートを有し、入力ポートと出力ポートを１対１に接続す
る光インタコネクション手段に接続し、その出力を、新
たな光カプラアレー、光インタコネクション手段、光移
相器のアレー、光インタコネクション手段に接続するこ
とを少なくとも更に１回繰り返し、
ートを有し、入力ポートと出力ポートを１対１に接続す
る光インタコネクション手段に接続し、その出力を、新
たな光カプラアレー、光インタコネクション手段、光移
相器のアレー、光インタコネクション手段に接続するこ
とを少なくとも更に１回繰り返し、
【００１７】その出力を、ｎ個の光カプラより成る光カ
プラアレーに接続し、その出力を、それぞれ２ｎ個の直
交する偏光を合成する手段に接続し、その出力を、それ
ぞれ２ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、２ｎ個の高周波信
号出力ポートから高周波信号を取り出すように構成した
高周波マトリクス回路である。
プラアレーに接続し、その出力を、それぞれ２ｎ個の直
交する偏光を合成する手段に接続し、その出力を、それ
ぞれ２ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、２ｎ個の高周波信
号出力ポートから高周波信号を取り出すように構成した
高周波マトリクス回路である。
【００１８】
【作用】以下、本発明における基本要素技術である、光
ヘテロダイン法を適用した高周波電気信号の位相制御
法、ならびに、光波信号の合成分配について説明する。
ヘテロダイン法を適用した高周波電気信号の位相制御
法、ならびに、光波信号の合成分配について説明する。
【００１９】図３は、光ヘテロダイン法を適用して高周
波電気信号の位相を制御する系の基本構成を示したもの
である。入力する高周波信号をｃｏｓωrfｔとすると
き、高周波信号ＥＯ変換手段によりｃｏｓ（ωopt ＋ω
rf）ｔなる光信号に変換される。ここで、ωrfは高周波
信号の角周波数を、ωopt は光源の光角周波数を表わし
ている。
波電気信号の位相を制御する系の基本構成を示したもの
である。入力する高周波信号をｃｏｓωrfｔとすると
き、高周波信号ＥＯ変換手段によりｃｏｓ（ωopt ＋ω
rf）ｔなる光信号に変換される。ここで、ωrfは高周波
信号の角周波数を、ωopt は光源の光角周波数を表わし
ている。
【００２０】ＥＯ変換された出力ｃｏｓ（ωopt ＋
ωrf）ｔは、一般には、高周波信号の信号スペクトルを
そのままの形に保って高周波信号が光信号に重畳するこ
とを意味している。この意味で、以下では、この信号を
「信号光」と呼ぶ。また、ＥＯ変換手段は同時に「局発
光」としてｃｏｓωopt なる光波信号も出力している。
ωrf）ｔは、一般には、高周波信号の信号スペクトルを
そのままの形に保って高周波信号が光信号に重畳するこ
とを意味している。この意味で、以下では、この信号を
「信号光」と呼ぶ。また、ＥＯ変換手段は同時に「局発
光」としてｃｏｓωopt なる光波信号も出力している。
【００２１】ＥＯ変換手段の出力は、図３に示すよう
に、信号光１０５と局発光１０６をそれぞれ直交する直
線偏波で出力し、回路内において同一経路を伝搬させ
る。図では、ＸＹＺ直交座標系１０７において光波の伝
搬方向をＺ軸とするとき、信号光をＸ軸に平行な直線偏
波、局発光をＹ軸に平行な直線偏波に割り当てて伝送し
ている。
に、信号光１０５と局発光１０６をそれぞれ直交する直
線偏波で出力し、回路内において同一経路を伝搬させ
る。図では、ＸＹＺ直交座標系１０７において光波の伝
搬方向をＺ軸とするとき、信号光をＸ軸に平行な直線偏
波、局発光をＹ軸に平行な直線偏波に割り当てて伝送し
ている。
【００２２】伝送路中には複屈折性を有する光学素子
（複屈折性光学素子１０８）が挿入されている。複屈折
は偏波により屈折率が異なる性質である。複屈折光学素
子は２つの光軸を有するが、光軸と一致する直線偏波の
光については入射波と出射波は同一偏波で、それぞれ異
なる位相遅れが与えられる。図では、２つの光軸をＸＹ
Ｚ直交座標系１０７のＸ軸とＹ軸に一致させて複屈折性
光学素子を置いている。
（複屈折性光学素子１０８）が挿入されている。複屈折
は偏波により屈折率が異なる性質である。複屈折光学素
子は２つの光軸を有するが、光軸と一致する直線偏波の
光については入射波と出射波は同一偏波で、それぞれ異
なる位相遅れが与えられる。図では、２つの光軸をＸＹ
Ｚ直交座標系１０７のＸ軸とＹ軸に一致させて複屈折性
光学素子を置いている。
【００２３】複屈折性光学素子のＸ軸に平行な直線偏波
の屈折率をｎX 、Ｙ軸に平行な直線偏波の屈折率をｎY
とするとき、複屈折性光学素子の透過により信号光と局
発光は異なる位相の遅れを受け、信号はそれぞれ、ｃｏ
ｓ｛（ωopt ＋ωrf）ｔ−ｋｎy ｄ｝，ｃｏｓ｛ωopt
ｔ−ｋｎx ｄ｝となる。ただし、ｋは真空中の光波の波
数、ｄは複屈折性光学素子の光波伝搬方向の厚さを表わ
している。
の屈折率をｎX 、Ｙ軸に平行な直線偏波の屈折率をｎY
とするとき、複屈折性光学素子の透過により信号光と局
発光は異なる位相の遅れを受け、信号はそれぞれ、ｃｏ
ｓ｛（ωopt ＋ωrf）ｔ−ｋｎy ｄ｝，ｃｏｓ｛ωopt
ｔ−ｋｎx ｄ｝となる。ただし、ｋは真空中の光波の波
数、ｄは複屈折性光学素子の光波伝搬方向の厚さを表わ
している。
【００２４】上述の異なる位相変化が与えられた信号光
と局発光は、複屈折性光学素子に後置された検光子１０
９により合成される。合成された信号を二乗検波するこ
とにより、信号光と局発光のビート成分として高周波信
号を取り出すことが可能で、この信号はＡｃｏｓ｛ωrf
ｔ−ｋ（ｎy −ｎx ）ｄ｝と書ける。
と局発光は、複屈折性光学素子に後置された検光子１０
９により合成される。合成された信号を二乗検波するこ
とにより、信号光と局発光のビート成分として高周波信
号を取り出すことが可能で、この信号はＡｃｏｓ｛ωrf
ｔ−ｋ（ｎy −ｎx ）ｄ｝と書ける。
【００２５】ただし、Ａは高周波信号の振幅を表わして
いる。出力された高周波信号は、入力高周波信号ｃｏｓ
ωrfｔに対して位相がｋ（ｎy −ｎx ）ｄ遅れたもので
あり、系は移相器として動作していることが分かる。単
に固定的な移相を与えればよい場合には、厚さｄを調整
した複屈折性光学素子を用いればよい。
いる。出力された高周波信号は、入力高周波信号ｃｏｓ
ωrfｔに対して位相がｋ（ｎy −ｎx ）ｄ遅れたもので
あり、系は移相器として動作していることが分かる。単
に固定的な移相を与えればよい場合には、厚さｄを調整
した複屈折性光学素子を用いればよい。
【００２６】複屈折率を可変とする複屈折性光学素子を
用いれば、可変の高周波信号の移相器となる。そのよう
な素子として、電界制御複屈折型（ＥＣＢモード）ネマ
ティック液晶素子が知られている。ＥＣＢモードネマテ
ィック液晶素子を用いれば、例えばｎX は常に一定であ
るが、液晶に加える電圧によりｎy の値を変化させるこ
とができる。
用いれば、可変の高周波信号の移相器となる。そのよう
な素子として、電界制御複屈折型（ＥＣＢモード）ネマ
ティック液晶素子が知られている。ＥＣＢモードネマテ
ィック液晶素子を用いれば、例えばｎX は常に一定であ
るが、液晶に加える電圧によりｎy の値を変化させるこ
とができる。
【００２７】すなわち、ｋ（ｎy −ｎx ）ｄの値を制御
できるので、系は可変移相器として動作する。以上に説
明した原理に基づき、図３に示した構成により高周波信
号の移相を光波信号として行なうことができる。
できるので、系は可変移相器として動作する。以上に説
明した原理に基づき、図３に示した構成により高周波信
号の移相を光波信号として行なうことができる。
【００２８】高周波のバトラーマトリクスのもう１つの
構成要素はハイブリッド（カプラ）である。光部品にも
これに相当する、定偏波ファイバカプラや光導波路上に
形成したカプラがある。光カプラは２つの入力と２つの
出力を有し、入力された光波の強度は２等分されそれぞ
れのポートに出力する。
構成要素はハイブリッド（カプラ）である。光部品にも
これに相当する、定偏波ファイバカプラや光導波路上に
形成したカプラがある。光カプラは２つの入力と２つの
出力を有し、入力された光波の強度は２等分されそれぞ
れのポートに出力する。
【００２９】２つの出力の位相に関し、９０°カプラで
は、クロスポートの出力の位相はストレートポートの出
力に対して９０°の遅れがある。上述の２つの組み合わ
せにより、高周波信号の位相制御を光波信号の領域で行
なうマトリクス回路網を実現できる。
は、クロスポートの出力の位相はストレートポートの出
力に対して９０°の遅れがある。上述の２つの組み合わ
せにより、高周波信号の位相制御を光波信号の領域で行
なうマトリクス回路網を実現できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の第１
の例を示したもので、光波信号処理を適用した高周波信
号を入出力とする８入力８出力のバトラーマトリクスで
あり、光平面回路を用いて構成したバトラーマトリクス
の例を示している。高周波信号は入力ポート１０１1 〜
１０１18のいずれかより入力され、それぞれ、ＥＯ変換
手段１１３1 〜１０３8 により光信号に変換される。
の例を示したもので、光波信号処理を適用した高周波信
号を入出力とする８入力８出力のバトラーマトリクスで
あり、光平面回路を用いて構成したバトラーマトリクス
の例を示している。高周波信号は入力ポート１０１1 〜
１０１18のいずれかより入力され、それぞれ、ＥＯ変換
手段１１３1 〜１０３8 により光信号に変換される。
【００３１】ＥＯ変換手段１１３1 〜１０３8 は作用の
項で説明したＥＯ変換手段と同様の機能を有するもの
で、入力高周波信号ｃｏｓωrfｔに対して、信号光ｃｏ
ｓ（ω opt ＋ωrf）ｔと局発光ωopt ｔを直交する偏波
の状態で出力する。
項で説明したＥＯ変換手段と同様の機能を有するもの
で、入力高周波信号ｃｏｓωrfｔに対して、信号光ｃｏ
ｓ（ω opt ＋ωrf）ｔと局発光ωopt ｔを直交する偏波
の状態で出力する。
【００３２】図４ならびに図５は、ＥＯ変換手段１１３
の構成の例を示している。図４において、レーザ光源１
１９は単一周波数・単一モードで連続発振し、コリメー
ト光を出射している。出射光線の偏光は紙面に垂直な直
線偏光であると仮定する。この光はハーフミラー１２０
ａにより２つの経路に分岐される。
の構成の例を示している。図４において、レーザ光源１
１９は単一周波数・単一モードで連続発振し、コリメー
ト光を出射している。出射光線の偏光は紙面に垂直な直
線偏光であると仮定する。この光はハーフミラー１２０
ａにより２つの経路に分岐される。
【００３３】ハーフミラー１２０ａを透過する経路の光
は、光周波数シフタ１２１に入射している。光周波数シ
フタには高周波信号が入力されており、入射光の光周波
数を電気信号の周波数分だけシフトした光を出射する。
は、光周波数シフタ１２１に入射している。光周波数シ
フタには高周波信号が入力されており、入射光の光周波
数を電気信号の周波数分だけシフトした光を出射する。
【００３４】入射光の角周波数をωopt 、高周波数の角
周波数をωrfとするとき、角周波数が（ωopt ＋ωrf）
なる光波が出力される。光周波数シフタ１２１の出力
は、ミラー１２２ａにより反射され、偏光ビームスプリ
ッタ１２４に入射している。
周波数をωrfとするとき、角周波数が（ωopt ＋ωrf）
なる光波が出力される。光周波数シフタ１２１の出力
は、ミラー１２２ａにより反射され、偏光ビームスプリ
ッタ１２４に入射している。
【００３５】ハーフミラー１２０ａにより反射されたも
う一方の経路の光波は、ミラー１２２ｂにより反射さ
れ、半波長板１２３に入射している。半波長板１２３に
より、光波の偏波は垂直偏光から水平偏光に変換され
る。２つの経路の光波は、偏光ビームスプリッタ１２４
により再び１つの経路に合成される。
う一方の経路の光波は、ミラー１２２ｂにより反射さ
れ、半波長板１２３に入射している。半波長板１２３に
より、光波の偏波は垂直偏光から水平偏光に変換され
る。２つの経路の光波は、偏光ビームスプリッタ１２４
により再び１つの経路に合成される。
【００３６】偏光ビームスプリッタ１２４の出射光は、
２つの異なる周波数の光波が直交した直線偏波で合成さ
れたもので、水平偏光の光波が角周波数ωopt 、垂直偏
光の光波が角周波数（ωopt ＋ωrf）となっている。こ
の出射光はファイバコリメータ１１８ａにより、定偏波
光ファイバ１２５に導かれている。
２つの異なる周波数の光波が直交した直線偏波で合成さ
れたもので、水平偏光の光波が角周波数ωopt 、垂直偏
光の光波が角周波数（ωopt ＋ωrf）となっている。こ
の出射光はファイバコリメータ１１８ａにより、定偏波
光ファイバ１２５に導かれている。
【００３７】図５は、ＥＯ変換手段１１３の他の構成の
例を示す図である。本構成においては、２つのレーザ光
源とフィードバック回路が用いられている。レーザ光源
１１９及び１１９ａは単一周波数単一モードで発振し、
直線偏光の光波を出射する。
例を示す図である。本構成においては、２つのレーザ光
源とフィードバック回路が用いられている。レーザ光源
１１９及び１１９ａは単一周波数単一モードで発振し、
直線偏光の光波を出射する。
【００３８】レーザ光源の出力は、定偏波ファイバカプ
ラ１１７に入力となっている。定偏波ファイバでは、あ
る１組の直交する直線偏波について、入力と出力の状態
で偏波が保存され伝送される。２つの偏波を、ここでは
仮にｘ偏波、ｙ偏波と呼ぶことにする。
ラ１１７に入力となっている。定偏波ファイバでは、あ
る１組の直交する直線偏波について、入力と出力の状態
で偏波が保存され伝送される。２つの偏波を、ここでは
仮にｘ偏波、ｙ偏波と呼ぶことにする。
【００３９】レーザとファイバの結合において、レーザ
光源１１９の出力をｘ偏波、レーザ光源１１９ｂの出力
をｙ偏波の状態になるように、定偏波ファイバカプラ１
１７の２つの入力ポートに加える。定偏波ファイバカプ
ラ１１７は偏波を保存して入力を２つに分岐するので、
２つの出力ポートにはレーザ光源１１９と１１９ａの出
力が直交した偏波の状態で現われる。
光源１１９の出力をｘ偏波、レーザ光源１１９ｂの出力
をｙ偏波の状態になるように、定偏波ファイバカプラ１
１７の２つの入力ポートに加える。定偏波ファイバカプ
ラ１１７は偏波を保存して入力を２つに分岐するので、
２つの出力ポートにはレーザ光源１１９と１１９ａの出
力が直交した偏波の状態で現われる。
【００４０】定偏波ファイバカプラ１１７の２つの出力
の１つはレーザ光源１１９ａをフィードバック制御する
目的で使われる。ファイバ中に装荷された検光子１０９
ａにより、ｘ偏波とｙ偏波が合成される。次いでＯＥ変
換手段１１６において、２つの信号のビート成分が取り
出される。
の１つはレーザ光源１１９ａをフィードバック制御する
目的で使われる。ファイバ中に装荷された検光子１０９
ａにより、ｘ偏波とｙ偏波が合成される。次いでＯＥ変
換手段１１６において、２つの信号のビート成分が取り
出される。
【００４１】ビート成分は電気信号で、レーザコントロ
ーラ１２６に入力される。レーザコントローラ１２６に
は、もう１つの入力として高周波信号入力ポート１０１
から高周波信号が加えられている。レーザコントローラ
１２６は両方の差分を検出し、それが常にゼロになるよ
うにレーザ光源１１９ａの注入電流や温度を制御する信
号を与えている。
ーラ１２６に入力される。レーザコントローラ１２６に
は、もう１つの入力として高周波信号入力ポート１０１
から高周波信号が加えられている。レーザコントローラ
１２６は両方の差分を検出し、それが常にゼロになるよ
うにレーザ光源１１９ａの注入電流や温度を制御する信
号を与えている。
【００４２】このようなフィードバックループによっ
て、レーザ光源１１９ａの出力には高周波電気信号が重
畳される。レーザ光源１１９の出射光の角周波数ωopt
を、入力高周波電気信号の角周波数ωrfとするとき、レ
ーザ光源１０１ａ出射光は角周波数（ωopt ＋ωrf）の
信号となっている。
て、レーザ光源１１９ａの出力には高周波電気信号が重
畳される。レーザ光源１１９の出射光の角周波数ωopt
を、入力高周波電気信号の角周波数ωrfとするとき、レ
ーザ光源１０１ａ出射光は角周波数（ωopt ＋ωrf）の
信号となっている。
【００４３】ＥＯ変換手段１１３1 〜１１３8 の出力
は、光平面回路１１４に入力される。信号光と局発光の
偏光に関して、ここでは仮に信号光は紙面に垂直な偏
光、局発光は紙面に水平な偏光であるとし、光平面回路
１１４には光信号はＴＭ波（光平面回路に垂直な偏波）
として、また、局発光はＴＥ波（光平面回路に水平な偏
波）として入射される。
は、光平面回路１１４に入力される。信号光と局発光の
偏光に関して、ここでは仮に信号光は紙面に垂直な偏
光、局発光は紙面に水平な偏光であるとし、光平面回路
１１４には光信号はＴＭ波（光平面回路に垂直な偏波）
として、また、局発光はＴＥ波（光平面回路に水平な偏
波）として入射される。
【００４４】光平面回路１１４の基板上には、９０°光
カプラ１１５1 〜１１５12複屈折性光学素子１０８1 〜
１０８16が形成または実装されており、それらが光導波
路により接続されている。１つの光カプラは２つずつの
入出力ポートを有しており、１つの入力ポートに加えた
光信号は２つの出力ポートに等分される。
カプラ１１５1 〜１１５12複屈折性光学素子１０８1 〜
１０８16が形成または実装されており、それらが光導波
路により接続されている。１つの光カプラは２つずつの
入出力ポートを有しており、１つの入力ポートに加えた
光信号は２つの出力ポートに等分される。
【００４５】クロスポートの出力においてＴＭ波はＴＥ
波に対して、９０°の位相遅れを生じる。複屈折性光学
素子は光導波路中に挿入されており、作用の項で述べた
方法によりＴＭ波（信号光）とＴＥ波（局発光）に位相
差を与える。
波に対して、９０°の位相遅れを生じる。複屈折性光学
素子は光導波路中に挿入されており、作用の項で述べた
方法によりＴＭ波（信号光）とＴＥ波（局発光）に位相
差を与える。
【００４６】複屈折性光学素子としては、水晶やポリイ
ミドを材料とする波長板や、ＥＣＢモード液晶素子が使
用可能である。ＥＣＢモード液晶素子を使う場合には、
与えるべき位相遅れは素子引加電圧に設定する。図には
ＴＭ波に与えるべき位相遅れを記している。
ミドを材料とする波長板や、ＥＣＢモード液晶素子が使
用可能である。ＥＣＢモード液晶素子を使う場合には、
与えるべき位相遅れは素子引加電圧に設定する。図には
ＴＭ波に与えるべき位相遅れを記している。
【００４７】回路は、光カプラのアレー部１３１、光移
相器のアレー部１３２、光インタコネクション部１３
３、光カプラのアレー部１３４、光インタコネクション
部１３５、光移相器のアレー部１３６、光インタコネク
ション部１３７、……、光カプラのアレー部１３８が順
に縦続接続された構成になっている。光インタコネクシ
ョン部は交差を含む結線を実現する。
相器のアレー部１３２、光インタコネクション部１３
３、光カプラのアレー部１３４、光インタコネクション
部１３５、光移相器のアレー部１３６、光インタコネク
ション部１３７、……、光カプラのアレー部１３８が順
に縦続接続された構成になっている。光インタコネクシ
ョン部は交差を含む結線を実現する。
【００４８】信号は光平面回路内を分配と位相の設定を
受けながら伝搬していく。光平面回路の出力端に置かれ
た検光子１０９の手前において、各入力ポートに対しＴ
Ｍ波（信号光）とＴＥ波（局発光）の位相差は表１に記
した値に設定されている。
受けながら伝搬していく。光平面回路の出力端に置かれ
た検光子１０９の手前において、各入力ポートに対しＴ
Ｍ波（信号光）とＴＥ波（局発光）の位相差は表１に記
した値に設定されている。
【００４９】検光子１０９により、ＴＥ波（局発光）と
ＴＭ波（信号光）は合成され、ＯＥ変換器１１６1 〜１
１６8 に入力される。ＯＥ変換器１１６1 〜１１６8 で
は、信号光と局発光のビート信号として、入力と同じ周
波数を有する高周波信号が取り出される。
ＴＭ波（信号光）は合成され、ＯＥ変換器１１６1 〜１
１６8 に入力される。ＯＥ変換器１１６1 〜１１６8 で
は、信号光と局発光のビート信号として、入力と同じ周
波数を有する高周波信号が取り出される。
【００５０】出力ポート１０４1 〜１０４8 において得
られる信号の位相関係は表１に記した値を満たしてい
る。図１に示した回路により、図６に示した高周波回路
により実現したバトラーマトリクスと全く同じ入出力関
係が実現される。
られる信号の位相関係は表１に記した値を満たしてい
る。図１に示した回路により、図６に示した高周波回路
により実現したバトラーマトリクスと全く同じ入出力関
係が実現される。
【００５１】図２は本発明の実施の形態の第２の例を示
したもので、図１に示した構成を定偏波ファイバカプラ
とバルクの複屈折性光学素子により実現したものであ
る。回路は同様に高周波信号は入力ポート１０１1 〜１
０１8 有し、それぞれはＥＯ変換手段１１３1 〜１１３
8 の入力となっている。
したもので、図１に示した構成を定偏波ファイバカプラ
とバルクの複屈折性光学素子により実現したものであ
る。回路は同様に高周波信号は入力ポート１０１1 〜１
０１8 有し、それぞれはＥＯ変換手段１１３1 〜１１３
8 の入力となっている。
【００５２】ＥＯ変換手段１１３1 〜１１３8 は高周波
信号が重畳した信号光と局発光を直交する偏波の状態で
出力する。ＥＯ変換手段の出力は定偏波ファイバカプラ
に入力している。ＥＯ変換手段については、先に図１に
基づいて説明した第１の例の場合と同様に、図４または
図５の構成を適用することができる。
信号が重畳した信号光と局発光を直交する偏波の状態で
出力する。ＥＯ変換手段の出力は定偏波ファイバカプラ
に入力している。ＥＯ変換手段については、先に図１に
基づいて説明した第１の例の場合と同様に、図４または
図５の構成を適用することができる。
【００５３】入力された光信号は初段の定偏波ファイバ
カプラ１１７1 〜１１７4 により二分され、ファイバコ
リメータ対１１８1 〜１１８8 に入力される。コリメー
タ対の間には、複屈折性光学素子１１５1 〜１１５8 が
挿入されており、直交する偏光の光波、すなわち信号光
と局発光の間に所定の位相差を与える。
カプラ１１７1 〜１１７4 により二分され、ファイバコ
リメータ対１１８1 〜１１８8 に入力される。コリメー
タ対の間には、複屈折性光学素子１１５1 〜１１５8 が
挿入されており、直交する偏光の光波、すなわち信号光
と局発光の間に所定の位相差を与える。
【００５４】出力光は次段の定偏波ファイバカプラ１１
７5 〜１１７8 の入力となり、コリメータ対１１８9 〜
１１８12と複屈折性光学素子１１５9 〜１１５12より構
成された部分で、さらなる位相の設定が行なわれる。そ
の出力は定偏波ファイバカプラ１１５9 〜１１５12に入
力され、次いで定偏波ファイバ中に挿入された検光子１
０９1 〜１０９8 により信号光と局発光の合成が行なわ
れる。
７5 〜１１７8 の入力となり、コリメータ対１１８9 〜
１１８12と複屈折性光学素子１１５9 〜１１５12より構
成された部分で、さらなる位相の設定が行なわれる。そ
の出力は定偏波ファイバカプラ１１５9 〜１１５12に入
力され、次いで定偏波ファイバ中に挿入された検光子１
０９1 〜１０９8 により信号光と局発光の合成が行なわ
れる。
【００５５】合成された光波はＯＥ変換器１１６1 〜１
１６8 に入力され、信号光と局発光のビート成分として
高周波信号が出力ポート１０４1 〜１０４8 からは取り
出される。回路を高周波信号のマトリクスとみるとき、
入出力の関係は表１に記載した関係を満たす。
１６8 に入力され、信号光と局発光のビート成分として
高周波信号が出力ポート１０４1 〜１０４8 からは取り
出される。回路を高周波信号のマトリクスとみるとき、
入出力の関係は表１に記載した関係を満たす。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、信号の
合成と分配を行なうコンポーネントと移相器の組み合わ
せにより構成されるマトリクス回路において、光の移相
器やカプラとともに、直交する偏波を利用した光ヘテロ
ダイン法による高周波電気信号伝送法を適用したマトリ
クス回路網である。
合成と分配を行なうコンポーネントと移相器の組み合わ
せにより構成されるマトリクス回路において、光の移相
器やカプラとともに、直交する偏波を利用した光ヘテロ
ダイン法による高周波電気信号伝送法を適用したマトリ
クス回路網である。
【００５７】移相器やカプラの物理的な大きさは、伝送
する電磁波の波長に依存するので、本発明のように、光
の移相器やカプラを使うことにより回路の大幅な小型化
を図ることが可能となる。
する電磁波の波長に依存するので、本発明のように、光
の移相器やカプラを使うことにより回路の大幅な小型化
を図ることが可能となる。
【００５８】従来の高周波信号のマトリクス回路では、
ハイブリッドの周波数が概して狭帯域であり、全体の回
路の周波数特性も狭帯域なものであったが、本発明で
は、回路における信号の処理は光波として行なうので高
周波電気信号の周波数には依存せず、広帯域な信号を伝
送することが可能なマトリクス回路を実現できる。
ハイブリッドの周波数が概して狭帯域であり、全体の回
路の周波数特性も狭帯域なものであったが、本発明で
は、回路における信号の処理は光波として行なうので高
周波電気信号の周波数には依存せず、広帯域な信号を伝
送することが可能なマトリクス回路を実現できる。
【００５９】さらに、高周波電気回路では交差する結線
の実現が困難であるが、光平面回路においては、これは
比較的容易であるので、本発明により大規模なマトリク
ス回路網の実現が可能となる。
の実現が困難であるが、光平面回路においては、これは
比較的容易であるので、本発明により大規模なマトリク
ス回路網の実現が可能となる。
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す図であ
る。
る。
【図３】光ヘテロダイン法を適用して高周波電気信号の
位相を制御する系の基本構成を示す図である。
位相を制御する系の基本構成を示す図である。
【図４】ＥＯ変換手段の構成例を示す図である。
【図５】ＥＯ変換手段の他の構成例を示す図である。
【図６】従来の高周波回路のパトラーマトリクスを示す
図である。
図である。
１０１，１０１1 〜１０１8 高周波信号入力ポート １０２1 〜１０２12 高周波信号９０°ハイブリッド １０３1 〜１０３16 高周波信号固定移相器 １０４1 〜１０４8 高周波信号出力ポート １０５ 信号光（入力） １０６ 局発光（入力） １０７ ＸＹＺ座標系 １０８，１０８1 〜１０８16 複屈折性光学素子 １０９ 検光子 １１０ 信号光（出力） １１１ 局発光（出力） １１２ 検光子の傾き角θa １１３1 〜１１３8 ＥＯ変換手段 １１４ 光平面回路 １１５1 〜１１５12 ９０°光カプラ １１６1 〜１１６8 ＯＥ変換手段 １１７，１１７1 〜１１７12 定偏波カプラ １１８，１１８1 〜１１８16 ファイバコリメータ対 １１８ａ ファイバコリメータ １１９，１１９ａ レーザ光源 １２０ ハーフミラー １２１ 光周波数シフタ １２２ａ，１２２ｂ ミラー １２３ 半波長板 １２４ 偏光ビームスプリッタ １２５ 定偏波光ファイバ １２６ レーザコントローラ １３１，１３４，１３８ 光カプラアレー部 １３２，１３６ 光移相器のアレー部 １３３，１３５，１３７ 光インタコネクション部
Claims (1)
- 【請求項１】 ２ｎ個の高周波信号入力ポートを有し、
高周波信号を入力とし、高周波信号の周波数スペクトル
の形を保存して重畳した信号光と、局部発振光とを互い
に直交する偏波の状態で多重して出力する２ｎ個のＥＯ
変換手段があり、 その出力を、２入力２出力の光カプラをｎ個並列に配置
して構成した、２ｎ個の入力ポートと出力ポートを有す
る光カプラアレーに接続し、 その出力を、２ｎ個の光移相器を並列に配置して構成し
た光移相器のアレーに接続して、各々の移相器において
信号光と局発光の間に位相差を与え、 その出力を、２ｎ個の入力ポートと出力ポートを有し、
入力ポートと出力ポートを１対１に接続する光インタコ
ネクション手段に接続し、 その出力を、新たな光カプラアレー、光インタコネクシ
ョン手段、光移相器のアレー、光インタコネクション手
段に接続することを少なくとも更に１回繰り返し、 その出力を、ｎ個の光カプラより成る光カプラアレーに
接続し、 その出力を、それぞれ２ｎ個の直交する偏光を合成する
手段に接続し、 その出力を、それぞれ２ｎ個のＯＥ変換手段に接続し、 ２ｎ個の高周波信号出力ポートから高周波信号を取り出
す、ように構成したことを特徴とする高周波マトリクス
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25035295A JPH0990451A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 高周波マトリクス回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25035295A JPH0990451A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 高周波マトリクス回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0990451A true JPH0990451A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17206648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25035295A Pending JPH0990451A (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 高周波マトリクス回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0990451A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237606A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-08-31 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 可変特性高周波伝送線路 |
| CN109831162A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-05-31 | 无锡思恩电子科技有限公司 | 一种微波电路 |
-
1995
- 1995-09-28 JP JP25035295A patent/JPH0990451A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237606A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-08-31 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 可変特性高周波伝送線路 |
| CN109831162A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-05-31 | 无锡思恩电子科技有限公司 | 一种微波电路 |
| CN109831162B (zh) * | 2019-04-11 | 2024-05-28 | 无锡思恩电子科技有限公司 | 一种微波电路 |
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