WO2017090301A1 - フェイズドアレイアンテナ - Google Patents

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WO2017090301A1
WO2017090301A1 PCT/JP2016/077009 JP2016077009W WO2017090301A1 WO 2017090301 A1 WO2017090301 A1 WO 2017090301A1 JP 2016077009 W JP2016077009 W JP 2016077009W WO 2017090301 A1 WO2017090301 A1 WO 2017090301A1
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signal
delayed
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light
array antenna
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PCT/JP2016/077009
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長谷川　雄大
官　寧
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株式会社フジクラ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2682—Time delay steered arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2676—Optically controlled phased array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
    • H04B10/25752—Optical arrangements for wireless networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/90—Non-optical transmission systems, e.g. transmission systems employing non-photonic corpuscular radiation
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/006—Devices for generating or processing an RF signal by optical means

Definitions

  • the present invention relates to a phased array antenna.
  • the frequency band to be used is increasing in frequency and frequency.
  • the microwave band 0.3 GHz or more and 30 GHz or less
  • the millimeter wave band (30 GHz or more and 300 GHz or less)
  • the 60 GHz band which has a large attenuation in the atmosphere, has attracted attention as a band in which data leakage hardly occurs.
  • an antenna used for 60 GHz band wireless communication is required to have high gain in addition to wide bandwidth. This is because the 60 GHz band has a large attenuation in the atmosphere as described above.
  • an array antenna can be cited.
  • the array antenna refers to an antenna in which a plurality of radiating elements are arranged in an array or a matrix.
  • the array antenna it is possible to change the main beam direction of the radiated electromagnetic wave by controlling the phase of the radio frequency signal (RF signal) supplied to each radiating element.
  • An array antenna having such a beam scanning function is called a phased array antenna, and research and development are actively conducted.
  • FIG. 11 shows a typical configuration of a conventional phased array antenna.
  • the phased array antenna (1) uses the time delay elements TD1 to TD4 to give a time delay to the radio frequency signal RF, and (2) applies the delayed radio frequency signals RF′1 to RF′4. This is supplied to the radiating elements A1 to A4.
  • phased array antenna shown in FIG. 11 is not suitable for use in the millimeter wave band. This is because it is difficult to give a highly accurate time delay to a radio frequency signal in the millimeter wave band by using an electrical means such as a time delay element.
  • phased array antenna using the millimeter wave band
  • a configuration is generally adopted in which an optical means such as a wavelength dispersion fiber is used to give a highly accurate time delay to a radio frequency signal.
  • Such a phased array antenna is shown in FIGS.
  • a phased array antenna 101 shown in FIG. 12 includes light sources LS1 to LS4, an optical multiplexer OMP, an optical modulator OM, an optical waveguide OWG, a wavelength demultiplexer WDM, O / E converters OE1 to OE4, Radiating elements A1 to A4 are provided.
  • As the optical waveguide OMG an optical waveguide composed of a wavelength dispersion medium is used.
  • the phased array antenna 101 generates radio frequency signals RF′1 to RF′4 to which different time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 are given as follows.
  • the carrier light CL is generated by multiplexing the carrier lights CL1 to CL4 having different wavelengths (the optical multiplexer OMP).
  • the signal light SL is generated by intensity-modulating the carrier light CL with the radio frequency signal RF (optical modulator OM).
  • a delayed signal light SL ' is generated by giving chromatic dispersion ⁇ D ( ⁇ ) to the signal light SL (optical waveguide OMG).
  • Delay signal light SL ' is wavelength-demultiplexed to generate delay signal lights SL'1 to SL'4 (wavelength demultiplexer WDM).
  • O / E conversion of the delayed signal lights SL'1 to SL'4 generates delayed radio frequency signals RF'1 to RF'4 (O / E converters OE1 to OE4).
  • the time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 given to the non-frequency signals RF′1 to RF′4 are changed by changing the wavelengths of the carrier lights CL1 to CL4, thereby changing the main beam direction. Can be controlled (see Patent Document 1).
  • the time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 given to the non-frequency signals RF′1 to RF′4 are changed, thereby controlling the main beam direction. (See Non-Patent Document 1).
  • a phased array antenna 102 shown in FIG. 13 includes a light source LS, an optical modulator OM, an optical splitter OD, optical waveguides OWG1 to OWG4, O / E converters OE1 to OE4, and radiating elements A1 to A4. I have.
  • the optical waveguides OWG1 to OWG4 are configured by optical waveguides having different wavelength dispersions or optical waveguides having different optical path lengths.
  • the phased array antenna 102 generates radio frequency signals RF′1 to RF′4 to which different time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 are given as follows.
  • the signal light SL is generated by modulating the intensity of the carrier light CL with the radio frequency signal RF (optical modulator OM).
  • the signal light SL1 to SL4 are generated by branching the signal light SL (optical branching unit OD).
  • Delay signal lights SL′1 to SL′4 are generated by giving time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 to the signal lights SL1 to SL4 (OWG1 to OWG4).
  • O / E conversion of the delayed signal lights SL'1 to SL'4 generates delayed radio frequency signals RF'1 to RF'4 (O / E converters E1 to OE4).
  • the time delays ⁇ t1 to ⁇ t4 given to the non-frequency signals RF′1 to RF′4 are changed by changing the wavelength of the carrier light CL.
  • the main beam direction can be controlled (see Patent Document 2).
  • the optical waveguides OWG1 to OWG4 are constituted by optical waveguides having different optical path lengths, a time delay ⁇ t1 given to the non-frequency signals RF′1 to RF′4 by changing the optical path lengths of the optical waveguides OWG1 to OWG4. .About..DELTA.t4 can be changed to control the main beam direction (see Non-Patent Documents 2 and 3).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a phased array antenna that can be used in the millimeter wave band but is cheaper than the prior art.
  • a phased array antenna includes an intermediate frequency signal V IF in a phased array antenna including n (n is an integer of 2 or more) radiating elements A1, A2,. (t) and by adding the local signal V LO (t), a multiplexer for generating a sum signal V IF + LO (t), by intensity modulating the optical carrier CL in the sum signal V IF + LO (t), An optical modulator that generates the signal light SL, and a time delay that generates the delayed signal lights SL′1, SL′2,..., SL′n by applying time delays ⁇ t1, ⁇ t2,.
  • a demultiplexer that generates a delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delayed local signal V LO (t ⁇ ti) by demultiplexing, a delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delay
  • a mixer that generates a delayed radio frequency signal V RF (t- ⁇ ti) by multiplying the local signal V LO (t- ⁇ ti).
  • phased array antenna that can be used in the millimeter wave band but is cheaper than the conventional one.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a first specific example of the phased array antenna shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a second specific example of the phased array antenna shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a further modification of the phased array antenna shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 is a block diagram which shows the structure of the conventional phased array antenna.
  • FIG. 5 is a block diagram which shows the structure of the conventional phased array antenna.
  • FIG. 5 is a block diagram which shows the structure of the conventional phased array antenna.
  • FIG. 5 is a block diagram which shows the structure of the conventional phased array antenna.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 1.
  • the phased array antenna 1 includes a multiplexer MP, an optical modulator OM, a time delay TD, a feeder circuit group including n feeder circuits F1, F2,. and a radiating element group including n radiating elements A1, A2,..., An.
  • the sum signal V IF + LO (t) is given by the equation (3).
  • the sum signal V IF + LO (t) generated by the multiplexer MP is supplied to the optical modulator OM as a data signal.
  • the optical modulator OM generates the signal light SL by intensity-modulating the carrier light CL with the sum signal V IF + LO (t).
  • the signal light SL generated by the optical modulator OM is supplied to the time delay unit TD.
  • an MZ modulator (Mach-Zehnder Modulator) is used as the optical modulator OM.
  • the configuration of the light source that generates the carrier light CL will be described later with reference to another drawing.
  • the time delay device TD generates delayed signal lights SL′1, SL′2,..., SL′n by applying time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. That is, the time delay device TD from the optical signal SL sum signal V IF + LO (t) are superimposed, to generate a delayed optical signal SL'i delayed sum signal V IF + LO (t- ⁇ ti ) is superimposed.
  • the time delay ⁇ ti in each delayed signal light SL′i is set according to the main beam direction of the radiated electromagnetic wave, as will be described later.
  • Each delayed signal light SL′i generated by the time delay TD is supplied to the corresponding power feeding circuit Fi.
  • the configuration of the time delay unit TD will be described later with reference to another drawing.
  • the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) generated by the power feeding circuit Fi is supplied to the corresponding radiating element Ai.
  • Each power supply circuit Fi includes an O / E converter OEi, a duplexer DPi, and a mixer MXi as shown in FIG. Since the configuration of each power feeding circuit Fi is common, only the O / E converter OE1, the duplexer DP1, and the mixer MX1 that configure the power feeding circuit F1 are denoted by reference numerals in FIG.
  • the O / E converter OEi generates a delayed sum signal V IF + LO (t ⁇ ti) by performing O / E conversion (photoelectric conversion) on the delayed signal light SL′i.
  • the O / E converter OEi is, for example, a photodiode.
  • the demultiplexer DPi generates a delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delayed local signal V LO (t ⁇ ti) by demultiplexing the delayed sum signal V IF + LO (t ⁇ ti).
  • the delayed sum signal V IF + LO (t ⁇ ti) is given by the equation (4)
  • the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) are (5 ) And (6).
  • the mixer MXi generates the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) by multiplying the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) by the delayed local signal V LO (t ⁇ ti).
  • the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) are given by the following equations (5) and (6)
  • the delayed radio frequency signal V RF (t - ⁇ ti) is given by equation (7).
  • time delay (DELTA) ti in each delay signal light SL'i similarly to the conventional phased array antenna.
  • DELTA time delay
  • the time delay ⁇ ti in each delayed signal light SL′i depends on the main beam direction of the radiated electromagnetic wave (8 )
  • c represents the speed of light
  • di represents the distance between the radiating element A1 and the radiating element Ai.
  • ⁇ is an angle formed by a straight line in which the radiating elements A1, A2,..., An are arranged and an equiphase surface of the radiated electromagnetic wave.
  • the distance between adjacent radiating elements is, for example, 1/2 of the free space wavelength corresponding to the center frequency of 61.5 GHz, that is, 2.44 mm.
  • the distance di between the radiating element A1 and the radiating element Ai may be set to 2.44 ⁇ (i ⁇ 1) mm.
  • the time delay ⁇ ti in SL′i may be set to 5.7 ⁇ (i ⁇ 1) ps.
  • the distance between adjacent radiating elements is, for example, 1/2 of the free space wavelength corresponding to the center frequency of 73.5 GHz, that is, 2.04 mm.
  • the distance di between the radiating element A1 and the radiating element Ai may be set to 2.04 ⁇ (i ⁇ 1) mm.
  • the time delay ⁇ ti in SL′i may be set to 4.8 ⁇ (i ⁇ 1) ps.
  • the first point to be noted in the phased array antenna 1 is that the amount of time delay of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) input to each radiating element Ai does not depend on the frequency. Therefore, in the phased array antenna 1, even when the frequency of the radiated electromagnetic wave is changed, the electromagnetic wave can be radiated in a certain direction without changing the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. it can.
  • the second point to be noted in the phased array antenna 1 is that the data signal modulated by the optical modulator OM is lower in frequency than the radio frequency signal, the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO ( t) and the sum signal V IF + LO (t).
  • the phased array antenna 1 is operated in the millimeter wave band (the radio frequency is 30 GHz or more and 300 GHz or less), it is possible to realize a phased array antenna using an easily available or inexpensive optical modulator. it can.
  • a multiplier for multiplying the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) may be inserted between the duplexer DPi and the mixer MXi.
  • the delayed local signal V LOM (t ⁇ ti) input to the mixer MXi is expressed by Equation (9), and the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) generated by the mixer MXi is (10).
  • k is an arbitrary integer of 2 or more, for example, 2 or 3. Even in this case, the time delay amount of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) does not depend on the frequency.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 1 according to this example.
  • the phased array antenna 1 includes a light source group including n light sources LS1, LS2,..., LSn and an optical multiplexer OMP as a configuration for generating the above-described carrier light CL. Yes.
  • the wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ..., ⁇ n of the carrier lights CL1, CL2, ..., Cn generated by the light sources LS1 to LSn are different from each other.
  • the carrier light CLi generated by each light source LSi is supplied to the optical multiplexer OMP.
  • a semiconductor laser element is used as the light source LSi.
  • the optical multiplexer OMP generates the carrier light CL by multiplexing the carrier lights CL1, CL2,..., CLn.
  • the carrier light CL includes carrier lights CL1, CL2,..., CLn having wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2,.
  • the carrier light CL generated by the optical multiplexer OMP is supplied to the above-described optical modulator OM.
  • the time delay TD is composed of the optical waveguide OWG and the wavelength demultiplexer WDM.
  • the optical waveguide OWG is an optical waveguide composed of a chromatic dispersion medium, and generates delayed signal light SL ′ by giving chromatic dispersion (time delay dependent on the wavelength ⁇ ) ⁇ D ( ⁇ ) to the signal light SL.
  • the signal light SL includes signal light SL1, SL2,..., SLn having different wavelengths as components, and the delayed signal light SL ′ includes delayed signal light SL′1, SL′2,.
  • SL′n is included as a component.
  • the wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL is obtained by converting the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn corresponding to the main beam direction of the radiated electromagnetic waves into the signal lights SL′1, SL′2,. It is set large enough to be given.
  • the delayed signal light SL 'generated by the optical waveguide OWG is supplied to the wavelength demultiplexer WDM. In this specific example, a single mode fiber is used as the optical waveguide OWG
  • the wavelength demultiplexer WDM generates (extracts) delayed signal light SL′1, SL′2,..., SL′n by wavelength-demultiplexing the delayed signal light SL ′.
  • Each delayed signal light SL'i generated by the wavelength demultiplexer WDM is supplied to the above-described feeding circuit Fi.
  • phased array antenna 1 In the phased array antenna 1 according to this specific example, beam scanning can be realized by any of the following configurations.
  • the delay time ⁇ ti given to the corresponding delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can be changed by changing the wavelength ⁇ i of each carrier light CLi. .
  • an optical waveguide composed of a wavelength dispersion medium is used as the optical waveguide OWG.
  • the beam Scanning can be realized.
  • the delay time given to each delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can also be obtained by changing the chromatic dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL. ⁇ ti can be changed.
  • an optical waveguide having a variable wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL is used as the optical waveguide OWG, and the wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL by the optical waveguide OWG is determined according to the main beam direction to be obtained. If the configuration to be controlled is employed, beam scanning can be realized.
  • the radiating elements A1, A2,..., An are arranged on the same straight line at intervals of 2.4 mm, and the intermediate frequency signal V IF ( The frequency fIF of t) may be set to 22 GHz or more and 31 GHz or less, and the frequency fLO of the local signal V LO (t) may be set to 35 GHz.
  • the radiating elements A1, A2,..., An are arranged on the same straight line at intervals of 2.1 mm, and the intermediate frequency signal V IF (t ) Is set to 31 GHz or more and 36 GHz or less, and the frequency fLO of the local signal V LO (t) may be set to 40 GHz.
  • the frequency of the data signal is 40 GHz or less, an MZ modulator that is widely distributed in the market at the time of filing the present application can be used as the optical modulator OM.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 1 according to this example.
  • the phased array antenna 1 includes a single light source LS as a configuration for generating the above-described carrier light CL.
  • the light source LS generates carrier light CL.
  • the carrier light CL generated by the light source LS is supplied to the above-described optical modulator OM.
  • a semiconductor laser element is used as the light source LS.
  • the time delay device TD includes an optical branching device OD and an optical waveguide group including n optical waveguides OWGi.
  • the optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are optical waveguides having different wavelength dispersions or optical waveguides having a variable optical path length. Examples of optical waveguides having different chromatic dispersion include a combination of a single mode fiber and a dispersion compensating fiber, a dispersion shifted fiber, and the like.
  • the optical branching device OD generates signal light SL1, SL2,..., SLn by branching the signal light SL.
  • Each signal light SLi generated by the optical branching unit OD is supplied to the corresponding optical waveguide OWGi.
  • the optical waveguide OWGi generates a delayed optical signal SL′i by giving a time delay ⁇ ti to the signal light SLi.
  • the magnitudes of the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn given by the optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are set according to the main beam direction of the radiated electromagnetic waves.
  • the delayed signal light SL'i generated in each optical waveguide OWGi is supplied to the corresponding power supply circuit Fi.
  • an optical fiber having an optical path length corresponding to the time delay ⁇ ti is used as the optical waveguide OWGi.
  • beam scanning can be realized with any of the following configurations.
  • optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are optical waveguides having different chromatic dispersions (optical waveguides configured by chromatic dispersion media having different chromatic dispersion values), by changing the wavelength ⁇ of the carrier light CL, The delay time ⁇ ti given to the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can be changed.
  • the optical waveguide OWG1, OWG2, ... if OWGn is variable optical waveguide of the optical path length by changing the optical path length of the optical waveguides OWGi, the corresponding delay radiofrequency signal V RF (t- ⁇ ti) The given delay time ⁇ ti can be changed.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 1 according to this modification.
  • the phased array antenna 1 according to this modification is a transmission / reception antenna in which a receiving configuration is added to the phased array antenna 1 shown in FIG.
  • each feeding circuit Fi of the phased array antenna 1 includes a mixer RMX1i, a multiplexer RMPi, an optical modulator ROMi, and an O / E conversion as a receiving configuration.
  • a ROEi, a demultiplexer RDPi, and a mixer RMX2i are included, and a circulator C1i and a circulator C2i are provided as a configuration for transmitting and receiving.
  • the phased array antenna 1 includes a circulator C3 and a wavelength demultiplexer RWDM as a configuration for transmitting and receiving.
  • the mixer RMX1i generates the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) by multiplying the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) by the delayed local signal V LO (t ⁇ ti).
  • the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) is a radio frequency signal received using the corresponding radiating element Ai. Since the radio frequency signal V RF ′ (t) is expressed by the equation (11) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) is expressed by the equation (6), the intermediate frequency signal V IF '(T + ⁇ ti) is expressed as in equation (12).
  • the multiplexer RMPi adds the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) to generate a sum signal V IF + LO ′ (t + ⁇ ti). Since the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) is expressed by the equation (12) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) is expressed by the equation (6), the sum signal V IF + LO ′ (t + ⁇ ti) ) Is expressed as in equation (13).
  • the optical modulator ROMi generates the signal light RSLi by intensity-modulating the carrier light CLi with the sum signal V IF + LO ′ (t + ⁇ ti).
  • the signal light RSLi generated by the optical modulator ROMi is supplied to the time delay unit TD.
  • the carrier light CLi given to each optical modulator ROMi the carrier light generated by the corresponding light source LSi is used and shown in FIG.
  • the carrier light generated by the single light source LS is used as the carrier light CLi given to each optical modulator ROMi.
  • the time delay unit TD generates the delayed signal light RSL 'from the signal lights RSL1, RSL2, ..., RSLn.
  • the time delay device TD When the configuration of the first specific example shown in FIG. 2 is adopted, the time delay device TD generates (1) the signal light RSL by multiplexing the signal lights RSL1, RSL2,. ) Delay signal light RSL ′ is generated by giving chromatic dispersion ⁇ D ( ⁇ ) to the signal light RSL.
  • the time delay device TD provides (1) time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn for each of the signal lights RSL1, RSL2,. , RSL′n, and (2) the delayed signal light RSL′1, RSL′2,.
  • Optical RSL ′ is generated.
  • the delayed signal light RSL 'generated by the time delay TD is supplied to the wavelength demultiplexer RWDM.
  • the wavelength demultiplexer RWDM generates (extracts) delayed signal light RSL′1, RSL′2,..., RSL′n by wavelength demultiplexing the delayed signal light RLS ′.
  • Each delayed signal light RSL'i obtained by the wavelength demultiplexer RWDM is supplied to the O / E converter ROEi of the corresponding power feeding circuit Fi.
  • the O / E converter ROEi generates a delayed sum signal V IF + LO ′ (t) by O / E converting the delayed signal light RSL′i. Since the sum signal V IF + LO ′ (t + ⁇ ti) is expressed by the equation (13), the delay sum signal V IF + LO ′ (t) is expressed by the equation (14).
  • the demultiplexer RDPi generates the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) by demultiplexing the delayed sum signal V IF + LO ′ (t). Since the delay sum signal V IF + LO ′ (t) is expressed by the equation (14), the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) are expressed by the equation (15) and It is expressed as (16).
  • the mixer RMX2i generates the delayed radio frequency signal V RF ′ (t) by multiplying the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) by the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti). Since the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) are expressed by the equations (15) and (16), the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) is , (17). Delay generated by the mixer RMX2i radio frequency signal V RF '(t) is generated delayed RF signal V RF at the other feed circuit Fj' after being (t) and multiplexing, the receiving circuit R To be supplied.
  • the circulator C1i is inserted between the mixer MXi and the radiating element Ai and is connected to the mixer RMX1i.
  • the circulator C1i inputs the radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) output from the mixer MXi to the radiating element Ai (operation during transmission) and also outputs the radio frequency signal V RF ′ (output from the radiating element Ai).
  • t + ⁇ ti) is input to the mixer RMX1i (operation during reception).
  • the circulator C2i is inserted between the time delay unit TD and the O / E converter OEi and connected to the optical modulator ROMi.
  • the circulator C2i inputs the delayed signal light SL′i output from the time delay unit TD to the O / E converter OEi (operation during transmission) and outputs the signal light RSLi generated by the optical modulator ROMi to the time. Input to delay device TD (operation during reception).
  • the circulator C3 is inserted between the optical modulator OM and the time delay element TD, and is connected to the wavelength demultiplexer RWDM.
  • the circulator C3 inputs the signal light SL generated by the optical modulator OM to the time delay TD (operation at the time of transmission) and also outputs the delayed signal light RSL ′ output from the time delay TD. Input to RWDM (operation at reception).
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 2.
  • the phased array antenna 2 includes an optical modulator OM, a time delay TD, a feeding circuit group including n feeding circuits F1, F2,..., Fn, and n radiating elements A1. , A2,..., An, and a transmitting antenna.
  • the optical modulator OM generates signal light SL by quadrature amplitude modulation of the carrier light CL with the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO (t).
  • the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO (t) are given by, for example, Expressions (18) and (19).
  • the signal light SL generated by the optical modulator OM is supplied to the time delay unit TD.
  • a DPMZ modulator Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator
  • the configuration of the light source that generates the carrier light CL will be described later with reference to another drawing.
  • the time delay device TD generates delayed signal lights SL′1, SL′2,..., SL′n by applying time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. That is, the time delay device TD generates the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) from the optical signal SL in which the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO (t) are superimposed as the I signal and the Q signal. And a delayed optical signal SL′i in which the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) is superimposed as an I signal and a Q signal.
  • the time delay ⁇ ti in each delayed signal light SL′i is set according to the main beam direction of the radiated electromagnetic wave, as in the first embodiment.
  • Each delayed signal light SL′i generated by the time delay TD is supplied to the corresponding power feeding circuit Fi.
  • the configuration of the time delay unit TD will be described later with reference to another drawing.
  • the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) generated by the power feeding circuit Fi is supplied to the corresponding radiating element Ai.
  • Each power supply circuit Fi has an optical demodulator ODMi and a mixer MXi as shown in FIG. Since the configuration of each power feeding circuit Fi is common, only the optical demodulator ODM1 and the mixer MX1 constituting the power feeding circuit F1 are denoted by reference numerals in FIG.
  • the optical demodulator ODMi generates a delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delayed local signal V LO (t ⁇ ti) by demodulating the delayed signal light SL′i.
  • the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO (t) are given by the equations (18) and (19)
  • the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) is given by the equations (20) and (21).
  • a coherent receiver is used as the optical demodulator ODMi.
  • the mixer MXi generates the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) by multiplying the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) by the delayed local signal V LO (t ⁇ ti).
  • the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) are given by the following equations (20) and (21)
  • the delayed radio frequency signal V RF (t - ⁇ ti) is given by equation (22).
  • the first point to be noted in the phased array antenna 2 is that the amount of time delay of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) input to each radiating element Ai does not depend on the frequency. Therefore, in the phased array antenna 2, even if the frequency of the radiated electromagnetic wave is changed, the electromagnetic wave can be radiated in a certain direction without changing the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn given to the signal light SL. it can.
  • the second point to be noted in the phased array antenna 1 is that the data signal modulated by the optical modulator OM is lower in frequency than the radio frequency signal, the intermediate frequency signal V IF (t) and the local signal V LO ( t).
  • the phased array antenna 1 is operated in the millimeter wave band (the radio frequency is 30 GHz or more and 300 GHz or less), it is possible to realize a phased array antenna using an easily available or inexpensive optical modulator. it can.
  • a multiplier for multiplying the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) may be inserted between the duplexer DPi and the mixer MXi.
  • the delayed local signal V LOM (t ⁇ ti) input to the mixer MXi is expressed by Equation (23), and the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) generated by the mixer MXi is (24).
  • k is an arbitrary integer of 2 or more, for example, 2 or 3. Even in this case, the time delay amount of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) does not depend on the frequency.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 1 according to this example.
  • the phased array antenna 2 includes a light source group including n light sources LS1, LS2,..., LSn and an optical multiplexer OMP as a configuration for generating the above-described carrier light CL. Yes.
  • the wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ..., ⁇ n of the carrier lights CL1, CL2, ..., Cn generated by the light sources LS1 to LSn are different from each other.
  • the carrier light CLi generated by each light source LSi is supplied to the optical multiplexer OMP.
  • a semiconductor laser element is used as the light source LSi.
  • the optical multiplexer OMP generates the carrier light CL by multiplexing the carrier lights CL1, CL2,..., CLn.
  • the carrier light CL includes carrier lights CL1, CL2,..., CLn having wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2,.
  • the carrier light CL generated by the optical multiplexer OMP is supplied to the above-described optical modulator OM.
  • the time delay TD is composed of the optical waveguide OWG and the wavelength demultiplexer WDM.
  • the optical waveguide OWG is an optical waveguide composed of a chromatic dispersion medium, and generates delayed signal light SL ′ by giving chromatic dispersion (time delay dependent on the wavelength ⁇ ) ⁇ D ( ⁇ ) to the signal light SL.
  • the signal light SL includes signal light SL1, SL2,..., SLn having different wavelengths as components, and the delayed signal light SL ′ includes delayed signal light SL′1, SL′2,.
  • SL′n is included as a component.
  • the wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL is obtained by converting the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn corresponding to the main beam direction of the radiated electromagnetic waves into the signal lights SL′1, SL′2,. It is set large enough to be given.
  • the delayed signal light SL 'generated by the optical waveguide OWG is supplied to the wavelength demultiplexer WDM. In this specific example, a single mode fiber is used as the optical waveguide OWG
  • the wavelength demultiplexer WDM generates (extracts) delayed signal light SL′1, SL′2,..., SL′n by wavelength-demultiplexing the delayed signal light SL ′.
  • Each delayed signal light SL'i generated by the wavelength demultiplexer WDM is supplied to the above-described feeding circuit Fi.
  • beam scanning can be realized by any one of the following configurations.
  • the delay time ⁇ ti given to the corresponding delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can be changed by changing the wavelength ⁇ i of each carrier light CLi. .
  • an optical waveguide composed of a wavelength dispersion medium is used as the optical waveguide OWG.
  • the beam Scanning can be realized.
  • the delay time given to each delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can also be obtained by changing the chromatic dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL. ⁇ ti can be changed.
  • an optical waveguide having a variable wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL is used as the optical waveguide OWG, and the wavelength dispersion ⁇ D ( ⁇ ) given to the signal light SL by the optical waveguide OWG is determined according to the main beam direction to be obtained. If the configuration to be controlled is employed, beam scanning can be realized.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 2 according to this example.
  • the phased array antenna 2 includes a single light source LS as a configuration for generating the above-described carrier light CL.
  • the light source LS generates carrier light CL.
  • the carrier light CL generated by the light source LS is supplied to the above-described optical modulator OM.
  • a semiconductor laser element is used as the light source LS.
  • the time delay device TD includes an optical branching device OD and an optical waveguide group including n optical waveguides OWGi.
  • the optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are optical waveguides having different wavelength dispersions or optical waveguides having a variable optical path length. Examples of optical waveguides having different chromatic dispersion include a combination of a single mode fiber and a dispersion compensating fiber, a dispersion shifted fiber, and the like.
  • the optical branching device OD generates signal light SL1, SL2,..., SLn by branching the signal light SL.
  • Each signal light SLi generated by the optical branching unit OD is supplied to the corresponding optical waveguide OWGi.
  • the optical waveguide OWGi generates a delayed optical signal SL′i by giving a time delay ⁇ ti to the signal light SLi.
  • the magnitudes of the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn given by the optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are set according to the main beam direction of the radiated electromagnetic waves.
  • the delayed signal light SL'i generated in each optical waveguide OWGi is supplied to the corresponding power supply circuit Fi.
  • an optical fiber having an optical path length corresponding to the time delay ⁇ ti is used as the optical waveguide OWGi.
  • phased array antenna 2 In the phased array antenna 2 according to this specific example, beam scanning can be realized with any of the following configurations.
  • optical waveguides OWG1, OWG2,..., OWGn are optical waveguides having different chromatic dispersions (optical waveguides configured by chromatic dispersion media having different chromatic dispersion values), by changing the wavelength ⁇ of the carrier light CL, The delay time ⁇ ti given to the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) can be changed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 2 according to this modification.
  • the phased array antenna 2 according to this modification is a transmission / reception antenna in which a receiving configuration is added to the phased array antenna 2 shown in FIG.
  • each feeding circuit Fi of the phased array antenna 2 includes a mixer RMX1i, an optical modulator ROMi, an optical demodulator ROMDi, and a mixer RMX2i as a receiving configuration. And a circulator C1i and a circulator C2i as a configuration for transmitting and receiving.
  • the phased array antenna 1 includes a circulator C3 and a wavelength demultiplexer RWDM as a configuration for transmitting and receiving.
  • the mixer RMX1i generates the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) by multiplying the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) by the delayed local signal V LO (t ⁇ ti).
  • the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) is a radio frequency signal received using the corresponding radiating element Ai. Since the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) is expressed by the equation (25) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) is expressed by the equation (21), the intermediate frequency signal V IF '(T + ⁇ ti) is expressed as in Equation (26).
  • the optical modulator ROMi generates the signal light RSL by performing quadrature amplitude modulation on the carrier light CLi with the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti).
  • the signal light RSLi generated by the optical modulator ROMi is supplied to the time delay unit TD.
  • a DPMZ modulator is used as the optical modulator ROMi.
  • the carrier light CLi given to each optical modulator ROMi the second light shown in FIG.
  • the carrier light generated by the single light source LS is used as the carrier light CLi given to each optical modulator ROMi.
  • the time delay unit TD generates the delayed signal light RSL 'from the signal lights RSL1, RSL2, ..., RSLn.
  • the time delay device TD When the configuration of the first specific example shown in FIG. 6 is adopted, the time delay device TD generates (1) the signal light RSL by combining the signal lights RSL1, RSL2,. ) Delay signal light RSL ′ is generated by giving chromatic dispersion ⁇ D ( ⁇ ) to the signal light RSL.
  • the time delay unit TD provides (1) the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn to the signal lights RSL1, RSL2,. , RSL′n are generated, and (2) the delayed signal lights RSL′1, RSL′2,. RSL ′ is generated.
  • the delayed signal light RSL 'generated by the time delay TD is supplied to the wavelength demultiplexer RWDM.
  • the wavelength demultiplexer RWDM generates (extracts) delayed signal light RSL′1, RSL′2,..., RSL′n by wavelength demultiplexing the delayed signal light RLS ′.
  • Each delayed signal light RSL′i obtained by the wavelength demultiplexer RWDM is supplied to the optical demodulator RODMi of the corresponding power feeding circuit Fi.
  • the optical demodulator RODMi generates a delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and a local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) by demodulating the delayed signal light RSL′i. Since the intermediate frequency signal V IF ′ (t + ⁇ ti) and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) are expressed by the equations (26) and (21), the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and the local The signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) is expressed by the equations (27) and (28). In this specific example, a coherent receiver is used as the optical demodulator RODMi.
  • the mixer RMX2i generates the delayed radio frequency signal V RF ′ (t) by multiplying the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) by the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti). Since the delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) and the local signal V LO ′ (t ⁇ 2 ⁇ ti) are expressed by the equations (27) and (28), the delayed radio frequency signal V RF ′ (t) is , (29). Delayed RF signal V RF generated by the mixer RMX2 '(t) is generated delayed RF signal V RF at the other feed circuit Fj' after being (t) and multiplexing, the receiving circuit R To be supplied.
  • the circulator C1i is inserted between the mixer MXi and the radiating element Ai and is connected to the mixer RMX1i.
  • the circulator C1i inputs the radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) output from the mixer MXi to the radiating element Ai (operation during transmission) and also outputs the radio frequency signal V RF ′ (output from the radiating element Ai).
  • t + ⁇ ti) is input to the mixer RMX1i (operation during reception).
  • the circulator C2i is inserted between the time delay TD and the optical demodulator ODMi and is connected to the optical modulator ROMi.
  • the circulator C2i inputs the delayed signal light SL′i output from the time delay TD to the optical demodulator ODMi (operation at the time of transmission) and also transmits the signal light RSLi generated by the optical modulator ROMi to the time delay Input to TD (operation at reception).
  • the circulator C3 is inserted between the optical modulator OM and the time delay element TD, and is connected to the wavelength demultiplexer RWDM.
  • the circulator C3 inputs the signal light SL generated by the optical modulator OM to the time delay TD (operation at the time of transmission) and also outputs the delayed signal light RSL ′ output from the time delay TD. Input to RWDM (operation at reception).
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the phased array antenna 9 according to this modification.
  • the phased array antenna 9 according to this modification is a transmitting / receiving antenna similar to the phased array antenna 1 shown in FIG.
  • a phased array antenna 9 according to a further modification is obtained by replacing the circulator C1i with a switch Si in the phased array antenna 1 according to the modification.
  • the switch Si is controlled so that the mixer MXi and the radiating element Ai are connected, and the radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) output from the mixer MXi is input to the radiating element Ai.
  • the switch Si is controlled so that the radiating element Ai and the mixer RMX1i are connected, and the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) output from the radiating element Ai is input to the mixer RMX1i.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the phased array antenna 10 according to this modification.
  • the phased array antenna 10 according to this modification is a transmitting / receiving antenna similar to the phased array antenna 2 shown in FIG.
  • a phased array antenna 10 according to a further modification is obtained by replacing the circulator C1i with a switch Si in the phased array antenna 2 according to the modification.
  • the switch Si is controlled so that the mixer MXi and the radiating element Ai are connected, and the radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) output from the mixer MXi is input to the radiating element Ai.
  • the switch Si is controlled so that the radiating element Ai and the mixer RMX1i are connected, and the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) output from the radiating element Ai is input to the mixer RMX1i.
  • the phased array antenna according to the above embodiment is a phased array antenna including n (n is an integer of 2 or more) radiating elements A1, A2,..., An, and an intermediate frequency signal V IF (t) and a local signal V A multiplexer that generates the sum signal V IF + LO (t) by adding to LO (t), and a light that generates the signal light SL by intensity-modulating the carrier light CL with the sum signal V IF + LO (t). .., ⁇ tn by giving time delays ⁇ t1, ⁇ t2,..., ⁇ tn to the signal light SL, and time delay light SL′n, SL′2,.
  • An O / E converter that generates a delayed sum signal V IF + LO (t ⁇ ti) by performing O / E conversion of L′ i, and a delay by demultiplexing the delayed sum signal V IF + LO (t ⁇ ti)
  • a duplexer that generates an intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delayed local signal V LO (t ⁇ ti), a delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) and a delayed local signal V LO (t ⁇
  • a mixer that generates a delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) by multiplying by ⁇ ti).
  • the time delay of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) supplied to each radiating element Ai does not depend on the frequency. Therefore, according to the above configuration, even when the frequency of the electromagnetic wave to be radiated is changed, the electromagnetic wave can be emitted in a certain direction without changing the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. it can.
  • the data signal modulated by the optical modulator has an intermediate frequency signal V IF (t) and a local signal V LO (t that have a lower frequency than the radio frequency signal V RF (t). ) And the sum signal V IF + LO (t). Therefore, according to the above configuration, even when operating in the millimeter wave band (the radio frequency is 30 GHz or more and 300 GHz or less), it is possible to obtain a phased signal by using an easily available or inexpensive O / E converter and an optical modulator. An array antenna can be realized.
  • the radiating elements A1, A2 of n (n is an integer of 2 or more), ..., the phased array antenna with a An, optical carrier CL intermediate frequency signal V IF ( t) and the local signal V LO (t) are subjected to quadrature amplitude modulation to generate a signal light CL, and the signal light SL is given a time delay ⁇ t1, ⁇ t2,.
  • a time delay unit that generates the signal lights SL′1, SL′2,..., SL′n, and a power supply that converts the delayed signal light SL′i into a radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) that is supplied to the radiating element Ai.
  • the time delay of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) supplied to each radiating element Ai does not depend on the frequency. Therefore, according to the above configuration, even when the frequency of the electromagnetic wave to be radiated is changed, the electromagnetic wave can be emitted in a certain direction without changing the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. it can.
  • the data signal modulated by the optical modulator has an intermediate frequency signal V IF (t) and a local signal V LO (t that have a lower frequency than the radio frequency signal V RF (t). ) And the sum signal V IF + LO (t). Therefore, according to the above configuration, even when operating in the millimeter wave band (the radio frequency is 30 GHz or more and 300 GHz or less), it is possible to obtain a phased signal by using an easily available or inexpensive O / E converter and an optical modulator. An array antenna can be realized.
  • a light source group from a light source that generates the carrier light CLi, and a light source group in which the wavelengths of the carrier lights CL1, CL2,.
  • a light multiplexer for generating the carrier light CL by multiplexing the light beams CL1, CL2,..., CLn, and the time delay device gives the signal light SL chromatic dispersion to thereby generate the delayed signal light.
  • the light source is preferably a light source having a variable wavelength of the generated carrier light CLi.
  • beam scanning can be realized by controlling the wavelength of the carrier light CLi generated by each light source.
  • the optical waveguide is an optical waveguide having variable wavelength dispersion applied to the signal light SL.
  • beam scanning can be realized by controlling the chromatic dispersion given to the signal light by the optical waveguide.
  • the phased array antenna further includes a light source that generates the carrier light CL, and the time delay device splits the signal light SL to generate the signal lights SL1, SL2,.
  • a branching unit and an optical waveguide group including optical waveguides that generate a delayed optical signal SL′i by giving a time delay ⁇ ti to each signal light SLi, the time delays ⁇ t1, ⁇ t2, given by each optical waveguide .., ⁇ tn are preferably included in the optical waveguide group.
  • the light source is a light source having a variable wavelength of the generated carrier light CL
  • the optical waveguide group is configured by optical waveguides having different wavelength dispersions.
  • beam scanning can be realized by controlling the wavelength of the carrier light CL generated by the light source.
  • the optical waveguide group is composed of an optical waveguide having a variable optical path length.
  • beam scanning can be realized by controlling the time delay ⁇ ti given to the signal light by each optical waveguide.
  • each power feeding circuit Fi multiplies the delayed intermediate frequency signal V IF (t ⁇ ti) by the delayed local signal V LO (t ⁇ ti) to thereby obtain the delayed radio frequency signal V
  • a multiplier that generates a delayed local signal V LOM (t ⁇ ti) by multiplying the delayed local signal V LO (t ⁇ ti)
  • a delay intermediate frequency A mixer that generates a delayed radio frequency signal V RF (t- ⁇ t) by multiplying the signal V IF (t- ⁇ ti) by the delayed local signal V LOM (t- ⁇ ti), Is preferred.
  • the time delay of the delayed radio frequency signal V RF (t ⁇ ti) supplied to each radiating element Ai does not depend on the frequency. Therefore, even when the above configuration is adopted, even if the frequency of the radiated electromagnetic wave is changed, the electromagnetic wave is directed in a certain direction without changing the time delays ⁇ t1, ⁇ t2,. Can be emitted.
  • each feeding circuit Fi multiplies the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) received using the corresponding radiating element Ai and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti). by 'a mixer which generates a (t +?
  • each feeding circuit Fi multiplies the radio frequency signal V RF ′ (t + ⁇ ti) received using the corresponding radiating element Ai and the delayed local signal V LO (t ⁇ ti). by 'a mixer which generates a (t +? ti), the intermediate frequency signal V IF' intermediate frequency signal V IF (t + ⁇ ti) and delayed local signal V LO (t- ⁇ ti) the de quadrature amplitude modulated signal light RSLi And a delayed intermediate frequency signal V IF ′ (t) by demodulating the delayed optical signal RSL′i obtained by giving a time delay to the signal light RSLi using the time delay unit.
  • a mixer for generating an extended radio frequency signal V RF '(t), also has a capital, it is preferable.

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Abstract

ミリ波帯での使用が可能でありながら従来よりも安価なフェイズドアレイアンテナを実現する。フェイズドアレイアンテナ（１）は、搬送光ＣＬを中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）との和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器（ＯＭ）と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ'１，ＳＬ'２，…，ＳＬ'ｎを生成する時間遅延器（ＴＤ）と、を備えている。各給電回路（Ｆｉ）は、放射素子（Ａｉ）に供給する遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を遅延信号光ＳＬ'ｉから生成する。

Description

フェイズドアレイアンテナ
　本発明は、フェイズドアレイアンテナに関する。
　無線通信の大容量化を図るために、使用する周波数帯域の広帯域化及び高周波化が進んでいる。近年では、マイクロ波帯（０．３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ以下）のみならず、ミリ波帯（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）が無線通信に使用されるようになっている。なかでも、大気中での減衰が大きい６０ＧＨｚ帯は、データの漏洩が生じ難い帯域として注目されている。
　６０ＧＨｚ帯の無線通信に使用されるアンテナには、広帯域性の他に高利得性が求められる。６０ＧＨｚ帯は、上述したように、大気中での減衰が大きいからである。６０ＧＨｚ帯での使用に耐える高利特性を有するアンテナとしては、例えば、アレイアンテナが挙げられる。ここで、アレイアンテナとは、複数の放射素子をアレイ状又はマトリクス状に並べたアンテナのことを指す。
　アレイアンテナでは、各放射素子に供給する無線周波数信号（ＲＦ信号）の位相を制御することによって、放射する電磁波の主ビーム方向を変化させることが可能である。このようなビーム走査機能を有するアレイアンテナは、フェイズドアレイアンテナと呼ばれ、盛んに研究開発が進められている。
　従来のフェイズドアレイアンテナの典型的な構成を、図１１に示す。このフェイズドアレイアンテナは、図１１に示すように、（１）時間遅延素子ＴＤ１～ＴＤ４を用いて無線周波数信号ＲＦに時間遅延を与え、（２）遅延無線周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４を放射素子Ａ１～Ａ４に供給するものである。
　しかしながら、図１１に示すフェイズドアレイアンテナは、ミリ波帯の使用に適さない。なぜなら、時間遅延素子などの電気的な手段を用いて、ミリ波帯の無線周波数信号に対して高精度の時間遅延を与えることは困難だからである。
　このため、ミリ波帯を使用するフェイズドアレイアンテナにおいては、通常、波長分散ファイバなどの光学的な手段を用いて、無線周波数信号に対して高精度の時間遅延を与える構成が採用される。このようなフェイズドアレイアンテナを図１２及び図１３に示す。
　図１２に示すフェイズドアレイアンテナ１０１は、光源ＬＳ１～ＬＳ４と、光合波器ＯＭＰと、光変調器ＯＭと、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１～ＯＥ４と、放射素子Ａ１～Ａ４とを備えている。光導波路ＯＭＧとしては、波長分散媒質により構成された光導波路が用いられる。このフェイズドアレイアンテナ１０１では、以下のようにして、異なる時間遅延Δｔ１～Δｔ４が与えられた無線周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４を生成する。
　（１）波長の異なる搬送光ＣＬ１～ＣＬ４を合波することによって、搬送光ＣＬを生成する（光合波器ＯＭＰ）。（２）搬送光ＣＬを無線周波数信号ＲＦで強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する（光変調器ＯＭ）。（３）信号光ＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する（光導波路ＯＭＧ）。（４）遅延信号光ＳＬ’を波長分波することよって、遅延信号光ＳＬ’１～ＳＬ’４を生成する（波長分波器ＷＤＭ）。（５）遅延信号光ＳＬ’１～ＳＬ’４をＯ／Ｅ変換することによって、遅延無線周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４を生成する（Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１～ＯＥ４）。
　図１２に示すフェイズドアレイアンテナ１０１においては、搬送光ＣＬ１～ＣＬ４の波長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１～Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（特許文献１参照）。或いは、信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）を変更することによっても、無周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１～Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（非特許文献１参照）。
　図１３に示すフェイズドアレイアンテナ１０２は、光源ＬＳと、光変調器ＯＭと、光分岐器ＯＤと、光導波路ＯＷＧ１～ＯＷＧ４と、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１～ＯＥ４と、放射素子Ａ１～Ａ４とを備えている。光導波路ＯＷＧ１～ＯＷＧ４は、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の異なる光導波路により構成される。このフェイズドアレイアンテナ１０２では、以下のようにして、異なる時間遅延Δｔ１～Δｔ４が与えられた無線周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４を生成する。
　（１）搬送光ＣＬを無線周波数信号ＲＦにて強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する（光変調器ＯＭ）。（２）信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１～ＳＬ４を生成する（光分岐器ＯＤ）。（３）信号光ＳＬ１～ＳＬ４に時間遅延Δｔ１～Δｔ４を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１～ＳＬ’４を生成する（ＯＷＧ１～ＯＷＧ４）。（４）遅延信号光ＳＬ’１～ＳＬ’４をＯ／Ｅ変換することによって、遅延無線周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４を生成する（Ｏ／Ｅ変換器Ｅ１～ＯＥ４）。
　光導波路ＯＷＧ１～ＯＷＧ４が波長分散の異なる光導波路により構成されている場合、搬送光ＣＬの波長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１～Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（特許文献２参照）。一方、光導波路ＯＷＧ１～ＯＷＧ４が光路長の異なる光導波路により構成されている場合、光導波路ＯＷＧ１～ＯＷＧ４の光路長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１～ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１～Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（非特許文献２、３参照）。
日本国公開特許公報「特開２００７－１６５９５６号」 日本国公開特許公報「特開２００４－２３４００号」 日本国公開特許公報「特開２００１－８５９２５号」
Dennis T. K. Tong and Ming C. Wu, 'A Novel Multiwavelength Optically Controlled Phased Array Antenna with a Programmable Dispersion Matrix', IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 8, NO.6, JUNE 1996 David A. Tulchinsky and Paul J. Matthews, 'Ultrawide-Band Fiber-Optics Control of a Millimeter-Wave Transmit Beamformer', IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND THECHNIQUES, VOL. 49, NO.7, JULY 2001 Timothy P. McKenna, Jeffery A. Nanzer and Thomas R. Clark Jr., 'Photonic Beamstreering of a Millimeter-Wave Array With 10-Gb/s Data Transmission' IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 26, NO.14, JULY 2014
　しかしながら、図１２～図１３に示した従来のフェイズドアレイアンテナ１０１～１０２のように、光学的な手段を用いて無線周波数信号を遅延する場合、電子部品と比べて高価な光学部品を使用する必要があるため、コストの上昇が避けられない。特に、ミリ波帯での使用を想定すると、入手困難又は高価な光変調器やＯ／Ｅ変換器などを使用する必要があり、コストの大幅な上昇が見込まれる。
　本発明は、上記の課題に鑑みてされたものであり、その目的は、ミリ波帯での使用が可能でありながら従来よりも安価なフェイズドアレイアンテナを実現することにある。
　上記目的を達成するために、本発明に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）を生成する合波器と、搬送光ＣＬを和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。
　本発明によれば、ミリ波帯での使用が可能でありながら従来よりも安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。 図１に示すフェイズドアレイアンテナの第１の具体例を示すブロック図である。 図１に示すフェイズドアレイアンテナの第２の具体例を示すブロック図である。 図１に示すフェイズドアレイアンテナの変形例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。 図５に示すフェイズドアレイアンテナの第１の具体例を示すブロック図である。 図５に示すフェイズドアレイアンテナの第２の具体例を示すブロック図である。 図５に示すフェイズドアレイアンテナの変形例を示すブロック図である。 図１に示すフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例を示すブロック図である。 図５に示すフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例を示すブロック図である。 従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。 従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。 従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。
　〔第１の実施形態〕
　（フェイズドアレイアンテナの構成）
　本発明の第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、フェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。
　フェイズドアレイアンテナ１は、図１に示すように、合波器ＭＰと、光変調器ＯＭと、時間遅延器ＴＤと、ｎ個の給電回路Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｎからなる給電回路群と、ｎ個の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎからなる放射素子群と、を備えた送信用アンテナである。ここで、ｎは、２以上の任意の整数であるが、図１においては、ｎ＝４の場合の構成を例示している。
　合波器ＭＰは、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）＝ＶＩＦ（ｔ）＋ＶＬＯ（ｔ）を生成する。中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ（ｔ）が（１）式及び（２）式のように与えられている場合、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）は、（３）式のように与えられる。合波器ＭＰにて生成された和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）は、データ信号として光変調器ＯＭに供給される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　光変調器ＯＭは、搬送光ＣＬを和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する。光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本実施形態においては、光変調器ＯＭとして、ＭＺ変調器（Mach-Zehnder Modulator）を用いる。また、搬送光ＣＬを生成する光源の構成については、参照する図面を代えて後述する。
　時間遅延器ＴＤは、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する。すなわち、時間遅延器ＴＤは、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）が重畳された光信号ＳＬから、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が重畳された遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、後述するように、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。時間遅延器ＴＤにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、時間遅延器ＴＤの構成については、参照する図面を代えて後述する。
　給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉを遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する。給電回路Ｆｉにて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉに供給される。
　各給電回路Ｆｉは、図１に示すように、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉと、分波器ＤＰｉと、混合器ＭＸｉと、を有している。なお、各給電回路Ｆｉの構成は共通なので、図１においては、給電回路Ｆ１を構成するＯ／Ｅ変換器ＯＥ１、分波器ＤＰ１、及び混合器ＭＸ１にのみ参照符号を付している。
　Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉは、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換（光電変換）することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を生成する。Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉは、例えば、フォトダイオードである。和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）が（３）式のように与えられている場合、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）は、（４）式のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　分波器ＤＰｉは、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する。遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が（４）式のように与えられている場合、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）は、（５）式及び（６）式のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　混合器ＭＸｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する。遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が（５）式及び（６）式以下のように与えられている場合、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、（７）式のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、従来のフェイズドアレイアンテナと同様に設定すればよい。例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが同一直線上にこの順で並んでいる場合、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて、（８）式に従って設定すればよい。（８）式において、ｃは、光速を表し、ｄｉは、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔を表す。また、θは、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射する電磁波の等位相面との成す角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　例えば、６０ＧＨｚ帯（５７ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下）の電磁波を放射する場合、隣接する放射素子間の距離は、例えば、中心周波数６１．５ＧＨｚに対応する自由空間波長の１／２、すなわち、２．４４ｍｍに設定すればよい。すなわち、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔ｄｉは、２．４４×（ｉ－１）ｍｍに設定すればよい。このとき、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射される電磁波の等位相面との成す角θが４５°になるように放射方向を傾けるためには、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉを５．７×（ｉ－１）ｐｓに設定すればよい。
　一方、７０ＧＨｚ帯（７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下）の電磁波を放射する場合、隣接する放射素子間の距離は、例えば、中心周波数７３．５ＧＨｚに対応する自由空間波長の１／２、すなわち、２．０４ｍｍに設定すればよい。すなわち、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔ｄｉは、２．０４×（ｉ－１）ｍｍに設定すればよい。このとき、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射される電磁波の等位相面との成す角θが４５°になるように放射方向を傾けるためには、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉを４．８×（ｉ－１）ｐｓに設定すればよい。
　フェイズドアレイアンテナ１において注目すべき第１の点は、各放射素子Ａｉに入力される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延量が周波数に依存しない点である。したがって、フェイズドアレイアンテナ１においては、放射する電磁波の周波数が変更されても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。
　フェイズドアレイアンテナ１において注目すべき第２の点は、光変調器ＯＭにて変調されるデータ信号が、無線周波数信号よりも周波数の低い、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）との和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）である点である。これにより、フェイズドアレイアンテナ１をミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価な光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　なお、各給電回路Ｆｉにおいて分波器ＤＰｉと混合器ＭＸｉとの間に、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を逓倍する逓倍器を挿入してもよい。この場合、混合器ＭＸｉに入力される遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）は、（９）式のようになり、混合器ＭＸｉにより生成される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、（１０）式のようになる。ここで、ｋは、２以上の任意の整数であり、例えば、２又は３である。この場合であっても、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延量は、周波数に依存しない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　（フェイズドアレイアンテナの第１の具体例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ１の第１の具体例について、図２を参照して説明する。図２は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、ｎ個の光源ＬＳ１，ＬＳ２，…，ＬＳｎからなる光源群と、光合波器ＯＭＰと、を備えている。
　光源ＬＳｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、搬送光ＣＬｉを生成する。光源ＬＳ１～ＬＳｎにて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，Ｃｎの波長λ１，λ２，…，λｎは、互いに異なっている。各光源ＬＳｉにて生成された搬送光ＣＬｉは、光合波器ＯＭＰに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳｉとして、半導体レーザ素子を用いる。
　光合波器ＯＭＰは、搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する。搬送光ＣＬには、波長λ１，λ２，…，λｎを有する搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎが成分として含まれる。光合波器ＯＭＰにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、時間遅延器ＴＤは、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、により構成されている。
　光導波路ＯＷＧは、波長分散媒質により構成された光導波路であり、信号光ＳＬに波長分散（波長λに依存した時間遅延）ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する。信号光ＳＬには、波長の異なる信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎが成分として含まれ、遅延信号光ＳＬ’には、波長及び位相の異なる遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎが成分として含まれる。信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）は、放射する電磁波の主ビーム方向に応じた時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを各信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎに与えられるよう、十分な大きさに設定される。光導波路ＯＷＧにて生成された遅延信号光ＳＬ’は、波長分波器ＷＤＭに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧとして、シングルモードファイバを用いる。
　波長分波器ＷＤＭは、遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＷＤＭにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、上述した給電回路Ｆｉに供給される。
　なお、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。
　＜構成１＞
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、各搬送光ＣＬｉの波長λｉを変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。光導波路ＯＷＧとして、波長分散媒質により構成された光導波路を用いているからである。
　したがって、生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉが可変な光源を光源ＬＳｉとして用い、各光源ＬＳｉが生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　＜構成２＞
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）を変化させることによっても、各遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧとして用い、光導波路ＯＷＧが信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　なお、６０ＧＨｚ帯においてビーム走査が可能なフェイズドアレイアンテナ１を実現するためには、例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを２．４ｍｍ間隔で同一直線上に並べ、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）の周波数ｆＩＦを２２ＧＨｚ以上３１ＧＨｚ以下に設定し、局所信号ＶＬＯ（ｔ）の周波数ｆＬＯを３５ＧＨｚに設定すればよい。また、７０ＧＨｚ帯においてビーム走査が可能なフェイズドアレイアンテナを実現するためには、例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを２．１ｍｍ間隔で同一直線上に並べ、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）の周波数ｆＩＦを３１ＧＨｚ以上３６ＧＨｚ以下に設定し、局所信号ＶＬＯ（ｔ）の周波数ｆＬＯを４０ＧＨｚに設定すればよい。データ信号の周波数が４０ＧＨｚ以下であれば、本願出願時点で市場に広く流通しているＭＺ変調器を光変調器ＯＭとして利用することができるからである。
　（フェイズドアレイアンテナの第２の具体例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ１の第２の具体例について、図３を参照して説明する。図３は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、単一の光源ＬＳを備えている。
　光源ＬＳは、搬送光ＣＬを生成する。光源ＬＳにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳとして、半導体レーザ素子を用いる。
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、時間遅延器ＴＤは、光分岐器ＯＤと、ｎ個の光導波路ＯＷＧｉからなる光導波路群と、により構成されている。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎは、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の可変な光導波路である。なお、波長分散の異なる光導波路としては、例えば、シングルモードファイバと分散補償ファイバとの組み合わせや分散シフトファイバなどが挙げられる。
　光分岐器ＯＤは、信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する。光分岐器ＯＤにより生成された各信号光ＳＬｉは、対応する光導波路ＯＷＧｉに供給される。
　光導波路ＯＷＧｉは、信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎにて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさは、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。各光導波路ＯＷＧｉにて生成された遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧｉとして、時間遅延Δｔｉに応じた光路長を有する光ファイバを用いる。
　なお、本具体例に係るフェイズドアレイにアンテナ１においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。
　＜構成１＞
　光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが波長分散の異なる光導波路（異なる波長分散値を持つ波長分散媒質により構成された光導波路）である場合、搬送光ＣＬの波長λを変化させることによって、各遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、この場合、生成する搬送光ＣＬの波長λが可変な光源を光源ＬＳとして用い、光源ＬＳが生成する搬送光ＣＬの波長λを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　＜構成２＞
　一方、光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが光路長の可変な光導波路である場合、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、この場合、光路長が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧｉとして用い、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　（フェイズドアレイアンテナの変形例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ１の変形例について、図４を参照して説明する。図４は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。
　本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、図１に示したフェイズドアレイアンテナ１に受信用の構成を付加した送受信兼用アンテナである。
　図４に示すように、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１の各給電回路Ｆｉは、受信用の構成として、混合器ＲＭＸ１ｉと、合波器ＲＭＰｉと、光変調器ＲＯＭｉと、Ｏ／Ｅ変換器ＲＯＥｉと、分波器ＲＤＰｉと、混合器ＲＭＸ２ｉとを有しており、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ１ｉと、サーキュレータＣ２ｉとを有している。また、フェイズドアレイアンテナ１は、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ３と、波長分波器ＲＷＤＭとを有している。
　混合器ＲＭＸ１ｉは、無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。ここで、無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号である。無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）は、（１１）式のように表され、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）は、（６）式のように表されるので、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（１２）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 　合波器ＲＭＰｉは、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）が（１２）式のように表され、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が（６）式のように表されるので、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（１３）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 　光変調器ＲＯＭｉは、搬送光ＣＬｉを和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調することによって、信号光ＲＳＬｉを生成する。光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、図２に示す第１の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、対応する光源ＬＳｉにて生成されて搬送光を用い、図３に示す第２の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、単一の光源ＬＳにて生成された搬送光を用いる。
　時間遅延器ＴＤは、信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎから遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。図２に示す第１の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎを合波することによって、信号光ＲＳＬを生成し、（２）信号光ＲＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。一方、図３に示す第２の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎ毎に時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成し、（２）遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを合波することよって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。時間遅延器ＴＤにて生成された遅延信号光ＲＳＬ’は、波長分波器ＲＷＤＭに供給される。
　波長分波器ＲＷＤＭは、遅延信号光ＲＬＳ’を波長分波することによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＲＷＤＭにて得られた各遅延信号光ＲＳＬ’ｉは、対応する給電回路ＦｉのＯ／Ｅ変換器ＲＯＥｉに供給される。
　Ｏ／Ｅ変換器ＲＯＥｉは、遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を生成する。和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）が（１３）式のように表されるので、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）は、（１４）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 　分波器ＲＤＰｉは、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）とを生成する。遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）が（１４）式のように表されるので、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）は、（１５）式及び（１６）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 　混合器ＲＭＸ２ｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する。遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）が（１５）式及び（１６）式のように表されるので、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）は、（１７）式のように表される。混合器ＲＭＸ２ｉにて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）は、他の給電回路Ｆｊにて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）と合波された後、受信回路Ｒに供給される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 　サーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとの間に挿入され、混合器ＲＭＸ１ｉに接続されている。このサーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する（送信時動作）と共に、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する（受信時動作）。
　サーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤとＯ／Ｅ変換器ＯＥｉとの間に挿入され、光変調器ＲＯＭｉに接続されている。このサーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換器ＯＥｉに入力する（送信時動作）と共に、光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉを時間遅延器ＴＤに入力する（受信時動作）。
　サーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭと時間遅延素子ＴＤとの間に挿入され、波長分波器ＲＷＤＭに接続されている。このサーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬを時間遅延器ＴＤに入力する（送信時動作）と共に、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＲＳＬ’を波長分波器ＲＷＤＭに入力する（受信時動作）。
　〔第２の実施形態〕
　（フェイズドアレイアンテナの構成）
　本発明の第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成について、図５を参照して説明する。図５は、フェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。
　フェイズドアレイアンテナ２は、図１に示すように、光変調器ＯＭと、時間遅延器ＴＤと、ｎ個の給電回路Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｎからなる給電回路群と、ｎ個の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎからなる放射素子群と、を備えた送信用アンテナである。ここで、ｎは、２以上の任意の整数であるが、図１においては、ｎ＝４の場合の構成を例示している。
　光変調器ＯＭは、搬送光ＣＬを中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＳＬを生成する。中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ（ｔ）は、例えば、（１８）式及び（１９）式のように与えられる。光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本実施形態においては、光変調器ＯＭとして、ＤＰＭＺ変調器（Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator）を用いる。また、搬送光ＣＬを生成する光源の構成については、参照する図面を代えて後述する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 　時間遅延器ＴＤは、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する。すなわち、時間遅延器ＴＤは、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ（ｔ）がＩ信号及びＱ信号として重畳された光信号ＳＬから、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）がＩ信号及びＱ信号として重畳された遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、第１の実施形態と同様、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。時間遅延器ＴＤにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、時間遅延器ＴＤの構成については、参照する図面を代えて後述する。
　給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉを遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する。給電回路Ｆｉにて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉに供給される。
　各給電回路Ｆｉは、図５に示すように、光復調器ＯＤＭｉと、混合器ＭＸｉと、を有している。なお、各給電回路Ｆｉの構成は共通なので、図１においては、給電回路Ｆ１を構成する光復調器ＯＤＭ１及び混合器ＭＸ１にのみ参照符号を付している。
　光復調器ＯＤＭｉは、遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する。中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ（ｔ）が（１８）式及び（１９）式のように与えられている場合、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）は、（２０）式及び（２１）式のように与えられる。本実施形態においては、光復調器ＯＤＭｉとして、コヒーレントレシーバを用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 　混合器ＭＸｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する。遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が（２０）式及び（２１）式以下のように与えられている場合、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、（２２）式のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 　フェイズドアレイアンテナ２において注目すべき第１の点は、各放射素子Ａｉに入力される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延量が周波数に依存しない点である。したがって、フェイズドアレイアンテナ２においては、放射する電磁波の周波数が変更されても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。
　フェイズドアレイアンテナ１において注目すべき第２の点は、光変調器ＯＭにて変調されるデータ信号が、無線周波数信号よりも周波数の低い、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ（ｔ）である点である。これにより、フェイズドアレイアンテナ１をミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価な光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　なお、各給電回路Ｆｉにおいて分波器ＤＰｉと混合器ＭＸｉとの間に、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を逓倍する逓倍器を挿入してもよい。この場合、混合器ＭＸｉに入力される遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）は、（２３）式のようになり、混合器ＭＸｉにより生成される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）は、（２４）式のようになる。ここで、ｋは、２以上の任意の整数であり、例えば、２又は３である。この場合であっても、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延量は、周波数に依存しない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 　（フェイズドアレイアンテナの第１の具体例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ２の第１の具体例について、図６を参照して説明する。図６は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、ｎ個の光源ＬＳ１，ＬＳ２，…，ＬＳｎからなる光源群と、光合波器ＯＭＰと、を備えている。
　光源ＬＳｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、搬送光ＣＬｉを生成する。光源ＬＳ１～ＬＳｎにて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，Ｃｎの波長λ１，λ２，…，λｎは、互いに異なっている。各光源ＬＳｉにて生成された搬送光ＣＬｉは、光合波器ＯＭＰに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳｉとして、半導体レーザ素子を用いる。
　光合波器ＯＭＰは、搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する。搬送光ＣＬには、波長λ１，λ２，…，λｎを有する搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎが成分として含まれる。光合波器ＯＭＰにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２において、時間遅延器ＴＤは、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、により構成されている。
　光導波路ＯＷＧは、波長分散媒質により構成された光導波路であり、信号光ＳＬに波長分散（波長λに依存した時間遅延）ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する。信号光ＳＬには、波長の異なる信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎが成分として含まれ、遅延信号光ＳＬ’には、波長及び位相の異なる遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎが成分として含まれる。信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）は、放射する電磁波の主ビーム方向に応じた時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを各信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎに与えられるよう、十分な大きさに設定される。光導波路ＯＷＧにて生成された遅延信号光ＳＬ’は、波長分波器ＷＤＭに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧとして、シングルモードファイバを用いる。
　波長分波器ＷＤＭは、遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＷＤＭにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、上述した給電回路Ｆｉに供給される。
　なお、本具体例に係るフェイズドアレイにアンテナ２においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。
　＜構成１＞
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、各搬送光ＣＬｉの波長λｉを変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。光導波路ＯＷＧとして、波長分散媒質により構成された光導波路を用いているからである。
　したがって、生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉが可変な光源を光源ＬＳｉとして用い、各光源ＬＳｉが生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　＜構成２＞
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）を変化させることによっても、各遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧとして用い、光導波路ＯＷＧが信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　（フェイズドアレイアンテナの第２の具体例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ２の第２の具体例について、図７を参照して説明する。図７は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。
　本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、単一の光源ＬＳを備えている。
　光源ＬＳは、搬送光ＣＬを生成する。光源ＬＳにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳとして、半導体レーザ素子を用いる。
　また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、時間遅延器ＴＤは、光分岐器ＯＤと、ｎ個の光導波路ＯＷＧｉからなる光導波路群と、により構成されている。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎは、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の可変な光導波路である。なお、波長分散の異なる光導波路としては、例えば、シングルモードファイバと分散補償ファイバとの組み合わせや分散シフトファイバなどが挙げられる。
　光分岐器ＯＤは、信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する。光分岐器ＯＤにより生成された各信号光ＳＬｉは、対応する光導波路ＯＷＧｉに供給される。
　光導波路ＯＷＧｉは、信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎにて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさは、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。各光導波路ＯＷＧｉにて生成された遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧｉとして、時間遅延Δｔｉに応じた光路長を有する光ファイバを用いる。
　なお、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。
　＜構成１＞
　光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが波長分散の異なる光導波路（異なる波長分散値を持つ波長分散媒質により構成された光導波路）である場合、搬送光ＣＬの波長λを変化させることによって、各遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、この場合、生成する搬送光ＣＬの波長λが可変な光源を光源ＬＳとして用い、光源ＬＳが生成する搬送光ＣＬの波長λを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　＜構成２＞
　一方、光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが光路長の可変な光導波路である場合、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。
　したがって、この場合、この場合、光路長が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧｉとして用い、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。
　（フェイズドアレイアンテナの変形例）
　次に、フェイズドアレイアンテナ２の変形例について、図８を参照して説明する。図８は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。
　本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、図５に示したフェイズドアレイアンテナ２に受信用の構成を付加した送受信兼用アンテナである。
　図８に示すように、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２の各給電回路Ｆｉは、受信用の構成として、混合器ＲＭＸ１ｉと、光変調器ＲＯＭｉと、光復調器ＲＯＭＤｉと、混合器ＲＭＸ２ｉとを有しており、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ１ｉと、サーキュレータＣ２ｉとを有している。また、フェイズドアレイアンテナ１は、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ３と、波長分波器ＲＷＤＭとを有している。
　混合器ＲＭＸ１ｉは、無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。ここで、無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号である。無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（２５）式のように表され、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）は、（２１）式のように表されるので、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（２６）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 　光変調器ＲＯＭｉは、搬送光ＣＬｉを中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＲＳＬを生成する。光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本具体例においては、光変調器ＲＯＭｉとして、ＤＰＭＺ変調器を用いる。図６に示す第１の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、対応する光源ＬＳｉにて生成されて搬送光を用い、図７に示す第２の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、単一の光源ＬＳにて生成された搬送光を用いる。
　時間遅延器ＴＤは、信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎから遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。図６に示す第１の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎを合波することによって、信号光ＲＳＬを生成し、（２）信号光ＲＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。一方、図７に示す第２の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成し、（２）遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを合波することよって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。時間遅延器ＴＤにて生成された遅延信号光ＲＳＬ’は、波長分波器ＲＷＤＭに供給される。
　波長分波器ＲＷＤＭは、遅延信号光ＲＬＳ’を波長分波することによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＲＷＤＭにて得られた各遅延信号光ＲＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉの光復調器ＲＯＤＭｉに供給される。
　光復調器ＲＯＤＭｉは、遅延信号光ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）とを生成する。中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）及び遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）が（２６）式及び（２１）式のように表されるので、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）は、（２７）式及び（２８）式のように表される。なお、本具体例においては、光復調器ＲＯＤＭｉとして、コヒーレントレシーバを用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
 　混合器ＲＭＸ２ｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する。遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）及び局所信号ＶＬＯ’（ｔ－２Δｔｉ）が（２７）式及び（２８）式のように表されるので、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）は、（２９）式のように表される。混合器ＲＭＸ２にて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）は、他の給電回路Ｆｊにて生成された遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）と合波された後、受信回路Ｒに供給される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 　サーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとの間に挿入され、混合器ＲＭＸ１ｉに接続されている。このサーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する（送信時動作）と共に、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する（受信時動作）。
　サーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤと光復調器ＯＤＭｉとの間に挿入され、光変調器ＲＯＭｉに接続されている。このサーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＳＬ’ｉを光復調器ＯＤＭｉに入力する（送信時動作）と共に、光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉを時間遅延器ＴＤに入力する（受信時動作）。
　サーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭと時間遅延素子ＴＤとの間に挿入され、波長分波器ＲＷＤＭに接続されている。このサーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬを時間遅延器ＴＤに入力する（送信時動作）と共に、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＲＳＬ’を波長分波器ＲＷＤＭに入力する（受信時動作）。
　（第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例）
　次に、第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ１のさらなる変形例について、図９を参照して説明する。図９は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９の構成を示すブロック図である。
　本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９は、図４に示したフェイズドアレイアンテナ１と同様の送受信兼用アンテナである。
　図９に示すように、さらなる変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９は、変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、サーキュレータＣ１ｉをスイッチＳｉに置き換えたものである。
　送信時には、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、混合器ＭＸｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する。また、受信時には、放射素子Ａｉと混合器ＲＭＸ１ｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する。
　（第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例）
　次に、第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ２のさらなる変形例について、図１０を参照して説明する。図１０は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０の構成を示すブロック図である。
　本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０は、図８に示したフェイズドアレイアンテナ２と同様の送受信兼用アンテナである。
　図１０に示すように、さらなる変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０は、変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２において、サーキュレータＣ１ｉをスイッチＳｉに置き換えたものである。
　送信時には、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、混合器ＭＸｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する。また、受信時には、放射素子Ａｉと混合器ＲＭＸ１ｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する。
　〔まとめ〕
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）を生成する合波器と、搬送光ＣＬを和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、各放射素子Ａｉに供給される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延が周波数に依存しなくなる。したがって、上記の構成によれば、放射する電磁波の周波数を変更しても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。
　また、上記の構成によれば、光変調器にて変調されるデータ信号が、無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ）よりも周波数の低い、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）との和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）になる。したがって、上記の構成によれば、ミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価なＯ／Ｅ変換器及び光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　また、上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、搬送光ＣＬを中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＣＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する光復調器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、各放射素子Ａｉに供給される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延が周波数に依存しなくなる。したがって、上記の構成によれば、放射する電磁波の周波数を変更しても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。
　また、上記の構成によれば、光変調器にて変調されるデータ信号が、無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ）よりも周波数の低い、中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）との和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）になる。したがって、上記の構成によれば、ミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価なＯ／Ｅ変換器及び光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、搬送光ＣＬｉを生成する光源から光源群であって、各光源にて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎの波長が異なる光源群と、搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する合波器と、を更に備え、前記時間遅延器は、信号光ＳＬに波長分散を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する光導波路と、遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する波長分波器と、を有している、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、信号光ＳＬを遅延させるための導波路がひとつで済む。したがって、より安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、前記光源は、生成する搬送光ＣＬｉの波長が可変な光源である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、各光源が生成する搬送光ＣＬｉの波長を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、前記光導波路は、信号光ＳＬに与える波長分散が可変な光導波路である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、光導波路が信号光に与える波長分散を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、搬送光ＣＬを生成する光源を更に備え、前記時間遅延器は、信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する光分岐器と、各信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する光導波路からなる光導波路群であって、各光導波路にて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさが異なる光導波路群と、を有している、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、搬送光ＣＬを生成するための光源がひとつで済む。したがって、より安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、前記光源は、生成する搬送光ＣＬの波長が可変な光源であり、前記光導波路群は、波長分散の異なる光導波路により構成されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、光源が生成する搬送光ＣＬの波長を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、前記光導波路群は、光路長が可変な光導波路からなる、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、各光導波路が信号光に与える時間遅延Δｔｉを制御することによって、ビーム走査を実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器に代えて、遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を逓倍することによって遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）を生成する逓倍器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔ）を生成する混合器と、を有している、ことが好ましい。
　上記の構成を採用した場合であっても、各放射素子Ａｉに供給される遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）の時間遅延が周波数に依存しなくなる。したがって、上記の構成を採用した場合であっても、放射する電磁波の周波数を変更しても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する合波器と、
　和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、送受信兼用のフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とで直角位相振幅変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延光信号ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを生成する光復調器と、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、送受信兼用のフェイズドアレイアンテナを実現することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した実施形態や各変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態または各変形例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１，２　　　　　　　フェイズドアレイアンテナ
　ＭＰ　　　　　　　　合波器
　ＯＭ　　　　　　　　光変調器
　ＴＤ　　　　　　　　時間遅延素器
　Ｆｉ　　　　　　　　給電回路
　ＯＥｉ　　　　　　　Ｏ／Ｅ変換器
　ＤＰｉ　　　　　　　分波器
　ＭＸｉ　　　　　　　混合器

Claims (11)

  1. 　ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
    　中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）を生成する合波器と、
    　搬送光ＣＬを和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、
    　信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、
    　遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、
    　各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、
    　　遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、
    　　遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する分波器と、
    　　遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、
    ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
  2. 　ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
    　搬送光ＣＬを中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ）と局所信号ＶＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＣＬを生成する光変調器と、
    　信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、
    　遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、
    　各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、
    　　遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを生成する光復調器と、
    　　遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、
    ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。
  3. 　搬送光ＣＬｉを生成する光源から光源群であって、各光源にて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎの波長が異なる光源群と、
    　搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する合波器と、を更に備え、
    　前記時間遅延器は、
    　　信号光ＳＬに波長分散を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する光導波路と、
    　　遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する波長分波器と、を有している、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  4. 　前記光源は、生成する搬送光ＣＬｉの波長が可変な光源である、
    ことを特徴とする請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  5. 　前記光導波路は、信号光ＳＬに与える波長分散が可変な光導波路である、
    ことを特徴とする請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  6. 　搬送光ＣＬを生成する光源を更に備え、
    　前記時間遅延器は、
    　　信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する光分岐器と、
    　　各信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する光導波路からなる光導波路群であって、各光導波路にて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさが異なる光導波路群と、を有している、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  7. 　前記光源は、生成する搬送光ＣＬの波長が可変な光源であり、
    　前記光導波路群は、波長分散の異なる光導波路により構成されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  8. 　前記光導波路群は、光路長が可変な光導波路からなる、
    ことを特徴とする請求項６に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  9. 　各給電回路Ｆｉは、遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔｉ）を生成する混合器に代えて、
    　　遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）を逓倍することによって遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）を生成する逓倍器と、
    　　遅延中間周波数信号ＶＩＦ（ｔ－Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯＭ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって遅延無線周波数信号ＶＲＦ（ｔ－Δｔ）を生成する混合器と、を有している、
    ことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  10. 　各給電回路Ｆｉは、
    　　対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、
    　　中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを加算することによって、和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する合波器と、
    　和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、
    　前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、
    　遅延和信号ＶＩＦ＋ＬＯ’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを生成する分波器と、
    　遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナ。
  11. 　各給電回路Ｆｉは、
    　　対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、
    　　中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号ＶＬＯ（ｔ－Δｔｉ）とで直角位相振幅変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、
    　前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延光信号ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを生成する光復調器と、
    　遅延中間周波数信号ＶＩＦ’（ｔ）と局所信号ＶＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号ＶＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、
    ことを特徴とする請求項２に記載のフェイズドアレイアンテナ。
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