WO2025017809A1 - 送信指向性制御装置、及び送信指向性制御方法 - Google Patents

送信指向性制御装置、及び送信指向性制御方法 Download PDF

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photoelectric conversion
optical
optical signal
conversion units
phase
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English (en)
French (fr)
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穂乃花 伊藤
健 平賀
理一 工藤
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • 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
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water

Definitions

  • the present invention relates to a transmission directivity control device and a transmission directivity control method.
  • Methods of beam steering that have been devised and used include mechanically controlling the direction of the antenna, and controlling the radio waves emitted from the antenna by refracting or reflecting them with movable lenses or reflectors.
  • these methods have problems with durability and ability to follow movement, as they have mechanically moving parts.
  • phased array antennas which have no mechanically moving parts and are suitable for making antennas smaller and lighter, are becoming more widely used.
  • beam steering is performed electronically by controlling the phase and amplitude of the RF (Radio Frequency) signal supplied to each antenna element (hereinafter, this control is also called weighting) using means such as variable delay circuits, variable attenuator circuits, and digital signal processing connected to multiple antenna elements arranged on a line or surface.
  • RF Radio Frequency
  • phased array antennas that use analog circuits for weighting are widely used.
  • phased array antennas require weighting to perform two-dimensional beam steering using a two-dimensional array antenna in which antenna elements are arranged in a plane.
  • Non-Patent Document 1 discloses a 256-element phased array antenna for use in a fifth-generation mobile communication base station in the 28 GHz band.
  • the 28 GHz band if the radio frequency becomes about 10 times higher, the free space propagation loss will increase by 100 times, that is, by 20 dB. Therefore, for example, it is expected that tens of thousands of antenna elements will be required to compensate for this free space propagation loss with the antenna gain of the base station.
  • sixth-generation mobile communications which aim to provide even higher transmission rates, the use of the 300 GHz band (the so-called terahertz band) is being considered, and it is expected that even more antenna elements will be required than in fifth-generation mobile communications.
  • each phase shifter circuit In order to minimize the power supply loss to the antenna elements, it is necessary to place each phase shifter circuit in the vicinity of each antenna element. For example, a phase shifter circuit is placed immediately behind a planar antenna element formed on a printed circuit board, and power is supplied via a through hole.
  • a phase shifter circuit is placed immediately behind a planar antenna element formed on a printed circuit board, and power is supplied via a through hole.
  • the radio frequency is 300 GHz
  • the free space wavelength is 1 mm
  • the spacing between antenna elements is generally set to half the wavelength, or 0.5 mm.
  • phase shifter circuits In addition, to configure a circuit that forms multiple beams (a so-called multi-beam forming circuit), it is necessary to place the same number of phase shifter circuits in parallel as the number of beams, and it is easy to imagine that the placement of the phase shifter circuits will become difficult.
  • Non-Patent Document 3 proposes a means of applying optical circuit manufacturing technology that can implement small low-loss waveguides to convert signals into light and then perform weighting using an optical circuit. This is thought to increase the possibility of configuring a multi-element, two-dimensional weighting circuit, but the number of components in the weighting circuit increases depending on the number of antenna elements.
  • Patent Document 1 discloses a technology relating to a three-dimensional optical circuit that performs two-dimensional beam steering using a wavelength dispersion line.
  • Patent Document 2 discloses a technology for forming multiple beams using wavelength multiplexing, and this technology is considered to be two-dimensional and multi-element capable.
  • Non-Patent Document 4 discloses a technology that can accommodate multi-elementization without increasing the number of components in the circuit that implements weighting, by using a loop configuration that repeatedly reuses phase shifters while converting the optical wavelength.
  • Non-Patent Document 5 discloses a technology that combines a planar phase shift circuit with an FBG (Fiber Bragg Gratings) reflection line, in which the delay time varies depending on the optical wavelength, to perform one-dimensional (within one plane) beam steering using a planar phase shift circuit. Furthermore, Non-Patent Document 5 discloses a technology that performs two-dimensional beam steering by enabling beam steering in a plane perpendicular to the plane of the planar phase shift circuit using an FBG reflection line. It is believed that by adopting this technology, it is possible to perform two-dimensional beam steering while reducing the number of circuit components.
  • FBG Field Bragg Gratings
  • Patent Document 1 requires a matrix circuit with multi-layer wiring that is difficult to manufacture, and is therefore unsuitable for mass production using a planar circuit manufacturing process.
  • Patent Document 2 has the problem that the number of components that make up the circuit becomes enormous as the number of antenna elements increases and becomes two-dimensional.
  • Non-Patent Document 4 has the problem of complex wiring due to the use of a loop configuration that repeatedly reuses phase shifters while converting the optical wavelength.
  • the FBG used in the technology disclosed in Non-Patent Document 5 has a strong frequency band dependency, so when multiple wavelengths are multiplexed to accommodate a large number of antenna elements or beams, the number of FBG reflection lines becomes enormous.
  • the object of the present invention is to provide a transmission directivity control device and a transmission directivity control method that enable appropriate weighting without complicating the wiring structure, even when the scale of the array antenna is large, and that enables control of the transmission directivity using a circuit with a simple structure suitable for miniaturization and mass production.
  • One aspect of the present invention is a system including a plurality of antenna elements arranged along an arrangement line that is arbitrarily determined in three-dimensional space, a transmission optical signal generation unit that modulates light with a transmission signal to generate a first optical signal and a second optical signal of different frequency bands, a weighting unit that imparts a phase gradient to the second optical signal that is predetermined according to the direction of the arrangement line and a desired transmission direction, to generate a second optical signal with a phase gradient that corresponds to each of the antenna elements arranged along the arrangement line, and photoelectric conversion units that are provided corresponding to each of the antenna elements and are arranged in a row.
  • a photoelectric conversion unit that combines the corresponding second optical signal with a phase tilt and the first optical signal to convert the combined signal into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to the corresponding antenna element, and selects each of the path differences of the optical paths between the photoelectric conversion units adjacent in the row and the wavelength of the light so that a phase difference that occurs in one of the two optical signals combined by each of the photoelectric conversion units, which is caused by the path difference of the optical path until the one optical signal reaches each of the photoelectric conversion units, is absorbed.
  • One aspect of the present invention is a method for controlling transmission directivity for a plurality of antenna elements arranged along an arrangement line that is arbitrarily determined in a three-dimensional space, comprising the steps of: a transmission optical signal generating unit modulating light with a transmission signal to generate a first optical signal and a second optical signal of different frequency bands; a weighting unit imparting a phase gradient to the second optical signal that is determined in advance according to the direction of the arrangement line and the desired transmission direction, thereby generating a second optical signal with a phase gradient corresponding to each of the antenna elements arranged along the arrangement line; and a weighting unit provided corresponding to each of the antenna elements and arranged in a row.
  • the transmission directivity control method includes a step in which each of the photoelectric conversion units connected to the optical fiber combines the corresponding second optical signal with a phase tilt and the first optical signal to convert the combined signal into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to the corresponding antenna element, and selects each of the path differences of the optical paths between the photoelectric conversion units adjacent in the row and the wavelength of the light so that a phase difference that occurs in one of the two optical signals combined by each of the photoelectric conversion units, which is caused by a path difference of the optical path until the one optical signal reaches each of the photoelectric conversion units, is absorbed.
  • the present invention makes it possible to control the transmission directivity using a circuit with a simple structure suitable for miniaturization and mass production, enabling appropriate weighting without complicating the wiring structure, even when the array antenna is large.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a transmission directivity control device according to a first embodiment
  • 3A and 3B are diagrams illustrating an internal configuration of a photoelectric conversion unit according to the first embodiment and a connection relationship with an antenna element.
  • 4 is a flowchart showing the operation of the transmission directivity control device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of a transmission directivity control device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of antenna elements according to a second embodiment.
  • 10 is a flowchart showing an operation of a transmission directivity control device according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of a transmission directivity control device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an internal configuration of a transmission optical signal generator according to a fourth embodiment, a connection relationship between the transmission optical signal generator and a light source, and a wavelength designation unit connected to the light source.
  • FIG. 13A and 13B are diagrams showing the correspondence between wavelengths and directions according to the fourth embodiment, and the correspondence between output terminals assigned within a first scanning switching circuit and a second scanning switching circuit and wavelengths.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of a transmission directivity control device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram (part 1) showing another configuration example of the transmission optical signal generating unit shown in the first, second, third, and fifth embodiments, the connection relationship with the light source, and a wavelength specifying unit connected to the light source.
  • FIG. 2 is a diagram (part 2) showing another configuration example of the transmission optical signal generating unit shown in the first, second, third, and fifth embodiments, the connection relationship with the light source, and a wavelength specifying unit connected to the light source.
  • 13A to 13C are diagrams illustrating other configuration examples of the photoelectric conversion unit shown in the first and fifth embodiments and the connection relationship with the antenna element.
  • Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a transmission directivity control device 1 according to a first embodiment.
  • the transmission directivity control device 1 includes a wavelength designation unit 10, a light source 11, a transmission optical signal generation unit 12, a weighting unit 13, an operation unit 16, photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, and antenna elements 18-1 to 18-M.
  • M is a natural number of 2 or more, and in this description, a natural number is a positive integer not including 0.
  • the wavelength specification unit 10 generates and outputs a wavelength specification signal including the wavelength ⁇ selected by the user in response to a user operation.
  • the light source 11 is a wavelength-tunable light source, and generates and outputs CW (Continuous Wave) light of the wavelength ⁇ included in the wavelength specification signal received from the wavelength specification unit 10.
  • the transmission optical signal generation unit 12 includes an optical modulator 21 and a splitter 22.
  • the optical modulator 21 uses an externally applied electrical transmission signal as a baseband signal, and uses the baseband signal to intensity-modulate the light output by the light source 11 to generate a modulated optical signal.
  • the splitter 22 splits the modulated optical signal generated by the optical modulator 21 into a carrier optical signal and an upper sideband optical signal.
  • the splitter 22 outputs the split carrier optical signal to the optical path 100 connected to the splitter 22, and outputs the split upper sideband optical signal to the optical path 200.
  • the optical paths 100 and 200 and the optical paths shown below are, for example, optical fibers. Note that in FIG. 1 and the figures shown below, the connecting lines shown by dashed and dotted lines indicate the optical paths along which the carrier optical signal is transmitted, and the connecting lines shown by dotted lines indicate the optical paths along which the upper sideband optical signal is transmitted.
  • the operation unit 16 is capable of selecting a transmission direction, and outputs a switching instruction signal corresponding to the selected transmission direction.
  • the weighting unit 13 includes a scanning switching circuit 14 and a scanning matrix circuit 15.
  • the scanning switching circuit 14 is, for example, an optical switch, and includes one input terminal 14-S and M output terminals 14-E-1, 14-E-2, ..., 14-E-M.
  • the input terminal 14-S is connected to an optical path 200.
  • the scanning switching circuit 14 switches the input terminal 14-S to be connected to one of the output terminals 14-E-1 to 14-E-M according to the type of switching instruction signal output by the operation unit 16. In other words, there are M types of transmission directions that can be selected by the operation unit 16, and the operation unit 16 outputs a switching instruction signal corresponding to each of the M types of transmission directions.
  • the scanning matrix circuit 15 is a circuit configured to impart a phase gradient using, for example, a delay line, a high dispersion line, a resonant ring, or the like, and may be, for example, a Butler matrix circuit or a Blass matrix circuit.
  • the scanning matrix circuit 15 imparts a phase gradient to the supplied optical signal.
  • the scanning matrix circuit 15 has M input terminals 15-S-1, 15-S-2, ..., 15-S-M and M output terminals 15-E-1, 15-E-2, ..., 15-E-M. Each of the M input terminals 15-S-1 to 15-S-M is connected to each of the output terminals 14-E-1 to 14-E-M of the scanning switching circuit 14.
  • a phase inclination amount corresponding to the phase inclination to be applied is predetermined between each of the M input terminals 15-S-1 to 15-S-M and each of the M output terminals 15-E-1 to 15-E-M, and the circuit configuration is determined in advance so that the phase inclination amount is applied.
  • "j" is any natural number between 1 and M.
  • the scanning matrix circuit 15 When an optical signal is supplied from any one of the input terminals 15-S-j, the scanning matrix circuit 15 generates M optical signals by adding a tilt phase amount ⁇ j determined between the input terminal 15-S- j and each of the M output terminals 15-E-1 to 15-E-M to the supplied optical signal.
  • the scanning matrix circuit 15 outputs each of the generated M optical signals from each of the M output terminals 15-E-1, 15-E-2, ..., 15-E-M.
  • the unit of the tilt phase amount and other phase amounts when no unit is indicated is radian, which is a unit of the radian measure, and when indicated in the degree measure, the unit "°" is added.
  • phase amounts of (0°, 30°, 60°) expressed in radians become the tilt phase amounts ⁇ j .
  • 0° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 1
  • 30° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 2
  • 60° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 3 , and thus a phase tilt that increases by 30° is added.
  • phase amounts of (0°, 60°, 120°) expressed in radians become the tilt phase amounts ⁇ j .
  • 0° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 1
  • 60° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 2
  • 120° corresponds to the tilt phase amount ⁇ 3 , and thus a phase tilt that increases by 60° is imparted.
  • the subscript "j" in the tilt phase amount ⁇ j corresponds to the "j" indicating the position of the output terminal 15-E-j, and the tilt phase amount ⁇ j becomes a different phase amount when the input terminals 15-S-1 to 15-S-M are different.
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is connected to each of the branch optical paths 102-1, 102-2, ..., 102-M that branch off from M branching points 101-1, 101-2, ..., 101-M in the optical path 100, and to the optical paths 200-1, 200-2, ..., 200-M that connect to each of the output terminals 15-E-1 to 15-E-M of the scanning matrix circuit 15.
  • the branch optical paths 102-1 to 102-M are a part of the optical path 100, and the part of the optical path 100 other than the branch optical paths 102-1 to 102-M is called the main line of the optical path 100.
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M has the same internal configuration, and the photoelectric conversion unit 17-j has the internal configuration shown in FIG. 2.
  • the photoelectric conversion unit 17-j has a photodiode (hereinafter referred to as PD (Photo Diode)) 31-j and a multiplexer 32-j.
  • the multiplexer 32-j is connected to the branch optical path 102-j and the optical path 200-j.
  • the multiplexer 32-j multiplexes the carrier optical signal supplied via the branch optical path 102-j and the upper sideband optical signal supplied via the optical path 200-j.
  • the PD 31-j is connected to the multiplexer 32-j and the antenna element 18-j, and converts the optical signal output by the multiplexer 32-j into an electrical signal to generate an RF signal.
  • the process by the photoelectric conversion unit 17-j to combine two optical signals, convert them into an electrical signal, and generate an RF signal is also referred to as photomixing.
  • Antenna elements 18-1 to 18-M are arranged along an arrangement line that is arbitrarily determined in three-dimensional space, forming array antenna 19, which is a so-called one-dimensional array antenna.
  • the arrangement line may be a straight line, or a curved line that forms a curved surface such as a concave or convex shape that is generally used as a two-dimensional array antenna.
  • Each of antenna elements 18-1 to 18-M radiates an RF signal supplied from photoelectric conversion units 17-1 to 17-M connected to each of them as a radio wave.
  • the radio waves radiated from each of antenna elements 18-1 to 18-M form a so-called transmission beam.
  • the transmission beam radiated from antenna elements 18-1 to 18-M will be directed in any direction between the front direction 80 and the horizontal directions to the left and right on the plane of the paper surface of FIG. 1, such as the directions indicated by the symbols 81 and 82, or in the front direction 80, if the direction indicated by the symbol 80, which is the vertical upward direction on the paper surface of FIG. 1, is defined as the front direction 80.
  • the direction of the transmission beam is determined by the phase tilt applied by the scanning matrix circuit 15.
  • the direction of the transmission beam can be set to any direction between the front direction 80 and the left and right lateral directions.
  • the phase tilt is fixedly determined in advance between each of the M input terminals 15-S-1 to 15-S-M and the M output terminals 15-E-1 to 15-E-M according to the direction of the arrangement line and the transmission direction desired by the user based on the direction of the arrangement line.
  • the number of directions of the transmission beam when the phase tilt is fixedly determined is M, which is the number of input terminals 15-S-1 to 15-S-M of the scanning matrix circuit 15, i.e., the number of antenna elements 18-1 to 18-M.
  • the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are arranged in a row along the arrangement line.
  • the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are arranged so that the difference in path length of the optical path 100 from the output terminal to which the optical path 100 of the splitter 22 is connected to each of two adjacent photoelectric conversion units 17-1 to 17-M in the row (hereinafter referred to as path difference D) is constant, and this constant path difference D satisfies the connection condition (hereinafter referred to as the first connection condition) shown in the following formula (1).
  • ⁇ is the wavelength ⁇ contained in the wavelength specification signal output by the wavelength specification unit 10, i.e., the wavelength ⁇ of the light generated and output by the light source 11.
  • "a” is any natural number.
  • the path difference D may be any value as long as it is a natural number multiple of the wavelength ⁇ of the light output by the light source 11.
  • the optical path 100 is wired for the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M as follows.
  • the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are arranged in a row along the arrangement line at equal intervals with the length of the path difference D.
  • the main line of the optical path 100 is wired along the row in which the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are lined up.
  • the distance between adjacent branch points 101-1, 101-2, ..., 101-M is set to the length of the path difference D.
  • Each of the branch points 101-1, 101-2, ..., 101-M is connected to each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M by branch optical paths 102-1 to 102-M of the same length.
  • the path difference D of the path length of the optical path 100 that starts at the output terminal to which the optical path 100 of the splitter 22 is connected and reaches each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M appears as the difference in the path length of the optical path 100 that starts at the starting point and reaches each of the branch points 101-1 to 101-M.
  • the phase of the carrier optical signal output by the splitter 22 when it reaches the photoelectric conversion unit 17-1 is set to "0" as a reference.
  • the photoelectric conversion units 17-1 and 17-2 have a difference in the path length between the branching points 101-1 and 101-2, that is, a difference in the path difference D. Therefore, the optical signal output from the splitter 22 and arriving at the photoelectric conversion unit 17-2 rotates in phase due to the path difference D between the branching points 101-1 and 101-2, and the phase advances by an amount corresponding to the length of the path difference D.
  • the optical signal output from the splitter 22 and arriving at the photoelectric conversion unit 17-2 is an optical signal with a phase advance of "2a ⁇ " compared to the optical signal output from the splitter 22 and arriving at the photoelectric conversion unit 17-1.
  • the adjacent branching points 101-1, 101-2, ..., 101-M are spaced equally apart, so the optical signal output from the splitter 22 and reaching the photoelectric conversion unit 17-j is a signal with a phase lead of "2(j-1)a ⁇ " compared to the optical signal output from the splitter 22 and reaching the photoelectric conversion unit 17-1.
  • the optical paths 200-1 to 200-M output from the output terminals 15-E-1 to 15-E-M of the scanning matrix circuit 15 and reaching the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are wired so as not to have any path difference. Therefore, the difference in phase between the upper sideband optical signals output from the output terminals 15-E-1 to 15-E-M of the scanning matrix circuit 15 and reaching the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is due to the amount of tilt phase ⁇ j provided by the scanning matrix circuit 15.
  • the processing by the transmission directivity control device 1 will be described with reference to Fig. 3.
  • the user of the transmission directivity control device 1 determines the wavelength ⁇ , and wires the optical paths 100 to the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M so that the path difference D is in accordance with the determined wavelength ⁇ and the first connection condition.
  • the wavelength designation unit 10 outputs a wavelength designation signal including the wavelength ⁇ to the light source 11 in response to the operation.
  • the user operates the operation unit 16 to select the desired transmission direction, and in response to this operation, the operation unit 16 outputs a switching instruction signal corresponding to the selected transmission direction to the scanning switching circuit 14.
  • the scanning switching circuit 14 connects, for example, the input terminal 14-S to the output terminal 14-E-j, which is one of the output terminals 14-E-1 to 14-E-M.
  • the process of the flowchart shown in FIG. 3 is started.
  • the light source 11 takes in the wavelength designation signal output by the wavelength designation unit 10.
  • the light source 11 generates light of wavelength ⁇ included in the taken in wavelength designation signal, and outputs the generated light to the optical modulator 21.
  • the optical modulator 21 generates a modulated optical signal by intensity modulating the light using an externally applied transmission signal.
  • the optical modulator 21 outputs the generated modulated optical signal to the splitter 22 (Sa1).
  • the splitter 22 splits the modulated optical signal output by the optical modulator 21 into a carrier optical signal and an upper sideband optical signal.
  • the carrier optical signal is expressed by the following equation (2)
  • the upper sideband optical signal is expressed by the following equation (3).
  • ⁇ C is the angular frequency of the light generated by the light source 11, and t is time.
  • ⁇ RF is the angular frequency of the RF signal, and corresponds to the frequency difference between the carrier optical signal and the upper sideband optical signal.
  • the demultiplexer 22 outputs the carrier optical signal to the optical path 100, and outputs the upper sideband optical signal to the optical path 200 (Sa2).
  • the scanning switching circuit 14 receives the upper sideband optical signal output by the splitter 22 from the input terminal 14-S and outputs it from the output terminal 14-E-j (Sa3).
  • the scanning matrix circuit 15 receives the upper sideband optical signal output from the output terminal 14-E-j of the scanning switching circuit 14 from the input terminal 15-S-j.
  • the scanning matrix circuit 15 generates M upper sideband optical signals by applying a tilt phase amount ⁇ j determined between the input terminal 15-S-j and each of the M output terminals 15-E-1 to 15-E-M to the received upper sideband optical signal.
  • the upper sideband optical signal output from the output terminal 15-E-j of the scanning matrix circuit 15 is expressed by the following equation (4).
  • the scanning matrix circuit 15 outputs the generated M upper sideband optical signals from each of the M output terminals 15-E-1 to 15-E-M (Sa4).
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is supplied with a carrier optical signal from the splitter 22 via the optical path 100, and with an upper sideband optical signal via the optical paths 200-1 to 200-M.
  • a carrier optical signal from the splitter 22 via the optical path 100
  • an upper sideband optical signal via the optical paths 200-1 to 200-M.
  • the carrier optical signal supplied to the multiplexer 32-j of the photoelectric conversion unit 17-j via the branch optical path 102-j has a phase lead of "2(j-1)a ⁇ " as described above, and is therefore expressed by the following equation (5).
  • multiplexer 32-j multiplexes the carrier optical signal expressed by formula (5) and the upper sideband optical signal expressed by formula (4) to generate a multiplexed optical signal and outputs it to PD 32-j.
  • the multiplexed optical signal generated by multiplexer 32-j is expressed by the following formula (6).
  • PD32-j When PD32-j takes in the combined optical signal output by multiplexer 32-j, it converts the combined optical signal into an electrical signal. When converting to an electrical signal, PD32-j performs square-law detection on the combined optical signal, and generates an electrical signal of a specific RF frequency band component that depends on the output frequency characteristics of PD32-j from the result of this square-law detection.
  • the square-law detection by PD32-j can be expressed as the right-hand side of the following equation (7).
  • the RF signal output by PD 32-j becomes an RF signal v RF_j expressed by the following equation (8) in which the RF frequency band is extracted from the calculation result of the right side of equation (7).
  • the RF signal v RF_j becomes a signal proportional to cos( ⁇ RF t- ⁇ j +2ja ⁇ -2a ⁇ ).
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M outputs the generated RF signal to the antenna elements 18-1 to 18-M connected to each of them.
  • Each of the antenna elements 18-1 to 18-M radiates the RF signal output by the photoelectric conversion unit 17-1 to 17-M connected to each of them as a radio wave (Sa5), and the process ends.
  • the phase difference between the RF signals output by photoelectric conversion unit 17-(j+1) and photoelectric conversion unit 17-j is "- ⁇ j+1 + ⁇ j + 2a ⁇ ".
  • "2a ⁇ ” is "a” times 2 ⁇ , where "a” is a natural number. Therefore, the phase indicated by this phase difference coincides with "- ⁇ j+1 + ⁇ j ", and therefore the phase difference "2a ⁇ ” occurring in the carrier optical signal supplied to each of photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is absorbed by the path difference D of optical path 100 until the carrier optical signal reaches each of photoelectric conversion units 17-1 to 17-M.
  • the user operates the wavelength specification unit 10 to select the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 11.
  • the optical path 100 is wired to the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M so as to satisfy the first connection condition in advance.
  • the path difference D is determined in advance, and the optical path 100 is wired to the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M.
  • the wavelength ⁇ may be determined so as to satisfy the formula (1), and the determined wavelength ⁇ may be selected by the user in the wavelength specification unit 10.
  • the path difference D and the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 11 are selected so that the phase difference occurring in the carrier optical signal supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is absorbed by the path difference D of the optical path 100 until the carrier optical signal reaches each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M.
  • the phase difference of the RF signals output by the adjacent photoelectric conversion unit 17-(j+1) and photoelectric conversion unit 17-j becomes "- ⁇ j+1 + ⁇ j ".
  • the phase difference of this RF signal indicates the phase tilt imparted by the scanning matrix circuit 15, so by using these RF signals, it is possible to propagate the radio waves of the RF signals radiated from the antenna elements 18-1 to 18-M in the transmission direction desired by the user.
  • the circuit scale required to make the optical paths the same path length becomes enormous as the number of antenna elements 18-1 to 18-M, 18-1-1 to 18-3-3, i.e., the number of photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, 17-1-1 to 17-3-3, increases.
  • the wiring of the optical path 100 to the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is a simple configuration in which one optical path 100 is branched into M and connected to each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, thereby achieving the above-mentioned objective.
  • the phase shift of the optical signal is performed by an analog circuit. Therefore, compared to a fully digitally controlled array antenna in which phase shifting is performed entirely by digital signal processing, the number of analog-digital converters can be significantly reduced.
  • the transmission directivity control device 1 of the first embodiment even if the scale of the array antenna 19 is large, it is possible to control the transmission directivity by a circuit with a simple structure suitable for miniaturization and mass production, making it possible to perform appropriate weighting without complicating the wiring structure.
  • Second Embodiment 4 is a block diagram showing a configuration example of a transmission directivity control device 1a according to the second embodiment.
  • the transmission directivity control device 1a includes a wavelength designation unit 10, a light source 11, a transmission optical signal generation unit 12, a weighting unit 13a, an operation unit 16a, photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3, and antenna elements 18-1-1 to 18-3-3.
  • the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 are arranged along a first arrangement line that is arbitrarily determined in a three-dimensional space and a second arrangement line that intersects with the first arrangement line.
  • the first arrangement line and the second arrangement line may be straight lines, or may be curved lines that form a curved surface such as a concave or convex shape that is generally used as a two-dimensional array antenna.
  • the first arrangement line and the second arrangement line are straight lines that are orthogonal to each other, the direction of the first arrangement line is the vertical direction in the three-dimensional space, and the second arrangement line is the horizontal direction in the three-dimensional space.
  • the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 are arranged, for example, as shown in FIG.
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is connected to each of the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3, and is arranged in a matrix shape such that the row direction coincides with the direction of the first arrangement line, and the column direction coincides with the direction of the second arrangement line.
  • "i" is any natural number between 1 and 3 indicating the row position
  • "j" is any natural number between 1 and 3 indicating the column position.
  • the photoelectric conversion unit 17-i-j arranged in the i-th row and j-th column includes a multiplexer and a PD, similar to the photoelectric conversion unit 17-j of the first embodiment shown in FIG. 2, and performs photomixing on two supplied optical signals.
  • the multiplexer and PD included in the photoelectric conversion unit 17-i-j are referred to as multiplexer 32-i-j and PD 31-i-j, respectively.
  • the weighting unit 13a includes a first scanning switching circuit 14A, a second scanning switching circuit 14B, a first scanning matrix circuit 15A, and a second scanning matrix circuit 15B.
  • the second scanning matrix circuit 15B is determined to have a phase tilt according to the direction of the second arrangement line and the transmission direction desired by the user based on the direction of the second arrangement line.
  • the tilt phase amount determined in advance between each of the input terminals 15A-S-1 to 15A-S-3 and each of the output terminals 15A-E-1 to 15A-E-3 is represented as ⁇ Vi , which is ⁇ with "Vi" added.
  • the tilt phase amount ⁇ V1 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15A-E-1
  • the tilt phase amount ⁇ V2 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15A-E-2
  • the tilt phase amount ⁇ V3 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15A-E-3.
  • the values of ( ⁇ V1 , ⁇ V2 , ⁇ V3 ) are different depending on which of the input terminals 15A-S-1, 15A-S-2, and 15A-S-3 the optical signal is supplied to.
  • the tilt phase amount determined in advance between each of the input terminals 15B-S-1 to 15B-S-3 and each of the output terminals 15B-E-1 to 15B-E-3 is represented as ⁇ Hj , which is ⁇ with "Hj" added.
  • the tilt phase amount ⁇ H1 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15B-E-1
  • the tilt phase amount ⁇ H2 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15B-E-2
  • the tilt phase amount ⁇ H3 is the tilt phase amount imparted to the optical signal output from the output terminal 15B-E-3.
  • the values of ( ⁇ H1 , ⁇ H2 , ⁇ H3 ) are different depending on which of the input terminals 15B-S-1, 15B-S-2, and 15B-S-3 the optical signal is supplied to.
  • connection conditions (hereinafter referred to as second connection conditions) between the first scanning matrix circuit 15A, the second scanning matrix circuit 15B, and each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 are shown by the connection relationships shown below.
  • connection relationship of the optical path 100-1 between the output terminal 15A-E-1 of the first scanning matrix circuit 15A and each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-1-2, and 17-1-3 in the first row is the same as the connection relationship of the optical path 100 between the output terminal to which the optical path 100 of the demultiplexer 22 in the first embodiment is connected and each of the photoelectric conversion units 17-1, 17-2, and 17-3.
  • the path difference D in the first embodiment is represented as a path difference D2 in the second embodiment. Therefore, the path difference D2 is expressed as the following equation (10).
  • connection relationship of the optical path 100-2 between the output terminal 15A-E-2 and each of the photoelectric conversion units 17-2-1, 17-2-2, and 17-2-3 in the second row, and the connection relationship of the optical path 100-3 between the output terminal 15A-E-3 and each of the photoelectric conversion units 17-3-1, 17-3-2, and 17-3-3 in the third row are the same as the connection relationship of the optical path 100-1 between the output terminal 15A-E-1 and each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-1-2, and 17-1-3 in the first row.
  • connection relationship of the optical path 200-1 between the output terminal 15B-E-1 of the second scanning matrix circuit 15B and each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-2-1, and 17-3-1 in the first column is the same as the connection relationship of the optical path 100-1 between the output terminal 15A-E-1 and each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-1-2, and 17-1-3 in the first row, but differs in that the path difference is not path difference D2 but path difference D1 shown in the following equation (11).
  • connection relationship of the optical path 200-2 between the output terminal 15B-E-2 and each of the photoelectric conversion units 17-1-2, 17-2-2, and 17-3-2 in the second row, and the connection relationship of the optical path 200-3 between the output terminal 15B-E-3 and each of the photoelectric conversion units 17-1-3, 17-2-3, and 17-3-3 in the third row are the same as the connection relationship of the optical path 200-1 between the output terminal 15B-E-1 and each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-2-1, and 17-3-1 in the first row.
  • the second connection condition can be said to be a condition including the column direction condition and row direction condition shown below. That is, the column direction condition is a condition in which the path difference D2 of the optical paths 100-1 to 100-3 starting from each of the output terminals 15A-E-1, 15A-E- 2 , and 15A-E-3 of the first scanning matrix circuit 15A until each of the two adjacent photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 in the corresponding row of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is constant, and this path difference D2 is a value of any natural number a times the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 11, as shown in formula (10).
  • the row direction condition is a condition in which a path difference D1 of the optical paths 200-1 to 200-3 starting from each of the output terminals 15B-E-1, 15B-E-2, 15B-E-3 of the second scanning matrix circuit 15B and reaching each of two adjacent photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 in the corresponding column of photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is constant, and this path difference D1 is a value of any natural number b times the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 11, as shown in equation (11).
  • optical paths 100-1 to 100-3, 200-1 to 200-3 are wired to photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 as follows: In the combination of photoelectric conversion units 17-1-1, 17-1-2, and 17-1-3 in the first row, the combination of photoelectric conversion units 17-2-1, 17-2-2, and 17-2-3 in the second row, and the combination of photoelectric conversion units 17-3-1, 17-3-2, and 17-3-3 in the third row, they are all arranged so that the adjacent intervals in the column direction, i.e., the second arrangement line direction, are all path differences D2 .
  • the combination of photoelectric conversion units 17-1-1, 17-2-1, and 17-3-1 in the first column, the combination of photoelectric conversion units 17-1-2, 17-2-2, and 17-3-2 in the second column, and the combination of photoelectric conversion units 17-1-3, 17-2-3, and 17-3-3 in the third column they are all arranged so that the adjacent spacing in the row direction, i.e., the first arrangement line direction, is all path difference D1 .
  • the optical paths 100-1 to 100-3 connected to the output terminals 15A-E-1 to 15A-E-3 of the first scanning matrix circuit 15A are wired along the column direction, as in the first embodiment.
  • the branch points are determined so that the interval between adjacent branch points on the main lines of the optical paths 100-1 to 100-3 matches the interval in the column direction of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3, i.e., the path difference D 2.
  • Each branch point of the optical path 100-1 is connected to each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-1-2, and 17-1-3 in the first row by branch optical paths of the same length.
  • the optical paths 100-2 and 100-3 are connected to the photoelectric conversion units 17-2-1, 17-2-2, and 17-2-3 in the second row and the photoelectric conversion units 17-3-1, 17-3-2, and 17-3-3 in the third row, respectively.
  • the optical paths 200-1 to 200-3 connected to the output terminals 15B-E-1 to 15B-E-3 of the second scanning matrix circuit 15B are wired along the row direction.
  • the branch points are determined so that the interval between adjacent branch points on the main line of each of the optical paths 200-1 to 200-3 matches the interval in the row direction between the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3, i.e., the path difference D 1.
  • Each branch point of the optical path 200-1 is connected to each of the photoelectric conversion units 17-1-1, 17-2-1, and 17-3-1 in the first column by branch optical paths of the same length.
  • the optical paths 200-2 and 200-3 respectively connect the photoelectric conversion units 17-1-2, 17-2-2, and 17-3-2 in the second column to the photoelectric conversion units 17-1-3, 17-2-3, and 17-3-3 in the third column.
  • a path difference D 2 appears in the length between the adjacent branch points 101-3-1 and 101-3-2 in the optical path 100-3 and the length between the branch points 101-3-2 and 101-3-3. This is similar to the other optical paths 100-1 and 100-2.
  • a path difference D 1 appears in the length between the adjacent branch points 201-1-1 and 201-1-2 in the optical path 200-1 and the length between the branch points 201-1-2 and 201-1-3. This is similar to the other optical paths 200-2 and 200-3.
  • the process performed by the transmission directivity control device 1a of the second embodiment will be described with reference to Fig. 6.
  • the user of the transmission directivity control device 1a determines the wavelength ⁇ , and wires the optical paths 100-1 to 100-3, 200-1 to 200-3 to the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 so that the path differences D1 , D2 are in accordance with the determined wavelength ⁇ and the second connection condition.
  • the wavelength designation unit 10 outputs a wavelength designation signal including the wavelength ⁇ to the light source 11 in response to the operation.
  • the user operates the operation unit 16a to select the desired transmission direction, and in response to this operation, the operation unit 16a outputs a switching instruction signal corresponding to the selected transmission direction to the first scanning switching circuit 14A and the second scanning switching circuit 14B.
  • the first scanning switching circuit 14A that receives this switching instruction signal connects, for example, the input terminal 14A-S to output terminal 14A-E-i, which is one of the output terminals 14A-E-1 to 14A-E-3.
  • the second scanning switching circuit 14B that receives this switching instruction signal connects, for example, the input terminal 14B-S to output terminal 14B-E-j, which is one of the output terminals 14B-E-1 to 14B-E-3.
  • the processes Sb1 and Sb2 are the same as the processes Sa1 and Sa2 in the first embodiment shown in FIG. 3, and are performed by the light source 11 and the transmission optical signal generation unit 12.
  • the first scanning switching circuit 14A takes in the carrier optical signal output by the splitter 22 from the input terminal 14A-S and outputs it from the output terminal 14A-E-i (Sb3-1).
  • the first scanning matrix circuit 15A takes in the carrier optical signal output from the output terminal 14A-E-i of the first scanning switching circuit 14A from the input terminal 15A-S-i.
  • the first scanning matrix circuit 15A gives the taken-in carrier optical signal a tilt phase amount ⁇ Vi determined between the input terminal 15A-S-i and each of the output terminals 15A-E-1 to 15A-E-3 to generate three carrier optical signals. Since the carrier optical signal output by the splitter 22 is expressed by equation (2), the carrier optical signal output from the output terminal 15A-E-i of the first scanning matrix circuit 15A is expressed by the following equation (12).
  • the first scanning matrix circuit 15A outputs the generated optical signals of the three carrier waves from each of the output terminals 15A-E-1 to 15A-E-3 (Sb4-1).
  • the processing of Sb3-2 and Sb4-2 is the same as the processing of Sa3 and Sa4 in the first embodiment shown in FIG. 3 except that M is set to 3 and the tilt phase amount applied by the scanning matrix circuit 15 is replaced by ⁇ Hj from ⁇ j , and the processing performed by the scanning switching circuit 14 is performed by the second scanning switching circuit 14B, and the processing performed by the scanning matrix circuit 15 is performed by the second scanning matrix circuit 15B.
  • the upper sideband optical signal output by the splitter 22 is expressed by equation (3), so in the processing of Sb4-2, the upper sideband optical signal output from the output terminal 15B-E-j of the second scanning matrix circuit 15B is expressed by the following equation (13).
  • the carrier optical signal that reaches the jth column photoelectric conversion unit 17-i-j has a phase lead of "2(j-1)a ⁇ ", and is expressed by the following equation (14).
  • the upper sideband optical signal that reaches the photoelectric conversion unit 17-i-j in the i-th row has a phase lead of "2(i-1)b ⁇ ", and is expressed by the following equation (15).
  • the photoelectric conversion unit 17-i-j photomixes the carrier optical signal shown in equation (14) with the upper sideband optical signal shown in equation (15). That is, the multiplexer 32-i-j included in the photoelectric conversion unit 17-i-j multiplexes the carrier optical signal shown in equation (14) with the upper sideband optical signal shown in equation (15) to generate a multiplexed optical signal.
  • the PD 31-i-j converts the multiplexed optical signal generated by the multiplexer 32-i-j into an electrical signal.
  • the PD 32-i-j When converting to an electrical signal, the PD 32-i-j performs square-law detection on the multiplexed optical signal, and generates an electrical signal of a predetermined RF frequency band component that depends on the output frequency characteristics of the PD 32-i-j from the result of the square-law detection.
  • the square-law detection by the PD 32-i-j can be expressed as the right side of the following equation (16).
  • the RF signal output from the photoelectric conversion unit 17-i-j becomes an RF signal v RF_ij expressed by the following equation (17), which is obtained by extracting the RF frequency band from the calculation result of the right side of equation (16).
  • the RF signal v RF_ij becomes a signal proportional to cos( ⁇ RF t+( ⁇ Vi - ⁇ Hj )+2(j-1)a ⁇ +2(i-1)b ⁇ ).
  • Each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 outputs the generated RF signal to the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 connected to each of them.
  • Each of the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 radiates the RF signal output by the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 connected to each of them as a radio wave (Sb5), and the process ends.
  • the RF signal output by the photoelectric conversion unit 17-i-(j+1) adjacent to the photoelectric conversion unit 17-i-j in the column direction is the signal shown in the following equation (19) by substituting "j+1" for "j" on the right-hand side of equation (17).
  • the phase difference between the RF signals output by the photoelectric conversion unit 17-(i+1)-j and the photoelectric conversion unit 17-i-j is " ⁇ V(i+1) - ⁇ Vi +2b ⁇ ".
  • "2b ⁇ ” is "b" times 2 ⁇ , where "b” is a natural number. Therefore, the phase indicated by the phase difference coincides with " ⁇ V(i+1) - ⁇ Vi ", so the phase difference "2b ⁇ ” occurring in the upper sideband optical signal supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is absorbed by the path difference D1 of the optical paths 200-1 to 200-3 until the upper sideband optical signal reaches each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 for each row.
  • the phase difference between the RF signals output by the photoelectric conversion unit 17-i-(j+1) and the photoelectric conversion unit 17-i-j is "- ⁇ H(i+1) + ⁇ Hi +2a ⁇ ".
  • "2a ⁇ ” is "a" times 2 ⁇ , where "a” is a natural number. Therefore, the phase indicated by the phase difference coincides with "- ⁇ H(i+1) + ⁇ Hi ", so the phase difference "2a ⁇ ” occurring in the carrier optical signal supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is absorbed by the path difference D2 of the optical paths 100-1 to 100-3 until the carrier optical signal reaches each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 for each column.
  • the user operates the wavelength designation unit 10 to select the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 11.
  • the optical paths 100-1 to 100-3 and 200-1 to 200-2 are wired to the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 so as to satisfy the second connection condition in advance.
  • the path difference D 1 and the path difference D 2 are determined in advance, and the optical paths 100-1 to 100-3 and 200-1 to 200-2 are wired to the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3.
  • the wavelength ⁇ may be determined so as to satisfy the formulas (10) and (11), and the determined wavelength ⁇ may be selected by the user in the wavelength designation unit 10.
  • the path difference D2, the path difference D1, and the wavelength ⁇ generated by the light source 11 are selected so that the path difference D2 of the optical paths 100-1 to 100-3 until the optical signal of the carrier wave with a phase tilt reaches each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 in the column direction absorbs the phase difference occurring in the optical signal of the carrier wave with a phase tilt that is supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3, and so that the path difference D1 of the optical paths 200-1 to 200-3 until the optical signal of the upper sideband wave with a phase tilt reaches each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 in the row direction absorbs the phase difference occurring in the optical signal of the upper sideband wave with a phase tilt that is supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3.
  • the phase difference between the RF signals output by the photoelectric conversion unit 17-(i+1)-j and the photoelectric conversion unit 17-i-j adjacent in the row direction is " ⁇ V(i+1) - ⁇ Vi "
  • the phase difference between the RF signals output by the photoelectric conversion unit 17-i-(j+1) and the photoelectric conversion unit 17-i-j adjacent in the column direction is "- ⁇ H(i+1) + ⁇ Hi ".
  • the former phase difference " ⁇ V(i+1) - ⁇ Vi " indicates the phase inclination given by the first scanning matrix circuit 15A
  • the latter "- ⁇ H(i+1) + ⁇ Hi " indicates the phase inclination given by the second scanning matrix circuit 15B. Therefore, by using these RF signals, it is possible to propagate the radio waves of the RF signals radiated from the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 in the transmission direction desired by the user.
  • the transmission directivity control device 1a of the second embodiment has the following effects in addition to the effects of the transmission directivity control device 1 of the first embodiment described above. That is, when scanning a two-dimensional transmission beam, the transmission directivity control device 1a can perform large-scale, two-dimensional transmission beam scanning while significantly suppressing an increase in the number of components in the circuit that forms the transmission beam and the complexity of the structure, such as three-dimensional intersections and three-dimensional wiring, when scanning a two-dimensional transmission beam. In other words, by using the transmission directivity control device 1a, even if the scale of the array antenna 19a is large, it is possible to perform appropriate weighting without complicating the wiring structure, and it is possible to control the transmission directivity using a circuit with a simple structure suitable for miniaturization and mass production.
  • N and M are natural numbers, and one of N and M is at least a natural number equal to or greater than 2.
  • Third Embodiment Fig. 7 is a block diagram showing a configuration example of a transmission directivity control device 1b according to the third embodiment.
  • the transmission directivity control device 1b includes a wavelength designation unit 10, a light source 11, a transmission optical signal generation unit 12, a weighting unit 13b, an operation unit 16a, photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3, and antenna elements 18-1-1 to 18-3-3.
  • the weighting unit 13b includes a first scanning switching circuit 14A, a second scanning switching circuit 14B, multiplexers 41-1 to 41-3, splitters 42-1 to 42-3, and a scanning matrix circuit 15C.
  • the multiplexers 41-1 to 41-3 multiplex the supplied carrier optical signal and the upper sideband optical signal to generate a multiplexed optical signal.
  • the input side of the multiplexer 41-1 is connected to the output terminal 14A-E-1 of the first scanning switching circuit 14A and the output terminal 14B-E-1 of the second scanning switching circuit 14B, and the output side is connected to the input terminal 15C-S-1 of the scanning matrix circuit 15C.
  • the input side of the multiplexer 41-2 is connected to the output terminal 14A-E-2 of the first scanning switching circuit 14A and the output terminal 14B-E-2 of the second scanning switching circuit 14B, and the output side is connected to the input terminal 15C-S-2 of the scanning matrix circuit 15C.
  • the multiplexer 41-3 is connected on the input side to the output terminal 14A-E-3 of the first scanning switching circuit 14A and the output terminal 14B-E-3 of the second scanning switching circuit 14B, and on the output side to the input terminal 15C-S-3 of the scanning matrix circuit 15C.
  • the splitters 42-1 to 42-3 split the supplied optical signal into a carrier optical signal and an upper sideband optical signal.
  • the splitter 42-1 is connected to the output terminal 15C-E-1 of the scanning matrix circuit 15C on the input side, and to the optical paths 100-1 and 200-1 on the output side.
  • the splitter 42-2 is connected to the output terminal 15C-E-2 of the scanning matrix circuit 15C on the input side, and to the optical paths 100-2 and 200-2 on the output side.
  • the splitter 42-3 is connected to the output terminal 15C-E-3 of the scanning matrix circuit 15C on the input side, and to the optical paths 100-3 and 200-3 on the output side.
  • the connection relationship between each of the optical paths 100-1 to 100-3 and 200-1 to 200-3 and each of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 is the same as in the second embodiment.
  • the scanning matrix circuit 15C also serves as the first scanning matrix circuit 15A and the second scanning matrix circuit 15B in the transmission directivity control device 1a of the second embodiment. Therefore, in the process shown in Fig. 6, after the processes Sb3-1 and Sb3-2, a process is added in which the carrier optical signal and the upper sideband optical signal are multiplexed by the multiplexers 41-1 to 41-3, and the processes Sb4-1 and Sb4-2 are performed by the scanning matrix circuit 15C.
  • the amount of tilt phase imparted by the first scanning matrix circuit 15A is represented by ⁇ Vi , but more specifically, the amount of tilt phase imparted to an optical signal output from an output terminal 15A-E-i when an optical signal is supplied to an input terminal 15A-S-p can be represented as ⁇ Vpi .
  • the amount of tilt phase imparted by the second scanning matrix circuit 15B is represented by ⁇ Hj , but more specifically, the amount of tilt phase imparted to an optical signal output from an output terminal 15B-E-j when an optical signal is supplied to an input terminal 15B-S-p can be represented as ⁇ Hpj .
  • p, i, j, and q shown below are any natural numbers between 1 and 3.
  • the first scanning matrix circuit 15A and the second scanning matrix circuit 15B are different circuits, so the tilt phase amount ⁇ Vpq and the tilt phase amount ⁇ Hpq can be different values.
  • the transmission beam when viewed from the direction in which the main body of the transmission directivity control device 1a indicated by reference numeral 90 exists, the transmission beam can be transmitted in a total of nine directions, combining three directions: a direction parallel to the horizontal plane, i.e., a direction with an inclination of 0° with respect to the horizontal plane, a direction inclined by ⁇ ° upward from the horizontal plane, and a direction inclined by ⁇ ° downward from the horizontal plane; a direction parallel to the vertical plane, i.e., a direction with an inclination of 0° with respect to the vertical plane, a direction inclined by ⁇ ° to the right from the vertical plane, and a direction inclined by ⁇ ° to the left from the horizontal plane.
  • ⁇ Vpq ⁇ ⁇ Hpq can be satisfied, so that ⁇ ° and ⁇ ° can be different angles.
  • ⁇ Vpq ⁇ Hpq , so ⁇ ° and ⁇ ° are the same.
  • each of the splitters 42-1 to 42-3 takes in the optical signals output from the output terminals 15C-E-1 to 15C-E-3 connected to it, and splits them into a carrier optical signal and an upper sideband optical signal.
  • Each of the splitters 42-1 to 42-3 outputs the split carrier optical signal to the optical paths 100-1 to 100-3 connected to it, and outputs the split upper sideband optical signal to the optical paths 200-1 to 200-3 connected to it.
  • the process of Sb5 is performed, and the process ends.
  • the transmission directivity control device 1b of the third embodiment has the following effects in addition to the effects of the transmission directivity control device 1a of the second embodiment described above.
  • the transmission directivity control device 1a of the second embodiment requires two matrix circuits, the first scanning matrix circuit 15A and the second scanning matrix circuit 15B, but the transmission directivity control device 1b of the third embodiment has a single matrix circuit, the scanning matrix circuit 15C, that applies a phase gradient. Therefore, the transmission directivity control device 1b can be made smaller than the transmission directivity control device 1a.
  • the range of directions of a transmission beam that can be transmitted by the transmission directivity control device 1b is limited.
  • the transmission directivity control device 1a can arrange any number of antenna elements 18-i-j in each of the first arrangement line direction and the second arrangement line direction
  • the configuration of the array antenna 19a can be other than 3 x 3, but the number of antenna elements 18-i-j that can be arranged in the first arrangement line direction and the second arrangement line direction must be the same.
  • the first scanning matrix circuit 15A and the second scanning matrix circuit 15B weight the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 arranged along the first arrangement line and the antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 arranged along the second arrangement line, and electronically perform beam steering.
  • the number of elements in the weighting section is proportional to the square of the number of antenna elements.
  • the transmission directivity control device 1a of the second embodiment can suppress an increase in the number of elements in the weighting section 13a that occurs with an increase in the number of antenna elements, compared to a general configuration.
  • the scanning matrix circuit 15C serves both the roles of the first scanning matrix circuit 15A and the second scanning matrix circuit 15B, so that the transmission directivity control device 1b can suppress an increase in the number of elements in the weighting section 13b that occurs with an increase in the number of antenna elements more than the transmission directivity control device 1a of the second embodiment.
  • the transmission directivity control device 1a of the second embodiment described above has one light source 11 and has a single-beam configuration in which one transmission beam is transmitted from light of one wavelength ⁇ .
  • the transmission directivity control device 1a by configuring the transmission directivity control device 1a as follows, it is possible to configure it as a multi-beam configuration in which multiple transmission beams are transmitted in parallel.
  • the light source 11 is replaced with nine light sources 11-1, 11-2, ..., 11-9 having the same configuration as the light source 11.
  • the wavelength designation unit 10 is replaced with nine wavelength designation units 10-1, 10-2, ..., 10-9 having the same configuration as the wavelength designation unit 10.
  • Each of the wavelength designation units 10-1 to 10-9 is connected to each of the light sources 11-1 to 11-9, and outputs a wavelength designation signal including each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 corresponding to each of the light sources 11-1 to 11-9 and selected by a user, to each of the light sources 11-1 to 11-9 .
  • the transmission optical signal generating unit 12 is replaced with the transmission optical signal generating unit 12a shown in FIG. 8.
  • the transmission optical signal generating unit 12a includes nine optical modulators 21-1, 21-2, ..., 21-9, a multiplexer 23, and an optical comb filter 24.
  • Each of the optical modulators 21-1 to 21-9 has the same configuration as the optical modulator 21.
  • Each of the optical modulators 21-1 to 21-9 is connected to each of the light sources 11-1 to 11-9, and intensity-modulates the light generated and output by the light sources 11-1 to 11-9 connected to each of them with a different transmission signal 1, transmission signal 2, ..., transmission signal 9 given to each of them.
  • the multiplexer 23 has nine input terminals and one output terminal, and each of the nine input terminals is connected to each of the optical modulators 21-1 to 21-9.
  • the multiplexer 23 multiplexes the optical signals supplied from the nine input terminals to generate a multiplexed optical signal, and outputs the generated multiplexed optical signal from the output terminal.
  • Optical comb filter 24 has one input terminal and two output terminals 25-1 and 25-2. The input terminal is connected to the output terminal of multiplexer 23, output terminal 25-1 is connected to optical path 100, and output terminal 25-2 is connected to optical path 200.
  • Optical comb filter 24 has periodic pass characteristics, and splits the nine carrier optical signals and nine upper sideband optical signals contained in the combined optical signal supplied from the input terminal into a carrier group and an upper sideband group, and outputs the combined optical signal of the nine carrier optical signals from output terminal 25-1, and outputs the combined optical signal of the nine upper sideband optical signals from output terminal 25-2.
  • the second transmission directivity control device 1a can transmit a transmission beam in nine directions. If nine different wavelengths of light, each of which has a frequency difference equal to or greater than the frequency difference between a pair of carrier waves and upper sideband waves, can be assigned to these nine directions, it is possible to prevent the modulated optical signals from interfering with each other even if the light of different wavelengths is intensity-modulated. For this reason, the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 selected by the user in each of the wavelength designation units 10-1 to 10-9 must be different wavelengths that satisfy the condition that the modulated optical signals do not interfere with each other.
  • each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 selected by the user in each of the wavelength designation units 10-1 to 10-9 must be wavelengths ⁇ 1 , . . . , ⁇ k , . . . , ⁇ 9 that satisfy the relationship shown in the following equation (20).
  • D1 and D2 are the path difference D1 between the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 arranged in the row direction, and the path difference D2 between the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 arranged in the column direction, as in the second embodiment.
  • k is any natural number between 1 and 9.
  • a1 , ..., ak , ..., a9 , and b1 , ..., bk , ..., b9 are any natural numbers.
  • the wavelength selection condition when selecting the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 includes a condition that each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 is different, and a condition that formula (20) is satisfied.
  • the different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 may be determined, and then the path difference D 1 and the path difference D 2 may be determined so as to satisfy formula (20), or the path difference D 1 and the path difference D 2 may be determined, and then the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 may be determined so as to satisfy the wavelength selection condition.
  • wavelength ⁇ 1 is assigned to the " upper left direction,” wavelength ⁇ 2 to the “middle left direction,” wavelength ⁇ 3 to the “lower left direction,” wavelength ⁇ 4 to the “upper middle direction,” wavelength ⁇ 5 to the “front direction,” wavelength ⁇ 6 to the “lower middle direction,” wavelength ⁇ 7 to the “upper right direction,” wavelength ⁇ 8 to the “middle right direction,” and wavelength ⁇ 9 to the "lower right direction,” as shown in FIG . 9(a).
  • the first scanning switching circuit 14A and the second scanning switching circuit 14B are replaced with optical switches and made into a splitter. In this case, it is no longer necessary for the operation unit 16a to output a switching instruction signal to the first scanning switching circuit 14A and the second scanning switching circuit 14B, so there is no need to provide the operation unit 16a in the fourth embodiment.
  • the splitters of the first scanning switching circuit 14A and the second scanning switching circuit 14B are set to perform the following splitting.
  • the splitter of the first scanning switching circuit 14A splits the optical signals supplied from the input terminal 14A-S into three groups: optical signals with wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 4 , ⁇ 7 , optical signals with wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 5 , ⁇ 8, and optical signals with wavelengths ⁇ 3 , ⁇ 6 , ⁇ 9.
  • the splitter included in the first scanning switching circuit 14A outputs the optical signals with wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 4 , ⁇ 7 from the output terminal 14A-E-3, outputs the optical signals with wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 5 , ⁇ 8 from the output terminal 14A-E-2, and outputs the optical signals with wavelengths ⁇ 3 , ⁇ 6 , ⁇ 9 from the output terminal 14A-E-1, as shown in FIG. 9B.
  • the splitter of the second scanning switching circuit 14B splits the optical signals supplied from the input terminal 14B-S into three groups: optical signals with wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , optical signals with wavelengths ⁇ 4 , ⁇ 5 , ⁇ 6 , and optical signals with wavelengths ⁇ 7 , ⁇ 8 , ⁇ 9.
  • the splitter included in the second scanning switching circuit 14B outputs the optical signals with wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 from an output terminal 14B-E-1, the optical signals with wavelengths ⁇ 4 , ⁇ 5 , ⁇ 6 from an output terminal 14B -E-2, and the optical signals with wavelengths ⁇ 7 , ⁇ 8 , ⁇ 9 from an output terminal 14B-E-3, as shown in FIG.
  • the phase tilt applied by the first scanning matrix circuit 15A is such that when an optical signal is supplied from input terminal 15A-S-3, the transmitted beam faces upwards; when an optical signal is supplied from input terminal 15A-S-2, the transmitted beam faces forwards; and when an optical signal is supplied from input terminal 15A-S-1, the transmitted beam faces downwards.
  • the phase tilt applied by the second scanning matrix circuit 15B is such that when an optical signal is supplied from input terminal 15B-S-1, the transmitted beam faces to the left; when an optical signal is supplied from input terminal 15B-S-2, the transmitted beam faces forward; and when an optical signal is supplied from input terminal 15B-S-3, the transmitted beam faces to the right.
  • the process shown in Fig. 6 is performed for each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9. This makes it possible to transmit nine transmission beams, in which nine different transmission signals 1 to 9 are superimposed, in parallel in the nine directions shown in Fig. 9(a) using nine different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 .
  • the transmission directivity control device 1a configured as in the fourth embodiment described above is equipped with nine wavelength designation units 10-1 to 10-9, nine light sources 11-1 to 11-9, a transmission optical signal generation unit 12a, and a first scanning switching circuit 14A and a second scanning switching circuit 14B replaced with a splitter, thereby making it possible to perform wavelength multiplexing.
  • the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 are wavelengths that satisfy the wavelength selection conditions described above, for each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 , the phase difference of the upper sideband optical signal supplied to the photoelectric conversion unit 17-i-j and the photoelectric conversion unit 17-(i+1)-j adjacent in the row direction is a natural number multiple of 2 ⁇ , and the phase difference of the carrier optical signal supplied to the photoelectric conversion unit 17-i-j and the photoelectric conversion unit 17-i-(j+1) adjacent in the column direction is a natural number multiple of 2 ⁇ .
  • the fourth embodiment also has the same effect as the transmission directivity control device 1a of the second embodiment, and further has the effect of being able to transmit using a multi-beam that can transmit nine transmission beams in parallel.
  • the method of configuring the transmission directivity control device 1a of the second embodiment as in the fourth embodiment can be applied to the transmission directivity control device 1 of the first embodiment and the transmission directivity control device 1b of the third embodiment.
  • this method is applied to the configuration of the transmission directivity control device 1 of the first embodiment, it becomes possible to transmit M transmission beams in parallel.
  • this method can also be applied to the transmission directivity control device 1a of the second embodiment and the transmission directivity control device 1b of the third embodiment in which the configuration of the array antenna 19a is other than 3x3.
  • the transmission directivity control device 1c includes a wavelength designation unit 10, a light source 11, a transmission optical signal generation unit 12, a weighting unit 13, photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, and antenna elements 18-1 to 18-M.
  • the difference in configuration between the transmission directivity control device 1c of the fifth embodiment and the transmission directivity control device 1 of the first embodiment is as follows.
  • the path difference of the optical path 100 from the output terminal to which the optical path 100 of the splitter 22 is connected to each of two adjacent photoelectric conversion units 17-1 to 17-M in a row of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is a constant path difference D.
  • this path difference is not constant.
  • FIG. 10 shows an example of the configuration of the fifth embodiment.
  • the path difference of the optical path 100 from the splitter 22 to each of the adjacent photoelectric conversion units 17-2 through 17-M is set to path difference D, as in the first embodiment.
  • the path difference of the optical path 100 is not set to path difference D.
  • the path difference of the optical path 100 between the photoelectric conversion unit 17-1 and the photoelectric conversion unit 17-2 is set to any natural number multiple of the wavelength ⁇ , as in the example shown in FIG. 10, the phase difference that occurs due to the path difference in the carrier optical signal supplied to each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M can be absorbed, as in the first embodiment.
  • the path difference of the optical path 100 between the adjacent photoelectric conversion unit 17-(j-1) and the photoelectric conversion unit 17-j is set to wavelength ⁇ mj .
  • the RF signal output by the photoelectric conversion unit 17-j is expressed by the following equation (21), and the RF signal output by the photoelectric conversion unit 17-(j+1) is expressed by the following equation (22).
  • FIG. 10 shows an example in which the path difference of the optical path 100 between the photoelectric conversion unit 17-1 and the photoelectric conversion unit 17-2 is twice the path difference D.
  • the path difference of the optical path 100 between the photoelectric conversion unit 17-1 and the photoelectric conversion unit 17-2 is "2a ⁇ "
  • m 2 becomes "2a”. Therefore, the phase difference becomes "- ⁇ 2 + ⁇ 1 +4a ⁇ ”.
  • the phase difference becomes "- ⁇ j+1 + ⁇ j +2a ⁇ ".
  • phase difference of the RF signals output by the adjacent photoelectric conversion units 17-(j+1) and 17-j can be set to the phase tilt "- ⁇ j+1 + ⁇ j " imparted by the scanning matrix circuit 15.
  • each path difference is set to an arbitrary natural number multiple of the wavelength ⁇ .
  • the transmission directivity control device 1c of the fifth embodiment therefore has the same effect as the transmission directivity control device 1 of the first embodiment, and therefore even if the size of the array antenna 19 increases, it is possible to appropriately weight the array antenna 19 without complicating the wiring structure, and it is possible to control the transmission directivity using a circuit with a simple structure suitable for miniaturization and mass production.
  • the method of making the path difference of the optical path 100 to reach each of two adjacent photoelectric conversion units 17-1 to 17-M of the transmission directivity control device 1c of the fifth embodiment not constant but each path difference an arbitrary natural number multiple of the wavelength ⁇ can also be applied to the second to fourth embodiments in which the array antenna 19 includes the array antenna 19a arranged two-dimensionally, and further, can also be applied to configurations in which the number of antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 is increased in the second to fourth embodiments.
  • the mechanism of the transmission directivity control devices 1 to 1c of the first to fifth embodiments can be applied to a circuit that performs not only beam scanning when emitting radio waves but also beam scanning when emitting light in free space optical wireless communication (so-called FSO (Free Space Optics) communication) electronically instead of mechanically.
  • FSO Free Space Optics
  • the radiation direction is adjusted by a mechanical drive device, so issues of the weight and mass productivity of the device are expected, and also issues of operation and maintenance are expected in terms of operating speed and durability. If electronic scanning of the optical beam becomes possible by applying the mechanism of the transmission directivity control devices 1 to 1c of the first to fifth embodiments to FSO communication having such issues, it will be possible to solve these issues.
  • the feed phase tilt error there is a tolerance for the phase tilt error of the RF signal fed to the antenna elements 18-1 to 18-M (hereinafter referred to as the feed phase tilt error), and for example, the feed phase tilt error of the antenna element 18-1, which has the shortest path length of the optical path 100 from the output terminal to which the optical path 100 of the splitter 22 is connected, is set to ⁇ °.
  • the path difference D is determined by the following equation (23).
  • Equation (24) can be transformed into equation (25).
  • the RF signal output by photoelectric conversion unit 17-(j+1) adjacent to photoelectric conversion unit 17-j is obtained by substituting "j+1" for "j” in equation (25), and is expressed as the following equation (26).
  • phase difference between the right side of the formula (26) and the right side of the formula (25) is "- ⁇ j+1 + ⁇ j + 2a ⁇ ° ⁇ /180".
  • ⁇ ° ⁇ /180 is a value when " ⁇ °” is expressed in radians.
  • 2a ⁇ is "a” times 2 ⁇ , where "a” is a natural number. Therefore, the phase indicated by the phase difference coincides with "- ⁇ j+1 + ⁇ j ⁇ ° ⁇ /180".
  • the method of determining the path difference by taking into account the feed phase tilt error ⁇ ° can be similarly applied to the fifth embodiment.
  • This method can also be applied to the second to fourth embodiments in which the array antenna 19 includes the array antenna 19a arranged two-dimensionally, and further, can be applied to configurations in which the number of antenna elements 18-1-1 to 18-3-3 is increased in the second to fourth embodiments.
  • the transmission optical signal generating unit 12 shown in the first, second, third and fifth embodiments may be replaced with the transmission optical signal generating unit 12b shown in FIG. 11.
  • the transmission optical signal generating unit 12b includes an SSB (Single Side Band) optical modulator 26 and a splitter 22.
  • the SSB optical modulator 26 SSB-modulates the light of wavelength ⁇ generated by the light source 11 with a transmission signal.
  • the SSB modulation performed by the SSB optical modulator 26 is a modulation that suppresses the lower sideband when performing intensity modulation and performs intensity modulation. Therefore, the SSB optical modulator 26 generates a modulated optical signal including a carrier optical signal and an upper sideband optical signal.
  • the splitter 22 splits the modulated optical signal generated and output by the SSB optical modulator 26 into a carrier optical signal and an upper sideband optical signal, outputs the split carrier optical signal to the optical path 100, and outputs the split upper sideband optical signal to the optical path 200.
  • the transmission optical signal generating unit 12 shown in the first, second, third, and fifth embodiments may be replaced with the transmission optical signal generating unit 12c shown in FIG. 12.
  • the transmission optical signal generating unit 12c includes a distributor 27 and an SSB optical modulator 26a.
  • the distributor 27 distributes the light of wavelength ⁇ generated and output by the light source 11 into two lights, outputs one of the divided lights to the optical path 100, and outputs the other to the SSB optical modulator 26a. That is, the light of wavelength ⁇ generated by the light source 11 is output to the optical path 100 as a carrier optical signal as it is.
  • the SSB optical modulator 26a SSB-modulates the light output by the distributor 27 with a transmission signal.
  • the SSB modulation performed by the SSB optical modulator 26a is, for example, a modulation that suppresses the carrier frequency band and the lower sideband when performing intensity modulation, and performs intensity modulation. Therefore, the SSB optical modulator 26a generates an upper sideband optical signal as a modulated optical signal and outputs the generated upper sideband optical signal to the optical path 200.
  • the SSB optical modulator 26 shown in Fig. 11 may be applied instead of the optical modulators 21-1 to 21-9 of the transmission optical signal generating unit 12a of the fourth embodiment shown in Fig. 8.
  • the optical comb filter 24 may be removed from the transmission optical signal generating unit 12a of the fourth embodiment shown in Fig. 8, and nine distributors 27 and nine SSB optical modulators 26a shown in Fig. 12 may be provided instead of the optical modulators 21-1 to 21-9, and a multiplexer may be provided that multiplexes the light that becomes the carrier optical signal output by the nine distributors 27, and a multiplexer that multiplexes the upper sideband optical signals output by the nine SSB optical modulators 26a.
  • the 8 may be provided with a distributor that divides the output of the multiplexer 23 into two, and one-input, one-output optical comb filters may be connected to the two outputs of the distributor, with one optical comb filter outputting a carrier combined optical signal and the other optical comb filter outputting an upper sideband combined optical signal.
  • the transmission optical signal generating units 12, 12a, 12b, and 12c generate a carrier optical signal and an upper sideband optical signal of different frequency bands by intensity modulation.
  • the transmission optical signal generating units 12, 12a, 12b, and 12c are not limited to generating a carrier optical signal and an upper sideband optical signal, and may generate a first optical signal and a second optical signal, which are two optical signals of different frequency bands, as in the example shown below.
  • the transmission optical signal generating units 12, 12a, 12b, and 12c may generate a carrier optical signal and a lower sideband optical signal.
  • the transmission optical signal generating units 12, 12a, 12b, and 12c may generate an upper sideband optical signal and a lower sideband optical signal.
  • the optical path 100 transmits a carrier optical signal
  • the optical path 200 transmits an upper sideband optical signal
  • the optical signal transmitted by the optical path 100 is the first optical signal
  • the optical signal transmitted by the optical path 200 is the second optical signal.
  • the combination of the first optical signal and the second optical signal is not limited to the above-mentioned combination of the carrier optical signal and the upper sideband optical signal, but may be the reverse combination of the upper sideband optical signal and the carrier optical signal, or the above-mentioned combination of the carrier optical signal and the lower sideband optical signal, or the reverse combination of the above-mentioned combination of the upper sideband optical signal and the lower sideband optical signal, or the reverse combination of the above-mentioned combination of the upper sideband optical signal and the lower sideband optical signal.
  • the multiplexers 32-1 to 32-M may be replaced with so-called half mirrors.
  • the photoelectric conversion unit 17-j is replaced with the photoelectric conversion unit 17a-j shown in FIG. 13.
  • the photoelectric conversion unit 17a-j includes a mirror 33-j, which is a so-called half mirror, instead of the multiplexer 32-j.
  • the mirror 33-j reflects the carrier optical signal supplied via the branch optical path 102-j and causes it to travel in the direction of PD31-j, and transmits the upper sideband optical signal supplied from the optical path 200-j and causes it to travel in the direction of PD31-j, thereby multiplexing the carrier optical signal and the upper sideband optical signal.
  • the mirror 33-j may be configured to reflect the upper sideband optical signal and transmit the carrier optical signal.
  • the multiplexers 32-1-1 to 32-3-3 provided in the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 shown in the second to fourth embodiments may be replaced with half mirrors.
  • the configuration in which the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M that satisfy the first connection condition shown in the first embodiment are arranged at equal intervals, and the configuration in which the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 that satisfy the second connection condition shown in the second embodiment have the same adjacent intervals in the row direction and the same adjacent intervals in the column direction are only examples.
  • the first embodiment may have a configuration in which the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are not arranged at equal intervals.
  • the second embodiment may have a configuration in which the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 have different adjacent intervals in the row direction and different adjacent intervals in the column direction.
  • the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M may be arranged in any manner so long as the path difference of the optical path from the output terminal to which the optical path 100 of the splitter 22 is connected to each of the two adjacent photoelectric conversion units 17-1 to 17-M in the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M is not constant, and the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M may be arranged at equal intervals. This is also true for the second to fourth embodiments to which the technique of the fifth embodiment is applied.
  • the wiring lengths of the electrical wiring between each of the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, 17-1-1 to 17-3-3 and the antenna elements 18-1 to 18-M, 18-1-1 to 18-3-3 connected to each of them are the same, but it is sufficient that the wiring lengths are within the range allocated in a typical circuit configuration, and they do not have to be strictly the same length.
  • photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are arranged in a row along an arrangement line that serves as an index for the arrangement of antenna elements 18-1 to 18-M.
  • the row in which photoelectric conversion units 17-1 to 17-M are arranged does not have to be along the arrangement line.
  • the row direction of photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 coincides with the direction of the first arrangement line, and the column direction coincides with the direction of the second arrangement line.
  • the orientation of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 arranged in the actual row direction does not have to match the direction of the first arrangement lines
  • the orientation of the photoelectric conversion units 17-1-1 to 17-3-3 arranged in the actual column direction does not have to match the direction of the second arrangement lines.
  • the light sources 11, 11-1 to 11-9 are wavelength-tunable light sources, and generate light of a wavelength included in the wavelength specification signal received from the wavelength specification units 10, 10-1 to 10-9.
  • the light sources 11, 11-1 to 11-9 may be light sources that generate and output a single wavelength, rather than wavelength-tunable light sources, and the wavelength specification units 10, 10-1 to 10-9 may not be included.
  • a light source that generates a wavelength ⁇ defined by the user is selected and used as the light source 11, and a light source that generates each of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 9 defined by the user is selected and used as each of the light sources 11-1 to 11-9.
  • the splitters 22, 42-1 to 42-3 and multiplexers 23, 32-j, 41-1 to 41-3 shown in the drawings, as well as the splitters and multiplexers mentioned in the text may be, for example, AWGs (Arrayed Waveguide Gratings), or may be constructed from optical elements other than AWGs.
  • AWGs Arrayed Waveguide Gratings
  • the photoelectric conversion units 17-1 to 17-M, 17-1-1 to 17-3-3, and 17a-j shown in the above embodiments are said to generate RF signals, but they may also generate electrical signals of electromagnetic waves in a wider frequency band including RF signals, and radiate electromagnetic waves in a wider frequency band including radio waves from the antenna elements 18-1 to 18-M, 18-1-1 to 18-3-3.
  • the scanning matrix circuits 15, 15A, 15B, and 15C may be configured not to output optical signals that do not have a tilt phase amount.
  • It can be used to transmit electromagnetic waves with high directionality, such as those generated in wireless transmission, imaging, radar, etc., using radio waves in the millimeter wave and terahertz high frequency bands.
  • 1...Transmission directivity control device 10...Wavelength designation unit, 11...Light source, 12...Transmission optical signal generation unit, 13...Weighting unit, 14...Scanning switching circuit, 14-S...Input terminal, 14-E-1 to 14-E-M...Output terminal, 15...Scanning matrix circuit, 15-S-1 to 15-S-M...Input terminal, 15-E-1 to 15-E-M...Output terminal, 16...Operation unit, 17-1 to 17-M...Photoelectric conversion unit, 18-1 to 18-M...Antenna element, 80, 81, 82...Direction, 100, 200...Optical path, 101-1 to 101-M...Branch point, 102-1 to 102-M...Branch optical path

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Abstract

光を送信信号で変調して、異なる周波数帯域の第１光信号と、第２光信号とを生成する送信光信号生成部と、第２光信号に対して、配置線の方向と、所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、配置線に沿って配置されるアンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号を生成する重み付け部と、アンテナ素子の各々に対応して備えられる光電変換部の各々であって、各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号と、第１光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した電気信号を、各々に対応するアンテナ素子に出力する光電変換部と、を備え、光電変換部の各々が合成する２つの光信号の何れか一方の光信号に生じる位相差であって、当該一方の光信号が光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって生じる位相差が吸収されるように、一列において隣接する光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、光の波長とを選択する。

Description

送信指向性制御装置、及び送信指向性制御方法
　本発明は、送信指向性制御装置、及び送信指向性制御方法に関する。
　無線通信の高速化と大容量化を実現するために、ミリ波帯以上の高周波帯の活用が進められている。ところで、電波の空間伝搬損は、周波数が高くなるに従い増大する、例えば、自由空間伝搬損は、周波数の２乗に比例して増大する。そのため、高周波帯では多くの場合、高利得のアンテナが使用される。高利得のアンテナは、高い指向性を有するので、アンテナのビームの方向を無線通信の相手局に合わせることが必要であり、相手局の方向が動的な場合は、ビームの方向を動的に制御する手段、すなわちビームステアリングの適用が必須となる。ビームステアリングは、無線通信に限らず、例えばレーダ、イメージングや無線電力伝送といった用途においても必要とされている。
　ビームステアリングを行う手段として、アンテナの方角を機械的に制御する手段、アンテナから放射された電波を可動式のレンズや反射鏡で屈折または反射させて制御する手段などが考案、使用されてきている。ただし、これらの手段は、機械的な可動部分を有するため、耐久性や移動の追従性の面に問題がある。そのため、機械的な可動部分を有さず、アンテナの小型・軽量化に適したフェーズドアレーアンテナが多く用いられるようになってきている。
　フェーズドアレーアンテナでは、線上または面上に複数配置されたアンテナ素子に接続された可変遅延回路や可変減衰器回路、ディジタル信号処理等の手段を用いて、各アンテナ素子に給電されるＲＦ（Radio Frequency:無線周波数）信号の位相と振幅を制御（以下、この制御を重み付けともいう）することにより電子的にビームステアリングが行われる。
　ミリ波帯を使用する第５世代移動通信システム（例えば、非特許文献１参照）やミリ波帯無線ＬＡＮ（Local Area Network）システム等では、アナログ回路で重み付けを行うタイプのフェーズドアレーアンテナが多く使用されている。
　多くの無線通信システムにおいて無線通信の相手局が存在する範囲は、２次元平面内ではなく、３次元空間内で変化するため、例えば、方位角と仰角のように２軸でのビームステアリングが必要になる。したがって、フェーズドアレーアンテナには、面的にアンテナ素子を配置した２次元アレーアンテナを用いて２次元のビームステアリングを行うための重み付けが要求される。
　また、高周波帯利用の進展に伴い、更に高いアンテナ利得が求められるため、更に多数のアンテナ素子に対する重み付けを行うフェーズドアレーアンテナが必要となることが予想される。例えば、非特許文献１では２８ＧＨｚ帯での第５世代移動通信用基地局に使用する２５６素子のフェーズドアレーアンテナが開示されている。２８ＧＨｚ帯の場合に、無線周波数が１０倍程度高周波になれば、自由空間伝搬損は、１００倍、すなわち２０ｄＢ増加する。そのため、例えば、基地局のアンテナ利得で、この自由空間伝搬損を補うためには数万個のアンテナ素子が必要となることが予想される。更に高速な伝送レートの提供を目指す第６世代移動通信では、例えば、３００ＧＨｚ帯（いわゆるテラヘルツ帯）の活用が検討されており、第５世代移動通信よりも、更に多くのアンテナ素子が必要になることが予想される。
　アンテナ素子への給電損を最小化するためには、各移相器回路を各アンテナ素子の近傍に配置する必要がある。そのため、例えば、プリント基板上に形成された平面アンテナ素子のすぐ裏に移相器回路等が配置され、スルーホールを介して給電されている。しかし、無線周波数が高くなってアンテナ素子間隔が狭くなるに従い多数の移相器回路等をアンテナ素子間隔と同等の間隔で、２次元で配置することは困難になる。例えば、無線周波数が３００ＧＨｚの場合、自由空間波長は１ｍｍであるため、アンテナ素子の間隔は波長の半分、つまり０．５ｍｍとすることが一般的である。また、複数のビームを形成する回路（いわゆるマルチビーム形成回路）を構成するには、ビーム数と同数の移相器回路等を並列して配置しなければならず、さらに、移相器回路等の配置が困難になることが容易に想定される。
特開２００４－０２３４００号公報 特開２００７－１６５９５６号公報
渡辺 光, 宇賀 晋介, 中溝 英之, 堤 恒次, 新庄 真太郎, 栗山 侑, "第５世代移動通信基地局向けミリ波アンテナ・RFフロントエンド技術", 電子情報通信学会　通信ソサイエティマガジン, 2020, 14 巻, 3 号, p. 222-231. Dong-Hun KIM  Jiro HIROKAWA  Makoto ANDO, "One-Body 2-D Beam-Switching Butler Matrix with Waveguide Short-Slot 2-Plane Couplers," IEICE TRANSACTIONS on Electronics, Oct 2017, Vol.E100-C, No.10, pp.884-892. C. Tsokos et al., "Analysis of a Multibeam Optical Beamforming Network Based on Blass Matrix Architecture," in Journal of Lightwave Technology, Aug.15 2018, vol. 36, no. 16, pp. 3354-3372. Y. Liu and J. Klamkin, "Scalable Integrated Photonics Beamforming Circuits," 2020 Asia Communications and Photonics Conference (ACP) and International Conference on Information Photonics and Optical Communications (IPOC), 2020, pp. 1-3. B. Ortega, J. Mora and R. Chulia, "Optical Beamformer for 2-D Phased Array Antenna With Subarray Partitioning Capability," in IEEE Photonics Journal, June 2016, vol. 8, no. 3, pp. 1-9.
　上記した移相器回路等の配置が困難になるという問題に対して、アンテナ素子数に応じた多数の移相器回路等を実装するのではなく、固定の位相量で移相する受動回路を使用してその入力端子を切り替えて使用する方式がある。しかしながら、この方式において、２次元のビームステアリングを実施するためには、回路の構造が、例えば、非特許文献２に示すような立体的に組み上げた構造になる。そのため、高周波帯での実装は、金属を高精度に立体加工した導波管での構成となることから量産が難しく、また、量産をしない場合であっても多素子化に対応することは困難と考えられる。
　これに対して、例えば、非特許文献３では、低損失導波路を小型で実装することができる光回路製造技術を応用し、信号を光に変換したうえで光回路により重み付けを実施する手段が提案されている。これにより、多素子・２次元の重み付け回路を構成できる可能性が高まると考えられるが、重み付け回路の部品数は、アンテナ素子数に応じて増加する。
　これらのことから、２次元アレーアンテナを制御する手段として、立体的な構造を用いないこと、及び、できる限り部品数の増加を抑え、アンテナ素子数の増大に対応できるようにすることが強く望まれる。
　非特許文献２，３以外の光回路により重み付けを実施する既存の技術として、以下のような技術が開示されている。特許文献１には、波長分散線路を利用して２次元のビームステアリングを行う立体的な光回路に関する技術が開示されている。特許文献２には、波長多重を用いてマルチビーム形成を行う技術が開示されており、当該技術は、２次元化及び多素子化が可能であると考えられる。非特許文献４には、光波長を変換しながら移相器を反復して再利用するループ構成を用いて、重み付けを実施する回路の部品数を増やさずに、多素子化に対応し得る技術が開示されている。
　非特許文献５には、平面構成の移相回路と、光波長に依存して遅延時間が異なるＦＢＧ(Fiber Bragg Gratings)反射線路を組み合わせて、平面構成の移相回路によって行う１次元（１平面内）のビームステアリングを行う技術が開示されている。さらに、非特許文献５の技術では、ＦＢＧ反射線路により行う、平面構成の移相回路の平面と直交する平面の方向でのビームステアリングを可能にして、２次元ビームステアリングを実施する技術が開示されている。この技術を採用することにより、回路の部品点数を削減しつつ、２次元のビームステアリングを行い得るものと考えられる。
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、製造の困難な多層構造の配線による行列回路が必要になり、平面回路製造プロセスによる量産に適さないという問題がある。特許文献２に開示されている技術では、アンテナ素子数の増大と２次元化に伴い回路を構成する部品数が莫大になるという問題がある。
　非特許文献４に開示されている技術では、光波長を変換しながら移相器を反復して再利用するループ構成を用いることから、配線が複雑になるという問題がある。非特許文献５に開示されている技術において用いているＦＢＧは周波数帯域依存性が強いため、多数のアンテナ素子や多数のビームに対応する際に多数の波長多重を行う場合、ＦＢＧ反射線路の数が膨大化するという問題がある。
　本発明の目的は、アレーアンテナの規模が大きくなっても、配線構造を複雑にすることなく、適切な重み付けを可能とし、小型化及び量産化に適した簡易な構造の回路による送信指向性の制御を可能にする送信指向性制御装置、及び送信指向性制御方法を提供することにある。
　本発明の一態様は、３次元空間において任意に定められる配置線に沿って配置される複数のアンテナ素子と、光を送信信号で変調して、異なる周波数帯域の第１光信号と、第２光信号とを生成する送信光信号生成部と、前記第２光信号に対して、前記配置線の方向と、所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、前記配置線に沿って配置される前記アンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号を生成する重み付け部と、前記アンテナ素子の各々に対応して備えられ、一列に並べられる光電変換部の各々であって、各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号と、前記第１光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を、各々に対応する前記アンテナ素子に出力する光電変換部と、を備え、前記光電変換部の各々が合成する２つの光信号の何れか一方の光信号に生じる位相差であって、当該一方の光信号が前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって生じる位相差が吸収されるように、前記一列において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、前記光の波長とを選択する、送信指向性制御装置である。
　本発明の一態様は、３次元空間において任意に定められる配置線に沿って配置される複数のアンテナ素子に対する送信指向性制御方法であって、送信光信号生成部が、光を送信信号で変調して、異なる周波数帯域の第１光信号と、第２光信号とを生成するステップと、重み付け部が、前記第２光信号に対して、前記配置線の方向と、所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、前記配置線に沿って配置される前記アンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号を生成するステップと、前記アンテナ素子の各々に対応して備えられ、一列に並べられる光電変換部の各々が、各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号と、前記第１光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を、各々に対応する前記アンテナ素子に出力するステップと、を含み、前記光電変換部の各々が合成する２つの光信号の何れか一方の光信号に生じる位相差であって、当該一方の光信号が前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって生じる位相差が吸収されるように、前記一列において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、前記光の波長とを選択する、送信指向性制御方法である。
　本発明によれば、アレーアンテナの規模が大きくなっても、配線構造を複雑にすることなく、適切な重み付けを可能とし、小型化及び量産化に適した簡易な構造の回路による送信指向性の制御が可能になる。
第１の実施形態に係る送信指向性制御装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る光電変換部の内部構成と、アンテナ素子との接続関係とを示す図である。 第１の実施形態に係る送信指向性制御装置の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る送信指向性制御装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナ素子の配置を示す図である。 第２の実施形態に係る送信指向性制御装置の動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る送信指向性制御装置の構成例を示す図である。 第４の実施形態に係る送信光信号生成部の内部構成と、送信光信号生成部と光源との接続関係と、光源に接続する波長指定部とを示す図である。 第４の実施形態に係る波長と方向の対応関係と、第１走査用切替回路、及び第２走査用切替回路の各々の内部において割り当てられる出力端子と波長の対応関係とを示す図である。 第５の実施形態に係る送信指向性制御装置の構成例を示す図である。 第１、第２、第３、第５の実施形態に示す送信光信号生成部の他の構成例と、光源との接続関係と、光源に接続する波長指定部とを示す図（その１）である。 第１、第２、第３、第５の実施形態に示す送信光信号生成部の他の構成例と、光源との接続関係と、光源に接続する波長指定部とを示す図（その２）である。 第１、及び第５の実施形態に示す光電変換部の他の構成例と、アンテナ素子との接続関係とを示す図である。
（第１の実施形態）
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態の送信指向性制御装置１の構成例を示すブロック図である。送信指向性制御装置１は、波長指定部１０、光源１１、送信光信号生成部１２、重み付け部１３、操作部１６、光電変換部１７－１～１７－Ｍ、及びアンテナ素子１８－１～１８－Ｍを備える。ここで、Ｍは、２以上の自然数であり、本文において、自然数とは、０を含まない正の整数である。
　波長指定部１０は、ユーザの操作を受けて、ユーザが選択する波長λを含む波長指定信号を生成して出力する。光源１１は、波長可変光源であり、波長指定部１０から受ける波長指定信号に含まれている波長λのＣＷ（Continuous Wave:連続波）の光を生成して出力する。送信光信号生成部１２は、光変調器２１と、分波器２２とを備える。光変調器２１は、外部から与えられる電気的な送信信号をベースバンド信号とし、当該ベースバンド信号で、光源１１が出力する光を強度変調して被変調光信号を生成する。
　分波器２２は、光変調器２１が生成する被変調光信号を、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とに分波する。分波器２２は、分波した搬送波の光信号を、分波器２２に接続する光経路１００に出力し、分波した上側帯波の光信号を光経路２００に出力する。光経路１００，２００、及び、以下に示す光経路は、例えば、光ファイバである。なお、図１及び以下に示す図において、一点鎖線で示す接続線は、搬送波の光信号が伝送される光経路を示しており、点線で示す接続線は、上側帯波の光信号が伝送される光経路を示している。
　操作部１６は、送信方向を選択することが可能になっており、選択された送信方向に対応する切替指示信号を出力する。重み付け部１３は、走査用切替回路１４と、走査用行列回路１５とを備える。走査用切替回路１４は、例えば、光スイッチであり、１個の入力端子１４－Ｓと、Ｍ個の出力端子１４－Ｅ－１，１４－Ｅ－２，…，１４－Ｅ－Ｍとを備える。入力端子１４－Ｓには、光経路２００が接続する。走査用切替回路１４は、操作部１６が出力する切替指示信号の種類に応じて、入力端子１４－Ｓを、出力端子１４－Ｅ－１～１４－Ｅ－Ｍの何れか１つに接続するように切り替える。つまり、操作部１６において選択が可能な送信方向は、Ｍ種類であり、操作部１６は、Ｍ種類の送信方向の各々に対応する切替指示信号を出力する。
　走査用行列回路１５は、例えば、遅延線路、高分散線路、共振リングなどを用いて位相傾斜を付与するように構成された回路であり、当該回路として、例えば、バトラー行列(Butler Matrix)回路やブラス行列(Blass Matrix)回路が適用されてもよい。走査用行列回路１５は、供給される光信号に対して位相傾斜を付与する。走査用行列回路１５は、Ｍ個の入力端子１５－Ｓ－１，１５－Ｓ－２，…，１５－Ｓ－Ｍと、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１，１５－Ｅ－２，…，１５－Ｅ－Ｍを備える。Ｍ個の入力端子１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍの各々は、走査用切替回路１４の出力端子１４－Ｅ－１～１４－Ｅ－Ｍの各々に接続する。
　走査用行列回路１５において、Ｍ個の入力端子１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍの各々と、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々との間において、付与する位相傾斜に応じた傾斜位相量が予め定められており、当該傾斜位相量が付与されるように、予め回路構成が定められる。
　ここで、第１の実施形態において、「ｊ」を１～Ｍの間の任意の自然数とする。走査用行列回路１５は、何れか１つの入力端子１５－Ｓ－ｊから光信号が供給されると、供給された光信号に対して、入力端子１５－Ｓ－ｊと、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々との間において定められている傾斜位相量φｊを付与したＭ個の光信号を生成する。走査用行列回路１５は、生成したＭ個の光信号の各々を、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１，１５－Ｅ－２，…，１５－Ｅ－Ｍの各々から出力する。なお、傾斜位相量、及びその他の位相量において、単位を示さない場合の単位は、弧度法の単位であるラジアンであり、度数法で示す場合、単位「°」を付して示す。
　ここで、走査用行列回路１５において、Ｍ＝３とした場合の入力端子１５－Ｓ－ｊと、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々との間において定められている傾斜位相量φｊの具体例について説明する。
　入力端子１５－Ｓ－１に光信号が供給されると、供給された光信号に対して、例えば、（０°，３０°，６０°）の位相が付与された３つの光信号が、出力端子１５－Ｅ－１，１５－Ｅ－２，１５－Ｅ－３の各々から出力される。したがって、（０°，３０°，６０°）の各々をラジアンで表した位相量が、傾斜位相量φｊになる。この場合、０°が傾斜位相量φ１、３０°が傾斜位相量φ２、６０°が傾斜位相量φ３に対応し、これにより、３０°ずつ増加する位相傾斜が付与される。
　入力端子１５－Ｓ－２に光信号が供給されると、供給された光信号に対して、例えば、（０°，６０°，１２０°）の位相が付与された３つの光信号が、出力端子１５－Ｅ－１，１５－Ｅ－２，１５－Ｅ－３の各々から出力される。したがって、（０°，６０°，１２０°）の各々をラジアンで表した位相量が、傾斜位相量φｊになる。この場合、０°が傾斜位相量φ１、６０°が傾斜位相量φ２、１２０°が傾斜位相量φ３に対応し、これにより、６０°ずつ増加する位相傾斜が付与される。
　入力端子１５－Ｓ－３に光信号が供給されると、供給された光信号に対して、例えば、（０°，９０°，１８０°）の位相が付与された３つの光信号が、出力端子１５－Ｅ－１，１５－Ｅ－２，１５－Ｅ－３の各々から出力される。したがって、（０°，９０°，１８０°）の各々をラジアンで表した位相量が、傾斜位相量φｊになる。この場合、０°が傾斜位相量φ１、９０°が傾斜位相量φ２、１８０°が傾斜位相量φ３に対応し、これにより、９０°ずつ増加する位相傾斜が付与される。
　すなわち、傾斜位相量φｊにおける添え字の「ｊ」は、出力端子１５－Ｅ－ｊの位置を示す「ｊ」に対応しており、傾斜位相量φｊは、入力端子１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍが異なると、異なる位相量になる。
　光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々には、光経路１００におけるＭ個の分岐点１０１－１，１０１－２，…，１０１－Ｍから分岐する分岐光経路１０２－１，１０２－２，…，１０２－Ｍの各々と、走査用行列回路１５の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々に接続する光経路２００－１，２００－２，…，２００－Ｍとが接続する。なお、分岐光経路１０２－１～１０２－Ｍは、光経路１００の一部分であり、光経路１００において分岐光経路１０２－１～１０２－Ｍ以外の部分を、光経路１００の本線という。
　光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々は、同一の内部構成を備えており、光電変換部１７－ｊは、図２に示す内部構成を備える。光電変換部１７－ｊは、フォトダイオード（以下、ＰＤ（Photo Diode）という）３１－ｊと、合波器３２－ｊとを備える。合波器３２－ｊは、分岐光経路１０２－ｊと、光経路２００－ｊとに接続する。合波器３２－ｊは、分岐光経路１０２－ｊを介して供給される搬送波の光信号と、光経路２００－ｊを介して供給される上側帯波の光信号とを合波する。ＰＤ３１－ｊは、合波器３２－ｊと、アンテナ素子１８－ｊとに接続しており、合波器３２－ｊが出力する光信号を電気信号に変換してＲＦ信号を生成する。以下、光電変換部１７－ｊによる２つの光信号を合成して電気信号に変換してＲＦ信号を生成する処理を、フォトミキシングともいう。
　アンテナ素子１８－１～１８－Ｍは、３次元空間において任意に定められる配置線に沿って配置されており、いわゆる１次元のアレーアンテナであるアレーアンテナ１９を形成する。なお、配置線は、直線であってもよいし、一般的に２次元のアレーアンテナとして用いられる凹形状や凸形状などの曲面を形成する曲線であってもよい。アンテナ素子１８－１～１８－Ｍの各々は、各々に接続する光電変換部１７－１～１７－Ｍから供給されるＲＦ信号を電波として放射する。アンテナ素子１８－１～１８－Ｍの各々から放射される電波によって、いわゆる送信ビームが形成されることになる。
　例えば、配置線が、図１の紙面の横方向の直線である場合、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍから放射される送信ビームは、図１の紙面の縦方向の上方向である符号８０で示す方向を正面方向８０とした場合、図１の紙面の平面上で、正面方向８０と、左右の横方向との間の任意の方向、例えば、符号８１，８２で示す方向や、正面方向８０に向かうことになる。
　送信ビームの方向は、走査用行列回路１５が付与する位相傾斜によって定められる。走査用行列回路１５が付与する位相傾斜を変えることにより、送信ビームの方向を、正面方向８０と、左右の横方向との間の任意の方向にすることができる。ただし、位相傾斜は、配置線の方向と、当該配置線の方向を基準としたユーザが所望する送信方向とに応じて、Ｍ個の入力端子１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍの各々と、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍとの間で、予め固定的に定められる。そのため、走査用行列回路１５において、位相傾斜が固定的に定められた状態における送信ビームの方向の数は、走査用行列回路１５の入力端子１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍの数、すなわちアンテナ素子１８－１～１８－Ｍの数であるＭ個になる。
　光電変換部１７－１～１７－Ｍは、配置線に沿って一列に並べられる。光電変換部１７－１～１７－Ｍは、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子を起点とし、当該一列において隣接する２つの光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路長の差（以下、経路差Ｄという）が、一定であり、かつ、この一定の経路差Ｄが、次式（１）で示されるという接続条件（以下、第１接続条件という）を満たすように配置される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、「λ」は、波長指定部１０が出力する波長指定信号に含まれる波長λ、すなわち光源１１が生成して出力する光の波長λである。「ａ」は、任意の自然数である。言い換えると、経路差Ｄは、光源１１が出力する光の波長λの自然数倍になっていれば、どのような値であってもよい。
　当該第１接続条件を満たす一例を示すと、光電変換部１７－１～１７－Ｍに対して、以下のように光経路１００が配線される。光電変換部１７－１～１７－Ｍを、配置線に沿って、経路差Ｄの長さで等間隔に一列に配置する。光経路１００の本線を、光電変換部１７－１～１７－Ｍが並ぶ一列に沿って配線する。光経路１００の本線上のＭ個の分岐点１０１－１，１０１－２，…，１０１－Ｍにおいて、隣接する分岐点１０１－１，１０１－２，…，１０１－Ｍの間隔の各々が経路差Ｄの長さになるようにする。分岐点１０１－１，１０１－２，…，１０１－Ｍの各々と、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々とを、同一長の分岐光経路１０２－１～１０２－Ｍによって接続する。
　この場合、図１に示すように、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子を起点として、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に至る光経路１００の経路長の経路差Ｄは、当該起点から分岐点１０１－１～１０１－Ｍの各々に至る光経路１００の経路長の差として現れることになる。
　分波器２２が出力する搬送波の光信号が光電変換部１７－１に到達した際の位相を基準とするために、この位相を「０」とする。光電変換部１７－１と、光電変換部１７－２とには、分岐点１０１－１と、分岐点１０１－２の間の経路長の違い、すなわち経路差Ｄの違いがある。そのため、分波器２２から出力されて光電変換部１７－２に到達する光信号は、分岐点１０１－１と、分岐点１０１－２の間の経路差Ｄのために、位相が回転し、経路差Ｄの長さに応じた分だけ位相が進むことになる。ここで、式（１）より、Ｄ＝ａλであるため、分波器２２から出力されて光電変換部１７－１に到達する光信号に対して、分波器２２から出力されて光電変換部１７－２に到達する光信号は、「２ａπ」位相が進んだ光信号になる。
　上記したように、隣接する分岐点１０１－１，１０１－２，…，１０１－Ｍの間隔は、等間隔であるため、分波器２２から出力されて光電変換部１７－ｊに到達する光信号は、分波器２２から出力されて光電変換部１７－１に到達する光信号に対して、「２（ｊ－１）ａπ」位相が進んだ信号になる。
　これに対して、走査用行列回路１５の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々から出力されて、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に至る光経路２００－１～２００－Ｍには、経路差が存在しないように配線される。そのため、走査用行列回路１５の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々から出力されて光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達する上側帯波の光信号の各々における位相の違いは、走査用行列回路１５によって付与される傾斜位相量φｊによる違いになる。
（第１の実施形態の送信指向性制御装置による処理）
　図３を参照しつつ、送信指向性制御装置１による処理について説明する。送信指向性制御装置１のユーザが波長λを定め、定めた波長λと、第１接続条件とにしたがう経路差Ｄになるように、光電変換部１７－１～１７－Ｍに光経路１００を配線する。その上で、ユーザが、波長指定部１０において波長λを選択する操作を行うと、当該操作を受けて波長指定部１０は、波長λを含む波長指定信号を光源１１に出力する。
　ユーザは、操作部１６において、所望する送信方向を選択する操作を行い、当該操作を受けて操作部１６は、選択された送信方向に対応する切替指示信号を走査用切替回路１４に出力する。当該切替指示信号を受けた走査用切替回路１４は、例えば、入力端子１４－Ｓを、出力端子１４－Ｅ－１～１４－Ｅ－Ｍの何れか１つである出力端子１４－Ｅ－ｊに接続する。
　以下、図３に示すフローチャートの処理が開始される。光源１１は、波長指定部１０が出力する波長指定信号を取り込む。光源１１は、取り込んだ波長指定信号に含まれている波長λの光を生成し、生成した光を光変調器２１に出力する。光変調器２１は、外部から与えられる送信信号によって、光を強度変調して被変調光信号を生成する。光変調器２１は、生成した被変調光信号を分波器２２に出力する（Ｓａ１）。分波器２２は、光変調器２１が出力する被変調光信号を、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とに分波する。ここで、搬送波の光信号は、次式（２）によって示され、上側帯波の光信号は、次式（３）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（２），式（３）において、ωＣは、光源１１が生成する光の角周波数であり、ｔは、時刻である。式（２）において、ωＲＦは、ＲＦ信号の角周波数であり、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号との周波数差に相当する。分波器２２は、搬送波の光信号を光経路１００に出力し、上側帯波の光信号を光経路２００に出力する（Ｓａ２）。
　走査用切替回路１４は、分波器２２が出力する上側帯波の光信号を入力端子１４－Ｓから取り込み、出力端子１４－Ｅ－ｊから出力する（Ｓａ３）。走査用行列回路１５は、走査用切替回路１４の出力端子１４－Ｅ－ｊから出力された上側帯波の光信号を、入力端子１５－Ｓ－ｊから取り込む。走査用行列回路１５は、取り込んだ上側帯波の光信号に対して、入力端子１５－Ｓ－ｊと、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々との間において定められている傾斜位相量φｊを付与して、Ｍ個の上側帯波の光信号を生成する。走査用行列回路１５の出力端子１５－Ｅ－ｊから出力される上側帯波の光信号を式で示すと、次式（４）になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　走査用行列回路１５は、生成したＭ個の上側帯波の光信号を、Ｍ個の出力端子１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍの各々から出力する（Ｓａ４）。
　光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々には、光経路１００を介して分波器２２から搬送波の光信号が供給され、光経路２００－１～２００－Ｍを介して上側帯波の光信号が供給される。ここで、図２を参照しつつ、光電変換部１７－１～１７－Ｍにおける任意の光電変換部１７－ｊによって行われるフォトミキシングについて説明する。
　光電変換部１７－ｊの合波器３２－ｊに対して、分岐光経路１０２－ｊを介して供給される搬送波の光信号は、上記したように「２（ｊ－１）ａπ」の位相進みが生じるため、次式（５）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　これに対して、合波器３２－ｊに対して、光経路２００－ｊを介して供給される上側帯波の光信号は、上記した式（４）で示される。したがって、合波器３２－ｊは、式（５）によって示される搬送波の光信号と、式（４）によって示される上側帯波の光信号とを合波して合波光信号を生成してＰＤ３２－ｊに出力する。合波器３２－ｊが生成する合波光信号は、次式（６）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ＰＤ３２－ｊは、合波器３２－ｊが出力する合波光信号を取り込むと、合波光信号を電気信号に変換する。この電気信号への変換の際に、ＰＤ３２－ｊは、合波光信号を２乗検波し、当該２乗検波の結果からＰＤ３２－ｊの出力周波数特性に依存した所定のＲＦ周波数帯域の成分の電気信号を生成する。ＰＤ３２－ｊによる２乗検波を式で示すと次式（７）の右辺に示される式になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ＰＤ３２－ｊが出力するＲＦ信号は、式（７）の右辺の演算結果からＲＦ周波数帯域を抽出した、次式（８）で示されるＲＦ信号ｖＲＦ＿ｊになる。式（８）に示されるように、ＲＦ信号ｖＲＦ＿ｊは、ｃｏｓ（ωＲＦｔ－φｊ＋２ｊａπ－２ａπ）に比例する信号になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々は、生成したＲＦ信号を、各々に接続するアンテナ素子１８－１～１８－Ｍに出力する。アンテナ素子１８－１～１８－Ｍの各々は、各々に接続する光電変換部１７－１～１７－Ｍが出力するＲＦ信号を電波として放射し（Ｓａ５）、処理が終了する。
（第１の実施形態の効果）
　上記したように、第１の実施形態の送信指向性制御装置１では、光源１１が生成する光の波長がλである場合に、上記した第１接続条件を満たすように、光電変換部１７－１～１７－Ｍに対して、光経路１００を配線する。これにより、光電変換部１７－ｊが出力するＲＦ信号は、式（８）によって示される信号になる。光電変換部１７－ｊに隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）が出力するＲＦ信号は、式（８）の右辺の「ｊ」に「ｊ＋１」を代入した次式（９）で示される信号になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（８）と、式（９）とを比較すると分かるように、光電変換部１７－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、「－φｊ＋１＋φｊ＋２ａπ」になる。「２ａπ」は、２πの「ａ」倍であり、「ａ」は自然数である。したがって、当該位相差が示す位相は、「－φｊ＋１＋φｊ」に一致するため、搬送波の光信号が光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差Ｄによって、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に供給される搬送波の光信号に生じる位相差「２ａπ」が吸収されることになる。
　上記の第１の実施形態では、ユーザが波長指定部１０を操作して光源１１が生成する光の波長λを選択する。ユーザが選択する波長λにしたがって、予め第１接続条件を満たすように、光電変換部１７－１～１７－Ｍに光経路１００を配線するようにしている。これに対して、経路差Ｄを先に定めて、光電変換部１７－１～１７－Ｍに光経路１００を配線する。その上で、式（１）を満たすように波長λを定めて、定めた波長λを、ユーザが波長指定部１０において選択するようにしてもよい。
　言い換えると、第１の実施形態の送信指向性制御装置１では、搬送波の光信号が光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差Ｄによって、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に供給される搬送波の光信号に生じる位相差が吸収されるように、経路差Ｄと、光源１１が生成する光の波長λとを選択する。これにより、隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｊとに供給される搬送波の光信号の位相差を２πの自然数倍にすることができる。その結果、上記したように、隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、「－φｊ＋１＋φｊ」になる。このＲＦ信号の位相差は、走査用行列回路１５によって付与される位相傾斜を示すことになるため、これらのＲＦ信号を用いることにより、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍから放射されるＲＦ信号の電波を、ユーザが所望する送信方向に伝搬させることが可能になる。
　例えば、第１の実施形態の構成において、分波器２２から光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達する搬送波の光信号の位相を一致させるという目的のために、例えば、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子から、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々までの光経路を同一の経路長にするという手段も取り得る。ただし、当該手段を採用する場合、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍ，１８－１－１～１８－３－３の数、すなわち光電変換部１７－１～１７－Ｍ，１７－１－１～１７－３－３の数が増えるほど、光経路を同一の経路長にするのに要する回路規模は膨大になる。これに対して、第１の実施形態の送信指向性制御装置１では、光電変換部１７－１～１７－Ｍに対する光経路１００の配線は、１本の光経路１００をＭ分岐して、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に接続する簡易な構成によって、上記の目的を達成することができている。また、第１の実施形態の送信指向性制御装置１では、光信号のアナログ回路による移相を行っている。そのため、全てディジタル信号処理で移相を行うフルデジタル制御のアレーアンテナに比べて、アナログ・デジタル変換器の数を大幅に削減することができる。したがって、第１の実施形態の送信指向性制御装置１を用いることにより、アレーアンテナ１９の規模が大きくなっても、配線構造を複雑にすることなく、適切な重み付けを可能とし、小型化及び量産化に適した簡易な構造の回路による送信指向性の制御ができる。
（第２の実施形態）
　図４は、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａの構成例を示すブロック図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。送信指向性制御装置１ａは、波長指定部１０、光源１１、送信光信号生成部１２、重み付け部１３ａ、操作部１６ａ、光電変換部１７－１－１～１７－３－３、及びアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３を備える。
　アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３は、３次元空間において任意に定められる第１配置線と、第１配置線に交差する第２配置線とに沿って配置される。ここで、第１配置線と、第２配置線とは、直線であってもよいし、一般的に２次元のアレーアンテナとして用いられる凹形状や凸形状などの曲面を形成する曲線であってもよい。例えば、第１配置線と、第２配置線とが、直線であって、直交する関係にあり、第１配置線の方向が、３次元空間における垂直方向であり、第２配置線が、３次元空間における水平方向であるとする。この場合、アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３は、例えば、図５に示すように配置されて、いわゆる２次元アレーアンテナであるアレーアンテナ１９ａが形成される。言い換えると、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａは、第１の実施形態の送信指向性制御装置１において、Ｍ＝３として、１次元アレーアンテナであるアレーアンテナ１９の形状を、２次元形状に拡張した構成になる。
　光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々は、アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３の各々に接続しており、行方向が、第１配置線の方向に一致し、列方向が、第２配置線の方向に一致するように、行列形状に配置される。ここで、第２の実施形態において、「ｉ」を、行の位置を示す１～３の間の任意の自然数とし、「ｊ」を、列の位置を示す１～３の間の任意の自然数とする。ｉ行ｊ列に配置される光電変換部１７－ｉ－ｊは、図２に示す第１の実施形態の光電変換部１７－ｊと同様に、合波器と、ＰＤとを備えており、供給される２つの光信号に対してフォトミキシングを行う。以下、光電変換部１７－ｉ－ｊが備える合波器と、ＰＤとを示す場合、それぞれ合波器３２－ｉ－ｊ、ＰＤ３１－ｉ－ｊとして示す。
　重み付け部１３ａは、第１走査用切替回路１４Ａ、第２走査用切替回路１４Ｂ、第１走査用行列回路１５Ａ、及び第２走査用行列回路１５Ｂを備える。第１走査用切替回路１４Ａと、第１走査用行列回路１５Ａとの接続関係、及び、第２走査用切替回路１４Ｂと、第２走査用行列回路１５Ｂとの接続関係は、Ｍ＝３とした場合の第１の実施形態の走査用切替回路１４と、走査用行列回路１５との接続関係と同一である。第１走査用切替回路１４Ａ，第２走査用切替回路１４Ｂは、第１の実施形態の走査用切替回路１４において、Ｍ＝３とした場合の構成と同一の構成を備える。
　第１走査用行列回路１５Ａと、第２走査用行列回路１５Ｂとは、第１の実施形態の走査用行列回路１５において、Ｍ＝３とした場合の構成に相当する回路であるが、付与する位相傾斜については、第１走査用行列回路１５Ａと第２走査用行列回路１５Ｂの各々において個別に定められる。すなわち、第１走査用行列回路１５Ａには、第１配置線の方向と、当該第１配置線の方向を基準としたユーザが所望する送信方向とに応じた位相傾斜が定められる。第２走査用行列回路１５Ｂには、第２配置線の方向と、当該第２配置線の方向を基準としたユーザが所望する送信方向とに応じた位相傾斜が定められる。
　第１走査用行列回路１５Ａにおいて、入力端子１５Ａ－Ｓ－１～１５Ａ－Ｓ－３の各々と、出力端子１５Ａ－Ｅ－１～１５Ａ－Ｅ－３の各々のとの間において予め定められる傾斜位相量を、以下、φに「Ｖｉ」を付したφＶｉで表す。傾斜位相量φＶ１は、出力端子１５Ａ－Ｅ－１から出力される光信号に付与される傾斜位相量であり、傾斜位相量φＶ２は、出力端子１５Ａ－Ｅ－２から出力される光信号に付与される傾斜位相量であり、傾斜位相量φＶ３は、出力端子１５Ａ－Ｅ－３から出力される光信号に付与される傾斜位相量である。第１の実施形態において説明したのと同様に、（φＶ１，φＶ２，φＶ３）の各々の値は、入力端子１５Ａ－Ｓ－１，１５Ａ－Ｓ－２，１５Ａ－Ｓ－３の何れに光信号が供給されるかによって異なる値になる。
　第２走査用行列回路１５Ｂにおいて、入力端子１５Ｂ－Ｓ－１～１５Ｂ－Ｓ－３の各々と、出力端子１５Ｂ－Ｅ－１～１５Ｂ－Ｅ－３の各々のとの間において予め定められる傾斜位相量を、以下、φに「Ｈｊ」を付したφＨｊで表す。傾斜位相量φＨ１は、出力端子１５Ｂ－Ｅ－１から出力される光信号に付与される傾斜位相量であり、傾斜位相量φＨ２は、出力端子１５Ｂ－Ｅ－２から出力される光信号に付与される傾斜位相量であり、傾斜位相量φＨ３は、出力端子１５Ｂ－Ｅ－３から出力される光信号に付与される傾斜位相量である。第１の実施形態において説明したのと同様に、（φＨ１，φＨ２，φＨ３）の各々の値は、入力端子１５Ｂ－Ｓ－１，１５Ｂ－Ｓ－２，１５Ｂ－Ｓ－３の何れに光信号が供給されるかによって異なる値になる。
　（φＶ１，φＶ２，φＶ３）の値の組み合わせは３通り存在し、（φＨ１，φＨ２，φＨ３）の値の組み合わせは３通り存在する。そのため、送信ビームの方向は、３×３＝９方向を指定することが可能になる。したがって、操作部１６ａにおいて、ユーザは、９方向を送信方向として選択することが可能になっており、操作部１６ａは、選択された送信方向に対応する切替指示信号を、第１走査用切替回路１４Ａと、第２走査用切替回路１４Ｂとに出力する。
　第１走査用行列回路１５Ａと、第２走査用行列回路１５Ｂと、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々との接続条件（以下、第２接続条件という）は、以下に示す接続関係によって示される。
　第１走査用行列回路１５Ａの出力端子１５Ａ－Ｅ－１と、１行目の光電変換部１７－１－１，１７－１－２，１７－１－３の各々との間の光経路１００－１の接続関係は、第１の実施形態の分波器２２の光経路１００が接続する出力端子と、光電変換部１７－１，１７－２，１７－３の各々との間の光経路１００の接続関係と同一になる。ただし、第１の実施形態における経路差Ｄを、第２の実施形態では、経路差Ｄ２として表す。したがって、経路差Ｄ２は、次式（１０）として示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　出力端子１５Ａ－Ｅ－２と、２行目の光電変換部１７－２－１，１７－２－２，１７－２－３の各々との間の光経路１００－２の接続関係、及び、出力端子１５Ａ－Ｅ－３と、３行目の光電変換部１７－３－１，１７－３－２，１７－３－３の各々との間の光経路１００－３の接続関係は、出力端子１５Ａ－Ｅ－１と、１行目の光電変換部１７－１－１，１７－１－２，１７－１－３の各々との間の光経路１００－１の接続関係と同一である。
　第２走査用行列回路１５Ｂの出力端子１５Ｂ－Ｅ－１と、１列目の光電変換部１７－１－１，１７－２－１，１７－３－１の各々との間の光経路２００－１の接続関係と、出力端子１５Ａ－Ｅ－１と、１行目の光電変換部１７－１－１，１７－１－２，１７－１－３の各々との間の光経路１００－１の接続関係とは、同一であるが、経路差が、経路差Ｄ２ではなく、次式（１１）で示される経路差Ｄ１になる点で異なる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１１）において、「ｂ」は、任意の自然数である。言い換えると、経路差Ｄ１は、光源１１が出力する光の波長λの自然数倍になっていれば、どのような値であってもよい。したがって、ｂ＝ａであってもよく、この場合、経路差Ｄ１＝経路差Ｄ２になる。
　出力端子１５Ｂ－Ｅ－２と、２列目の光電変換部１７－１－２，１７－２－２，１７－３－２の各々との間の光経路２００－２の接続関係、及び出力端子１５Ｂ－Ｅ－３と、３列目の光電変換部１７－１－３，１７－２－３，１７－３－３の各々との間の光経路２００－３の接続関係は、出力端子１５Ｂ－Ｅ－１と、１列目の光電変換部１７－１－１，１７－２－１，１７－３－１の各々との間の光経路２００－１の接続関係と同一である。
　言い換えると、第２接続条件とは、以下に示す列方向の条件と、行方向の条件とを含む条件ということができる。すなわち、列方向の条件とは、第１走査用行列回路１５Ａの出力端子１５Ａ－Ｅ－１，１５Ａ－Ｅ－２，１５Ａ－Ｅ－３の各々を起点とし、各々に対応する行ごとの光電変換部１７－１－１～１７－３－３において隣接する２つの光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路１００－１～１００－３の経路差Ｄ２が一定であり、かつ、この経路差Ｄ２が式（１０）に示すように、光源１１が生成する光の波長λの任意の自然数ａ倍の値になっているという条件である。
　行方向の条件とは、第２走査用行列回路１５Ｂの出力端子１５Ｂ－Ｅ－１，１５Ｂ－Ｅ－２，１５Ｂ－Ｅ－３の各々を起点とし、各々に対応する列ごとの光電変換部１７－１－１～１７－３－３において隣接する２つの光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路２００－１～２００－３の経路差Ｄ１が一定であり、かつ、この経路差Ｄ１が式（１１）に示すように、光源１１が生成する光の波長λの任意の自然数ｂ倍の値になっているという条件である。
　当該第２接続条件を満たす一例を示すと、光電変換部１７－１－１～１７－３－３に対して、以下のように光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－３が配線される。１行目の光電変換部１７－１－１，１７－１－２，１７－１－３の組み合わせと、２行目の光電変換部１７－２－１，１７－２－２，１７－２－３の組み合わせと、３行目の光電変換部１７－３－１，１７－３－２，１７－３－３の組み合わせとにおいて、列方向、すなわち第２配置線方向の隣接間隔が全て経路差Ｄ２になるように配置する。１列目の光電変換部１７－１－１，１７－２－１，１７－３－１の組み合わせと、２列目の光電変換部１７－１－２，１７－２－２，１７－３－２の組み合わせと、３列目の光電変換部１７－１－３，１７－２－３，１７－３－３の組み合わせとにおいて、行方向、すなわち第１配置線方向の隣接間隔が全て経路差Ｄ１になるように配置する。
　このように、光電変換部１７－１－１～１７－３－３を配置した上で、第１の実施形態の場合と同様に、第１走査用行列回路１５Ａの出力端子１５Ａ－Ｅ－１～１５Ａ－Ｅ－３の各々に接続する光経路１００－１～１００－３を列方向に沿って配線する。光経路１００－１～１００－３の各々の本線において隣接する分岐点の間隔が、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の列方向の間隔、すなわち経路差Ｄ２に一致するように、分岐点を定める。光経路１００－１の分岐点の各々から同一長の分岐光経路によって、１行目の光電変換部１７－１－１，１７－１－２，１７－１－３の各々に接続する。光経路１００－２，１００－３についても、光経路１００－１と同様に、それぞれ２行目の光電変換部１７－２－１，１７－２－２，１７－２－３と、３行目の光電変換部１７－３－１，１７－３－２，１７－３－３とに接続する。
　同様に、第２走査用行列回路１５Ｂの出力端子１５Ｂ－Ｅ－１～１５Ｂ－Ｅ－３の各々に接続する光経路２００－１～２００－３を行方向に沿って配線する。光経路２００－１～２００－３の各々の本線において隣接する分岐点の間隔が、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の行方向の間隔、すなわち経路差Ｄ１に一致するように、分岐点を定める。光経路２００－１の分岐点の各々から同一長の分岐光経路によって、１列目の光電変換部１７－１－１，１７－２－１，１７－３－１の各々に接続する。光経路２００－２，２００－３についても、光経路２００－１と同様に、それぞれ２列目の光電変換部１７－１－２，１７－２－２，１７－３－２と、３列目の光電変換部１７－１－３，１７－２－３，１７－３－３と接続する。
　上記のように、光電変換部１７－１－１～１７－３－３を配置して、光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－３を配線することにより、図４に示すように、光経路１００－３において隣接する分岐点１０１－３－１，１０１－３－２の間の長さと、分岐点１０１－３－２，１０１－３－３の間の長さとに、経路差Ｄ２が現れる。これは、他の光経路１００－１，１００－２においても同様になる。また、光経路２００－１において隣接する分岐点２０１－１－１，２０１－１－２の間の長さと、分岐点２０１－１－２，２０１－１－３の間の長さとに、経路差Ｄ１が現れる。これは、他の光経路２００－２，２００－３においても同様になる。
（第２の実施形態の送信指向性制御装置による処理）
　図６を参照しつつ、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａによる処理について説明する。送信指向性制御装置１ａのユーザが波長λを定め、定めた波長λと、第２接続条件とにしたがう経路差Ｄ１，Ｄ２になるように、光電変換部１７－１－１～１７－３－３に光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－３を配線する。その上で、ユーザが、波長指定部１０において波長λを選択する操作を行うと、当該操作を受けて波長指定部１０は、波長λを含む波長指定信号を光源１１に出力する。
　ユーザは、操作部１６ａにおいて、所望する送信方向を選択する操作を行い、当該操作を受けて操作部１６ａは、選択された送信方向に対応する切替指示信号を第１走査用切替回路１４Ａと、第２走査用切替回路１４Ｂとに出力する。当該切替指示信号を受けた第１走査用切替回路１４Ａは、例えば、入力端子１４Ａ－Ｓを、出力端子１４Ａ－Ｅ－１～１４Ａ－Ｅ－３の何れか１つである出力端子１４Ａ－Ｅ－ｉに接続する。当該切替指示信号を受けた第２走査用切替回路１４Ｂは、例えば、入力端子１４Ｂ－Ｓを、出力端子１４Ｂ－Ｅ－１～１４Ｂ－Ｅ－３の何れか１つである出力端子１４Ｂ－Ｅ－ｊに接続する。
　以下、図６に示すフローチャートの処理が開始される。Ｓｂ１，Ｓｂ２の処理は、図３に示す第１の実施形態のＳａ１，Ｓａ２と同一の処理が、光源１１と、送信光信号生成部１２とによって行われる。
　第１走査用切替回路１４Ａは、分波器２２が出力する搬送波の光信号を入力端子１４Ａ－Ｓから取り込み、出力端子１４Ａ－Ｅ－ｉから出力する（Ｓｂ３－１）。第１走査用行列回路１５Ａは、第１走査用切替回路１４Ａの出力端子１４Ａ－Ｅ－ｉから出力された搬送波の光信号を、入力端子１５Ａ－Ｓ－ｉから取り込む。第１走査用行列回路１５Ａは、取り込んだ搬送波の光信号に対して、入力端子１５Ａ－Ｓ－ｉと、出力端子１５Ａ－Ｅ－１～１５Ａ－Ｅ－３の各々との間において定められている傾斜位相量φＶｉを付与して、３つの搬送波の光信号を生成する。分波器２２が出力する搬送波の光信号は、式（２）で示されるため、第１走査用行列回路１５Ａの出力端子１５Ａ－Ｅ－ｉから出力される搬送波の光信号は、次式（１２）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　第１走査用行列回路１５Ａは、生成した３つの搬送波の光信号を、出力端子１５Ａ－Ｅ－１～１５Ａ－Ｅ－３の各々から出力する（Ｓｂ４－１）。
　Ｓｂ３－２，Ｓｂ４－２の処理は、図３に示す第１の実施形態のＳａ３，Ｓａ４の処理を、Ｍ＝３とし、走査用行列回路１５が付与する傾斜位相量をφｊからφＨｊに置き換えた処理と同一の処理であって、走査用切替回路１４が行う処理を、第２走査用切替回路１４Ｂが行い、走査用行列回路１５が行う処理を、第２走査用行列回路１５Ｂが行う処理が行われる。
　この場合に、分波器２２が出力する上側帯波の光信号は、式（３）で示されるため、Ｓｂ４－２の処理において、第２走査用行列回路１５Ｂの出力端子１５Ｂ－Ｅ－ｊから出力される上側帯波の光信号は、次式（１３）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　なお、Ｓｂ３－１，Ｓｂ４－１の処理と、Ｓｂ３－２，Ｓｂ４－２の処理は、並列に行われる処理である。
　ｊ列目の光電変換部１７－ｉ―ｊに到達する搬送波の光信号は、「２（ｊ－１）ａπ」の位相進みが生じるため次式（１４）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ｉ行目の光電変換部１７－ｉ―ｊに到達する上側帯波の光信号は、「２（ｉ－１）ｂπ」の位相進みが生じるため次式（１５）によって示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　光電変換部１７－ｉ－ｊは、式（１４）で示される搬送波の光信号と、式（１５）で示される上側帯波の光信号とをフォトミキシングする。すなわち、光電変換部１７－ｉ－ｊが備える合波器３２－ｉ－ｊが、式（１４）で示される搬送波の光信号と、式（１５）で示される上側帯波の光信号とを合波して合波光信号を生成する。ＰＤ３１－ｉ－ｊは、合波器３２－ｉ－ｊが生成した合波光信号を電気信号に変換する。この電気信号への変換の際に、ＰＤ３２－ｉ－ｊは、合波光信号を２乗検波し、当該２乗検波の結果からＰＤ３２－ｉ－ｊの出力周波数特性に依存した所定のＲＦ周波数帯域の成分の電気信号を生成する。ＰＤ３２－ｉ－ｊによる２乗検波を式で示すと次式（１６）の右辺に示される式になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　光電変換部１７－ｉ―ｊが出力するＲＦ信号は、式（１６）の右辺の演算結果からＲＦ周波数帯域を抽出した、次式（１７）で示されるＲＦ信号ｖＲＦ＿ｉｊになる。式（１７）に示されるように、ＲＦ信号ｖＲＦ＿ｉｊは、ｃｏｓ（ωＲＦｔ＋（φＶｉ－φＨｊ）＋２（ｊ－１）ａπ＋２（ｉ－１）ｂπ）に比例する信号になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々は、生成したＲＦ信号を、各々に接続するアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３に出力する。アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３の各々は、各々に接続する光電変換部１７－１－１～１７－３－３が出力するＲＦ信号を電波として放射し（Ｓｂ５）、処理が終了する。
（第２の実施形態の効果）
　上記したように、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、光源１１が生成する光の波長がλである場合に、上記した第２接続条件を満たすように、光電変換部１７－１－１～１７－３－３に対して、光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－３を配線する。これにより、光電変換部１７－ｉ―ｊが出力するＲＦ信号は、式（１７）によって示される信号になる。ここで、光電変換部１７－ｉ－ｊに、行方向において隣接する光電変換部１７－（ｉ＋１）－ｊが出力するＲＦ信号は、式（１７）の右辺の「ｉ」に「ｉ＋１」を代入した次式（１８）で示される信号になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　また、光電変換部１７－ｉ－ｊに、列方向において隣接する光電変換部１７－ｉ－（ｊ＋１）が出力するＲＦ信号は、式（１７）の右辺の「ｊ」に「ｊ＋１」を代入した次式（１９）で示される信号になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　式（１７）と、式（１８）とを比較すると分かるように、光電変換部１７－（ｉ＋１）－ｊと、光電変換部１７－ｉ－ｊと、が出力するＲＦ信号の位相差は、「φＶ（ｉ＋１）－φＶｉ＋２ｂπ」になる。「２ｂπ」は、２πの「ｂ」倍であり、「ｂ」は自然数である。したがって、当該位相差が示す位相は、「φＶ（ｉ＋１）－φＶｉ」に一致するので、上側帯波の光信号が、行ごとの光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路２００－１～２００－３の経路差Ｄ１によって、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に供給される上側帯波の光信号に生じる位相差「２ｂπ」が吸収されることになる。
　式（１７）と、式（１９）とを比較すると分かるように、光電変換部１７－ｉ－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｉ－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、「－φＨ（ｉ＋１）＋φＨｉ＋２ａπ」になる。「２ａπ」は、２πの「ａ」倍であり、「ａ」は自然数である。したがって、当該位相差が示す位相は、「－φＨ（ｉ＋１）＋φＨｉ」に一致するので、搬送波の光信号が、列ごとの光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路１００－１～１００－３の経路差Ｄ２によって、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に供給される搬送波の光信号に生じる位相差「２ａπ」が吸収されることになる。
　上記の第２の実施形態では、ユーザが波長指定部１０を操作して光源１１が生成する光の波長λを選択する。ユーザが選択する波長λにしたがって、予め第２接続条件を満たすように、光電変換部１７－１－１～１７－３－３に光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－２を配線するようにしている。これに対して、経路差Ｄ１と、経路差Ｄ２とを先に定めて、光電変換部１７－１－１～１７－３－３に光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－２を配線する。その上で、式（１０）と、式（１１）とを満たすように波長λを定めて、定めた波長λを、ユーザが波長指定部１０において選択するようにしてもよい。
　言い換えると、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、位相傾斜付きの搬送波の光信号が列方向の光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路１００－１～１００－３の経路差Ｄ２によって、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に供給される位相傾斜付きの搬送波の光信号に生じる位相差が吸収されるように、かつ、位相傾斜付きの上側帯波の光信号が行方向の光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に到達するまでの光経路２００－１～２００－３の経路差Ｄ１によって、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々に供給される位相傾斜付きの上側帯波の光信号に生じる位相差が吸収されるように、経路差Ｄ２と、経路差Ｄ１と、光源１１が生成する波長λとを選択する。その結果、上記したように、行方向において隣接する光電変換部１７－（ｉ＋１）－ｊと、光電変換部１７－ｉ－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、「φＶ（ｉ＋１）－φＶｉ」になり、列方向において隣接する光電変換部１７－ｉ－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｉ－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、「－φＨ（ｉ＋１）＋φＨｉ」になる。前者の位相差「φＶ（ｉ＋１）－φＶｉ」は、第１走査用行列回路１５Ａによって付与される位相傾斜を示しており、後者の「－φＨ（ｉ＋１）＋φＨｉ」は、第２走査用行列回路１５Ｂによって付与される位相傾斜を示している。そのため、これらのＲＦ信号を用いることにより、アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３から放射されるＲＦ信号の電波を、ユーザが所望する送信方向に伝搬させることが可能になる。
　第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａは、上記した第１の実施形態の送信指向性制御装置１が有する効果に加えて、以下のような効果を有する。すなわち、送信指向性制御装置１ａでは、２次元の送信ビームの走査を行う際に、送信ビームを形成する回路の部品数の増大と構造の複雑さ、例えば、立体交差や立体配線などを大幅に抑えつつ、大規模かつ２次元の送信ビームの走査を行うことができる。言い換えると、送信指向性制御装置１ａを用いることにより、アレーアンテナ１９ａの規模が大きくなっても、配線構造を複雑にすることなく、適切な重み付けを可能とし、小型化及び量産化に適した簡易な構造の回路による送信指向性の制御ができる。
　なお、第２の実施形態では、３×３のアレーアンテナ１９ａを構成する例について示しているが、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、Ｎ×Ｍの任意のサイズのアレーアンテナを構成することが可能である。ただし、ＮとＭとは自然数であって、ＮとＭの何れか一方が少なくとも２以上の自然数である。
（第３の実施形態）
　図７は、第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂの構成例を示すブロック図である。第３の実施形態において、第１及び第２の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。なお、図７において、符号４００で示す構成は、図４において符号４００で示す構成と同一の構成である。したがって、送信指向性制御装置１ｂは、波長指定部１０、光源１１、送信光信号生成部１２、重み付け部１３ｂ、操作部１６ａ、光電変換部１７－１－１～１７－３－３、及びアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３を備える。
　重み付け部１３ｂは、第１走査用切替回路１４Ａ、第２走査用切替回路１４Ｂ、合波器４１－１～４１－３、分波器４２－１～４２－３、及び走査用行列回路１５Ｃを備える。走査用行列回路１５Ｃは、第１の実施形態の走査用行列回路１５において、Ｍ＝３とした構成と同一の構成である。
　合波器４１－１～４１－３は、供給される搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを合波して合波光信号を生成する。合波器４１－１は、入力側で、第１走査用切替回路１４Ａの出力端子１４Ａ－Ｅ－１と、第２走査用切替回路１４Ｂの出力端子１４Ｂ－Ｅ－１とに接続し、出力側で、走査用行列回路１５Ｃの入力端子１５Ｃ－Ｓ－１に接続する。合波器４１－２は、入力側で、第１走査用切替回路１４Ａの出力端子１４Ａ－Ｅ－２と、第２走査用切替回路１４Ｂの出力端子１４Ｂ－Ｅ－２とに接続し、出力側で、走査用行列回路１５Ｃの入力端子１５Ｃ－Ｓ－２に接続する。合波器４１－３は、入力側で、第１走査用切替回路１４Ａの出力端子１４Ａ－Ｅ－３と、第２走査用切替回路１４Ｂの出力端子１４Ｂ－Ｅ－３とに接続し、出力側で、走査用行列回路１５Ｃの入力端子１５Ｃ－Ｓ－３に接続する。
　分波器４２－１～４２－３は、供給される光信号を、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とに分波する。分波器４２－１は、入力側で、走査用行列回路１５Ｃの出力端子１５Ｃ－Ｅ－１に接続し、出力側で、光経路１００－１と、光経路２００－１とに接続する。分波器４２－２は、入力側で、走査用行列回路１５Ｃの出力端子１５Ｃ－Ｅ－２に接続し、出力側で、光経路１００－２と、光経路２００－２とに接続する。分波器４２－３は、入力側で、走査用行列回路１５Ｃの出力端子１５Ｃ－Ｅ－３に接続し、出力側で、光経路１００－３と、光経路２００－３とに接続する。光経路１００－１～１００－３，２００－１～２００－３の各々と、光電変換部１７－１－１～１７－３－３の各々との接続関係は、第２の実施形態と同一である。
（第３の実施形態の送信指向性制御装置による処理）
　第３の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａにおける第１走査用行列回路１５Ａ、及び第２走査用行列回路１５Ｂの役目を、走査用行列回路１５Ｃが兼ねることになる。したがって、図６に示す処理において、Ｓｂ３－１と、Ｓｂ３－２の処理の後に、合波器４１－１～４１－３によって、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とが合波される処理が加わり、Ｓｂ４－１と、Ｓｂ４－２の処理とが、走査用行列回路１５Ｃによって行われる。
　第２の実施形態において、第１走査用行列回路１５Ａによって付与される傾斜位相量をφＶｉで表したが、より詳細に、入力端子１５Ａ－Ｓ－ｐに光信号が供給されて、出力端子１５Ａ－Ｅ－ｉから出力される光信号に付与される傾斜位相量をφＶｐｉとして表すことができる。同様に、第２走査用行列回路１５Ｂによって付与される傾斜位相量をφＨｊで表したが、より詳細に、入力端子１５Ｂ－Ｓ－ｐに光信号が供給されて、出力端子１５Ｂ－Ｅ－ｊから出力される光信号に付与される傾斜位相量をφＨｐｊとして表すことができる。ここで、第３の実施形態において、ｐ，ｉ，ｊ、及び以下に示すｑは、１～３の間の任意の自然数である。
　第２の実施形態の場合、ｉ＝ｊ＝ｑとした場合であっても、第１走査用行列回路１５Ａと、第２走査用行列回路１５Ｂとが異なる回路になっているため、傾斜位相量φＶｐｑと、傾斜位相量φＨｐｑとを、異なる値に位相量にすることができる。これに対して、第３の実施形態では、１つの走査用行列回路１５Ｃを用いるため、ｉ＝ｊ＝ｑとした場合、φＶｐｑ＝φＨｐｑになるという違いがある。
　この違いを、送信ビームの方向で示すと、以下のように説明することができる。例えば、第２の実施形態の図５に示すアレーアンテナ１９ａにおいて、符号９０で示す送信指向性制御装置１ａの本体が存在する方向からみて、水平面に平行な方向、すなわち水平面に対する傾きが０°である方向と、水平面から上方向にψ°傾いた方向と、水平面から下方向にψ°傾いた方向という３つの方向と、垂直面に平行な方向、すなわち垂直面に対する傾きが０°である方向と、垂直面から右方向にξ°傾いた方向と、水平面から左方向にξ°傾いた方向という３つの方向とを組み合わせた、合計で９つの方向に送信ビームが送信できるとする。第２の実施形態の場合、φＶｐｑ≠φＨｐｑとすることができるので、φ°とξ°とは異なる角度にすることができる。これに対して、第３の実施形態では、φＶｐｑ＝φＨｐｑになるため、φ°とξ°とが同一になる。
　Ｓｂ４－１，Ｓｂ４－２の処理が、走査用行列回路１５Ｃによって行われた後、分波器４２－１～４２－３の各々は、各々に接続する出力端子１５Ｃ－Ｅ－１～１５Ｃ－Ｅ－３から出力される光信号を取り込んで搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とに分波する。分波器４２－１～４２－３の各々は、分波した搬送波の光信号を、各々に接続する光経路１００－１～１００－３に出力し、分波した上側帯波の光信号を、各々に接続する光経路２００－１～２００－３に出力する。その後、Ｓｂ５の処理が行われて、処理が終了する。
（第３の実施形態の効果）
　第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂは、上記した第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａが有する効果に加えて、以下のような効果を有する。第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、第１走査用行列回路１５Ａ、第２走査用行列回路１５Ｂの２つの行列回路を必要としているが、第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂでは、位相傾斜の付与を行う行列回路が、走査用行列回路１５Ｃの１つの行列回路になる。そのため、送信指向性制御装置１ｂは、送信指向性制御装置１ａよりも、より小型化が可能になる。
　ただし、上記したように、送信指向性制御装置１ａによって送信することができる送信ビームの方向の範囲に比べると、送信指向性制御装置１ｂによって送信することができる送信ビームの方向の範囲には、制限が加わる。また、送信指向性制御装置１ａは、第１配置線方向と、第２配置線方向とにおいて、それぞれ任意の個数のアンテナ素子１８－ｉ－ｊを配置することができるのに対して、送信指向性制御装置１ｂの場合、アレーアンテナ１９ａの構成を３×３以外にすることができるが、第１配置線方向と、第２配置線方向とにおいて、配置することができるアンテナ素子１８－ｉ－ｊの個数を同一にする必要がある。
　第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａでは、第１走査用行列回路１５Ａ、及び第２走査用行列回路１５Ｂによって、第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂでは、走査用行列回路１５Ｃによって、第１配置線に沿って配置されるアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３ごと、及び第２配置線に沿って配置されるアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３－ごとに重み付けを行って、電子的にビームステアリングを行うようにしている。一般的に、第１配置線、及び第２配置線に沿って配置されるアンテナ素子１８－１－１～１８－３－３に対して、一括で重み付けを行う場合、重み付け部の要素数は、アンテナ素子数の２乗に比例する。これに対して、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａのように、第１配置線、及び第２配置線の各々に対して、個別に重み付けを行う場合、第１走査用行列回路１５Ａ、及び第２走査用行列回路１５Ｂの各々の要素数は、２×（アンテナ素子数）１／２に比例する。そのため、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａは、アンテナ素子数の増加に伴う重み付け部１３ａの要素数の増加を、一般的な構成に比べて抑制することができる。さらに、第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂでは、第１走査用行列回路１５Ａ、及び第２走査用行列回路１５Ｂの役目を、走査用行列回路１５Ｃが兼ねているため、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａよりも、アンテナ素子数の増加に伴う重み付け部１３ｂの要素数の増加を抑制することができる。
（第４の実施形態）
　上記した第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａは、１つの光源１１を備え、１つの波長λの光から、１つの送信ビームを送信するシングルビームの構成になっている。これに対して、送信指向性制御装置１ａを、以下のような構成にすることにより、複数の送信ビームを並列に送信するマルチビームの構成にすることができる。
　第２の送信指向性制御装置１ａにおいて、光源１１を、光源１１と同一構成の９個の光源１１－１，１１－２，…，１１－９に置き換える。波長指定部１０を、波長指定部１０と同一構成の９個の波長指定部１０－１，１０－２，…，１０－９に置き換える。波長指定部１０－１～１０－９の各々は、光源１１－１～１１－９の各々に接続し、光源１１－１～１１－９の各々に、各々に対応する波長λ１～λ９であって、ユーザによって選択される波長λ１～λ９の各々を含む波長指定信号を出力する。
　さらに、送信光信号生成部１２を、図８に示す送信光信号生成部１２ａに置き換える。送信光信号生成部１２ａは、９個の光変調器２１－１，２１－２，…，２１－９と、合波器２３と、光コムフィルタ２４とを備える。光変調器２１－１～２１－９の各々は、光変調器２１と同一の構成である。光変調器２１－１～２１－９の各々は、光源１１－１～１１－９の各々に接続し、各々に接続する光源１１－１～１１－９が生成して出力する光を、各々に与えられる異なる送信信号１，送信信号２，…，送信信号９で強度変調する。
　合波器２３は、９個の入力端子と、１個の出力端子とを備えており、９個の入力端子の各々は、光変調器２１－１～２１－９の各々に接続する。合波器２３は、９個の入力端子から供給される光信号を合波して合波光信号を生成し、生成した合波光信号を出力端子から出力する。
　光コムフィルタ２４は、１個の入力端子と、２個の出力端子２５－１，２５－２を備えており、入力端子に、合波器２３の出力端子が接続し、出力端子２５－１に光経路１００が接続し、出力端子２５－２に光経路２００が接続する。光コムフィルタ２４は、周期的な通過特性を有しており、入力端子から供給される合波光信号に含まれている９つの搬送波の光信号と、９つの上側帯波の光信号とを、搬送波のグループと、上側帯波のグループとに分波して、９つ搬送波の光信号の合波光信号を、出力端子２５－１から出力し、９つ上側帯波の光信号の合波光信号を、出力端子２５－２から出力する。
　上記したように、第２の送信指向性制御装置１ａにおいて、送信することができる送信ビームの方向は、９方向である。この９方向に対して、１組の搬送波と上側帯波の周波数差以上の周波数差を各々が有する９つの異なる波長の光を割り当てることができれば、異なる波長の光の各々を強度変調したとしても、互いの被変調光信号が干渉しないようにすることができる。そのため、ユーザが波長指定部１０－１～１０－９の各々において選択する波長λ１～λ９を、互いの被変調光信号が干渉しないという条件を満たすような、異なる波長にする必要がある。
　さらに、ユーザが波長指定部１０－１～１０－９の各々において選択する波長λ１～λ９の各々は、次式（２０）に示される関係を満たす波長λ１，…，λｋ，…λ９にする必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　式（２０）において、Ｄ１とＤ２は、第２の実施形態と同様に、それぞれ行方向に並ぶ光電変換部１７－１－１～１７－３－３の経路差Ｄ１であり、列方向に並ぶ光電変換部１７－１－１～１７－３－３の経路差Ｄ２である。ｋは、１～９の間の任意の自然数である。ａ１，…，ａｋ，…，ａ９、及びｂ１，…，ｂｋ，…，ｂ９は、任意の自然数である。
　上記したように、波長λ１～λ９は、異なる波長であるため、ａ１～ａ９の各々は、異なる値になり、ｂ１～ｂ９の各々は、異なる値になる。ただし、ａｋ＝ｂｋであってもよいし、ａｋ≠ｂｋであってもよい。したがって、波長λ１～λ９を選択する際の波長選択条件は、波長λ１～λ９の各々が異なる波長であるという条件と、式（２０）を満足するという条件とを含む条件になる。この場合において、異なる波長λ１～λ９を定めてから、式（２０）を満足するように、経路差Ｄ１と、経路差Ｄ２とを定めるようにしてもよいし、経路差Ｄ１と、経路差Ｄ２とを定めてから、波長選択条件を満たすように、波長λ１～λ９を定めるようにしてもよい。
　上記の波長選択条件を満たすように選択された波長λ１～λ９を、例えば、図５に示すアレーアンテナ１９ａにおいて、符号９０で示す送信指向性制御装置１ａの本体が存在する方向からみて、図９（ａ）に示すように、波長λ１を「左上方向」、波長λ２を「左中方向」、波長λ３を「左下方向」、波長λ４を「中上方向」、波長λ５を「正面方向」、波長λ６を「中下方向」、波長λ７を「右上方向」、波長λ８を「右中方向」、波長λ９を「右下方向」に割り当てる。
　さらに、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａにおいて、第１走査用切替回路１４Ａと、第２走査用切替回路１４Ｂとを光スイッチに替えて分波器とする。なお、この場合、操作部１６ａから、第１走査用切替回路１４Ａと、第２走査用切替回路１４Ｂとに切替指示信号を出力する必要がなくなるため、第４の実施形態では、操作部１６ａを備える必要がなくなる。
　第１走査用切替回路１４Ａ、及び第２走査用切替回路１４Ｂの分波器が、以下のような分波を行うように設定する。第１走査用切替回路１４Ａの分波器が、入力端子１４Ａ－Ｓから供給される光信号を、波長λ１，λ４，λ７の光信号と、波長λ２，λ５，λ８の光信号と、波長λ３，λ６，λ９の光信号との３つのグループに分波するようにする。さらに、第１走査用切替回路１４Ａが備える分波器が、図９（ｂ）に示すように、波長λ１，λ４，λ７の光信号を出力端子１４Ａ－Ｅ－３から出力し、波長λ２，λ５，λ８の光信号を出力端子１４Ａ－Ｅ－２から出力し、波長λ３，λ６，λ９の光信号を出力端子１４Ａ－Ｅ－１から出力するようにする。
　第２走査用切替回路１４Ｂの分波器が、入力端子１４Ｂ－Ｓから供給される光信号を、波長λ１，λ２，λ３の光信号と、波長λ４，λ５，λ６の光信号と、波長λ７，λ８，λ９の光信号との３つのグループに分波するようにする。さらに、第２走査用切替回路１４Ｂが備える分波器が、図９（ｃ）に示すように、波長λ１，λ２，λ３の光信号を出力端子１４Ｂ－Ｅ－１から出力し、波長λ４，λ５，λ６の光信号を出力端子１４Ｂ－Ｅ－２から出力し、波長λ７，λ８，λ９の光信号を出力端子１４Ｂ－Ｅ－３から出力するようにする。
　第１走査用行列回路１５Ａが付与する位相傾斜は、入力端子１５Ａ－Ｓ－３から光信号が供給された場合に、送信ビームが上方向を向くような位相傾斜とし、入力端子１５Ａ－Ｓ－２から光信号が供給された場合に、送信ビームが正面方向を向くような位相傾斜とし、入力端子１５Ａ－Ｓ－１から光信号が供給された場合に、送信ビームが下方向を向くような位相傾斜とする。
　第２走査用行列回路１５Ｂが付与する位相傾斜は、入力端子１５Ｂ－Ｓ－１から光信号が供給された場合に、送信ビームが左方向を向くような位相傾斜とし、入力端子１５Ｂ－Ｓ－２から光信号が供給された場合に、送信ビームが正面方向を向くような位相傾斜とし、入力端子１５Ｂ－Ｓ－３から光信号が供給された場合に、送信ビームが右方向を向くような位相傾斜とする。
　第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａを、上記のような構成とした上で、図６に示す処理が、波長λ１～λ９ごとに行われる。これにより、異なる９つの波長λ１～λ９を用いて、９つの異なる送信信号１～送信信号９が重畳された９つの送信ビームを、並列に、図９（ａ）に示す９つの方向に送信することができる。
（第４の実施形態の効果）
　上記した第４の実施形態のように構成した送信指向性制御装置１ａは、９個の波長指定部１０－１～１０－９と、９個の光源１１－１～１１－９と、送信光信号生成部１２ａと、分波器に置き換えられた第１走査用切替回路１４Ａ及び第２走査用切替回路１４Ｂとを備えることにより、波長多重を行うことが可能になる。この場合において、波長λ１～λ９は、上記した波長選択条件を満たす波長であるため、波長λ１～λ９の各々において、行方向において隣接する光電変換部１７－ｉ－ｊと、光電変換部１７－（ｉ＋１）－ｊとに供給される上側帯波の光信号の位相差が２πの自然数倍になり、列方向において隣接する光電変換部１７－ｉ－ｊと、光電変換部１７－ｉ－（ｊ＋１）とに供給される搬送波の光信号の位相差が２πの自然数倍になる。その結果、波長λ１～λ９の各々において、行方向において隣接する光電変換部１７－（ｉ＋１）－ｊと、光電変換部１７－ｉ－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差、及び、列方向において隣接する光電変換部１７－ｉ－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｉ－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差は、第２の実施形態の場合と同一になる。そのため、第４の実施形態においても、第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａが有する効果を同一の効果を奏し、さらに、９つの送信ビームを並列に送信することができるマルチビームによる送信ができるという効果を有する。
　上記した第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａを、第４の実施形態のように構成する手法は、第１の実施形態の送信指向性制御装置１、及び第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂに適用することが可能である。当該手法を、第１の実施形態の送信指向性制御装置１の構成に適用した場合、Ｍ個の送信ビームを並列に送信することが可能になる。さらに、アレーアンテナ１９ａの構成を３×３以外の構成とした第２の実施形態の送信指向性制御装置１ａ、及び第３の実施形態の送信指向性制御装置１ｂにも、当該手法を適用することができる。
（第５の実施形態）
　図１０は、第５の実施形態の送信指向性制御装置１ｃの構成例を示すブロック図である。第５の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。送信指向性制御装置１ｃは、波長指定部１０、光源１１、送信光信号生成部１２、重み付け部１３、光電変換部１７－１～１７－Ｍ、及びアンテナ素子１８－１～１８－Ｍを備える。
　第５の実施形態の送信指向性制御装置１ｃと、第１の実施形態の送信指向性制御装置１との構成上の違いは、以下の点である。第１の実施形態では、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子を起点とし、光電変換部１７－１～１７－Ｍが並ぶ一列において隣接する２つの光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差が、一定の経路差Ｄになっていた。これに対して、第５の実施形態では、この経路差が、一定になっていない点である。
　図１０には、第５の実施形態の構成の一例を示している。図１０において、２番目からＭ番目までの光電変換部１７－２～１７－Ｍについては、第１の実施形態と同様に、分波器２２から隣接する光電変換部１７－２～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差を、経路差Ｄとしている。これに対して、光電変換部１７－１と、光電変換部１７－２とについては、光経路１００の経路を、経路差Ｄとしていない。
　このような場合であっても、光電変換部１７－１と、光電変換部１７－２との光経路１００の経路差を、図１０に示す例のように、波長λの任意の自然数倍とすれば、第１の実施形態と同様に、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に供給される搬送波の光信号において経路差のために生じる位相差を吸収することができる。
　第５の実施形態の送信指向性制御装置１ｃの構成を、更に一般化して示すために、「ｊ」を１～Ｍの間の任意の自然数とし、ｍｊを任意の自然数とする。光電変換部１７－１～１７－Ｍにおいて、隣接する光電変換部１７－（ｊ－１）と、光電変換部１７－ｊの間の光経路１００の経路差を、波長λ×ｍｊとする。ただし、ｊ＝１の場合、光電変換部１７－０が存在しないため、ｍ１＝０とする。この場合、光電変換部１７－ｊが出力するＲＦ信号は、次式（２１）で示され、光電変換部１７－（ｊ＋１）が出力するＲＦ信号は、次式（２２）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　式（２２）の右辺の式と、式（２１）の右辺の式との位相差は、「－φｊ＋１＋φｊ＋２ｍｊ＋１π」になる。図１０では、一例として、光電変換部１７－１と、光電変換部１７－２との光経路１００の経路差を、経路差Ｄの２倍とした例を示している。この場合、光電変換部１７－１と、光電変換部１７－２との間の光経路１００の経路差は、「２ａλ」であるため、ｍ２は、「２ａ」になる。したがって、位相差は、「－φ２＋φ１＋４ａπ」になる。光電変換部１７－２以降については、光経路１００の経路差が、「ａλ」になるため、ｍｊ＋１は、「ａ」になる。したがって、位相差は、「－φｊ＋１＋φｊ＋２ａπ」になる。
　すなわち、いずれの場合においても、ｍｊ＋１が自然数であるため、「２ｍｊ＋１π」は、２πの自然数倍になる。そのため、「－φｊ＋１＋φｊ＋２ｍｊ＋１π」が示す位相は、「－φｊ＋１＋φｊ」に一致し、搬送波の光信号が光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差によって、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に供給される搬送波の光信号に生じる位相差が吸収されることになる。そのため、第１の実施形態と同様に、隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差を、走査用行列回路１５によって付与される位相傾斜「－φｊ＋１＋φｊ」にすることができる。
（第５の実施形態の効果）
　第５の実施形態では、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子を起点とし、隣接する２つの光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差が、一定になっていない場合であっても、経路差の各々を、波長λの任意の自然数倍にするようにしている。これにより、隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）と、光電変換部１７－ｊとが出力するＲＦ信号の位相差を、走査用行列回路１５によって付与される位相傾斜「－φｊ＋１＋φｊ」にすることができる。そのため、これらのＲＦ信号を用いることにより、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍから放射されるＲＦ信号の電波を、ユーザが所望する送信方向に伝搬させることが可能になる。
　したがって、第５の実施形態の送信指向性制御装置１ｃは、第１の実施形態の送信指向性制御装置１と同様の効果を奏するので、アレーアンテナ１９の規模が大きくなっても、配線構造を複雑にすることなく、適切な重み付けを可能とし、小型化及び量産化に適した簡易な構造の回路による送信指向性の制御ができる。
　第５の実施形態の送信指向性制御装置１ｃの隣接する２つの光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差を、一定にせず、経路差の各々を、波長λの任意の自然数倍にする手法は、アレーアンテナ１９が、２次元に配置されたアレーアンテナ１９ａを備える第２から第４の実施形態にも適用が可能であり、さらに、第２から第４の実施形態において、アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３の数を増加させた構成に対しても適用が可能である。
（各実施形態に共通する効果）
　第１から第５の実施形態では、光信号のアナログ処理で移相を実現していることから、電波を放射する際のビーム走査だけでなく、空間光無線通信（いわゆるＦＳＯ（Free Space Optics）通信）等において、光を放射する際のビーム走査を、機械駆動ではなく電子的に行う回路に、第１から第５の実施形態の送信指向性制御装置１～１ｃの仕組みを応用することができる。現状のＦＳＯ通信では、放射方向を機械駆動装置により調整しているため、装置の重量や量産性の課題が想定され、また、動作速度や耐久性の観点において、運用や保守の課題が想定される。このような課題を有するＦＳＯ通信に対して、第１から第５の実施形態の送信指向性制御装置１～１ｃの仕組みを応用することによって、光ビームの電子的な走査が可能になれば、これらの課題を解決することが可能になる。
（各実施形態における他の構成例）
　第１の実施形態において、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍに給電するＲＦ信号の位相傾斜誤差（以下、給電位相傾斜誤差という）に許容範囲があり、例えば、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子から最も光経路１００の経路長が最も近いアンテナ素子１８－１の給電位相傾斜誤差をθ°とする。この場合、経路差Ｄを、次式（２３）によって定める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　経路差Ｄが、式（２３）によって定められる場合、光電変換部１７－ｊが出力するＲＦ信号は、式（８）に替えて、次式（２４）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　式（２４）は、式（２５）に変形することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　光電変換部１７－ｊに隣接する光電変換部１７－（ｊ＋１）が出力するＲＦ信号は、式（２５）の「ｊ」に「ｊ＋１」を代入して得られるため、次式（２６）として示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　式（２６）の右辺と、式（２５）の右辺との位相差は、「－φｊ＋１＋φｊ＋２ａπ±θ°π／１８０」になる。「θ°π／１８０」は、「θ°」をラジアンで表した場合の値になる。「２ａπ」は、２πの「ａ」倍であり、「ａ」は自然数である。したがって、当該位相差が示す位相は、「－φｊ＋１＋φｊ±θ°π／１８０」に一致する。そのため、搬送波の光信号が光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路１００の経路差「ａλ」によって、光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に供給される搬送波の光信号に生じる位相差「２ａπ」を吸収しつつ、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍに対して、給電位相傾斜誤差θ°の範囲内でＲＦ信号を供給することが可能になる。
　給電位相傾斜誤差θ°を考慮して、経路差を定める手法は、第５の実施形態に対しても同様に適用することが可能である。また、当該手法は、アレーアンテナ１９が、２次元に配置されたアレーアンテナ１９ａを備える第２から第４の実施形態にも適用が可能であり、さらに、第２から第４の実施形態において、アンテナ素子１８－１－１～１８－３－３の数を増加させた構成に対しても適用が可能である。
　第１、第２、第３、及び第５の実施形態に示す送信光信号生成部１２を、図１１に示す送信光信号生成部１２ｂに置き換えてもよい。送信光信号生成部１２ｂは、ＳＳＢ(Single Side Band)光変調器２６と、分波器２２とを備える。ＳＳＢ光変調器２６は、光源１１が生成する波長λの光を、送信信号でＳＳＢ変調する。ここで、ＳＳＢ光変調器２６が行うＳＳＢ変調は、強度変調する際に、下側波帯を抑制して、強度変調を行う変調である。したがって、ＳＳＢ光変調器２６は、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを含む被変調光信号を生成する。分波器２２は、ＳＳＢ光変調器２６が生成して出力する被変調光信号を、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とに分波し、分波した搬送波の光信号を光経路１００に出力し、分波した上側帯波の光信号を光経路２００に出力する。
　第１、第２、第３、及び第５の実施形態に示す送信光信号生成部１２を、図１２に示す送信光信号生成部１２ｃに置き換えてもよい。送信光信号生成部１２ｃは、分配器２７と、ＳＳＢ光変調器２６ａとを備える。分配器２７は、光源１１が生成して出力する波長λの光を２つの光に分配し、分配した一方を、光経路１００に出力し、他方をＳＳＢ光変調器２６ａに出力する。すなわち、光源１１が生成した波長λの光が、そのまま搬送波の光信号として、光経路１００に出力される。ＳＳＢ光変調器２６ａは、分配器２７が出力する光を、送信信号でＳＳＢ変調する。ここで、ＳＳＢ光変調器２６ａが行うＳＳＢ変調とは、例えば、強度変調する際に、搬送波の周波数帯と、下側波帯とを抑制して、強度変調を行う変調である。したがって、ＳＳＢ光変調器２６ａは、上側帯波の光信号を、被変調光信号として生成し、生成した上側帯波の光信号を光経路２００に出力する。
　なお、図８に示す第４の実施形態の送信光信号生成部１２ａの光変調器２１－１～２１－９に替えて、図１１に示すＳＳＢ光変調器２６を適用してもよい。また、図８に示す第４の実施形態の送信光信号生成部１２ａから光コムフィルタ２４を取り除き、光変調器２１－１～２１－９に替えて、図１２に示す分配器２７と、ＳＳＢ光変調器２６ａとを、それぞれ９個、備えるようにして、９個の分配器２７が出力する搬送波の光信号となる光を合波する合波器と、９個のＳＳＢ光変調器２６ａが出力する上側帯波の光信号を合波する合波器とを備えるようにしてもよい。また、図８に示す送信光信号生成部１２ａとして、合波器２３の出力に２分配する分配器を備えて、分配器の２つの出力に１入力１出力の光コムフィルタをそれぞれ接続して、一方の光コムフィルタから搬送波の合波光信号を出力し、他方の光コムフィルタから上側帯波の合波光信号を出力するようにしてもよい。
　上記した各実施形態において、送信光信号生成部１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、強度変調して、周波数帯域の異なる搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを生成している。これに対して、送信光信号生成部１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを生成することに限られず、以下に示す例のような、異なる周波数帯域の２つの光信号である第１光信号と、第２光信号とを生成するようにしてもよい。例えば、送信光信号生成部１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを生成することに替えて、搬送波の光信号と、下側帯波の光信号とを生成するようにしてもよい。また、送信光信号生成部１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを生成することに替えて、上側帯波の光信号と、下側帯波の光信号とを生成するようにしてもよい。
　上記の各実施形態では、光経路１００によって、搬送波の光信号が伝送され、光経路２００によって、上側帯波の光信号が伝送されるようにしている。ここで、光経路１００によって伝送される光信号を第１光信号、光経路２００によって伝送される光信号を第２光信号とする。この場合、第１光信号と、第２光信号との組み合わせは、上記した搬送波の光信号と、上側帯波の光信号との組み合わせに限られず、逆の上側帯波の光信号と、搬送波の光信号との組み合わせであってもよく、また、上記した搬送波の光信号と、下側帯波の光信号の組み合わせ、及び、当該組み合わせの逆の組み合わせであってもよく、上記した上側帯波の光信号と、下側帯波の光信号との組み合わせ、及び、当該組み合わせの逆の組み合わせであってもよい。
　第１、及び第５の実施形態に示す光電変換部１７－１～１７－Ｍにおいて、合波器３２－１～３２－Ｍを、いわゆるハーフミラーに置き換えるようにしてもよい。具体的には、光電変換部１７－ｊを、図１３に示す光電変換部１７ａ－ｊに置き換える。光電変換部１７ａ－ｊは、合波器３２－ｊに替えて、いわゆるハーフミラーであるミラー３３－ｊを備える。ミラー３３－ｊは、分岐光経路１０２－ｊを介して供給される搬送波の光信号を反射して、ＰＤ３１－ｊの方向に進行させ、光経路２００－ｊを介してから供給される上側帯波の光信号を透過させて、ＰＤ３１－ｊの方向に進行させることにより、搬送波の光信号と、上側帯波の光信号とを合波する。逆に、上側帯波の光信号を反射し、搬送波の光信号を透過させる形態であってもよい。同様に、第２から第４の実施形態に示す光電変換部１７－１－１～１７－３－３が備える合波器３２－１－１～３２－３－３を、ハーフミラーに置き換えるようにしてもよい。
　第１の実施形態において示した第１接続条件を満たす光電変換部１７－１～１７－Ｍを等間隔に配置する構成や、第２の実施形態において示した第２接続条件を満たす光電変換部１７－１－１～１７－３－３において行方向の隣接間隔を同一とし、列方向の隣接間隔を同一とする構成は、上記したように一例である。第１接続条件を満たす限りにおいて、第１の実施形態において、光電変換部１７－１～１７－Ｍが等間隔で配置されていない構成であってもよい。第２接続条件を満たす限りにおいて、第２の実施形態において、光電変換部１７－１－１～１７－３－３において行方向の隣接間隔が同一になっていなくてもよく、列方向の隣接間隔が同一になっていなくてもよい。これは、第３及び第４の実施形態においても同様である。また、第５の実施形態では、分波器２２の光経路１００が接続する出力端子を起点とし、光電変換部１７－１～１７－Ｍにおいて隣接する２つの光電変換部１７－１～１７－Ｍの各々に到達するまでの光経路の経路差の各々が、一定にならないように、光電変換部１７－１～１７－Ｍが配置されていれば、どのように配置されていてもよく、光電変換部１７－１～１７－Ｍが等間隔に配置されていてもよい。これは、第５の実施形態の手法が適用される第２から第４の実施形態においても同様である。
　上記の各実施形態において、光電変換部１７－１～１７－Ｍ，１７－１－１～１７－３－３の各々と、各々に接続するアンテナ素子１８－１～１８－Ｍ，１８－１－１～１８－３－３との間の電気配線の配線長は、同一長であることが望ましいが、一般的な回路構成において割り当てられる程度の長さであればよく、厳密に同一の長さになっていなくてもよい。
　上記した第１の実施形態において、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍの配置の指標となる配置線に沿って光電変換部１７－１～１７－Ｍを一列に並べるという一例を示している。これに対して、第１、及び第５の実施形態において、光電変換部１７－１～１７－Ｍが並ぶ一列は、配置線に沿っていなくてもよい。上記した第２の実施形態において、光電変換部１７－１－１～１７－３－３における行方向が、第１配置線の方向に一致し、列方向が、第２配置線の方向に一致するという一例を示している。これに対して、第２から第４の実施形態において、行方向が、第１配置線に対応し、列方向が、第２配置線に対応するという対応関係になっていれば、現実の行方向に並べられる光電変換部１７－１－１～１７－３－３の向きが、第１配置線の方向に一致していなくてもよいし、現実の列方向に並べられる光電変換部１７－１－１～１７－３－３の向きが、第２配置線の方向に一致していなくてもよい。
　上記の各実施形態において、光源１１，１１－１～１１－９は、波長可変光源であり、波長指定部１０，１０－１～１０－９から受ける波長指定信号に含まれている波長の光を生成するとしている。これに対して、光源１１，１１－１～１１－９を、波長可変光源ではなく、単一の波長を生成して出力する光源とし、波長指定部１０，１０－１～１０－９を備えない構成としてもよい。この場合、光源１１として、ユーザが定める波長λを生成する光源を選択して用いることになり、光源１１－１～１１－９の各々として、各ユーザが定める波長λ１～λ９の各々を生成する光源を選択して用いることになる。
　上記の各実施形態において図面に示す分波器２２,４２－１～４２－３、及び合波器２３，３２－ｊ，４１－１～４１－３、並びに、本文において言及した分波器、及び合波器は、例えば、ＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating)であってもよいし、ＡＷＧ以外の光学素子によって構成されるものであってもよい。
　上記の各実施形態において示す光電変換部１７－１～１７－Ｍ，１７－１－１～１７－３－３，１７ａ－ｊは、ＲＦ信号を生成するとしているが、ＲＦ信号を含むより広い周波数帯域の電磁波の電気信号を生成し、アンテナ素子１８－１～１８－Ｍ，１８－１－１～１８－３－３から電波を含むより広い周　波数帯域の電磁波を放射するようにしてもよい。
　上記の各実施形態において、走査用行列回路１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、傾斜位相量を付与しない光信号を出力しないようにしてもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　ミリ波帯やテラヘルツ帯の高周波帯の電波を用いた無線伝送、イメージング、レーダ等において形成される高い指向性を有する電磁波の送信に適用することができる。
１…送信指向性制御装置、１０…波長指定部、１１…光源、１２…送信光信号生成部、１３…重み付け部、１４…走査用切替回路、１４－Ｓ…入力端子、１４－Ｅ－１～１４－Ｅ－Ｍ…出力端子、１５…走査用行列回路、１５－Ｓ－１～１５－Ｓ－Ｍ…入力端子、１５－Ｅ－１～１５－Ｅ－Ｍ…出力端子、１６…操作部、１７－１～１７－Ｍ…光電変換部、１８－１～１８－Ｍ…アンテナ素子、８０，８１，８２…方向、１００，２００…光経路、１０１－１～１０１－Ｍ…分岐点、１０２－１～１０２－Ｍ…分岐光経路

Claims (8)

  1. 　３次元空間において任意に定められる配置線に沿って配置される複数のアンテナ素子と、
    　光を送信信号で変調して、異なる周波数帯域の第１光信号と、第２光信号とを生成する送信光信号生成部と、
    　前記第２光信号に対して、前記配置線の方向と、所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、前記配置線に沿って配置される前記アンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号を生成する重み付け部と、
    　前記アンテナ素子の各々に対応して備えられ、一列に並べられる光電変換部の各々であって、各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号と、前記第１光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を、各々に対応する前記アンテナ素子に出力する光電変換部と、を備え、
    　前記光電変換部の各々が合成する２つの光信号の何れか一方の光信号に生じる位相差であって、当該一方の光信号が前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって生じる位相差が吸収されるように、前記一列において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、前記光の波長とを選択する、
    　送信指向性制御装置。
  2. 　前記配置線を第２配置線とし、前記第２配置線に交差する第１配置線に沿って、更に、複数の前記アンテナ素子が配置されてアレーアンテナが形成されており、
    　前記重み付け部は、
    　前記第１光信号に対して、前記第１配置線の方向と、前記所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、前記第１配置線に沿って配置される前記アンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第１光信号を生成し、
    　前記光電変換部は、
    　前記第１配置線の方向に対応する行方向と、前記第２配置線の方向に対応する列方向とに沿って、行列形状に配置されており、
    　前記光電変換部の各々は、
    　各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号と、前記第１光信号とを合成して電気信号に変換することに替えて、各々に対応する前記位相傾斜付きの第１光信号と、各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を、各々に対応する前記アンテナ素子に出力し、
    　前記位相傾斜付きの第１光信号が列方向の前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって前記位相傾斜付きの第１光信号に生じる位相差が吸収されるように、かつ、前記位相傾斜付きの第２光信号が行方向の前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって前記位相傾斜付きの第２光信号に生じる位相差が吸収されるように、列方向において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、行方向において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、前記光の波長とを選択する、
    　請求項１に記載の送信指向性制御装置。
  3. 　隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々が、前記光の波長に、所定値を乗算した乗算値の何れかの乗算値に一致するように、隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々を予め定めて前記光の波長を選択するか、または、前記光の波長を予め定めて隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々を定める、
    　請求項１または請求項２に記載の送信指向性制御装置。
  4. 　前記所定値は、任意の自然数である、
    　請求項３に記載の送信指向性制御装置。
  5. 　前記所定値は、前記到達するまでの光経路の経路長が最も短い前記光電変換部が出力する前記電気信号において許容される誤差をθ°とした場合、任意の自然数に対してθ°／３６０を加算、または、減算して得られる値である、
    　請求項３に記載の送信指向性制御装置。
  6. 　隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の全てが同一であるか、または、隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の全部、もしくは、一部が異なる、
    　請求項４に記載の送信指向性制御装置。
  7. 　隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の全てが同一であるか、または、隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の全部、もしくは、一部が異なる、
    　請求項５に記載の送信指向性制御装置。
  8. 　３次元空間において任意に定められる配置線に沿って配置される複数のアンテナ素子に対する送信指向性制御方法であって、
    　送信光信号生成部が、光を送信信号で変調して、異なる周波数帯域の第１光信号と、第２光信号とを生成するステップと、
    　重み付け部が、前記第２光信号に対して、前記配置線の方向と、所望する送信方向とに応じて予め定められる位相傾斜を付与して、前記配置線に沿って配置される前記アンテナ素子の各々に対応する位相傾斜付きの第２光信号を生成するステップと、
    　前記アンテナ素子の各々に対応して備えられ、一列に並べられる光電変換部の各々が、各々に対応する前記位相傾斜付きの第２光信号と、前記第１光信号とを合成して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を、各々に対応する前記アンテナ素子に出力するステップと、を含み、
    　前記光電変換部の各々が合成する２つの光信号の何れか一方の光信号に生じる位相差であって、当該一方の光信号が前記光電変換部の各々に到達するまでの光経路の経路差によって生じる位相差が吸収されるように、前記一列において隣接する前記光電変換部の間の光経路の経路差の各々と、前記光の波長とを選択する、
    　送信指向性制御方法。
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