光制御型フェーズドアレイアンテナ
アンテナ放射ビームの走査角の分解能が高く、かつ光学系が短い光制御型フェーズドアレイアンテナを得るもので、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光のビームを空間に出射し、空間光変調器で変調されフーリエ変換レンズを介した信号光ビームとローカル光ビームとを空間的に重ね合わせた合成ビーム光を空間的にサンプリングしヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記フーリエ変換レンズの焦点距離を短く制御すべく、合成ビーム光のビームを拡大するビーム拡大光学系を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は、アレイアンテナから放射するマイクロ波ビームを、光波により制御する光制御型フェーズドアレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
従来、この種の光制御型フェーズドアレイアンテナとして、マイクロ波信号の周波数だけ周波数が異なる第１と第２のビーム光を空間に放射し、第１のビーム光を、信号光として、空間光変調器によりアレイアンテナからの放射ビームのパターンに対応した分布の信号光ビームに変換し、フーリエ変換レンズにより空間的にフーリエ変換すると共に、第２のビーム光を、ローカル光ビームとし、前記の信号光ビームと空間的に重ね合わせ、重ね合わされた合成ビーム光を光ファイバアレイにより空間的にサンプリングし、そのサンプリング光を複数の光電変換器によるヘテロダイン検波により、複数のマイクロ波信号に変換した後、アレイアンテナを用いて空間に放射するものがある（例えば、特許文献１）。
また、前記空間光変調器の代わりに、複数の光ファイバを並べた光ファイバアレイ中、任意の一つ乃至は複数の光ファイバから信号光ビームを放射させるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０３−０４４２０２号公報（第１図参照）
【特許文献２】特開平０９−１３９６２０号公報（図１参照）
ここで、信号光ビームの分布と、アレイアンテナから空間に放射するマイクロ波の主ビーム方向との関係を１次元の場合で説明する。例えば、特許文献１では、信号光ビームの分布をイメージマスクにより形成している。イメージマスクとしてピンホール（微少な穴）を用いた場合、アレイアンテナから放射するマイクロ波ビームは細いビームとなる。この時、ピンホールの位置を光軸を基準にＸとおく。フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、光源の波長をλｏ、サンプリング用光ファイバアレイの隣接光ファイバ間隔をｄｏ、マイクロ波の波長をλｍ、アレイアンテナの素子間隔をｄｍとし、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を正面方向を基準にθｍとおくと、角度θｍは、式（１）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ （１）
式（１）のように、イメージマスクのピンホール位置Ｘを変えることにより、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍを変えることができる。例えば、ｄｏ＝１ｍｍ、λｏ＝１．３μｍ、ｄｍ＝５ｃｍ、λｍ＝１０ｃｍ、ｆ＝５００ｍｍで、Ｘ＝１００μｍとした場合、主ビーム方向θｍは、１８度となる。
（課題１）
イメージマスクとしては、マスクパターン生成の柔軟性から、特許文献１の実施例に記載されたように、液晶素子による空間光変調器や、特許文献２に記載のように、光ファイバアレイを代わりに用いても良い。
例えば、空間光変調器を用いた場合の主ビームの方向θｍについて計算例を示す。空間光変調器を構成する各素子のピッチが５０μｍの場合、イメージマスクのピンホール位置に相当するＸは、Ｘ＝０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、・・・、μｍの離散的な値をとる。この時、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、式（１）及び前記の条件から、θｍ＝０、８．８、１８、２８、３８、５０、６７度となる。
しかし、この構成では、これらの方向の間、例えば２３度方向には主ビームを向けることができないという欠点がある。
また、前記の波長の光源、マイクロ波、素子ピッチの空間光変調器、サンプリング光ファイバアレイ、アレイアンテナを用いて、アレイアンテナ放射ビームを、例えば正面付近で２度以下の間隔で走査するためには、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆは２．２ｍ以上が必要である。
このように、アンテナ放射ビームを細かい間隔で走査するには、光学系の焦点距離を長くする必要があるために装置が大きくなる。更に、光学系が長いために、空間光変調器から出力した信号光ビームの波面は、大気の擾乱や光学系の振動による劣化の影響を受けやすくなるなどの課題がある。
（課題２）
更に、アレイアンテナ放射ビームの方向は、式（１）のように、イメージマスクのパターンの位置Ｘ、フーリエ変換レンズ、光ファイバアレイ、アレーアンテナなどの装置が同一でも、マイクロ波の周波数（波長）が異なると、アレイアンテナから放射するビームの方向θｍが変わるという欠点もある。
例えば、ｄｏ＝１ｍｍ、λｏ＝１．３μｍ、ｄｍ＝１０ｃｍ、ｆ＝５００ｍｍ、Ｘ＝１００μｍとした場合、マイクロ波の周波数が１．５ＧＨｚ（波長λｍ＝２０ｃｍ）では、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは１８度であるが、マイクロ波の周波数が２．０ＧＨｚ（波長λｍ＝１５ｃｍ）になると、主ビーム方向θｍは１３．３度方向となり、マイクロ波周波数によりアンテナ放射ビームが異なる方向を向いてしまうという課題がある。
（発明の目的）
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、アンテナ放射ビームの走査角の分解能が高く、かつ光学系が短い光制御型フェーズドアレイアンテナを得るものである。
また、第２の目的は、アレイアンテナから放射する主ビームの方向が、マイクロ波周波数に依存しない、光制御型フェーズドアレイアンテナを得るものである。
【発明の開示】
この発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記フーリエ変換レンズの焦点距離を短く制御する光学系を備えたことを特徴とする。
また、他の発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記アレイアンテナから放射する主ビームの方向を前記マイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系を備えたことを特徴とする。
さらに、他の発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記光出力装置として、信号光とローカル光の波長を、前記マイクロ波周波数に比例した波長に制御する波長可変型光出力装置を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の実施の形態１による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図２は、信号光ビームの波面を簡易的に示す図、
図３は、この発明の実施の形態２による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図４は、この発明に実施の形態３による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図５は、この発明に実施の形態４による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図６は、この発明の実施の形態５による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。図１において、光出力装置１は、マイクロ波信号源２から入力されるマイクロ波信号周波数により、所望のマイクロ波周波数で離調した信号光３とローカル光４の二つのレーザ光を出力する。このような光出力装置１を実現する手段としては、例えば、音響光学効果を用いた光周波数シフタなどの適用がある。
信号光３は、必要に応じて光ファイバで伝送した後、レンズ５により所定のビーム幅に変換し、信号光ビーム６として空間に出射する。空間に出射した信号光ビーム６は、空間光変調器７に入射する。空間光変調器７は、入射した信号光ビーム６を、空間光変調器制御端子８から入力した制御信号により、アレイアンテナから放射させるビームのパターンに対応した、所望の強度分布の信号光ビーム９に変換し、再び空間に出射する。空間光変調器７としては、例えば液晶を用いたものが既に商品化されている。
フーリエ変換レンズ１０は、空間光変調器７のビーム出射面がレンズ１０の前側焦点面となる位置に設置される。フーリエ変換レンズ１０にて回折した信号光ビーム１１は、ビーム合成器１２に入射する。
一方、光出力装置１から出射したローカル光４は、必要に応じて光ファイバで伝送した後、レンズ１３により所定のビーム幅に変換され、ローカル光ビーム１４として空間に出射し、ビーム合成器１２に入射する。
ビーム合成器１２は、入射した信号光ビーム１１とローカル光ビーム１４とを空間的に重ね合わせ、合成ビーム光とする。合成光ビームは、前記フーリエ変換レンズ１０の後側焦点面を入射面とする位置に設置したビーム拡大光学系２０に入射し、合成ビーム光のビーム径が拡大され、かつビームの波面傾き角が小さくされ、ビーム拡大光学系２０から出射される。
ビーム拡大光学系２０から出射したビーム光は、ビーム拡大光学系２０の出射面、もしくはその近傍を入射端とする光ファイバアレイ１５の各光ファイバに入力し、空間的にサンプリングされる。
光ファイバアレイ１５は、所定の間隔をおいて、光ファイバの長手方向が平行になるように、並置された複数本の光ファイバから構成される。光ファイバアレイ１５の入射端には、光ファイバアレイ１５を構成する各光ファイバへの入射光ビームとの結合効率を高める為に、レンズアレイを備えても良い。
各光ファイバに入射した光は、光ファイバ中を伝搬し、各光ファイバの出射端側に接続した各光電変換器１６に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、それぞれマイクロ波信号出力端１７より出力される。
本装置をアレイアンテナへ適用する場合、マイクロ波信号出力端子１７からの各出力信号を、必要に応じてマイクロ波増幅器などを介して、アレイアンテナの各アンテナ素子に給電し、空間に放射させる。
以上の構成において、マイクロ波信号出力端子１７から出力されるマイクロ波信号の位相分布について１次元の場合で説明する。図２は、信号光ビームの波面を簡易的に示す図である。空間光変調器７の出力をフーリエ変換レンズ１０の光軸から距離Ｘの点光源とすると、焦点距離ｆのフーリエ変換レンズ１０の透過後、ビーム拡大光学系２０へ入射する信号光ビーム１１の波面の傾き角θ１は、距離Ｘが焦点距離ｆに対して十分に小さいとき、ｓｉｎθ１＝Ｘ／ｆとおける。ビーム拡大光学系２０の倍率をＭとおくと、ビーム拡大光学系２０からの出力光ビームの波面の傾き角θ２は、式（２）となる。
ｓｉｎθ２＝Ｘ／（Ｍ×ｆ）＝ｓｉｎθ１／Ｍ （２）
従って、光ファイバアレイ１５を構成する各光ファイバの隣接ファイバの間隔をｄｏとおくと、任意の隣接する光ファイバに入射するビーム光間の位相差Δφｏは、式（３）とおける。但し、λｏは光源の波長とする。
Δφｏ＝２π／λｏ ｄｏ ｓｉｎθ２
＝２π／λｏ ｄｏ ｓｉｎθ１（１／Ｍ） （３）
Ｍ＝１の場合が、ビーム拡大光学系２０を使用しない場合の隣接光ファイバ間の位相差Δφｏである。ビーム拡大光学系２０を適用することにより、隣接ファイバ間の位相差を１／Ｍにすることが可能になる。前記位相差Δφｏの関係を維持したまま光ファイバに入射した光は、各光電変換素子１６で光電変換され、各々同一の位相差Δφｏをもつマイクロ波信号に変換される。
このマイクロ波信号を、素子間隔ｄｍのアレイアンテナに給電し、空間から放射させた時のアンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは、式（４）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）×（Ｘ／ｆ）×（１／Ｍ）
＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）×Ｘ／（ｆ×Ｍ） （４）
このように、ビーム拡大率Ｍのビーム拡大光学系２０を適用することにより、ビーム走査角θｍの分解能を１／Ｍにすることが可能となる。あるいは、ビーム走査角の分解能を変えずに、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離を１／Ｍにすることが可能であり、装置の小型化を実現することが可能である。
ビーム拡大光学系２０を適用したときのアレイアンテナから放射する主ビームの方向の計算例を１次元の場合で示す。例えば、光ファイバアレイ１５の隣接ファイバの間隔をｄｏ＝１ｍｍ、光の波長をλｏ＝１．３μｍ、アレイアンテナの素子間隔をｄｍ＝５ｃｍ、マイクロ波の波長をλｍ＝１０ｃｍ、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離をｆ＝５００ｍｍとする。
空間光変調器７を構成する各変調素子のピッチが５０μｍの場合、Ｘは、Ｘ＝０，５０，１００，１５０，２００，２５０，３００，・・・μｍの離散的な値をとる。この時、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、式（１）及び前記の条件からθｍ＝０，８．８，１８，２８，３８，５０，６７，・・・度となる。光ファイバアレイ１５の前面にビームの倍率Ｍ＝５のビーム拡大光学系２０を挿入した場合、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、θ＝０，１．８，３．５，５．３，７．１，８．８，１０，・・・度となり、同一の装置を用いてもアンテナ放射ビームの走査角の分解能を細かくすることが可能となる。
また、ビーム拡大光学系２０を用いずに同様の走査角分解能を得るには、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆは２．５ｍと、約５倍の長さが必要であることから、ビーム拡大光学系２０を適用することにより、光学系の全長を短くすることが可能となり、大気の擾乱や光学系の振動による劣化への要求を緩和することができる。
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図３において、図１に示す実施の形態１と同一の構成部品に関しては説明を省略する。空間光変調器７から出力した信号光ビームはビーム縮小光学系２１にてビームサイズが縮小されて、ビーム縮小光学系２１から出射する。例えば、ビーム縮小光学系２１の倍率をｍ（ｍ＜１）とすると、空間光変調器７から出射しビーム縮小光学系２１に入射した、光軸を中心に半径Ｒのビーム光は、半径ｍＲのビームに変換される。また、ビーム縮小光学系２１に入射した、光軸からＸの位置の点光源は、光軸からｍＸの位置に変換される。
ビーム縮小光学系２１から出射した信号光ビーム９は、実施の形態１と同様に、ビーム縮小光学系の出力端２１を前側焦点面にしたフーリエ変換レンズ１０で回折した後、ビーム合成器１２にてローカル光ビーム１４と重ね合わせ、合成ビーム光として、フーリエ変換レンズ１０の後側焦点面を入射面とした光ファイバアレイ１５に入射する。
光ファイバアレイ１５の各光ファイバに入射した合成光は、各光ファイバの出射端に接続した各光電変換に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、それぞれ、マイクロ波信号出力端より出射する。
以上で構成した光制御型フェーズドアレイアンテナを用いてアレイアンテナからマイクロ波を放射させた場合の主ビームの方向θｍは、前記の実施の形態１と同様の変数を用いて式（５）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄａ／λｍ）ｍＸ／ｆ （５）
式（５）のように、ビーム縮小率ｍのビーム縮小光学系２１を空間光変調器７とフーリエ変換レンズ１０の間に備えることにより、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離ｆ、空間光変調器７の空間分解能を変えずに、アレイアンテナからの放射ビームの走査角の分解能を概ねｍ倍に向上することが可能となる。あるいは、ビーム走査角の分解能を劣化させることなく、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離をｍ倍に短くすることが可能であり、装置の小型化が可能となる。
実施の形態３．
図４は、この発明に実施の形態３による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図４において、図１に示す実施の形態１と同一の構成部品に関しては説明を省略する。この実施の形態３においては、光ビーム合成器１２と光ファイバアレイ１５との間に、アレイアンテナから放射する主ビームの方向をマイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系として、マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系２２を備えている。
空間光変調器７から出射した信号光ビーム９は、フーリエ変換レンズ１０にて回折し、ビーム合成器１２によりローカル光ビーム１４と重ね合わされ、合成ビーム光となり、ズーム光学系２２に入射する。マイクロ波周波数設定装置２３にて設定したマイクロ波周波を元にズーム倍率制御装置２４によりズーム光学系２２の倍率をマイクロ波周波数に比例させる。
ズーム光学系２２の倍率を変化させたときに光学系の出射端が移動する場合は、光ファイバアレイ１５の入射端もあわせて移動させる。
ズーム光学系から出力したビーム光は、光ファイバアレイ１５にてサンプリングし、光電変換器１６にてヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、マイクロ波信号出力端子１７から出力する。出力信号はアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する。
本実施の形態３におけるアレイアンテナからの放射ビームの主ビームの方向θｍは、ズーム光学系の倍率をＺ＝ｚ０・λｍとおくと、式（６）とおける。但し、ｚ０は定数である。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ・１／Ｚ
＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ・１／（ｚ０ λｍ）
＝（ｄｏ／λｏ）／ｄｍ・Ｘ／ｆ・１／ｚ０ （６）
式（６）に示したように、ビームの方向θｍはマイクロ波の波長λｍに依存しないので、マイクロ波の周波数（波長）を変化させても、アレイアンテナから放射するビームの主ビームの方向を一定とすることが可能となる。
実施の形態４．
図５は、この発明に実施の形態４による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。この実施の形態４においては、図１に示すフーリエ変換レンズ１０の代わりに、アレイアンテナから放射する主ビームの方向をマイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系として、マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系２２を備えている。
すなわち、空間光変調器７からの信号光ビーム９をズーム光学系２２に入力している。この時、ズーム光学系２２の倍率つまり焦点距離をズーム倍率制御装置２４の信号に従い、マイクロ波周波数に比例させることにより、アレイアンテナからの放射ビームの主ビーム方向はマイクロ波周波数によらず一定とすることが可能となる。
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図６において、既に述べた構成部品に関しては説明を省略する。マイクロ波周波数設定装置２３にて設定したマイクロ波の周波数（波長）情報を光波長設定装置２５に入力する。光波長設定装置２５は、入力マイクロ波波長情報に従い、波長可変型光出力装置２６の波長を制御し、マイクロ波の波長に比例させて変化させる。
この波長可変型光出力装置２６では、波長が変化すると同時に、実施の形態１の光出力装置１と同様に、マイクロ波周波数で離調した信号光３とローカル光４を出力する。
波長可変型光出力装置２６を適用した場合の、アレイアンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍについて説明する。波長可変型光出力装置２６から出力する光の波長λｏはマイクロ波信号の波長λｍに比例させるので、λｏ＝ａ・λｍとおける。ａは所定の定数である。この時、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは、式（１）より式（７）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ
＝（ｄｏ／（ａ λｍ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ
＝（ｄｏ／ａ）／ｄｍ・Ｘ／ｆ （７）
θｍは、マイクロ波周波数λｍに依存しなくなる。例えば、マイクロ波の周波数を１０．０ＧＨｚから１０．５ＧＨｚに変化させたときに、波長可変型光出力装置２６の出力光の周波数（波長）を１５１５ｎｍから１５９０ｎｍまで変化させることにより、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を一定に保つことが可能である。また、同一の波長可変量によりマイクロ波周波数が３０ＧＨｚから３１．５ＧＨｚまで対応することも可能である。
このように、波長可変型光出力装置２６の波長をマイクロ波の周波数に応じて変化させることにより、マイクロ波周波数が変化しても、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を一定にすることが可能となる。
【産業上の利用の可能性】
以上のように、この発明によれば、アンテナ放射ビームの走査角の分解能が高く、かつ光学系が短い光制御型フェーズドアレイアンテナを得ることができる。また、アレイアンテナから放射する主ビームの方向が、マイクロ波周波数に依存しない、光制御型フェーズドアレイアンテナを得ることができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【技術分野】
この発明は、アレイアンテナから放射するマイクロ波ビームを、光波により制御する光制御型フェーズドアレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
従来、この種の光制御型フェーズドアレイアンテナとして、マイクロ波信号の周波数だけ周波数が異なる第１と第２のビーム光を空間に放射し、第１のビーム光を、信号光として、空間光変調器によりアレイアンテナからの放射ビームのパターンに対応した分布の信号光ビームに変換し、フーリエ変換レンズにより空間的にフーリエ変換すると共に、第２のビーム光を、ローカル光ビームとし、前記の信号光ビームと空間的に重ね合わせ、重ね合わされた合成ビーム光を光ファイバアレイにより空間的にサンプリングし、そのサンプリング光を複数の光電変換器によるヘテロダイン検波により、複数のマイクロ波信号に変換した後、アレイアンテナを用いて空間に放射するものがある（例えば、特許文献１）。
また、前記空間光変調器の代わりに、複数の光ファイバを並べた光ファイバアレイ中、任意の一つ乃至は複数の光ファイバから信号光ビームを放射させるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０３−０４４２０２号公報（第１図参照）
【特許文献２】特開平０９−１３９６２０号公報（図１参照）
ここで、信号光ビームの分布と、アレイアンテナから空間に放射するマイクロ波の主ビーム方向との関係を１次元の場合で説明する。例えば、特許文献１では、信号光ビームの分布をイメージマスクにより形成している。イメージマスクとしてピンホール（微少な穴）を用いた場合、アレイアンテナから放射するマイクロ波ビームは細いビームとなる。この時、ピンホールの位置を光軸を基準にＸとおく。フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、光源の波長をλｏ、サンプリング用光ファイバアレイの隣接光ファイバ間隔をｄｏ、マイクロ波の波長をλｍ、アレイアンテナの素子間隔をｄｍとし、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を正面方向を基準にθｍとおくと、角度θｍは、式（１）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ （１）
式（１）のように、イメージマスクのピンホール位置Ｘを変えることにより、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍを変えることができる。例えば、ｄｏ＝１ｍｍ、λｏ＝１．３μｍ、ｄｍ＝５ｃｍ、λｍ＝１０ｃｍ、ｆ＝５００ｍｍで、Ｘ＝１００μｍとした場合、主ビーム方向θｍは、１８度となる。
（課題１）
イメージマスクとしては、マスクパターン生成の柔軟性から、特許文献１の実施例に記載されたように、液晶素子による空間光変調器や、特許文献２に記載のように、光ファイバアレイを代わりに用いても良い。
例えば、空間光変調器を用いた場合の主ビームの方向θｍについて計算例を示す。空間光変調器を構成する各素子のピッチが５０μｍの場合、イメージマスクのピンホール位置に相当するＸは、Ｘ＝０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、・・・、μｍの離散的な値をとる。この時、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、式（１）及び前記の条件から、θｍ＝０、８．８、１８、２８、３８、５０、６７度となる。
しかし、この構成では、これらの方向の間、例えば２３度方向には主ビームを向けることができないという欠点がある。
また、前記の波長の光源、マイクロ波、素子ピッチの空間光変調器、サンプリング光ファイバアレイ、アレイアンテナを用いて、アレイアンテナ放射ビームを、例えば正面付近で２度以下の間隔で走査するためには、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆは２．２ｍ以上が必要である。
このように、アンテナ放射ビームを細かい間隔で走査するには、光学系の焦点距離を長くする必要があるために装置が大きくなる。更に、光学系が長いために、空間光変調器から出力した信号光ビームの波面は、大気の擾乱や光学系の振動による劣化の影響を受けやすくなるなどの課題がある。
（課題２）
更に、アレイアンテナ放射ビームの方向は、式（１）のように、イメージマスクのパターンの位置Ｘ、フーリエ変換レンズ、光ファイバアレイ、アレーアンテナなどの装置が同一でも、マイクロ波の周波数（波長）が異なると、アレイアンテナから放射するビームの方向θｍが変わるという欠点もある。
例えば、ｄｏ＝１ｍｍ、λｏ＝１．３μｍ、ｄｍ＝１０ｃｍ、ｆ＝５００ｍｍ、Ｘ＝１００μｍとした場合、マイクロ波の周波数が１．５ＧＨｚ（波長λｍ＝２０ｃｍ）では、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは１８度であるが、マイクロ波の周波数が２．０ＧＨｚ（波長λｍ＝１５ｃｍ）になると、主ビーム方向θｍは１３．３度方向となり、マイクロ波周波数によりアンテナ放射ビームが異なる方向を向いてしまうという課題がある。
（発明の目的）
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、アンテナ放射ビームの走査角の分解能が高く、かつ光学系が短い光制御型フェーズドアレイアンテナを得るものである。
また、第２の目的は、アレイアンテナから放射する主ビームの方向が、マイクロ波周波数に依存しない、光制御型フェーズドアレイアンテナを得るものである。
【発明の開示】
この発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記フーリエ変換レンズの焦点距離を短く制御する光学系を備えたことを特徴とする。
また、他の発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記アレイアンテナから放射する主ビームの方向を前記マイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系を備えたことを特徴とする。
さらに、他の発明に係る光制御型フェーズドアレイアンテナは、マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器とを備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、前記光出力装置として、信号光とローカル光の波長を、前記マイクロ波周波数に比例した波長に制御する波長可変型光出力装置を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の実施の形態１による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図２は、信号光ビームの波面を簡易的に示す図、
図３は、この発明の実施の形態２による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図４は、この発明に実施の形態３による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図５は、この発明に実施の形態４による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図、
図６は、この発明の実施の形態５による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。図１において、光出力装置１は、マイクロ波信号源２から入力されるマイクロ波信号周波数により、所望のマイクロ波周波数で離調した信号光３とローカル光４の二つのレーザ光を出力する。このような光出力装置１を実現する手段としては、例えば、音響光学効果を用いた光周波数シフタなどの適用がある。
信号光３は、必要に応じて光ファイバで伝送した後、レンズ５により所定のビーム幅に変換し、信号光ビーム６として空間に出射する。空間に出射した信号光ビーム６は、空間光変調器７に入射する。空間光変調器７は、入射した信号光ビーム６を、空間光変調器制御端子８から入力した制御信号により、アレイアンテナから放射させるビームのパターンに対応した、所望の強度分布の信号光ビーム９に変換し、再び空間に出射する。空間光変調器７としては、例えば液晶を用いたものが既に商品化されている。
フーリエ変換レンズ１０は、空間光変調器７のビーム出射面がレンズ１０の前側焦点面となる位置に設置される。フーリエ変換レンズ１０にて回折した信号光ビーム１１は、ビーム合成器１２に入射する。
一方、光出力装置１から出射したローカル光４は、必要に応じて光ファイバで伝送した後、レンズ１３により所定のビーム幅に変換され、ローカル光ビーム１４として空間に出射し、ビーム合成器１２に入射する。
ビーム合成器１２は、入射した信号光ビーム１１とローカル光ビーム１４とを空間的に重ね合わせ、合成ビーム光とする。合成光ビームは、前記フーリエ変換レンズ１０の後側焦点面を入射面とする位置に設置したビーム拡大光学系２０に入射し、合成ビーム光のビーム径が拡大され、かつビームの波面傾き角が小さくされ、ビーム拡大光学系２０から出射される。
ビーム拡大光学系２０から出射したビーム光は、ビーム拡大光学系２０の出射面、もしくはその近傍を入射端とする光ファイバアレイ１５の各光ファイバに入力し、空間的にサンプリングされる。
光ファイバアレイ１５は、所定の間隔をおいて、光ファイバの長手方向が平行になるように、並置された複数本の光ファイバから構成される。光ファイバアレイ１５の入射端には、光ファイバアレイ１５を構成する各光ファイバへの入射光ビームとの結合効率を高める為に、レンズアレイを備えても良い。
各光ファイバに入射した光は、光ファイバ中を伝搬し、各光ファイバの出射端側に接続した各光電変換器１６に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、それぞれマイクロ波信号出力端１７より出力される。
本装置をアレイアンテナへ適用する場合、マイクロ波信号出力端子１７からの各出力信号を、必要に応じてマイクロ波増幅器などを介して、アレイアンテナの各アンテナ素子に給電し、空間に放射させる。
以上の構成において、マイクロ波信号出力端子１７から出力されるマイクロ波信号の位相分布について１次元の場合で説明する。図２は、信号光ビームの波面を簡易的に示す図である。空間光変調器７の出力をフーリエ変換レンズ１０の光軸から距離Ｘの点光源とすると、焦点距離ｆのフーリエ変換レンズ１０の透過後、ビーム拡大光学系２０へ入射する信号光ビーム１１の波面の傾き角θ１は、距離Ｘが焦点距離ｆに対して十分に小さいとき、ｓｉｎθ１＝Ｘ／ｆとおける。ビーム拡大光学系２０の倍率をＭとおくと、ビーム拡大光学系２０からの出力光ビームの波面の傾き角θ２は、式（２）となる。
ｓｉｎθ２＝Ｘ／（Ｍ×ｆ）＝ｓｉｎθ１／Ｍ （２）
従って、光ファイバアレイ１５を構成する各光ファイバの隣接ファイバの間隔をｄｏとおくと、任意の隣接する光ファイバに入射するビーム光間の位相差Δφｏは、式（３）とおける。但し、λｏは光源の波長とする。
Δφｏ＝２π／λｏ ｄｏ ｓｉｎθ２
＝２π／λｏ ｄｏ ｓｉｎθ１（１／Ｍ） （３）
Ｍ＝１の場合が、ビーム拡大光学系２０を使用しない場合の隣接光ファイバ間の位相差Δφｏである。ビーム拡大光学系２０を適用することにより、隣接ファイバ間の位相差を１／Ｍにすることが可能になる。前記位相差Δφｏの関係を維持したまま光ファイバに入射した光は、各光電変換素子１６で光電変換され、各々同一の位相差Δφｏをもつマイクロ波信号に変換される。
このマイクロ波信号を、素子間隔ｄｍのアレイアンテナに給電し、空間から放射させた時のアンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは、式（４）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）×（Ｘ／ｆ）×（１／Ｍ）
＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）×Ｘ／（ｆ×Ｍ） （４）
このように、ビーム拡大率Ｍのビーム拡大光学系２０を適用することにより、ビーム走査角θｍの分解能を１／Ｍにすることが可能となる。あるいは、ビーム走査角の分解能を変えずに、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離を１／Ｍにすることが可能であり、装置の小型化を実現することが可能である。
ビーム拡大光学系２０を適用したときのアレイアンテナから放射する主ビームの方向の計算例を１次元の場合で示す。例えば、光ファイバアレイ１５の隣接ファイバの間隔をｄｏ＝１ｍｍ、光の波長をλｏ＝１．３μｍ、アレイアンテナの素子間隔をｄｍ＝５ｃｍ、マイクロ波の波長をλｍ＝１０ｃｍ、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離をｆ＝５００ｍｍとする。
空間光変調器７を構成する各変調素子のピッチが５０μｍの場合、Ｘは、Ｘ＝０，５０，１００，１５０，２００，２５０，３００，・・・μｍの離散的な値をとる。この時、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、式（１）及び前記の条件からθｍ＝０，８．８，１８，２８，３８，５０，６７，・・・度となる。光ファイバアレイ１５の前面にビームの倍率Ｍ＝５のビーム拡大光学系２０を挿入した場合、アンテナ放射ビームの主ビームの方向θｍは、θ＝０，１．８，３．５，５．３，７．１，８．８，１０，・・・度となり、同一の装置を用いてもアンテナ放射ビームの走査角の分解能を細かくすることが可能となる。
また、ビーム拡大光学系２０を用いずに同様の走査角分解能を得るには、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆは２．５ｍと、約５倍の長さが必要であることから、ビーム拡大光学系２０を適用することにより、光学系の全長を短くすることが可能となり、大気の擾乱や光学系の振動による劣化への要求を緩和することができる。
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図３において、図１に示す実施の形態１と同一の構成部品に関しては説明を省略する。空間光変調器７から出力した信号光ビームはビーム縮小光学系２１にてビームサイズが縮小されて、ビーム縮小光学系２１から出射する。例えば、ビーム縮小光学系２１の倍率をｍ（ｍ＜１）とすると、空間光変調器７から出射しビーム縮小光学系２１に入射した、光軸を中心に半径Ｒのビーム光は、半径ｍＲのビームに変換される。また、ビーム縮小光学系２１に入射した、光軸からＸの位置の点光源は、光軸からｍＸの位置に変換される。
ビーム縮小光学系２１から出射した信号光ビーム９は、実施の形態１と同様に、ビーム縮小光学系の出力端２１を前側焦点面にしたフーリエ変換レンズ１０で回折した後、ビーム合成器１２にてローカル光ビーム１４と重ね合わせ、合成ビーム光として、フーリエ変換レンズ１０の後側焦点面を入射面とした光ファイバアレイ１５に入射する。
光ファイバアレイ１５の各光ファイバに入射した合成光は、各光ファイバの出射端に接続した各光電変換に入力され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、それぞれ、マイクロ波信号出力端より出射する。
以上で構成した光制御型フェーズドアレイアンテナを用いてアレイアンテナからマイクロ波を放射させた場合の主ビームの方向θｍは、前記の実施の形態１と同様の変数を用いて式（５）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄａ／λｍ）ｍＸ／ｆ （５）
式（５）のように、ビーム縮小率ｍのビーム縮小光学系２１を空間光変調器７とフーリエ変換レンズ１０の間に備えることにより、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離ｆ、空間光変調器７の空間分解能を変えずに、アレイアンテナからの放射ビームの走査角の分解能を概ねｍ倍に向上することが可能となる。あるいは、ビーム走査角の分解能を劣化させることなく、フーリエ変換レンズ１０の焦点距離をｍ倍に短くすることが可能であり、装置の小型化が可能となる。
実施の形態３．
図４は、この発明に実施の形態３による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図４において、図１に示す実施の形態１と同一の構成部品に関しては説明を省略する。この実施の形態３においては、光ビーム合成器１２と光ファイバアレイ１５との間に、アレイアンテナから放射する主ビームの方向をマイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系として、マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系２２を備えている。
空間光変調器７から出射した信号光ビーム９は、フーリエ変換レンズ１０にて回折し、ビーム合成器１２によりローカル光ビーム１４と重ね合わされ、合成ビーム光となり、ズーム光学系２２に入射する。マイクロ波周波数設定装置２３にて設定したマイクロ波周波を元にズーム倍率制御装置２４によりズーム光学系２２の倍率をマイクロ波周波数に比例させる。
ズーム光学系２２の倍率を変化させたときに光学系の出射端が移動する場合は、光ファイバアレイ１５の入射端もあわせて移動させる。
ズーム光学系から出力したビーム光は、光ファイバアレイ１５にてサンプリングし、光電変換器１６にてヘテロダイン検波によりマイクロ波信号に変換され、マイクロ波信号出力端子１７から出力する。出力信号はアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する。
本実施の形態３におけるアレイアンテナからの放射ビームの主ビームの方向θｍは、ズーム光学系の倍率をＺ＝ｚ０・λｍとおくと、式（６）とおける。但し、ｚ０は定数である。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ・１／Ｚ
＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ・１／（ｚ０ λｍ）
＝（ｄｏ／λｏ）／ｄｍ・Ｘ／ｆ・１／ｚ０ （６）
式（６）に示したように、ビームの方向θｍはマイクロ波の波長λｍに依存しないので、マイクロ波の周波数（波長）を変化させても、アレイアンテナから放射するビームの主ビームの方向を一定とすることが可能となる。
実施の形態４．
図５は、この発明に実施の形態４による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。この実施の形態４においては、図１に示すフーリエ変換レンズ１０の代わりに、アレイアンテナから放射する主ビームの方向をマイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系として、マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系２２を備えている。
すなわち、空間光変調器７からの信号光ビーム９をズーム光学系２２に入力している。この時、ズーム光学系２２の倍率つまり焦点距離をズーム倍率制御装置２４の信号に従い、マイクロ波周波数に比例させることにより、アレイアンテナからの放射ビームの主ビーム方向はマイクロ波周波数によらず一定とすることが可能となる。
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による光制御型フェーズドアレイアンテナの構成図である。図６において、既に述べた構成部品に関しては説明を省略する。マイクロ波周波数設定装置２３にて設定したマイクロ波の周波数（波長）情報を光波長設定装置２５に入力する。光波長設定装置２５は、入力マイクロ波波長情報に従い、波長可変型光出力装置２６の波長を制御し、マイクロ波の波長に比例させて変化させる。
この波長可変型光出力装置２６では、波長が変化すると同時に、実施の形態１の光出力装置１と同様に、マイクロ波周波数で離調した信号光３とローカル光４を出力する。
波長可変型光出力装置２６を適用した場合の、アレイアンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍについて説明する。波長可変型光出力装置２６から出力する光の波長λｏはマイクロ波信号の波長λｍに比例させるので、λｏ＝ａ・λｍとおける。ａは所定の定数である。この時、アンテナ放射ビームの主ビーム方向θｍは、式（１）より式（７）とおける。
ｓｉｎθｍ＝（ｄｏ／λｏ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ
＝（ｄｏ／（ａ λｍ）／（ｄｍ／λｍ）・Ｘ／ｆ
＝（ｄｏ／ａ）／ｄｍ・Ｘ／ｆ （７）
θｍは、マイクロ波周波数λｍに依存しなくなる。例えば、マイクロ波の周波数を１０．０ＧＨｚから１０．５ＧＨｚに変化させたときに、波長可変型光出力装置２６の出力光の周波数（波長）を１５１５ｎｍから１５９０ｎｍまで変化させることにより、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を一定に保つことが可能である。また、同一の波長可変量によりマイクロ波周波数が３０ＧＨｚから３１．５ＧＨｚまで対応することも可能である。
このように、波長可変型光出力装置２６の波長をマイクロ波の周波数に応じて変化させることにより、マイクロ波周波数が変化しても、アンテナ放射ビームの主ビーム方向を一定にすることが可能となる。
【産業上の利用の可能性】
以上のように、この発明によれば、アンテナ放射ビームの走査角の分解能が高く、かつ光学系が短い光制御型フェーズドアレイアンテナを得ることができる。また、アレイアンテナから放射する主ビームの方向が、マイクロ波周波数に依存しない、光制御型フェーズドアレイアンテナを得ることができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記フーリエ変換レンズの焦点距離を短く制御する光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記光ビーム合成器と前記光ファイバアレイとの間に、前記合成ビーム光のビームを拡大するビーム拡大光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記空間光変調器と前記フーリエ変換レンズとの間に、前記空間光変調器で変調された信号光ビームのビームを縮小するビーム縮小光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記アレイアンテナから放射する主ビームの方向を前記マイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記光ビーム合成器と前記光ファイバアレイとの間に、前記マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項４に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記フーリエ変換レンズの代わりに、前記マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系を備え、
前記光ビーム合成器は、前記ズーム光学系を介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光出力装置として、信号光とローカル光の波長を、前記マイクロ波周波数に比例した波長に制御する波長可変型光出力装置を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記フーリエ変換レンズの焦点距離を短く制御する光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記光ビーム合成器と前記光ファイバアレイとの間に、前記合成ビーム光のビームを拡大するビーム拡大光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記空間光変調器と前記フーリエ変換レンズとの間に、前記空間光変調器で変調された信号光ビームのビームを縮小するビーム縮小光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記アレイアンテナから放射する主ビームの方向を前記マイクロ波周波数によらず一定に制御する光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記光ビーム合成器と前記光ファイバアレイとの間に、前記マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
請求項４に記載の光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光学系として、前記フーリエ変換レンズの代わりに、前記マイクロ波周波数に比例してズーム倍率が制御されるズーム光学系を備え、
前記光ビーム合成器は、前記ズーム光学系を介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の二つのレーザ光を出力する光出力装置と、
前記光出力装置から出力された信号光を信号光ビームとして空間に出射する信号光出射装置と、
前記光出力装置から出力されたローカル光をローカル光ビームとして空間に出射するローカル光出射装置と、
前記信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光変調器と、
前記空間光変調器で変調された信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
前記フーリエ変換レンズを介した信号光ビームと前記ローカル光ビームとを空間的に重ね合わせて合成ビーム光を得る光ビーム合成器と、
前記合成ビーム光を空間的にサンプリングする光ファイバアレイと、
前記光ファイバアレイから出射された光をヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換してアレイアンテナの各アンテナ素子に給電する複数の光電変換器と
を備えた光制御型フェーズドアレイアンテナにおいて、
前記光出力装置として、信号光とローカル光の波長を、前記マイクロ波周波数に比例した波長に制御する波長可変型光出力装置を備えた
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレイアンテナ。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０５１８１
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５７２１０９（Ｐ２００４−５７２１０９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６４０８
【国際出願日】平成１５年５月２２日（２００３．５．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６４０８
【国際出願日】平成１５年５月２２日（２００３．５．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]