光制御型フェーズドアレーアンテナ装置
単一波長光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段とを設けた。そして、前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は、位相雑音や相対強度雑音を抑圧した光制御型フェーズドアレーアンテナ（ＰＡＡ：Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）装置に関するものである。
【背景技術】
従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、入力されるフェーズドアレーアンテナのビーム方向に対応した１個の電気信号を出力する信号発生手段と、第２の分配手段から出力される複数の第１の光信号を、上記電気信号に対応し互いに異なる各位相量だけそれぞれ移相させる複数の移相手段を備え、回路を簡単化し小型・軽量化することができ、これによって当該回路を含むフェーズドアレーアンテナ全体を小型・軽量化することができる（例えば、特開平３−５７３０５号公報（第９頁、第１図）参照）。
しかしながら、上述した従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、光源自体の位相雑音及び相対強度雑音を抑圧するような対策を施していないという問題点があった。
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、光源自体の位相ゆらぎにより発生する位相雑音、伝送手段として空間伝送路を用いた場合、空間の温度変動等の擾乱（じょうらん）により大気の屈折率が変化し、光路長が変化するために生じる位相雑音、ビーム走査方向変更により生じる位相雑音や、光源の相対強度雑音を抑圧することができる光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【発明の開示】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、単一波長光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段とを設けた。
さらに、前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、前記複数の伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数の光電変換手段と、前記複数の光電変換手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナとを設けた。
そして、前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくしたものである。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図２はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の実験系の構成を示すブロック図、
図３はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の実験系の光路長調整前と調整後の出力スペクトルを示す図、
図４はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図５はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の位相誤差検出手段における位相差と出力電圧の関係を示す特性図、
図６はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の光位相変調手段における入力電圧と変調位相の関係を示す特性図、
図７はこの発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、素子アンテナのビーム走査方向変更前と変更後のビームの伝搬を示す模式図、
図８はこの発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、連続的な平面からビームを放射すると仮定したときのビーム走査方向変更前と変更後のビームの伝搬を示す模式図、
図９はこの発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１０は図２の実験系を用いてバランス型受信手段による相対強度雑音抑圧測定時の出力スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、この発明の各実施例について図面に基づき説明する。
【実施例１】
この発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１において、本装置は、単一波長の光を発生してかつ、発生光を光ファイバにより出力するレーザ発生手段１と、このレーザ発生手段１による出力光を伝送するための光ファイバ型伝送手段（太線の箇所）２と、この光ファイバ型伝送手段２による伝送光を分岐し、かつ分岐比を自由に変更することが可能な光路分岐手段３と、単一周波数で発振する高周波信号発生手段４と、この高周波信号発生手段４によって入力される高周波信号の周波数だけ伝送光の周波数をシフトして出力する光周波数変調手段５と、光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段に変更するための伝送ビーム径変換手段６ａ及び６ｂと、光ファイバ型伝送手段２による伝送光に対して一括してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段７と、空間伝送路による伝送光を分岐、または合波することが可能な光路分岐・合波手段８と、空間伝送による伝送光を光ファイバ型伝送に変換し、かつ伝送光を複数に分割する開口分割集光手段９と、光ファイバ型伝送手段２の伝送光の光強度を電気信号に変換し、かつ所望の電圧レベルまで増幅する光電変換手段１０ａ、１０ｂ〜１０ｎと、光電変換手段１０ａ〜１０ｎの出力部に接続された給電線１１ａ、１１ｂ〜１１ｎと、給電線１１ａ〜１１ｎのそれぞれ他端に接続された素子アンテナ１２ａ、１２ｂ〜１２ｎとを備える。
また、光路分岐手段３から光路分岐・合波手段８までの２分岐した伝送光の光路長を等しくした。
なお、伝送ビーム径変換手段６ａ及び６ｂと開口分割集光手段９の間は、空間伝送路である（２本の細線の箇所）。
つぎに、この実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、レーザ発生手段１によりレーザ光が出力され、光ファイバ型伝送手段２を介して伝達し、光路分岐手段３によって伝送光は２経路に分岐される。ここで２経路に分岐された伝送光の周波数をｆｃとする。
光路分岐手段３で分岐された一方の伝送光（信号光）は、高周波信号発生手段４、光周波数変調手段５を介し、高周波信号発生手段４による発振周波数ｆＲＦだけシフトした信号（周波数ｆｃ＋ｆＲＦ）となる。さらに、伝送ビーム径変換手段６ａによって光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段（この例では、空間伝送路）への変更を行い、空間光位相変調手段７によって所望のアンテナパターンに応じた空間的な位相変調を行う。
一方、光路分岐手段３で分岐されたもう一方の伝送光（ローカル光）は、伝送ビーム径変換手段６ｂを介して光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段（この例では、空間伝送路）へ変更される。
これらの信号光及びローカル光を光路分岐・合波手段８によって合波し、開口分割集光手段９によって再び光ファイバ型伝送に変換し、さらに合波された伝送光を複数に分割する。複数に分割された伝送光は、ｎ（自然数）個の光電変換手段１０ａ〜１０ｎによって電気信号に変換され、かつ所望の電圧レベルまで増幅される。光電変換手段１０ａ〜１０ｎに信号光とローカル光の周波数差分を出力するような検知器を用いると、出力される信号は（ｆｃ＋ｆＲＦ）−ｆｃ＝ｆＲＦとなり、伝送光の周波数ｆｃを排除できる。周波数ｆＲＦの無線信号は、ｎ本の給電線１１ａ〜１１ｎを介して各素子アンテナ１２ａ〜１２ｎに給電される。
図１の構成において、光路分岐手段３によって分岐され、光路分岐・合波手段８によって合波されるまでの光ファイバ内伝送手段及び光ファイバ外伝送手段（空間伝送路）を含む、信号光とローカル光の２つの経路の光路長をそれぞれＬ１及びＬ２とする。
ここで、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝ΔＬ、τ＝ｎΔＬ／ｃ（ここでのｎは伝送路媒質の屈折率、ｃは光速）とすると、τと検知器からの出力信号スペクトルＳｄ（ｆ）との関係は以下の式（１）のようになる（参考文献：大越、菊池共著、「コヒーレント光通信工学」、ｐｐ９０−９４）。なお、δｆは光源（レーザ発生手段１）の線幅とする。
式（１）において、ΔＬを０に近付けると式（１）の第１項（信号スペクトル成分）が第２項以降（雑音スペクトル成分）に対して支配的になり、測定される出力スペクトルは鋭いピークとなる。例えば、δｆ＝３．２ＭＨｚ、オフセット周波数ｆ＝２ＭＨｚとおくと、ΔＬ＝１μｍにまでファイバ長を合わせれば、Ｓｄ（ｆ）におけるＳＮＲ（式（１）の第１項と第２項以降との比）として１４２ｄＢを得ることが可能となる。
また、図２のような実験系を構築し、位相雑音抑圧測定を行った。
図２において、本実験系は、半導体レーザ（ＬＤ）１０１と、偏波面保存光ファイバ１０２と、光コネクタ（ＦＣ−ＰＣ）１０３と、光アイソレータ１０４と、３ｄＢカプラ１０５と、光アッテネータ１０６と、光コネクタ（ＦＣ−ＡｎｇｌｅｄＰＣ）１０７ａ〜１０７ｃと、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８と、可変カプラ１０９と、２つのフォトダイオード（ＰＤ１及びＰＤ２）を有するバランス型受信手段（ＢＲ：Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１０と、伝送線路１１１と、電気スペクトラムアナライザ１１２とを備える。
次に、実験系の動作について説明する。半導体レーザ（ＬＤ）１０１からの出力光を、３ｄＢカプラ１０５を用いて２つに分岐する。一方の伝送光はヘテロダイン検波方式におけるローカル光として使用し、光アッテネータ１０６で減衰後、可変カプラ１０９に入射させる。もう一方の伝送光はヘテロダイン検波方式における信号光として使用するため、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８を用いて５０ＭＨｚの周波数変調を行った後、可変カプラ１０９に入射させる。
さらに、可変カプラ１０９でローカル光と信号光を合波した後の２つの出力光を光電変換器であるバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射し、その出力信号のスペクトルを、電気スペクトラムアナライザ１１２を用いて測定した。ここで、３ｄＢカプラ１０５から光アッテネータ１０６を通り、可変カプラ１０９を経てバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射されるまでの光路長をＬｌｏｃａｌ、３ｄＢカプラ１０５のもう一方の出力ポートから音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８を通り、可変カプラ１０９を経てバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射されるまでの光路長をＬｓｉｇｎａｌとする。測定では２つの光路長がＬｌｏｃａｌ＝Ｌｓｉｇｎａｌとなるようにファイバ長を調整して出力スペクトルを測定した。
光路長の調整前と調整後の出力スペクトルの測定結果を図３に示す。図３から２ＭＨｚオフセット時ＳＮＲは、１ＨｚあたりのＳＮＲに換算して、光路長調整前の９２ｄＢ／Ｈｚに対し、光路長調整後は１２０ｄＢ／Ｈｚを得た。この結果から、２つの光路長を等しくすることより位相雑音抑圧が可能であることが実証された。
また、本実施例では図１に示しているように光路分岐手段３を用いているので、単一光源による位相雑音抑圧が可能となる。
以上のように、光制御型ＰＡＡ装置において、ヘテロダイン検波を行うために２分岐した伝送光の光路長を等しくした構成では、単一光源で光源自体の位相雑音抑圧が可能である、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例２】
この発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
上記の実施例１は、光制御型ＰＡＡ装置において、ヘテロダイン検波を行うために２分岐した伝送光の２つの光路長を等しくすることで、単一光源による位相雑音抑圧化を図ったが、伝送手段として空間伝送路を用いた場合、空間の温度変動等の擾乱により大気の屈折率が変化し、光路長が変化するため新たな位相ゆらぎが生じてしまう。この問題を解決する方策として、この実施例２では、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を用いて位相雑音抑圧化を図ったものである。
図４において、図１と同一の部分には共通の符号を付し、その箇所についての説明は省略する。
本装置は、光電変換手段１０ａ〜１０ｎと同じく光ファイバ型伝送手段２の伝送光の光強度を電気信号に変換し、かつ所望の電圧レベルまで増幅する光電変換手段１０Ａと、伝送光の位相を制御することが可能な光位相変調手段１３と、伝送光の伝達の際生じた位相誤差を検出する位相誤差検出手段１４と、所望の電圧レベルに設定するための電圧変換手段１５とをさらに備える。
つぎに、この実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
上記の実施例１と異なる動作について説明する。まず、光路分岐手段３によって分岐したローカル光の伝送路において、光路分岐手段３と伝送ビーム径変換手段６ｂの間に光位相変調手段１３を挿入する。なお、この光位相変調手段１３を信号光の伝送路に挿入してもよい。
また、光路分岐・合波手段８によって合波した伝送光を２経路に分岐し、一方は図１と同様に開口分割集光手段９へ供給し、もう一方は光電変換手段１０Ａによって電気信号に変換する。
変換された電気信号は位相誤差検出手段１４へ供給され、位相誤差検出手段１４は、高周波信号発生手段４で発生する電気信号と光電変換手段１０Ａからの電気信号との位相差を検出する。
さらに、位相誤差検出手段１４では、検出した位相差を例えば図５のような位相差に比例した電圧信号に変換し出力する。ここで、高周波信号発生手段４で発生する電気信号の位相をφＳ、光電変換手段１０Ａからの電気信号の位相をφＩ、位相誤差検出手段１４の出力電圧をＶＯＵＴとし、φＩ−φＳ＝Δφにおける位相誤差検出手段１４の出力電圧をΔＶ１とした。なお、位相差と出力電圧の特性については理解を容易にするため比例関係としているが、特性が既知であれば限定はしない。
その後、位相誤差検出手段１４からの出力電圧は、電圧変換手段１５を経て光位相変調手段１３へ供給され、例えば図６のような入力電圧に比例した位相に変調される。ここで、入力電圧をＶＩＮ、変調位相をφＶとし、電圧ΔＶ２の信号が光位相変調手段１３に入力したときの変調位相をΔφＶとする。なお、入力電圧と変調位相の特性については理解を容易にするため比例関係としているが、特性が既知であれば限定はしない。このとき、Δφ＝ΔφＶとなるように電圧信号をΔＶ１からΔＶ２へ変換する電圧変換手段１５を挿入しておく。これにより、高周波信号発生手段４で発生する電気信号と合波光を光電変換した電気信号との位相差を小さくするような負帰還回路が形成され、位相ゆらぎにより発生する位相雑音抑圧が可能となる。
以上のように、本実施例では空間の温度変動等の擾乱により生じる位相雑音の抑圧が可能となる、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例３】
この発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。
図４に示す空間光位相変調手段７では、素子アンテナ１２ａ〜１２ｎから出射するビーム走査方向を変更することが可能である。しかし、その際にも光路長差による位相ずれが生じる。実施例２と同様のＰＬＬを用いた方式ではこのビーム方向変更により発生する位相差の補正も可能である。以下、この原理について説明する。
ここで、空間光位相変調手段７のパターン変更による位相変動は、素子アンテナより放射されるビームの走査方向変更による位相変動と同一と考えることにし、以下、素子アンテナより放射されるビームの走査方向変更時の位相変動について考察する。
素子アンテナの配置面を、ビーム走査方向の方位角方向及び仰角方向とで考え、各々独立に考察できるので、ここではビーム走査方向の方位角方向についてのみ考える。
図７に方位角方向での素子アンテナの配置を示す。ここで、素子アンテナの間隔をｄ、素子アンテナの個数をＮとする。このとき、素子アンテナから放射されるビームの方位角方向が図７（ｂ）のように角度θ変更したとすると、ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ−１）番目とｋ＋１番目の素子アンテナの方位角方向における光路長差Δｌ（注：ｌはエルです。）は次式のように与えられる。
ここで、素子アンテナが離散的に配置されるのではなく、一般性を持たせるために長さｄ×Ｎの連続的な平面からビームが放射されているとする。ここでも上述のようにビームの方位角方向及び仰角方向は各々独立に考察してよいので、方位角方向について考える。
図８のように座標軸を設定し、位置ｊをビーム走査時の回転中心軸とする。また、信号光の強度は方位角方向上で一様に伝搬しているとする。このときビーム走査方向θ変更時の位置ｊに対する放射面上での光路長差は次式で与えられる。
よって、光路長差が最小となるためには位置０（ビーム放射面の中心）をビーム走査時の回転中心軸とすればよい。また、式（３）の光路長差により生じる位相差はＰＬＬを用いて補正することができる。
以上のように、本実施例では図４の空間光位相変調手段７においてアンテナパターンを変更した際に生じる位相雑音の抑圧が可能となる、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例４】
この発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
上記の実施例１〜３は、それぞれ光源自体の位相雑音抑圧化、及び空間の擾乱、アンテナパターン変更により生じる位相雑音の抑圧化を図った方式である。さらに、ヘテロダイン検波における受信時のＳＮＲ劣化原因として光源自体の相対強度雑音が考えられる。この問題を解決する方策として、この実施例４では、光電変換手段１０ａ〜１０ｎにバランス型受信手段（ＢＲ：Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を用いて、光源の相対強度雑音抑圧化を図ったものである。
図９において、図１及び図４と同一の部分には共通の符号を付し、その箇所についての説明は省略する。
本装置は、光ファイバ型伝送手段２による伝送光を２分岐する光路分岐手段１６ａ〜１６ｎと、バランス型受信手段（ＢＲ）１７ａ〜１７ｎとをさらに備える。
次に、バランス型受信手段（ＢＲ）を用いた相対強度雑音抑圧化の原理について説明する。
ヘテロダイン検波における信号光及びローカル光の瞬時電界は次式で表される。
ここでＰＳ、ＰＬは信号光及びローカル光の電力、ωＳ、ωＬは信号光及びローカル光の角周波数、φＳ、φＬは信号光及びローカル光の位相である。また、信号光及びローカル光はそれぞれ角周波数ΩＳ、ΩＬ、変調度ｍＳ、ｍＬ、位相θＳ、θＬで表される相対強度雑音を有するものとする。バランス型受信手段（ＢＲ）の前に挿入した光路分岐手段の電力分岐比をε、信号光の伝搬定数をβＳ、ローカル光の伝搬定数をβＬ、光路分岐手段の通過後の出射光の伝搬定数をβＮとすれば、バランス型受信手段（ＢＲ）内部に設置されたフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射する光電界Ｅ１（ｔ）、Ｅ２（ｔ）はそれぞれ次式で与えられる。
ここで、フォトダイオードＰＤ２に入射する光路長がΔＺだけ長いと仮定している。これらの光電界がフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射したとき生成される光電流Ｉ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）は、それぞれ次式で与えられる。
ここで、ｎ１（ｔ）、ｎ２（ｔ）はショット雑音と熱雑音の合計を表す。また、η１、η２はフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の量子効率、ｅはエレクトロンチャージ、ｈはプランク定数である。
２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の差動出力を次式のように表わす。
ここで、ＩＤＣ（ｔ）は光電流の直流（ＤＣ）成分、Ｉ１Ｆ（ｔ）は中間周波成分である。このとき、ＩＤＣ（ｔ）は次式のようになる。
全てのパラメータにばらつきがない場合、すなわち、量子効率がη１＝η２＝η、電力分岐比がε＝０．５、ΔＺ＝０とした場合を考える。このとき、ＩＤＣ（ｔ）のうち時間変動成分を相対強度雑音成分と考えＩＮ（ｔ）と表すと、次式のようになり、相対強度雑音は完全に打ち消される。
また、上記実施例１で示した図２の実験系を用いてバランス型受信手段（ＢＲ）による相対強度雑音抑圧測定を行った。
図１０（ａ）、（ｂ）に出力スペクトルを示す。図１０（ａ）は可変カプラ１０９からバランス型受信手段（ＢＲ）１１０までの２経路の光路長が異なるときの分岐比調整前後の出力スペクトルである。また、図１０（ｂ）は可変カプラ１０９からバランス型受信手段（ＢＲ）１１０までの２経路の光路長を同一としたときの分岐比調整前後の出力スペクトルである。図１０（ａ）、（ｂ）から光路長が異なるときの分岐比調整（ε＝０．５）によるＳＮＲ増加が約７ｄＢとなるのに対し、光路長を同一としたときの分岐比調整（ε＝０．５）によるＳＮＲ増加が約３９ｄＢとなり、電力分岐比をε＝０．５とすることと、光路長を同一にすることを同時に行うことにより大幅に相対強度雑音を抑圧できることが実証できた。
よって、光電変換手段にバランス型受信手段（ＢＲ）を用いた構成は、バランス型受信手段（ＢＲ）に投入される２つの入射光の電力を同一にし、かつ分岐後からフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射されるまでの２つの入射光の光路長を同一にすることにより、光源の相対強度雑音抑圧が可能である、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【産業上の利用の可能性】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、光路分岐手段と光路分岐・合波手段の間の信号光とローカル光の２つの経路の光路長を等しくすることにより、光源自身の位相ゆらぎにより発生する位相雑音の抑圧が可能で、光源の線幅に対する要求が大幅に緩和できる。従って、レーダ装置などの無線応用装置に適用できる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【技術分野】
この発明は、位相雑音や相対強度雑音を抑圧した光制御型フェーズドアレーアンテナ（ＰＡＡ：Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）装置に関するものである。
【背景技術】
従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、入力されるフェーズドアレーアンテナのビーム方向に対応した１個の電気信号を出力する信号発生手段と、第２の分配手段から出力される複数の第１の光信号を、上記電気信号に対応し互いに異なる各位相量だけそれぞれ移相させる複数の移相手段を備え、回路を簡単化し小型・軽量化することができ、これによって当該回路を含むフェーズドアレーアンテナ全体を小型・軽量化することができる（例えば、特開平３−５７３０５号公報（第９頁、第１図）参照）。
しかしながら、上述した従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、光源自体の位相雑音及び相対強度雑音を抑圧するような対策を施していないという問題点があった。
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、光源自体の位相ゆらぎにより発生する位相雑音、伝送手段として空間伝送路を用いた場合、空間の温度変動等の擾乱（じょうらん）により大気の屈折率が変化し、光路長が変化するために生じる位相雑音、ビーム走査方向変更により生じる位相雑音や、光源の相対強度雑音を抑圧することができる光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【発明の開示】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、単一波長光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段とを設けた。
さらに、前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、前記複数の伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数の光電変換手段と、前記複数の光電変換手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナとを設けた。
そして、前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくしたものである。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図２はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の実験系の構成を示すブロック図、
図３はこの発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の実験系の光路長調整前と調整後の出力スペクトルを示す図、
図４はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図５はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の位相誤差検出手段における位相差と出力電圧の関係を示す特性図、
図６はこの発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の光位相変調手段における入力電圧と変調位相の関係を示す特性図、
図７はこの発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、素子アンテナのビーム走査方向変更前と変更後のビームの伝搬を示す模式図、
図８はこの発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、連続的な平面からビームを放射すると仮定したときのビーム走査方向変更前と変更後のビームの伝搬を示す模式図、
図９はこの発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１０は図２の実験系を用いてバランス型受信手段による相対強度雑音抑圧測定時の出力スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、この発明の各実施例について図面に基づき説明する。
【実施例１】
この発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１において、本装置は、単一波長の光を発生してかつ、発生光を光ファイバにより出力するレーザ発生手段１と、このレーザ発生手段１による出力光を伝送するための光ファイバ型伝送手段（太線の箇所）２と、この光ファイバ型伝送手段２による伝送光を分岐し、かつ分岐比を自由に変更することが可能な光路分岐手段３と、単一周波数で発振する高周波信号発生手段４と、この高周波信号発生手段４によって入力される高周波信号の周波数だけ伝送光の周波数をシフトして出力する光周波数変調手段５と、光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段に変更するための伝送ビーム径変換手段６ａ及び６ｂと、光ファイバ型伝送手段２による伝送光に対して一括してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段７と、空間伝送路による伝送光を分岐、または合波することが可能な光路分岐・合波手段８と、空間伝送による伝送光を光ファイバ型伝送に変換し、かつ伝送光を複数に分割する開口分割集光手段９と、光ファイバ型伝送手段２の伝送光の光強度を電気信号に変換し、かつ所望の電圧レベルまで増幅する光電変換手段１０ａ、１０ｂ〜１０ｎと、光電変換手段１０ａ〜１０ｎの出力部に接続された給電線１１ａ、１１ｂ〜１１ｎと、給電線１１ａ〜１１ｎのそれぞれ他端に接続された素子アンテナ１２ａ、１２ｂ〜１２ｎとを備える。
また、光路分岐手段３から光路分岐・合波手段８までの２分岐した伝送光の光路長を等しくした。
なお、伝送ビーム径変換手段６ａ及び６ｂと開口分割集光手段９の間は、空間伝送路である（２本の細線の箇所）。
つぎに、この実施例１に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、レーザ発生手段１によりレーザ光が出力され、光ファイバ型伝送手段２を介して伝達し、光路分岐手段３によって伝送光は２経路に分岐される。ここで２経路に分岐された伝送光の周波数をｆｃとする。
光路分岐手段３で分岐された一方の伝送光（信号光）は、高周波信号発生手段４、光周波数変調手段５を介し、高周波信号発生手段４による発振周波数ｆＲＦだけシフトした信号（周波数ｆｃ＋ｆＲＦ）となる。さらに、伝送ビーム径変換手段６ａによって光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段（この例では、空間伝送路）への変更を行い、空間光位相変調手段７によって所望のアンテナパターンに応じた空間的な位相変調を行う。
一方、光路分岐手段３で分岐されたもう一方の伝送光（ローカル光）は、伝送ビーム径変換手段６ｂを介して光ファイバ型伝送手段２から光ファイバ外の伝送手段（この例では、空間伝送路）へ変更される。
これらの信号光及びローカル光を光路分岐・合波手段８によって合波し、開口分割集光手段９によって再び光ファイバ型伝送に変換し、さらに合波された伝送光を複数に分割する。複数に分割された伝送光は、ｎ（自然数）個の光電変換手段１０ａ〜１０ｎによって電気信号に変換され、かつ所望の電圧レベルまで増幅される。光電変換手段１０ａ〜１０ｎに信号光とローカル光の周波数差分を出力するような検知器を用いると、出力される信号は（ｆｃ＋ｆＲＦ）−ｆｃ＝ｆＲＦとなり、伝送光の周波数ｆｃを排除できる。周波数ｆＲＦの無線信号は、ｎ本の給電線１１ａ〜１１ｎを介して各素子アンテナ１２ａ〜１２ｎに給電される。
図１の構成において、光路分岐手段３によって分岐され、光路分岐・合波手段８によって合波されるまでの光ファイバ内伝送手段及び光ファイバ外伝送手段（空間伝送路）を含む、信号光とローカル光の２つの経路の光路長をそれぞれＬ１及びＬ２とする。
ここで、｜Ｌ１−Ｌ２｜＝ΔＬ、τ＝ｎΔＬ／ｃ（ここでのｎは伝送路媒質の屈折率、ｃは光速）とすると、τと検知器からの出力信号スペクトルＳｄ（ｆ）との関係は以下の式（１）のようになる（参考文献：大越、菊池共著、「コヒーレント光通信工学」、ｐｐ９０−９４）。なお、δｆは光源（レーザ発生手段１）の線幅とする。
式（１）において、ΔＬを０に近付けると式（１）の第１項（信号スペクトル成分）が第２項以降（雑音スペクトル成分）に対して支配的になり、測定される出力スペクトルは鋭いピークとなる。例えば、δｆ＝３．２ＭＨｚ、オフセット周波数ｆ＝２ＭＨｚとおくと、ΔＬ＝１μｍにまでファイバ長を合わせれば、Ｓｄ（ｆ）におけるＳＮＲ（式（１）の第１項と第２項以降との比）として１４２ｄＢを得ることが可能となる。
また、図２のような実験系を構築し、位相雑音抑圧測定を行った。
図２において、本実験系は、半導体レーザ（ＬＤ）１０１と、偏波面保存光ファイバ１０２と、光コネクタ（ＦＣ−ＰＣ）１０３と、光アイソレータ１０４と、３ｄＢカプラ１０５と、光アッテネータ１０６と、光コネクタ（ＦＣ−ＡｎｇｌｅｄＰＣ）１０７ａ〜１０７ｃと、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８と、可変カプラ１０９と、２つのフォトダイオード（ＰＤ１及びＰＤ２）を有するバランス型受信手段（ＢＲ：Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１０と、伝送線路１１１と、電気スペクトラムアナライザ１１２とを備える。
次に、実験系の動作について説明する。半導体レーザ（ＬＤ）１０１からの出力光を、３ｄＢカプラ１０５を用いて２つに分岐する。一方の伝送光はヘテロダイン検波方式におけるローカル光として使用し、光アッテネータ１０６で減衰後、可変カプラ１０９に入射させる。もう一方の伝送光はヘテロダイン検波方式における信号光として使用するため、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８を用いて５０ＭＨｚの周波数変調を行った後、可変カプラ１０９に入射させる。
さらに、可変カプラ１０９でローカル光と信号光を合波した後の２つの出力光を光電変換器であるバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射し、その出力信号のスペクトルを、電気スペクトラムアナライザ１１２を用いて測定した。ここで、３ｄＢカプラ１０５から光アッテネータ１０６を通り、可変カプラ１０９を経てバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射されるまでの光路長をＬｌｏｃａｌ、３ｄＢカプラ１０５のもう一方の出力ポートから音響光学変調器（ＡＯＭ）１０８を通り、可変カプラ１０９を経てバランス型受信手段（ＢＲ）１１０に入射されるまでの光路長をＬｓｉｇｎａｌとする。測定では２つの光路長がＬｌｏｃａｌ＝Ｌｓｉｇｎａｌとなるようにファイバ長を調整して出力スペクトルを測定した。
光路長の調整前と調整後の出力スペクトルの測定結果を図３に示す。図３から２ＭＨｚオフセット時ＳＮＲは、１ＨｚあたりのＳＮＲに換算して、光路長調整前の９２ｄＢ／Ｈｚに対し、光路長調整後は１２０ｄＢ／Ｈｚを得た。この結果から、２つの光路長を等しくすることより位相雑音抑圧が可能であることが実証された。
また、本実施例では図１に示しているように光路分岐手段３を用いているので、単一光源による位相雑音抑圧が可能となる。
以上のように、光制御型ＰＡＡ装置において、ヘテロダイン検波を行うために２分岐した伝送光の光路長を等しくした構成では、単一光源で光源自体の位相雑音抑圧が可能である、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例２】
この発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
上記の実施例１は、光制御型ＰＡＡ装置において、ヘテロダイン検波を行うために２分岐した伝送光の２つの光路長を等しくすることで、単一光源による位相雑音抑圧化を図ったが、伝送手段として空間伝送路を用いた場合、空間の温度変動等の擾乱により大気の屈折率が変化し、光路長が変化するため新たな位相ゆらぎが生じてしまう。この問題を解決する方策として、この実施例２では、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を用いて位相雑音抑圧化を図ったものである。
図４において、図１と同一の部分には共通の符号を付し、その箇所についての説明は省略する。
本装置は、光電変換手段１０ａ〜１０ｎと同じく光ファイバ型伝送手段２の伝送光の光強度を電気信号に変換し、かつ所望の電圧レベルまで増幅する光電変換手段１０Ａと、伝送光の位相を制御することが可能な光位相変調手段１３と、伝送光の伝達の際生じた位相誤差を検出する位相誤差検出手段１４と、所望の電圧レベルに設定するための電圧変換手段１５とをさらに備える。
つぎに、この実施例２に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
上記の実施例１と異なる動作について説明する。まず、光路分岐手段３によって分岐したローカル光の伝送路において、光路分岐手段３と伝送ビーム径変換手段６ｂの間に光位相変調手段１３を挿入する。なお、この光位相変調手段１３を信号光の伝送路に挿入してもよい。
また、光路分岐・合波手段８によって合波した伝送光を２経路に分岐し、一方は図１と同様に開口分割集光手段９へ供給し、もう一方は光電変換手段１０Ａによって電気信号に変換する。
変換された電気信号は位相誤差検出手段１４へ供給され、位相誤差検出手段１４は、高周波信号発生手段４で発生する電気信号と光電変換手段１０Ａからの電気信号との位相差を検出する。
さらに、位相誤差検出手段１４では、検出した位相差を例えば図５のような位相差に比例した電圧信号に変換し出力する。ここで、高周波信号発生手段４で発生する電気信号の位相をφＳ、光電変換手段１０Ａからの電気信号の位相をφＩ、位相誤差検出手段１４の出力電圧をＶＯＵＴとし、φＩ−φＳ＝Δφにおける位相誤差検出手段１４の出力電圧をΔＶ１とした。なお、位相差と出力電圧の特性については理解を容易にするため比例関係としているが、特性が既知であれば限定はしない。
その後、位相誤差検出手段１４からの出力電圧は、電圧変換手段１５を経て光位相変調手段１３へ供給され、例えば図６のような入力電圧に比例した位相に変調される。ここで、入力電圧をＶＩＮ、変調位相をφＶとし、電圧ΔＶ２の信号が光位相変調手段１３に入力したときの変調位相をΔφＶとする。なお、入力電圧と変調位相の特性については理解を容易にするため比例関係としているが、特性が既知であれば限定はしない。このとき、Δφ＝ΔφＶとなるように電圧信号をΔＶ１からΔＶ２へ変換する電圧変換手段１５を挿入しておく。これにより、高周波信号発生手段４で発生する電気信号と合波光を光電変換した電気信号との位相差を小さくするような負帰還回路が形成され、位相ゆらぎにより発生する位相雑音抑圧が可能となる。
以上のように、本実施例では空間の温度変動等の擾乱により生じる位相雑音の抑圧が可能となる、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例３】
この発明の実施例３に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。
図４に示す空間光位相変調手段７では、素子アンテナ１２ａ〜１２ｎから出射するビーム走査方向を変更することが可能である。しかし、その際にも光路長差による位相ずれが生じる。実施例２と同様のＰＬＬを用いた方式ではこのビーム方向変更により発生する位相差の補正も可能である。以下、この原理について説明する。
ここで、空間光位相変調手段７のパターン変更による位相変動は、素子アンテナより放射されるビームの走査方向変更による位相変動と同一と考えることにし、以下、素子アンテナより放射されるビームの走査方向変更時の位相変動について考察する。
素子アンテナの配置面を、ビーム走査方向の方位角方向及び仰角方向とで考え、各々独立に考察できるので、ここではビーム走査方向の方位角方向についてのみ考える。
図７に方位角方向での素子アンテナの配置を示す。ここで、素子アンテナの間隔をｄ、素子アンテナの個数をＮとする。このとき、素子アンテナから放射されるビームの方位角方向が図７（ｂ）のように角度θ変更したとすると、ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ−１）番目とｋ＋１番目の素子アンテナの方位角方向における光路長差Δｌ（注：ｌはエルです。）は次式のように与えられる。
ここで、素子アンテナが離散的に配置されるのではなく、一般性を持たせるために長さｄ×Ｎの連続的な平面からビームが放射されているとする。ここでも上述のようにビームの方位角方向及び仰角方向は各々独立に考察してよいので、方位角方向について考える。
図８のように座標軸を設定し、位置ｊをビーム走査時の回転中心軸とする。また、信号光の強度は方位角方向上で一様に伝搬しているとする。このときビーム走査方向θ変更時の位置ｊに対する放射面上での光路長差は次式で与えられる。
よって、光路長差が最小となるためには位置０（ビーム放射面の中心）をビーム走査時の回転中心軸とすればよい。また、式（３）の光路長差により生じる位相差はＰＬＬを用いて補正することができる。
以上のように、本実施例では図４の空間光位相変調手段７においてアンテナパターンを変更した際に生じる位相雑音の抑圧が可能となる、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【実施例４】
この発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施例４に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
上記の実施例１〜３は、それぞれ光源自体の位相雑音抑圧化、及び空間の擾乱、アンテナパターン変更により生じる位相雑音の抑圧化を図った方式である。さらに、ヘテロダイン検波における受信時のＳＮＲ劣化原因として光源自体の相対強度雑音が考えられる。この問題を解決する方策として、この実施例４では、光電変換手段１０ａ〜１０ｎにバランス型受信手段（ＢＲ：Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を用いて、光源の相対強度雑音抑圧化を図ったものである。
図９において、図１及び図４と同一の部分には共通の符号を付し、その箇所についての説明は省略する。
本装置は、光ファイバ型伝送手段２による伝送光を２分岐する光路分岐手段１６ａ〜１６ｎと、バランス型受信手段（ＢＲ）１７ａ〜１７ｎとをさらに備える。
次に、バランス型受信手段（ＢＲ）を用いた相対強度雑音抑圧化の原理について説明する。
ヘテロダイン検波における信号光及びローカル光の瞬時電界は次式で表される。
ここでＰＳ、ＰＬは信号光及びローカル光の電力、ωＳ、ωＬは信号光及びローカル光の角周波数、φＳ、φＬは信号光及びローカル光の位相である。また、信号光及びローカル光はそれぞれ角周波数ΩＳ、ΩＬ、変調度ｍＳ、ｍＬ、位相θＳ、θＬで表される相対強度雑音を有するものとする。バランス型受信手段（ＢＲ）の前に挿入した光路分岐手段の電力分岐比をε、信号光の伝搬定数をβＳ、ローカル光の伝搬定数をβＬ、光路分岐手段の通過後の出射光の伝搬定数をβＮとすれば、バランス型受信手段（ＢＲ）内部に設置されたフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射する光電界Ｅ１（ｔ）、Ｅ２（ｔ）はそれぞれ次式で与えられる。
ここで、フォトダイオードＰＤ２に入射する光路長がΔＺだけ長いと仮定している。これらの光電界がフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射したとき生成される光電流Ｉ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）は、それぞれ次式で与えられる。
ここで、ｎ１（ｔ）、ｎ２（ｔ）はショット雑音と熱雑音の合計を表す。また、η１、η２はフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の量子効率、ｅはエレクトロンチャージ、ｈはプランク定数である。
２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２の差動出力を次式のように表わす。
ここで、ＩＤＣ（ｔ）は光電流の直流（ＤＣ）成分、Ｉ１Ｆ（ｔ）は中間周波成分である。このとき、ＩＤＣ（ｔ）は次式のようになる。
全てのパラメータにばらつきがない場合、すなわち、量子効率がη１＝η２＝η、電力分岐比がε＝０．５、ΔＺ＝０とした場合を考える。このとき、ＩＤＣ（ｔ）のうち時間変動成分を相対強度雑音成分と考えＩＮ（ｔ）と表すと、次式のようになり、相対強度雑音は完全に打ち消される。
また、上記実施例１で示した図２の実験系を用いてバランス型受信手段（ＢＲ）による相対強度雑音抑圧測定を行った。
図１０（ａ）、（ｂ）に出力スペクトルを示す。図１０（ａ）は可変カプラ１０９からバランス型受信手段（ＢＲ）１１０までの２経路の光路長が異なるときの分岐比調整前後の出力スペクトルである。また、図１０（ｂ）は可変カプラ１０９からバランス型受信手段（ＢＲ）１１０までの２経路の光路長を同一としたときの分岐比調整前後の出力スペクトルである。図１０（ａ）、（ｂ）から光路長が異なるときの分岐比調整（ε＝０．５）によるＳＮＲ増加が約７ｄＢとなるのに対し、光路長を同一としたときの分岐比調整（ε＝０．５）によるＳＮＲ増加が約３９ｄＢとなり、電力分岐比をε＝０．５とすることと、光路長を同一にすることを同時に行うことにより大幅に相対強度雑音を抑圧できることが実証できた。
よって、光電変換手段にバランス型受信手段（ＢＲ）を用いた構成は、バランス型受信手段（ＢＲ）に投入される２つの入射光の電力を同一にし、かつ分岐後からフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２に入射されるまでの２つの入射光の光路長を同一にすることにより、光源の相対強度雑音抑圧が可能である、という利点を有する。
なお、本実施例では光伝送手段として光ファイバを用いている箇所があるが、本発明では伝送手段については特に限定はしない。
【産業上の利用の可能性】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、以上説明したとおり、光路分岐手段と光路分岐・合波手段の間の信号光とローカル光の２つの経路の光路長を等しくすることにより、光源自身の位相ゆらぎにより発生する位相雑音の抑圧が可能で、光源の線幅に対する要求が大幅に緩和できる。従って、レーダ装置などの無線応用装置に適用できる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一波長光を発生するレーザ発生手段と、
前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、
高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、
前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、
前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、
前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段と、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、
前記複数の伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数の光電変換手段と、
前記複数の光電変換手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナとを備え、
前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくした光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光が分岐された伝送光の光強度を電気信号に変換する第２の光電変換手段と、
前記高周波信号発生手段により発生された電気信号と前記第２の光電変換手段からの電気信号の位相差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差検出手段により検出された位相差に基づいて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する光位相変調手段と
をさらに備えた請求項１記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記位相誤差検出手段からの検出位相差に応じた第１の電圧信号を第２の電圧信号へ変換する電圧変換手段をさらに備え、
前記光位相変調手段は、前記第２の電圧信号に応じて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する
請求項２記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項４】
単一波長光を発生するレーザ発生手段と、
前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、
高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、
前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、
前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、
前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段と、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、
前記開口分割集光手段により分割された複数の伝送光を、それぞれ２分岐する複数の第２の光路分岐手段と、
前記２分岐された伝送光毎に、複数の分岐伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数のバランス型受信手段と、
前記複数のバランス型受信手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナと、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光が分岐された伝送光の光強度を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記高周波信号発生手段により発生された電気信号と前記光電変換手段からの電気信号の位相差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差検出手段により検出された位相差に基づいて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する光位相変調手段とを備え、
前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくした光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１】
単一波長光を発生するレーザ発生手段と、
前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、
高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、
前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、
前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、
前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段と、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、
前記複数の伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数の光電変換手段と、
前記複数の光電変換手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナとを備え、
前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくした光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光が分岐された伝送光の光強度を電気信号に変換する第２の光電変換手段と、
前記高周波信号発生手段により発生された電気信号と前記第２の光電変換手段からの電気信号の位相差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差検出手段により検出された位相差に基づいて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する光位相変調手段と
をさらに備えた請求項１記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記位相誤差検出手段からの検出位相差に応じた第１の電圧信号を第２の電圧信号へ変換する電圧変換手段をさらに備え、
前記光位相変調手段は、前記第２の電圧信号に応じて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する
請求項２記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項４】
単一波長光を発生するレーザ発生手段と、
前記レーザ発生手段からの出射光を第１及び第２の伝送光に分岐する光路分岐手段と、
高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、
前記光路分岐手段により分岐された第１の伝送光の周波数を前記発生された高周波信号の周波数だけシフトする光周波数変調手段と、
前記高周波信号の周波数だけシフトされた第１の伝送光に対してアンテナビームパターンに応じた空間的な位相変調を行う空間光位相変調手段と、
前記位相変調された第１の伝送光と前記光路分岐手段により分岐された第２の伝送光を合波する光路分岐・合波手段と、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光を複数に分割する開口分割集光手段と、
前記開口分割集光手段により分割された複数の伝送光を、それぞれ２分岐する複数の第２の光路分岐手段と、
前記２分岐された伝送光毎に、複数の分岐伝送光の光強度を、それぞれ電気信号に変換する複数のバランス型受信手段と、
前記複数のバランス型受信手段からの電気信号を、それぞれビームとして放射する複数の素子アンテナと、
前記光路分岐・合波手段により合波された伝送光が分岐された伝送光の光強度を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記高周波信号発生手段により発生された電気信号と前記光電変換手段からの電気信号の位相差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差検出手段により検出された位相差に基づいて前記光路分岐手段により分岐された第１又は第２の伝送光の位相を変調する光位相変調手段とを備え、
前記光路分岐手段と前記光路分岐・合波手段の間の２つの経路の光路長を等しくした光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０７５６７
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【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２００４−５７０６１０（Ｐ２００４−５７０６１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６７６１
【国際出願日】平成１５年５月２９日（２００３．５．２９）
【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９日（２００４．１２．９）
【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／ＪＰ２００３／００６７６１
【国際出願日】平成１５年５月２９日（２００３．５．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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