(57)【要約】 【課題】  感度を高めながら、かつ強い電波信号にも対応できる広いダイナミックレンジを持った電波受信・光伝送システムを提供することを課題とする。【解決手段】  無変調光を発生する光源２０ａ、２０ｂと、その無変調光を伝送するシングルモード光ファイバ１８ｂと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナ１１と、フィルタ１２と、そのフィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器１３と、その分配された少なくとも１つの信号を増幅して光変調器に入力するための電気的アンプ１４ａと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送するシングルモード光ファイバ１８ｄ、１８ｃと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するＯ/Ｅ変換器を備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器に互いに異なる強度の電気信号が印加されるように設定されている。【選択図】  図１
2006345287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも１つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも１つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するＯ/Ｅ変換器とを備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器に互いに異なる強度の電気信号が印加されるように設定されていることを特徴とする電波受信・光伝送システム。
【請求項２】
無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも１つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも１つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するＯ/Ｅ変換器とを備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器の少なくとも１つには前記の電気的アンプを通して電気信号が印加され、前記複数の光変調器の少なくとも１つには前記分配器から直接電気信号が印加されるように設定されていることを特徴とする電波受信・光伝送システム。
【請求項３】
前記分配器により２つ以上の互いに異なる強度の電気信号が分配されるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電波受信・光伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバによって伝送された無変調光を前記複数の光変調器に分配するための偏波カップラを備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載の電波受信・光伝送システム。
【請求項５】
前記電気的アンプを駆動する電力は光給電によって供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電波受信・光伝送システム。
【請求項６】
前記複数の光変調器によって変調され、光ファイバを伝送後、Ｏ／Ｅ変換器によって検出された複数の受信信号の中から１つの最適な受信信号を選択して出力する機能を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電波受信・光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器を利用して電界を検出あるいは測定するセンシング装置や、光変調器を利用して電波を受信して光信号に変換した後、伝送して、再び電気信号に変換する装置に係り、特に、放送用、通信用などの電波の中継装置に用いるのに適した分岐干渉型光導波路による光変調器を備えた電波受信・光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分岐干渉型光導波路による光変調器を備えた電波受信・光伝送装置には、いくつかのタイプがある。例えば、特許文献１〜５などに示されている。最も基本的な従来の構成例を図４に示す。図４において、４１は電波を受信するアンテナ、４２は分岐干渉型光導波路による光変調器、４３ａは偏波保持光ファイバ、４３ｂはシングルモード光ファイバ、４４は無変調光を出射する光源、４５はＯ/Ｅ変換器である。アンテナ４１で受信した電気信号が光変調器４２に印加される。光源４４から出射し偏波保持光ファイバ４３ａを伝送され光変調器４２に入射した光が前記受信信号により変調される。その変調された光は、シングルモード光ファイバ４３ｂを伝送されてＯ/Ｅ変換器４５に入射し、受信された信号が検出される。
【０００３】
このような構成により、電波を受信して光信号に変換した後、伝送して、再び電気信号に変換する装置は、電波の中継装置や電界のセンシング装置として使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平  ９−０１５２８０号公報
【特許文献２】特開平  ９−００８７３７号公報
【特許文献３】特開平  ９−１５９７０７号公報
【特許文献４】特開平１０−０６８７５０号公報
【特許文献５】特開２００３−１０７４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような電波受信・光伝送装置では、受信信号が弱い場合に必要な感度を得る為に光変調器の入力部に電気的アンプ等が挿入されている。しかしながら、上記のように感度を高める為に電気的アンプを用いると、受信信号強度が大きくなったときに３次相互変調等の歪みを発生する。その結果、強い電波を受信する際に、その歪みの影響で、受信信号を大きな劣化なしに伝送することができなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、感度を高めながら、かつ強い電波信号にも対応できる広いダイナミックレンジを持った電波受信・光伝送システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、複数の光変調器を用い、アンテナからの受信信号を分配器で分配し、電気的アンプを通して印加することにより、上記の光変調器に互いに異なる強度の受信信号が印加されるように設定される。それらの変調された光信号はＯ／Ｅ変換器で検出され、その中から歪の少ない最適な信号が選択され出力される。
【０００８】
また、上記分配器により分配される受信信号の分配比率が大きく異なるように設定し、分配比率が高く強い信号については電気的アンプを通し、より強い信号にして光変調へ入力することにより高感度化を達成し、他方分配比率が低く弱い信号については直接光変調器に入力することにより過大な電波信号が入力されたときでも、歪み無く信号を伝送することができる。
【０００９】
以上のように入力されるさまざまな電波信号強度に対応した光変調器およびそこへの入力信号強度の設定により広ダイナミックレンジ化を行う。
【００１０】
即ち、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも１つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも１つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するＯ/Ｅ変換器を備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器に互いに異なる強度の電気信号が印加されるように設定されている。
【００１１】
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、無変調光を発生する光源と、その無変調光を伝送する光ファイバと、前記無変調光を電気信号によって変調する複数の光変調器と、電波を受信するアンテナと、その受信された電気信号の目的とする周波数成分を通過させる入力フィルタと、その入力フィルタを通過した信号を複数個に分配する分配器と、その分配された少なくとも１つの信号を増幅して光変調器に入力するための少なくとも１つの電気的アンプと、前記光変調器によって変調された変調光を伝送する光ファイバと、伝送された前記変調光を電気信号に変換するＯ/Ｅ変換器を備える電波受信・光伝送システムにおいて、前記複数の光変調器の少なくとも１つには前記の電気的アンプを通して電気信号が印加され、前記複数の光変調器の少なくとも１つには前記の分配器から直接電気信号が印加されるように設定してもよい。
【００１２】
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記分配器により２つ以上の互いに異なる強度の電気信号が分配されるように設定してもよい。
【００１３】
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、光ファイバによって伝送された無変調光を前記複数の光変調器に分配するための偏波カップラを備えてもよい。
【００１４】
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記電気的アンプを駆動する電力は光給電によって供給することができる。
【００１５】
また、本発明の電波受信・光伝送システムにおいては、前記複数の光変調器によって変調され、光ファイバを伝送後、Ｏ／Ｅ変換器によって検出された複数の受信信号の中から１つの最適な受信信号を選択して出力する機能を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、高い感度を維持しながら、かつ強い電波信号にも対応でき、受信可能電力の許容幅を拡大した広いダイナミックレンジを持った電波受信・光伝送システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明による電波受信・光伝送システムの一構成例を示すブロック図である。１１は電波を受信するアンテナ、１２はフィルタ、１３は分配器、１４ａと１４ｂは電気的アンプ、１５ａと１５ｂは光変調器などから構成されるセンサヘッド、１６は光給電部、１７は偏波カップラ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，および１８ｄはシングルモード光ファイバ、１９は光給電用の光源、２０ａと２０ｂは無変調光を発生する光源、２１は偏光プリズム、２２ａと２２ｂはＯ／Ｅ変換器、２３ａと２３ｂは電気的アンプ、２４ａと２４ｂは分配器、２５ａと２５ｂは検波器、２６は制御回路、２７はＲＦ切り替えスイッチである。なおここで、ブロック間を結ぶ線のうち太い線が光ファイバからなる光の経路を表し、その付近に示された円の中の矢印は偏光方向を表している。また、普通の太さの線は電気信号が通る経路を示している。そして、これらの経路に沿って示された一方向の矢印は、電気または光の流れる方向を表している。
【００１９】
このシステムの動作に関し、まず、光給電の方式について説明する。送信点に設置される光給電用の光源１９で発生した光は、シングルモード光ファイバ１８ａによって、電波の受信点まで送られ、光給電部１６において、電力に変換され、電気的アンプ１４ａと１４ｂに供給される。ここで、光給電用の光源１９は波長１．４８μｍ、出力２００ｍＷの半導体レーザである。また、光給電部１６はフォトダイオードと昇圧回路を用いて構成されている。
【００２０】
次に、電波による光変調、光伝送および電気信号の再生について説明する。アンテナ１１で受信された電波は受信帯域の信号を通過させるフィルタ１２を通り、分配器１３に入り、その受信電力の大半を有する信号と受信電力の一部しか有しない信号の２つの信号へ電力が分配される。この分配器１３としては方向性結合器などを使用することができる。
【００２１】
その後、電波の受信電力の大半を有する信号は電気的アンプ１４ａに入力され増幅されてセンサヘッド１５ａへ入力される。一方、受信電力の一部しか有しない信号は増幅度の小さい電気的アンプ１４ｂを介してセンサヘッド１５ｂへ入力される。このとき電気的アンプに利得可変アンプを用いてもよい。
【００２２】
次に、図２を用いてセンサヘッド１５ａおよび１５ｂの構成について説明する。図２（ａ）は、センサヘッドの構成を示すブロック図であり、センサヘッド１５ａおよび１５ｂはそれぞれ共振回路３７とＬｉＮｂＯ3結晶による分岐干渉型光導波路を用いた光変調器３８からなる。この光変調器３８の構造を図２（ｂ）に斜視図で示す。３１ａと３１ｂは偏波保持光ファイバまたはシングルモード光ファイバのいずれからなる光ファイバ、３５はＬｉＮｂＯ3基板、３２ａと３２ｂは入出射光導波路、３３ａと３３ｂは位相シフト光導波路、そして３４ａと３４ｂは変調電極であり、ここに共振回路を介して、電気信号が印加される。入力した無変調光はこの光変調器３８を通過することにより、変調電極３４ａ、３４ｂに印加された電気信号により強度変調される。
【００２３】
続いて、無変調光を、センサヘッド１５ａと１５ｂに供給する方式を図１に基づいて説明する。光源２０ａと２０ｂは、半導体レーザであり、波長およそ１．５５μｍの直線偏波を出力する。ここで、２つの波長間のビートによる周波数成分が受信帯域外に出るように、２つの波長は、わずかに異なっている。また、光出力は１００ｍＷであり、これらの光出力は偏光プリズム２１で偏波合成された後、シングルモード光ファイバ１８ｂにより電波の受信点へ伝送されて、偏波カップラ１７に入力される。
【００２４】
この偏波カップラ１７は、入力された光を直交する２つの偏光成分に分離する作用を行う。このとき出力される２つ偏光成分の光強度は等しい。この理由は、偏波カップラ１７から出射されるひとつの偏光成分に着目するとき、シングルモード光ファイバ１８ｂの屈折率が変化することにより、その中の光源２０ａで生成された波長を持つ成分の強度が変化しても、もう一方の光源２０ｂで生成された波長を持つ成分の強度が逆方向に等量だけ変化するからである。これは、シングルモード光ファイバ１８ｂに入力されるとき、光源２０ａからの直線偏光と光源２０ｂからの直線偏光が直交していることによる。
【００２５】
このようにして、得られた偏波カップラ１７の２つの出力は、センサヘッド１５ａおよび１５ｂへ偏波保持ファイバによって導かれる。センサヘッド１５ａにおいては、分配器１３により分配された受信電力の大半を有する信号が電気的アンプ１４ａで増幅されて得られた電気信号により光強度変調が行われ、また、センサヘッド１５ｂにおいては、分配器１３により分配された受信電力の一部しか有しない信号が電気的アンプ１４ｂで増幅されて得られた電気信号により光強度変調が行われる。
【００２６】
センサヘッド１５ａおよび１５ｂの光出力は、それぞれシングルモード光ファイバ１８ｃおよび１８ｄにより伝送されて、送信点において、それぞれＯ／Ｅ変換器２２ａおよび２２ｂで電気信号に変換される。
【００２７】
変換された電気信号は電気的アンプ２３ａおよび２３ｂにより増幅された後それぞれ分配器２４ａおよび２４ｂに入力される。
【００２８】
分配器２４ａおよび２４ｂに入力された電気信号はそれぞれ分配され、それぞれ一方の出力は検波器２５ａおよび２５ｂへ、他方の電気信号はＲＦ切り替えスイッチ２７へ入力される。
【００２９】
検波器２５ａおよび２５ｂにより検波された信号は制御回路２６へ入力され、制御回路２６はそれぞれの検波出力から受信電力を測定し、分配器２４ａおよび２４ｂの出力のどちらが適しているかを判断しＲＦ切り替えスイッチ２７を切り替える。また、切り替えの判定にはヒステリシスを持たせるとチャタリングを抑制でき効果的である。
【００３０】
なお、上記の光給電により電気的アンプを給電する手段、直交する偏光光源を無変調光源とする手段、偏波カップラにより無変調光を分波する手段は、それぞれ特許文献２、３、４に示されている。
【００３１】
本実施の形態では、電波の信号が弱いときには受信信号が大きく増幅されて光変調器の電極に印加されるセンサヘッド１５ａで変調された光信号を選択することにより高感度が得られ、一方、電波の信号が強いときには受信信号があまり増幅されないで光変調器の電極に印加されるセンサヘッド１５ｂで変調された光信号を選択することにより３次相互変調等の歪みの発生を抑えることができる。
【００３２】
また、分配器１３の分配比率、電気的アンプ１４ａ、１４ｂの増幅度は目的とする電波信号強度範囲に対応して設定することができる。また、電気的アンプの給電方法としては上記形態のような光給電だけでなく、電池や太陽電池などを使用することもできる。
【００３３】
（実施の形態２）
図３は、本発明による電波受信・光伝送システムのもう一つの実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示した実施の形態と基本的構成は同じであり、唯一異なる部分は分配器１３から出力される受信電力の一部しか有しない信号に対して図１で挿入されている電気的アンプ１４ｂが挿入されていないことである。
【００３４】
このようにセンサヘッド１５ｂの前段の電気的アンプを無くすことにより、受信点の小電力化が可能となり、かつ、より大電力の電波信号にも対応でき、電気的アンプの歪みの影響を無くすことができる。
【００３５】
なお、本発明の電波受信・光電送システムにおいては、電力線により受信点に電力を伝送することがないので、受信点での雷害を効果的に防止することが可能である。また、受信点と送信点の間は、光伝送によって結ばれているので、伝送による信号の劣化は無視できる程度であり、受信点と送信点間の距離を大きくとることも容易である。
【００３６】
さらに、本発明の電波受信・光電送システムにおいては、シングルモード光ファイバを使用することによって必要となる偏光変動の補償方式、すなわち２台の光源の偏光を直交させて合成し使用する方法と、異なる信号強度で動作する光変調器を２台使用して偏波カップラで分離された２つの光を有効利用する方法とを組み合わせることにより、実用性の高いシステムを実現している。
【００３７】
一例として、地上デジタルＴＶ放送電波の中継に好適であることが、フィールド実験の結果から判明している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の一形態による電波受信・光伝送システムの構成を示すブロック図。
【図２】センサヘッドの構成を示す図。図２（ａ）は、センサヘッドの構成を示すブロック図。図２（ｂ）は、分岐干渉型光導波路による光変調器の構造を示す斜視図。
【図３】本発明のもう一つの実施の形態による電波受信・光伝送システムの構成を示すブロック図。
【図４】従来の電波受信・光伝送装置の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１１    アンテナ
１２    フィルタ
１３    分配器
１４ａ，１４ｂ    電気的アンプ
１５ａ，１５ｂ     センサヘッド
１６    光給電部
１７    偏波カップラ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ    シングルモード光ファイバ
１９    光給電用の光源
２０ａ，２０ｂ    光源
２１    偏光プリズム
２２ａ，２２ｂ    Ｏ/Ｅ変換器
２３ａ，２３ｂ    電気的アンプ
２４ａ，２４ｂ    分配器
２５ａ，２５ｂ    検波器
２６    制御回路
２７    ＲＦ切り替えスイッチ
３１ａ，３１ｂ   光ファイバ
３２ａ，３２ｂ   入出射光導波路
３３ａ，３３ｂ   位相シフト光導波路
３４ａ，３４ｂ   変調電極
３５   ＬiＮbＯ3基板
３７   共振回路
３８   光変調器
【図１】
2006345287.tif 000003
【図２】
2006345287.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006345287.tif 000006