(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波に周波数変調する第１の光変調器と、
前記第１の光変調器により変調された変調光を複数に分岐する第１の光分配器と、
前記第１の光分配器で分岐された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第１の光遅延時間分布形成手段と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を第２のマイクロ波に周波数変調する第２の光変調器と、
前記第２の光変調器により変調された変調光を複数に分岐する第２の光分配器と、
前記第２の光分配器で分配された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第２の光遅延時間分布形成手段と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【請求項２】
第１の波長可変光源から出力された光を複数に分岐する第１の光分配器と、
前記第１の光分配器で分岐された各分岐光に対し第１の所望の位相分布でマイクロ波に周波数変調する複数の第１の光変調器と、
前記複数の第１の光変調器により変調された変調光に対し遅延時間分布を形成する第１の光遅延時間分布形成装置と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を複数に分岐する第２の光分配器と、
前記第２の光分配器で分岐された各分岐光に対し第２の所望の位相分布でマイクロ波に周波数変調する複数の第２の光変調器と、
前記複数の第２の光変調器により変調された変調光に対し遅延時間分布を形成する第２の光遅延時間分布形成装置と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【請求項３】
第１の波長可変光源から出力された光を複数に分岐する第１の光分配器と、
前記第１の光分配器で分岐された各分岐光に対し第１のマイクロ波周波数により周波数シフトした光と第１の位相制御信号により位相シフトされた合成光を出力する第１の光周波数・位相変換装置と、
前記第１の光周波数・位相変換装置からの変換光に対し遅延時間分布を形成する第１の光遅延時間分布形成装置と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を複数に分岐する第２の光分配器と、
前記第２の光分配器で分岐された各分岐光に対し第２のマイクロ波周波数により周波数シフトした光と第２の位相制御信号により位相シフトされた合成光を出力する第２の光周波数・位相変換装置と、
前記第２の光周波数・位相変換装置からの変換光に対し遅延時間分布を形成する第２の光遅延時間分布形成装置と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【請求項４】
第１の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波で離調した周波数差の二光に変換する第１の光周波数変換装置と、
前記第１の光周波数変換装置から出力される一方の光を第１の信号光ビームに変換する第１の信号光ビーム変換装置と、
前記第１のビーム変換装置からの第１の信号光ビーム光の空間位相分布を変調する第１の空間位相変調器と、
前記第１のビーム変換装置から出力される他方の光をローカル光ビームに変換する第１のローカル光ビーム変換装置と、
前記第１の空間位相変調器を介して変調された信号光ビームと前記第１のローカル光ビーム変換装置により変換されたローカル光ビームとを空間的に合成する第１の光合成器と、
前記第１の光合成器からの合成光ビームを空間的にサンプリングする第１の光ファイバアレーと、
前記第１の光ファイバアレーからの合成光ビームに対し遅延時間分布を形成する第１の光遅延時間分布形成装置と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波で離調した周波数差の二光に変換する第２の光周波数変換装置と、
前記第２の光周波数変換装置から出力される一方の光を第１の信号光ビームに変換する第２の信号光ビーム変換装置と、
前記第２のビーム変換装置からの第１の信号光ビーム光の空間位相分布を変調する第２の空間位相変調器と、
前記第２のビーム変換装置から出力される他方の光をローカル光ビームに変換する第２のローカル光ビーム変換装置と、
前記第２の空間位相変調器を介して変調された信号光ビームと前記第２のローカル光ビーム変換装置により変換されたローカル光ビームとを空間的に合成する第２の光合成器と、
前記第２の光合成器からの合成光ビームを空間的にサンプリングする第２の光ファイバアレーと、
前記第２の光ファイバアレーからの合成光ビームに対し遅延時間分布を形成する第２の光遅延時間分布形成装置と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【請求項５】
第１の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波で離調した周波数差の二光に変換する第１の光周波数変換装置と、
前記第１の光周波数変換装置から出力される一方の光を第１の信号光ビームに変換する第１の信号光ビーム変換装置と、
前記第１のビーム変換装置からの第１の信号光ビーム光の空間位相分布を変調する第１の空間位相変調器と、
前記第１のビーム変換装置から出力される他方の光をローカル光ビームに変換する第１のローカル光ビーム変換装置と、
前記第１の空間位相変調器を介して変調された信号光ビームと前記第１のローカル光ビーム変換装置により変換されたローカル光ビームとを空間的に合成する第１の光合成器と、
前記第１の光合成器からの合成光ビームを空間的にサンプリングする光ファイバアレーと、
前記光ファイバアレーからの合成光ビームに対し遅延時間分布を形成する第１の光遅延時間分布形成装置と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を第２のマイクロ波に周波数変調する光変調器と、
前記光変調器により変調された変調光を複数に分岐する光分配器と、
前記光分配器で分配された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第２の光遅延時間分布形成手段と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光制御型アレーアンテナ装置において、
前記光ファイバアレーは、２次元光ファイバアレーで構成された
ことを特徴とする光制御アレーアンテナ装置。
【請求項７】
第１の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波で離調した周波数差の二光に変換する第１の光周波数変換装置と、
前記第１の光周波数変換装置から出力される一方の光を第１の信号光ビームに変換する第１の信号光ビーム変換装置と、
前記第１の信号光ビーム変換装置からの第１の信号光ビームの強度分布を変調する光空間変調器と、
前記光空間変調器からの変調光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、
前記第１のビーム変換装置から出力される他方の光をローカル光ビームに変換する第１のローカル光ビーム変換装置と、
前記フーリエ変換光学系を介して変調された信号光ビームと前記第１のローカル光ビーム変換装置により変換されたローカル光ビームとを空間的に合成する第１の光合成器と、
前記第１の光合成器からの合成光ビームを空間的にサンプリングする光ファイバアレーと、
前記光ファイバアレーからの合成光ビームに対し遅延時間分布を形成する第１の光遅延時間分布形成装置と、
前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、
前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、
第２の波長可変光源から出力された光を第２のマイクロ波に周波数変調する光変調器と、
前記光変調器により変調された変調光を複数に分岐する光分配器と、
前記光分配器で分配された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第２の光遅延時間分布形成手段と、
前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、
前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、
前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、
前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと
を備えた光制御型アレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバの波長分散性を利用した遅延素子を水平方向、垂直方向の２組用い、それぞれの出力をマイクロ波ミキサにより合成することにより、２次元ビーム走査を可能とする光制御型アレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光制御型アレーアンテナ装置において、特に、実時間遅延（True Time-Delay：以下、ＴＴＤと称す）アレーアンテナ装置は、垂直方向のアンテナ素子数Ｎ、水平方向の素子数ＱのＱ×Ｎ素子の２次元アレーアンテナの制御を、次のようにして行っていた。すなわち、垂直方向の制御用に、波長可変光源の出力をマイクロ波で変調し、変調光を波長分散量が異なる複数Ｎ本で構成される波長分散ファイバ群に入力し、各分散ファイバの出力光を複数Ｎ個の光電変換素子でマイクロ波信号に変換する。次に、水平方向の制御用に、複数Ｎ個の波長可変光源で光電変換されたマイクロ波信号を、複数Ｎ個の光変調器で変調し、各変調光を波長分散量が異なる複数Ｑ本で構成される複数Ｎ個の波長分散ファイバ群に入力し、各分散ファイバの出力光を複数Ｑ×Ｎ個の光電変換素子で光電変換された信号を各々複数Ｑ×Ｎ個のアンテナ素子に給電することにより、２元の光制御ＴＴＤアレーアンテナ装置を実現していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３４００号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、１本のビームを２次元で制御するためには、水平方向の素子数をＱ、垂直方向の素子数をＮとおいたときに、主な構成要素の必要数は、光変調器はＮ＋Ｑ×Ｎ個、分散ファイバ群は垂直方向制御用に１個、水平方向制御用にＱ個、水平方向制御用の波長可変光源がＮ個である。このように、構成部品が多いため、装置の小型、軽量化が困難であり、装置のコストも増大するという問題点があった。
【０００５】
また、水平方向、垂直方向それぞれ、各アンテナ素子毎に独立した遅延時間もしくは位相の制御ができないため、光ファイバやマイクロ波の長さにバラツキがあったり、変動が生じた場合に補正することが困難であったりするという問題点もあった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、小型、軽量な２次元ビーム制御可能な実時間遅延型の光制御型アレーアンテナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る光制御型アレーアンテナ装置は、第１の波長可変光源から出力された光を第１のマイクロ波に周波数変調する第１の光変調器と、前記第１の光変調器により変調された変調光を複数に分岐する第１の光分配器と、前記第１の光分配器で分岐された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第１の光遅延時間分布形成手段と、前記第１の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器と、前記複数の第１の光分波器から出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器と、第２の波長可変光源から出力された光を第２のマイクロ波に周波数変調する第２の光変調器と、前記第２の光変調器により変調された変調光を複数に分岐する第２の光分配器と、前記第２の光分配器で分配された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する第２の光遅延時間分布形成手段と、前記第２の光遅延時間分布形成手段により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器と、前記複数の第２の光分波器から出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器と、前記第１の光電変換器から出力された第１のマイクロ波と、前記第２の各光電変換器から出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサと、前記複数のマイクロ波ミキサから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、大幅に部品点数を削減することができ、小型、軽量、低コスト化に有効な２次元ビーム制御可能な光制御型アレーアンテナ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、第１の波長可変レーザ制御装置１からの制御信号に従って所定の波長のレーザ光を出力する波長可変光源としての第１の波長可変レーザ２から出力された光を第１のマイクロ波入力端子３から入力された第１のマイクロ波に周波数変調する第１の光変調器４と、第１の光変調器４により変調された変調光を複数に分岐する第１の光分配器５と、第１の光分配器５で分岐された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する光遅延時間分布形成手段としての第１の分散光ファイバプリズム２０と、第１の分散光ファイバプリズム２０により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第１の光分波器３０−１〜３０−Ｍと、第１の光分波器３０−１〜３０−Ｍから出力される各分岐光を前記第１のマイクロ波に変換する複数の第１の光電変換器４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎとを備えている。
【００１０】
また、第２の波長可変レーザ制御装置１１からの制御信号に従って所定の波長のレーザ光を出力する波長可変光源としての第２の波長可変レーザ１２から出力された光を第２のマイクロ波入力端子１３から入力された第２のマイクロ波に周波数変調する第２の光変調器１４と、第２の光変調器１４により変調された変調光を複数に分岐する第２の光分配器１５と、第２の光分配器１５で分岐された各分岐光間に入力光の波長に応じた遅延時間差の分布を形成して出力する光遅延時間分布形成手段としての第２の分散光ファイバプリズム２２と、第２の分散光ファイバプリズム２２により遅延時間差の分布が形成された各分岐光を分岐する複数の第２の光分波器３１−１〜３１−Ｎと、第２の光分波器３１−１〜３１−Ｎから出力される各分岐光を前記第２のマイクロ波に変換する複数の第２の光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎとを備えている。
【００１１】
さらに、第１の光電変換器４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎから出力された第１のマイクロ波と、第２の各光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎから出力された第２のマイクロ波との和を出力する複数のマイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎと、複数のマイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎから出力されるマイクロ波信号を空間に放射するアンテナ素子６０−１−１〜６０−Ｍ−Ｎからなるアレーアンテナ６１とを備えている。
【００１２】
なお、図１中の実線は、光ファイバケーブルなどの光信号の接続を、破線はマイクロ波同軸ケーブルなどの電気信号の接続を表す。
【００１３】
次に動作について説明する。第１の波長可変レーザ２は、第１の波長可変レーザ制御装置１からの制御信号に従い所定波長のレーザ光が出力する。第１の波長可変レーザ２からの出力レーザ光は光ファイバを介して第１の光変調器４に入力される。第１の光変調器４に入力されたレーザ光は、第１のマイクロ波入力端子３から入力された第１のマイクロ波で変調されて出力される。第１の光変調器４により変調された変調光は、第１の光分配器５により複数（Ｍ個）に分岐され、各々第１の分散光ファイバプリズム２０に入射する。
【００１４】
図２は、第１の分散光ファイバプリズム２０の構成例を示す図である。図２に示すように、第１の分散光ファイバプリズム２０は、長さの異なる波長分散量が大きな高分散光ファイバ２１−１〜２１−Ｎで構成できる。高分散光ファイバを伝搬した後の群遅延時間は、ファイバの長さ、波長に比例するため、長さの異なる複数の高分散ファイバへの入力する光の波長を変えることにより、各高分散ファイバからの出射光の群遅延時間を制御することができる。同様の機能は、高分散ファイバの変わりに、チャープド・ファイバ・グレーティングなどを用いても実現することができる。
【００１５】
第１の分散光ファイバプリズム２０の各光ファイバを出力した各レーザ光は、各々光ファイバを介して各々光分波器３０−１〜３０−Ｍにて、それぞれ複数（Ｎ個）に分岐される。各分岐光は、それぞれ光ファイバを介して光電変換器４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎに入力され、第１のマイクロ波に各々変換される。
【００１６】
一方、第２の波長可変レーザ１２は、第２の波長可変レーザ制御装置１１からの制御信号に従い所定波長のレーザ光が出力する。第２の波長可変レーザ１２からの出力レーザ光は光ファイバを介して第２の光変調器１４に入力される。第２の光変調器１４に入力されたレーザ光は、第２のマイクロ波入力端子１３から入力された第２のマイクロ波で変調されて出力される。第２の光変調器１４により変調された変調光は、第２の光分配器１５により複数（Ｎ個）に分岐され、各々第２の分散光ファイバプリズム２２に入射する。
【００１７】
第２の光分配器１５からの各分岐光は、第２の分散光ファイバプリズム２２で、前記第１の分散光ファイバプリズム２０と同様に、第２の波長可変レーザ１２の波長により決まる遅延時間差の分布を形成して各々出力される。各出力光は、各々光ファイバを介して各々第２の光分波器３１−１〜３１−ＮにてＭ個に分岐される。各分岐光は、それぞれ光ファイバを介して第２の光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎに入力され、第２のマイクロ波に各々変換される。
【００１８】
マイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎは、第１のマイクロ波と第２のマイクロ波が入力され、第１のマイクロ波の周波数と第２のマイクロ波の周波数との和成分と差成分を出力する。ここで、例えば、マイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎに対し、第１のマイクロ波を中間周波数（ＩＦ）信号とし、第２のマイクロ波をローカル（ＬＯ）信号として入力すると、第１と第２の周波数の和の周波数成分のマイクロ波が出力される。このとき、各ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎの出力信号の位相分布は、各々第１、第２のマイクロ波の位相の和となる。
【００１９】
アレーアンテナ６１を構成する各アンテナ素子６０−１−１〜６０−Ｍ−Ｎは、前記マイクロ波の信号を各々入力することにより、アレーアンテナ６１からマイクロ波信号が放射される。
【００２０】
ここで、マイクロ波信号の位相分布（遅延時間分布）について説明する。
第１の分散光ファイバプリズム２０を出力したレーザ光は、各々第１の波長可変レーザ２の波長により、所定の遅延時間分布に変換される。各レーザ光は、互いに位相（遅延時間）差を保持したまま、光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎでマイクロ波に変換される。
【００２１】
同様に、第２の分散光ファイバプリズム２２から出力したレーザ光も、第２の波長可変レーザ１２の波長により、所定の遅延時間分布を取り、その分布を保持したまま、第２の光電変換器４１−１−１〜４０−Ｍ−Ｎで各々マイクロ波に変換される。
【００２２】
マイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎでは、前記第１の遅延時間分布と第２の遅延時間分布の和成分が出力されることから、第１の波長可変レーザ２の波長により、水平方向のビーム走査を、第２の波長可変レーザ１２の波長により、垂直方向のビーム走査が可能となり、２次元のビーム走査を行うことができる。
【００２３】
以上のように、実施の形態１によれば、水平方向のビーム走査用のマイクロ波信号と、垂直方向のマイクロ波信号とを別々に形成していることから、光変調器の必要数は２個に、また、分散光ファイバプリズム（従来例では分散ファイバ群と記述）も２個に、さらに、波長可変レーザも２個にするこができるため、大幅に部品点数を削減することができ、小型、軽量、低コスト化に有効となる。
【００２４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、二つの波長可変レーザの波長を制御することにより、２次元のビーム走査を実現したものであるが、次に、ビーム形状の制御と走査を併せて行う実施の形態について説明する。
【００２５】
図３は、この発明の実施の形態２に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図３に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置において、図１及び図２に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図３に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、図１に示す第１と第２の光変調器４と１４の代わりに、光分配器５と１５により分岐された各分岐光を第１と第２の所望の位相分布に従うマイクロ波に周波数変調する複数の光変調器４−１〜４−Ｍと１４−１〜１４−Ｎを備えている。  
【００２６】
ここで、複数の光変調器４−１〜４−Ｍは、第１のマイクロ波信号入力端子３から入力したマイクロ波信号を第１のマイクロ波分配器１０１により複数個に分岐した各分岐マイクロ波信号を、位相制御入力端子１０２からの入力信号に従い各マイクロ波移相器１０３−１〜１０３−Ｍにより位相変調したものを入力変調信号として入力し、第１の光分配器５により分岐された各分岐光を変調して第１の分散光ファイバプリズム２０に入力する。複数の光変調器１４−１〜１４−Ｎも同様に処理し、第２の光分配器１５により分岐された各分岐光を変調して第２の分散光ファイバプリズム２２に入力する。
【００２７】
次に動作について説明する。第１の波長可変レーザ２から出射した第１のレーザ光は、第１の光分配器５によりＭ個に分岐し、それぞれ第１の光変調器４−１〜４−Ｍに入力する。また、第１のマイクロ波信号入力端子３から入力したマイクロ波信号は、第１のマイクロ波分配器１０１により、複数Ｍ個に分岐される。各分岐マイクロ波信号は、各々マイクロ波移送器１０３−１〜１０３−Ｍにより、位相制御入力端子１０２からの入力信号に従い、各々位相変調されたマイクロ波信号となり、それぞれ光変調器４−１〜４−Ｍへの入力変調信号となる。各光変調器４−１〜４−Ｍから出力した変調光は、各々第１の分散光ファイバプリズム２０に入力され、実施の形態１と同様に、光分配器３０−１〜３０−Ｍで分岐し、各々光電変換器４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎでマイクロ波信号に変換される。
【００２８】
一方、第２の波長可変レーザ１２から出射した第２のレーザ光は、第２の光分配器１５によりＮ個に分岐し、それぞれ第２の光変調器１４−１〜１４−Ｎに入力する。また、第２のマイクロ波信号入力端子１３から入力したマイクロ波信号は、第２のマイクロ波分配器１１１により、複数Ｎ個に分岐される。各分岐マイクロ波信号は、各々マイクロ波移送器１１３−１〜１１３−Ｎにより、位相制御入力端子１１２からの入力信号に従い、各々位相変調されたマイクロ波信号となり、それぞれ光変調器１４−１〜１４−Ｎへの入力変調信号となる。各光変調器１４−１〜１４−Ｎから出力した変調光は、各々第２の分散光ファイバプリズム２２に入力され、実施の形態１と同様に、光分配器３１−１〜３１−Ｍで分岐し、光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎでマイクロ波信号に変換される。
【００２９】
従って、実施の形態２によれば、第１の波長可変レーザ２及び第２の波長可変レーザ１２から出射したレーザ光はそれぞれマイクロ波に変換され、マイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎで周波数変換される。このとき、第１の光変調器４−１〜４−Ｍに入力する各マイクロ波の位相分布を制御することにより、アレーアンテナ６１から放射するビームの水平方向の形状を制御し、第２の光変調器１４−１〜１４−Ｎに入力する各マイクロ波の位相分布を制御することにより、アレーアンテナ６１から放射するビームの垂直方向の形状を制御することができる。
【００３０】
また、第１の波長可変レーザ２の波長を制御することにより、前記のビーム形状を保ったまま、水平方向にビーム走査することができ、第２の波長可変レーザ１２の波長を制御することにより、垂直方向にビーム走査することが可能となる。
【００３１】
また、第１の光変調器４−１〜４−Ｍにより、水平方向の位相分布を中心素子を基準に１8０度反転させることにより、水平方向にヌルを形成したまま、ビームを走査することも可能である。
【００３２】
同様に、第２の光変調器１４−１〜１４−Ｎにより、垂直方向にヌルを形成すること、第１と第２の光変調器４−１〜４−Ｍ、１４−１〜１４−Ｎにより、水平垂直方向にヌルを形成し、走査することも可能となる。
【００３３】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図４に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置において、図１乃至図３に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図４に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、図３に示す光変調器４−１〜４−Ｍと１４−１〜１４−Ｎの代わりに、第１と第２の光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍと１３０−１〜１３０−Ｎを備えている。
【００３４】
次に動作について説明する。第１の波長可変レーザ２から出射した第１のレーザ光は、第１の光分配器５によりＭ個に分岐され、それぞれ第１の光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍに入力される。光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍでは、入力光を二分し、片方の光の周波数を第１のマイクロ波入力端子３から入力される第１のマイクロ波の周波数に応じてシフトさせ、他方の光の位相を位相制御入力端子１０２から入力される位相制御信号に応じて位相シフトさせる。周波数、位相シフトされた各分岐光を合成し出力する。例えば、第１の波長可変レーザ２の出力光をｓｉｎ（２π・ｆｃ１・ｔ）とおくと、第１の光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍからの出力光は、ｓｉｎ[２π（ｆｃ１＋ｆＲＦ１）ｔ]とｓｉｎ（２π・ｆｃ１・ｔ＋φ１）の２光となる。なお、周波数のシフト量をｆＲＦ１と、位相シフト量をφ１とおいた。また、二分岐した光の片方に対し、周波数シフトかつ位相シフトをさせてもよい。この場合は、出力光はｓｉｎ[２π（ｆｃ＋ｆＲＦ）ｔ＋φ]とｓｉｎ（２π・ｆｃ・ｔ）の２光となる。
【００３５】
このような光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍは、音響光学効果を用いた光周波数シフタや、電気光学効果を用いた光位相変調器などで実現することができる。各第１の光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍから出力した第１の変換光は、各々第１の分散光ファイバプリズム２０に入力され、実施の形態２と同様に、光分配器３０−１〜３０−Ｍで分岐され、光電変換器４０−１−１〜Ｍ−Ｎでマイクロ波信号に変換される。
【００３６】
一方、第２の波長可変レーザ１２から出射した第２のレーザ光は、第２の光分配器１５によりＮ個に分岐され、それぞれ第２の光周波数・位相変換装置１３０−１〜１３０−Ｎに入力される。第２の光周波数・位相変換装置１３０−１〜１３０−Ｎでは、第１の光周波数・位相変換装置１２０−１〜１２０−Ｍと同様に、第２のマイクロ波周波数により周波数シフト、第２の位相制御信号により位相シフトされた合成光を出力する。このとき、第２の波長可変レーザ１２の出力光をｓｉｎ（２π・ｆｃ２・ｔ）とおくと、第２の光周波数・位相変換装置からの出力光は、ｓｉｎ[２π（ｆｃ２＋ｆＲＦ２）ｔ]とｓｉｎ（２π・ｆｃ２・ｔ＋φ２）の二光となる。なお、周波数のシフト量をｆＲＦ２と、位相シフト量をφ２とおいた。
【００３７】
各第２の光周波数・位相変換装置１３０−１〜１３０−Ｎから出力した変換光は、各々第２の分散光ファイバプリズム２２に入力され、実施の形態２と同様に、光分配器３１−１〜３１−Ｎで分岐され、光電変換器４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎでマイクロ波信号に変換される。
【００３８】
従って、実施の形態３によれば、第１の波長可変レーザ２及び第２の波長可変レーザ１２から出射したレーザ光はそれぞれマイクロ波に変換され、マイクロ波ミキサ５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎで周波数変換され、実施の形態２と同様の機能を実現することができる。
【００３９】
前記の実施の形態２では、光信号に重畳するマイクロ波の位相を制御していることから、マイクロ波の波長オーダのサイズの移送器が必要となるが、本実施の形態３では、光の位相を制御していることから、移送器のサイズは光の波長オーダにすることができるため、実施の形態２に対し、装置の小型・軽量化に有効である。
【００４０】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図５に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置において、図１乃至図４に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図５に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、図１に示す第１の光変調器４と第１の光分配器５の代わりに、第１の波長可変レーザ２から出力された光を、第１のマイクロ波入力端子３から入力される第１のマイクロ波で離調（周波数シフト）した周波数差の二光に変換する第１の光周波数変換装置１４０と、第１の光周波数変換装置１４０の出力した一方の光を、第１の信号光ビーム２１０に変換するビーム変換装置としてのレンズ２００と、レンズ２００からの信号光ビーム２１０を制御信号入力端子２０１からの入力信号に応じて所望の位相分布の信号光ビームに変換変調する第１の空間位相変調器２０２と、第１の光周波数変換装置１４０の出力した他方の光を、ローカル光ビーム２１１に変換するビーム変換装置としてのレンズ２０４と、信号光ビームとローカル光ビームとを空間的に合成する光合成器としてのビーム合成器２０３と、ビーム合成器２０３からの合成光ビーム２１２を空間的にサンプリングする第１の光ファイバアレー２０５とを備えている。
【００４１】
同様に、図１に示す第２の光変調器１４と第２の光分配器１５の代わりに、第２の光周波数変換装置１４１と、レンズ２２０と、第２の空間位相変調器２２２と、レンズ２２４と、ビーム合成器２２３と、第２の光ファイバアレー２２５とを備えている。
【００４２】
次に動作について説明する。第１の波長可変レーザ２から出射した光は、マイクロ波入力端子３から入力されたマイクロ波信号を入力として、第１の光周波数変換装置１４０にて、２分岐され、二つの分岐光間の周波数差がマイクロ波となり、出力される。片側の出力光を信号光と、他方をローカル光とおく。このような光周波数変換装置１４０は、ＬｉＮｂＯ３を用いたマッハツェンダー型光変調器などを用いることにより実現されている。信号光は空間に放射され、レンズ２００により信号光ビーム２１０に変換された後、第１の空間光変調器２０２に入力する。信号光ビーム２１０は、第１の空間光変調器２０２において、空間光変調器制御信号入力端子２０１からの入力信号により、所望の位相分布の信号光ビーム２１０に変換され、ビーム合成器２０３に入射する。空間位相変調器としては、例えば液晶などにより実用化されている。
【００４３】
一方、ローカル光ビームも空間に放射され、レンズ２０４によりローカル光ビーム２１１に変換された後、ビーム合成器２０３により、前述の信号光ビーム２１０と空間的に合成される。合成ビーム光２１２は、第１の光ファイバアレー２０５の各光ファイバに入射し、第１の分散光ファイバプリズム２０にて、第１の波長可変レーザ２の波長に応じた遅延時間分布に変換される。
【００４４】
また、第２の波長可変レーザ１２から出射した光も同様に、第２の周波数変換装置１４１により、第２の信号光と第２のローカル光の二光に変換され、空間に放射され、レンズ２２０、２２４により第２の信号光ビーム２３０、ローカル光ビーム２３１となる。第２の信号光ビーム２３０は、第２の空間位相変調器２２２により所望の位相分布の信号光ビーム２３０に変換され、ビーム合成器２２３に入射する。また、第２のローカル光ビーム２３１もビーム合成器２２３に入射し、信号光ビーム２３０と空間的に合成される。合成ビーム光２３２は、第２の光ファイバアレー２２５の各光ファイバに入射し、第２の分散光ファイバプリズム２２にて、第２の波長可変レーザ１２の波長に応じた遅延時間分布に変換される。
【００４５】
従って、実施の形態４によれば、第１および第２の空間位相変調器２０２、２２２を用いて、光波の位相分布を制御することから、アンテナの素子数の増加量に対する、位相変調機能のサイズの増加量は小さくなる。
【００４６】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図６に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置において、図１乃至図５に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図６に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、図５に示す第２の光周波数変換装置１４１と、レンズ２２０と、第２の空間位相変調器２２２と、レンズ２２４と、ビーム合成器２２３と、第２の光ファイバアレー２２５の代わりに、光変調器１４と光分配器１５とを備えている。また、光ファイバアレー２０５が複数Ｎ層に積層された２次元光ファイバアレーで構成されている。
【００４７】
次に動作について説明する。第１の波長可変レーザ２から出射した光は、マイクロ波入力端子３から入力されたマイクロ波信号を入力として、第１の光周波数変換装置１４０にて、信号光と、ローカル光に変換される。信号光は空間に放射され、レンズ２００により信号光ビーム２１０に変換された後、空間光変調器２０２に入力する。信号光ビーム２１０は、空間光変調器２０２において、空間光変調器制御信号入力端子２０１からの入力信号により、所望の２次元位相分布の信号光ビーム２１０に変換され、ビーム合成器２０３に入射する。
【００４８】
一方、ローカル光ビームも空間に放射され、レンズ２０４によりローカル光ビーム２１１に変換された後、ビーム合成器２０３により、前述の信号光ビーム２１０と空間的に合成される。合成ビーム光２１２は、光ファイバアレーが複数Ｎ層に積層された２次元光ファイバアレー２０５の各光ファイバに入力する。各２次元光ファイバアレー２０５を構成する各光ファイバアレーに入射した光は、各々分散光ファイバプリズム２０−１〜２０−Ｎによりその第１の波長可変レーザ２の波長に応じた遅延時間分布をとり、光電変換器４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎにて、その遅延時間分布を保持したマイクロ波信号に変換される。
【００４９】
また、第２の波長可変レーザ１２から出射した光は、光変調器１３により第２のマイクロ波で変調され、第２の光分配器１５により、複数Ｎ個に分岐し、各々第２の分散光ファイバプリズム２２に入射する。
【００５０】
従って、実施の形態５によれば、第１の信号光ビーム２１０に対し、２次元的に位相分布を制御できることから、アレーアンテナから放射するビームの形状を２次元的に制御しつつ、垂直、水平方向にビームを走査することが可能となる。
【００５１】
また、２次元の空間位相変調器２０３により、全てのアンテナ素子６０−１−１〜６０−Ｍ−Ｎに対し、独立に位相制御が可能となることから、各アンテナ素子６０−１−１〜６０−Ｍ−Ｎに接続されたマイクロ波ケーブル、光ファイバ間の長さのバラツキを、校正することも可能となる。
【００５２】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図７に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置において、図１乃至図６に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図７に示す光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置は、図６示す空間位相変調器２０２の代わりに、レンズ２００からの信号光ビーム２１０の強度分布を制御信号入力端子２０１からの入力信号により変調する光空間変調器３００と、光空間変調器３００からの変調光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系としての光学レンズ３０１とを備えている。
【００５３】
すなわち、上述した実施の形態５および６においては、空間位相変調器２０２，２２２を用いて位相分布を制御していたが、図７のようなフーリエ変換光学系を用いて位相分布を制御しても良い。ここで、信号光ビーム２１０の空間強度分布を所望のアンテナ放射ビーム形状としたとき、フーリエ変換光学系３０１により、光ファイバアレー２０５の入射面には、前記の信号光の空間強度分布がフーリエ変換された分布が形成され、光ファイバアレー２０５にサンプリングされる。これが、光電変換装置４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎでマイクロ波に変換され、アレーアンテナ６１から空間に放射するビームの形状は、前記の信号光の空間強度分布と相似な形状となる。さらに、第１、第２の波長可変レーザ２、１２の波長を制御することにより、ビーム形状を維持したまま、ビームを走査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の第１の分散光ファイバプリズム２０の構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る光制御型ＴＴＤアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１の波長可変レーザ制御装置、２  第１の波長可変レーザ、３  第１のマイクロ波入力端子、４，４−１〜４−Ｍ  第１の光変調器、５  第１の光分配器、１１  第２の波長可変レーザ制御装置、１２  第２の波長可変レーザ、１３  第２のマイクロ波入力端子、１４，１４−１〜１４−Ｎ  第２の光変調器、１５  第２の光分配器、２０  第１の分散光ファイバプリズム、２１−１〜２１−Ｎ  高分散光ファイバ、２２  第２の分散光ファイバプリズム、３０−１〜３０−Ｍ  第１の光分波器、３１−１〜３１−Ｎ  第２の光分波器、４０−１−１〜４０−Ｍ−Ｎ  第１の光電変換器、４１−１−１〜４１−Ｍ−Ｎ  第２の光電変換器、５０−１−１〜５０−Ｍ−Ｎ  マイクロ波ミキサ、６０−１−１〜６０−Ｍ−Ｎ  アンテナ素子、６１  アレーアンテナ、１０１  第１のマイクロ波分配器、１０２  位相制御入力端子、１０３−１〜１０３−Ｍ  マイクロ波移相器、１１１  第２のマイクロ波分配器、１１２  位相制御入力端子、１２０−１〜１２０−Ｍ  第１の光周波数・位相変換装置、１３０−１〜１３０−Ｎ  第２の光周波数・位相変換装置、１４０  第１の光周波数変換装置、１４１  第２の光周波数変換装置、２００  レンズ、２０１  制御信号入力端子、２０２  第１の空間位相変調器、２０３  ビーム合成器、２０４  レンズ、２０５  第１の光ファイバアレー、２１０  第１の信号光ビーム、２１１  ローカル光ビーム、２１２  合成光ビーム、２２０  レンズ、２２２  第２の空間位相変調器、２２４  レンズ、２２３  ビーム合成器、２２５  第２の光ファイバアレー、３００  光空間変調器、３０１  光学レンズ。
【図１】
0004475592.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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