(57)【要約】【課題】ミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号（直流信号を含む）との合分波を行う。【解決手段】高周波配線基板１０１上に、信号の入出力端子２，３を備えた２つの配線１０２と、この２つの配線１０２を結合した１つの配線１０２とを備え、これら２つの配線１０２と１つの配線１０２との間で信号を合成、分離する周波数信号合成分離回路である。上記２つの配線１０２の一方に高域通過フィルタ１０３を、他方に帯域除去フィルタ１０４をそれぞれ備えた。これらのフィルタ１０３，１０４によって、上記高域通過フィルタ１０３の通過帯域周波数であり且つ上記帯域除去フィルタ１０４の除去帯域周波数である高周波信号と、上記高域通過フィルタ１０３の非通過領域の低域側高周波信号、及び直流信号とを合成、分離する。また、上述の周波数信号合成分離回路を、光無線融合伝送システム、光変調モジュール並びに光通信システムに用いた。【選択図】図１
2007096928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、信号の入出力端子を備えた複数の配線と、当該複数の配線を結合した１つの配線とを備え、これら複数の配線と１つの配線との間で信号を合成、分離する周波数信号合成分離回路であって、
上記複数の配線に、それぞれの配線に振り分けられた周波数帯域を通過させる特定帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする周波数信号合成分離回路。
【請求項２】
高周波配線基板上に、信号の入出力端子を備えた２つの配線と、当該２つの配線を結合した１つの配線とを備え、これら２つの配線と１つの配線との間で信号を合成、分離する周波数信号合成分離回路であって、
上記２つの配線の一方に高域通過フィルタを、他方に帯域除去フィルタをそれぞれ備え、
上記高域通過フィルタの通過帯域周波数であり且つ上記帯域除去フィルタの除去帯域周波数である高周波信号と、上記高域通過フィルタの非通過領域の低域側高周波信号、及び直流信号とを合成、分離することを特徴とする周波数信号合成分離回路。
【請求項３】
請求項２に記載の周波数信号合成分離回路において、
上記合成又は分離される周波数が、３５ＧＨｚ以上のミリ波帯周波数と、直流から１８ＧＨｚ以下のマイクロ波帯周波数であることを特徴とする周波数信号合成分離回路。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の周波数信号合成分離回路において、
上記各配線を含む回路がマイクロ・ストリップライン構造の分布定数回路であり、
上記高域通過フィルタが容量性結合回路、上記帯域除去フィルタが先端開放型スタブ回路であることを特徴とする周波数信号合成分離回路。
【請求項５】
周波数帯域の異なる複数の高周波信号を合成する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路と、
当該周波数信号合成分離回路で合成した高周波信号によって搬送光を強度変調する光変調素子と、
当該光変調素子で強度変調した搬送光を伝送する光ファイバーと、
当該光ファイバーを伝送された搬送光を高周波信号に変換する受光素子と、
当該受光素子で変換した高周波信号を元の複数の高周波信号に分離再生する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路と
を備えて構成されたことを特徴とする光無線融合伝送システム。
【請求項６】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路を用いて２つの異なった周波数帯域の高周波信号を合成した後、当該信号に基づいて一つの光変調素子によって単一搬送光を強度変調し、当該搬送光を光ファイバーにより受光素子まで伝送し、当該受光素子により高周波信号に変換した後、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路を用いて元の２つの異なった周波数帯域の高周波信号に分離再生することを特徴とする光無線融合伝送システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光無線融合伝送システムにおいて、
上記光変調素子に加える直流バイアス電圧を、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路の直流通過端子より供給することを特徴とする光無線融合伝送システム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光無線融合伝送システムにおいて、
上記受光素子に加える逆バイアス電圧の電流帰還用抵抗を、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路の直流通過端子の外部に設置することを特徴とする光無線融合伝送システム。
【請求項９】
高周波信号に基づいて搬送光を強度変調する光変調素子を搭載した光変調モジュールであって、
高周波用基板上に、外部回路と接続される入出力端子を備えた複数の配線と、当該複数の配線を結合して上記光変調素子と接続される１つの配線と、上記複数の配線にそれぞれ設けられ各配線に振り分けられた周波数帯域を通過させる特定帯域通過フィルタと、上記１つの配線に設けられ上記光変調素子と上記外部回路との特性インピーダンスを整合する整合回路とを備え、
異なる複数の周波数帯域の高周波信号を供給し合成した後、上記光変調素子で光強度変調を行う機能を集積したことを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１０】
高周波信号に基づいて搬送光を強度変調する光変調素子を搭載した光変調モジュールであって、
高周波用基板上に、外部回路と接続される入出力端子を備えた２つの配線と、当該２つの配線を結合して上記光変調素子と接続される１つの配線と、上記２つの配線の一方に設けられた高域通過フィルタと、上記２つの配線の他方に設けられた帯域除去フィルタと、上記１つの配線に設けられ上記光変調素子と上記外部回路との特性インピーダンスを整合する整合回路とを備え、
２つの異なった周波数帯域の高周波信号を供給し合成した後、上記光変調素子で光強度変調を行う機能を集積したことを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光変調モジュールにおいて、
上記高周波用基板上に、マイクロ・ストリップライン構造の分布定数回路によりなる、上記高域通過フィルタとしての容量性結合回路と、上記帯域除去フィルタとしての先端開放型スタブ回路と、上記整合回路としての先端開放型スタブとを備えたことを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１２】
請求項１０に記載の光変調モジュールにおいて、
上記光変調素子用の直流バイアス電圧供給回路を備え、
当該直流バイアス電圧供給回路でバイアス電圧を供給すると共に、２つの異なった周波数帯域の高周波信号を供給し合成した後、上記光変調素子で光強度変調を行う機能を集積したことを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１３】
請求項１０の光変調モジュールにおいて、
上記高周波用基板上に、マイクロ・ストリップライン構造によりなる、上記高域通過フィルタとしての容量性結合回路、上記帯域除去フィルタとしての先端開放型スタブ回路、上記整合回路としての先端開放型スタブ、並びにインダクタクタンス部品、キャパシタンス部品よりなる光変調素子用の直流バイアス電圧供給回路とを備え、
当該直流バイアス電圧供給回路でバイアス電圧を供給すると共に、２つの異なった周波数帯域の高周波信号を供給し合成した後、上記光変調素子で光強度変調を行う機能を集積したことを特徴とする光変調モジュール。
【請求項１４】
ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムのＯＬＴ、ＯＮＵ内に、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の周波数信号合成分離回路を設置して、ベースバント信号とビデオ信号を多重化し配信することを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数信号を合成し、分離する周波数信号合成分離回路に関するものである。また、周波数信号合成分離回路によって合成された高周波信号により変調した光を光ファイバー中に伝送させ、受光素子で当該光を高周波信号に再生（復調）した後周波数信号合成分離回路によって合成前の高周波信号に分離する光無線融合伝送システム、光変調モジュール並びに光通信システムに関するものである。
【０００２】
特に、３５ＧＨｚ以上のミリ波帯高周波信号と、直流から１８ＧＨｚ以下のマイクロ波帯高周波信号との多重化、３５ＧＨｚ以上のミリ波帯高周波信号と１０Ｇｂｐｓ以下のベースバント信号との多重化を行う周波数信号合成分離回路、光無線融合伝送システム、周波数信号合成分離回路応用光変復調モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、本分野の技術として特許文献１の段落［０００３］〜段落［０００８］に開示された光無線融合伝送スシテムがあった。
【０００４】
図７は、かかる従来の光無線融合伝送スシテム分野の信号多重化技術で特許文献１に開示された無線基地局内ダウンリンク回路の構成図である。
【０００５】
図７に示すように複数の無線器７０１、７０２、７０３から発信される高周波信号は多重化装置７０４で単一の高周波信号に多重化される。その後、光変調器（Ｅ／Ｏ）７０６において光源７０５より発せられた単一光信号を、多重化された高周波信号により変調し、光ファイバー伝送路７０７に送出する方法が説明されている。
【０００６】
特許文献１に開示されている前述の構成は、単一光源からの分岐された光を其々の無線器の発信出力で変調した後に光合成する方法における光の干渉等の課題を解決する方法として示されており、高周波信号を多重化して単一光ファイバー伝送路で伝送する方法として効果を得ている。
【０００７】
一方、当該伝送スシテム技術の他の信号多重化方法として特許文献２に開示された光無線融合伝送スシテムがあった。
【０００８】
図８は、かかる従来の光無線融合伝送スシテム分野の信号多重化技術で特許文献２に開示された無線基地局内ダウンリンク回路の構成図である。
【０００９】
図８に示すように複数の無線器８０１、８０２、８０３から発信される高周波信号で光信号を変調する際、無線器毎に光信号の波長の異なる光源８０４、８０５、８０６を備え、無線器毎に設けられた光変調器（Ｅ／Ｏ）８０７、８０８、８０９で無線器毎の異なる波長の光信号を変調し、その後光合成器８１０で光波長多重され光ファイバー伝送路８１１に送出する方法が説明されている。
【００１０】
特許文献２に開示されている前述の構成は、複数の光源からの波長の異なる光を其々の無線器の発信出力で変調した後に光合成する方法である為に、光合成時の干渉問題を解決でき、高周波信号を多重化して単一光ファイバー伝送路で伝送する方法として効果を得ている。
【００１１】
次に、光無線融合伝送スシテムに用いられる光変調器の例として特許文献３に開示された光モジュールがあった。
【００１２】
図９は、かかる従来の光モジュールでの高周波信号の特性インピーダンス整合方法を示した図である。
【００１３】
図９に示すように光変調素子９０１と外部回路との接続用高周波コネクタ９０２間を接続するマイクロストリップ線路９０３に先端開放型スタブを配した整合回路９０４を設け、当該スタブ長、又はスタブ幅を調整し、光変調素子９０１を含む光モジュールの特性インピーダンスを外部回路の特性インピーダンスと整合し、外部回路からの高周波信号を損失無く光変調素子９０１に伝達する方法が説明されている。
【００１４】
特許文献３に開示されている前述の光モジュールでは、光半導体素子、例えば電界吸収型光変調器の素子長を短くして低容量化を図り、数十ＧＨｚを超えた高周波領域で使用する場合の外部回路との特性インピーダンスの整合方法として効果を得ている。
【特許文献１】特開２００１ー１０３０３８号公報
【特許文献２】特開２００１ー１０３０３９号公報
【特許文献３】特開平１１ー３８３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１示される構成に使用されている高周波信号の多重化装置については、詳細な記述が無い。仮に、一般に知られているウィルキンソン型高周波信号合波器を使用した場合では、当該合波器の周波数帯域がそれ程広く無く、それ故に多重化可能な高周波信号の周波数帯域が限定される。更に、抵抗型高周波信号合波器では周波数帯域こそある程度広く設定可能であるものの、合波器の持つ高周波挿入損失が大きく、光変調に必要な信号以上の電力を各無線器が出力しなければならない等の問題があり、実用上の課題があった。
【００１６】
また、特許文献２に示される構成の光無線融合伝送スシテムでは、複数の光源、光変調器を使用して光波長多重方式による伝送の為、装置コストが高くなり、実用的ではないとの指摘があった。
【００１７】
更に、特許文献３に示される光モジュールでは、数十ＧＨｚを超えるミリ波帯高周波信号を取り扱う光変調器を提供できたが、マイクロ波帯高周波信号やベースバンド信号をも同時に供給し光変調することは不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明に係る周波数信号合成分離回路は、複数の信号を合成、分離するための回路である。特に、ミリ波帯周波数とマイクロ波帯周波数の２つの信号を合成、分離するための回路である。
【００１９】
本発明に係る周波数信号合成分離回路は、高周波配線基板上に、信号の入出力端子を備えた２つの配線と、当該２つの配線を結合した１つの配線とを備え、これら２つの配線と１つの配線との間で信号を合成、分離する周波数信号合成分離回路であって、上記２つの配線の一方に高域通過フィルタを、他方に帯域除去フィルタをそれぞれ備え、上記高域通過フィルタの通過帯域周波数であり且つ上記帯域除去フィルタの除去帯域周波数である高周波信号と、上記高域通過フィルタの非通過領域の低域側高周波信号とを合成、分離することを特徴とする。合成、分離する信号は３つ以上の場合もある。
【００２０】
上記周波数信号合成分離回路を用いて光無線融合伝送システムを構成してもよい。この光無線融合伝送システムは、上記周波数信号合成分離回路を用いて２つの異なった周波数帯域の高周波信号を合成した後、当該信号に基づいて一つの光変調素子によって単一搬送光を強度変調し、当該搬送光を光ファイバーにより受光素子まで伝送し、当該受光素子により高周波信号に変換した後、上記周波数信号合成分離回路を用いて元の２つの異なった周波数帯域の高周波信号に分離再生することを特徴とする。合成、分離する信号は３つ以上の場合もある。
【００２１】
上記光変調素子に加える直流バイアス電圧を、上記周波数信号合成分離回路の直流通過端子より供給するようにしてもよい。
【００２２】
上記周波数信号合成分離回路を用いて光変調モジュールを構成してもよい。この光変調モジュールは、高周波信号に基づいて搬送光を強度変調する光変調素子を搭載した光変調モジュールであって、高周波用基板上に、外部回路と接続される入出力端子を備えた２つの配線と、当該２つの配線を結合して上記光変調素子と接続される１つの配線と、上記２つの配線の一方に設けられた高域通過フィルタと、上記２つの配線の他方に設けられた帯域除去フィルタと、上記１つの配線に設けられ上記光変調素子と上記外部回路との特性インピーダンスを整合する整合回路とを備え、２つの異なった周波数帯域の高周波信号を供給し合成した後、上記光変調素子で光強度変調を行う機能を集積したことを特徴とする。合成する信号は３つ以上の場合もある。
【００２３】
また、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムのＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）内に、上記周波数信号合成分離回路を設置して、ベースバント信号とビデオ信号を多重化し配信するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
上記周波数信号合成分離回路により、ミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とを合成、分離することができる。
【００２５】
上記周波数信号合成分離回路を、光無線融合伝送スシテムに応用することにより、マイクロ波帯高周波信号及びミリ波帯高周波信号は勿論のこと、ベースバンド信号をも多重化して伝送することが可能になる。
【００２６】
従来のように、複数の光変調器、搬送光発生器、及び波長多重化器等を用いる事無く、異なった帯域の高周波信号を伝送できる。
【００２７】
上記光変調素子に加える直流バイアス電圧を、上記周波数信号合成分離回路の直流通過端子より供給することで、光無線融合伝送システムのより一層の低コストが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態に係る周波数信号合成分離回路について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る周波数信号合成分離回路を示す原理図である。
【００２９】
図中の１０１は回路を形成する基板である。この基板１０１上に３つの端子（端子１〜３）を接続する配線１０２が形成されている。この配線１０２の特性インピーダンスは例えば５０Ωに設定される。なお、図１では基板表裏の導体で形成されたマイクロ・ストリップライン構造の配線を想定して図示している。
【００３０】
上記３つの端子のうち端子１は、ミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の両方を入力、出力する共通入出力端子である。端子２は、ミリ波高周波信号を入力、出力する入出力端子である。端子３は、マイクロ波帯高周波信号を入力、出力する入出力端子である。
【００３１】
上述の配線１０２上のうち、端子２への配線には高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦ）１０３が、端子３への配線には帯域除去フィルタ（以下、ＢＲＦ）１０４が設けられている。これらＨＰＦ１０３、ＢＲＦ１０４は、配線導体１０２と同様の導体回路で形成された分布定数回路や、表面実装部品等の集中定数回路により形成される。
【００３２】
図２は前述の周波数信号合成分離回路の実回路例を示している。想定する使用周波数帯域は６０ＧＨｚのミリ波帯と、１０ＧＨｚ以下のマイクロ波帯であり、共に配線導体回路により形成された分布定数回路、集中定数回路である。６０ＧＨｚ帯のミリ波高周波信号は、国際的にも無線局免許が必要無く、将来パーソナル・エリア・ネットワーク用周波数として有望とされる高周波信号である。１０ＧＨｚ以下のマイクロ波帯高周波信号は、現在ＩＥＥＥ８０２．１１系無線ＬＡＮや、携帯電話、ＰＨＳなどで使用されている高周波信号である。
【００３３】
図２（ａ）の実回路例では、上記ＨＰＦ１０３に相当するものは容量性結合回路であり、上記ＢＲＦ１０４に相当するものはストレート・スタブである。また、図２（ｂ）の実回路例では、上記ＨＰＦ１０３に相当するものは図２（ａ）と同様の容量性結合回路であり、上記ＢＲＦ１０４に相当するものは扇形スタブである。
【００３４】
また、基板１０１には、ＰＴＦＥ等の合成樹脂を用いることができる。小型化を目的とする場合は、誘電率の高いセラミック等の材料を用いた基板を使用できる。更に、配線導体回路の形成は、公知のホトリソグラフィ技術を用いて行う。
【００３５】
なお、上記ＨＰＦ１０３及びＢＲＦ１０４としては、上述した容量性結合回路、ストレート・スタブ及び扇形スタブに限らず、他の分布定数回路や、コプレーナ配線回路等でも設計可能である。また、ここでは、想定する使用周波数帯域を６０ＧＨｚのミリ波帯と１０ＧＨｚ以下のマイクロ波としたが、ＨＰＦ１０３、ＢＲＦ１０４を構成する回路の選択により、その他の周波数帯域でも同様の機能を達成できることは言うまでもない。例えば、３５ＧＨｚ以上のミリ波帯周波数と、直流から１８ＧＨｚ以下のマイクロ波帯周波数とを、合成、分離することができる。さらに、他の周波数帯域でも、ＨＰＦ１０３及びＢＲＦ１０４を構成する回路の選択により、２つの使用周波数帯域を合成、分離することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、マイクロ・ストリップライン構造の配線を想定したが、この回路以外にも、通常のインダクタンス素子、キャパシタンス素子等のチップ部品を使用した集中定数回路を用いても良い。
【００３７】
次に、上記構成の周波数信号合成分離回路の動作を、図１に基づいて説明する。まず、信号の分離動作について説明する。
【００３８】
図１の共通入力端子である端子１では、ミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とが供給される。上記２つの高周波信号は、前述のＨＰＦ１０３、ＢＲＦ１０４によってミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とに分離されてそれぞれ端子２、端子３に出力される。具体的には、以下のようにして２つの信号に分離される。
【００３９】
端子１より入力されたミリ波帯高周波信号は、例えば５０ＧＨｚ帯以上を通過させるＨＰＦ１０３を通して端子２に出力される。一方、６０ＧＨｚ帯近傍で端子１から端子３を見た特性インピーダンスが無限大になるように設定されたＢＲＦ１０４により、ミリ波帯高周波信号は交差部で反射されて、端子３には出力されない。
【００４０】
また、端子１より入力されたマイクロ波帯高周波信号は、端子２側に設けられた例えば５０ＧＨｚ帯以上を通過させるＨＰＦ１０３に阻止されるため、端子２には出力されない。一方、端子３側の配線には６０ＧＨｚ帯近傍のみを反射させるＢＲＦ１０４のみしか配置されておらず、１０ＧＨｚ以下のマイクロ波帯高周波信号はその影響を受けないため、端子３にそのまま出力される。
【００４１】
これにより、端子１から入力されたミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とが、端子２，３にそれぞれ分離されて出力される。
【００４２】
次に、同一の回路を使用して、ミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とを合成する動作について説明する。
【００４３】
この場合、端子２は６０ＧＨｚ帯のミリ波高周波信号の入力端子、端子３は１０ＧＨｚ以下のマイクロ波帯高周波信号の入力端子であり、端子１はミリ波高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の合成信号の出力端子ある。
【００４４】
端子２より入力された６０ＧＨｚ帯のミリ波高周波入力信号は、例えば５０ＧＨｚ帯以上を通過させるＨＰＦ１０３を通過して、端子１及び端子３に向かう。この場合において、端子３側の配線では、６０ＧＨｚ帯近傍のみを反射させるＢＲＦ１０４が設置されており、端子２から端子３を見た特性インピーダンスが無限大であるため、反射されてしまい、端子３側にミリ波高周波信号が伝達されることはない。一方、端子１側には、フィルタが設けられていないため、そのまま出力される。
【００４５】
次に、端子３より入力されたマイクロ波帯高周波信号は、ＢＲＦ１０４を通過して、端子１及び端子２側に向かう。この場合において、端子２側の配線には５０ＧＨｚ帯以下を遮断するＨＰＦ１０３が設置されているため、マイクロ波帯高周波信号はＨＰＦ１０３で遮断されて通過できず、端子２には出力されない。一方、端子１側には、フィルタが設けられていないため、そのまま出力される。この結果、端子３に入力されたマイクロ波帯高周波信号は端子１のみに出力される。
【００４６】
このため、端子２にミリ波帯高周波信号が、端子３にマイクロ波帯高周波信号がそれぞれ入力されると、これらの信号は、合成されて端子１から出力される。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る周波数信号合成分離回路によれば、分布定数回路、集中定数回路よりなるＨＰＦ１０３及びＢＲＦ１０４を用いることにより、端子１から入力されたミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号は端子２及び端子３にそれぞれ分離されて出力されることになる。また、逆に端子２と端子３に入力されたミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号は合成されて端子１より出力される。
【００４８】
図３（ａ）は図２（ａ）に示した周波数信号合成分離回路の実際の試作例におけるミリ波帯高周波信号端子（端子２）の入力反射特性、及びミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の共通端子（端子１）とミリ波帯高周波信号端子（端子２）間の挿入損失特性を示している。また、図３（ｂ）は同様にマイクロ波帯高周波信号端子（端子３）の入力反射特性、及びミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の共通端子（端子１）とマイクロ波帯高周波信号端子（端子３）間の挿入損失特性を示している。
【００４９】
この図３に示す特性評価結果から明らかなように、本実施形態に係る周波数信号合成分離回路では、其々の高周波帯域での挿入損失が非常に小さく、例えば６０ＧＨｚ帯高周波信号の損失は凡そ２ｄＢ以下、マイクロ波帯の挿入損失は殆ど無いという非常に良好な特性が入出力コネクタの損失を含んでも得られる事が確認でき、且つ各端子の入力反射もミリ波帯でー１０ｄＢ以下、マイクロ波帯でー２０ｄＢと良好な特性が得られた。
【００５０】
また、ミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の共通端子（端子１）とマイクロ波帯高周波信号端子（端子３）間は直流的に接続されており、直流電圧、直流電流の印加も可能である。
【００５１】
以上、詳細に示したように、本実施形態に係る周波数信号合成分離回路では、従来のウィルキンソン型高周波合分波器や、抵抗型高周波合分波器では得られない態様である、ミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号（直流信号を含む）との合分波が可能となる。
【００５２】
この結果、本実施形態に係る周波数信号合成分離回路を、後述する光無線融合伝送スシテムに応用することにより、マイクロ波帯高周波信号及びミリ波帯高周波信号は勿論のこと、ベースバンド信号をも多重化して伝送することが可能になるという優れた特徴を有する。
【００５３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、上述した第１実施形態の周波数信号合成分離回路を光無線融合伝送スシテムに応用したものである。
【００５４】
図４は、第１実施形態で説明した周波数信号合成分離回路を使用した光無線融合伝送スシテムの構成図である。
【００５５】
４０１、４０２は第１実施形態で説明した周波数信号合成分離回路である。具体的には、図２で示した周波数信号合成分離回路を内蔵している。なお、この周波数信号合成分離回路の端子１に相当する端子の標語を「ｃｏｍ」、同様に端子２を「ｍｍ」、端子３を「ｍｉｃｒｏ」としている。「ｃｏｍ」は後述する光強度変調器４０３ａに、「ｍｍ」は後述するミリ波帯無線器４０６に、「ｍｉｃｒｏ」は後述するバイアスＴ４１２を介してマイクロ波帯無線信号４０７にそれぞれ接続されている。
【００５６】
次に、光系の構成について示す。４０３ａは光強度変調器である。この光強度変調器４０３ａは、周波数信号合成分離回路４０１で合成された電気信号を光の信号に変換するための素子である。即ち、周波数信号合成分離回路４０１で合成された高周波信号によって単一搬送光を強度変調するための光変調素子である。光強度変調器４０３ａとしては例えば、電界吸収型光変調器等が用いられる。４０３ｂ、４０３ｃは当該光強度変調器４０３ａ用の直流バイアス電圧発生回路、変調器内温度制御回路である。光強度変調器４０３ａ用の直流バイアス電圧はバイアスＴ４１２を介して供給されている。
【００５７】
４０４ａは搬送光発生器である。この搬送光発生器４０４ａは、例えばＭＱＷーＤＦＢレーザ・ダオード等で構成され、信号を載せるベースとなるレーザ光（単一搬送光）を発生する。この搬送光発生器４０４ａで発生されたレーザ光である搬送光に、周波数信号合成分離回路４０１からの電気信号が、光強度変調器４０３ａによる光強度変調の形で載せられて伝送される。４０４ｂは搬送光発生器４０４ａ用の直流電流供給回路及び搬送光発生器内温度制御回路である。
【００５８】
４０５ａは変調光用受光器である。この変調光用受光器４０５ａは、光変調器４０３ａで光強度変調され光ファイバー４１４を介して伝送された信号光を、電気信号に変換するための素子である。変調光用受光器４０５ａは、例えばＰＩＮフォト・ダオード等で構成される。４０５ｂは当該変調光用受光器４０５ａ用の直流バイアス電圧発生回路である。これらの光学素子は、代表例を示したものであり、これらに限定されるものではない。同じ機能を持つ市販の他の光学素子を適用してシステムを構成してもよいことは言うまでもない。
【００５９】
次に、無線信号系について説明する。４０６はミリ波帯無線信号を発生するミリ波帯無線器である。このミリ波帯無線器４０６は、例えば６０ＧＨｚ帯の無線信号を発生する。４０７はマイクロ波帯無線信号を発生するマイクロ波帯無線器である。このマイクロ波帯無線器４０７は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１仕様の無線器である。また、４０８はミリ波帯高周波信号の増幅器、４０９はミリ波帯アンテナであり、例えば６０ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅、放射する機能を有している。４１０はマイクロ波帯高周波信号の増幅器、４１１はマイクロ波帯アンテナであり、例えばＩＥＥＥ８０２．１１仕様のマイクロ波帯高周波信号を増幅、放射する機能を有している。４１３は直流阻止器である。直流阻止器４１３は、変調光用受光器４０５ａで発生する直流電圧がマイクロ波帯増幅器４１０の入力端子に印加されないようにするための素子で、周波数信号合成分離回路とマイクロ波帯増幅器４１０との間に挿入されている。ここまで述べた無線機器は、代表例を示したものであり、これらに限定されるものではない。同じ機能を持つ他の無線機器を適用してシステムを構成してもよいことは言うまでもない。
【００６０】
以上の構成のシステムにおいて、構成品を便宜上まとめて「統合局」及び「基地局」と称する。即ち、高周波信号に基づいて搬送光の光強度の変調を行って送出する側を「統合局」、光強度変調された光を受光して高周波無線信号を放射する側を「基地局」と称する。統合局と基地局間は光ファイバー４１４で接続されている。この光ファイバーには、伝送される情報量等の諸条件に応じて、シングル・モード光ファイバーや、分散補償型光ファイバー等が使用される。
【００６１】
以上のように構成された光無線融合伝送スシテムは、次のように動作する。
【００６２】
先ず、統合局側では、ミリ波帯無線器４０６、マイクロ波帯無線器４０７より出力される高周波信号が周波数信号合成分離回路４０１の「ｍｍ」端子、「ｍｉｃｒｏ」端子に其々入力される。これら２つの高周波信号は、上述した第１実施形態の動作で説明したように、周波数信号合成分離回路４０１で多重化されて「ｃｏｍ」端子に出力される。この多重化されて「ｃｏｍ」端子より出力された高周波信号は、光変調器４０３ａに供給され、該変調器内で搬送光発生器４０４ａからの光信号を強度変調する。この時、光変調器４０３ａでの光強度変調に歪が発生しないように、バイアス電圧をバイアス電圧回路４０３ｂより供給する。周波数信号合成分離回路４０１の「ｍｉｃｒｏ」端子、「ｃｏｍ」端子間は直流的に接続されているので、上記バイアス電圧は、「ｍｉｃｒｏ」端子の外部に接続されたバイアスＴ４１２を経由して供給することができる。ここで示したバイアスＴの帯域はマイクロ波帯無線器４０７より出力される高周波信号が通過すれば良く、従来のようにミリ波帯まで高周波信号を通過させるような高価なバイアスＴを用いる必要が無い。
【００６３】
次に、基地局側の動作について説明する。統合局の光変調器４０３ａで光強度変調された信号光は光ファイバー４１４を経由して基地局内変調光用受光器４０５ａに導かれ、該受光器内でミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の多重化した高周波信号として再生される。当該多重化された高周波信号は周波数信号合成分離回路の「ｃｏｍ」端子に入力され、上述した第１実施形態の動作で説明したように、ミリ波帯高周波信号は「ｍｍ」端子に、マイクロ波帯高周波信号は「ｍｉｃｒｏ」端子に其々出力される。その後上記高周波信号は其々の周波数帯域に合わせた増幅器４０８、４１０で所定の電力に増幅され、其々の周波数帯域に合わせたアンテナ４０９、４１１より空中に放射される。また、ここで用いた変調光用受光器４０５ａには外部接続機器との特性イシビーダンス整合用に例えば５０Ωの抵抗を内蔵している為、バイアス電圧印加に伴い直流電圧も出力される。当該電圧は周波数信号合成分離回路を経由して「ｍｉｃｒｏ」端子に出力される為、後段のマイクロ波帯増幅器の特性如何によっては直流阻止器４１３を設置し当該直流電圧が増幅器に印加されるのを防止することが必要である。
【００６４】
更に、上記動作で説明した内部抵抗内蔵型の広帯域変調光用受光器は非常に高価であり、低コスト化を目的に抵抗非内蔵型の変調光用受光器を使用する場合は周波数信号合成分離回路を経由した後「ｍｉｃｒｏ」端子の外部に電流帰還用抵抗を挿入することでバイアス回路の電流経路が形成され、変調光用受光器の正常動作を可能とすることができる。
【００６５】
上述のように、ここではミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の多重化について説明したが、周波数帯域は限定されるものではなく、周波数信号合成分離回路を変更することで、マイクロ波帯高周波信号とベースバンド信号の多重化伝送にも応用可能である。
【００６６】
以上のように、第２の実施例によれば、第１の実施例の周波数信号合成分離回路を光無線融合伝送システムに適用したことにより、特許文献２（特開２００１ー１０３０３９号公報）に示されたような複数の光変調器、搬送光発生器、及び波長多重化器等を用いる事無く、異なった帯域の高周波信号を伝送できるという効果が得られる。この結果、従来のシステム価格を大幅に低減でき、将来の光無線融合伝送システムの発展に大きく貢献できる。
【００６７】
更に、光変調器のバイアス電圧供給用バイアスＴに帯域の狭い低コストなものが使用できるという効果、並びに、広帯域変調光受光器に高周波用内部抵抗非内蔵型を使用できるという効果もあり、両者を合わせて光無線融合伝送システムのより一層のコスト低減が可能になる。
【００６８】
また、本実施形態に係る周波数信号合成分離回路を、光無線融合伝送スシテムに応用することにより、マイクロ波帯高周波信号及びミリ波帯高周波信号は勿論のこと、ベースバンド信号をも多重化して伝送することが可能になるという優れた特徴を有する。
【００６９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、上述した第１実施形態で示した周波数信号合成分離回路４０１を用いた光変調モジュールについて示す。図５は第１実施形態で示した周波数信号合成分離回路４０１を使用した光変調モジュールを示す構成図である。
【００７０】
特許文献３（特開平１１ー３８３７２号公報）に開示される従来の光変調モジュールの特性インピーダンス整合回路を搭載した基板に対し、本発明の第１実施形態で説明した高周波周波数信号合成分離回路を付加した構造になっている。以下、詳細に構造を示す。
【００７１】
先ず電気的な接続について説明する。基板５０１上には、マイクロストリップ線路５０２が形成されており、其々ミリ波帯用高周波コネクタ５０６、マイクロ波帯用高周波コネクタ５０７に接続されている。また、光変調素子５０８へはボンディング・ワイヤ５１４を経由して接続されている。
【００７２】
基板５０１上にはミリ波帯用高周波コネクタ５０６側から見た特性インピーダンスが外部回路の特性インピーダンスと等しくなるように調整するための整合回路５０５及びミリ波帯用高周波コネクタ５０６よりミリ波帯高周波信号のみを通過させるためのＨＰＦに相当する容量性結合部５０３、マイクロ波帯用高周波コネクタ５０７側ヘミリ波帯高周波信号が通過するのを遮断するＢＲＦに相当するストレート・スタブ５０４が形成されている。ここではＢＲＦにストレート・スタブを使用した場合を示したが、第１実施形態で示した扇型スタブであっても良い。また、コプレーナ線路を用いても形成可能であることは言うまでもない。
【００７３】
次に光学的構造について示す。入力側光ファイバー５０９はパッケージ５１５に固定されており、この入力側光ファイバー５０９を介して導入される光はレンズ５１１を通して集光され、光変調素子５０８に導かれる。該光変調素子５０８を通過した光は一旦拡散するがレンズ５１２で再び集光されて、出力側光ファイバー５１０に導かれる。出力側光ファイバー５１０も当然パッケージ５１５に固定されている。また、上記基板５０１、光変調素子５０８、レンズ５１１、５１２は素子搭載台５１３に固定されており、当該素子搭載台５１３はパッケージ５１５に図示しない温度制御素子を介して固定されている。これらの光学系の実装構成は従来の光変調モジュールとなんら変わることはない。
【００７４】
次に、整合回路５０５の調整方法について、特許文献３（特開平１１ー３８３７２号公報）に開示される従来の光変調モジュールでの調整方法と異なる点のみ記述する。
【００７５】
先ずミリ波帯用高周波コネクタ５０６の外部に例えばネットワーク・アナライザ等の測定機器を接続し、所定の周波数の高周波信号を発生させ、光変調素子５０８を駆動させた状態にして置く。次に、光変調モジュール内から反射してくる高周波信号を先程のネットワーク・アナライザで測定する。この時、マイクロ波帯用高周波コネクタ５０７を例えば特性インピーダンスが５０Ωの終端器で終端して置くことが従来方法と異なる。以下、反射した高周波信号の量を最小になるように整合回路を形成するスタブの長さ、または幅を例えばレーザ・トリミング手法により調整することにより行われる。
【００７６】
次に、以上の構成の光変調モジュールの動作について説明する。
【００７７】
先ず、ミリ波帯高周波信号での光変調動作について説明する。ミリ波帯高周波コネクタ５０６より供給されたミリ波帯高周波信号は、ＨＰＦとなる容量性結合部５０３を通過して光変調素子５０８及びマイクロ波帯高周波コネクタ５０７へ向かう。このとき、マイクロ波帯高周波コネクタ側配線にはＢＲＦに相当するストレート・スタブ５０４が設けられている為、ミリ波帯高周波コネクタ５０６よりマイクロ波帯高周波コネクタ５０７側を見たインピーダンスは非常に大きく開放端として見える。従って、ミリ波帯高周波信号は全て光変調素子５０８側に伝達される。次に、ミリ波帯高周波コネクタ５０６から見た光変調素子５０８からの高周波信号反射は上述したように整合回路５０５で外部回路の特性インピーダンスに整合されているので、殆ど反射損失無く光変調素子５０８へ伝達し、当該素子により光の強度変調に供することができる。
【００７８】
また、マイクロ波帯高周波コネクタ５０７から入力されたマイクロ波帯高周波信号は、ミリ波帯域のＢＲＦに相当するストレート・スタブ５０４の影響を受けずに光変調素子５０８、及びミリ波帯高周波コネクタ５０６へ向かうが、当該ミリ波帯高周波コネクタ側への配線にはミリ波帯域のＨＰＦとなる容量性結合部５０３が存在する為信号は通過できず、結果光変調素子５０８側に伝達される。ここで光変調素子５０８に至る配線には整合回路５０５が存在するが、当該整合回路５０５はミリ波帯域における特性インピーダンスの整合にのみ寄与する回路であり、マイクロ波帯高周波信号はその影響を受けずに光変調素子５０８に伝達され、当該光変調素子５０８により光の強度変調に供することができる。
【００７９】
従って、ミリ波帯高周波コネクタ５０６、マイクロ波帯高周波コネクタ５０７に其々ミリ波帯高周波信号、マイクロ波帯高周波信号を入力した場合には両高周波信号は多重化され光変調素子５０８により光の強度変調に供することができる。
【００８０】
上述のように、ここではミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号の多重化について説明したが、周波数帯域は限定されるものではなく、ミリ波帯高周波信号とベーバンド信号の多重化はもとより、周波数信号合成分離回路を変更することで、マイクロ波帯高周波信号とベースバンド信号の多重化伝送等の他の周波数の合成、分離にも応用可能である。
【００８１】
以上のように、第３実施形態によれば、従来技術による光変調モジュールに本発明の第１実施形態に示す周波数信号合成分離回路を内蔵することで、従来４０ＧＨｚ以上のミリ波帯での光変調を行えた光変調モジュールに、更にマイクロ波帯高周波信号を多重化して光変調を行うことが可能となり、ミリ波帯高周波信号とマイクロ波帯高周波信号とを同時に単一光ファイバーで伝送できるという効果が得られる。また、周波数信号合成分離回路を光変調モジュール内に内蔵することで光無線融合伝送装置の小型化にも寄与するという効果も得られる。
【００８２】
［変形例］
次に、第３実施形態で示した光変調モジュールの変形例を示す。具体的には、第３実施形態の光変調モジュールに新たな回路を付加して新たな効果を得るように改良したものである。この光変調モジュールを図６に基づいて説明する。
【００８３】
基板６０１上には、マイクロストリップ線路６０２により、第３実施形態と同様の容量性結合部６０３、ストレート・スタブ６０４及び整合回路６０５以外に、新たにインダクタンス素子６０６とキャパシタンス素子６０７の２つの素子を実装した。これらは、光変調素子６１１に直流バイアス電圧を印加するのに必要なバイアス回路を形成するための素子である。インダクタンス素子６０６は直流電圧端子６１０に、キャパシタンス素子６０７はマイクロ波帯用高周波コネクタ６０９に其々接続されている。直流電圧端子６１０は、ストレート・スタブ６０４とキャパシタンス素子６０７との間から外部に延出して設けられている。上記インダクタンス素子６０６及びキャパシタンス素子６０７としては、一般的には表面実装型部品等が用いるが、これに限定するものではなく、他の構成の素子を用いてもよいことは言うまでもない。
【００８４】
以上の構成により、光変調素子用直流バイアス電圧は、外部から直流電圧端子６１０に供給され、周波数信号合成分離回路を経由して光変調素子６１１に供給される。このとき、光変調素子用直流バイアス電圧は、ストレート・スタブ６０４及び整合回路６０５をそのまま通過するが、その一方でキャパシタンス素子６０７及び容量性結合部（ＨＰＦ）６０３では遮断されてしまう。これにより、マイクロ波帯用高周波コネクタ６０９及びミリ波帯用高周波コネクタ６０８には出力されない。
【００８５】
また、マイクロ波帯用高周波コネクタ６０９に入力されたマイクロ波帯高周波信号の場合は、キャパシタンス素子６０７がＨＰＦとして機能するため、キャパシタンス素子６０７の影響を受けずに周波数信号合成分離回路を経由して光変調素子６１１に供給される。なお、キャパシタンス素子６０７は、その容量を変化させることで、マイクロ波帯高周波信号にもベースバンド信号にも適用することができる。また、近年開発された、インダクタンス素子及びキャパシタンス素子を１素子化した部品の様な複合素子を用いて回路を形成することも可能である。
【００８６】
以上のように、第３実施形態の光変調モジュールを改良して、従来技術による光変調モジュールに本発明の第１実施形態に示す周波数信号合成分離回路とバイアイス回路とを内蔵することで、全て外付けだった周波数信号合成分離回路、バイアスＴの各モジュールを単一モジュール化することができる。この結果、第３実施形態の効果に加えて、光無線融合伝送装置の更なる小型化、低コスト化が可能となるという効果が得られる。
【００８７】
［他の応用例］
第１〜３実施形態では主に、現在ＩＥＥＥ８０２．１１系無線ＬＡＮに使用されている２．４ＧＨｚ、５．２ＧＨｚのマイクロ波帯高周波信号と、今後有望視されている６０ＧＨｚのミリ波帯高周波信号との多重化回路、当該多重化回路を用いた光無線融合伝送システム、及び上記多重化回路を内蔵した光変調モジュールについて説明してきたが、以下の構成でもよい。即ち、各実施形態の説明の中でも述べてきたように、本発明の周波数信号合成分離回路の原理は、マイクロ波帯高周波信号とミリ波帯高周波信号との多重化に限定されるものではなく、これら以外にもマイクロ波帯高周波信号とベースバンド信号（デジタル信号）等の他の周波数の信号の多重化にも応用可能である。さらに、現在開発が行われているビデオ信号配信に第三の光波長を光波長多重したＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の代替としても適用可能であり、期待されている。この場合、ＯＬＴ内に本発明の周波数信号合成分離回路を設置し、例えば周波数変換（アップコンバート）されたビデオ信号とデジタル・ベースバント信号とを多重化し、この多重化した電気信号に基づいて単一の光変調素子で単一波長の搬送光を変調する。これにより、現在開発が進められている第三の波長を光波長多重する必要が無くなり、従来のＰＯＮシステムと非常に親和性が高く、且つ低コストでビデオ信号の配信を行うことも可能となる。また、ＯＮＵ側にも同様に受光素子の後段に本発明の周波数信号合成分離回路を設置して、多重化されて周波数変換されたビデオ信号とデジタル・ベースバント信号とを分離する。周波数変換されて分離されたビデオ信号を元信号に逆変換（ダウンコンバート）される。具体的には、第２実施形態で詳述した動作によって、ビデオ信号とデジタル・ベースバント信号とを多重化して単一波長の搬送光を変調し、光ファイバー網を伝送後、多重化されたビデオ信号とデジタル・ベースバント信号とを分離することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る周波数信号合成分離回路を示す原理図である。
【図２】周波数信号合成分離回路の実回路例を示す実配線図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る周波数信号合成分離回路の高周波特性図である。
【図４】第１実施形態の周波数信号合成分離回路を使用した光無線融合伝送スシテムを示す構成図である。
【図５】第１実施形態の周波数信号合成分離回路を使用した光変調モジュールを示す構成図である。
【図６】第３実施形態の光変調モジュールの変形例を示す構成図である。
【図７】従来の光無線融合伝送スシテムを示す構成図である。
【図８】従来の光無線融合伝送スシテムを示す構成図である。
【図９】従来の光モジュールを示す構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，２，３：端子、１０１：基板、１０２：配線、１０３：高域通過フィルタ、１０４：帯域除去フィルタ、４０１，４０２：周波数信号合成分離回路、４０３ａ：光強度変調器、４０３ｂ：直流バイアス電圧発生回路、４０３ｃ：変調器内温度制御回路、４０４ａ：搬送光発生器、４０４ｂ：直流電流供給回路及び搬送光発生器内温度制御回路、４０５ａ：変調光用受光器、４０５ｂ：直流バイアス電圧発生回路、４０６：ミリ波帯無線器４０７：マイクロ波帯無線器、４０８：増幅器、４０９：ミリ波帯アンテナ、４１０：増幅器、４１１：マイクロ波帯アンテナ、４１２：バイアスＴ、４１３：直流阻止器、４１４：光ファイバー、５０１：基板、５０２：マイクロストリップ線路、５０６：ミリ波帯用高周波コネクタ、５０７：マイクロ波帯用高周波コネクタ、５０８：光変調素子、５０９：入力側光ファイバー、５１１：レンズ、５１４：ボンディング・ワイヤ、５１５：パッケージ、５１２：レンズ、５１３：素子搭載台。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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