(57)【要約】【課題】  多素子アンテナを励振するＲＦ信号を光伝送するシステムで、多素子アンテナの指向性を制御する。【解決手段】  光合波器（１２）は、互いに異なる波長λ１〜λｎでレーザ発振する複数のレーザダイオード（１０−１〜１０−ｎ）の出力レーザ光を合波する。光変調器（１４）は光合波器（１２）の出力光をＲＦ信号で変調する。波長分離器（１８）、可変光遅延器（２０−１〜２０−ｎ）及び光合波器（２２）が、光変調器（１４）の出力光を波長毎の遅延時間で遅延する。光ファイバ（２４）が光合波器（２２）の出力光を伝送し、波長分離器（２６）が個別波長λｉに分離する。受光器（２８−ｉ）は個別波長λｉを光電変換し、アンテナ素子（３０−ｉ）を励振する。制御装置（３２）は波長毎の遅延時間とレーザダイオード（１０−１〜１０−ｎ）のレーザ出力パワーを個別制御する。【選択図】  図１
2013146039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、
互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子（１０−１〜１０−ｎ）と、
当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段（１２）と、
当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段（１４）と、
当該光変調手段の出力光を波長毎に遅延する可変光遅延手段（１８，２０−１〜２０−ｎ，２２）と、
当該可変光遅延手段の出力光を伝送する光ファイバ（２４）と、
当該光ファイバから出力される光を当該波長毎に分離する波長分離手段（２６）と、
当該波長分離手段で分離された当該各波長の光成分からそれぞれ当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段（２８−１〜２８−ｎ）と、
当該可変光遅延手段の当該波長毎の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段（３２）
とを具備することを特徴とするＲＦ信号光伝送システム。
【請求項２】
複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、
互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子（１１０−１〜１１０−ｎ）と、
当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段（１１２）と、
当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段（１１４）と、
当該光変調手段から出力される光を当該波長毎の成分光に分離する波長分離手段（１１８）と、
当該波長分離手段で分離された当該波長毎の成分光をそれぞれ個別に遅延する複数の可変光遅延手段（１２０−１〜１２０−ｎ）と、
当該複数の可変光遅延手段の出力光をそれぞれ別々に伝送する複数の光ファイバ（１２４−１〜１２４−ｎ）と、
当該各光ファイバの出力光を受光して当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段（１２８−１〜１２８−ｎ）と、
当該複数の可変光遅延手段の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段（１３２）
とを具備することを特徴とするＲＦ信号光伝送システム。
【請求項３】
複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、
互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子（２１０−１〜２１０−ｎ）と、
当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段（２１２）と、
当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段（２１４）と、
当該光変調手段の出力光信号を伝送する光ファイバ（２１５）と、
当該光ファイバを伝送した光変調手段の出力光信号を当該波長毎の成分光に分離する波長分離手段（２１８）と、
当該波長分離手段で分離された当該波長毎の成分光をそれぞれ個別に遅延する複数の可変光遅延手段（２２０−１〜２２０−ｎ）と、
当該複数の可変光遅延手段の出力光をそれぞれ受光して当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段（２２８−１〜２２８−ｎ）と、
当該複数の可変光遅延手段の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段（２３２）
とを具備することを特徴とするＲＦ信号光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ信号を光伝送するＲＦ信号光伝送システムに関し、より具体的には、複数のアンテナの合成指向性を変更可能なＲＦ信号光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話システムの無線信号やマイクロ波等のＲＦ信号を、光ファイバを介して光伝送する技術は、ＲＯＦ（Radio On Fiber）として知られている。基本的には、光キャリアを伝送すべきＲＦ信号で強度変調し、その変調光を光ファイバで伝送し、受光器でＲＦ信号に戻してアンテナから放射する構成からなる。電気／光変換には例えば、連続レーザ発振する半導体レーザとマッハゼンダ光変調器等の外部光変調器からなる構成が使用される。光／電気変換には、例えば、ホトダイオード又はアバランシェホトダイオードが使用され、近年、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）〜数１０ＧＨｚ帯で数１００ｍＷの電気信号を発生させることが可能な超高速・高出力ホトダイオードが実現されつつある。
【０００３】
一方、最近の移動体用アンテナでは、複数のアンテナ素子から成る多素子アンテナが用いられる事が多い。セクターアンテナ、ＭＩＭＯ（マイモ：Multiple Input Multiple Output）アンテナ及びアレーアンテナなどが、その代表である。これらの多素子アンテナへの信号給電をＲＯＦにより行う場合には、各アンテナに対し、電気／光変換器、光ファイバ及び光／電気変換器を用意することになる。
【０００４】
指向性を動的に変更できるアンテナシステムとして、フェーズドアレイアンテナが知られている。フェーズドアレイアンテナでは、ｎ素子からなるアレーアンテナの各アンテナ素子に位相を少しずつずらした電気信号を給電することにより、放射ビームの方向を任意に変えることができる。
【０００５】
遠隔に配置した複数のアンテナ素子に、それぞれに対応するＲＦ信号を供給するＲＯＦシステムとして、特許文献１には、伝送用の単一の光ファイバに波長多重を併用した光制御アレイアンテナシステムが記載されている。具体的には、マイクロ波で変調された互いに異なる波長の光波を合波し、その合波光を波長分散を有する光ファイバで伝送する。そして、光ファイバの出力光を波長分離し、個々の波長光で対応する個々のアンテナを励振する。
【０００６】
アレイアンテナの各アンテナ素子には、波長に対する分散量が互いに異なる光ファイバ伝送路を接続し、光キャリアの波長を制御することにより個々のアンテナ素子の励振又は給電の位相を制御し、これにより放射ビームの指向性を制御する構成が、特許文献２，３及び非特許文献１に記載されている。
【０００７】
更には、波長毎に位相を制御する光スイッチマトリクスを光伝送路上に配置することで、複数のＲＦ信号を同時利用可能にした光制御フェーズドアレイアンテナシステムが特許文献４に記載されている。
【０００８】
特許文献５には、多波長の波長可変光源の出力光をＲＦ信号で変調し、分散光ファイバの波長毎の遅延時間差を使って、アレイアンテナの放射方向を制御可能とする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６５９５６号公報
【特許文献２】特開平０９−２１５０４８号公報
【特許文献３】特開２００４−０２３４００号公報
【特許文献４】特開２００２−２９９９４２号公報
【特許文献５】特開２００７−０６７８０２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Michael Y. Frankel and Ronald D. Esman, "True Time-Delay Fiber-optic Control of an Ultrawideband Array Transmitter/Receiver with Multibeam Capability", IEEE TRANSACTlONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 33, NO. 9, SEPTEMBER I995, pp. 2387-2394
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
フェーズドアレイシステムでは、指向性の自由度、換言すると、指向性を連続的に変更できることが重要である。従来の技術では、波長分散媒質の波長分散特性又は遅延時間が波長に依存する光遅延線を利用し、光キャリアの波長を制御することで、指向性を制御するので、波長分散特性又は波長遅延特性を考慮した波長制御を行う必要があり、指向性制御自体が容易でない。従ってまた、指向性を連続的に変更することが難しい。
【００１２】
特に、高分散ファイバ等の波長分散媒質を利用してアンテナ励振に位相差を設ける構成では、波長制御によっても大きな位相差を得ることが難しく、従って、指向性の広い制御範囲又は多様な指向性パターンを実現するのが難しい。
【００１３】
また、高分散ファイバのファイバ長の相違で遅延時間差を得ようとすると、ファイバ長を厳密に調整しなければならない。例えば、波長間隔１ｎｍに対する遅延時間差２０ｐｓは、ファイバ長で４ｍｍに相当する。すなわち、４ｍｍだけ長さの異なるファイバを正確に融着接続などによって接続する必要がある。また、波長合波器や波長分波器の波長間の光路差のほうが支配的になるケースも生じるので、結局、製造時に微細な調整を施すか、使用する光伝送路の波長分散特性に応じた精密な波長制御を行うことになる。
【００１４】
波長制御と、光分波器による波長分散媒質の選択とを組み合わせる従来例では、利用できる波長が、光分波器の波長分離特性により制約され、必然的に、選択できる指向性が制限され、離散的なものとなる。
【００１５】
本発明は、多素子アンテナを構成するアンテナ素子を個別に異なる位相で励振できるＲＦ信号光伝送システムを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るＲＦ信号光伝送システムは、複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子と、当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段と、当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段と、当該光変調手段の出力光を波長毎に遅延する可変光遅延手段と、当該可変光遅延手段の出力光を伝送する光ファイバと、当該光ファイバから出力される光を当該波長毎に分離する波長分離手段と、当該波長分離手段で分離された当該各波長の光成分からそれぞれ当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段と、当該可変光遅延手段の当該波長毎の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るＲＦ信号光伝送システムは、複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子と、当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段と、当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段と、当該光変調手段から出力される光を当該波長毎の成分光に分離する波長分離手段と、当該波長分離手段で分離された当該波長毎の成分光をそれぞれ個別に遅延する複数の可変光遅延手段と、当該複数の可変光遅延手段の出力光をそれぞれ別々に伝送する複数の光ファイバと、当該各光ファイバの出力光を受光して当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段と、当該複数の可変光遅延手段の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るＲＦ信号光伝送システムは、複数のアンテナ素子からなる多素子アンテナに、当該多素子アンテナを励振するＲＦ信号を伝送するＲＦ信号光伝送システムであって、互いに異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ素子と、当該複数のレーザ素子の出力レーザ光を合波する光合波手段と、当該光合波手段の出力光を当該ＲＦ信号で変調する光変調手段と、当該光変調手段の出力光信号を伝送する光ファイバと、当該光ファイバを伝送した光変調手段の出力光信号を当該波長毎の成分光に分離する波長分離手段と、当該波長分離手段で分離された当該波長毎の成分光をそれぞれ個別に遅延する複数の可変光遅延手段と、当該複数の可変光遅延手段の出力光をそれぞれ受光して当該ＲＦ信号の電気信号を生成し、対応する当該アンテナ素子を励振する複数の受光手段と、当該複数の可変光遅延手段の遅延時間及び当該複数のレーザ素子のレーザ出力パワーを個別制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＲＯＦ方式において、多素子アンテナによるＲＦ信号の放射方向、放射幅及び放射パワー等を自在に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。
【図２】可変光遅延器の一構成例の平面図を示す。
【図３】光ファイバの遅延時間波長特性と波長分離器の波長分離特性（透過率）である。
【図４】本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。
【図５】本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。レーザダイオード（ＬＤ）１０−１〜１０−ｎは互いに異なる波長λ１〜λｎでレーザ発振し、連続レーザ光を出力する。制御装置３２は、各レーザダイオード１０−１〜１０−ｎのレーザ発振のオン／オフを含めて、その出力パワーを制御でき、追加的にレーザ発振波長も制御できる。光合波器１２は、ＬＤ１０−１〜１０−ｎの出力レーザ光を合波し、合波レーザ光を光変調器１４に出力する。光変調器１４は、無線送信すべきＲＦ信号１６に従い、光合波器１２からの合波レーザ光を強度変調する。これにより、ＲＦ信号１６を搬送する光キャリアが生成される。光変調器１４の出力段には、必要により光アンプを組み込んである。光変調器１４は、電気ＲＦ信号を光信号に変換する電気／光変換器とも言える。
【００２３】
波長分離器１８は、光変調器１４の出力光を波長λ１〜λｎの各光成分に分離し、分離された各波長λ１〜λｎの光成分をそれぞれ可変光遅延器２０−１〜２０−ｎに供給する。制御装置３２は、各可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの遅延時間を個別に制御可能である。
【００２４】
光合波器２２は、各可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの出力光を合波する。光合波器２２から出力される合波光は、光ファイバ２４を伝搬し、波長分離器２６に入射する。波長分離器２６は、波長分離器１８と同じ波長分離特性を具備する。波長分離器２６は、光合波器２２の出力光を波長λ１〜λｎの各光成分に分離し、分離された各波長λ１〜λｎの光成分をそれぞれ受光器２８−１〜２８−ｎに供給する。受光器２８−１〜２８−ｎは、入力光信号を電気信号に変換する。受光器２８−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）の出力は、光変調器１４に入力されるＲＦ信号（但し、対応する波長λｉの可変光遅延器２０−ｉで遅延されたＲＦ信号）に相当する。
【００２５】
受光器２８−１〜２８−ｎはホトダイオード（ＰＤ）からなり、好ましくは、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）〜数１０ＧＨｚ帯に対応し、数１００ｍＷの電気信号を発生可能な超高速・高出力ホトダイオードからなる。受光器２８−１〜２８−ｎとしてアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）を使っても良い。これらダイオードは、図示しないバッテリから直流バイアスを印加されている。すなわち、受光器２８−１〜２８−ｎには直流バイアス用バッテリを装備すれば良く、その他の、例えば交流電源は必要とされない。
【００２６】
各受光器２８−１〜２８−ｎの出力は、それぞれアンテナ素子３０−１〜３０−ｎに接続する。アンテナ素子３０−１〜３０−ｎはアレイアンテナ３０を構成し、用途に応じて、直線、円弧又は円等の所望の形状を形成するように配置される。
【００２７】
本実施例では、アンテナ素子３０−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）は、波長λｉのレーザ光で搬送されたＲＦ信号で励振される。波長λ１〜λｎのレーザ光で搬送されたＲＦ信号はそれぞれ可変光遅延器２０−１〜２０−ｎにより個別に遅延されているので、アレイアンテナ３０の各アンテナ素子３０−１〜３０−ｎは、可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの遅延時間に応じた位相差の、同じＲＦ信号で励振されることになる。可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの遅延時間を個別に調整することで、アレイアンテナ３０の放射電界プロファイルの形状、例えば、放射方向と半値幅を調整できる。
【００２８】
本実施例では更に、制御装置３２が、必要な放射パワーに応じて、レーザダイオード１０−１〜１０−ｎの出力パワーを制御する。出力パワーの制御は、レーザ発振のオン／オフを含む。例えば、レーザダイオード１０−１〜１０−ｎの半分について出力パワーを大幅に低下又はそのレーザ発振をオフに制御すると、アレイアンテナ３０からのＲＦ信号の放射パワーを半減することができる。必要な放射パワーは、例えば、図示しない受信系からの受信パワーに応じて制御装置３２が決定してもよいし、利用環境に応じて設置時に制御装置３２に設定しても良い。
【００２９】
制御装置３２により出力パワーを制御するレーザダイオード１０−１〜１０−ｎの組み合わせにより、アレイアンテナ３０の放射電界プロファイルを調整することが可能である。換言すると、制御装置３２は、アレイアンテナ３０の所望の放射電界プロファイルに応じて、レーザダイオード１０−１〜１０−ｎの出力パワーを制御する。
【００３０】
本実施例では、光合波器２２からアレイアンテナ３０（アンテナ素子３０−１〜３０−ｎ）の範囲を、受光器２８−１〜２８−ｎの直流バイアス用電池以外の電源を要しない無給電領域とすることが可能である。光ファイバ２４の距離により、例えば、基地局から１ｋｍ以上離れた場所にアレイアンテナ３０を設置できる。
【００３１】
図２は、可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの一構成例の平面図を示す。三角プリズム４０の一面４０ａに入力光が入射する。三角プリズム４０の９０度の頂角と相補形状に凹んだ９０度反射面４２ａ，４２ｂを有する可動反射器４２が、三角プリズム４０から所定距離だけ離れて配置されている。駆動装置４４が、制御装置３２からの制御信号に従い、直動機構を介して可動反射器４２を三角プリズム４０に近づく方向及び離れる方向に自在に移動させることができる。
【００３２】
入力光は、三角プリズム４０の面４０ａで可動反射器４２の反射面４２ａに向けて反射される。反射面４２ａは、面４０ａからの光を、可動反射器４２の別の反射面４２ｂに向けて反射し、反射面４２ｂは、反射面４２ａからの光を三角プリズム４０の別の面４０ｂに向けて反射する。三角プリズム４０の面４０ｂは、反射面４２ｂからの光を、入力光と同じ光軸上に反射し、出力光とする。
【００３３】
駆動装置４４が可動反射器４２を平行移動させて、三角プリズム４０と可動反射器４２との間の距離を変更することにより、入力光に対する光遅延時間を連続的に変更できる。
【００３４】
図２に示すような反射器間の距離を可変可能とする構成の可変光遅延器２０−１〜２０−ｎを採用することで、波長に依存せずに、広い範囲で光遅延時間を調整可能になる。
【００３５】
図３は、光ファイバ２４の波長分散による遅延時間波長特性と、波長分離器１８，２６の波長分離特性（透過率）であって、図３（ａ）は、光ファイバ２４の波長分散による遅延時間特性を示し、同（ｂ）は、波長分離器１８の波長分離特性、すなわち、個々の波長の透過特性を示す。
【００３６】
制御装置３２は更に、図３（ｂ）に示すように、波長分離器１８，２６の個々の波長の透過特性の範囲内でＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長λ１〜λｎを調整できる。すなわち、制御装置３２は、例えば、ＬＤ１０−１のレーザ発振波長をλ１−Δλからλ１＋Δλの範囲で変更可能である。一般的には、ＬＤ１０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のレーザ発振波長は、λｉ−Δλからλｉ＋Δλの範囲で変更可能である。各ＬＤ１０−ｉの光合波器１２，２２の光合波特性は波長に依存する場合には、各ＬＤ１０−ｉの波長λｉの調整範囲は、光合波器１２，２２の各入力光に対する光合波波長特性内である必要がある。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、ＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長帯に対して光ファイバ２４上で波長分散による遅延時間が異なる。従って、ＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長の調整により、個々の波長で搬送されるＲＦ信号に対して、発振波長に応じた相対的な位相差を与えることが可能になる。可変光遅延器２０−１〜２０−ｎによる遅延時間の調整を位相差の粗調整とすると、レーザ発振波長の調整による光ファイバ２４の波長分散による位相差は、微調整に相当する。このような２段階の調整により、アレイアンテナ３０の指向特性を微細に調整することが可能となる。
【００３８】
説明例として、アレイアンテナ３０のアンテナ素子数を８（すなわちｎ＝８）とし、波長分離器１８の波長分離特性の各中心透過波長は１．５ｎｍ間隔であるとする。アンテナ素子３０−１に対応するＬＤ１０−１のレーザ発振波長は、１５５０ｎｍ〜１５５１ｎｍの範囲で変更可能であるとする。また、アンテナ素子３０−２に対応するＬＤ１０−２の波長は１５５１．５ｎｍ〜１５５２．５ｎｍの範囲で変更可能であるとする。アンテナ素子３０−８に対応するＬＤ１０−８の波長は１５６０．５ｎｍ〜１５６１．５ｎｍで変更可能であるとする。
【００３９】
各ＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長を波長分離器１８の透過範囲の中央に設定したときにアンテナ素子３０−１〜３０−ｎの励振位相が同一になるように、可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの各遅延時間を調整する。例えば、光ファイバ２４として、１５５０ｎｍ付近の波長帯で約２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの波長分散を有する通常の単一モード光ファイバを使用するものとする。各ＬＤ１０−１〜１０−ｎの発振波長が１．５ｎｍ異なるので、光ファイバ２４が１ｋｍの場合、隣り合う波長の伝搬時間差は３０ｐｓである。これを調整又は補正するための空間伝搬距離は９ｍｍであり、図２に示すような構成の可変光遅延器によっても容易に実現できる。
【００４０】
光ファイバ２４の波長分散特性により、１５５０ｎｍ付近では波長が長くなるほど遅延量が大きくなるので、可変光遅延器２０−１から可変光遅延器２０−ｎに順次、９ｍｍずつ空間伝搬距離が短くなるように設定すれば良い。この調整により、アンテナ素子３０−１〜３０−ｎは、同相のＲＦ信号で励振される。通常のアレーアンテナでは、同相の場合、アレーに直角方向に電波が放射される。放射方向を変更したい場合には、各ＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長及び／又は可変光遅延器２０−１〜２０−ｎの遅延時間を変更すればよいが、本実施例では、各ＬＤ１０−１〜１０−ｎのレーザ発振波長の調整により、微細な指向性制御を容易に実現できる。１ｎｍの波長可変範囲と、１ｋｍの光ファイバ２４では、±１０ｐｓの遅延調整が可能になる。
【００４１】
電気信号の周波数が高い場合、例えば、近年注目されているミリ波帯の６０ＧＨｚでは、１８０度の位相差に相当する半周期が約８．３ｐｓと十分に大きな遅延時間を必要とする。一方、現在使用されている移動体通信周波数は８００ＭＨｚ又は２ＧＨｚであり、その１８０度位相差はそれぞれ６２５ｐｓ、２５０ｐｓで、２０ｐｓ程度の遅延調整時間では不十分である。本実施例では、大きな遅延調整を実現できる可変光遅延器２０−１〜２０−ｎを併用するので、８００ＭＨｚ又は２ＧＨｚ帯においてもアレイアンテナの指向性制御を現実に実現可能となる。図２に示す構成の可変光遅延器２０−１〜２０−ｎでは、例えば、可動範囲を１５ｃｍ確保すれば、光路にしてその２倍の約３０ｃｍの差が生じ、約１０００ｐｓの遅延調整が可能である。
【００４２】
ＬＤ１０−１〜１０−ｎの波長可変範囲を変えずに遅延量を大きくするには、光ファイバ２４を長くすれば良い。例えば、光ファイバ２４を１０ｋｍ長にすれば、同じ１ｎｍの波長可変範囲で２００ｐｓの遅延差を発生させることができ、５ＧＨｚの電気信号に１８０度の位相差を与えることが可能となる。
【実施例２】
【００４３】
図４は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。本実施例では、距離延伸のための光ファイバを波長毎に設けている。
【００４４】
レーザダイオード（ＬＤ）１１０−１〜１１０−ｎは互いに異なる波長λ１〜λｎでレーザ発振し、連続レーザ光を出力する。制御装置１３２は、各レーザダイオード１１０−１〜１１０−ｎのレーザ発振のオン／オフを含めて、その出力パワーを制御でき、追加的にレーザ発振波長も制御できる。光合波器１１２は、ＬＤ１１０−１〜１１０−ｎの出力レーザ光を合波し、合波レーザ光を光変調器１１４に出力する。光変調器１１４は、無線送信すべきＲＦ信号１１６に従い、光合波器１１２からの合波レーザ光を強度変調する。これにより、ＲＦ信号１１６を搬送する光キャリアが生成される。光変調器１１４の出力段には、必要により光アンプを組み込んである。
【００４５】
波長分離器１１８は、光変調器１１４の出力光を波長λ１〜λｎの各光成分に分離し、分離された各波長λ１〜λｎの光成分をそれぞれ可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎに供給する。制御装置１３２は、各可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎの遅延時間を個別に制御可能である。可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎは可変光遅延器２０−１〜２０−ｎと同様の構成からなる。
【００４６】
光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎはそれぞれ、可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎの出力光を受光器１２８−１〜１２８−ｎに供給する。即ち，本実施例では、ｎ本の光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎにより、給電不能又は給電不要な場所まで、個別波長λ１〜λｎの光キャリアを伝送する。図１に示す実施例との対比では、光合波器２２、光ファイバ２４及び波長分離器２６の代わりに、ｎ本の光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎを設けたことに相当する。
【００４７】
受光器１２８−１〜１２８−ｎは、受光器２８−１〜２８−ｎと同様に、入力光信号を電気信号に変換する。受光器１２８−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）の出力は、光変調器１１４に入力されるＲＦ信号（但し、対応する波長λｉの可変光遅延器１２０−ｉで遅延されたＲＦ信号）に相当する。
【００４８】
受光器１２８−１〜１２８−ｎは、受光器２８−１〜２８−ｎと同様に、ホトダイオード（ＰＤ）からなり、好ましくは、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）〜数１０ＧＨｚ帯に対応し、数１００ｍＷの電気信号を発生可能な超高速・高出力ホトダイオードからなる。受光器１２８−１〜１２８−ｎとして、アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）を使っても良い。これらダイオードは、図示しないバッテリから直流バイアスを印加されている。すなわち、受光器１２８−１〜１２８−ｎには直流バイアス用バッテリを装備すれば良く、その他の、例えば交流電源は必要とされない。
【００４９】
各受光器１２８−１〜１２８−ｎの出力は、それぞれアンテナ素子１３０−１〜１３０−ｎに接続する。アンテナ素子１３０−１〜１３０−ｎはアレイアンテナ１３０を構成し、用途に応じて、直線、円弧又は円等の所望の形状を形成するように配置される。
【００５０】
本実施例でも、第１実施例と同様に、アンテナ素子１３０−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）は、波長λｉのレーザ光で搬送されたＲＦ信号で励振される。波長λ１〜λｎのレーザ光で搬送されたＲＦ信号はそれぞれ可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎにより個別に遅延されているので、アレイアンテナ１３０の各アンテナ素子１３０−１〜１３０−ｎは、可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎの遅延時間に応じた位相差の、同じＲＦ信号で励振されることになる。可変光遅延器１２０−１〜１２０−ｎの遅延時間を個別に調整することで、アレイアンテナ１３０の放射電界プロファイルの形状、例えば、放射方向と半値幅を調整できる。
【００５１】
制御装置１３２が、レーザダイオード１１０−１〜１１０−ｎの出力パワーを個別に制御することで、アレイアンテナ１３０からの放射パワーと放射電界プロファイルを制御できることは、第１実施例と同様である。
【００５２】
本実施例では、光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎからアレイアンテナ１３０（アンテナ素子１３０−１〜１３０−ｎ）の範囲を、受光器１２８−１〜１２８−ｎの直流バイアス用電池以外の電源を要しない無給電領域とすることが可能である。光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎの距離により、例えば、基地局から１ｋｍ以上離れた場所にアレイアンテナ１３０を設置できる。
【００５３】
本実施例では、光ファイバ１２４−ｉとして、波長λｉに対する波長分散値が互いに異なるものを選択することで、光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎ自体の遅延時間を個別に設定できる。各アンテナ素子１３０−１〜１３０−ｎの励振位相には、光ファイバ１２４−１〜１２４−ｎの波長分散値の相違に基づく遅延時間も影響する。実施例１と同様に、ＬＤ１１０−１〜１１０−ｎとして波長可変レーザを用い、波長分離器１１８の波長分離特性内でＬＤ１１０−ｉの波長λｉを調整することで、光ファイバ１２４−ｉでの遅延時間を調整できる。すなわち、可変光遅延器１２０−ｉによる遅延時間の調整に、波長可変レーザであるＬＤ１１０−ｉの波長調整を組み合わせることで、より微細な指向性制御が可能になる。
【実施例３】
【００５４】
図５は、本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。本実施例では、距離延伸のための光ファイバを複数の波長λ１〜λｎで共用する。
【００５５】
レーザダイオード（ＬＤ）２１０−１〜２１０−ｎは互いに異なる波長λ１〜λｎでレーザ発振し、連続レーザ光を出力する。制御装置２３２は、各レーザダイオード２１０−１〜２１０−ｎのレーザ発振のオン／オフを含めて、その出力パワーを制御でき、追加的にレーザ発振波長も制御できる。光合波器２１２は、ＬＤ２１０−１〜２１０−ｎの出力レーザ光を合波し、合波レーザ光を光変調器２１４に出力する。光変調器２１４は、無線送信すべきＲＦ信号２１６に従い、光合波器２１２からの合波レーザ光を強度変調する。これにより、ＲＦ信号２１６を搬送する光キャリアが生成される。光変調器２１４の出力段には、必要により光アンプを組み込んである。
【００５６】
光変調器２１４の出力光は、距離延伸のための光ファイバ２１５を介して波長分離器２１８に入射する。波長分離器２１８は、光ファイバ２１５を介して入射する光変調器２１４の出力光を波長λ１〜λｎの各光成分に分離し、分離された各波長λ１〜λｎの光成分をそれぞれ可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎに供給する。制御装置２３２は、各可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの遅延時間を個別に制御可能である。可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎは可変光遅延器２０−１〜２０−ｎと同様の構成からなる。
【００５７】
可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの出力光信号は、それぞれ受光器２２８−１〜２２８−ｎに入射する。受光器２２８−１〜２２８−ｎはそれぞれ、可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの出力光信号を電気信号に変換する。受光器２２８−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）の出力信号は、光変調器２１４に入力されるＲＦ信号（但し、対応する波長λｉの可変光遅延器２２０−ｉで遅延されたＲＦ信号）に相当する。
【００５８】
受光器２２８−１〜２２８−ｎは、受光器２８−１〜２８−ｎと同様に、ホトダイオード（ＰＤ）からなり、好ましくは、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）〜数１０ＧＨｚ帯に対応し、数１００ｍＷの電気信号を発生可能な超高速・高出力ホトダイオードからなる。受光器２２８−１〜２２８−ｎとして、アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）を使っても良い。これらダイオードは、図示しないバッテリから直流バイアスを印加されている。すなわち、受光器２２８−１〜２２８−ｎには直流バイアス用バッテリを装備すれば良く、その他の、例えば交流電源は必要とされない。
【００５９】
各受光器２２８−１〜２２８−ｎの出力は、それぞれアンテナ素子２３０−１〜２３０−ｎに接続する。アンテナ素子２３０−１〜２３０−ｎはアレイアンテナ１３０を構成し、用途に応じて、直線、円弧又は円等の所望の形状を形成するように配置される。
【００６０】
本実施例でも、第１実施例及び第２実施例と同様に、アンテナ素子２３０−ｉ（ただし、ｉ＝１〜ｎ）は、波長λｉのレーザ光で搬送されたＲＦ信号で励振される。波長λ１〜λｎのレーザ光で搬送されたＲＦ信号はそれぞれ可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎにより個別に遅延されているので、アレイアンテナ２３０の各アンテナ素子２３０−１〜２３０−ｎは、可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの遅延時間に応じた位相差の、同じＲＦ信号で励振されることになる。可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの遅延時間を個別に調整することで、アレイアンテナ２３０の放射電界プロファイルの形状、例えば、放射方向と半値幅を調整できる。
【００６１】
制御装置２３２が、レーザダイオード２１０−１〜２１０−ｎの出力パワーを個別に制御することで、アレイアンテナ２３０からの放射パワーと放射電界プロファイルを制御できることは、第１実施例及び第２実施例と同様である。
【００６２】
本実施例では、可変光遅延器２２０−１〜２２０−ｎの駆動電源及び受光器１２８−１〜１２８−ｎの直流バイアス用電池を除き、光ファイバ２１５からアレイアンテナ２３０（アンテナ素子２３０−１〜２３０−ｎ）の範囲を無給電領域とすることが可能である。光ファイバ２１５の距離により、例えば、基地局から１ｋｍ以上離れた場所にアレイアンテナ２３０を設置できる。
【００６３】
上記実施例のアレイアンテナ３０，１３０，２３０は多素子アンテナの一例であり、本発明は、他の多素子アンテナ、例えば、セクターアンテナやＭＩＭＯアンテナにも適用可能である。
【００６４】
上記各実施例では、全ての波長に対して可変光遅延器を割り当てたが、用途により、少なくとも１つの波長については可変光遅延器を省略できることは明らかである。
【００６５】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１０−１〜１０−ｎ：レーザダイオード（ＬＤ）
１２：光合波器
１４：光変調器
１６：ＲＦ信号
１８：波長分離器
２０−１〜２０−ｎ：可変光遅延器
２２：光合波器
２４：光ファイバ
２６：波長分離器
２８−１〜２８−ｎ：受光器
３０：アレイアンテナ
３０−１〜３０−ｎ：アンテナ素子
３２：制御装置
４０：三角プリズム
４０ａ，４０ｂ：面
４２：可動反射器
４２ａ，４２ｂ：反射面
１１０−１〜１１０−ｎ：レーザダイオード（ＬＤ）
１１２：光合波器
１１４：光変調器
１１６：ＲＦ信号
１１８：波長分離器
１２０−１〜１２０−ｎ：可変光遅延器
１２４−１，１２４−ｎ：光ファイバ
１２８−１〜１２８−ｎ：受光器
１３０：アレイアンテナ
１３０−１〜１３０−ｎ：アンテナ素子
１３２：制御装置
２１０−１〜２１０−ｎ：レーザダイオード（ＬＤ）
２１２：光合波器
２１４：光変調器
２１６：ＲＦ信号
２１５：光ファイバ
２１８：波長分離器
２２０−１〜２２０−ｎ：可変光遅延器
２２８−１〜２２８−ｎ：受光器
２３０：アレイアンテナ
２３０−１〜２３０−ｎ：アンテナ素子
２３２：制御装置
【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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