(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バック・ツー・バック・マルチスロー電子スイッチの対を含み、各スイッチは、
（ａ）  選択可能な電子方向づけ信号によって角度が制御可能な単一のバルクメディア光偏向器を含み、前記バルクメディア光偏向器は入力光信号を受けるための第１のサイドを有し、前記入力信号はブラッグ偏向のためおよび再結像可能であるようにするために必要な度数に視準され、前記バルクメディア光偏向器はさらに、少なくとも１つの視準された電子的に選択可能な出力光信号を伝送するための第２のサイドを有し、前記各スイッチはさらに、
（ｂ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイド付近に位置づけられる一次光ファイバの正確な位置づけのための第１の位置づけ手段と、
（ｃ）  前記第１の位置づけ手段と前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイドとの間に位置づけられ、前記入力光信号を受け前記入力光信号を視準し前記入力光信号を前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイドに向けるための視準手段と、
（ｄ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第２のサイド付近に位置づけられる複数の二次光ファイバのコラムの正確な位置づけのための第２の位置づけ手段と、
（ｅ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第２のサイドと前記第２の位置づけ手段との間に位置づけられ、前記バルクメディア光偏向器からの前記少なくとも１つの出力光信号を受け前記出力信号を結像し前記出力光信号を前記二次光ファイバへ向けるための結像手段と、
（ｆ）  前記選択可能な電子方向づけ信号を与えるための手段とを含み、所望される電子方向づけ信号を選択することは前記二次光ファイバの所望される組の選択を与え、さらに、
前記スイッチを接続するためのビーム方向づけ光ファイバ遅延線を含み、前記遅延線は前記複数の二次光ファイバの各前記コラム上で接続される、実時間遅延（ＴＴＤ）シフタ。
【請求項２】
バック・ツー・バック・マルチスロー電子スイッチの対を含み、各スイッチは、
（ａ）  選択可能な電子方向づけ信号によって角度が制御可能な単一のバルクメディア光偏向器を含み、前記バルクメディア光偏向器は入力光信号を受けるための第１のサイドを有し、前記入力信号はブラッグ偏向のためおよび再結像可能であるようにするために必要な度数に視準され、前記バルクメディア光偏向器はさらに、少なくとも１つの視準された電子的に選択可能な出力光信号を伝送するための第２のサイドを有し、前記各スイッチはさらに、
（ｂ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイド付近に位置づけられる複数の一次光ファイバのロウの正確な位置づけのための第１の位置づけ手段と、
（ｃ）  前記第１の位置づけ手段と前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイドとの間に位置づけられ、前記複数の入力光信号を受け前記複数の入力光信号を視準し前記複数の入力光信号を前記バルクメディア光偏向器の前記第１のサイドに向けるための視準手段と、
（ｄ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第２のサイド付近に位置づけられる複数の二次光ファイバの複数のコラムの正確な位置づけのための第２の位置づけ手段と、
（ｅ）  前記バルクメディア光偏向器の前記第２のサイドと前記第２の位置づけ手段との間に位置づけられ、前記バルクメディア光偏向器からの前記少なくとも１つの出力光信号を受け前記出力信号を結像し前記出力光信号を前記二次光ファイバへ向けるための結像手段と、
（ｆ）  前記選択可能な電子方向づけ信号を与えるための手段とを含み、所望される電子方向づけ信号を選択することは前記二次光ファイバの所望される組の選択を与え、さらに、
複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線を各々が有する複数のコラムを含み、各前記遅延線は、第１の端部で、電子マルチスロースイッチの前記対のうちの第１のスイッチの関連づけられる二次光ファイバに接続され、かつ、第２の端部で、電子マルチスロースイッチの前記対の第２のスイッチの関連づけられる二次光ファイバに接続される、複数素子を有する実時間遅延（ＴＴＤ）シフタ。
【請求項３】
複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線の前記複数のコラムのロウは、三次元空間において偏りのない特定の遠距離場アンテナビームポインティングのためのＴＴＤ制御を含む、請求項２に記載の複数素子を有するＴＴＤシフタ。
【請求項４】
複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線を各々が有する、前記複数の前記コラムの複数のロウは、共通のアンテナ走査コヒーレント中心を伴う、三次元空間での偏りのない複数の遠距離場アンテナビームポインティングのためのＴＴＤ制御を含む、請求項２に記載の複数素子を有するＴＴＤシフタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
１．発明の分野
この発明は、マイクロ波およびミリメートル波周波数の送信および受信のためにアンテナビームを効率的に方向づけるためのバルク装置および電子走査または切換技術に関し、より特定的には、大きな開口「フィルアップ時間（fill-up time）」または大きな利得−帯域幅積を伴うアンテナシステムのための偏りのない電子ビーム方向付けに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
フェーズドアンテナアレイは、レーダ、通信および自由空間データリンクのための信号の送信および受信において数多くの利点を有する。１つ以上の同時アンテナビームの電子走査は、現代のフェーズドアレイアンテナシステムの、包含される特性である。実電子走査とは、アンテナまたはその構成部品のいずれの物理的な移動も伴わずに、コマンドでの、アンテナビームのほとんど即時の移動を達成することを意味する。
【０００３】
設置の容易さは、機械的な移動が全くないことの第１の特別な利点である。接地レーダのアンテナを収容する大きなレーダ保護用ドームの代わりに、フェーズドアレイアンテナは建物の屋根および側面に組み込まれ得る。航空機の機首全体を占める２軸または３軸の機械的ジンバルおよびそれが要する角回転クリアランス空間に包囲される小さい椀型アンテナの代わりに、埋込アンテナアレイが航空機の表面に組込まれるかもしれない。宇宙船に、機械的に複雑で展開不可能な反射器アンテナおよびそのポジショナを置く代わりに、フェーズドアレイアンテナは、ジンバルなしに走査ビームを伴う機械的に単純で固定された小型構造パネルを可能にする。
【０００４】
アンテナビームのほとんど即時の、慣性のない電子的移動は、フェーズドアレイアンテナの第２の特別な利点である。アンテナビームのこのほとんど即時の電子的移動は、遠隔地と、または付近を操縦中の複数の航空機と複数の通信リンクを維持する航空機を操縦する場合に特に有用である。この同じ利点は、さらに、操縦中に、地表測量、地勢回避、障害物回避およびＳＡＲ撮像を行なうに際し、空挺レーダにも有用である。
【０００５】
フェーズドアレイアンテナにより生成可能な超低サイドローブアンテナパターンは、レーダクラッタ低減、干渉低減および妨害電波に対する脆弱さの低減に対する大きな性能上の利点である。関連のカテゴリに入るのは、フェーズドアレイの、干渉または妨害電波信号源方向へアンテナパターン零位を方向づける能力である。これらの重要な特徴は、レーダおよび通信リンクに、クラッタおよび人による干渉の低減において劇的に改善された良度示数を与える。
【０００６】
現在の技術は、たとえば、ウエイク・ディー（Wake, D ）の「２．４ＴＨｚの帯域幅−効率積を伴う１５５０ｎｍミリメータ波光検波器（A 1550-nm Millimeter-Wave Photodetector with a Bandwidth-Efficiency Product of 2.4 THz）」、光波技術ジャーナル（Journal of Lightwave Tech.）、第１０巻、第９号、１９９２年７月、第９０８〜９１２頁等、極端に広帯域幅の信号波を利用する能力を急速につくり出している。これらの極端に広帯域幅の信号波の利用により、放射安全性および周波数再使用ならびに増大したデータ速度を要する機能の実行の機会が与えられる。
【０００７】
位相のみが方向づけられるフェーズドアレイアンテナの利得−帯域幅積制限は、ビームの偏りによって最も容易に特徴づけられる。ビームの偏りとは、周波数が大きくなるにつれ、位相のみが方向づけられる主アンテナビームが、通常は横正面である、その唯一の考えられ得る広帯域幅コヒーレントアンテナビーム位置方向に動くことである。フランク・ジェイ（Frank, J. ）、「フェーズドアレイアンテナのための帯域幅基準（Bandwidth Criteria for Phased Array Antennas）」、フェーズドアレイアンテナ（Phased-Array Antennas ）、オライナー（Oliner）、アーサー・エイ（Arthur A）およびニッテル（Knittel ）、ジョージ・エイチ（George H）編、アーテック・ハウス・インコーポレーテッド（Artech House, Inc.）、デッドハム（Dedham）、ＭＡ  １９７２、第２４３〜２５３頁は、ビーム応答がピークから３ｄＢ劣化する周波数によりこの効果の帯域幅を計算している。この帯域幅は、さらに、「フィルアップ」時間、または最悪の場合の方向からの入射パルスによってアンテナ開口全体を同時に照射するのに必要なパルスの時間継続期間にも関連し得る。アンテナ開口全体を同時に照射しないと、位相のみが方向づけられるアレイがその全コヒーレント利得を達成することが妨げられる。
【０００８】
偏りのないビーム方向づけは、位相方向づけを、分散のないビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）を伴う実時間遅延（ＴＴＤ）方向づけと置換えることによって達成される。偏りのないビーム方向づけのアンテナビーム中心では、ＴＴＤビーム方向づけ装置は信号上に周波数歪みを全く導入しない。ＴＴＤビーム方向づけに対する走査アレイ制御は、アレイ因子Ａa （θ）において、一様な進行性の方向づけ位相因子αz による、エリオット（Elliott ）、ロバート・エス（Robert S．）、アンテナ理論および設計（Antenna Theory and Design ）、プレンティス・ホール・インコーポレーテッド（Prentice-Hall, Inc. ）、イングルウッド・クリフス（Englewood Cliffs）、ニュージャージー（ＮＪ）、１９８１、第１２８頁等、標準アレイ方式と形式が非常に類似している。
【０００９】
【数１】
0004002318.tif 000002
【００１０】
上の加法公式は、位相方向づけに代えて進行性実時間遅延方向づけおよび複素周波数ｓを用いて次のように展開され一般化されてもよい。
【００１１】
【数２】
0004002318.tif 000003
【００１２】
Ａa （ｚ）アレイ因子形式において、ｚ変数はｚ変換の時間遅延変数を満足させる。この公式に従って各アレイエレメントに対するビーム方向づけ実時間遅延線を構築することによって、このアレイのアンテナ走査コヒーレンス中心はＩ0 アレイエレメントのコヒーレンス中心に位置される。同様に、Ｚ-NＡa （ｚ）に対するビーム方向づけ実時間遅延線を構築することによって、このアレイのアンテナ走査コヒーレンス中心はＩN アレイエレメントのコヒーレンス中心に位置される。
【００１３】
本文献には、位相のみの方向づけを克服するためのいくつかのマイクロ秒速フォトニックアプローチ：別個のビーム位置およびハイブリッド位相／時間遅延サブアレイがある。カードーン・エル（Cardone, L．）「超広帯域幅マイクロ波ビーム形成技術（Ultra-Wideband Microwave Beamforming Technique）」マイクロウェーブジャーナル（Microwave Journal ）、１９８５年４月、第１２１〜１２８頁は、光学的にコヒーレントなＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）において光ファイバを伴う別個のビーム位置技術の一例を挙げている。彼は複数の別個のアンテナビーム間における電子的な選択のための切換技術を含んではいないが、我々は光学的にコヒーレントなＢＦＮのために必要な光学的許容値を未だ維持できないでいる。位相のみの方向づけを避けるための第２の電子的な概念は、帯域幅によってサイズが制限されるサブアレイ内で位相方向づけを用いるハイブリッド位相／時間遅延方向づけを用いること、およびサブアレイ間で時間遅延方向づけを用いて物理的により大きなアレイにわたってサブアレイ帯域幅を維持することである。ン・ダブリュー（Ng, W.）、ウォルストン・エイ・エイ（Walston, A. A.）、タンゴナン・ジー・エル（Tangonan, G. L. ）、リー・ジェイ・ジェイ（Lee, J. J.）、ニューバーグ・アイ・エル（Newberg, I. L.）およびバーンスタイン・エヌ（Bernstein, N. ）「実時間遅延を用いた、光学的に方向づけされるマイクロ波フェーズドアレイアンテナの初の説明（The First Demonstration of an Optically Steered Microwave Phased Array Antenna Using True-Time-Delay）」、ジェイ・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー（J. of Lightwave Technology）、第９巻、第９号、第１１２４〜１１３１頁、１９９１年９月では、単位シフタごとに多数の能動素子を伴うスイッチを用いてこの概念が実現されている。タング・アール（Tang, R.）「時間遅延ビーム方向づけ技術の調査（Survey of Time-Delay Beam Steering Techniques ）」フェーズド・アレイ・アンテナ、オライナー、アーサー・エイ、およびニッテル、ジョージ・エイチ編、アーテック・ハウス・インコーポレーテッド、デッドハム、マサチューセッツ（ＭＡ）、１９７２年、第２５４〜２６０頁によると、ハイブリッド位相／時間遅延が横正面を外れて走査する状態でのサブアレイシステムは、帯域幅が増加するか、走査角が大きくなるか、またはビーム幅が減少するにつれ、大きな利得損失およびより高いサイドローブをうけることとなる。
【００１４】
必要とされる時間シフタは、物理的には、マイクロストリップ回路に用いられる位相シフタの最近の実施例と大きくは異ならない。マイクロ波位相シフタを実施する好ましいマイクロストリップ法は、広帯域幅ビーム方向づけに必要な差動時間遅延を可能性として生じさせる、ダイオードにより切換えれる受動遅延線を用いることである。典型的には、高価な構成要素の費用を低減するために、方向づけエレメントは多重に再使用されるよう設計される。ビーム方向づけコンピュータは、切換によってどの遅延線が選択されるべきかを決定するために単一の特定の周波数に対して必要な位相を計算する。この多重の再使用は、特定の単一周波数に対し整数個の波長だけ実時間遅延長よりも短い遅延線をコンピュータに選択させるモジュロ２πラジアン算術の適用により達成される。この再使用される切換えられる遅延線シフタは、アンテナビームの偏りのないビーム方向づけの利点なしに周波数分散を導入する。
【００１５】
フェーズドアレイの方向づけエレメントの構成要素の多重再使用を要する場合の推進力は費用である。第１の再使用の理由は、構成要素の状態の再使用の可能性である。位相シフタはモジュロ２πラジアン算術によって位相状態再使用を達成する。多くの位相状態は１つの周波数に基づいて再使用され得る。これは、同一のシフタの場合、より多くの実時間遅延状態が同一位相シフト状態の場合よりも必要とされることを意味する。第２の再使用の理由は、トンプソン・ジェームズ・ディー（Thompson, James D.）、米国特許第５，０１２，２５４号、１９９１年４月３０日によると、マイクロ波遅延空間は貴重な資源であるということである。各アレイエレメントがそれ自身のシフトモジュールをアンテナの開口付近またはその中に位置することを必要とし、間隔の近い、格子ローブのない開口が所望される場合には、有意な開口深さが必要とされ、等角または傾きをつけられたアンテナ構造を大きな性能上の妥協なしには寸法上可能にできないことがしばしば起こる。第３の再使用の理由は、Ｎ×ＮエレメントのＮ2 位相／時間シフタを必要とする場合、これは大きな全体的コストであるというものである。すべてのＮ2 位相／時間シフタを同一にすればユニット製造コストは負担可能なものになるだろう。第４の再使用の理由は、円形かつ等角フェーズドアレイビーム方向づけの特別な例に対するものである。ディビィーズ・ディー・イー・エヌ（Davies, D. E. N.）「円形アレイ（Circular Arrays ）」アンテナ設計ハンドブック（The Handbook of Antenna Design）、エイ・ダブリュー・ラッジ（A. W. Rudge ）、ケイ・ミルン（K. Milne）、エイ・ディー・オルバー（A. D. Olver ）、ピー・ナイト（P. Knight ）編、第１２章、ピーター・ペリグリニウス・リミテッド（Peter Perigrinius, Ltd. ）、１９８６年、第９９２〜１０２３頁によると、「テーパのついた励起の回転は通常大きさおよび位相の両方の制御を必要とし、このことは走査の費用および複雑さによるビーム共位相システムの限界の１つを示す」。従来的な選択は、重み付けされた位相モードを用いて円形リングアレイを走査するか、またはバドラー行列内で位相シフタを用いてサブアレイを走査することである。残念ながら、極端に広帯域幅の実位相シフタは極端に広帯域幅の実時間遅延シフタよりも製造がさらに困難であり、典型的には位相シフタ法は独立した大きさテーパ制御を必ずしも与えはしない。
【００１６】
上述のことに鑑み、フェーズドアレイアンテナのための改良された、好ましくは光学的な、偏りのないビーム方向づけ装置に対する要求があることは明らかである。さらに、極端な広帯域幅使用の場合には、偏りのないビーム方向づけは、必要とされる時間シフタの数を劇的に低減するような態様で実現されなければならないことも肝要である。さらに、モノパルス角トラッキング機構が用いられる場合には、周波数非依存性モノパルスにより指示される空間角を得るために、アンテナビーム幅の極端な変化を抑制しなければならない。
【００１７】
ゆえに、この発明の目的は、（１）ビーム方向づけエレメントのマイクロ波分離、低減された体積、重量および部品数を与え、（２）空間および重量資源を最小限にするために光学的な時間遅延線を用い、（３）低い損失を受ける光学的ビーム形成ネットワークを用い、（４）周波数に依存しないのではない態様で遅延長を再使用するのではなく、さらなるアレイエレメントのために時間遅延シフタを再利用し、（５）等角アレイに対してビーム方向づけおよびビーム成形コマンドの、単純化された計算を与え、（６）２次元ビーム方向づけを達成するために、低減された数のコマンドされる状態を与え、（７）アンテナビーム中心の、偏りのないビーム方向づけを使用し、（８）独自のアンテナ実時間遅延アンテナ走査コヒーレンス中心を用い、（９）同時多重アンテナビームを用い、（１０）周波数に伴うビーム幅のばらつきを最小限にするための機構を提供し、（１１）極端な広帯域幅モノパルス角感知を提供し、（１２）マイクロ秒ビーム方向づけを提供する、周波数に依存しないビーム方向づけおよびビーム形成ネットワークを提供することである。
【００１８】
【発明の概要】
広い局面において、この発明は、ファイバ光ケーブルネットワークのためのマルチスロー電子スイッチを含む。マルチスロー電子スイッチは、選択可能な電子方向づけ信号によって角度が制御可能なバルクメディア光偏向器を含む。バルクメディア光偏向器は、ブラッグ偏向のためおよび再結像可能であるようにするために必要な度数に視準される入力光信号を受けるための第１のサイドを有する。バルクメディア光偏向器の第２のサイドは、少なくとも１つの視準された、電子的に選択可能な出力光信号を伝送する。第１の位置づけ手段は、バルクメディア光偏向器の第１のサイド付近に位置づけられる一次光ファイバの正確な位置づけを与える。視準器は入力光信号を受け、その入力光信号を視準して、その入力光信号をバルクメディア光偏向器の第１のサイドへ向けるために、第１の位置づけ手段とバルクメディア光偏向器の第１のサイドとの間に位置づけられる。第２の位置づけ手段は、バルクメディア光偏向器の第２のサイド付近に位置づけられる複数の二次光ファイバのコラムの正しい位置づけを与えるものである。結像器はバルクメディア光偏向器からの出力光信号を受け、出力信号を結像して、その出力光信号を二次光ファイバに向けるために、バルクメディア光偏向器の第２のサイドと第２の位置づけ手段との間に位置づけられる。
【００１９】
実時間遅延（ＴＴＤ）シフタは、マルチスロー電子スイッチのマルチスロー端部上で複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラムを挟むマルチスロー電子スイッチのバック・ツー・バック対を含む。所望される電子方向づけ信号を選択することがビーム方向づけ光ファイバ遅延線の所望される組の選択を与えるように、共通の信号源が選択可能な電子方向づけ信号を与える。信号源は、空間における１つ以上の同時の方向のためのアンテナアレイ方向づけコマンドであってもよい。
【００２０】
空間における複数方向に対するアンテナアレイの偏りのない方向づけの場合、各アンテナアレイエレメントのためのＴＴＤシフタは、それ独自の、複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラムを持たなければならない。各アンテナアレイエレメントのための、偏りのないビーム方向づけ光ファイバ遅延線が適当に順序づけられるならば、同じ選択可能な電子方向づけ信号が、電子方向づけアンテナアレイのすべてのＴＴＤシフタに対して用いられ得る。この理由から、実時間遅延シフタにおいて用いられるバルクメディア光偏向器スイッチは、空間上の複数の同時の方向に複数のアレイエレメントを同時に方向づけるのに理想的に適合される。
【００２１】
さらに、広い局面において、この発明は、ファイバ光ケーブルネットワークのための、複数の素子を有するマルチスロー電子スイッチを含む。この複数素子を有するマルチスロー電子スイッチは、選択可能な電子方向づけ信号によって角度が制御可能なバルクメディア光偏向器を含む。バルクメディア光偏向器は、ブラッグ偏向のためおよび再結像可能であるようにするために必要な度数に視準される複数の入力光信号のロウを受けるための第１のサイドを有する。バルクメディア光偏向器の第２のサイドは、少なくとも１つの視準された電子的に選択可能な出力光信号を伝送する。第１の位置づけ手段は、バルクメディア光偏向器の第１のサイド付近に位置づけられる一次光ファイバのロウの正確な位置づけを与える。視準器は複数の入力光信号を受け、複数の入力光信号を視準して、その複数の入力光信号をバルクメディア光偏向器の第１のサイドへ向けるために、第１の位置づけ手段とバルクメディア光偏向器の第１のサイドとの間に位置づけられる。第２の位置づけ手段は、バルクメディア光偏向器の第２のサイド付近に位置づけられる複数の光二次光ファイバの複数のコラムのロウの正確な位置づけを与える。結像器または収束レンズは、バルクメディア光偏向器からの出力光信号の複数のコラムのロウを受け、複数の出力光信号を結像して、複数の出力光信号を複数の二次光ファイバの複数のコラムのロウに向けるために、バルクメディア光偏向器の第２のサイドと第２の位置づけ手段との間に位置づけられる。
【００２２】
複数の素子を有する実時間遅延（ＴＴＤ）シフタは、マルチスロー電子スイッチのマルチスロー端部上で二次元の複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線を挟むマルチスロー電子スイッチのバック・ツー・バック対を含む。所望される電子方向づけ信号を選択することが、空間上の１つ以上の同時の方向に対してビーム方向づけ光ファイバ遅延線の所望される組の選択を与えるように、共通の信号源が選択可能な電子方向づけ信号を与える。
【００２３】
アンテナエレメントの直線アレイをビーム方向づけするためには、所望されるアンテナ走査コヒーレンス中心がアレイエレメントコヒーレンス中心と共線的な任意の場所にあれば、たった１つの方向づけ方向余弦を用いるだけでよい。二次元空間において平面アレイを偏りなくビーム方向づけする場合には、２つの方向づけ方向余弦を必要とする。これは、実時間遅延シフタのために必要な状態の数を本質的に二乗する。アレイ格子の外形が、分布したビーム方向づけおよび結合によって利用されない場合、このことは部品点数の過剰につながり得る。
【００２４】
分布したビーム方向づけは複合アレイから直線サブアレイを選択することによって行なわれ、これはその直線サブアレイのための１つの方向づけ方向余弦を与え、これは、特定されるアンテナ走査中心を有する複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線を各々が伴う複数のコラムのロウを用いる。ビーム方向づけされる直線アレイは、分布したビーム形成ネットワークに組合わされて、特定のアンテナ走査中心を有するサブアレイとなり得る。すべての直線サブアレイに対する特定されるアンテナ走査中心が一致すれば、さらなるビーム方向づけは必要とされない。特定されるアンテナ走査中心がすべて共線的である場合には、サブアレイ走査中心と共線的である特定されるアンテナ走査中心を有する複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線の複数のコラムのロウを第２のＴＴＤシフタにおいて用いてビーム方向づけをもう１つ行ない、サブアレイのアレイに対する最終的な方向づけ方向余弦を与えなければならない。
【００２５】
【実施例の詳細な説明】
図面の図全体を通して同じ要素または部分は同じ参照番号で示され、同様の構成要素は′で明示される。
【００２６】
ここで図面およびその上に記される参照番号を参照すると、図１は、概して１０で示されるマルチスロー電子スイッチを示す。マルチスロー電子スイッチ１０は、選択可能な電子方向づけ信号１４で角度が制御可能なバルクメディア光偏向器１２を含む。バルクメディア光偏向器１２は入力光信号１８を受けるための第１のサイド１６を有し、この入力信号はブラッグ偏向のためおよび再結像可能であるようにするために必要な度数に視準される。バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０は、少なくとも１つの視準された電子的に選択可能な出力光信号２２を伝送する。第１の位置づけ手段２４は、入力光信号１８を最初に運ぶ一次光ファイバ２６の正確な位置づけを与え、バルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６付近に位置づけられる。視準器２８は、入力光信号１８を受け、入力光信号１８を視準して、その入力光信号１８をバルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６へ向けるために、第１の位置づけ手段２４とバルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６との間に位置づけられる。第２の位置づけ手段３０は、バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０付近に位置づけられる複数の二次光ファイバ３２のコラムの正確な位置づけを与える。結像器または収束レンズ３４は、バルクメディア光偏向器１２から出力光信号２２を受け、出力信号を結像し、出力光信号２２を二次光ファイバ３２へ向けるために、バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０と第２の位置づけ手段３０との間に位置づけられる。少なくとも１つの所望される電子方向づけ信号を選択することが、入力光信号１８を出力光信号２２へ伝送するための二次光ファイバ３２のコラム内の所望の組の選択を与えるように、信号源は選択可能な電子方向づけ信号１４を与える。ブラッグ・セルのバルクメディア光偏向器１２の場合、複数の出力光信号２２の大きさが選択可能なものとなるように信号源が複数の選択可能な電子方向づけ信号１４を与えてもよい。
【００２７】
図２は、概して５０で示される、複数素子を有するマルチスロー電子スイッチを示す。マルチスロー電子スイッチ１０は、選択可能な電子方向づけ信号１４で角度が制御可能なバルクメディア光偏向器１２を含む。バルクメディア光偏向器１２は、ブラッグ偏向のためおよび再結像可能なようにするために必要な度数に視準される、ロウ状に整列される複数の入力光信号１８を受けるための第１のサイド１６を有する。バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０は、入力光信号１８の各々に対して、少なくとも１つの視準された電子的に選択可能な出力光信号を伝送する。第１の位置づけ手段２４′は、複数の入力光信号１８を最初に運ぶ一次光ファイバ２６のロウの正確な位置づけをなし、バルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６付近に位置される。視準器２８は、複数の入力光信号を受け、複数の入力光信号１８を視準し、その複数の入力光信号１８をバルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６に向けるために、第１の位置づけ手段２４′とバルクメディア光偏向器１２の第１のサイド１６との間に位置づけられる。第２の位置づけ手段３０′は、入力光信号１８の各々を与え、バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０付近に位置づけられる複数の二次光ファイバ３２のコラムの正確な位置づけをなす。複数の二次光ファイバは、第１の位置づけ手段２４′による一次光ファイバ２６と同様の態様でロウとしてさらに正確に位置づけられる。結像器または収束レンズ３４は、バルクメディア光偏向器からの複数の出力光信号２２を受け、複数の出力光信号２２を結像し、その複数の出力光信号２２を複数の二次光ファイバ３２′のロウ３１およびコラムに向けるために、バルクメディア光偏向器１２の第２のサイド２０と第２の位置づけ手段３０′との間に位置づけられる。信号源は、所望される電子方向づけ信号を選択することが複数の二次光ファイバ３２′のコラムのロウ３１の所望される組の選択をなすように、ロウ選択可能電子方向づけ信号１４を与える。図１にあるように、ブラッグ・セルのバルクメディア光偏向器１２の場合、信号源は出力光信号２２の複数のロウの大きさを選んでもよい。
【００２８】
次に図３を参照すると、概して６０で示される、ビーム方向づけのために必要とされる複数のうちの１つの電子実時間遅延シフタが示される。これは、ビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラム３６を挟む１対のバック・ツー・バック・マルチスロー電子スイッチ１０からなる。偏極に対する適当な注意を伴う孤立の選択可能な電子方向づけ信号１４の場合、逆方向でのマルチスロー電子スイッチ１０の挿入損失は順方向と同様であり得る。コラム３６の各ビーム方向づけ光ファイバ遅延線は、電子方向づけ信号１４を介して選択可能な複数の独自の時間遅延を入力光信号１８に与えるよう、独自の長さで作製されてもよい。
【００２９】
図４は、概して７０で示される、ビーム方向づけのために適合される、電子複数素子を有するフォトニック実時間遅延シフタを示す。図３の態様では、複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラム３６、３８、４０またはそれ以上を挟む、１対のバック・ツー・バックの、複数素子を有するマルチスロー電子スイッチ５０がある。第１の電子スイッチ５０は複数の入力光信号１８を受け、第２の電子スイッチ５０は複数の方向づけられる光信号７６を伝える。ビーム方向づけ光ファイバ遅延線の複数のコラム３６、３８、４０またはそれ以上の内の各ファイバ光ケーブル遅延線は、電子方向づけ信号１４を介して選択可能な複数のビーム方向づけされる光信号７６を与えるよう、独自の長さで作製される。
【００３０】
図５は、概して８０で示される、フォトニック実時間遅延シフタでビーム方向づけされるアンテナ直線アレイのための受信ブロック図である。図４の電子複数素子実時間遅延シフタ７０は、直線アレイエレメント６４の共線出力マイクロ波信号６３の、偏りのないマイクロ波ビーム方向づけを可能にするために、複数のビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラム３６、３８、４０またはそれ以上を用いる。入力光信号を複数素子フォトニックＴＴＤシフタ７０に入力するためにアンテナ直線アレイエレメント６４の出力マイクロ波信号にインタフェースするのはレーザダイオード送信機６２であり、これはマイクロ波前置増幅器と直接変調されるレーザダイオードとが統合したものである。図４のフォトニックＴＴＤシフタ７０の出力端で、複数の出力光信号１８は、共通のアンテナ走査コヒーレンス中心でもって適当にビーム方向づけされ、ここでマイクロ波がコヒーレントに結合されなければならない。この機能の慣例的な術語はビーム形成ネットワークである。好ましい実施例は単一モードからマルチモードへの光ビーム形成ネットワーク５２に降圧受信機５４が続き、マイクロ波検知および前置増幅を行なう。より従来的な実施例では、複数のマイクロ波検知を行ない、それに広帯域幅マイクロ波コンバイナが続く。光結合はマイクロ波コヒーレントでなければならないが、電子方向づけアレイを受ける場合には光学的許容値の対象とならないよう、光学的にインコヒーレントに結合されるのが望ましい。
【００３１】
図６は、概して９０で示される、ビーム方向づけのために要される複数のうちの１つである、反射性再入来時間遅延シフタを示す。この実時間遅延シフタの場合、僅か１つのマルチスロー電子スイッチ１０または複数素子マルチスロー電子スイッチ５０しか必要としない。少なくとも１つの入力光信号１８がマルチスロー電子スイッチを通過して遅延線３６′に入った後、入力光信号は高反射性ファイバ光ケーブル端７２から反射される。この高い反射性を得るためには数多くのプロセスがある。反射された入力光信号はマルチスロー電子スイッチに再入来して第１の位置づけ手段２４において一次光ファイバ２６上で再結像される。一次光ファイバ２６上には光サーキュレータ７４があり、これはビーム方向づけされる光信号７６から入力光信号１８を分離するよう作用する。
【００３２】
図７は、概して１００で示される、ビーム方向づけのために適合される複数素子ファイバループバック・再入来実時間遅延シフタを示す。このＴＴＤシフタでは、図４の第１の位置づけ手段２４′は、複数の入力光信号１８と複数の出力光信号７６とを保持する。このループバック・再入来ＴＴＤシフタ１００では、図４の第２の位置づけ手段３０′からのビーム方向づけ光ファイバ遅延線の複数のコラム３６、４０またはそれ以上の光ファイバは、同じ複数のロウ３５、３７、３９、４１またはそれ以上内で、第２の位置づけ手段３０′における光ファイバの複数のコラム３８、４２またはそれ以上に折返される。ビーム方向づけ光ファイバ遅延線のコラム３６、４０またはそれ以上の光ファイバが光ファイバのコラム３８、４２またはそれ以上に折返して、ビーム方向づけされる光信号７６を伝播するように、信号源はロウ選択可能電子方向づけ信号１４を与える。
【００３３】
図８は、概して９２で示される、ビーム方向づけに適合される反射性の再入来ＴＴＤシフタを示す。このＴＴＤシフタ９２の場合、僅か１つの複数素子マルチスロー電子スイッチ５０しか必要とされない。複数の入力光信号１８はサーキュレータ７４を通過してマルチスロー電子スイッチ５０に至る。所望される電子方向づけ信号を選択することが、ビーム方向づけ光ファイバ遅延線の複数のコラム３６、３８、４０またはそれ以上の光ファイバの所望されるロウ３７、３９、４１またはそれ以上の組の選択を与えるように、信号源はロウ選択可能電子方向づけ信号１４を与える。入力光信号１８は、ビーム方向づけ光ファイバ遅延線３６、３８、４０またはそれ以上の高反射性ファイバ光ケーブル端７２から反射される。この高い反射性を得るために数多くのプロセスがある。反射された入力光信号１８はマルチスロー電子スイッチ５０に再入来して複数の光サーキュレータ７４に伝播し、複数の光サーキュレータ７４は複数の入力光信号１８を複数のビーム方向づけされた光信号７６から分離する。
【００３４】
図９は、概して１１０で示される、分布されるＴＴＤビーム方向づけされる電子アンテナアレイのブロック図である。電子アンテナアレイは直線アレイである必要はないが、平面アレイまたは等角アレイであり得る。平面アレイのようないくつかの外形の場合、ロウおよびコラムによってビーム方向づけすることがより効率的である場合がある。これらの例では、分布されるＴＴＤビーム方向づけ複合アレイ１１０の場合の第１のレベルの方向づけは、図５にあるようにフォトニックＴＴＤシフタ８０によって各々がビーム方向づけされる複数の直線アレイを用いる。この第１のレベルのビーム方向づけは、方向づけ方向余弦の第１のレベルの組に従って行なわれる。この第１のレベルでは、各第１のレベルの複数素子ＴＴＤシフタ７０内の第１のレベルのビーム方向づけ光遅延線３６、３８、またはそれ以上は、第１のレベルのサブアレイ出力マイクロ波信号５６のアンテナ走査コヒーレンス中心が共線的であるように選択される。分布されるビーム方向づけの次のレベルでは、第１のレベルのビーム方向づけされる共線的出力マイクロ波信号５６は、図４の直線アレイエレメント６４の、方向づけされない共線的出力マイクロ波信号６３のように扱われる。これら第１のレベルのビーム方向づけされる共線的出力マイクロ波信号５６の各々と第２のレベルの複数素子ＴＴＤシフタ７０とはレーザダイオード送信機６２によってインタフェースされる。第２のレベルの複数素子フォトニックＴＴＤシフタ７０は、サブアレイの直線アレイのための第２のレベルの方向余弦とともに第２のレベルの電子方向づけ信号１０４を受ける。第２のレベルの複数素子ＴＴＤシフタ７０内の第２のレベルのビーム方向づけ光遅延線３６、３８またはそれ以上は、第１および第２のレベルのビーム方向づけされる出力マイクロ波信号５８のサブアレイの第２のレベルのアンテナ走査コヒーレンス中心がサブアレイの他の任意の直線アレイと共線的であるように選択される。１つのアンテナ走査コヒーレンス中心しか残らない場合には、それ以上のレベルの、分布されるビーム方向づけは必要ではない。
【００３５】
明らかに、上記の教示に照らして、この発明の多くの修正物および変形物が可能である。ゆえに、前掲の特許請求の範囲内においてこの発明は特定的に記載される以外の態様で実施されてもよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理に従うファイバ光ケーブルネットワークのためのマルチスロー電子スイッチの概略図である。
【図２】この発明の原理に従うファイバ光ケーブルネットワークのための複数素子マルチスロー電子スイッチの概略図である。
【図３】この発明の原理に従う１つのアレイエレメントのビーム方向づけのための実時間遅延シフタの概略図である。
【図４】この発明の原理に従う、直線アレイをビーム方向づけするための複数素子実時間遅延シフタの概略図である。
【図５】電子的に方向づけされるマイクロ波またはミリメータ波直線アレイアンテナにおける実時間遅延シフタの使用を説明するブロック図である。
【図６】この発明の原理に従う反射性・再入来ＴＴＤシフタの概略図である。
【図７】この発明の原理に従う、直線アレイをビーム方向づけするための複数素子ループバックファイバ・再入来ＴＴＤシフタの概略図である。
【図８】この発明の原理に従う、直線アレイをビーム方向づけするための反射性・再入来複数素子実時間遅延シフタの概略図である。
【図９】この発明の原理に従う、二次元電子走査アレイに対して、複数素子実時間遅延シフタを用いて、分布されたビーム方向づけを伴う、分布されたビーム形成ネットワークのブロック図である。
【符号の説明】
１０  マルチスロー電子スイッチ
１２  バルクメディア光偏向器
１４  電子方向づけ信号
２４  第１の位置づけ手段
２８  視準器
３０  第２の位置づけ手段
３４  結像器
【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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