(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号光ビームを出射するとともに、上記第１の信号光ビームから第１のマイクロ波の周波数だけ離調する第１のローカル光ビームを上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第１のマイクロ波−光出力装置と、
上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に第２の信号光ビームを出射するとともに、上記第２の信号光ビームから上記第１のマイクロ波の周波数と異なる第２のマイクロ波の周波数だけ離調する第２のローカル光ビームを上記第２の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第２のマイクロ波−光出力装置と、
上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光強度変調器と、
上記空間光強度変調器で変調された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
上記第１のローカル光ビームと上記第２のローカル光ビームとを空間的に合成し合成ローカル光ビームとする第１のビーム合成器と、
上記フーリエ変換された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを上記合成ローカル光ビームと空間的に合成し合成光ビームとする第２のビーム合成器と、
上記合成光ビームを空間的にサンプリングする複数のファイバから構成される光サンプリングアレーと、
上記ファイバの各出力から上記第１のマイクロ波を復調する複数の第１の復調手段と、
上記複数の第１の復調手段により復調された第１のマイクロ波を空間に放射するアレーアンテナと、
を備える光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、
上記合成光ビームを直線上に離間した２つの位置でサンプリングする２つの位相モニタ用ファイバと、
上記位相モニタ用ファイバの各出力から上記第２のマイクロ波を復調する２つの第２の復調手段と、
上記２つの第２の復調手段により復調された第２のマイクロ波の位相差をＤＣ電気信号として出力する位相比較装置と、
上記位相比較装置のＤＣ電気信号から上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差を演算する演算装置と、
上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームまたは上記合成ローカル光ビームを制御する波面補正手段と、
を備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】
第１の信号光ビームを出射するとともに、上記第１の信号光ビームから第１のマイクロ波の周波数だけ離調する第１のローカル光ビームを上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第１のマイクロ波−光出力装置と、
上記第１の信号光ビームの波長帯と異なり且つ上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に第２の信号光ビームを出射するとともに、上記第２の信号光ビームから第２のマイクロ波の周波数だけ離調する第２のローカル光ビームを上記第２の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第２のマイクロ波−光出力装置と、
上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光強度変調器と、
上記空間光強度変調器で変調された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
上記第１のローカル光ビームと上記第２のローカル光ビームとを空間的に合成し合成ローカル光ビームとする第１のビーム合成器と、
上記フーリエ変換された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを上記合成ローカル光ビームと空間的に合成し合成光ビームとする第２のビーム合成器と、
上記合成光ビームを空間的にサンプリングする複数のファイバから構成される光サンプリングアレーと、
上記ファイバの各出力から上記第１のマイクロ波を復調する複数の第１の復調手段と、
上記複数の第１の復調手段により復調された第１のマイクロ波を空間に放射するアレーアンテナと、
を備える光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、
上記合成光ビームを直線上に離間した２つの位置でサンプリングする２つの位相モニタ用ファイバと、
上記位相モニタ用ファイバの各出力から上記第２のマイクロ波を復調する２つの第２の復調手段と、
上記２つの第２の復調手段により復調された第２のマイクロ波の位相差をＤＣ電気信号として出力する位相比較装置と、
上記位相比較装置のＤＣ電気信号から上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差を演算する演算装置と、
上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームまたは上記合成ローカル光ビームを制御する波面補正手段と、
を備えることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項３】
上記第１の復調手段は、上記ファイバからの出力をヘテロダイン検波して上記第１のマイクロ波と上記第２のマイクロ波に復調する光電変換素子と、上記光電変換素子で復調された第１のマイクロ波のみを透過する第１のマイクロ波フィルタと、
上記第２の復調手段は、上記位相モニタ用ファイバからの出力をヘテロダイン検波して上記第１のマイクロ波と上記第２のマイクロ波に復調する光電変換素子と、上記光電変換素子で復調された第２のマイクロ波のみを透過する第２のマイクロ波フィルタと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項４】
上記第１のマイクロ波および上記第２のマイクロ波の周波数が同じであり、
上記第１の復調手段は、上記ファイバの出力から第１の信号光および第１のローカル光のみを透過する第１の光フィルタと、上記第１の光フィルタを透過した第１の信号光および第１のローカル光をヘテロダイン検波して上記第１のマイクロ波を復調する光電変換素子と、
上記第２の復調手段は、上記位相モニタ用ファイバの出力から第２の信号光および第２のローカル光のみを透過する第２の光フィルタと、上記第２の光フィルタを透過した第２の信号光および第２のローカル光をヘテロダイン検波して上記第２のマイクロ波を復調する光電変換素子と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項５】
上記合成光ビームを上記直線と交差する他の直線上に離間した２つの位置でサンプリングする２つの他の位相モニタ用ファイバと、
上記他の位相モニタ用ファイバの各出力から上記第２のマイクロ波を復調する２つの他の第２の復調手段と、
上記２つの他の第２の復調手段により復調された第２のマイクロ波の位相差をＤＣ電気信号として出力する他の位相比較装置と、
を備え、
上記演算装置は、上記他の位相比較装置のＤＣ電気信号から上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の他の線上での傾きの差を演算し、
上記波面補正手段は、上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の２つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームまたは上記合成ローカル光ビームを制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項６】
上記波面補正手段は、上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つまたは２つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記合成ローカル光ビームの空間位相分布に位相変調を行う空間位相変調器を備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項７】
上記波面補正手段は、上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つまたは２つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記合成ローカル光ビームの上記第２のビーム合成器への入射角を可変するミラー装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項８】
上記波面補正手段は、上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つまたは２つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記空間光強度変調器を制御するドライバを備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光制御型フェーズド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、アレ−アンテナから放射するマイクロ波ビームを光波により制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周波数がマイクロ波の周波数だけ離調する第１のビーム光と第２のビーム光とを放射し、第１のビーム光を信号光ビームとしてイメージマスクにより強度分布を与えたのち、フーリエ変換レンズによりアレーアンテナの各アンテナ素子への給電振幅、位相分布に変換する。さらに、第２のビーム光をローカル光ビームとして、信号光ビームとローカル光ビームとを空間的に重ね合わせ、かつ空間的にサンプリングし、サンプリング光を光電変換素子によるヘテロダイン検波によりマイクロ波に復調した後、アレーアンテナを用いて空間に放射させている（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平３−４４２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では、装置のおかれた環境の温度変化、振動により、例えばレンズの位置ズレ、ビーム合成器やミラーなどの傾きにより、光波の波面が変動し、アレーアンテナから放射するマイクロ波のビームの方向や形状が変動するという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、温度、振動などで光学系が変動しても、所望の方向にアレーアンテナから放射するマイクロ波ビームを制御する光制御型フェーズドアレーアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、第１の信号光ビームを出射するとともに、上記第１の信号光ビームから第１のマイクロ波の周波数だけ離調する第１のローカル光ビームを上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第１のマイクロ波−光出力装置と、上記第１の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に第２の信号光ビームを出射するとともに、上記第２の信号光ビームから上記第１のマイクロ波の周波数と異なる第２のマイクロ波の周波数だけ離調する第２のローカル光ビームを上記第２の信号光ビームが出射された空間と異なる空間に出射する第２のマイクロ波−光出力装置と、上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光強度変調器と、上記空間光強度変調器で変調された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを空間的にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、上記第１のローカル光ビームと上記第２のローカル光ビームとを空間的に合成し合成ローカル光ビームとする第１のビーム合成器と、上記フーリエ変換された第１の信号光ビームおよび第２の信号光ビームを上記合成ローカル光ビームと空間的に合成し合成光ビームとする第２のビーム合成器と、上記合成光ビームを空間的にサンプリングする複数のファイバから構成される光サンプリングアレーと、上記ファイバの各出力から上記第１のマイクロ波を復調する複数の第１の復調手段と、上記複数の第１の復調手段により復調された第１のマイクロ波を空間に放射するアレーアンテナと、を備える光制御型フェーズドアレーアンテナ装置において、上記合成光ビームを直線上に離間した２つの位置でサンプリングする２つの位相モニタ用ファイバと、上記位相モニタ用ファイバの各出力から上記第２のマイクロ波を復調する２つの第２の復調手段と、上記２つの第２の復調手段により復調された第２のマイクロ波の位相差をＤＣ電気信号として出力する位相比較装置と、上記位相比較装置のＤＣ電気信号から上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差を演算する演算装置と、上記演算装置の演算結果に基づき上記第２の信号光ビームと上記第２のローカル光ビームとの波面の１つの線上での傾きの差が所定の値に収束するように上記第１の信号光ビームおよび上記第２の信号光ビームまたは上記合成ローカル光ビームを制御する波面補正手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の効果は、位相モニタ用ファイバが受光した合成光ビームから２つの第２のマイクロ波を復調し、復調した２つの第２のマイクロ波の位相差が所定の値に収束するように第１のローカル光ビームおよび第２のローカル光ビームを位相変動方向と逆方向に位相変調を行うので、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、図１に示すように、第１のマイクロ波入力端子２から入力される第１のマイクロ波の周波数だけ離調した第１の信号光ビーム３および第１のローカル光ビーム４を自由空間に出射する第１のマイクロ波−光出力装置１、および、第２のマイクロ波入力端子７から入力される第２のマイクロ波の周波数だけ離調した第２の信号光ビーム８および第２のローカル光ビーム９を自由空間に出射する第２のマイクロ波−光出力装置６を備える。
【０００９】
第１のマイクロ波−光出力装置１および第２のマイクロ波−光出力装置６として、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光変調器を用いればレーザ光を外部変調することにより入力されるマイクロ波の周波数だけ周波数が離調した２つの光波を容易に発生することができるし、レンズなどの光学系により各光ビームを容易に形成できる。
【００１０】
また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、
第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８が入射され、入力される第１の制御信号により空間強度分布を強度変調して出射する空間光強度変調装置（以下、「Ａ−ＳＬＭ」と略称する）１０、Ａ−ＳＬＭ１０に対する第１の制御信号を出力する空間光強度変調装置用ドライバ１１、Ａ−ＳＬＭ１０で強度変調された第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８をフーリエ変換するフーリエ変換レンズ１５、第１のマイクロ波−光出力装置１から出射されミラーなどで光路を調整された第１のローカル光ビーム４および第２のマイクロ波−光出力装置６から出射されミラーなどで光路を調整された第２のローカル光ビーム９を空間的に合成し合成ローカル光ビーム１８とする第１のビーム合成器１７、および、合成ローカル光ビーム１８の空間位相分布に位相変調を行う空間光位相変調器（以下、「Ｐ−ＳＬＭ」と略称する）１２を備える。
【００１１】
また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、
フーリエ変換された第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８を合成ローカル光ビーム１８と合成し合成光ビーム１９とする第２のビーム合成器１６、および、第２のビーム合成器１６で合成された合成光ビーム１９が受光面に入射される光サンプリングアレー２０を備える。
【００１２】
Ａ−ＳＬＭ１０の第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８の出射面をフーリエ変換レンズ１５の前側焦点面に、光サンプリングアレー２０の受光面をフーリエ変換レンズ１５の後側焦点面に設置する。このように設置すると、Ａ−ＳＬＭ１０の出射面と光サンプリングアレー２０の受光面の間にはフーリエ変換の関係が成り立つ。従って、光サンプリングアレー２０の受光面には、Ａ−ＳＬＭ１０で強度変調された第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８のフーリエ変換像が形成される。
【００１３】
第２のビーム合成器１６は、第１の信号光ビーム３と合成ローカル光ビーム１８と、第２の信号光ビーム８と合成ローカル光ビーム１８とを空間的に重ね合わす。
光サンプリングアレー２０は、複数のファイバを有し、各ファイバの受光面に入射した合成光ビーム１９をサンプリングする。
【００１４】
また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、光サンプリングアレー２０の各ファイバの受光面で受光した合成光ビーム１９をヘテロダイン検波によりマイクロ波に変換する光電変換素子２１、各光電変換素子２１から出力される第１のマイクロ波および第２のマイクロ波のうち、第１のマイクロ波のみを透過する第１のマイクロ波フィルタ２２、アンテナ素子に給電された第１のマイクロ波を空間に放射するアレーアンテナ２３を備える。なお、光電変換素子２１および第１のマイクロ波フィルタ２２をまとめて第１の復調手段と称す。
【００１５】
また、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、光サンプリングアレー２０のファイバの中の２つのファイバ（以下、他のファイバと区別するために位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂと称す）に接続された光電変換素子２１（以下、他の光電変換素子２１と区別するために５１ａ、５１ｂと付番する）で発生した第１のマイクロ波および第２のマイクロ波のうち、第２のマイクロ波のみを透過する第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂ、第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂを透過した２つの第２のマイクロ波の位相差に応じたＤＣ電気信号を出力する位相比較装置５３、位相比較装置５３のＤＣ電気信号より第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面の線上での傾きの差を演算する演算装置５５、および、波面の線上での傾きの差が所定の値に収束するように第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の空間位相分布に位相変調する制御信号をＰ−ＳＬＭ１２に出力する空間位相制御器１３を備える。なお、光電変換素子５１ａ、５１ｂおよび第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂをまとめて第２の復調手段と称す。また、Ｐ−ＳＬＭ１２および空間位相制御器１３をまとめて波面補正手段と称す。
【００１６】
位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂは、光サンプリングアレー２０の素子の中の垂直方向の両側の２つのファイバを選択しており、このように選択することにより波面変動の測定分解能を高めることができる。なお、水平方向の両側の２つのファイバを選択しても良いし、任意の位置の２つのファイバを用いても良い。
【００１７】
位相比較装置５３は、例えばダブルバランスドミキサで実現でき、ダブルバランスミキサのＲＦ入力ポートとローカル入力ポートに周波数の同じマイクロ波を入力すると、ＩＦポートから２つのマイクロ波の位相差に対応したＤＣ電気信号が出力する。
この時、ＲＦ入力ポートとローカル入力ポート間で、前もって所定の位相差を重畳することにより、初期位相差つまり収束時においてＤＣ電気信号を０と、位相差の正負によりＤＣ電気信号は正負で出力することもできる。これにより、ＤＣ電気信号の目標値０はＲＦおよびローカル入力強度に依存しなくなるため、強度変動が生じても適用可能となる。
【００１８】
次に、この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置で、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができること理由を説明する。
光サンプリングアレー２０の各ファイバが受光した第１の信号光、第１のローカル光、第２の信号光、第２のローカル光の４波は、それぞれ光電変換素子２１に伝送され、ヘテロダイン検波によりマイクロ波に変換される。
ここで、光サンプリングアレー２０のファイバｉが受光した第１の信号光の強度ＩＳ１（ｉ）を式（１）、第１のローカル光の強度ＩＬ１（ｉ）を式（２）、第２の信号光の強度ＩＳ２（ｉ）を式（３）、第２のローカル光の強度ＩＬ２（ｉ）を式（４）とおく。
【００１９】
ＩＳ１（ｉ）＝Ａ１（ｉ）ｃｏｓ（ωａ１ｔ＋φａ１（ｉ））      （１）
ＩＬ１（ｉ）＝Ｂ１（ｉ）ｃｏｓ（ωｂ１ｔ＋φｂ１（ｉ））      （２）
ＩＳ２（ｉ）＝Ａ２（ｉ）ｃｏｓ（ωａ２ｔ＋φａ２（ｉ））      （３）
ＩＬ２（ｉ）＝Ｂ２（ｉ）ｃｏｓ（ωｂ２ｔ＋φｂ２（ｉ））      （４）
【００２０】
但し、Ａ１（ｉ）、Ｂ１（ｉ）はそれぞれファイバｉが受光した第１の信号光および第１のローカル光の強度、ωａ１、ωｂ１は第１の信号光および第１のローカル光の角周波数、φａ１（ｉ）、φｂ１（ｉ）は第１の信号光および第１のローカル光の位相である。同様に、Ａ２（ｉ）、Ｂ２（ｉ）はそれぞれファイバｉが受光した第２の信号光および第２のローカル光の強度、ωａ２、ωｂ２は第２の信号光および第２のローカル光の角周波数、φａ２（ｉ）、φｂ２（ｉ）は第２の信号光および第２のローカル光の位相である。
【００２１】
各光電変換素子２１では、第１の信号光、第１のローカル光、第２の信号光および第２のローカル光の４波それぞれの差成分および和成分が発生する。ここで、第１の信号光および第１のローカル光の周波数と、第２の信号光および第２のローカル光の周波数との差を、光電変換素子２１の応答帯域に対し十分に大きくする、例えば、数１００ＧＨｚ以上離調すると、第１の信号光と第２の信号光と、第１の信号光と第２のローカル光と、第１のローカル光と第２の信号光と、第１のローカル光と第２のローカル光とのそれぞれの差周波成分は光電変換素子２１で応答されないし、第１の信号光と第２の信号光と、第１の信号光と第２のローカル光と、第１のローカル光と第２の信号光と、第１のローカル光と第２のローカル光とのそれぞれの和成分も光電変換素子２１で応答されない。
その結果、マイクロ波周波数帯の信号としては、第１の信号光と第１のローカル光とから式（５）で表される第１のマイクロ波と、第２の信号光と第２のローカル光とから式（６）で表される第２のマイクロ波の２波が発生する。なお、式（５）、式（６）では、光電変換素子２１の量子効率などの定数項は省略している。
【００２２】
Ａ１（ｉ）・Ｂ１（ｉ）ｃｏｓ（（ωａ１−ωｂ１）ｔ＋（φａ１（ｉ）−φｂ１（ｉ））                                                              （５）
Ａ２（ｉ）・Ｂ２（ｉ）ｃｏｓ（（ωａ２−ωｂ２）ｔ＋（φａ２（ｉ）−φｂ２（ｉ））                                                              （６）
【００２３】
そして、各光電変換素子２１で発生した第１のマイクロ波および第２のマイクロ波のうち、第１のマイクロ波のみを透過する第１のマイクロ波フィルタ２２により、第１のマイクロ波のみをアレーアンテナ２３の各アンテナ素子に給電し、空間に放射させる。
アレーアンテナ２３の各素子への励振振幅・位相分布とアンテナ放射パターン（遠方界）との間にはフーリエ変換の関係がある。ここで、光サンプリングアレー２０の受光面での素子配置とアレーアンテナ２３のアンテナ素子配置が相似形であり、第１のローカル光ビーム４を等位相分布とすると、アンテナ素子を励振するマイクロ波の位相分布は、光サンプリングアレー２０の受光面における第１の信号光ビーム３の位相分布と等しくなる。
そして、光サンプリングアレー２０の受光面とＡ−ＳＬＭ１０の出射面との間にもフーリエ変換の関係があることから、Ａ−ＳＬＭ１０の出射面における第１の信号光ビーム３の強度分布がアレーアンテナ２３からの放射パターンとなる。
【００２４】
しかし、温度変動、振動などの外乱による光学系の歪み、位置ズレなどにより、光サンプリングアレー２０の受光面で、第１の信号光ビーム３または第１のローカル光ビーム４の波面が傾いた場合、アレーアンテナ２３から放射するビームも傾いてしまう。
【００２５】
そこで、２つの位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂで受光し、光電変換素子５１ａ、５１ｂで第１のマイクロ波および第２のマイクロ波を発生し、第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂで第２のマイクロ波のみ透過し、位相比較装置５３で２つの第２のマイクロ波の位相差を求め、演算装置５５で位相差から第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９の波面傾きの差を演算し、Ｐ−ＳＬＭ１２で第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９の波面傾きの差が所定の値になるように第２のローカル光ビーム９の空間位相分布に位相変調を行う。
【００２６】
ここで、Ａ−ＳＬＭ１０による第２の信号光ビーム８の強度分布を固定した場合、位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂで受光した光からの第２のマイクロ波の位相差は一定値となるため、位相比較装置５３からの位相差も一定となる。
一方、温度変動、振動などの外乱により光学系に歪みや位置ズレが生じ、光サンプリングアレー２０の受光面で第２の信号光ビーム８または第２のローカル光ビーム９が傾いた場合、各ビームの位相差に等しいマイクロ波の位相変動が発生する。位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂで受光し復調されたマイクロ波の位相差の変動を位相比較装置５３により得ることにより、第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９の波面傾きの差の変動を求めることができる。
従って、位相比較装置５３により得られた第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９の位相差が所定の値に収束されるように、Ｐ−ＳＬＭ１２により第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の位相分布を、各信号光ビームとローカル光ビーム間の位相差の変動方向と逆方向に位相変調を行うことにより、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができる。
【００２７】
このように光サンプリングアレー２０の中の位相モニタ用として指定した２つのファイバが受光した光を２つの第２のマイクロ波に変換し、変換した２つの第２のマイクロ波の位相差が所定の値に収束するように第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の位相変動方向と逆方向に位相変調を行うので、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができる。
【００２８】
なお、位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂとしてアレーアンテナ２３に接続された素子を使用してもよい。この場合、光電変換素子２１の前段、または後段でアンテナ給電用と位相モニタ用に信号を分岐すればよい。
また、実施の形態１では、透過型のＡ−ＳＬＭ１０およびＰ−ＳＬＭ１２で構成しているが、いずれも反射型のＡ−ＳＬＭおよびＰ−ＳＬＭで構成しても良い。
【００２９】
実施の形態２．
図２は、この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置と第１のマイクロ波−光出力装置１Ｂおよび第２のマイクロ波−光出力装置６Ｂが異なり、第１のマイクロ波フィルタ２２および第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂの代わりに第１の光フィルタ２５および第２の光フィルタ５６ａ、５６ｂを有していることに差異があり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
【００３０】
第１のマイクロ波−光出力装置１Ｂおよび第２のマイクロ波−光出力装置６Ｂは、異なる帯域に設定された波長の第１の信号光ビーム３と第２の信号光ビーム８とを出射する。
また、第１のマイクロ波−光出力装置１Ｂおよび第２のマイクロ波−光出力装置６Ｂは、第１の信号光ビーム３と第１のローカル光ビーム４の周波数差、つまり第１のマイクロ波の周波数と、第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９の周波数差、つまり第２のマイクロ波の周波数とを同じ帯域に設定する。
【００３１】
第１の光フィルタ２５は、光サンプリングアレー２０の各素子が受光した光が入力され、入力された光の一部を透過して光電変換素子２１に入力する。
また、第１の光フィルタ２５は、第１の信号光ビーム３および第１のローカル光ビーム４が設定された帯域の光を透過し、第２の信号光ビーム８および第２のローカル光ビーム９が設定された帯域の光を遮蔽する。なお、光電変換素子２１および第１の光フィルタ２５をまとめて第１の復調手段と称す。
【００３２】
第２の光フィルタ５６ａ、５６ｂは、光サンプリングアレー２０の位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂが受光した光が入力され、入力された光の一部を透過して光電変換素子５１ａ、５１ｂに入力する。
また、第２の光フィルタ５６ａ、５６ｂは、第１の信号光ビーム３および第１のローカル光ビーム４が設定された帯域の光を遮蔽し、第２の信号光ビーム８および第２のローカル光ビーム９が設定された帯域の光を透過する。なお、光電変換素子５１ａ、５１ｂおよび第２の光フィルタ５６ａ、５６ｂをまとめて第２の復調手段と称す。
【００３３】
２つの位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂを除く光サンプリングアレー２０の各ファイバで受光された光は、第１の光フィルタ２５で第１の信号光および第１のローカル光のみが透過し、光電変換素子２１で第１の信号光および第１のローカル光から第１のマイクロ波に復調する。この第１のマイクロ波がアレーアンテナ２３のアンテナ素子に給電され、空間に放射される。
【００３４】
一方、２つの位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂで受光された光は、第２の光フィルタ５６ａ、５６ｂで第２の信号光および第２のローカル光のみが透過し、光電変換素子５１ａ、５１ｂで第２の信号光および第２のローカル光から第２のマイクロ波に復調する。この復調された２つの第２のマイクロ波が実施の形態１と同様に、位相比較装置５３に入力される。
【００３５】
このように光サンプリングアレー２０の中の位相モニタ用として指定した２つのファイバが受光した光を第２のマイクロ波に変換し、変換した２つの第２のマイクロ波の位相差が一定になるように第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の位相変動方向と逆方向に位相変調を行うので、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができる。
【００３６】
また、第１のマイクロ波と第２のマイクロ波の周波数の帯域が同じなので、マイクロ波部品の周波数依存性を除くことができる。
【００３７】
実施の形態３．
図３は、この発明に係る実施の形態３による光制御型フーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態３による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置と第２のビーム合成器１６に入射する合成ローカル光ビーム１８の傾きを可変するミラー装置１４が追加され、Ｐ−ＳＬＭ１２が省略されていることに差異があり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
【００３８】
ミラー装置１４には、合成ローカル光ビーム１８が入射され、演算装置５５が演算した第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面傾きの差が所定の値に収束するように空間位相制御器１３により制御される。
【００３９】
このように光サンプリングアレー２０の中の位相モニタ用として指定した２つのファイバが受光した光を第２のマイクロ波に変換し、変換した２つの第２のマイクロ波の位相差が一定になるように第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の傾きを調整するので、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができる。
また、ミラー装置１４により第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の波面の傾きを制御するので、傾き量のダイナミックレンジを高めることが容易である。
【００４０】
実施の形態４．
図４は、この発明に係る実施の形態４による光制御型フーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置ではローカル光ビームを調整しているが、この発明に係る実施の形態４による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置では信号光ビームを調整する。
そのため、演算装置５５が演算した第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面の傾きの差が所定の値に収束するように、空間光強度変調装置１０を制御して第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８の強度分布を強度変調する。
【００４１】
このように光サンプリングアレー２０の中の位相モニタ用として指定した２つのファイバが受光した光を第２のマイクロ波に変換し、変換した２つの第２のマイクロ波の位相差が所定の値に収束するように第１の信号光ビーム３および第２の信号光ビーム８の波面の傾きを調整するので、温度、振動などで光学系が変動しても所望の方向にビームを制御することができる。
【００４２】
なお、上述の実施の形態４では光電変換素子２１が復調したマイクロ波をマイクロ波フィルタにより所望のマイクロ波を分離しているが、上述の実施の形態２のように光フィルタで所望の光を分離してからマイクロ波に復調しても良い。
【００４３】
実施の形態５．
図５は、この発明に係る実施の形態５による光制御型フーズドアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
上述の実施の形態１乃至４による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置は、光サンプリングアレー２０のファイバの中から２つのファイバを位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂとして選択し第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面の傾きの差を演算しているが、演算した波面の傾きは波面の１つの線上での傾きである。
【００４４】
一方、この発明に係る実施の形態５による光制御型フーズドアレーアンテナ装置は、光サンプリングアレー２０のファイバの中から４つのファイバを位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂとして選択して用いている。なお、光サンプリングアレー２０のファイバは平面上に配置されている。
位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂは、光サンプリングアレー２０の中心を通る鉛直線上の上下両側に位置するファイバを選択し、位相モニタ用ファイバ６０ａ、６０ｂは、光サンプリングアレー２０の中心を通る水平線上の左右両側に位置するファイバを選択する。
【００４５】
この発明に係る実施の形態５による光制御型フーズドアレーアンテナ装置は、位相モニタ用ファイバ５０ａ、５０ｂに接続された光電変換素子５１ａ、５１ｂ、光電変換素子５１ａ、５１ｂで発生した第１のマイクロ波および第２のマイクロ波のうち、第２のマイクロ波のみを透過する第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂ、第２のマイクロ波フィルタ５２ａ、５２ｂを透過した２つの第２のマイクロ波の位相差に応じたＤＣ電気信号を出力する垂直位相比較装置５３ｂを備える。
【００４６】
また、この発明に係る実施の形態５による光制御型フーズドアレーアンテナ装置は、位相モニタ用ファイバ６０ａ、６０ｂに接続された光電変換素子６１ａ、６１ｂ、光電変換素子６１ａ、６１ｂで発生した第１のマイクロ波および第２のマイクロ波のうち、第２のマイクロ波のみを透過する第２のマイクロ波フィルタ６２ａ、６２ｂ、第２のマイクロ波フィルタ６２ａ、６２ｂを透過した２つの第２のマイクロ波の位相差に応じたＤＣ電気信号を出力する水平位相比較装置６３を備える。
【００４７】
また、この発明に係る実施の形態５による光制御型フーズドアレーアンテナ装置は、垂直位相比較装置５３ｂのＤＣ電気信号より第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面の垂直方向の傾きの差と、水平位相比較装置６３のＤＣ電気信号より第２の信号光ビーム８と第２のローカル光ビーム９との波面の水平方向の傾きの差と、を演算する演算装置５５を備える。
【００４８】
このように光サンプリングアレー２０の垂直方向に離間した２つのファイバと水平方向に離間した２つのファイバの計４つのファイバが受光した光を第２のマイクロ波に変換し、変換した２つ毎の第２のマイクロ波の位相差が所定の値に収束するように第１のローカル光ビーム４および第２のローカル光ビーム９の波面の傾きを垂直方向および水平方向の両方で調整するので、２次元にアンテナ素子が配列された２次元アレーアンテナにも本発明を適用することができる。
【００４９】
なお、上述の実施の形態５では光電変換素子が復調したマイクロ波をマイクロ波フィルタにより所望のマイクロ波を分離しているが、上述の実施の形態２のように光フィルタで所望の光を分離してからマイクロ波に復調しても良い。
また、上述の実施の形態５では空間光位相変調器で合成ローカル光ビームの空間位相分布を位相変調しているが、上述の実施の形態３のようにミラー装置により合成ローカル光ビームの第２のビーム合成器に入射する角度を可変しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明に係る実施の形態１による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成図である。
【図２】この発明に係る実施の形態２による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成図である。
【図３】この発明に係る実施の形態３による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成図である。
【図４】この発明に係る実施の形態４による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成図である。
【図５】この発明に係る実施の形態５による光制御型フェーズドアレーアンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、１Ｂ  第１のマイクロ波−光出力装置、２、７  マイクロ波入力端子、３  第１の信号光ビーム、４  第１のローカル光ビーム、６、６Ｂ  第２のマイクロ波−光出力装置、８  第２の信号光ビーム、９  第２のローカル光ビーム、１０  空間光強度変調装置（Ａ−ＳＬＭ）、１１  空間光強度変調装置用ドライバ、１２  空間光位相変調器（Ｐ−ＳＬＭ）、１３  空間位相制御器、１４  ミラー装置、１５  フーリエ変換レンズ、１６  第２のビーム合成器、１７  第１のビーム合成器、１８  合成ローカル光ビーム、１９  合成光ビーム、２０  光サンプリングアレー、２１  光電変換素子、２２  第１のマイクロ波フィルタ、２３  アレーアンテナ、２５  第１の光フィルタ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ  位相モニタ用ファイバ、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂ  光電変換素子、５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ  第２のマイクロ波フィルタ、５３  位相比較装置、５３ａ  垂直位相比較装置、５５  演算装置、５６ａ、５６ｂ  第２の光フィルタ、６３  水平位相比較装置。
【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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