(57)【要約】【課題】  周波数シンセサイザの小型化及び低雑音化を図ることを目的とする。【解決手段】  一端が光変調器の出力段に接続された光ファイバと、光ファイバの他端に接続され、光変調器により変調された光変調信号をマイクロ波変調信号に変換する光マイクロ波変換器と、複数のバンドパスフィルタと、複数のバンドパスフィルタから特定のバンドパスフィルタを選択するスイッチと、スイッチにより選択された特定のバンドパスフィルタの出力を増幅し、光変調器に帰還する増幅器を備える。【選択図】        図１
2009296445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
入力されるマイクロ波変調信号に基づいて、上記光源からの光信号を変調する光変調器と、
一端が上記光変調器の出力段に接続された光ファイバと、
上記光ファイバの他端に接続され、上記光変調器により変調された光変調信号をマイクロ波変調信号に変換する光マイクロ波変換器と、
複数のバンドパスフィルタと、
上記複数のバンドパスフィルタから特定のバンドパスフィルタを選択し、上記光マイクロ波変換器の出力段を、選択した特定のバンドパスフィルタに切替え接続するスイッチと、
上記スイッチにより選択された特定のバンドパスフィルタの出力を増幅するとともに、増幅したマイクロ波変調信号の一部が上記光変調器に帰還される増幅器と、
を備えた周波数シンセサイザ。
【請求項２】
光源と、
入力されるマイクロ波変調信号に基づいて、上記光源からの光信号を変調する光変調器と、
一端が上記光変調器の出力段に接続された光ファイバと、
上記光ファイバの他端に接続され、上記光変調器により変調された光変調信号をマイクロ波変調信号に変換する光マイクロ波変換器と、
帯域可変バンドパスフィルタと、
上記帯域可変バンドパスフィルタの出力を増幅するとともに、増幅したマイクロ波変調信号の一部が上記光変調器に帰還される増幅器と、
を備えた周波数シンセサイザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波信号の発振周波数を安定化させる周波数シンセサイザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の位相同期ループ発振器（以後ＰＬＯと記す）の構成を図３および図４に示す。
図３において、ＰＬＯは、水晶発振器１０、ステップリカバリーダイオード（以後ＳＲＤと記す）１１、サンプリング位相検波器(以後ＳＰＤと記す)１２、ループフィルタ１３、電圧制御発振器(以後ＶＣＯと記す)１４を備えて構成される。
【０００３】
図３に示すＰＬＯは、水晶発振器１０の出力をＳＲＤ１１に入力することによりインパルス信号を発生させ、ＳＰＤ１２においてＶＣＯ１４の帰還信号を前記インパルス信号によりサンプリングすることで、位相検波電圧を出力する。出力された位相検波電圧はループフィルタ１３により平滑化された後ＶＣＯ１４の制御電圧となり、ＶＣＯ１４はこの制御電圧に応じた周波数を出力する。上記の動作を繰り返すことにより、ＶＣＯ１４の出力周波数が水晶発振器１０の出力周波数の整数倍となるような位相同期ループが確立し、安定した高周波信号が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２７９７４８公報（第１−第６頁、図３）
【０００５】
図４において、ＰＬＯは、水晶発振器１０、ループフィルタ１３、ＶＣＯ１４、分周器１５、位相検波器１６を備えて構成される。ここで、水晶発振器１０、ループフィルタ１３およびＶＣＯ１４は図３と同一のものである。
図４に示すＰＬＯは、ＶＣＯ１４の出力周波数を分周器１５により分周し、この分周された信号と水晶発振器１０の出力信号との位相差を位相検波器１６により検出する。位相検波器１６の出力信号はループフィルタ１３により平滑化された後ＶＣＯ１４の制御電圧となり、ＶＣＯ１４はこの制御電圧に応じた周波数を出力する。上記の動作を繰り返すことにより、ＶＣＯ１４の出力周波数が水晶発振器１０の出力周波数の整数倍となるような位相同期ループが確立し、安定した高周波信号が得られる。また、分周器１５の分周数を変化させることによって、ＰＬＯの出力周波数を変化させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献２】特開２００６−３２４８８２公報（第２頁、第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３に示す従来のＰＬＯは、ＶＣＯの周波数帯域の都合上、シンセサイザ化が困難なため、複数の発振周波数を得るには複数のＰＬＯを用い、各ＰＬＯの出力段をスイッチにて切り替える必要があった。即ち、ＰＬＯを用いて複数の発振周波数を得る場合、装置の小型化が難しくなるという課題があった。
【０００８】
また、図４に示す従来のＰＬＯは、ＶＣＯ１４の帰還ラインに分周器１５を装荷するため、分周器１５及び位相検波器１６の雑音レベルが分周数分上昇するという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数シンセサイザの小型化及び低雑音化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による周波数シンセサイザは、光源と、入力されるマイクロ波変調信号に基づいて、上記光源からの光信号を変調する光変調器と、一端が上記光変調器の出力段に接続された光ファイバと、上記光ファイバの他端に接続され、上記光変調器により変調された光変調信号をマイクロ波変調信号に変換する光マイクロ波変換器と、複数のバンドパスフィルタと、上記複数のバンドパスフィルタから特定のバンドパスフィルタを選択し、上記光マイクロ波変換器の出力段を、選択した特定のバンドパスフィルタに切替え接続するスイッチと、上記スイッチにより選択された特定のバンドパスフィルタの出力を増幅するとともに、増幅したマイクロ波変調信号の一部が上記光変調器に帰還される増幅器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、周波数シンセサイザの小型化及び低雑音化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による周波数シンセサイザの構成を示す図である。図１において、周波数シンセサイザは、光源１、光変調器２、光ファイバー３、光／マイクロ波変換器(以後Ｏ／Ｅ変換器と記す)４、増幅器５、第一のスイッチ６、第二のスイッチ７、バンドパスフィルタ（以後ＢＰＦと記す）８を備えて構成される。第一のスイッチ６は１つの入力端子６０を複数の出力端子６１〜６ｎに切り替えることのできる構成となっている。光源１は光半導体レーザから構成され、変調器２は電気光学効果を有する材料を基板に用いたＬＮ変調器や半導体の電界吸収効果を用いたＥＡ変調器などの光学素子から構成される。Ｏ／Ｅ変換器４はフォトダイオードやマイクロ波回路から構成される。増幅器５はＨＥＭＴやＭＩＣなどのマイクロ波回路から構成される。第二のスイッチ７は複数の入力端子７１〜７ｎを１つの出力端子６０に切り替えることのできる構成となっている。ＢＰＦ８は、ＢＰＦ８ａ乃至ＢＰＦ８ｎから構成される複数のバンドパスフィルタから構成されている。ＢＰＦ８ａ乃至ＢＰＦ８ｎは、互いに通過帯域が異なるように構成されている。
【００１３】
光変調器２は光源１の後段に接続され、光源１の出力光を振幅変調し、光信号を光ファイバ３の一端に出力する。光ファイバ３の他端はＯ／Ｅ変換器４の入力段に接続され、Ｏ／Ｅ変換器４の出力段は第一のスイッチ６の入力端子６０に接続される。第一のスイッチ６の各出力端子６１、６２、・・・６ｎは、ＢＰＦ８を構成するＢＰＦ８ａ乃至ＢＰＦ８ｎの各バンドパスフィルタにそれぞれ接続される。各ＢＰＦ８ａ乃至８ｎは第二のスイッチ７の入力端子７１、７２、・・・７ｎにそれぞれ接続され、第二のスイッチ７の出力端子７０は増幅器５の入力段に接続される。増幅器５の出力段は光変調器２の入力段に接続されており、光変調器２に変調信号を入力する。図示しない外部装置からのスイッチ切替え用の制御信号に基づいて、第一のスイッチ６および第二のスイッチ７の接続を切り替えることにより、ＢＰＦ８ａ乃至ＢＰＦ８ｎの中から所望の周波数のみを通過させる特定のＢＰＦが選択される。
【００１４】
次に、図１の周波数シンセサイザの動作について説明する。
光源１の出力を光搬送波、増幅器５の出力をマイクロ波変調波とし、光変調器２において光搬送波はマイクロ波変調波で振幅変調される。光変調器２にて振幅変調された光信号は光ファイバ３を通過し、Ｏ／Ｅ変換器４にてマイクロ波に変換される。光ファイバ３はそのファイバ長に依存した遅延線路となり、ファイバ共振器として動作する。ＢＰＦ８は、Ｏ／Ｅ変換器４にて変換されたマイクロ波について、選択されたＢＰＦを介して所望の周波数のみを通過させる。増幅器５はＢＰＦ８を通過したマイクロ波信号を増幅し、その出力の一部を光変調器２へ帰還させる。上記を繰り返すことにより、光半導体素子とマイクロ波回路を融合して発振ループを構築している。
【００１５】
この発振ループの中にファイバ長を適度に長くした（例えば、長さを数ｋｍとした）光ファイバーを装荷することで、発振のＱ値を高めている。このため、従来のマイクロ波回路のみで構成される発振器に比べ、低雑音化が可能となる。また、発振周波数はフィルタの中心周波数にて決定されるため、中心周波数の異なる複数のＢＰＦ８および第一のスイッチ６、第二のスイッチ７を用いることにより、複数の発振周波数を得ることができる。従って、複数のＰＬＯを並置して各ＰＬＯを切り替える構成に比べて、装置の小型化が可能となる。
【００１６】
なお、マイクロ波回路のみで構成する従来のＰＬＯは、１つのＰＬＯのサイズが１０ｃｍ角程度の大きさとなるので、例えば１０個のＰＬＯを並置する場合に相当な大きさとなる。これに対し、図１の周波数シンセサイザにおいて例えば長さ数ｋｍの光ファイバ３を用いた場合でも、光ファイバ３を１０ｃｍ径の容器に収納することが可能となるので、残りのマイクロ波回路部分を収容しても、従来のＰＬＯに比して十分に小型化することが可能となる。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、この発明に係る実施の形態２による周波数シンセサイザの構成を示す図である。図２において、周波数シンセサイザは、光源１、光変調器２、光ファイバー３、光／マイクロ波変換器(以後Ｏ／Ｅ変換器と記す)４、増幅器５、帯域可変バンドパスフィルタ（以後ＢＰＦと記す）９を備えて構成される。なお、符号１〜５の構成は実施の形態１と同一のものである。
【００１８】
次に図２の動作について説明する。光源１の出力を光搬送波、増幅器５の出力をマイクロ波変調波とし、光変調器２において光搬送波はマイクロ波変調波で振幅変調される。振幅変調された光信号は光ファイバ３を通過してＯ／Ｅ変換器４にてマイクロ波に変換される。帯域可変フィルタ９は図示しない外部装置からの制御信号を受け、制御信号に基づいて設定される所望の周波数のみを通過させる。増幅器５は帯域可変フィルタ９を通過したマイクロ波信号を増幅し、出力の一部を光変調器２へ帰還させる。上記を繰り返すことにより、光半導体素子とマイクロ波回路を融合して発振ループを構築している。
【００１９】
帯域可変フィルタ９はその制御信号に応じて中心周波数を変化させることができるＢＰＦであるため、１つのフィルタで複数の発振周波数を得ることができる。従って、実施の形態１で示したＢＰＦを複数用いる構成に比べ、さらに小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１による周波数シンセサイザの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２による周波数シンセサイザの構成を示す図である。
【図３】従来の低雑音発振器の構成を示す図である。
【図４】従来の周波数シンセサイザの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  光源、２  光変調器、３  光ファイバー、４  Ｏ/Ｅ変換器、５  増幅器、６  第一のスイッチ、７  第二のスイッチ、８  ＢＰＦ、９  帯域可変フィルタ、１０  水晶発振器、１１  ＳＲＤ、１２  ＳＰＤ、１３  ループフィルタ、１４  ＶＣＯ、１５  分周器、１６  位相検波器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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