JP7744611B2 - Transmission directivity control device and transmission directivity control method - Google Patents
Transmission directivity control device and transmission directivity control methodInfo
- Publication number
- JP7744611B2 JP7744611B2 JP2024527932A JP2024527932A JP7744611B2 JP 7744611 B2 JP7744611 B2 JP 7744611B2 JP 2024527932 A JP2024527932 A JP 2024527932A JP 2024527932 A JP2024527932 A JP 2024527932A JP 7744611 B2 JP7744611 B2 JP 7744611B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical signal
- axis
- phase
- weighting
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
本発明は、送信指向性制御装置及び送信指向性制御方法に関する。 The present invention relates to a transmission directivity control device and a transmission directivity control method.
無線通信の高速化と大容量化を実現する手段として、ミリ波帯以上の高周波帯の活用が進展している。電波の空間伝搬損は周波数が高くなるに従い増大するため（例えば自由空間伝搬損は周波数の２乗に比例して増大する）、こうした高周波帯では多くの場合高い利得を持つアンテナが使用される。高利得のアンテナは必ず高い指向性を持つため、そのビームの方向を無線通信の相手局に合わせることが必要であり、相手局の方向が動的な場合は、ビームの方向を動的に制御する手段、すなわちビームステアリングの適用が必須となる。また、無線通信に限らず、例えばレーダ、イメージングや無線電力伝送といった用途においても、アンテナにおけるビームステアリングの実施が必要とされている。 The use of millimeter-wave and higher frequency bands is progressing as a means of achieving faster and larger-capacity wireless communications. Because the spatial propagation loss of radio waves increases with frequency (for example, free-space propagation loss increases in proportion to the square of the frequency), high-gain antennas are often used in these high-frequency bands. High-gain antennas are necessarily highly directional, so it is necessary to align the beam direction with the other station in the wireless communication. When the direction of the other station is dynamic, a means of dynamically controlling the beam direction, i.e., beam steering, becomes essential. Furthermore, beam steering in antennas is required not only for wireless communications but also for applications such as radar, imaging, and wireless power transmission.
ビームステアリングの手段として、アンテナの方角を機械的に制御する方法、アンテナから放射された電波を可動式のレンズや反射鏡で屈折または反射させて制御する方法などが考案され使用されている。また、機械的な可動部分を使用しないため耐久性や移動の追従性が高く、アンテナの小型・軽量化に適したフェーズドアレーアンテナが多く用いられている。 Methods of beam steering that have been devised and used include mechanically controlling the direction of the antenna, and controlling the radio waves emitted from the antenna by refracting or reflecting them using movable lenses or reflectors. Furthermore, phased array antennas are widely used because they do not use any mechanically moving parts, making them highly durable and able to follow movements, and are therefore suitable for making antennas smaller and lighter.
フェーズドアレーアンテナは、線上または面上に複数配置されたアンテナ素子に接続された可変遅延回路や可変減衰器回路、ディジタル信号処理等の手段を用いて、各アンテナ素子に給電されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；無線周波数）信号の位相と振幅を制御（以下、位相と振幅の制御を重みづけと呼ぶ）することにより電子的にビームステアリングを行う。 A phased array antenna performs electronic beam steering by controlling the phase and amplitude of the RF (Radio Frequency) signal supplied to each antenna element (hereinafter, the control of phase and amplitude is referred to as weighting) using means such as variable delay circuits, variable attenuator circuits, and digital signal processing connected to multiple antenna elements arranged on a line or surface.
ミリ波帯を使用する第５世代移動通信システムやミリ波帯無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム等では、アナログ回路で重みづけを行うタイプのフェーズドアレーアンテナが多く使用されている。 In fifth-generation mobile communication systems and millimeter-wave wireless LAN (Local Area Network) systems that use millimeter-wave bands, phased array antennas that use analog circuits for weighting are widely used.
多くの無線通信システムにおいて無線通信の相手局が存在する範囲は、２次元平面内ではなく、３次元空間内で変化するため、例えば方位角と仰角のように２軸でのビームステアリングが必要である。そのため、フェーズドアレーアンテナには、面的にアンテナ素子を配置した２次元アレーアンテナを用いて２次元のビームステアリングを行うための重みづけが必要である。 In many wireless communication systems, the range in which wireless communication partners exist varies not within a two-dimensional plane but within three-dimensional space, requiring beam steering along two axes, such as azimuth and elevation. Therefore, phased array antennas require weighting to perform two-dimensional beam steering using a two-dimensional array antenna in which antenna elements are arranged across a surface.
例えば、非特許文献１は２８ＧＨｚ帯での第５世代移動通信用基地局に使用する２５６素子のフェーズドアレーアンテナを開示する。例えば、３００ＧＨｚなど無線周波数が約１０倍になると、自由空間の伝播損は１００倍となり、数万個のアンテナ素子が必要になると考えられる。For example, Non-Patent Document 1 discloses a 256-element phased array antenna for use in fifth-generation mobile communication base stations in the 28 GHz band. If the radio frequency increases by approximately 10 times, for example to 300 GHz, the propagation loss in free space will increase by 100 times, and tens of thousands of antenna elements will be required.
無線周波数が３００ＧＨｚの場合、自由空間波長は１ｍｍであるため、アンテナ素子の間隔は波長の半分、つまり０．５ｍｍとすることが一般的である。このとき、アンテナ素子の間隔と同等の間隔で、アンテナ素子の近傍に移相器回路を設置することは難しい。また、複数のビームを形成する回路（マルチビーム形成回路）を構成するには、ビーム数と同数の移相器を並列して配置しなければならず、さらに困難となることが想定される。 When the radio frequency is 300 GHz, the free-space wavelength is 1 mm, so the spacing between antenna elements is typically half the wavelength, or 0.5 mm. In this case, it is difficult to install phase shifter circuits near the antenna elements at spacings equivalent to the spacing between the antenna elements. Furthermore, to create a circuit that forms multiple beams (a multi-beam forming circuit), it is necessary to arrange the same number of phase shifters in parallel as the number of beams, which is expected to make this even more difficult.
アンテナ素子の数に応じた移相器回路を実装するのではなく、固定移相量を持つ受動回路を使用してその入力端子を切り替えて使用する方式がある。例えば、非特許文献２は受動回路を使用して２次元のビームステアリングを行う方式を開示する。しかし、回路を立体的に組み上げる必要があり、高周波数帯での実装は導波管で構成する必要があるため量産が難しく、また、多素子化への対応が難しい。 Rather than implementing phase shifter circuits according to the number of antenna elements, one method uses a passive circuit with a fixed phase shift amount and switches its input terminals. For example, Non-Patent Document 2 discloses a method of performing two-dimensional beam steering using a passive circuit. However, the circuit must be assembled three-dimensionally, and implementation in high-frequency bands requires a waveguide, making mass production difficult. It is also difficult to accommodate multiple elements.
非特許文献３は、信号を光に変換し、光回路により重みづけを行う方法を提案する。光回路により重みづけを行う方法としては、特許文献１は、波長分散線路を利用して２次元のビームステアリングを行う立体的な光回路を開示する。非特許文献４は、光波長を変換しながら移相器を反復再利用するループ構成を用いる方法を開示する。非特許文献５は、平面構成の移相回路と、光波長に依存して遅延時間が異なるFBG(fiber bragg gratings)反射線路を組み合わせて、平面構成の移相回路によって行う１次元（１平面内）のビームステアリングに加えて、FBG反射線路により行う前記平面と直交する平面の方向でのビームステアリングを可能にして、２次元ビームステアリングを実施する手段を開示する。特許文献２は、波長多重を用いたマルチビーム形成手段を開示する。Non-Patent Document 3 proposes a method of converting signals to light and weighting them using an optical circuit. Patent Document 1, as a method of weighting using an optical circuit, discloses a three-dimensional optical circuit that uses a wavelength dispersion line to perform two-dimensional beam steering. Non-Patent Document 4 discloses a method using a loop configuration that repeatedly reuses a phase shifter while converting the optical wavelength. Non-Patent Document 5 discloses a means of performing two-dimensional beam steering by combining a planar phase shift circuit with an FBG (fiber bragg grating) reflection line, whose delay time varies depending on the optical wavelength. This enables one-dimensional (within one plane) beam steering performed by the planar phase shift circuit, as well as beam steering in a plane perpendicular to the plane by the FBG reflection line. Patent Document 2 discloses a means of forming multiple beams using wavelength multiplexing.
しかしながら、上記開示された装置や方法においては、周波数の増大に伴い立体構造の製造が難しいことや部品点数が莫大な数になるといった欠点がある。 However, the above-disclosed devices and methods have drawbacks, such as the difficulty of manufacturing three-dimensional structures as the frequency increases and the enormous number of parts required.
本発明の目的は、より簡易に作成することができる送信指向性制御装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a transmission directivity control device that can be more easily created.
本発明の一態様は、光信号を第一光信号と第二光信号とに分波する分波器と、前記第一光信号を複数の端子のいずれかより出力する第一切替スイッチと、前記第二光信号を複数の端子のいずれかより出力する第二切替スイッチと、前記第一光信号を、出力された前記第一切替スイッチの端子により異なり、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、前記第二光信号を、出力された前記第一切替スイッチの端子により異なり、前記第一軸と直交する第二軸における位相傾斜を付与する重みづけ部と、位相傾斜が付与された前記第一光信号と、位相傾斜が付与された前記第二光信号とをフォトミキシングするフォトミキシング部と、を備える送信指向性制御装置である。 One aspect of the present invention is a transmission directivity control device comprising: a demultiplexer that demultiplexes an optical signal into a first optical signal and a second optical signal; a first changeover switch that outputs the first optical signal from one of a plurality of terminals; a second changeover switch that outputs the second optical signal from one of a plurality of terminals; a weighting unit that imparts a phase tilt to the first optical signal along a first axis in space that varies depending on the terminal of the first changeover switch from which the signal is output; and that imparts a phase tilt to the second optical signal along a second axis orthogonal to the first axis that varies depending on the terminal of the first changeover switch from which the signal is output; and a photomixing unit that photomixes the first optical signal to which the phase tilt has been imparted and the second optical signal to which the phase tilt has been imparted.
本発明の一態様は、光信号を第一光信号と第二光信号とに分波する分波ステップと、前記第一光信号を複数の端子のいずれかより出力する第一切替ステップと、前記第二光信号を複数の端子のいずれかより出力する第二切替ステップと、前記第一光信号を、前記第一切替ステップにおいて出力された端子により異なり、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、前記第二光信号を、前記第二切替ステップにおいて出力された端子により異なり、前記第一軸と直交する第二軸における位相傾斜を付与する重みづけステップと、位相傾斜が付与された前記第一光信号と、位相傾斜が付与された前記第二光信号とをフォトミキシングするフォトミキシングステップと、を有する送信指向性制御方法である。 One aspect of the present invention is a transmission directivity control method comprising: a demultiplexing step of demultiplexing an optical signal into a first optical signal and a second optical signal; a first switching step of outputting the first optical signal from one of a plurality of terminals; a second switching step of outputting the second optical signal from one of a plurality of terminals; a weighting step of imparting a phase tilt to the first optical signal along a first axis in space that differs depending on the terminal from which the signal was output in the first switching step, and imparting a phase tilt to the second optical signal along a second axis orthogonal to the first axis that differs depending on the terminal from which the signal was output in the second switching step; and a photomixing step of photomixing the first optical signal to which the phase tilt has been imparted and the second optical signal to which the phase tilt has been imparted.
本発明によれば、より簡易に送信指向性制御装置を提供することができる。 The present invention makes it possible to provide a transmission directivity control device more easily.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and the embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiment.
図１は、第１の実施形態に係る送信指向性制御装置１の構成例を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing an example configuration of a transmission directivity control device 1 relating to the first embodiment.
送信指向性制御装置１は、光源１１、光変調器１２、分波器１３、第一切替スイッチ１４、第二切替スイッチ１５、重みづけ部１６、フォトミキシング部１７及び制御部１８を備える。 The transmission directivity control device 1 comprises a light source 11, an optical modulator 12, a splitter 13, a first changeover switch 14, a second changeover switch 15, a weighting unit 16, a photomixing unit 17 and a control unit 18.
光源１１は光変調器１２に光を出力する。光変調器１２は、入力される光を変調することで光信号を生成する。分波器１３は、光変調器１２より入力される光信号を分波する。分波器１３は、光信号を搬送波と側帯波に分波する。以下の説明において、搬送波ＬＨを式（１）、側帯波ＬＳを式（２）又は式（３）により表す。 A light source 11 outputs light to an optical modulator 12. The optical modulator 12 generates an optical signal by modulating the input light. A demultiplexer 13 demultiplexes the optical signal input from the optical modulator 12. The demultiplexer 13 demultiplexes the optical signal into a carrier wave and sideband waves. In the following description, the carrier wave LH is expressed by equation (1), and the sideband waves LS are expressed by equation (2) or equation (3).
式（２）は上側帯波であり、式（３）は下側帯波を表す。分波器１３は、搬送波及び側帯波を分岐し、それぞれ第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５に出力する。分波器１３は、例えばＡＷＧ(Arrayed waveguide grating)である。 Equation (2) represents the upper sideband wave, and equation (3) represents the lower sideband wave. The branching filter 13 branches the carrier wave and the sideband wave and outputs them to the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15, respectively. The branching filter 13 is, for example, an arrayed waveguide grating (AWG).
分波器１３は、分配器１３１及びＳＳＢ(single side-band)変調器１３２を備え、搬送波ＬＨと側帯波ＬＳとを生成してもよい。分配器１３１は、入力される光信号を２つの光信号に分配する。ＳＳＢ変調器１３２は、２つの光信号のうち一方の光信号の搬送波成分を抑圧し、側帯波に変換する。これにより、分配器１３１及びＳＳＢ変調器１３２は、搬送波及び側帯波を生成することができる。 The demultiplexer 13 may include a distributor 131 and an SSB (single side-band) modulator 132, and may generate a carrier wave LH and sideband waves LS . The distributor 131 divides an input optical signal into two optical signals. The SSB modulator 132 suppresses the carrier component of one of the two optical signals and converts it into a sideband wave. This allows the distributor 131 and the SSB modulator 132 to generate a carrier wave and a sideband wave.
また、分波器１３は、分配器１３１と周期的な通過特性を有する光コムフィルタ１３３を２つ備え、搬送波ＬＨと側帯波ＬＳとを生成してもよい。分配器１３１は、入力される光信号を２つの光信号に分配する。１つの光コムフィルタ１３３は、１つの光信号から搬送波の異なる複数の波長の光のみを通過させ、もう１つの光コムフィルタ１３３は、もう１つの光信号から側帯波の異なる複数の波長の光のみを通過させる。分波器１３が分配器１３１並びにＳＳＢ変調器１３２を備える場合、及び分配器１３１並びに光コムフィルタ１３３を備える場合、異なる２つ以上の波長の光信号を搬送波と側帯波とに分波することができる。 Alternatively, the demultiplexer 13 may include a distributor 131 and two optical comb filters 133 having periodic pass characteristics to generate a carrier wave LH and sideband waves LS . The distributor 131 divides an input optical signal into two optical signals. One optical comb filter 133 passes only light of multiple wavelengths with different carrier waves from one optical signal, and the other optical comb filter 133 passes only light of multiple wavelengths with different sideband waves from the other optical signal. When the demultiplexer 13 includes the distributor 131 and the SSB modulator 132, or when the demultiplexer 13 includes the distributor 131 and the optical comb filter 133, an optical signal with two or more different wavelengths can be demultiplexed into a carrier wave and sideband waves.
第一切替スイッチ１４は、出力端子を３つ有する。第一切替スイッチ１４は、いずれかの出力端子から搬送波を重みづけ部１６に出力する。第二切替スイッチ１５は、出力端子を３つ有する。第二切替スイッチ１５は、いずれかの出力端子から側帯波を重みづけ部１６に出力する。例えば、第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５は分波器を有し、入力される搬送波又は側帯波の波長により、搬送波又は側帯波を出力する出力端子を決定する。第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５に入力される搬送波又は側帯波の波長は、例えば制御部１８が光源１１を制御することで、変化される。また、例えば、制御部１８は、第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５を制御することで、搬送波又は側帯波を出力する出力端子を切り替えてもよい。第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５は例えば光スイッチにより実現される。 The first selector switch 14 has three output terminals. The first selector switch 14 outputs a carrier wave from one of the output terminals to the weighting unit 16. The second selector switch 15 has three output terminals. The second selector switch 15 outputs a sideband wave from one of the output terminals to the weighting unit 16. For example, the first selector switch 14 and the second selector switch 15 have a branching filter, and determine the output terminal from which the carrier wave or sideband wave is output based on the wavelength of the input carrier wave or sideband wave. The wavelength of the carrier wave or sideband wave input to the first selector switch 14 and the second selector switch 15 is changed, for example, by the control unit 18 controlling the light source 11. Furthermore, for example, the control unit 18 may switch the output terminal from which the carrier wave or sideband wave is output by controlling the first selector switch 14 and the second selector switch 15. The first selector switch 14 and the second selector switch 15 may be realized, for example, by an optical switch.
重みづけ部１６は、入力端子を６つ有し、出力端子を６つ有する。例えば、重みづけ部１６の第１入力端子には、第一切替スイッチ１４の第１出力端子から搬送波が入力される。重みづけ部１６の第２入力端子には、第一切替スイッチ１４の第２出力端子から搬送波が入力される。重みづけ部１６の第３入力端子には、第一切替スイッチ１４の第３出力端子から搬送波が入力される。重みづけ部１６の第４入力端子には、第二切替スイッチ１５の第１出力端子から側帯波が入力される。重みづけ部１６の第５入力端子には、第二切替スイッチ１５の第２出力端子から側帯波が入力される。重みづけ部１６の第６入力端子には、第二切替スイッチ１５の第３出力端子から側帯波が入力される。 The weighting unit 16 has six input terminals and six output terminals. For example, a carrier wave is input to the first input terminal of the weighting unit 16 from the first output terminal of the first selector switch 14. A carrier wave is input to the second input terminal of the weighting unit 16 from the second output terminal of the first selector switch 14. A carrier wave is input to the third input terminal of the weighting unit 16 from the third output terminal of the first selector switch 14. A sideband wave is input to the fourth input terminal of the weighting unit 16 from the first output terminal of the second selector switch 15. A sideband wave is input to the fifth input terminal of the weighting unit 16 from the second output terminal of the second selector switch 15. A sideband wave is input to the sixth input terminal of the weighting unit 16 from the third output terminal of the second selector switch 15.
重みづけ部１６は、第一切替スイッチ１４から入力された搬送波に、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜φHi（ｉ＝１、２、３）を付与し、フォトミキシング部１７に出力する。重みづけ部１６は、第１入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH1を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。重みづけ部１６は、第２入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH2を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。重みづけ部１６は、第３入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH3を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。 The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ Hi (i=1, 2, 3) on a first axis, which is a certain axis in space, to the carrier wave input from the first changeover switch 14 and outputs the result to the photomixing unit 17. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ H1 to the carrier wave input to the first input terminal and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ H2 to the carrier wave input to the second input terminal and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ H3 to the carrier wave input to the third input terminal and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal.
例えば、重みづけ部１６は、第１入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第１出力端子から出力し、位相φH1を付与した光信号を第２出力端子から出力し、位相２φH1を付与した光信号を第３出力端子から出力する。例えば、重みづけ部１６は、第２入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第１出力端子から出力し、位相φH2を付与した光信号を第２出力端子から出力し、位相２φH2を付与した光信号を第３出力端子から出力する。例えば、重みづけ部１６は、第３入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第１出力端子から出力し、位相φH3を付与した光信号を第２出力端子から出力し、位相２φH3を付与した光信号を第３出力端子から出力する。つまり、第１入力端子に入力された光信号には０、φH1、２φH1という位相傾斜が付与され、第２入力端子に入力された光信号には０、φH2、２φH2という位相傾斜が付与され、第３入力端子に入力された光信号には０、φH3、２φH3という位相傾斜が付与される。より具体的には、位相傾斜は０度、４５度、９０度や０度、９０度、１８０度などである。
重みづけ部１６は、位相を付与しない光信号を出力する必要はなく、例えば、付与する位相傾斜はφ、２φ、３φであってもよい。
For example, when an optical signal is input to the first input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the first output terminal, an optical signal with a phase φ H1 from the second output terminal, and an optical signal with a phase 2φ H1 from the third output terminal. For example, when an optical signal is input to the second input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the first output terminal, an optical signal with a phase φ H2 from the second output terminal, and an optical signal with a phase 2φ H2 from the third output terminal. For example, when an optical signal is input to the third input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the first output terminal, an optical signal with a phase φ H3 from the second output terminal, and an optical signal with a phase 2φ H3 from the third output terminal. That is, a phase tilt of 0, φH1 , 2φH1 is imparted to the optical signal input to the first input terminal, a phase tilt of 0, φH2 , 2φH2 is imparted to the optical signal input to the second input terminal, and a phase tilt of 0, φH3 , 2φH3 is imparted to the optical signal input to the third input terminal. More specifically, the phase tilts are 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees or 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, etc.
The weighting section 16 does not need to output an optical signal to which no phase is added, and the phase gradient to be added may be, for example, φ, 2φ, or 3φ.
重みづけ部１６から出力される、位相傾斜が付与された搬送波ＬＨは、式（４）で表される。 The carrier wave LH to which a phase tilt is added and output from the weighting unit 16 is expressed by equation (4).
重みづけ部１６は、第二切替スイッチ１５から入力された側帯波に、第一軸と直交する第二軸における位相傾斜φvj（ｊ＝１、２、３）を付与し、フォトミキシング部１７に出力する。重みづけ部１６は、第４入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv1を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。重みづけ部１６は、第５入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv2を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。重みづけ部１６は、第６入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv3を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。 The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ vj (j = 1, 2, 3) on a second axis orthogonal to the first axis to the sideband waves input from the second selector switch 15 and outputs the result to the photomixing unit 17. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ v1 to the carrier wave input to the fourth input terminal and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ v2 to the carrier wave input to the fifth input terminal and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals. The weighting unit 16 imparts a phase gradient φ v3 to the carrier wave input to the sixth input terminal and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals.
例えば、重みづけ部１６は、第４入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第４出力端子から出力し、位相φV1を付与した光信号を第５出力端子から出力し、位相２φV1を付与した光信号を第６出力端子から出力する。例えば、重みづけ部１６は、第５入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第４出力端子から出力し、位相φV2を付与した光信号を第５出力端子から出力し、位相２φV2を付与した光信号を第６出力端子から出力する。例えば、重みづけ部１６は、第６入力端子に光信号が入力された場合は、位相を付与しない光信号を第４出力端子から出力し、位相φV3を付与した光信号を第５出力端子から出力し、位相２φV3を付与した光信号を第６出力端子から出力する。つまり、第４入力端子に入力された光信号には０、φV1、２φV1という位相傾斜が付与され、第５入力端子に入力された光信号には０、φV2、２φV2という位相傾斜が付与され、第６入力端子に入力された光信号には０、φV3、２φV3という位相傾斜が付与される。より具体的には、位相傾斜は０度、４５度、９０度や０度、９０度、１８０度などである。 For example, when an optical signal is input to the fourth input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the fourth output terminal, an optical signal with a phase φV1 from the fifth output terminal, and an optical signal with a phase 2φV1 from the sixth output terminal. For example, when an optical signal is input to the fifth input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the fourth output terminal, an optical signal with a phase φV2 from the fifth output terminal, and an optical signal with a phase 2φV2 from the sixth output terminal. For example, when an optical signal is input to the sixth input terminal, the weighting unit 16 outputs an optical signal without a phase from the fourth output terminal, an optical signal with a phase φV3 from the fifth output terminal, and an optical signal with a phase 2φV3 from the sixth output terminal. That is, the optical signal input to the fourth input terminal is imparted with phase gradients of 0, φV1 , and 2φV1 , the optical signal input to the fifth input terminal is imparted with phase gradients of 0, φV2 , and 2φV2 , and the optical signal input to the sixth input terminal is imparted with phase gradients of 0, φV3 , and 2φV3 . More specifically, the phase gradients are 0, 45, and 90 degrees or 0, 90, and 180 degrees, etc.
重みづけ部１６から出力される、位相傾斜が付与された側帯波ＬＳは、式（５）で表される。 The sideband wave L S to which a phase tilt is added and output from the weighting section 16 is expressed by equation (5).
フォトミキシング部１７は、複数のアンテナ素子１７１を備える。複数のアンテナ素子は３行３列の２次元のアレーアンテナを形成する。第ｉ行第ｊ列に設置されたアンテナ素子１７１には、第一軸において位相傾斜φHi及び第二軸において位相傾斜φvjが付与された光信号が入力される。つまり、重みづけ部１６の第１出力端子は第１行のアンテナ素子１７１に位相傾斜φH1が付与された搬送波を出力する。重みづけ部１６の第２出力端子は第２行のアンテナ素子１７１に位相傾斜φH2が付与された搬送波を出力する。重みづけ部１６の第３出力端子は第３行のアンテナ素子１７１に位相傾斜φH3が付与された搬送波を出力する。重みづけ部１６の第４出力端子は第１列のアンテナ素子１７１に位相傾斜φV1が付与された側帯波を出力する。重みづけ部１６の第５出力端子は第２列のアンテナ素子１７１に位相傾斜φV2が付与された側帯波を出力する。重みづけ部１６の第６出力端子は第３列のアンテナ素子１７１に位相傾斜φV3が付与された側帯波を出力する。 The photomixing unit 17 includes a plurality of antenna elements 171. The plurality of antenna elements form a two-dimensional array antenna with three rows and three columns. An optical signal to which a phase tilt φ Hi is applied along the first axis and a phase tilt φ vj is applied along the second axis is input to the antenna element 171 located in the i-th row and j-th column. That is, the first output terminal of the weighting unit 16 outputs a carrier wave to which a phase tilt φ H1 is applied to the antenna elements 171 in the first row. The second output terminal of the weighting unit 16 outputs a carrier wave to which a phase tilt φ H2 is applied to the antenna elements 171 in the second row. The third output terminal of the weighting unit 16 outputs a carrier wave to which a phase tilt φ H3 is applied to the antenna elements 171 in the third row. The fourth output terminal of the weighting unit 16 outputs a sideband wave to which a phase tilt φ V1 is applied to the antenna elements 171 in the first column. The fifth output terminal of the weighting unit 16 outputs a sideband wave to which a phase tilt φ V2 is applied to the antenna elements 171 in the second column. The sixth output terminal of the weighting unit 16 outputs a sideband wave to which a phase slope φ V3 has been applied to the antenna elements 171 of the third column.
フォトミキシング部１７は、搬送波と側帯波との差の周波数の電磁波を発生させる。図２は、アンテナ素子１７１の構成の一例を示す図である。アンテナ素子１７１は、合波器１７１１、二乗検波部１７１２、アンテナ１７１３を備える。合波器１７１１は、重みづけ部１６から入力された搬送波と側帯波とを合波する。合波された光信号はＬＨ＋ＬＳで表される。合波器１７１１は、例えばＡＷＧである。
二乗検波部１７１２は、合波された光信号をＲＦ信号に変換する。二乗検波部１７１２は例えばフォトダイオードである。アンテナ１７１３は、二乗検波部１７１２の出力周波数特性に依存した所定のＲＦ周波数帯域の成分のみを出力する。つまり、アンテナ１７１３からの出力ｖＲＦ＿ｉｊは（ＬＨ＋ＬＳ）２からＲＦ帯を取り出したものであり、式（６）に比例する。
The photomixing unit 17 generates an electromagnetic wave with a frequency that is the difference between the carrier wave and the sideband wave. Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the antenna element 171. The antenna element 171 includes a multiplexer 1711, a square-law detector 1712, and an antenna 1713. The multiplexer 1711 multiplexes the carrier wave and the sideband wave input from the weighting unit 16. The multiplexed optical signal is expressed as L H + L S. The multiplexer 1711 is, for example, an AWG.
The square-law detector 1712 converts the combined optical signal into an RF signal. The square-law detector 1712 is, for example, a photodiode. The antenna 1713 outputs only components of a predetermined RF frequency band that depends on the output frequency characteristics of the square-law detector 1712. In other words, the output v RF — ij from the antenna 1713 is the RF band extracted from (L H +L S ) 2 and is proportional to equation (6).
よって、第ｉ行第ｊ列のアンテナ素子１７１の出力の位相傾斜はφvj-φHiである。 Therefore, the phase tilt of the output of the antenna element 171 in the i-th row and j-th column is φ vj −φ Hi .
図３は、アンテナ素子１７１の構成の一例を示す図である。アンテナ素子１７１において、合波器１７１１の代わりにミラー１７１４を用いて重みづけ部１６により位相付与された光信号と、重みづけ部１６により位相付与された光信号とを合波してもよい。 Figure 3 shows an example of the configuration of antenna element 171. In antenna element 171, a mirror 1714 may be used instead of multiplexer 1711 to multiplex an optical signal to which a phase has been assigned by weighting unit 16 and an optical signal to which a phase has been assigned by weighting unit 16.
図４は、第１の実施形態に係る送信指向性制御装置１の動作を示すフローチャートである。光変調器１２が光源１１から出力された光を変調し、光信号を生成する（ステップＳ１０）。その後、分波器１３は光変調器１２から入力された光信号を搬送波と側帯波に分波する（ステップＳ１１）。第一切替スイッチ１４は、搬送波を複数の端子のいずれかより重みづけ部１６に出力する（ステップＳ１２－１）。第二切替スイッチ１５は、側帯波を複数の端子のいずれかより重みづけ部１６に出力する（ステップＳ１２－２）。重みづけ部１６は、搬送波に第一軸における位相傾斜を付与する（ステップＳ１３－１）。重みづけ部１６は、側帯波に第二軸における位相傾斜を付与する（ステップＳ１３－２）。フォトミキシング部１７は、各アンテナ素子１７１において搬送波と側帯波とをフォトミキシングする（ステップＳ１４）。フォトミキシングされた光信号は、アンテナ１７１３からＲＦ信号として出力される。 Figure 4 is a flowchart showing the operation of the transmission directivity control device 1 according to the first embodiment. The optical modulator 12 modulates the light output from the light source 11 to generate an optical signal (step S10). Then, the demultiplexer 13 demultiplexes the optical signal input from the optical modulator 12 into a carrier wave and sideband waves (step S11). The first selector switch 14 outputs the carrier wave from one of multiple terminals to the weighting unit 16 (step S12-1). The second selector switch 15 outputs the sideband waves from one of multiple terminals to the weighting unit 16 (step S12-2). The weighting unit 16 imparts a phase tilt on the first axis to the carrier wave (step S13-1). The weighting unit 16 imparts a phase tilt on the second axis to the sideband waves (step S13-2). The photomixing unit 17 photomixes the carrier wave and sideband waves in each antenna element 171 (step S14). The photomixed optical signal is output as an RF signal from an antenna 1713 .
図５は、第１の実施形態に係る重みづけ部１６の構成を示す図である。第１の実施形態に係る重みづけ部１６は、第一軸重みづけ回路１６１及び第二軸重みづけ回路１６２を備える。
第一軸重みづけ回路１６１は、第一切替スイッチ１４から入力された搬送波に、位相傾斜φHiを付与し、フォトミキシング部１７に出力する。第一軸重みづけ回路１６１は、重みづけ部１６の第１入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH1を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。第一軸重みづけ回路１６１は、重みづけ部１６の第２入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH2を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。第一軸重みづけ回路１６１は、重みづけ部１６の第３入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH3を付与し、第１出力端子、第２出力端子及び第３出力端子から出力する。
5 is a diagram showing the configuration of the weighting unit 16 according to the first embodiment. The weighting unit 16 according to the first embodiment includes a first axis weighting circuit 161 and a second axis weighting circuit 162.
The first axis weighting circuit 161 imparts a phase gradient φ Hi to the carrier wave input from the first selector switch 14 and outputs the result to the photomixing unit 17. The first axis weighting circuit 161 imparts a phase gradient φ H1 to the carrier wave input to the first input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal. The first axis weighting circuit 161 imparts a phase gradient φ H2 to the carrier wave input to the second input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal. The first axis weighting circuit 161 imparts a phase gradient φ H3 to the carrier wave input to the third input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal.
第二軸重みづけ回路１６２は、第二切替スイッチ１５から入力された側帯波に、位相傾斜φvjを付与し、フォトミキシング部１７に出力する。第二軸重みづけ回路１６２は、重みづけ部１６の第４入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv1を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。第二軸重みづけ回路１６２は、重みづけ部１６の第５入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv2を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。第二軸重みづけ回路１６２は、重みづけ部１６の第６入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φv3を付与し、第４出力端子、第５出力端子及び第６出力端子から出力する。 The second axis weighting circuit 162 imparts a phase gradient φ vj to the sideband waves input from the second selector switch 15 and outputs the result to the photomixing unit 17. The second axis weighting circuit 162 imparts a phase gradient φ v1 to the carrier wave input to the fourth input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals. The second axis weighting circuit 162 imparts a phase gradient φ v2 to the carrier wave input to the fifth input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals. The second axis weighting circuit 162 imparts a phase gradient φ v3 to the carrier wave input to the sixth input terminal of the weighting unit 16 and outputs it from the fourth, fifth, and sixth output terminals.
第一軸重みづけ回路１６１及び第二軸重みづけ回路１６２は、遅延線路、高分散線路、共振リング、行列回路などにより光信号に位相傾斜を付与する。行列回路は、例えばバトラー行列(Butler Matrix)やブラス回路(Blass Matrix)である。 The first axis weighting circuit 161 and the second axis weighting circuit 162 impart a phase tilt to the optical signal using a delay line, a high-dispersion line, a resonant ring, a matrix circuit, etc. The matrix circuit is, for example, a Butler matrix or a Blass matrix.
以上より、送信指向性制御装置１は、分波器１３、第一切替スイッチ１４、第二切替スイッチ１５、重みづけ部１６、フォトミキシング部１７を備える。送信指向性制御装置１は、光回路により１つの軸ごとに重みづけを行い、電子的にビームステアリングを行う。２つの軸の重みづけを１つの重みづけ回路により一括で行う場合、重みづけ回路の要素数は、アンテナ素子の数Ｍの２乗に比例する。しかし、本実施形態においては、１つの軸ごとに重みづけを行う場合、重みづけ回路の要素数は、２√Ｍに比例する。そのため、アンテナ増加に伴う複雑化を抑制することができる。 As described above, the transmission directivity control device 1 comprises a splitter 13, a first changeover switch 14, a second changeover switch 15, a weighting unit 16, and a photomixing unit 17. The transmission directivity control device 1 performs weighting for each axis using an optical circuit and performs electronic beam steering. When weighting for two axes is performed simultaneously using a single weighting circuit, the number of elements in the weighting circuit is proportional to the square of the number M of antenna elements. However, in this embodiment, when weighting is performed for each axis, the number of elements in the weighting circuit is proportional to 2√M. This makes it possible to suppress the complexity that comes with an increase in antennas.
また、送信指向性制御装置１は、アナログ回路による移相を行うことから、全てディジタル信号処理で移相を行うフルディジタル制御のアレーアンテナに比べてアナログ‐ディジタル変換器の数を大幅に減らすことができる。
また、送信指向性制御装置１は、光信号のアナログ処理で移相を行っているため、電波を放射する際のビーム走査だけでなく、空間光無線通信（FSO通信）等において光を放射する際のビーム走査を、機械駆動ではなく電子的に実施する回路に応用することができる。
Furthermore, since the transmission directivity control device 1 performs phase shifting using an analog circuit, the number of analog-to-digital converters can be significantly reduced compared to a fully digitally controlled array antenna in which phase shifting is performed entirely by digital signal processing.
Furthermore, since the transmission directivity control device 1 performs phase shifting through analog processing of optical signals, it can be applied to circuits that electronically, rather than mechanically, perform beam scanning when emitting light in free-space optical communication (FSO communication) and the like, as well as when emitting radio waves.
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る重みづけ部１６の構成例を示す図である。第２の実施形態に係る重みづけ部１６は、合波器１６３、重みづけ回路１６４、分波器１６５を備える。第２の実施形態に係る重みづけ部１６は、３つの合波器１６３－１、１６３－２及び１６３－３を備える。第２の実施形態に係る重みづけ部１６は、３つの分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３を備える。
Second Embodiment
6 is a diagram showing an example of the configuration of the weighting unit 16 according to the second embodiment. The weighting unit 16 according to the second embodiment includes a multiplexer 163, a weighting circuit 164, and a demultiplexer 165. The weighting unit 16 according to the second embodiment includes three multiplexers 163-1, 163-2, and 163-3. The weighting unit 16 according to the second embodiment includes three demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3.
合波器１６３は、第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５から入力された搬送波と側帯波とを合波する。合波器１６３－１は、第１入力端子に入力された搬送波と第４入力端子に入力された側帯波を合波する。合波器１６３－２は、第２入力端子に入力された搬送波と第５入力端子に入力された側帯波を合波する。合波器１６３－３は、第３入力端子に入力された搬送波と第６入力端子に入力された側帯波を合波する。合波器１６３は、重みづけ回路１６４の対応する端子に光信号を出力する。合波器１６３－１は、重みづけ回路１６４の第１入力端子に合波した光信号を出力する。合波器１６３－２は、重みづけ回路１６４の第２端子に合波した光信号を出力する。合波器１６３－３は、重みづけ回路１６４の第３端子に合波した光信号を出力する。合波器１６３は、第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５のどちらか一方のみから光信号が入力された場合、入力された光信号を重みづけ回路１６４に出力する。合波器１６３は、例えばＡＷＧである。 The multiplexer 163 multiplexes the carrier wave and sideband waves input from the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15. The multiplexer 163-1 multiplexes the carrier wave input to the first input terminal with the sideband wave input to the fourth input terminal. The multiplexer 163-2 multiplexes the carrier wave input to the second input terminal with the sideband wave input to the fifth input terminal. The multiplexer 163-3 multiplexes the carrier wave input to the third input terminal with the sideband wave input to the sixth input terminal. The multiplexer 163 outputs an optical signal to the corresponding terminal of the weighting circuit 164. The multiplexer 163-1 outputs the multiplexed optical signal to the first input terminal of the weighting circuit 164. The multiplexer 163-2 outputs the multiplexed optical signal to the second terminal of the weighting circuit 164. The multiplexer 163-3 outputs the multiplexed optical signal to the third terminal of the weighting circuit 164. When an optical signal is input from only one of the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15, the multiplexer 163 outputs the input optical signal to the weighting circuit 164. The multiplexer 163 is, for example, an AWG.
重みづけ回路１６４は、合波器１６３より入力される光信号に含まれる搬送波に、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、分波器１６５に出力する。重みづけ回路１６４は、光信号が入力された端子により異なる位相傾斜を搬送波に付与し、分波器１６５に出力する。例えば、重みづけ回路１６４は、第１入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH１を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。重みづけ回路１６４は、第２入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH２を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。重みづけ回路１６４は、第３入力端子に入力された搬送波に位相傾斜φH３を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。 The weighting circuit 164 imparts a phase gradient on a first axis, which is a certain axis in space, to the carrier wave included in the optical signal input from the multiplexer 163, and outputs the resulting signal to the demultiplexer 165. The weighting circuit 164 imparts a different phase gradient to the carrier wave depending on the terminal to which the optical signal is input, and outputs the resulting signal to the demultiplexer 165. For example, the weighting circuit 164 imparts a phase gradient φ H1 to the carrier wave input to the first input terminal, and outputs the resulting signal to the demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3. The weighting circuit 164 imparts a phase gradient φ H2 to the carrier wave input to the second input terminal, and outputs the resulting signal to the demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3. The weighting circuit 164 imparts a phase gradient φ H3 to the carrier wave input to the third input terminal, and outputs the resulting signal to the demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3.
重みづけ回路１６４は、合波器１６３より入力される光信号に含まれる側帯波に、第一軸と直交する第二軸における位相傾斜を付与し、分波器１６５に出力する。重みづけ回路１６４は、光信号が入力された端子により異なる位相傾斜を側帯波に付与し、分波器１６５に出力する。例えば、重みづけ回路１６４は、第１入力端子に入力された側帯波に位相傾斜φｖ１を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。重みづけ回路１６４は、第２入力端子に入力された側帯波に位相傾斜φｖ２を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。重みづけ回路１６４は、第３入力端子に入力された側帯波に位相傾斜φｖ３を付与し、分波器１６５－１、１６５－２及び１６５－３に出力する。 The weighting circuit 164 imparts a phase gradient on a second axis orthogonal to the first axis to the sideband waves included in the optical signal input from the multiplexer 163, and outputs the result to the demultiplexer 165. The weighting circuit 164 imparts a different phase gradient to the sideband waves depending on the terminal to which the optical signal is input, and outputs the result to the demultiplexer 165. For example, the weighting circuit 164 imparts a phase gradient φv1 to the sideband waves input to the first input terminal, and outputs the result to the demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3. The weighting circuit 164 imparts a phase gradient φv2 to the sideband waves input to the second input terminal, and outputs the result to the demultiplexers 165-1, 165-2, and 165-3. The weighting circuit 164 applies a phase slope φ v3 to the sideband wave input to the third input terminal and outputs the result to the branching filters 165-1, 165-2, and 165-3.
重みづけ回路１６４は、遅延線路、高分散線路、共振リング、行列回路などにより光信号に位相傾斜を付与する。行列回路は、例えばバトラー行列(Butler Matrix)やブラス回路(Blass Matrix)である。 The weighting circuit 164 imparts a phase tilt to the optical signal using a delay line, a high-dispersion line, a resonant ring, a matrix circuit, etc. The matrix circuit may be, for example, a Butler Matrix or a Blass Matrix.
分波器１６５は、重みづけ回路１６４から出力される光信号を、搬送波と側帯波の波長により分波する。分波器１６５－１は、位相傾斜φH１及びφｖ１が付与された光信号を分波する。分波器１６５－２は、位相傾斜φH２及びφｖ２が付与された光信号を分波する。分波器１６５－３は、位相傾斜φH３及びφｖ３が付与された光信号を分波する。分波器１６５は、例えばＡＷＧである。 The demultiplexer 165 demultiplexes the optical signal output from the weighting circuit 164 according to the wavelengths of the carrier wave and the sideband wave. The demultiplexer 165-1 demultiplexes the optical signal to which the phase tilts φ H1 and φ v1 have been applied. The demultiplexer 165-2 demultiplexes the optical signal to which the phase tilts φ H2 and φ v2 have been applied. The demultiplexer 165-3 demultiplexes the optical signal to which the phase tilts φ H3 and φ v3 have been applied. The demultiplexer 165 is, for example, an AWG.
分波器１６５は、分波した搬送波と側帯波とをフォトミキシング部１７に出力する。分波器１６５－１は、第１出力端子から位相傾斜を付与した搬送波を出力し、第４出力端子から位相傾斜を付与した側帯波を出力する。分波器１６５－２は、第２出力端子から位相傾斜を付与した搬送波を出力し、第５出力端子から位相傾斜を付与した側帯波を出力する。分波器１６５－３は、第３出力端子から位相傾斜を付与した搬送波を出力し、第６出力端子から位相傾斜を付与した側帯波を出力する。 The demultiplexer 165 outputs the demultiplexed carrier wave and sideband waves to the photomixing unit 17. Demultiplexer 165-1 outputs the carrier wave with a phase tilt from the first output terminal and outputs the sideband wave with a phase tilt from the fourth output terminal. Demultiplexer 165-2 outputs the carrier wave with a phase tilt from the second output terminal and outputs the sideband wave with a phase tilt from the fifth output terminal. Demultiplexer 165-3 outputs the carrier wave with a phase tilt from the third output terminal and outputs the sideband wave with a phase tilt from the sixth output terminal.
以上より、第１の実施形態に係る送信指向性制御装置１は重みづけ回路を２つ備えているのに対し、第２の実施形態に係る送信指向性制御装置１は重みづけ回路を１つ備えている。そのため、重みづけ回路の数を減らすことができ、より少ない要素で同様の効果を奏する送信指向性制御装置を構成することができる。 As described above, the transmission directivity control device 1 according to the first embodiment has two weighting circuits, whereas the transmission directivity control device 1 according to the second embodiment has one weighting circuit. This allows the number of weighting circuits to be reduced, making it possible to configure a transmission directivity control device that achieves the same effect with fewer elements.
（波長に基づく切替方法）
第１の実施形態において、第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５が入力される光信号の波長により、光信号を出力する重みづけ部の出力端子を切り替える場合の実施例を説明する。図７は、分波器１３に入力される光信号の波長と、光信号が合波されるアンテナ素子１７１の関係例を示す図である。隣り合う波長の差（例えば、λ１とλ２との差やλ２とλ３の差）は、光信号の搬送波と側帯波の周波数差に対応する波長より大きくなるように設定される。
(Wavelength-based switching method)
In the first embodiment, an example will be described in which the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15 switch the output terminal of the weighting unit that outputs an optical signal depending on the wavelength of the input optical signal. Fig. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of the optical signal input to the demultiplexer 13 and the antenna element 171 to which the optical signal is multiplexed. The difference between adjacent wavelengths (for example, the difference between λ1 and λ2 or the difference between λ2 and λ3) is set to be larger than the wavelength corresponding to the frequency difference between the carrier wave and sideband waves of the optical signal.
例えば、第一切替スイッチ１４は、波長λ１、λ２及びλ３の搬送波は重みづけ部１６の第１入力端子に出力し、波長λ４、λ５及びλ６の搬送波は重みづけ部１６の第２入力端子に出力し、波長λ７、λ８及びλ９の搬送波は重みづけ部１６の第３入力端子に出力する。また、例えば、第二切替スイッチ１５は、波長λ１、λ４及びλ７の側帯波は重みづけ部１６の第４入力端子に出力し、波長λ２、λ５及びλ８の側帯波は重みづけ部１６の第５入力端子に出力し、波長λ３、λ６及びλ９の側帯波は重みづけ部１６の第６入力端子に出力する。第一切替スイッチ１４及び第二切替スイッチ１５は、例えば分波器を有し、上記波長を振り分けるように構成される。 For example, the first changeover switch 14 outputs carrier waves of wavelengths λ1, λ2, and λ3 to the first input terminal of the weighting unit 16, outputs carrier waves of wavelengths λ4, λ5, and λ6 to the second input terminal of the weighting unit 16, and outputs carrier waves of wavelengths λ7, λ8, and λ9 to the third input terminal of the weighting unit 16. Furthermore, for example, the second changeover switch 15 outputs sideband waves of wavelengths λ1, λ4, and λ7 to the fourth input terminal of the weighting unit 16, outputs sideband waves of wavelengths λ2, λ5, and λ8 to the fifth input terminal of the weighting unit 16, and outputs sideband waves of wavelengths λ3, λ6, and λ9 to the sixth input terminal of the weighting unit 16. The first changeover switch 14 and the second changeover switch 15 each have, for example, a demultiplexer and are configured to distribute the above wavelengths.
これにより、波長λ１の光信号は、搬送波が重みづけ部１６の第１入力端子に入力され位相傾斜が付与され、側帯波が重みづけ部１６の第４入力端子に入力され位相傾斜が付与され、２つの光信号が９つのアンテナ素子１７１において合波される。また、波長λ２の光信号は、搬送波が重みづけ部１６の第１端子に入力され位相傾斜が付与され、側帯波が重みづけ部１６の第５端子に入力され位相傾斜が付与され、２つの光信号が９つのアンテナ素子１７１において合波される。以上のように、分波器１３に入力される光信号の波長により、光信号に付与する位相傾斜を変化させ、アンテナ素子１７１から送信することができる。 As a result, for an optical signal of wavelength λ1, the carrier wave is input to the first input terminal of weighting unit 16 and a phase tilt is applied, and the sideband wave is input to the fourth input terminal of weighting unit 16 and a phase tilt is applied, and the two optical signals are combined at nine antenna elements 171. Also, for an optical signal of wavelength λ2, the carrier wave is input to the first terminal of weighting unit 16 and a phase tilt is applied, and the sideband wave is input to the fifth terminal of weighting unit 16 and a phase tilt is applied, and the two optical signals are combined at nine antenna elements 171. As described above, the phase tilt applied to the optical signal can be changed depending on the wavelength of the optical signal input to demultiplexer 13, and transmitted from antenna elements 171.
また、送信指向性制御装置１は複数の光源１１及び光変調器１２を備え、分波器１３が複数の光信号をそれぞれ搬送波と側帯波とに分波してもよい。このとき、第一切替スイッチ１４は、複数の光信号ごとに、第一光信号を複数の端子のいずれかより出力する。第二切替スイッチ１５は、複数の光信号ごとに、第二光信号を複数の端子のいずれかより出力する。重みづけ部１６は、複数の光信号ごとに、第一光信号に第一軸における位相傾斜を付与し、第二光信号に第二軸における位相傾斜を付与する。フォトミキシング部１７は、複数の光信号ごとに、位相傾斜が付与された第一光信号と、位相傾斜が付与された第二光信号とをフォトミキシングする。これにより、アンテナ素子１７１は、それぞれの光信号に基づく方向に信号を送信することができ、マルチビームを送信する動作を行うことができる。 The transmission directivity control device 1 may also include multiple light sources 11 and optical modulators 12, and the demultiplexer 13 may demultiplex each of the multiple optical signals into a carrier wave and a sideband wave. In this case, the first selector switch 14 outputs a first optical signal from one of multiple terminals for each of the multiple optical signals. The second selector switch 15 outputs a second optical signal from one of multiple terminals for each of the multiple optical signals. The weighting unit 16 imparts a phase tilt on a first axis to the first optical signal and a phase tilt on a second axis to the second optical signal for each of the multiple optical signals. The photomixing unit 17 photomixes the first optical signal to which a phase tilt has been imparted and the second optical signal to which a phase tilt has been imparted for each of the multiple optical signals. This allows the antenna element 171 to transmit signals in directions based on each optical signal and to operate in a multi-beam transmission mode.
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では重みづけ回路の入力端子及び出力端子は３つであり、フォトミキシング部１７に含まれるアレーアンテナは３行３列のアンテナ素子を有するが、これに限られない。例えば、アレーアンテナは２行でもよく、４行以上であってもよく、２列であっても、４列以上であってもよい。また、アレーアンテナは３行３列や４行４列のように正方のアンテナ素子により構成されなくてもよい。重みづけ回路の入力端子及び出力端子は、アレーアンテナに含まれるアンテナ素子の行数及び列数により変化してもよい。
One embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes and the like are possible within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the weighting circuit has three input terminals and three output terminals, and the array antenna included in the photomixing unit 17 has antenna elements arranged in three rows and three columns, but this is not limited to this. For example, the array antenna may have two rows, four or more rows, or two or four or more columns. Furthermore, the array antenna does not have to be configured with square antenna elements, such as three rows and three columns or four rows and four columns. The input terminals and output terminals of the weighting circuit may vary depending on the number of rows and columns of antenna elements included in the array antenna.
上述した実施形態では、最初に分波器１３は光信号を搬送波と側帯波とに分波するがこれに限られず、第一光信号と第二光信号とに分波する。例えば、分波器１３は光信号を上側帯波と下側帯波とに分波し、それぞれを第一切替スイッチ１４と第二切替スイッチ１５とに出力してもよい。例えば、分波器１３は光信号を２つの光信号に分配する分配器と、１つの光信号を上側帯波に変換するＳＳＢ変換器と、もう１つの光信号を下側波帯に変換するＳＳＢ変換器とを備え、上側帯波及び下側波帯をそれぞれ第一切替スイッチ１４と第二切替スイッチ１５に出力してもよい。 In the above-described embodiment, the demultiplexer 13 first demultiplexes the optical signal into a carrier wave and sideband waves, but this is not limited to this and may demultiplex into a first optical signal and a second optical signal. For example, the demultiplexer 13 may demultiplex the optical signal into an upper sideband wave and a lower sideband wave and output them to the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15, respectively. For example, the demultiplexer 13 may include a distributor that splits the optical signal into two optical signals, an SSB converter that converts one optical signal into the upper sideband wave, and an SSB converter that converts the other optical signal into the lower sideband wave, and output the upper sideband wave and the lower sideband wave to the first changeover switch 14 and the second changeover switch 15, respectively.
１ 送信指向性制御装置、１１ 光源、１２ 光変調器、１３ 分波器、１４ 第一切替スイッチ、１５ 第二切替スイッチ、１６ 重みづけ部、１６１ 第一軸重みづけ回路、１６２ 第二軸重みづけ回路、１６３ 合波器、１６４ 重みづけ回路、１６５ 分波器、１７ フォトミキシング部、１７１ アンテナ素子、１７１１ 合波器、１７１２ 二乗検波部、１７１３ アンテナ、１７１４ ミラー1 Transmission directivity control device, 11 Light source, 12 Optical modulator, 13 Demultiplexer, 14 First changeover switch, 15 Second changeover switch, 16 Weighting unit, 161 First axis weighting circuit, 162 Second axis weighting circuit, 163 Multiplexer, 164 Weighting circuit, 165 Demultiplexer, 17 Photomixing unit, 171 Antenna element, 1711 Multiplexer, 1712 Square-law detection unit, 1713 Antenna, 1714 Mirror
Claims (8)
前記第一光信号を複数の端子のいずれかより出力する第一切替スイッチと、
前記第二光信号を複数の端子のいずれかより出力する第二切替スイッチと、
前記第一光信号に、出力された前記第一切替スイッチの端子により異なり、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、前記第二光信号に、出力された前記第二切替スイッチの端子により異なり、前記第一軸と直交する第二軸における位相傾斜を付与する重みづけ部と、
位相傾斜が付与された前記第一光信号と、位相傾斜が付与された前記第二光信号とをフォトミキシングするフォトミキシング部と、
を備える送信指向性制御装置。 a demultiplexer that demultiplexes the optical signal into a first optical signal and a second optical signal;
a first changeover switch that outputs the first optical signal from one of a plurality of terminals;
a second selector switch that outputs the second optical signal from one of a plurality of terminals;
a weighting unit that imparts a phase gradient to the first optical signal on a first axis that is a certain axis in space, the phase gradient varying depending on the terminal of the first changeover switch to which the first optical signal is output, and that imparts a phase gradient to the second optical signal on a second axis that is orthogonal to the first axis, the phase gradient varying depending on the terminal of the second changeover switch to which the second optical signal is output;
a photomixing unit that photomixes the first optical signal to which a phase tilt has been added and the second optical signal to which a phase tilt has been added;
A transmission directivity control device comprising:
前記第一軸における位相傾斜を前記第一光信号に付与する第一軸位相傾斜付与部と、
前記第二軸における位相傾斜を前記第二光信号に付与する第二軸位相傾斜付与部と、
を備える請求項１に記載の送信指向性制御装置。 The weighting unit
a first axis phase tilt imparting unit that imparts a phase tilt along the first axis to the first optical signal;
a second axis phase tilt imparting unit that imparts a phase tilt on the second axis to the second optical signal;
The transmission directivity control device according to claim 1 , comprising:
前記第一切替スイッチから入力される前記第一光信号と、前記第二切替スイッチから入力される前記第二光信号とを合波する合波器と、
前記合波された光信号に含まれる前記第一光信号に、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、前記合波された光信号に含まれる前記第二光信号に、前記第一軸と垂直である第二軸における位相傾斜を付与する重みづけ回路と、
前記重みづけ回路から出力される光信号を分波する分波器と、
を備える請求項１に記載の送信指向性制御装置。 The weighting unit
a multiplexer that multiplexes the first optical signal input from the first changeover switch and the second optical signal input from the second changeover switch;
a weighting circuit that imparts a phase tilt along a first axis, which is a certain axis in space, to the first optical signal included in the combined optical signal, and imparts a phase tilt along a second axis, which is perpendicular to the first axis, to the second optical signal included in the combined optical signal;
a demultiplexer that demultiplexes the optical signal output from the weighting circuit;
The transmission directivity control device according to claim 1 , comprising:
請求項１に記載の送信指向性制御装置。 the phase tilt imparted to the first optical signal and the second optical signal is based on the wavelengths of the first optical signal and the second optical signal;
The transmission directivity control device according to claim 1 .
前記第一切替スイッチは、前記複数の光信号ごとに、前記第一光信号を複数の端子のいずれかより出力し、
前記第二切替スイッチは、前記複数の光信号ごとに、前記第二光信号を複数の端子のいずれかより出力し、
前記重みづけ部は、前記複数の光信号ごとに、前記第一光信号に前記第一軸における位相傾斜を付与し、前記第二光信号に前記第二軸における位相傾斜を付与し、
前記フォトミキシング部は、前記複数の光信号ごとに、位相傾斜が付与された前記第一光信号と、位相傾斜が付与された前記第二光信号とをフォトミキシングする、
請求項４に記載の送信指向性制御装置。 the demultiplexer demultiplexes each of the plurality of optical signals into a first optical signal and a second optical signal;
the first changeover switch outputs the first optical signal from one of a plurality of terminals for each of the plurality of optical signals;
the second changeover switch outputs the second optical signal from one of a plurality of terminals for each of the plurality of optical signals;
the weighting unit imparts a phase tilt on the first axis to the first optical signal and imparts a phase tilt on the second axis to the second optical signal for each of the plurality of optical signals;
the photomixing unit photomixes, for each of the plurality of optical signals, the first optical signal to which a phase tilt has been imparted and the second optical signal to which a phase tilt has been imparted;
The transmission directivity control device according to claim 4 .
請求項１に記載の送信指向性制御装置。 the first optical signal and the second optical signal are a carrier wave and a sideband wave or an upper sideband wave and a lower sideband wave;
The transmission directivity control device according to claim 1 .
前記分配器は、入力される光信号を２つの光信号に分配し、
前記ＳＳＢ変調器は、前記２つの光信号のうち１つの光信号を側帯波に変換する、
請求項６に記載の送信指向性制御装置。 the branching filter includes a distributor and an SSB (single side-band) modulator;
the splitter splits an input optical signal into two optical signals;
the SSB modulator converts one of the two optical signals into a sideband wave;
The transmission directivity control device according to claim 6 .
前記第一光信号を複数の端子のいずれかより出力する第一切替ステップと、
前記第二光信号を複数の端子のいずれかより出力する第二切替ステップと、
前記第一光信号を、前記第一切替ステップにおいて出力された端子により異なり、空間上のある軸である第一軸における位相傾斜を付与し、前記第二光信号を、前記第二切替ステップにおいて出力された端子により異なり、前記第一軸と直交する第二軸における位相傾斜を付与する重みづけステップと、
位相傾斜が付与された前記第一光信号と、位相傾斜が付与された前記第二光信号とをフォトミキシングするフォトミキシングステップと、
を有する送信指向性制御方法。 a demultiplexing step of demultiplexing the optical signal into a first optical signal and a second optical signal;
a first switching step of outputting the first optical signal from one of a plurality of terminals;
a second switching step of outputting the second optical signal from one of a plurality of terminals;
a weighting step of imparting a phase gradient to the first optical signal on a first axis that is a certain axis in space, which varies depending on the terminal from which the first optical signal is output in the first switching step, and imparting a phase gradient to the second optical signal on a second axis that is orthogonal to the first axis, which varies depending on the terminal from which the second optical signal is output in the second switching step;
a photomixing step of photomixing the first optical signal to which a phase tilt has been applied and the second optical signal to which a phase tilt has been applied;
A transmission directivity control method comprising:
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/023694 WO2023242930A1 (en) | 2022-06-13 | 2022-06-13 | Transmission directivity control device and transmission directivity control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2023242930A1 JPWO2023242930A1 (en) | 2023-12-21 |
| JP7744611B2 true JP7744611B2 (en) | 2025-09-26 |
Family
ID=89192643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024527932A Active JP7744611B2 (en) | 2022-06-13 | 2022-06-13 | Transmission directivity control device and transmission directivity control method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7744611B2 (en) |
| WO (1) | WO2023242930A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025150124A1 (en) * | 2024-01-10 | 2025-07-17 | 日本電信電話株式会社 | Photoelectric conversion device |
| WO2025150125A1 (en) * | 2024-01-10 | 2025-07-17 | 日本電信電話株式会社 | Photoelectric conversion device |
| WO2026053432A1 (en) * | 2024-09-09 | 2026-03-12 | Ｎｔｔ株式会社 | Transmission directivity control device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3438430B2 (en) * | 1995-09-18 | 2003-08-18 | 日本電信電話株式会社 | Feeding circuit for array antenna |
| JPH09116500A (en) * | 1995-10-18 | 1997-05-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Analog signal processing circuit |
| JP2004023400A (en) * | 2002-06-14 | 2004-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | Light control array antenna device |
-
2022
- 2022-06-13 JP JP2024527932A patent/JP7744611B2/en active Active
- 2022-06-13 WO PCT/JP2022/023694 patent/WO2023242930A1/en not_active Ceased
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LIU Y. et al.，Scalable Integrated Photonics Beamforming Circuits [online]，2020 Asia Communications and Photonics Conference (ACP) and International Conference on Information Photonics and Optical Communications (IPOC)，2020年10月，[retrieved on 2022.08.22], Retrieved from <https://ieeexplore.ieee.org/document/9365262>，T3E.2 |
| ORTEGA B. et al.，Optical Beamformer for 2-D Phased Array Antenna With Subarray Partitioning Capability [online]，Photonics Journal，米国，IEEE，2016年06月，Vol. 8, No. 3，[retrieved on 2022.08.22], Retrieved from <https://ieeexplore.ieee.org/document/7446265>，Article Sequence Number: 6600509 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023242930A1 (en) | 2023-12-21 |
| JPWO2023242930A1 (en) | 2023-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7744611B2 (en) | Transmission directivity control device and transmission directivity control method | |
| JP7701670B2 (en) | Transmission directivity control device and transmission directivity control method | |
| JP7701669B2 (en) | Transmission directivity control device and transmission directivity control method | |
| CN108293155B (en) | Optical switching system | |
| EP3400629B1 (en) | Transmitting and receiving apparatuses and methods for a phased array antenna | |
| US9748648B2 (en) | Distributed feeding device for antenna beamforming | |
| JP4632444B2 (en) | Optical control array antenna device | |
| WO2022244045A1 (en) | Radio communication method and radio communication system | |
| JP7817629B2 (en) | Transmission directivity control device, transmission system, and transmission directivity control method | |
| WO2025017809A1 (en) | Transmission directivity control device and transmission directivity control method | |
| JP4475592B2 (en) | Optically controlled array antenna device | |
| JP7751241B2 (en) | Transmission directivity control device and control method | |
| CN119556481A (en) | Beam forming system | |
| JP7773109B2 (en) | Reception directivity control device and reception directivity control method | |
| JP7755208B2 (en) | Reception directivity control device and reception directivity control method | |
| WO2025150125A1 (en) | Photoelectric conversion device | |
| WO2026053432A1 (en) | Transmission directivity control device | |
| WO2025017811A1 (en) | Transmission directivity control device and transmission directivity control method | |
| WO2024134762A1 (en) | Reception directivity control device and reception directivity control method | |
| WO2026053437A1 (en) | Transmission directivity control device | |
| WO2022244057A1 (en) | Wireless communication method and wireless communication system | |
| JP7810930B2 (en) | Reception directivity control device and reception directivity control method | |
| WO2026003910A1 (en) | Photoelectric conversion device | |
| WO2026074701A1 (en) | Transmission directivity control apparatus | |
| WO2025150124A1 (en) | Photoelectric conversion device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241022 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250812 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250825 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7744611 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |