JPH0680968B2 - 光制御型フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光制御型フェーズドアレーアンテナに関す
る。

［従来の技術］ 近年、移動体衛星通信システムの自動車等の陸上移動局
アンテナ及び衛星搭載用アンテナとして、小型・軽量で
あって振動に耐えることができるとともに、相手局を追
尾するために広角かつ高速でビーム走査を行うことがで
き、しかも通信条件に応じて所望形状のビームパターン
の形成が行える高性能、高機能のアンテナが要求されて
いる。これらの要求は、一般に、放射方向を変化させる
ビーム走査のために、複数のアンテナが並置されたフェ
ーズドアレーアンテナにおいて、ビーム方向が所望の方
向になるように、すなわち、上記複数のアンテナを用い
て送受信する各送信無線信号又は各受信無線信号が同相
で放射又は受信されるように、各送信無線信号又は各受
信無線信号の位相を適当に移相させる（以下、位相シフ
トという。）ことによって実現できる。

例えば、送信装置から出力される送信周波数ωｒを有す
る送信無線信号を次式で表されるものとすると、 cosωrt …（１） フェーズドアレーアンテナにおける複数ｎ個のアンテナ
に出力する励振電流を次式で表されるようにする必要が
ある。

cos（ωrt＋θｋ）,k＝1,2,3,…,n …（２） ここで、θｋは所望のビーム方向を得るために各アンテ
ナの励振電流に与える移相量であり、上記複数のアンテ
ナを用いて送受信する各送信無線信号又は各受信無線信
号が同相で放射又は受信されるように当該ビーム方向の
偏移角に応じて変更されて設定される。従って、上記送
信無線信号から、上記各位相θｋを独立して制御可能な
上記（２）式で表される各励振電流を形成し、該各励振
電流を各アンテナに出力することによって、送信フェー
ズドアレーアンテナを構成することができる。

従来のフェーズドアレーアンテナは、マイクロ波信号の
伝送のためのマイクロ波給電線路や、マイクロ波信号の
移相のためにマイクロ波移相器を用いている。この場
合、アレーアンテナの素子アンテナ数が増加したとき、
上記給電線路や移相器の数が大幅に増加し、上記位相シ
フトのための制御回路を所定の大きさで実現するために
は、これらを高密度で実装する必要がある。このとき上
記各給電線路が近接するために、近接する線路間で当該
各線路に流れるマイクロ波信号が干渉する可能性があ
る。これを防止するために、従来のフェーズドアレーア
ンテナの給電線路を干渉に強い光ファイバケーブルで構
成し、かつ位相シフトのための制御回路を、光信号の位
相制御と干渉を利用した光集積回路で実現する光制御型
フェーズドアレーアンテナが、特願昭63−36218合にお
いて提案されている。

第７図は、提案された従来例の光制御型送信フェーズド
アレーアンテナ装置のブロック図である。この従来例の
光制御型送信フェーズドアレーアンテナは、コヒーレン
トな光源として１個の半導体レーザダイオード１を用
い、また、それぞれビーム走査に必要な各光信号処理回
路である分岐光導波路12,13,15、合波光導波路18a乃至1
8d、光周波数シフタ14、光移相器16a乃至16d,17a乃至17
d、並びに光導波路21乃至24,25a乃至25d,26a乃至26d,27
a乃至27d,28a乃至28d,29a乃至29dをそれぞれ誘電体基板
100上に集積化して設けたことを特徴としている。

第７図において、レーザダイオード１から出力される光
信号cosωctは、誘電体基板100の入力端11、及び光導波
路21を介して分岐光導波路12に入射された後２分配さ
れ、上記分配された一方の光信号が光導波路22を介して
分岐光導波路13に出力されるとともに、上記分配された
他方の光信号が光導波路23、光周波数シフタ14、及び光
導波路24を介して分岐光導波路15に出力される。ここ
で、上記光周波数シフタ14において、入射される光信号
cosωctが、送信装置２でベースバンド信号で変調され
たマイクロ波信号cosωrtの周波数だけ周波数偏移さ
れ、光信号cos（ωｃ＋ωｒ）ｔが出力される。

分岐光導波路13は入射された光信号を４分配して、それ
ぞれ光導波路25a乃至25d、光移相器16a乃至16d、及び光
導波路26a乃至26dを介して合波光導波路18a乃至18dの各
第１の入力端に出力する。また、分岐光導波路15は入射
された光信号を４分配して、それぞれ光導波路27a乃至2
7d、光移相器17a乃至17d、及び光導波路28a乃至28dを介
して合波光導波路18a乃至18dの各第２の入力端に出力す
る。

ここで、光移相器16a乃至16dはそれぞれ上記位相シフト
を行うためのものであり、該光移相器16a乃至16dにそれ
ぞれ移相量制御用の直流電圧を供給する可変電圧源４
が、このフェーズドアレーアンテナのビーム方向を制御
する方向制御装置３に接続され、該方向制御装置３は上
記ビーム方向の情報を入力する入力装置80に接続され
る。ここで、可変電圧源４は、公知の通り、上記複数の
アンテナ8a乃至8dを用いて送受信する各送信無線信号又
は各受信無線信号が同相で放射又は受信されるように当
該ビーム方向のビーム偏移角に応じて、上記４個の光移
相器16a乃至16dの各移相量を制御する互いに異なる直流
電圧を供給するために、４個の可変電圧源4a乃至4dから
なる。例えば、複数のアンテナ8a乃至8dが１直線上で並
置される場合、並置している１直線に対して直交する方
向を中心ビーム方向であってビーム偏移角０゜と定義し
たときのビーム偏移角（例えば−90゜から＋90゜の範囲
にある。）と可変電圧源4a乃至4dが発生する各直流電圧
との間は比例関係にあり、その各比例定数は、所定の比
例係数で比例して増大する比例関係、もしくは所定の反
比例係数で反比例して減少する比例関係にある。一般的
にいえば、当該比例定数は、公知の通り、送受信する各
送信無線信号又は各受信無線信号が同相で放射又は受信
されるように複数のアンテナ8a乃至8dの配置形状に基づ
いて上記各可変電圧源4a乃至4d毎に予め決定される。

光移相器16a乃至16dはそれぞれ、入射される光信号を上
記可変電圧源4a乃至4dから印加される直流電圧に比例す
る移相量θｋ（ここで、ｋは、各光移相器16a乃至16dに
対応する１から４までの自然数である。）だけ移相した
後、移相した光信号cos（ωct＋θｋ）を出力する。こ
こで、各移相量θｋは、上記可変電圧源4a乃至4dから印
加される直流電圧に比例するが、その各比例係数（以
下、移相量比例定数という。）は同一である。

なお、以下信号の位相の説明において、位相補正用の光
移相器17a乃至17dの移相量、並びに分岐光導波路12,13,
15、光導波路22乃至24,25a乃至25d,26a乃至26d,27a乃至
27d,28a乃至28dにおける遅延量を考慮しないものとす
る。

また、光移相器17a乃至17dはそれぞれ、分岐光導波路12
の分岐部で２分配された各光信号がそれぞれ上記合波光
導波路18a乃至18dの合波部に到達するまでの各光路差が
等しくなるように補正するための位相補正用の移相器で
あって、該光移相器17a乃至17dにそれぞれ位相補正用の
直流電圧供給する。ここで、可変電圧源５は、上記光移
相器17a乃至17dを制御する直流電圧を供給するために、
４個の可変電圧源5a乃至5dからなる。なお、上記移相補
正のための移相量は、公知の通り、例えば製造時に予め
決定されて設定調整されてもよい。第７図並びに後述の
実施例の第１図乃至第５図においては、前者の場合を図
示する。

さらに、合波光導波路18a乃至18dはそれぞれ入射された
２個の光信号を合波し、合波された光信号cos（ωｃ＋
ωｒ）ｔ＋cos（ωct＋θｋ）を光導波路29a乃至29d、
及び出力端19a乃至19dを介して光電変換器6a乃至6dに出
力する。光電変換器6a乃至6dはそれぞれ、入射された光
信号cos（ωｃ＋ωｒ）ｔ＋cos（ωct＋θｋ）を２乗検
波しかつ直流成分を除去して、上記検波して得られた各
マイクロ波信号cos（ωrt−θｋ）を各電力増幅器7a乃
至7dを介して、一列に並置されたアンテナ8a乃至8dに出
力する。これによって、各マイクロ波信号が、アンテナ
8a乃至8dから放射される。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、操作者がこのフェーズドアレーアン
テナのビーム方向のビーム偏移角情報を入力装置80に入
力したとき、該ビーム偏移角情報が方向制御装置３に出
力され、これに応答して、方向制御装置３は、該ビーム
方向のビーム偏移角情報に基づいて、上記入力されたビ
ーム偏移角に対して上記予め設定された各比例定数で比
例する所定の各直流電圧をそれぞれ、上記可変電圧源4a
乃至4dから光移相器16a乃至16dに出力される。これによ
って、上記位相シフトが行われ、上述のように操作者が
入力した所望のビーム方向のビーム移相角で、複数のマ
イクロ波信号をアンテナ8a乃至8dから同相で放射させる
ことができる。従って、第１図に示すように構成するこ
とにより、ビーム走査の制御を行うことができる光制御
型送信フェーズドアレーアンテナを実現できる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例のフェーズドアレーアンテナは、以下のよ
うな問題点を有している。

第１に、光移相器16a乃至16d,17a乃至17dを駆動するた
めの可変電圧源4a乃至4d,5a乃至5dは、アンテナ数の２
倍の個数分が必要になる。従って、アンテナ数が増加す
るにつれて、上記電源の個数が大幅に増加し、これによ
って該電源を含むフェーズドアレーアンテナの重量が大
幅に増加するとともに、このフェーズドアレーアンテナ
のコストが大幅に上昇するという問題点があった。ま
た、上記電源の個数の増加によって、上記方向制御装置
３と各可変電圧源4a乃至4d,5a乃至5dとの間の各制御
線、上記可変電圧源4a乃至4dと上記光移相器16a乃至16d
との間の各電圧給電線、並びに上記可変電圧源5a乃至5d
と上記光移相器17a乃至17dとの間の各電圧給電線の線数
が大幅に増加し、配線が複雑になるとともに、当該フェ
ーズドアレーアンテナの大きさが増加するという問題点
があった。

第２に、このフェーズドアレーアンテナでは、ビーム走
査のために上記可変電圧源を制御する方向制御回路３が
設けられているが、制御対象である可変電圧源の数が増
加するほど、当該制御が複雑になり、これによって該制
御回路３の回路構成が複雑になるとともに、処理速度が
低下するという問題点があった。

従って、上記従来例の光制御型フェーズドアレーアンテ
ナは、特に移動体又は衛星に搭載して移動体通信に適用
する場合に不適当である。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較し
て簡単な回路で構成でき小型・軽量であって、しかもビ
ーム走査の制御か簡単である光制御型フェーズドアレー
アンテナを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る光制御型フェーズドアレーアンテナは、複
数のアンテナ（8a−8d）を備えたフェーズドアレーアン
テナにおいて、 コヒーレントな光信号を発生する光信号発生手段（１）
と、 上記光信号発生手段（１）から出力される光信号を２個
の光信号に分配する第１の分配手段（12）と、 上記第１の分配手段（12）から出力される一方の光信号
を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段（13）
と、 入力される上記フェーズドアレーアンテナのビーム偏移
角に比例した直流電圧を発生して出力する電圧発生手段
（４）と、 上記第２の分配手段（13）から出力される複数の第１の
光信号をそれぞれ、上記電圧発生手段（４）から出力さ
れる直流電圧に対して、上記複数のアンテナ（8a−8d）
の配置関係に基づいて上記複数のアンテナ（8a−8d）か
ら送信される複数の送信無線信号が同相で放射されるよ
うに予め決定される複数の比例係数で比例する各移相量
だけ移相させる複数の移相手段（16a−16d）と、 上記第１の分配手段（12）から出力される他方の光信号
を入力される送信無線信号の周波数だけ周波数偏移させ
る偏移手段（14,14a）と、 上記偏移手段（14,14a）から出力される光信号を上記複
数の第２の光信号に分配する第３の分配手段（15）と、 上記複数の移相手段（16a−16d）から出力される各第１
の光信号と、上記第３の分配手段（15）から出力される
各第２の光信号とをそれぞれ合波する複数の合波手段
（18a−18d）と、 上記複数の合波手段（18a−18d）から出力される複数の
光信号を検波して複数の送信無線信号をそれぞれ上記複
数のアンテナ（8a−8d）に出力する複数の光電変換手段
（6a−6d）とを備え、 これによって、上記複数の光電変換手段（6a−6d）から
出力される複数の送信無線信号が上記複数のアンテナ
（8a−8d）から上記入力されるフェーズドアレーアンテ
ナのビーム偏移角で放射されることを特徴とする。

［作用］ 以上のように構成されたフェーズドアレーアンテナにお
いては、上記第１の分配手段（12）は、上記光信号発生
手段（１）から出力される光信号を２個の光信号に分配
し、上記第２の分配手段（13）は、上記第１の分配手段
（12）から出力される一方の光信号を複数の第１の光信
号に分配する。一方、上記電圧発生手段（４）は、入力
される上記フェーズドアレーアンテナのビーム偏移角に
比例した直流電圧を発生して出力する。

次いで、上記複数の移相手段（16a−16d）は、上記第２
の分配手段（13）から出力される複数の第１の光信号を
それぞれ、上記電圧発生手段（４）から出力される直流
電圧に対して、上記複数のアンテナ（8a−8d）の配置関
係に基づいて上記複数のアンテナ（8a−8d）から送信さ
れる複数の送信無線信号が同相で放射されるように予め
決定される複数の比例係数で比例する各移相量だけ移相
させる。そして、上記偏移手段（14,14a）は、上記第１
の分配手段（12）から出力される他方の光信号を入力さ
れる送信無線信号の周波数だけ周波数偏移させる。さら
に、上記第３の分配手段（15）は、上記偏移手段（14,1
4a）から出力される光信号を上記複数の第２の光信号に
分配し、上記複数の合波手段（18a−18d）は、上記複数
の移相手段（16a−16d）から出力される各第１の光信号
と、上記第３の分配手段（15）から出力される各第２の
光信号とをそれぞれ合波する。最後に、上記複数の光電
変換手段（6a−6d）は、上記複数の合波手段（18a−18
d）から出力される複数の光信号を検波して複数の送信
無線信号をそれぞれ上記複数のアンテナ（8a−8d）に出
力する。

これによって、上記複数の光電変換手段（6a−6d）から
出力される複数の送信無線信号が上記複数のアンテナ
（8a−8d）から上記入力されるフェーズドアレーアンテ
ナのビーム偏移角で放射される。すなわち、入力される
上記フェーズドアレーアンテナのビーム偏移角を変化す
ることによって、これに応答して、上記電圧発生手段
（４）は発生する直流電圧を変化させる。このとき、上
記複数の移相手段（16a−16d）は、上記第２の分配手段
（13）から出力される複数の第１の光信号をそれぞれ、
上記電圧発生手段（４）から出力される直流電圧に対し
て、上記複数のアンテナ（8a−8d）の配置関係に基づい
て上記複数のアンテナ（8a−8d）から送信される複数の
送信無線信号が同相で放射されるように予め決定される
複数の比例係数で比例する各移相量だけ移相させる。こ
れにより、上記複数の光電変換手段（6a−6d）から出力
される複数の送信無線信号が上記複数のアンテナ（8a−
8d）から上記入力されるフェーズドアレーアンテナのビ
ーム偏移角で放射される。

［実施例］ 第１の実施例 第１図は本発明の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナのブロック図であり、第１図において
第７図と同一のものについては同一の符号を付してい
る。

この第１の実施例のフェーズドアレーアンテナが、第７
図の従来例のフェーズドアレーアンテナと異なるのは、
可変電圧源4a乃至4dに代えて１個の可変電圧源４を設
け、この可変電圧源４から移相量制御用の直流電圧を、
同一の直流電圧に応答して入力される光信号を互いに異
なる移相量だけ移相させる各光移相器16a乃至16dに印加
し、また、可変電圧源5a乃至5dに代えて１個の可変電圧
源５を設け、この可変電圧源５から上記位相補正用の直
流電圧を、同一の直流電圧に応答して入力される光信号
を互いに異なる移相量だけ移相させる各光移相器17a乃
至17dにそれぞれ位相微調整用可変抵抗Ra乃至Rdを介し
て印加したことであり、その他の構成は、第７図の構成
と同様である。

第６図（Ａ）は、光移相器16a乃至16d（以下、総称して
16とする。）の基本構成を示す斜視図である。

第６図（Ａ）において、誘電体基板100において略半円
筒形状の光導波路110が形成され、この光導波路110の一
部を覆いかつ上記光導波路110の長手方向が電極120の長
手方向と平行になるように、長手方向の長さｌを有する
矩形形状の電極120が誘電体基板100上に形成される。ま
た、該電極120の長手方向の一辺から該長手方向と垂直
な方向に距離ｄだけ離れて設けられかつ電極120の長手
方向が電極130の長手方向と平行となるように、長手方
向の長さｌを有する矩形形状の電極130が形成される。
ここで、電極120及び130に、直流電圧Ｖを印加する電圧
源140が接続される。

以上のように構成された光移相器16において、光導波路
110に波長λの光信号が入力されたとき、光導波路110の
光軸に対して略垂直方向に所定の電界が印加され、これ
によって光導波路110を進行する光信号の位相が次式で
表される移相量θだけ移相される。

θ＝π／λ/d・n³・γ・Γ・ｌ・Ｖ［rad］ …（３） ここで、ｎは誘電体基板100の屈折率、γは誘電体基板1
00の電気光学係数、Γは光導波路110と電極120,130との
位置関係から決定される印加電界低減係数である。従っ
て、印加電圧Ｖが一定であるとき、電極間の距離ｄ、電
極の長さｌ、又は上記印加電界低減係数Γのいずれかを
変化することにより、光移相器16の移相量θを変化する
ことができる。

第６図（Ｂ）は、本実施例で用いられる光移相器16a乃
至16dの構成を示す平面図である。

第６図（Ｂ）において、光移相器16a乃至16dは、第６図
（Ａ）の光移相器16と同様の基本構成を有し、ここで、
各光移相器16a乃至16dにおいて電極間の距離が互いに異
なる。光導波路110a及び電極120a,130aにより光移相器1
6aが構成され、光導波路110b及び電極120b,130bにより
光移相器16bが構成される。また、光導波路110c及び電
極120c,130cにより光移相器16cが構成され、光導波路11
0d及び電極120d,130dにより光移相器16dが構成される。
ここで、各光移相器16a乃至16dの電極間の距離はそれぞ
れ、ｄ、d/2、d/3、及びd/4に設定される。各電極120a,
120b,120c,120dは電圧印加ライン150に接続され、一
方、各電極130a,130b,130c,130dは電圧印加ライン160に
接続される。さらに、電圧印加ライン150,160に可変電
圧源４が接続される。

以上のように構成された光移相器16a乃至16dの各光導波
路110a乃至110dに光信号cos（ωct）が入力されたと
き、各光移相器16a乃至16dはそれぞれ、光信号cos（ωc
t＋θ）、cos（ωct＋２θ）、cos（ωct＋３θ）、cos
（ωct＋４θ）を出力する。すなわち、可変電圧源４か
ら各光移相器16a乃至16dに同一の直流電圧Ｖを印加する
ことによって、各光移相器16a乃至16dは上述のように、
入力される光信号を、互いに異なり上記直流電圧Ｖに比
例する移相量θ,2θ,3θ,4θだけ移相させて出力する。
すなわち、光移相器16a乃至16dはそれぞれ、入射される
光信号を上記可変電圧源４から印加される直流電圧に対
して所定の互いに異なる移相量比例定数で比例する移相
量θ,2θ,3θ,4θだけ移相した後、移相した光信号を出
力する。

ここで、光移相器16a乃至16dの各移相量は、上記可変電
圧源４から印加される直流電圧に比例するが、その移相
量比例定数は、送信する各送信無線信号が同相で放射さ
れるように複数のアンテナ8a乃至8dの配置形状に基づい
て上記各光移相器16a乃至16d毎に予め決定される。例え
ば、複数のアンテナ8a乃至8dが１直線上で並置される場
合、公知の通り、上記各光移相器16a乃至16dのための各
移相量比例定数は、所定の比例係数で比例して増大する
比例関係、もしくは所定の反比例係数で反比例して減少
する比例関係になる。すなわち、第１の実施例において
は、各光移相器16a乃至16dのための各移相量比例定数
は、1,2,3,4である（例えば第６図（Ｂ）参照。）。

さらに、光移相器17a乃至17dは、第６図（Ｂ）の光移相
器16a乃至16dと同様に構成され、各光移相器17a乃至17d
にそれぞれ位相微調整用可変抵抗Ra乃至Rdを介して可変
電圧源５が接続される。従って、可変電圧源５から各光
移相器17a乃至17dに、直流電圧Ｖ′から可変抵抗Ra乃至
Rdによって微調整された直流電圧を印加することによっ
て、各光移相器17a乃至17dは上述のように、入力される
光信号に互いに異なり上記直流電圧Ｖ′から微調整され
た直流電圧に比例する移相量だけ移相させて出力する。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、操作者がこのフェーズドアレーアン
テナのビーム方向のビーム偏移角情報を入力装置80に入
力したとき、該情報が方向制御装置３に出力され、これ
に応答して、方向制御装置３は、該ビーム方向のビーム
偏移角情報に基づいて、当該ビーム偏移角に比例するビ
ーム偏移角信号を可変電圧源４に出力する。可変電圧源
４は、上記ビーム偏移角信号に比例しかつ各光移相器16
a乃至16dを駆動するための同一の直流電圧を発生して各
光移相器16a乃至16dに印加する。これに応答して、各光
移相器16a乃至16dは、入射される光信号を上記可変電圧
源４から印加される直流電圧に対して、予め設定される
上記各移相量比例定数で比例する移相量θ,2θ,3θ,4θ
だけ移相した後、移相した光信号を出力する。これによ
って、上記アンテナ8a乃至8dから放射される複数のマイ
クロ波信号が、上述のように操作者が入力した所望のビ
ーム方向のビーム偏移角で同相で放射される。従って、
ビーム走査の制御が可能な光制御型フェーズドアレーア
ンテナを実現できる。

ここで、光移相器16a乃至16dの各移相量は、上記可変電
圧源４から印加される直流電圧に比例するが、その移相
量比例定数は、送信する各送信無線信号が同相で放射さ
れるように複数のアンテナ8a乃至8dの配置形状に基づい
て上記各光移相器16a乃至16d毎に予め決定されている。
従って、入力されるビーム偏移角情報が変化したとき、
当該ビーム偏移角に比例して上記ビーム偏移角信号が変
化し、さらには、上記ビーム偏移角信号に比例して各光
移相器16a乃至16dに印加される同一の直流電圧が変化す
る。当該印加直流電圧が変化したとき、光移相器16a乃
至16dの各移相量は、印加直流電圧に比例して予め設定
される上記各移相量比例定数で比例する移相量θ′,2
θ′,3θ′,4θ′となる。これによって、上記アンテナ
8a乃至8dから放射される複数のマイクロ波信号が、上記
変化後のビーム方向のビーム偏移角で同相で放射され
る。

以上説明したように、本実施例の送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、従来例の４個の可変電圧源4a乃至4d
の代わりに１個の可変電圧源４を用い、従来例の４個の
可変電圧源5a乃至5dの代わりに１個の可変電圧源５を用
いているので、当該フェーズドアレーアンテナを従来例
に比較して小型、軽量化できるという利点がある。

また、１組の光移相器16a乃至16d又は17a乃至17dに対し
て接続される、従来例の複数対の電圧印加ラインの代わ
りに、１対の電圧印加ラインのみを形成すればよいの
で、誘電体基板100上の電圧印加ラインの構成が簡単に
なる。

さらに、従来例では、方向制御装置３は多数の可変電圧
源4a乃至4d及び5a乃至5dに対して制御信号を送る必要が
あったが、本実施例では、２個の可変電圧源4,5に送れ
ばよいので、方向制御装置３の回路構成が簡単になると
ともに、当該装置３の処理速度を高速化することができ
る。

従って、本実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナは、従来例に比較して回路構成が簡単であり小型・
軽量であって、しかも可動部分がなく振動の影響を受け
にくいので、移動体又は衛星搭載用のフェーズドアレー
アンテナとして用いることができる。

以上の第１の実施例において、コヒーレントな光信号を
出力する光源として半導体レーザダイオード１を用いて
いるが、これに限らず、ガスレーザを用いてもよい。

以上の第１の実施例において、光移相器16a乃至16dの各
電極間の距離を互いに異ならせて、光移相器16a乃至16d
が移相を行う各移相量をそれぞれ変化させているが、こ
れに限らず、電極の長さｌ又は上記印加電界低減係数Γ
を互いに異ならせて、光移相器16a乃至16dが移相を行う
各移相量をそれぞれ変化させてもよい。

以上の第１の実施例において、４個のアンテナ8a乃至8d
を一例に並置する場合について述べているが、これに限
らず、複数個のアンテナを一例又は平面状に並置するよ
うにしてもよい。この場合、アンテナの個数に応じて、
光移相器16a乃至16d,17a乃至17d、電力増幅器7a乃至7
d、合波光導波路18a乃至18d、光電変換器6a乃至6d、及
び電力増幅器7a乃至7dのそれぞれの個数分を設ける必要
がある。また、直交する２方向の制御が必要であるの
で、２個の可変電圧源４を設ける必要がある。なお、可
変電圧源５は１個のみ設ければよい。

第２の実施例 第２図は本発明の第２の実施例である光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第２図にお
いて第１図と同一のものについては同一の符号を付して
いる。

この第２の実施例の光制御型送信フェーズドアレーアン
テナが、第１図の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、第１図の分岐光導波路
12と分岐光導波路13との間に、入射される光信号の周波
数をマイクロ波信号発生器30から出力されベースバンド
信号で周波数変調されていないマイクロ波信号の周波数
だけ偏移させる光周波数シフタ14aを設け、また、第１
図の分岐光導波路12と分岐光導波路13との間に、入射さ
れる光信号の周波数をベースバンド信号発生器31から出
力されるベースバンド信号の周波数だけ偏移させる光周
波数シフタ14bを設けたことである。

従って、分岐光導波器12で分配された一方の光信号は、
光導波路22a、光周波数シフタ14b、光導波器22bを介し
て分岐光導波路13の入力端に入射し、また、分配された
他方の光信号は、光導波路23、光周波数シフタ14a、光
導波路24を介して分岐光導波路15の入力端に入射され
る。

以上のように構成された第２の実施例の光制御型送信フ
ェーズドアレーアンテナは、ベースバンド信号をマイク
ロ波信号の周波数帯に周波数変換を行うアップコンバー
タとして動作し、第１の実施例と同様の作用と効果を有
する。

第３の実施例 第３図は本発明の第３の実施例である光制御型送信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第２図にお
いて第１図と同一のものについては同一の符号を付して
いる。

この第３の実施例の光制御型フェーズドアレーアンテナ
が第１図の第１の実施例の光制御型フェーズドアレーア
ンテナと異なるのは以下の点である。すなわち、第１図
のレーザダイオード１、分岐光導波路12、及び光周波数
シフタ14の代わりに、レーザダイオード1a,1b、光周波
数制御装置90を設けたこと、各電力増幅器7a乃至7dと各
アンテナ8a乃至8dとの間に、周波数変換器33a乃至33dを
設けたこと、並びにベースバンド信号発生器31から出力
されるベースバンド信号を分配器37によって４分配して
各分配した信号をそれぞれ周波数変換器34a乃至34dに入
力したことである。

以上のように構成された光制御型送信フェーズドアレー
アンテナにおいて、光周波数制御装置90は、各レーザダ
イオード1a及び1bから出力される光信号の周波数差が送
信されるマイクロ波信号の周波数に一致するように、レ
ーザダイオード1a,1bを制御する。レーザダイオード1a
から出力されるコヒーレントな光信号は、誘電体基板10
0の入力端11a、及び光導波路22bを介して、分岐光導波
路13に入力される。一方、レーザダイオード1bから出力
されるコヒーレント光信号は、誘電体基板100上の入力
端11b、及び光導波路24を介して分岐光導波路15に入力
される。

また、ベースバンド信号発生器31から出力されるベース
バンド信号は分配器37で４分配された後、各分配された
ベースバンド信号が周波数変換器34a乃至34dに入力され
る。周波数変換器34a乃至34dはそれぞれ、各光電変換器
6a乃至6dから電力増幅器7a乃至7dを介して入力されるマ
イクロ波信号の周波数を上記ベースバンド信号の周波数
だけ偏移させ、すなわち上記ベースバンド信号を上記マ
イクロ波信号の周波数帯に周波数変換して、アンテナ8a
乃至8dに出力する。これによって、上記ベースバンド信
号の情報を含むマイクロ波信号がアンテナ8a乃至8dから
空間に放射される。

以上のように構成された第３の実施例の光制御型フェー
ズドアレーアンテナは、ベークバンド信号マイクロ波信
号の周波数帯に周波数変換するアップコンバータとして
動作し、第１の実施例と同様の信号と効果を有する。

第４の実施例 第４図は実施例の第４の実施例である光制御型受信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第４図にお
いて第１図乃至第３図と同一のものについては同一の符
号を付している。

この第４の実施例の光制御型受信フェーズドアレーアン
テナが、第１図の第１の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、アンテナ32a乃至32dで
それぞれ受信されたマイクロ波信号を低雑音増幅器35a
乃至35dを介して、電力増幅器7a乃至7dの後段に設けら
れた周波数変換器34a乃至34dに入力し、上記周波数変換
器34a乃至34dから出力される信号を結合器35で結合して
ベースバンド信号として受信装置36に出力するようにし
たこと、並びに、第１図の送信装置２に代えて、受信さ
れるマイクロ波信号と同一の周波数のマイクロ波信号を
光周波数シフタ14に出力するマイクロ波信号発生器30を
設けたことである。

以上のように構成された第４の実施例の光制御型フェー
ズドアレーアンテナにおいて、相手局から送信されたベ
ースバンド信号の情報を含むマイクロ波信号がアンテナ
32a乃至32dで受信された後、低雑音増幅器33a乃至33dを
介して周波数変換器34a乃至34dに入力される。周波数変
換器34a乃至34dはそれぞれ、上記ベースバンド信号の情
報を含むマイクロ波信号を、光電変換器6a乃至6dから電
力増幅器7a乃至7dを介して入力されるマイクロ波信号の
周波数だけ周波数変換して結合器35に出力する。結合器
35は入力された信号を結合してベースバンド信号として
受信装置36に出力する。

従って、第４の実施例の光制御型フェーズドアレーアン
テナは、ベースバンド信号で変調されたマイクロ波信号
をベースバンド信号の周波数帯に周波数変換するダウン
コンバータとして動作する。ここで、アンテナ32a乃至3
2dからなるアレーアンテナの受信ビーム方向の制御は、
方向制御装置３によって上記第１乃至第３の実施例の送
信フェーズドアレーアンテナと同様に行われる。

第５の実施例 第５図は本発明の第５の実施例である光制御型受信フェ
ーズドアレーアンテナのブロック図であり、第５図にお
いて第１図乃至第３図と同一のものについては同一の符
号を付している。

この第５の実施例の光制御型受信フェーズドアレーアン
テナが、第３図の第３の実施例の光制御型送信フェーズ
ドアレーアンテナと異なるのは、アンテナ32a乃至32dで
それぞれ受信されたマイクロ波信号を低雑音増幅器35a
乃至35dを介して、電力増幅器7a乃至7dの後段に設けら
れた周波数変換器34a乃至34dに入力し、上記周波数変換
器34a乃至34dから出力される信号を結合器35で結合して
ベースバンド信号として受信装置36に出力するようにし
たこと、並びに、光周波数制御装置90がレーザダイオー
ド1a,1bから出力される各光信号の周波数差が受信され
るマイクロ波信号の周波数に一致するようにレーザダイ
オード1a,1bを制御することである。

以上のように構成された第５の実施例の光制御型フェー
ズドアレーアンテナにおいて、相手局から送信されたベ
ースバンド信号の情報を含むマイクロ波信号がアンテナ
32a乃至32dで受信された後、低雑音増幅器33a乃至33dを
介して周波数変換器34a乃至34dに入力される。周波数変
換器34a乃至34dはそれぞれ、上記ベースバンド信号の情
報を含むマイクロ波信号を、光電変換器6a乃至6dから電
力増幅器7a乃至7dを介して入力されるマイクロ波信号の
周波数だけ周波数変換して結合器35に出力する。結合器
35は入力された信号を結合してベースバンド信号として
受信装置36に出力する。

従って、第５の実施例の光制御型フェーズドアレーアン
テナは、ベースバンド信号で変調されたマイクロ波信号
をベースバンド信号の周波数帯に周波数変換するダウン
コンバータとして動作する。ここで、アンテナ32a乃至3
2dからなるアレーアンテナの受信ビーム方向の制御は、
方向制御装置３によって上記第１乃至第３の実施例の送
信フェーズドアレーアンテナと同様に行われる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、光制御型フェーズ
ドアレーアンテナにおいて、入力されるフェーズドアレ
ーアンテナのビーム偏移角に比例した直流電圧を発生す
る電圧発生手段（４）と、第２の分配手段（13）から出
力される複数の第１の光信号をそれぞれ、上記電圧発生
手段（４）から出力される直流電圧に対して、複数のア
ンテナ（8a−8d）の配置関係に基づいて上記複数のアン
テナ（8a−8d）から送信される複数の送信無線信号が同
相で放射されるように予め決定される複数の比例係数で
比例する各移相量だけ移相させる複数の移相手段（16a
−16d）とを備える。従って、従来例のように複数の可
変電圧源（4a−4d）を用いる場合に比較して当該回路を
簡単化した小型・軽量化することができ、これによって
当該回路を含むフェーズドアレーアンテナ全体を小型・
軽量化することができる。また、上記直流電圧のみでビ
ーム方向を制御することができるので、当該ビーム方向
の制御が従来例に比較して簡単になるという利点があ
る。これらの効果は、アンテナの素子数が増加するほど
大きくなる。

従って、本発明の光制御型フェーズドアレーアンテナ
を、移動体又は衛星搭載用のフェーズドアレーアンテナ
に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の第１乃至第３の実
施例である光制御型送信フェーズドアレーアンテナのブ
ロック図、 第４図及び第５図は本発明の第４及び第５の実施例であ
る光制御型受信フェーズドアレーアンテナのブロック
図、 第６図（Ａ）は第１図乃至第５図において用いられる光
移相器16の基本構成を示す斜視図、 第６図（Ｂ）は第１図乃至第５図において用いられる４
個の光移相器16a乃至16dの構成を示す平面図、 第７図は従来例の光制御型送信フェーズドアレーアンテ
ナのブロック図である。 １……レーザダイオード、 ２……送信装置、 ３……方向制御装置、 4,5……可変電圧源 6a乃至6d……光電変換器、 7a乃至7d……電力増幅器、 8a乃至8d……アンテナ、 12,13,15……分岐光導波路、 14……光周波数シフタ、 16a乃至16d……光移相器、 18a乃至18d……合波光導波路、 21乃至24,25a乃至25d,26a乃至26d,27a乃至27d,28a乃至2
8d,29a乃至29d……光導波路、 80……入力装置、 100……誘電体基板。

フロントページの続き (72)発明者 安川 交二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５ 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアンテナ（8a−8d）を備えたフェー
   ズドアレーアンテナにおいて、 コヒーレントな光信号を発生する光信号発生手段（１）
   と、 上記光信号発生手段（１）から出力される光信号を２個
   の光信号に分配する第１の分配手段（12）と、 上記第１の分配手段（12）から出力される一方の光信号
   を複数の第１の光信号に分配する第２の分配手段（13）
   と、 入力される上記フェーズドアレーアンテナのビーム偏移
   角に比例した直流電圧を発生して出力する電圧発生手段
   （４）と、 上記第２の分配手段（13）から出力される複数の第１の
   光信号をそれぞれ、上記電圧発生手段（４）から出力さ
   れる直流電圧に対して、上記複数のアンテナ（8a−8d）
   の配置関係に基づいて上記複数のアンテナ（8a−8d）か
   ら送信される複数の送信無線信号が同相で放射されるよ
   うに予め決定される複数の比例係数で比例する各移相量
   だけ移相させる複数の移相手段（16a−16d）と、 上記第１の分配手段（12）から出力される他方の光信号
   を入力される送信無線信号の周波数だけ周波数偏移させ
   る偏移手段（14,14a）と、 上記偏移手段（14,14a）から出力される光信号を上記複
   数の第２の光信号に分配する第３の分配手段（15）と、 上記複数の移相手段（16a−16d）から出力される各第１
   の光信号と、上記第３の分配手段（15）から出力される
   各第２の光信号とをそれぞれ合波する複数の合波手段
   （18a−18d）と、 上記複数の合波手段（18a−18d）から出力される複数の
   光信号を検波して複数の送信無線信号をそれぞれ上記複
   数のアンテナ（8a−8d）に出力する複数の光電変換手段
   （6a−6d）とを備え、 これによって、上記複数の光電変換手段（6a−6d）から
   出力される複数の送信無線信号が上記複数のアンテナ
   （8a−8d）から上記入力されるフェーズドアレーアンテ
   ナのビーム偏移角で放射され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。