JP2000114851A - 光制御フェイズドアレイアンテナ - Google Patents
光制御フェイズドアレイアンテナInfo
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- JP2000114851A JP2000114851A JP28768598A JP28768598A JP2000114851A JP 2000114851 A JP2000114851 A JP 2000114851A JP 28768598 A JP28768598 A JP 28768598A JP 28768598 A JP28768598 A JP 28768598A JP 2000114851 A JP2000114851 A JP 2000114851A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 二種の新しい光制御フェイズドアレイアンテ
ナ・システムを提供する。 【解決手段】 レーザ1000のλoは、ビーム・スプ
リッタ3020で分割前レンズ3005でビーム拡大、
コリメートされる。ビーム3040は、レンズ3010
でOFS900上にフォーカス、量Ωだけ周波数シフト
され、レンズ3009でコリメート、ミラー3030で
反射、BS3020に戻り、OFS900で再度周波数
シフトされる。ビーム3050は、LIPSA2000
で位相シフト、BS3020に戻り、反射される。OF
Sはマイクロ波源800で駆動される。両ビーム304
0と3050はコヒーレントに加算、LA3070でP
D1500に焦点化される。検出電流1600は、R/
Tモジュール1650経由アンテナ1700に向う。光
検出器1500で位相シフタ・アレイとして機能する。
ナ・システムを提供する。 【解決手段】 レーザ1000のλoは、ビーム・スプ
リッタ3020で分割前レンズ3005でビーム拡大、
コリメートされる。ビーム3040は、レンズ3010
でOFS900上にフォーカス、量Ωだけ周波数シフト
され、レンズ3009でコリメート、ミラー3030で
反射、BS3020に戻り、OFS900で再度周波数
シフトされる。ビーム3050は、LIPSA2000
で位相シフト、BS3020に戻り、反射される。OF
Sはマイクロ波源800で駆動される。両ビーム304
0と3050はコヒーレントに加算、LA3070でP
D1500に焦点化される。検出電流1600は、R/
Tモジュール1650経由アンテナ1700に向う。光
検出器1500で位相シフタ・アレイとして機能する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、移動通信、無線
通信、並びに衛星通信の用途における光制御フェイズド
アレイアンテナ(PAA)である。光学的なスペクトル
領域以外に、この出願に記載されている発明はマイクロ
波やミリ波等々の電磁気的なスペクトルにも適用可能で
あり、ネットワークを形成する単一制御ビーム、軽量、
小型で、高速操舵(ステアリング)が可能で、単純構成
を有する。
通信、並びに衛星通信の用途における光制御フェイズド
アレイアンテナ(PAA)である。光学的なスペクトル
領域以外に、この出願に記載されている発明はマイクロ
波やミリ波等々の電磁気的なスペクトルにも適用可能で
あり、ネットワークを形成する単一制御ビーム、軽量、
小型で、高速操舵(ステアリング)が可能で、単純構成
を有する。
【0002】
【先行技術】移動通信技術、無線通信技術、並びに衛星
通信技術における急激な進展及び開発に伴って、単純、
費用効果的、小型、並びに、軽量である新しい光制御フ
ェイズドアレイアンテナ(PAA)に対する需要が益々
増大している。従来のPAAは、図1に示されるよう
に、非常に嵩張って、高価であり、高重量あるであると
共に複雑である。一般に、それは4つの部分、即ち、
(1)マイクロ波源700、(2)複雑且つ広いスペー
スを占めるビーム形成ネットワーク400、(3)複雑
な制御ネットワーク600、並びに、(4)アレイアン
テナ500から構成されている。ビーム形成ネットワー
ク400は、N個の位相シフタアレイ100、重量の重
マイクロ波・パワーディバイダ200、並びに、N個の
減衰器300等々の各種必須の構成要素から製作されて
いる。複雑な制御ネットワーク600は、アレイアンテ
ナ500を操舵(ステアリング)すべく一定の順序でこ
れらN個の位相シフタ及びN個の減衰器要素の各々を制
御する必要がある。
通信技術における急激な進展及び開発に伴って、単純、
費用効果的、小型、並びに、軽量である新しい光制御フ
ェイズドアレイアンテナ(PAA)に対する需要が益々
増大している。従来のPAAは、図1に示されるよう
に、非常に嵩張って、高価であり、高重量あるであると
共に複雑である。一般に、それは4つの部分、即ち、
(1)マイクロ波源700、(2)複雑且つ広いスペー
スを占めるビーム形成ネットワーク400、(3)複雑
な制御ネットワーク600、並びに、(4)アレイアン
テナ500から構成されている。ビーム形成ネットワー
ク400は、N個の位相シフタアレイ100、重量の重
マイクロ波・パワーディバイダ200、並びに、N個の
減衰器300等々の各種必須の構成要素から製作されて
いる。複雑な制御ネットワーク600は、アレイアンテ
ナ500を操舵(ステアリング)すべく一定の順序でこ
れらN個の位相シフタ及びN個の減衰器要素の各々を制
御する必要がある。
【0003】多くの光制御マイクロ波PAAが、従来ア
ンテナの多くの面を改善した数々の異なる方式[ N.R
iza(編集)の「Selected papers
onPhotonic Control System
s for PhasedArray Antenna
s」,SPIE Milestone Series
136,SPIE Press 1997年] を用いて
提案されている。これらの方式は2つの一般分類、即
ち、(a)フェイズド操舵に基づく光制御PAA、及
び、(b)真時間遅延操舵に基づく光制御PAA[ H.
Zmundaand E.N.Toughlian(編
集)の「Photonic aspects of M
odern Radar」,Artech Hous
e,Norwood,Mass.,1994年] に大き
く分けることができる。フェイズド操舵と比較した場合
の真時間遅延操舵の1つの主要な有益性は、ビーム‐傾
斜が存在しないことである。
ンテナの多くの面を改善した数々の異なる方式[ N.R
iza(編集)の「Selected papers
onPhotonic Control System
s for PhasedArray Antenna
s」,SPIE Milestone Series
136,SPIE Press 1997年] を用いて
提案されている。これらの方式は2つの一般分類、即
ち、(a)フェイズド操舵に基づく光制御PAA、及
び、(b)真時間遅延操舵に基づく光制御PAA[ H.
Zmundaand E.N.Toughlian(編
集)の「Photonic aspects of M
odern Radar」,Artech Hous
e,Norwood,Mass.,1994年] に大き
く分けることができる。フェイズド操舵と比較した場合
の真時間遅延操舵の1つの主要な有益性は、ビーム‐傾
斜が存在しないことである。
【0004】位相操舵を採用する光制御マイクロ波PA
Aは、以下の2つの一般的構成の内の何れかを用いて実
現可能な様々な干渉計に基づくヘテロダイン式の仕組み
を用いている。第1の構成はマッハ‐ツェンダー干渉計
を具備する単一レーザ源に基づき[ I.C. Chan
g and S.S. Tarngの「Phaseda
rray beamforming using ac
ousto‐optic techniques」、P
roc.SPIE 第936冊、第163頁〜第167
頁,1988年] 、第2の構成は2つのフェイズドロッ
クレーザに基づく[ Y. Konishi等の「Car
rier‐to‐Noise Ratio and S
idelobe Level in a Two‐La
serModel Optically Contro
lled Array Antenna using
Fourier Optics」、IEEE Tran
sactions on Antennas and
Propagations、第40(12)冊,第14
59頁〜第1465頁、1992年、及び、M. Le
wisの「Coherent Optical Bea
mforming」、MWP1997年、第23頁〜第
26頁、ドイツ] 。
Aは、以下の2つの一般的構成の内の何れかを用いて実
現可能な様々な干渉計に基づくヘテロダイン式の仕組み
を用いている。第1の構成はマッハ‐ツェンダー干渉計
を具備する単一レーザ源に基づき[ I.C. Chan
g and S.S. Tarngの「Phaseda
rray beamforming using ac
ousto‐optic techniques」、P
roc.SPIE 第936冊、第163頁〜第167
頁,1988年] 、第2の構成は2つのフェイズドロッ
クレーザに基づく[ Y. Konishi等の「Car
rier‐to‐Noise Ratio and S
idelobe Level in a Two‐La
serModel Optically Contro
lled Array Antenna using
Fourier Optics」、IEEE Tran
sactions on Antennas and
Propagations、第40(12)冊,第14
59頁〜第1465頁、1992年、及び、M. Le
wisの「Coherent Optical Bea
mforming」、MWP1997年、第23頁〜第
26頁、ドイツ] 。
【0005】第1の構成は2つの主ユニット、即ち、
(1)干渉計タイプの光ヘテロダイン式ユニット110
0、及び、(2)マイクロ波・アンテナ・ユニット18
00から成る。光へテロダイン式ユニットは、マッハ‐
ツェンダー干渉計或は任意の二光束干渉計に対しての光
源1000として単一レーザを採用している。マッハ‐
ツェンダー干渉計内において、光周波数シフタ(OF
S)900モジュール及び光位相シフタ(OPS)19
00モジュールは個別に位置決めされるか、或は、図2
に示されるような干渉計のアームと一体的に位置決めさ
れるか、その両方であってもよい。OFSモジュール
は、音響光学的周波数シフタ(AOFS)或は単一周波
数シフタとして動作する電気光学的な変調器の何れかを
用いたマイクロ波源800によって、マイクロ波或はR
F周波数領域で駆動される。これはフェイズドアレイア
ンテナに対して動作マイクロ波の帯域の周波数を提供す
る。一般に、OPS1900モジュールは、(1)ビー
ム#2をN個の小ビームに空間的に分割、及び、(2)こ
れらN個の小ビームの各々に異なる所定光位相シフトの
提供の2つの機能を実行する1‐D或は2‐Dモジュー
ルである。OPSは様々な複雑性を伴って異なる光技術
を用いて組み立てることができる。
(1)干渉計タイプの光ヘテロダイン式ユニット110
0、及び、(2)マイクロ波・アンテナ・ユニット18
00から成る。光へテロダイン式ユニットは、マッハ‐
ツェンダー干渉計或は任意の二光束干渉計に対しての光
源1000として単一レーザを採用している。マッハ‐
ツェンダー干渉計内において、光周波数シフタ(OF
S)900モジュール及び光位相シフタ(OPS)19
00モジュールは個別に位置決めされるか、或は、図2
に示されるような干渉計のアームと一体的に位置決めさ
れるか、その両方であってもよい。OFSモジュール
は、音響光学的周波数シフタ(AOFS)或は単一周波
数シフタとして動作する電気光学的な変調器の何れかを
用いたマイクロ波源800によって、マイクロ波或はR
F周波数領域で駆動される。これはフェイズドアレイア
ンテナに対して動作マイクロ波の帯域の周波数を提供す
る。一般に、OPS1900モジュールは、(1)ビー
ム#2をN個の小ビームに空間的に分割、及び、(2)こ
れらN個の小ビームの各々に異なる所定光位相シフトの
提供の2つの機能を実行する1‐D或は2‐Dモジュー
ルである。OPSは様々な複雑性を伴って異なる光技術
を用いて組み立てることができる。
【0006】レーザ1000からの入射ビームはビーム
・スプリッタ1010によって、干渉計の2つのアーム
を別々に通って移動するビーム#1 1200及びビーム
#21300に分割される。ビーム#1 1200はOFS
900を通って伝播する際に周波数シフトを被る一方、
ビーム#2 1300はN個の小ビームに分割され、これ
ら小ビームの各々はOPSモジュール1900を制御す
るコントローラ1400によって決定された所定位相シ
フトを受ける。次いで、ビーム#1及びビーム#2はビーム
・スプリッタ1011で干渉して、光ヘテロダイン信号
を生成する。
・スプリッタ1010によって、干渉計の2つのアーム
を別々に通って移動するビーム#1 1200及びビーム
#21300に分割される。ビーム#1 1200はOFS
900を通って伝播する際に周波数シフトを被る一方、
ビーム#2 1300はN個の小ビームに分割され、これ
ら小ビームの各々はOPSモジュール1900を制御す
るコントローラ1400によって決定された所定位相シ
フトを受ける。次いで、ビーム#1及びビーム#2はビーム
・スプリッタ1011で干渉して、光ヘテロダイン信号
を生成する。
【0007】次いで、この光ヘテロダイン信号は先ずマ
イクロ波・アンテナ・モジュール1800に伝達されて
PA1500で検出され、マイクロ波源800のRF周
波数と同等な周波数成分と、干渉ビームの2つのアーム
における光位相差に同等な位相成分とを有する正弦波状
電気信号1600出力を提供する。この光学的な差は、
OPSモジュール1900及びコントローラ1400に
よって決定されたプログラムされた位相シフト値に直接
関連する。次いでこの電気信号1600は、AA170
0内へ投射される前にR/Tモジュール1650へ通さ
れる。コントローラ1400によって異なるN個の小ビ
ームの位相シフト値を制御することによって、マイクロ
波・フェイズドアレイアンテナは操舵可能となる。
イクロ波・アンテナ・モジュール1800に伝達されて
PA1500で検出され、マイクロ波源800のRF周
波数と同等な周波数成分と、干渉ビームの2つのアーム
における光位相差に同等な位相成分とを有する正弦波状
電気信号1600出力を提供する。この光学的な差は、
OPSモジュール1900及びコントローラ1400に
よって決定されたプログラムされた位相シフト値に直接
関連する。次いでこの電気信号1600は、AA170
0内へ投射される前にR/Tモジュール1650へ通さ
れる。コントローラ1400によって異なるN個の小ビ
ームの位相シフト値を制御することによって、マイクロ
波・フェイズドアレイアンテナは操舵可能となる。
【0008】第1構成とまさに同様に、第2の一般構成
も2つの主ユニット、即ち(1)フェイズ‐ロック・タ
イプの光学的ヘテロダイン式ユニット1990と、
(2)マイクロ波・アンテナ・ユニット1800とから
成る。フェイズ‐ロック・タイプの光学的ヘテロダイン
式ユニット1990は2つの交差フェイズドロック・レ
ーザ1001及び1002を用い、これらレーザの周波
数分離(RF周波数と同等)が固定可能或は可変であ
り、(2)OPSモジュール1900はこれら2つのレー
ザビームの経路に沿って図3に示されるように配置され
ている。
も2つの主ユニット、即ち(1)フェイズ‐ロック・タ
イプの光学的ヘテロダイン式ユニット1990と、
(2)マイクロ波・アンテナ・ユニット1800とから
成る。フェイズ‐ロック・タイプの光学的ヘテロダイン
式ユニット1990は2つの交差フェイズドロック・レ
ーザ1001及び1002を用い、これらレーザの周波
数分離(RF周波数と同等)が固定可能或は可変であ
り、(2)OPSモジュール1900はこれら2つのレー
ザビームの経路に沿って図3に示されるように配置され
ている。
【0009】これら2つの一般的構成は2つの包括的な
タスク、即ち、(1)マイクロ波或はRF周波数を、マッ
ハ‐ツェンダー・タイプの場合のようにOFSモジュー
ル900を用いて光学的搬送波周波数か或は2つのフェ
イズド‐ロック・レーザの場合のようにビート周波数
(BF)かの何れかに重畳又は導入することと、(2)OP
S1900モジュールを用いて光学的フェイズ・シフト
差を生成することとを実行する。光学的ヘテロダイン式
検出によって、2つの干渉ビームは、RF周波数と同等
の周波数成分と、干渉ビームの2つのアームの光学位相
差と同等な位相成分とを有する光検出器1500の出力
で正弦波状電気信号1600を提供する。
タスク、即ち、(1)マイクロ波或はRF周波数を、マッ
ハ‐ツェンダー・タイプの場合のようにOFSモジュー
ル900を用いて光学的搬送波周波数か或は2つのフェ
イズド‐ロック・レーザの場合のようにビート周波数
(BF)かの何れかに重畳又は導入することと、(2)OP
S1900モジュールを用いて光学的フェイズ・シフト
差を生成することとを実行する。光学的ヘテロダイン式
検出によって、2つの干渉ビームは、RF周波数と同等
の周波数成分と、干渉ビームの2つのアームの光学位相
差と同等な位相成分とを有する光検出器1500の出力
で正弦波状電気信号1600を提供する。
【0010】様々に提案されている、位相操舵に基づく
光制御マイクロ波PAAは、周波数シフト及び位相シフ
ト機能を発生すべく採用される実際の光技術によって分
類され得る。一般に、これらの方法にはFS技術に比べ
PS技術はより多くの技術がある。PS機能を発生すべ
く採用される幾つかの光学的技術は、(1)空間的光変
調器(SLM)、(2)液晶光バルブ(LCLV)]、(3)
偏向自在ミラー装置(DMD)、(4)磁気‐光学振幅SL
M(MO‐SLM)、(5)強誘電性液晶(FLC)、
(6)集積光学、並びに、(7)ファイバストレッチャ
ー及びその他である。[ 詳細には、N. Riza,
(編集)「Selected paperson Ph
otonic Control Systems fo
r Phased Array Antennas」、
SPIE Press、1997年を参照のこと。]
光制御マイクロ波PAAは、周波数シフト及び位相シフ
ト機能を発生すべく採用される実際の光技術によって分
類され得る。一般に、これらの方法にはFS技術に比べ
PS技術はより多くの技術がある。PS機能を発生すべ
く採用される幾つかの光学的技術は、(1)空間的光変
調器(SLM)、(2)液晶光バルブ(LCLV)]、(3)
偏向自在ミラー装置(DMD)、(4)磁気‐光学振幅SL
M(MO‐SLM)、(5)強誘電性液晶(FLC)、
(6)集積光学、並びに、(7)ファイバストレッチャ
ー及びその他である。[ 詳細には、N. Riza,
(編集)「Selected paperson Ph
otonic Control Systems fo
r Phased Array Antennas」、
SPIE Press、1997年を参照のこと。]
【0011】他方、真時間遅延操舵を採用する光制御マ
イクロ波PAAは、RF変調光ビームと、光真時間遅延
線或は光遅延ネットワーク(DON)を用いる。RF変
調レーザビームは直接変調されたレーザ・ダイオード或
は外部変調器を具備するレーザから出すことができる。
一般にDONは、(1)「1対Nスプリッタ」フィード
変調器、(2)光ファイバ、半導体導波路、自由空間、
光ガイド・モード等々の何れかを用いて様々な所定特定
長を有するN個の光路から成るアレイ或はマトリックス
で製作された遅延モジュール、並びに、(3)差動光路の
差を獲得すべく、入射光ビームを任意の異なる光路へス
イッチするための交差接続構成或は物理的機構から構成
されている。光路差は位相操舵に用いられるものに較べ
長い。一般に、これらの光路差は、ビーム傾斜を回避す
べくマイクロ波の波長の40倍と同等か或はそれよりも
長い。
イクロ波PAAは、RF変調光ビームと、光真時間遅延
線或は光遅延ネットワーク(DON)を用いる。RF変
調レーザビームは直接変調されたレーザ・ダイオード或
は外部変調器を具備するレーザから出すことができる。
一般にDONは、(1)「1対Nスプリッタ」フィード
変調器、(2)光ファイバ、半導体導波路、自由空間、
光ガイド・モード等々の何れかを用いて様々な所定特定
長を有するN個の光路から成るアレイ或はマトリックス
で製作された遅延モジュール、並びに、(3)差動光路の
差を獲得すべく、入射光ビームを任意の異なる光路へス
イッチするための交差接続構成或は物理的機構から構成
されている。光路差は位相操舵に用いられるものに較べ
長い。一般に、これらの光路差は、ビーム傾斜を回避す
べくマイクロ波の波長の40倍と同等か或はそれよりも
長い。
【0012】数多く提案されている、真時間遅延操舵を
採用する光制御マイクロ波PAAは、分割及びスイッチ
ング機構がどのように実行されているか、即ち、(i)時
間多重化に基づく技術、(ii)空間多重化に基づく技
術、並びに(iii)波長多重化に基づく技術のどの技術
で実行されているかに依存して3つのサブグループに分
類される。[ 詳細には、N. Riza,(編集)「S
elected papers on Photoni
c Control Systemsfor Phas
ed Array Antennas」、SPIE P
ress、1997年を参照のこと。]
採用する光制御マイクロ波PAAは、分割及びスイッチ
ング機構がどのように実行されているか、即ち、(i)時
間多重化に基づく技術、(ii)空間多重化に基づく技
術、並びに(iii)波長多重化に基づく技術のどの技術
で実行されているかに依存して3つのサブグループに分
類される。[ 詳細には、N. Riza,(編集)「S
elected papers on Photoni
c Control Systemsfor Phas
ed Array Antennas」、SPIE P
ress、1997年を参照のこと。]
【0013】これらの異なる光制御PAAは従来のマイ
クロ波PAAの改良された多くの面を有するが、これら
新しいPAAはサイズ、重量、並びに体積によって依然
として制約を受けている。1つの根本的な問題は、N個
の遅延線或はフェイズドアレイにおけるN個の位相シフ
タを個別に制御するために必要される数多くの支援(現
行下)光及び電子装置である。一般に、(位相操舵の場
合)位相シフタ毎の電子機器又は等価制御要素(EC
E)、或は、(時間遅延操舵の場合)遅延線毎のスイッ
チが個別的な位相/遅延調整に対して要求される。
クロ波PAAの改良された多くの面を有するが、これら
新しいPAAはサイズ、重量、並びに体積によって依然
として制約を受けている。1つの根本的な問題は、N個
の遅延線或はフェイズドアレイにおけるN個の位相シフ
タを個別に制御するために必要される数多くの支援(現
行下)光及び電子装置である。一般に、(位相操舵の場
合)位相シフタ毎の電子機器又は等価制御要素(EC
E)、或は、(時間遅延操舵の場合)遅延線毎のスイッ
チが個別的な位相/遅延調整に対して要求される。
【0014】更には、高価であるか或は特別に開発され
た装置がこれらの数々の光制御PAAに必要とされてい
る。また、マスタ・コンピュータ、複雑なアルゴリズ
ム、インターフェース装置、並びに他の支援素子が要求
されて、全てのECU或はPAAにおけるスイッチを制
御するビーム形成ネットワーク(BFN)を組立てる。
このBFNは、素子数が増大すると複雑化、大型化、並
びに低速化する。
た装置がこれらの数々の光制御PAAに必要とされてい
る。また、マスタ・コンピュータ、複雑なアルゴリズ
ム、インターフェース装置、並びに他の支援素子が要求
されて、全てのECU或はPAAにおけるスイッチを制
御するビーム形成ネットワーク(BFN)を組立てる。
このBFNは、素子数が増大すると複雑化、大型化、並
びに低速化する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、単
純、小型、並びに軽量である2つの新しい光制御フェイ
ズドアレイアンテナアレイ(PAA)構成を提供すること
である。第1の構成はヘテロダイン式構成(或は位相操
舵)に基づき、第2構成は光遅延線を用いる真時間操舵
に基づく。これら位相操舵及び真時間操舵は、それぞ
れ、「可変線形増大位相シフト遅延アレイ(LIPS
A)」及び「可変線形増大真時間遅延アレイ(LITD
A)」と言われ、これらは「可変光遅延線アレイ」と題
する特許発明に対する1998年9月4日出願の日本出
願に記載されている。これら新しい光制御PAAシステ
ムは、N個の制御パラメータ(先行して報告された光制
御PPAに見出される)ではなくただ1つの制御パラメ
ータを必要として、アレイにおける各種要素の残り内の
各位相シフト或は時間遅延を自動的に調整する。
純、小型、並びに軽量である2つの新しい光制御フェイ
ズドアレイアンテナアレイ(PAA)構成を提供すること
である。第1の構成はヘテロダイン式構成(或は位相操
舵)に基づき、第2構成は光遅延線を用いる真時間操舵
に基づく。これら位相操舵及び真時間操舵は、それぞ
れ、「可変線形増大位相シフト遅延アレイ(LIPS
A)」及び「可変線形増大真時間遅延アレイ(LITD
A)」と言われ、これらは「可変光遅延線アレイ」と題
する特許発明に対する1998年9月4日出願の日本出
願に記載されている。これら新しい光制御PAAシステ
ムは、N個の制御パラメータ(先行して報告された光制
御PPAに見出される)ではなくただ1つの制御パラメ
ータを必要として、アレイにおける各種要素の残り内の
各位相シフト或は時間遅延を自動的に調整する。
【0016】これら新しい光制御PAAの幾つかの独特
な特徴は、(1)多数の位相シフタ/遅延線及びそれら関
連コントローラが不要、(2)アンテナの全重量の減
少、(3)複雑なコンピュータ及び先進ビーム形成制御
アルゴリズムが不要、並びに(4)ナノ秒の操舵速度が
可能なことである。
な特徴は、(1)多数の位相シフタ/遅延線及びそれら関
連コントローラが不要、(2)アンテナの全重量の減
少、(3)複雑なコンピュータ及び先進ビーム形成制御
アルゴリズムが不要、並びに(4)ナノ秒の操舵速度が
可能なことである。
【0017】
【課題を解決するための手段】これら課題を解決するた
めに、本発明の請求項1は多重チャネルコヒーレント光
ヘテロダイン式検出原理を用いた位相操舵方法に基づく
光制御フェイズドアレイアンテナ・システムであって、
(1)光ヘテロダイン式ユニット及び(2)マイクロ波・
アンテナ・ユニットである2つの一般的なモジュールを
備えており、上記光制御フェイズドアレイアンテナ・シ
ステムは、前記ヘテロダイン式ユニットが、(a)特定の
波長λ0 或はその近傍で動作するレーザ源、(b)変形
トワイマン‐グリーン干渉計(TGI)或はアーム長差
がゼロである任意の二光束干渉計、(c)TGIの典型
的な反射ミラーの1つに代わるべく用いられ且つ光学的
に位相シフトされた信号のアレイを提供すべく用いられ
る線形増大位相シフタ・アレイ(LIPSA)、(d)マ
イクロ波或はRF周波数で動作又は駆動されて、前記T
GIのアームの1つに位置決めされた光周波数シフタ
(OFS)モジュール、並びに、(e)レーザビームをコ
リメート/焦光するために用いられるビーム・コリメー
タ/レンズを備えことと、前記マイクロ波・アンテナ・
ユニットが、(a)前記TGIからのアレイ出力を検出す
る光検出器(PD)のアレイ、(b)レシーバ/トランス
ミッタ(R/T)モジュールのアレイ、並びに、(c)ア
ンテナ・アレイを備えることと、前記ヘテロダイン式ユ
ニットが、前記PDアレイの出力で得られる必要とされ
る電源信号を光学的に発生及び制御しており、該必要と
される電気的信号源が、前記位相アレイアンテナに実質
的に供給されるマイクロ波/RF周波数成分及びマイク
ロ波位相シフタ成分を有し、前記マイクロ・アンテナの
ビームが前記LIPSAの共振(共鳴)長を特定範囲内
に単に変更することによって操舵或は走査可能であるこ
と、を特徴とする。
めに、本発明の請求項1は多重チャネルコヒーレント光
ヘテロダイン式検出原理を用いた位相操舵方法に基づく
光制御フェイズドアレイアンテナ・システムであって、
(1)光ヘテロダイン式ユニット及び(2)マイクロ波・
アンテナ・ユニットである2つの一般的なモジュールを
備えており、上記光制御フェイズドアレイアンテナ・シ
ステムは、前記ヘテロダイン式ユニットが、(a)特定の
波長λ0 或はその近傍で動作するレーザ源、(b)変形
トワイマン‐グリーン干渉計(TGI)或はアーム長差
がゼロである任意の二光束干渉計、(c)TGIの典型
的な反射ミラーの1つに代わるべく用いられ且つ光学的
に位相シフトされた信号のアレイを提供すべく用いられ
る線形増大位相シフタ・アレイ(LIPSA)、(d)マ
イクロ波或はRF周波数で動作又は駆動されて、前記T
GIのアームの1つに位置決めされた光周波数シフタ
(OFS)モジュール、並びに、(e)レーザビームをコ
リメート/焦光するために用いられるビーム・コリメー
タ/レンズを備えことと、前記マイクロ波・アンテナ・
ユニットが、(a)前記TGIからのアレイ出力を検出す
る光検出器(PD)のアレイ、(b)レシーバ/トランス
ミッタ(R/T)モジュールのアレイ、並びに、(c)ア
ンテナ・アレイを備えることと、前記ヘテロダイン式ユ
ニットが、前記PDアレイの出力で得られる必要とされ
る電源信号を光学的に発生及び制御しており、該必要と
される電気的信号源が、前記位相アレイアンテナに実質
的に供給されるマイクロ波/RF周波数成分及びマイク
ロ波位相シフタ成分を有し、前記マイクロ・アンテナの
ビームが前記LIPSAの共振(共鳴)長を特定範囲内
に単に変更することによって操舵或は走査可能であるこ
と、を特徴とする。
【0018】本発明の請求項2は、真時間遅延操舵方法
に基づく光制御フェイズドアレイアンテナ・システムに
向けられ、(1)光遅延ユニット及び(2)マイクロ波・ア
ンテナ・ユニットである2つの一般的ユニットを備えて
おり、前記光制御フェイズドアレイアンテナ・システム
は、前記光遅延ユニットが、(a)波長λ0 で動作する
レーザ源、(b)入射ビームの搬送波周波数を変更するか
或は変更することなく該入射ビームの振幅を変調して信
号を出力する変形された振幅専用変調器(MAOM)ユニ
ット/構成要素、(c)光学レンズ、並びに(d)線形
増大真時間遅延アレイ(LITDA)ユニット/構成要
素であり、その該LITDAの共振長(λ0 /2の整数
倍)の値に基づくと共に該LITDAユニットの前方ミ
ラーの所定パワー反射率プロファイルの値に基づくN個
の遅延線を提供する線形増大真時間遅延アレイ(LIT
DA)ユニット/構成要素を備え、前記波長が前記MA
OMへ入射し、前記MAOMからの信号出力が、前記L
ITDAユニットへ向かう前に前記光学レンズで拡張さ
れ且つコリメートされ、次いで反射小ビームが前記マイ
クロ波・アンテナ・ユニット上に集光することと、前記
マイクロ波・アンテナ・ユニットが、(a)LITDA
からのアレイ出力を検出する光検出器(PD)のアレイ、
(b)レシーバ/トランスミッタ(R/T)モジュール
のアレイ、並びに、(c)アンテナ・アレイを備えるこ
とと、前記光遅延ユニットの前記MAOMが、前記搬送
波波長λ0 か或はその付近で動作する、マイクロ波又は
RF駆動された振幅変調光源信号を提供する一方で、前
記LITDAユニットが入射ビームをN個の平行小ビー
ムに空間的に駆動すると共に各小ビームをそれらの対応
する前記LITDAユニットにわたる位置に従って崩壊
しており、次いで前記反射小ビームが必要とされる電気
信号を発生する光検出器アレイ(PA)へ供給されてお
り、前記必要とされる電気信号が前記LITDAユニッ
トによって制御されたマイクロ波/RF周波数成分及び
真時間遅延成分を有しており、これら信号が引き続いて
前記位相アレイアンテナへ供給されており、前記マイク
ロ波・アンテナ・ユニットのビームが前記LITDAの
共振器長を単に変更することでλ0 /2の整数倍だけ操
舵されるか或は走査され得ることと、を特徴とする。
に基づく光制御フェイズドアレイアンテナ・システムに
向けられ、(1)光遅延ユニット及び(2)マイクロ波・ア
ンテナ・ユニットである2つの一般的ユニットを備えて
おり、前記光制御フェイズドアレイアンテナ・システム
は、前記光遅延ユニットが、(a)波長λ0 で動作する
レーザ源、(b)入射ビームの搬送波周波数を変更するか
或は変更することなく該入射ビームの振幅を変調して信
号を出力する変形された振幅専用変調器(MAOM)ユニ
ット/構成要素、(c)光学レンズ、並びに(d)線形
増大真時間遅延アレイ(LITDA)ユニット/構成要
素であり、その該LITDAの共振長(λ0 /2の整数
倍)の値に基づくと共に該LITDAユニットの前方ミ
ラーの所定パワー反射率プロファイルの値に基づくN個
の遅延線を提供する線形増大真時間遅延アレイ(LIT
DA)ユニット/構成要素を備え、前記波長が前記MA
OMへ入射し、前記MAOMからの信号出力が、前記L
ITDAユニットへ向かう前に前記光学レンズで拡張さ
れ且つコリメートされ、次いで反射小ビームが前記マイ
クロ波・アンテナ・ユニット上に集光することと、前記
マイクロ波・アンテナ・ユニットが、(a)LITDA
からのアレイ出力を検出する光検出器(PD)のアレイ、
(b)レシーバ/トランスミッタ(R/T)モジュール
のアレイ、並びに、(c)アンテナ・アレイを備えるこ
とと、前記光遅延ユニットの前記MAOMが、前記搬送
波波長λ0 か或はその付近で動作する、マイクロ波又は
RF駆動された振幅変調光源信号を提供する一方で、前
記LITDAユニットが入射ビームをN個の平行小ビー
ムに空間的に駆動すると共に各小ビームをそれらの対応
する前記LITDAユニットにわたる位置に従って崩壊
しており、次いで前記反射小ビームが必要とされる電気
信号を発生する光検出器アレイ(PA)へ供給されてお
り、前記必要とされる電気信号が前記LITDAユニッ
トによって制御されたマイクロ波/RF周波数成分及び
真時間遅延成分を有しており、これら信号が引き続いて
前記位相アレイアンテナへ供給されており、前記マイク
ロ波・アンテナ・ユニットのビームが前記LITDAの
共振器長を単に変更することでλ0 /2の整数倍だけ操
舵されるか或は走査され得ることと、を特徴とする。
【0019】
【好適な実施例の説明】この発明において、LIPSA
に基づく光制御PAAシステムを提供する前にLIPS
Aの簡単な要約を提供し、次いで、LITDAに基づく
光制御PAAシステムを提供する前にLITDAに関す
る簡単な議論を行う。LIPSAに基づく光制御フェイ
ズドアレイアンテナ
に基づく光制御PAAシステムを提供する前にLIPS
Aの簡単な要約を提供し、次いで、LITDAに基づく
光制御PAAシステムを提供する前にLITDAに関す
る簡単な議論を行う。LIPSAに基づく光制御フェイ
ズドアレイアンテナ
【0020】LIPSAは、先に引用した日本特許出願
に説明されている変形ギヤーズ-ツアーノイス(Gir
es-Tournois)共振器(GTR)2000で
あり、基本的には、図4に示されるように、前方ミラー
としての所定空間的変更或は傾斜反射ミラー(GRM)
Rn 2200と、100%反射後方ミラー2300とを
具備する非対称ファブリ・ペロー共振器である。
に説明されている変形ギヤーズ-ツアーノイス(Gir
es-Tournois)共振器(GTR)2000で
あり、基本的には、図4に示されるように、前方ミラー
としての所定空間的変更或は傾斜反射ミラー(GRM)
Rn 2200と、100%反射後方ミラー2300とを
具備する非対称ファブリ・ペロー共振器である。
【0021】説明及び明瞭化の目的のみで、ビーム・ス
プリッタBS2030が図4内に含まれて、(均一波面
2150を有する)入射電場Einc2100を反射さ
れた電場Eref2600(又は、2600−2699
としての反射小ビームB1 乃至Bn )から空間的に分離
している。ここで、nは、コーティングミラーの表面に
おける座標(簡略化のための1‐D)に沿った位置を表
わす。
プリッタBS2030が図4内に含まれて、(均一波面
2150を有する)入射電場Einc2100を反射さ
れた電場Eref2600(又は、2600−2699
としての反射小ビームB1 乃至Bn )から空間的に分離
している。ここで、nは、コーティングミラーの表面に
おける座標(簡略化のための1‐D)に沿った位置を表
わす。
【0022】システム全体が無損失であると仮定する
と、反射ビーム(又は小ビーム2600−2699)は
入射ビーム2100の振幅と同等であるが、LIPSA
2000のn‐チャネルにおける反射位相シフトΘn は
以下の数式1で与えられ、
と、反射ビーム(又は小ビーム2600−2699)は
入射ビーム2100の振幅と同等であるが、LIPSA
2000のn‐チャネルにおける反射位相シフトΘn は
以下の数式1で与えられ、
【数6】 ここで、ρn (=−Rn1/2)は振幅反射率、d:共振長
2080、η:共振器2000内の物質2060の屈折
率(簡略化のために=1)である場合にθn =2πηd
/λ=kηdであり、Ψn がアレイにおけるコーティン
グのためのn‐チャネルにおける位相角度である。
2080、η:共振器2000内の物質2060の屈折
率(簡略化のために=1)である場合にθn =2πηd
/λ=kηdであり、Ψn がアレイにおけるコーティン
グのためのn‐チャネルにおける位相角度である。
【0023】異なるチャネルにわたって線形的に増大す
る反射位相シフトを生成するために、以下の各種条件が
課せられる。第1として、ミラー2200をコーティン
グするために用いられるコーティング製作又はコーティ
ング技術は、n個の異なる区域又はチャネルにわたって
Ψn をゼロ若しくはπに等しくする。この条件は先進コ
ーティング技術或は従来的な多重λ0/4コーティング
(1/4波長)製造技術の使用によって実現可能であっ
て、Ψn =0或はπとなる。これら両アプローチは全て
のnに対して、Tan[Ψn]=0及びCos[Ψn]=
0に至る。第2として、以下の下式で与えられるコーテ
ィングプロファイルRn 2800を必要とした。
る反射位相シフトを生成するために、以下の各種条件が
課せられる。第1として、ミラー2200をコーティン
グするために用いられるコーティング製作又はコーティ
ング技術は、n個の異なる区域又はチャネルにわたって
Ψn をゼロ若しくはπに等しくする。この条件は先進コ
ーティング技術或は従来的な多重λ0/4コーティング
(1/4波長)製造技術の使用によって実現可能であっ
て、Ψn =0或はπとなる。これら両アプローチは全て
のnに対して、Tan[Ψn]=0及びCos[Ψn]=
0に至る。第2として、以下の下式で与えられるコーテ
ィングプロファイルRn 2800を必要とした。
【数7】 ここで、Δlとk0=2π/λ0は位相シフトが最小とな
るように設定される必要があるパラメータであり、λ0
はλ0/4マルチコーティング製造技術で用いられる波
長値である。所与の固定Δl及びk0に対しては、d=
z0の共振器間隔の初期選択に依存して生成され得る数
多くのプロファイルRn 2800がある。これらプロフ
ァイルRn2800の幾つかが図5に示されている。
るように設定される必要があるパラメータであり、λ0
はλ0/4マルチコーティング製造技術で用いられる波
長値である。所与の固定Δl及びk0に対しては、d=
z0の共振器間隔の初期選択に依存して生成され得る数
多くのプロファイルRn 2800がある。これらプロフ
ァイルRn2800の幾つかが図5に示されている。
【0024】コーティングプロファイルはそれら用途の
要件に依存して連続的或は離散的であることができる。
間隔z0で計算されたコーティングプロファイルはλ0/
2の整数倍に関して周期的である。これが意味すること
は、初期間隔z0 で生成されたプロファイルが、もし新
しい間隔zがz0+qλ0/2と同等であれば再生可能で
あることである。ここで、qは整数である。更には、q
λ0 /2の固定値が与えられたならば、z0の選択が使
用できる実効チャネル数に影響する。長さz0が短けれ
ば短いほど、Rがゼロに近づく前にチャネル数はより低
くなる。これは、図5に見られる曲線(e)と比較され
た曲線(a)の場合に明白に判明される。d=z0値の
適切な選択が、結果的なRnが1より小さいかそれと等
しくなる必要性があるという物理的に意味ある結果を獲
得するために必要である。
要件に依存して連続的或は離散的であることができる。
間隔z0で計算されたコーティングプロファイルはλ0/
2の整数倍に関して周期的である。これが意味すること
は、初期間隔z0 で生成されたプロファイルが、もし新
しい間隔zがz0+qλ0/2と同等であれば再生可能で
あることである。ここで、qは整数である。更には、q
λ0 /2の固定値が与えられたならば、z0の選択が使
用できる実効チャネル数に影響する。長さz0が短けれ
ば短いほど、Rがゼロに近づく前にチャネル数はより低
くなる。これは、図5に見られる曲線(e)と比較され
た曲線(a)の場合に明白に判明される。d=z0値の
適切な選択が、結果的なRnが1より小さいかそれと等
しくなる必要性があるという物理的に意味ある結果を獲
得するために必要である。
【0025】第3として、tan-1(k0nmaxΔL/
2)〜k0nmaxΔL/2且つパラメータΔL、z0d、
並びにnが適切に選択されるために、 k0nmaxΔL/
の値が非常に小さいと更に仮定すると、次の数式4が得
られ、
2)〜k0nmaxΔL/2且つパラメータΔL、z0d、
並びにnが適切に選択されるために、 k0nmaxΔL/
の値が非常に小さいと更に仮定すると、次の数式4が得
られ、
【数8】 ここでw0は、 所与のz0、d、並びにΔLに対しての
最大チャネルnmaxnに対する線形性の指標を表す。w0
値は、通常、0.5より小さく、全てのn<nmaxに対
して、Θn〜tan-1(w0)〜w0である。
最大チャネルnmaxnに対する線形性の指標を表す。w0
値は、通常、0.5より小さく、全てのn<nmaxに対
して、Θn〜tan-1(w0)〜w0である。
【0026】ビームがフィルタとしてのLIPSAを見
做せないようするために、レーザ帯域幅は共振器の周波
数帯域幅よりも著しく小さいと更に仮定する。これらの
全ての仮定によって、異なるチャネルにわたる反射位相
シフトΘn (小ビーム2600−2699)が次の数式
5のように表わすことができ、
做せないようするために、レーザ帯域幅は共振器の周波
数帯域幅よりも著しく小さいと更に仮定する。これらの
全ての仮定によって、異なるチャネルにわたる反射位相
シフトΘn (小ビーム2600−2699)が次の数式
5のように表わすことができ、
【数9】 ここで、z0は反射率Rn2800の計算に用いられる初
期共振器間隔であり、k=2π/λのλは実際の入射ビ
ームの波長であり、dは変更可能な共振器間隔2080
である。
期共振器間隔であり、k=2π/λのλは実際の入射ビ
ームの波長であり、dは変更可能な共振器間隔2080
である。
【0027】上式はチャネル数nに対するΘn の線形依
存性を明らかに示している。LIPSA2000は傾斜
可能なプリズム的な光学装置と機能的に同類である。そ
れが要求することは、アレイ内の各種要素の残りにおけ
る各位相を自動的に調整するための1つのみのパラメー
タである。LIPSA2000のd2080を指定範囲
Δd(<λ0) 内で単純に変更することによって、波面
の傾き又は傾斜は変更可能である。Θn 及びチャネルn
の間の優れた線形性は、図6に示されるように、z0の
2つの異なる間隔値に対しての特定最大値nmaxにまで
獲得することができる。
存性を明らかに示している。LIPSA2000は傾斜
可能なプリズム的な光学装置と機能的に同類である。そ
れが要求することは、アレイ内の各種要素の残りにおけ
る各位相を自動的に調整するための1つのみのパラメー
タである。LIPSA2000のd2080を指定範囲
Δd(<λ0) 内で単純に変更することによって、波面
の傾き又は傾斜は変更可能である。Θn 及びチャネルn
の間の優れた線形性は、図6に示されるように、z0の
2つの異なる間隔値に対しての特定最大値nmaxにまで
獲得することができる。
【0028】注目すべきことは、上述の議論において、
入射λがコーティングプロセスに用いられる波長と同等
である(λ=λ0 或はΔλ=0)ことを仮定することで
ある。もし入射λがλ0から離調されると(Δλ=λ−
λ0)、nmax がより低くなると共にΔΘmaxがより狭く
なる。 作用/機能 LIPSAに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ
入射λがコーティングプロセスに用いられる波長と同等
である(λ=λ0 或はΔλ=0)ことを仮定することで
ある。もし入射λがλ0から離調されると(Δλ=λ−
λ0)、nmax がより低くなると共にΔΘmaxがより狭く
なる。 作用/機能 LIPSAに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ
【0029】第1に提案される光制御PAAはコーヒレ
ント光ヘテロダインを用いた位相操舵方法に基づく
[R. Sorefの「Voltage‐Contro
lledOptical Phase Shifte
r」、J. LightwaveTech. 3、99
2頁、1985年]。この構成は2つの部分、即ち、図
7に示されるように、(1)ヘテロダイン式モジュール
3000及び(2)マイクロ波・アンテナ・モジュール
1800から製作される。ヘテロダイン式モジュール3
000は、図7に示されるように、レーザ光源1000
と、コリメートレンズ3005、ビーム・スプリッタ3
020、並びに集光化及びコリメートレンズ3010,
3009から製作される変形トワイマン‐グリーン干渉
計(TGI)と、全反射ミラー3030と、LIPSA
2000によって代替されるTGIの他の反射ミラー
と、TGIの1つのアーム内に挿入される光周波数シフ
タ(OFS)900と、レンズ・アレイ3070とから
成る。典型的なマイクロ波・アンテナ・モジュール18
00は、図7に示されるように、光検出器PD1500
のアレイ、マイクロ波・レシーバ/伝送モジュール16
00のアレイ、並びに、アレイ・アンテナ1700から
成る。
ント光ヘテロダインを用いた位相操舵方法に基づく
[R. Sorefの「Voltage‐Contro
lledOptical Phase Shifte
r」、J. LightwaveTech. 3、99
2頁、1985年]。この構成は2つの部分、即ち、図
7に示されるように、(1)ヘテロダイン式モジュール
3000及び(2)マイクロ波・アンテナ・モジュール
1800から製作される。ヘテロダイン式モジュール3
000は、図7に示されるように、レーザ光源1000
と、コリメートレンズ3005、ビーム・スプリッタ3
020、並びに集光化及びコリメートレンズ3010,
3009から製作される変形トワイマン‐グリーン干渉
計(TGI)と、全反射ミラー3030と、LIPSA
2000によって代替されるTGIの他の反射ミラー
と、TGIの1つのアーム内に挿入される光周波数シフ
タ(OFS)900と、レンズ・アレイ3070とから
成る。典型的なマイクロ波・アンテナ・モジュール18
00は、図7に示されるように、光検出器PD1500
のアレイ、マイクロ波・レシーバ/伝送モジュール16
00のアレイ、並びに、アレイ・アンテナ1700から
成る。
【0030】図7に示されるように、λ0 で動作してい
るレーザ1000からの入射光1008は、ビーム・ス
プリッタ3020で同等な強度であるビーム#13040
及びビーム#23050の2つの部分に分割する前にレン
ズ3005によってビーム拡大されると共にコリメート
される。ビーム#13040はTGIのアーム上を通って
伝播し、レンズ3010でOFS900上にフォーカス
させられて量Ωだけ該ビームが周波数シフトさせられ、
レンズ3009でコリメートされ、ミラー3030で反
射され、それがBS3020へ向かって戻るように移動
するに伴って量ΩでけOFS900で再度周波数シフト
させられる。ビーム#23050は、TGIの他方のアー
ムを通って伝播し、LIPSA2000で位相シフトさ
れ、引き続きBS3020へ戻るように反射させられ
る。OFSはマイクロ波源800で駆動される。次い
で、両ビーム(3040及び3050)はコヒーレント
に加算され、LA3070で、以下の数式6のような出
力正規化電流信号in を与えるPD1500のアレイに
焦点化させられる。
るレーザ1000からの入射光1008は、ビーム・ス
プリッタ3020で同等な強度であるビーム#13040
及びビーム#23050の2つの部分に分割する前にレン
ズ3005によってビーム拡大されると共にコリメート
される。ビーム#13040はTGIのアーム上を通って
伝播し、レンズ3010でOFS900上にフォーカス
させられて量Ωだけ該ビームが周波数シフトさせられ、
レンズ3009でコリメートされ、ミラー3030で反
射され、それがBS3020へ向かって戻るように移動
するに伴って量ΩでけOFS900で再度周波数シフト
させられる。ビーム#23050は、TGIの他方のアー
ムを通って伝播し、LIPSA2000で位相シフトさ
れ、引き続きBS3020へ戻るように反射させられ
る。OFSはマイクロ波源800で駆動される。次い
で、両ビーム(3040及び3050)はコヒーレント
に加算され、LA3070で、以下の数式6のような出
力正規化電流信号in を与えるPD1500のアレイに
焦点化させられる。
【数10】
【0031】任意の特定時tに、アレイ検出電流信号i
n はRF周波数と同等な周波数成分と、LIPSA20
00によって与えられる光学的位相差に同等な位相成分
とを有する。LIPSAはアレイにわたる光学的線形増
大位相シフト分布を発生し、これら位相シフト分布は数
式6で与えられるような検出器出力でのヘテロダイン検
出によってマイクロ波位相シフト・アレイに変換され
る。導出過程において、システム全体は無損失であるこ
とが仮定されており、TGIのアーム長差はゼロであ
る。
n はRF周波数と同等な周波数成分と、LIPSA20
00によって与えられる光学的位相差に同等な位相成分
とを有する。LIPSAはアレイにわたる光学的線形増
大位相シフト分布を発生し、これら位相シフト分布は数
式6で与えられるような検出器出力でのヘテロダイン検
出によってマイクロ波位相シフト・アレイに変換され
る。導出過程において、システム全体は無損失であるこ
とが仮定されており、TGIのアーム長差はゼロであ
る。
【0032】これら検出電流信号in 1600は、次い
で、マイクロ波・レシーバ/トランスミッタ(R/T)
モジュール1650へ通され、続いてビーム操舵のため
にアレイアンテナ1700へ向かわされる。再度注目す
べきことは、この配列の下、LIPSA2000による
光学的位相シフトΘn は、検出器出力1500で空間的
線形増大マイクロ波位相シフタ・アレイとして機能する
ことである。
で、マイクロ波・レシーバ/トランスミッタ(R/T)
モジュール1650へ通され、続いてビーム操舵のため
にアレイアンテナ1700へ向かわされる。再度注目す
べきことは、この配列の下、LIPSA2000による
光学的位相シフトΘn は、検出器出力1500で空間的
線形増大マイクロ波位相シフタ・アレイとして機能する
ことである。
【0033】上式は、マイクロ波位相シフトに変換され
るLIPSAの位相シフトΘn によって、チャネル数n
に対するin の線形依存性を明白に示す。この独特の依
存性のため、提案される光制御PAAの以下の重要な特
徴がみられる。第1として、それはアレイ内の各種要素
の残りにおける各位相を自動的に調整する唯一のパラメ
ータを必要とする。このフェイズドアレイアンテナの遠
隔場での数値的放射パターンは、図8に示される反射率
プロファイルの2つの場合に対して((a)に対しての
z0 =λ0/8及び(b)に対してのz0=λ0/10の
際)、λm/2のアンテナ対アンテナ間隔を有する。こ
こで、λm は放射マイクロ波信号の波長である。 LI
PSA2000のd2080を指定範囲Δd(<λ0)
内で単に変更することによって、PDのアレイにわたる
出力電力in の分布は変化させられることが可能であ
り、引き続いてマイクロ波・ビームを操舵する。特定の
Ω及び時間tに対してin及びチャネルnの間で優れた
線形性は特定の最大nmaxまで獲得され得る。
るLIPSAの位相シフトΘn によって、チャネル数n
に対するin の線形依存性を明白に示す。この独特の依
存性のため、提案される光制御PAAの以下の重要な特
徴がみられる。第1として、それはアレイ内の各種要素
の残りにおける各位相を自動的に調整する唯一のパラメ
ータを必要とする。このフェイズドアレイアンテナの遠
隔場での数値的放射パターンは、図8に示される反射率
プロファイルの2つの場合に対して((a)に対しての
z0 =λ0/8及び(b)に対してのz0=λ0/10の
際)、λm/2のアンテナ対アンテナ間隔を有する。こ
こで、λm は放射マイクロ波信号の波長である。 LI
PSA2000のd2080を指定範囲Δd(<λ0)
内で単に変更することによって、PDのアレイにわたる
出力電力in の分布は変化させられることが可能であ
り、引き続いてマイクロ波・ビームを操舵する。特定の
Ω及び時間tに対してin及びチャネルnの間で優れた
線形性は特定の最大nmaxまで獲得され得る。
【0034】第2として、効果的なマイクロ波周波数シ
フトは、TGI内でのレーザビームの二重パス伝播のた
めに倍化されることになる。この配列は典型的な低周波
数(〜800MHz)音響‐光学周波数シフタ(AOF
S)がより高いマイクロ波(〜1.6GHz)信号用と
に使用されることを可能とする。
フトは、TGI内でのレーザビームの二重パス伝播のた
めに倍化されることになる。この配列は典型的な低周波
数(〜800MHz)音響‐光学周波数シフタ(AOF
S)がより高いマイクロ波(〜1.6GHz)信号用と
に使用されることを可能とする。
【0035】第3として、マイクロ波・フェイズドアレ
イアンテナの角度的偏向範囲又は最大走査範囲ΔΘscan
は、z0及びチャネル数nmaxnによってコーティングプ
ロファイル2800の選択の関数であるLIPSA20
00の最大角度傾斜Δθphaseと同等である。Δθphase
(或はΔθscan)と、数式4に含まれているnmax との
間には折衷案がある。図6及び図8に示されるように、
もし同一のw0 =0.47基準が与えられたならば、Δ
θphaseは(a)z0=λ0/8のときnmax=40でπ/
6(=30度)に等しく、(b)z0=λ0/10のとき
nmax =40で2π/9(=40度)と同等である。
イアンテナの角度的偏向範囲又は最大走査範囲ΔΘscan
は、z0及びチャネル数nmaxnによってコーティングプ
ロファイル2800の選択の関数であるLIPSA20
00の最大角度傾斜Δθphaseと同等である。Δθphase
(或はΔθscan)と、数式4に含まれているnmax との
間には折衷案がある。図6及び図8に示されるように、
もし同一のw0 =0.47基準が与えられたならば、Δ
θphaseは(a)z0=λ0/8のときnmax=40でπ/
6(=30度)に等しく、(b)z0=λ0/10のとき
nmax =40で2π/9(=40度)と同等である。
【0036】第4として、もしLIPSAがE/Oマテ
リアルを用いてアセンブルされれば、ナノ秒範囲での操
舵速度も可能である。もしLIPSAが電気光学的結晶
或は共振器2000内部の物質2060としての熱光学
的要素を用いてアセンブルされるか或は共振器2000
のミラー3030がPZTまたはMEMS技術を用いて
構築できるのであれば、操舵、走査、或は、同調の速度
はマイクロ秒からナノ秒までの範囲となる。
リアルを用いてアセンブルされれば、ナノ秒範囲での操
舵速度も可能である。もしLIPSAが電気光学的結晶
或は共振器2000内部の物質2060としての熱光学
的要素を用いてアセンブルされるか或は共振器2000
のミラー3030がPZTまたはMEMS技術を用いて
構築できるのであれば、操舵、走査、或は、同調の速度
はマイクロ秒からナノ秒までの範囲となる。
【0037】しかしながら、2つ以上のLIPSA装置
をカスケード接続又は直列接続することによって、 Δ
θphase(或はΔθscan)の範囲を増大することが可能
である。この装置及びその2‐Dバージョンをバルクで
平面状導波路回路及びMEMS技術を用いて構築するこ
とは容易である。 LITDAに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ
をカスケード接続又は直列接続することによって、 Δ
θphase(或はΔθscan)の範囲を増大することが可能
である。この装置及びその2‐Dバージョンをバルクで
平面状導波路回路及びMEMS技術を用いて構築するこ
とは容易である。 LITDAに基づく光制御フェイズドアレイアンテナ
【0038】装置2000は指定された状態下で真時間
遅延装置としても機能できる。この装置は線形増大真時
間遅延アレイ(LITDA)6000と呼称される。L
IPSA2000とまさに同様に、この装置はアレイ内
の各種要素の残りにおける各時間遅延を自動的に調整す
る1つのみの制御パラメータを具備する可変光学的遅延
時間を提供できる。
遅延装置としても機能できる。この装置は線形増大真時
間遅延アレイ(LITDA)6000と呼称される。L
IPSA2000とまさに同様に、この装置はアレイ内
の各種要素の残りにおける各時間遅延を自動的に調整す
る1つのみの制御パラメータを具備する可変光学的遅延
時間を提供できる。
【0039】ここで、LITDA4000の要約を、L
ITDAに基づく光制御PAAを提供する前に図9に示
されるように簡単に説明する。共振器間隔d4080が
ここではd=mλ0/2に設定されることを除けば、 基
本的にはLIPSAと同様である。LITDA4000
は、先に引用した日本特許出願において全て議論されて
いる。段落番号[0020]乃至[0024]での仮定
(#1乃至#3)の下、LIPSAΘn (数式1)の結果と
しての反射位相シフトは次の数式7まで低減される。
ITDAに基づく光制御PAAを提供する前に図9に示
されるように簡単に説明する。共振器間隔d4080が
ここではd=mλ0/2に設定されることを除けば、 基
本的にはLIPSAと同様である。LITDA4000
は、先に引用した日本特許出願において全て議論されて
いる。段落番号[0020]乃至[0024]での仮定
(#1乃至#3)の下、LIPSAΘn (数式1)の結果と
しての反射位相シフトは次の数式7まで低減される。
【数11】 もし、ω=ω0でこの式のテイラー級数展開をとり、
(1)ω0が前方ミラー220のコーティング(多重λ0
/4コーティング技術)に用いられる周波数である場
合に入射ビームが周波数ω=ω0を有することと、
(2)共振器間隔dm(或はτm=dm/c)が全てのm
値(整数)に対してω0τm=πmであるように設定され
ることとを要求すると、全ての項
(1)ω0が前方ミラー220のコーティング(多重λ0
/4コーティング技術)に用いられる周波数である場
合に入射ビームが周波数ω=ω0を有することと、
(2)共振器間隔dm(或はτm=dm/c)が全てのm
値(整数)に対してω0τm=πmであるように設定され
ることとを要求すると、全ての項
【数12】 はゼロと等しくなるが、 時間遅延係数T(=−dΘn/
dω)は次の数式8で与えられ、これには、共振器間隔
d4080が常にλ0/2の整数倍或はd=mλ0/2或
はτm=πm/ω0に設定されなけばならないという重要
な条件が伴われる。
dω)は次の数式8で与えられ、これには、共振器間隔
d4080が常にλ0/2の整数倍或はd=mλ0/2或
はτm=πm/ω0に設定されなけばならないという重要
な条件が伴われる。
【数13】 ここで、次の数式9と、キャビティ時間(τ=d/c)
であり、z0が反射率Rnの計算で使用される初期共振器
間隔であり、cが光速度である。当方の誘導過程におい
て、システム全体は無損失であることを仮定している。
であり、z0が反射率Rnの計算で使用される初期共振器
間隔であり、cが光速度である。当方の誘導過程におい
て、システム全体は無損失であることを仮定している。
【数14】
【0040】ここで判明されたことは、変形LITDA
4000は離散的時間記憶装置のアレイとして機能で
き、該記憶装置において特定チャネルnに対する記憶時
間がχnを介しての反射率Rn2800と、項τmを介し
ての共振器間隔dmとによって決定されることである。
コーティング反射率プロファイル2800の適切な選択
で、線形増大真時間遅延アレイは合成可能である。LI
PSAとまさに同様に、この線形増大分布を生成できる
数多くの可能な反射率プロファイルがある。1つのそう
した反射率プロファイルRn2800は図10に示され
ている。
4000は離散的時間記憶装置のアレイとして機能で
き、該記憶装置において特定チャネルnに対する記憶時
間がχnを介しての反射率Rn2800と、項τmを介し
ての共振器間隔dmとによって決定されることである。
コーティング反射率プロファイル2800の適切な選択
で、線形増大真時間遅延アレイは合成可能である。LI
PSAとまさに同様に、この線形増大分布を生成できる
数多くの可能な反射率プロファイルがある。1つのそう
した反射率プロファイルRn2800は図10に示され
ている。
【0041】物理的に、これが意味することは、入射ビ
ーム(λ=λ0 )が共振器における特定の区域或はチャ
ネル内部を、該区域上の前方ミラー反射率Rがより低い
反射率値Rを有する他の区域と比べてより高い値を有す
ればより長く循環することになることである。
ーム(λ=λ0 )が共振器における特定の区域或はチャ
ネル内部を、該区域上の前方ミラー反射率Rがより低い
反射率値Rを有する他の区域と比べてより高い値を有す
ればより長く循環することになることである。
【0042】チャネル数nの関数としての遅延Tは異な
るdm に対して図11に示されている。時間遅延T
(n,d)のd4080或はτに対する依存性によっ
て、LITDA4000は、d4080を図11に示さ
れるようにλ0 /2の整数倍だけ単に変更することによ
って可変増分時間遅延を提供する。時間遅延T及びチャ
ネル数nの間の良好な線形性はλ=λ0 である限り見る
ことができる。しかしながら、もし動作λが離調される
と(Δλ=λ−λ0 )、誤差項が発生する。
るdm に対して図11に示されている。時間遅延T
(n,d)のd4080或はτに対する依存性によっ
て、LITDA4000は、d4080を図11に示さ
れるようにλ0 /2の整数倍だけ単に変更することによ
って可変増分時間遅延を提供する。時間遅延T及びチャ
ネル数nの間の良好な線形性はλ=λ0 である限り見る
ことができる。しかしながら、もし動作λが離調される
と(Δλ=λ−λ0 )、誤差項が発生する。
【0043】LIPSA2000とまさに同様に、LI
TDA4000の1つの独特な特徴は、ファイバ及び導
波路等々の数値的且つ物理的な個別遅延線要素がそれら
の関連制御スイッチ及びコントローラと共に必要としな
いことである。LITDA4000の共振器長d408
0を単に増減することによって他の要素の各時間遅延を
自動的に調整する。 LITDAに基づくPAA構成
TDA4000の1つの独特な特徴は、ファイバ及び導
波路等々の数値的且つ物理的な個別遅延線要素がそれら
の関連制御スイッチ及びコントローラと共に必要としな
いことである。LITDA4000の共振器長d408
0を単に増減することによって他の要素の各時間遅延を
自動的に調整する。 LITDAに基づくPAA構成
【0044】LITDA4000のマイクロ波・フェイ
ズドアレイアンテナへの直接的な適用は図12に示され
ている。このシステムは2つの主ユニット、即ち、
(1)真時間遅延ユニット5000及び(2)マイクロ
波・アンテナ・ユニット1800から成る。真時間遅延
ユニット5000は、レーザ1000、振幅専用変調器
モジュール4030、変調モジュール4030を駆動す
るRF源800、LITDA4000、偏光ビーム・ス
プリッタ(PBS)4200、偏光器4100、フォー
カスレンズ・アレイ(LA)4500、λ0 /4プレー
ト4055、並びに幾つかのコリメータレンズ4100
から成る。
ズドアレイアンテナへの直接的な適用は図12に示され
ている。このシステムは2つの主ユニット、即ち、
(1)真時間遅延ユニット5000及び(2)マイクロ
波・アンテナ・ユニット1800から成る。真時間遅延
ユニット5000は、レーザ1000、振幅専用変調器
モジュール4030、変調モジュール4030を駆動す
るRF源800、LITDA4000、偏光ビーム・ス
プリッタ(PBS)4200、偏光器4100、フォー
カスレンズ・アレイ(LA)4500、λ0 /4プレー
ト4055、並びに幾つかのコリメータレンズ4100
から成る。
【0045】ここで、レーザ源1000からの波長λ0
で動作している入射光ビーム4040は変調器4030
で振幅変調され、4010で偏光化され、PBS420
0、λ0 /4プレート4055、並びにLITDA40
00に入射する前にレンズ4100でビーム拡大される
と共にコリメートされる。LITDAはコリメートした
ビームをN個のより小さな小ビームに空間的に分割し、
ビームは該LITDA内でのそれらの位置、共振器間隔
4080、並びに反射率プロファイル2800によって
決定される異なる遅延真時間値をとる。注目すべきは、
共振器間隔がλ0 /2の整数倍であることである。
で動作している入射光ビーム4040は変調器4030
で振幅変調され、4010で偏光化され、PBS420
0、λ0 /4プレート4055、並びにLITDA40
00に入射する前にレンズ4100でビーム拡大される
と共にコリメートされる。LITDAはコリメートした
ビームをN個のより小さな小ビームに空間的に分割し、
ビームは該LITDA内でのそれらの位置、共振器間隔
4080、並びに反射率プロファイル2800によって
決定される異なる遅延真時間値をとる。注目すべきは、
共振器間隔がλ0 /2の整数倍であることである。
【0046】変調器4030は、搬送波周波数に影響す
ることなく、入射ビームの振幅だけを変調する。1つの
そうした実施例6000が図13aに示されている。波
長λ0或は搬送波周波数ω0を伴う入射ビームを仮定する
と、モジュール6000の効果は、出力6900が出力
6900で示されるような搬送波周波数ω0 を変えるこ
となく、振幅A(Ψ(t))を付加することである。こ
こで、Ψ(t)は変調器を駆動するマイクロ波或はRF
信号である。図13bに示されるような通常のマッハ‐
ツェンダー・タイプの振幅変調器5900の場合、出力
5900の振幅及び位相成分の双方とも影響を受けるこ
とになる。典型的なマッハ‐ツェンダー・タイプの強度
変調器5900はモジュール4030としても使用でき
るが、Rn2800の設計周波数(λ0)と、LITDA
4000に入射する動作波長(λoper)との間の不整合
による誤差を回避するためには搬送波周波数を変えない
ことが賢明である。
ることなく、入射ビームの振幅だけを変調する。1つの
そうした実施例6000が図13aに示されている。波
長λ0或は搬送波周波数ω0を伴う入射ビームを仮定する
と、モジュール6000の効果は、出力6900が出力
6900で示されるような搬送波周波数ω0 を変えるこ
となく、振幅A(Ψ(t))を付加することである。こ
こで、Ψ(t)は変調器を駆動するマイクロ波或はRF
信号である。図13bに示されるような通常のマッハ‐
ツェンダー・タイプの振幅変調器5900の場合、出力
5900の振幅及び位相成分の双方とも影響を受けるこ
とになる。典型的なマッハ‐ツェンダー・タイプの強度
変調器5900はモジュール4030としても使用でき
るが、Rn2800の設計周波数(λ0)と、LITDA
4000に入射する動作波長(λoper)との間の不整合
による誤差を回避するためには搬送波周波数を変えない
ことが賢明である。
【0047】反射ビーム4500或はLITDAからの
小ビーム(B1乃至Bn)は、2度目にλ0 /4プレート
4055を通って、その偏光方向を回転し、PBS42
00によって焦光レンズ・アレイ4550に向かって反
射されることになる。次いで、焦光化されたビームはP
A500によって検出される。各光検出器は、RF周波
数で振動する電流を発生し、その電流は空間的に反射率
分布を有するミラーにわたってのその位置によって決定
される異なる時間遅延値を有する。次いで、これら電気
信号はR/Tモジュール1650へ伝送され、次いでA
A1700へ伝送される。LITDA2000のd40
80をλ0 /2の整数倍だけ単に変更することによっ
て、マイクロ波・ビームが操舵可能となる。
小ビーム(B1乃至Bn)は、2度目にλ0 /4プレート
4055を通って、その偏光方向を回転し、PBS42
00によって焦光レンズ・アレイ4550に向かって反
射されることになる。次いで、焦光化されたビームはP
A500によって検出される。各光検出器は、RF周波
数で振動する電流を発生し、その電流は空間的に反射率
分布を有するミラーにわたってのその位置によって決定
される異なる時間遅延値を有する。次いで、これら電気
信号はR/Tモジュール1650へ伝送され、次いでA
A1700へ伝送される。LITDA2000のd40
80をλ0 /2の整数倍だけ単に変更することによっ
て、マイクロ波・ビームが操舵可能となる。
【0048】上述した構成において重要な点は、真時間
遅延動作が単一制御パラメータを伴うLITDA400
で並列して達成されることである。第2として、もしL
ITDAがE/O物質でアセンブルされていれば、操舵
速度はナノ秒範囲で可能であることである。
遅延動作が単一制御パラメータを伴うLITDA400
で並列して達成されることである。第2として、もしL
ITDAがE/O物質でアセンブルされていれば、操舵
速度はナノ秒範囲で可能であることである。
【0049】
【発明の効果】提案するLIPSAに基づくフェイズド
アレイアンテナ及びLITDAに基づくフェイズドアレ
イアンテナには数多くの有益な特性がある。第1とし
て、この方式の1つの独特な特性は多数の位相シフタ及
びそれに関連するコントローラが不要である。GTR長
を単に増減することによって、他の各種要素の各位相シ
フトを自動的に調整し、それら要素は引き続いてマイク
ロ波位相アレイアンテナを操舵する。更には、洗練され
たコンピュータ及び先進のビーム形成制御アルゴリズム
が何等必要とされない。これら特徴の全てが必要とされ
る構成要素、PAAシステムのサイズ及び重量を大幅に
低減できる。LIPSA及びLITDAのコーティング
プロファイルや位相応答性を示す数値的結果が議論され
ている。更に、マイクロ波位相アレイ・トランスミッタ
に対する関連構成や、光制御フェイズドアレイアンテナ
の遠視野での計算されたマイクロ波輻射パターンも示さ
れている。
アレイアンテナ及びLITDAに基づくフェイズドアレ
イアンテナには数多くの有益な特性がある。第1とし
て、この方式の1つの独特な特性は多数の位相シフタ及
びそれに関連するコントローラが不要である。GTR長
を単に増減することによって、他の各種要素の各位相シ
フトを自動的に調整し、それら要素は引き続いてマイク
ロ波位相アレイアンテナを操舵する。更には、洗練され
たコンピュータ及び先進のビーム形成制御アルゴリズム
が何等必要とされない。これら特徴の全てが必要とされ
る構成要素、PAAシステムのサイズ及び重量を大幅に
低減できる。LIPSA及びLITDAのコーティング
プロファイルや位相応答性を示す数値的結果が議論され
ている。更に、マイクロ波位相アレイ・トランスミッタ
に対する関連構成や、光制御フェイズドアレイアンテナ
の遠視野での計算されたマイクロ波輻射パターンも示さ
れている。
【図1】 アンテナアレイ500、ビーム形成ネットワ
ーク・ユニット400、制御ユニット600、並びに、
マイクロ波源700から構成される従来のフェイズドア
レイアンテナの概略図である。
ーク・ユニット400、制御ユニット600、並びに、
マイクロ波源700から構成される従来のフェイズドア
レイアンテナの概略図である。
【図2】 位相操舵原理のマッハ‐ツェンダー干渉計に
基づく光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の
概略図であり、該干渉計の各アームに配置された光周波
数シフタ(OFS)モジュールと、光位相シフタとを具備
している。
基づく光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の
概略図であり、該干渉計の各アームに配置された光周波
数シフタ(OFS)モジュールと、光位相シフタとを具備
している。
【図3】 2つのフェイズドロック・レーザ源に基づく
光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の概略図
である。
光制御フェイズドアレイアンテナの一般的構成の概略図
である。
【図4】 光源(或はレーザ)からのコリメートビーム
と、(b)に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル2800で前方ミラー2200がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス(G
ires-Tournois)共振器(GTR)とから
成る(a)可変光位相シフタ・アレイ(LIPSA)の
概略図である。
と、(b)に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル2800で前方ミラー2200がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス(G
ires-Tournois)共振器(GTR)とから
成る(a)可変光位相シフタ・アレイ(LIPSA)の
概略図である。
【図5】 異なるz0 値に関して、反射小ビーム(B1
乃至Bn)に対して増大位相シフトを獲得すべく従来の
前方ミラーにコーティングされ得る種々の反射率プロフ
ァイルRnである。
乃至Bn)に対して増大位相シフトを獲得すべく従来の
前方ミラーにコーティングされ得る種々の反射率プロフ
ァイルRnである。
【図6】 z0=λ0/8及びz0=λ0/10の場合、異
なる共振器間隔dに対するチャネルnの関数としての線
形増大位相シフトを示す計算結果である。これら曲線
は、(a)の場合にはΔΘ〜π/6を(b)の場合にはΔ
Θ〜2π/9を与える正確な数式7を用いて得られる。
なる共振器間隔dに対するチャネルnの関数としての線
形増大位相シフトを示す計算結果である。これら曲線
は、(a)の場合にはΔΘ〜π/6を(b)の場合にはΔ
Θ〜2π/9を与える正確な数式7を用いて得られる。
【図7】 反射ミラーの1つが代替LIPSAであり且
つ光周波数シフタ(OFS)が干渉計の一方のアームに
配置されている変形トワイマン‐グリーン干渉計を用い
た提案する光制御フェイズドアレイアンテナの概略図で
ある。ミラーM3及びLIPSAからの2つの反射ビー
ムは可干渉的に加算されて、引き続き光検出器アレイR
/Tモジュール、そしてビーム操舵のためにアレイアン
テナへ向かうマイクロ波周波数及び光位相シフトを有す
る電気信号を獲得する。
つ光周波数シフタ(OFS)が干渉計の一方のアームに
配置されている変形トワイマン‐グリーン干渉計を用い
た提案する光制御フェイズドアレイアンテナの概略図で
ある。ミラーM3及びLIPSAからの2つの反射ビー
ムは可干渉的に加算されて、引き続き光検出器アレイR
/Tモジュール、そしてビーム操舵のためにアレイアン
テナへ向かうマイクロ波周波数及び光位相シフトを有す
る電気信号を獲得する。
【図8】 図6に示される反射率プロファイルの2つの
場合に対する遠隔場での輻射パターンであり、(a)3
0度での最大走査範囲の利得対方位角度プロットと、
(b)40度での最大走査範囲の利得対方位角度プロッ
トとである。
場合に対する遠隔場での輻射パターンであり、(a)3
0度での最大走査範囲の利得対方位角度プロットと、
(b)40度での最大走査範囲の利得対方位角度プロッ
トとである。
【図9】 光源(或はレーザ)からのコリメートビーム
と、(b)に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル2800で前方ミラー2200がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス(G
ires-Tournois)共振器(GTR)とから
成る(a)可変光位相シフタ・アレイ(LIPSA)4
000の概略図である。注目すべきことは、共振器間隔
4080はλ0 /2の整数倍であることである。
と、(b)に示された空間的に異なり、予め定められた
反射率プロファイル2800で前方ミラー2200がコ
ーティングされている変形ギヤーズ-ツアーノイス(G
ires-Tournois)共振器(GTR)とから
成る(a)可変光位相シフタ・アレイ(LIPSA)4
000の概略図である。注目すべきことは、共振器間隔
4080はλ0 /2の整数倍であることである。
【図10】 LITDA用の線形増大真時間遅延分布出
力を合成できる装置における前方ミラー上にコーティン
グされ得る1つの可能性ある反射率プロファイルを示す
計算結果である。
力を合成できる装置における前方ミラー上にコーティン
グされ得る1つの可能性ある反射率プロファイルを示す
計算結果である。
【図11】 共振器間隔dに対する異なる値に関し、チ
ャネル数nの関数としての時間遅延を示す計算結果であ
る。
ャネル数nの関数としての時間遅延を示す計算結果であ
る。
【図12】 LITDA4000を用いての、真時間遅
延原理に基づく提案する光制御フェイズドアレイアンテ
ナの概略図である。時間遅延野d4080に対する依存
性によってこの装置は、λ0 /2の整数倍だけd408
0を単に変更するすることで可変増分時間遅延を提供で
きる。時間遅延T及びチャネル数nの間の良好な線形性
はλ=λ0である限り見ることができる。
延原理に基づく提案する光制御フェイズドアレイアンテ
ナの概略図である。時間遅延野d4080に対する依存
性によってこの装置は、λ0 /2の整数倍だけd408
0を単に変更するすることで可変増分時間遅延を提供で
きる。時間遅延T及びチャネル数nの間の良好な線形性
はλ=λ0である限り見ることができる。
【図13】 振幅変調器モジュール4030の2つの可
能性ある実施例の概略図である。第1構成(a)は振幅
専用変調器である一方、第2が、搬送波周波数をも変更
する強度変調器(b)である。構成(a)は、可変反射
率ミラーに対する周波数設計と共振器のブラッグ周波数
との不整合による非線形性誤差を回避しているので、構
成(b)よりも良好である。
能性ある実施例の概略図である。第1構成(a)は振幅
専用変調器である一方、第2が、搬送波周波数をも変更
する強度変調器(b)である。構成(a)は、可変反射
率ミラーに対する周波数設計と共振器のブラッグ周波数
との不整合による非線形性誤差を回避しているので、構
成(b)よりも良好である。
100 位相シフタ・アレイ 200 マイクロ波・パワーディバイダ及び結合
器 300 減衰器アレイ 400 ビーム形成ネットワーク・ユニット 500 アンテナアレイ 600 制御ユニット 700 マイクロ波 800 RF信号 900 光周波数シフタ(OFS) 1000 光源或はレーザ 1001 フェイズドロック・レーザ#1 1002 フェイズドロック・レーザ#2 1005 コリメータ 1008 入射ビーム 1010,1011 ビーム・スプリッタ 1100 マッハ‐ツェンダー干渉計 1200 ビーム#1 1300 ビーム#2 1400 OPSコントローラ 1500 光検出器アレイ 1600 光検出器出力電流 1650 R/Tアレイ 1700 アンテナアレイ 1800 マイクロ波・アンテナ・ユニット 1900 光位相シフタ(OPS) 1990 2フェイズドロック・レーザ光ヘテロダ
イン式モジュール 2001 LIPSAの共振器間隔 2000 LIPSA(線形増大位相シフト・アレ
イ) 2020,2030 ビーム・スプリッタ 2060 LIPSAの共振器物質 2080 LIPSAの共振器長 2100 波長λ0で動作している単色入射ビーム 2150 コリメートビーム 2200 LIPSAの前方反射ミラー 2300 LIPSAの後方反射ミラー 2600-2699 反射小ビーム 2700,2710,2720 異なる共振器間隔によ
る偏向反射ビーム 2800 空間的変更反射率プロファイルの典型例 3000 PAAコリメートレンズに基づくLIP
SAに対する光ヘテロダイン式ユニット 3005 コリメータレンズ 3009,3010 ビーム焦光及びコリメータレンズ 3030 TGIの反射干渉計ミラーの1つ 3040 ビーム#1 3050 ビーム#2 3070 フォーカシングレンズ・アレイ 3090 反射小ビーム 4000 LITDA(線形増大真時間遅延アレ
イ) 4040 入射ビーム 4030 変形振幅専用変調器モジュール 4055 λ0 /4プレート 4080 LITDA用の共振器間隔 4100 偏光器 4200 偏光ビームスプリッタ(PBS) 4500 反射小ビーム 4550 フォーカシングレンズ・アレイ 5000 PAAに基づくLITDA用の光真時間
遅延モジュール 5010 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム 5200 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計の一方アーム 5400 位相変調器 5500 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた典型的な強度変調器 5900 モジュール5500の出力信号 6000 振幅専用モジュール用の一実施例モジュ
ール 6010 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム 6030,6040 位相変調器 6500 干渉計の2アームにおける2つの位相変
調器を具備する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた変調器 6900 モジュール6500の出力信号
器 300 減衰器アレイ 400 ビーム形成ネットワーク・ユニット 500 アンテナアレイ 600 制御ユニット 700 マイクロ波 800 RF信号 900 光周波数シフタ(OFS) 1000 光源或はレーザ 1001 フェイズドロック・レーザ#1 1002 フェイズドロック・レーザ#2 1005 コリメータ 1008 入射ビーム 1010,1011 ビーム・スプリッタ 1100 マッハ‐ツェンダー干渉計 1200 ビーム#1 1300 ビーム#2 1400 OPSコントローラ 1500 光検出器アレイ 1600 光検出器出力電流 1650 R/Tアレイ 1700 アンテナアレイ 1800 マイクロ波・アンテナ・ユニット 1900 光位相シフタ(OPS) 1990 2フェイズドロック・レーザ光ヘテロダ
イン式モジュール 2001 LIPSAの共振器間隔 2000 LIPSA(線形増大位相シフト・アレ
イ) 2020,2030 ビーム・スプリッタ 2060 LIPSAの共振器物質 2080 LIPSAの共振器長 2100 波長λ0で動作している単色入射ビーム 2150 コリメートビーム 2200 LIPSAの前方反射ミラー 2300 LIPSAの後方反射ミラー 2600-2699 反射小ビーム 2700,2710,2720 異なる共振器間隔によ
る偏向反射ビーム 2800 空間的変更反射率プロファイルの典型例 3000 PAAコリメートレンズに基づくLIP
SAに対する光ヘテロダイン式ユニット 3005 コリメータレンズ 3009,3010 ビーム焦光及びコリメータレンズ 3030 TGIの反射干渉計ミラーの1つ 3040 ビーム#1 3050 ビーム#2 3070 フォーカシングレンズ・アレイ 3090 反射小ビーム 4000 LITDA(線形増大真時間遅延アレ
イ) 4040 入射ビーム 4030 変形振幅専用変調器モジュール 4055 λ0 /4プレート 4080 LITDA用の共振器間隔 4100 偏光器 4200 偏光ビームスプリッタ(PBS) 4500 反射小ビーム 4550 フォーカシングレンズ・アレイ 5000 PAAに基づくLITDA用の光真時間
遅延モジュール 5010 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム 5200 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計の一方アーム 5400 位相変調器 5500 導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた典型的な強度変調器 5900 モジュール5500の出力信号 6000 振幅専用モジュール用の一実施例モジュ
ール 6010 搬送波周波数ω0を有する入射ビーム 6030,6040 位相変調器 6500 干渉計の2アームにおける2つの位相変
調器を具備する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉
計を用いた変調器 6900 モジュール6500の出力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J021 AA05 AA06 DB03 FA00 FA05 FA09 FA11 FA13 FA32 HA05 JA03 JA07
Claims (8)
- 【請求項1】 多重チャネルコヒーレント光ヘテロダイ
ン式検出原理を用いた位相操舵方法に基づく光制御フェ
イズドアレイアンテナ・システムであって、(1)光ヘ
テロダイン式ユニット及び(2)マイクロ波・アンテナ・
ユニットである2つの一般的なモジュールを備えてお
り、該光制御フェイズドアレイアンテナ・システムは、 前記ヘテロダイン式ユニットが、(a)特定の波長λ0で
或はその近辺で動作するレーザ源、(b)変形トワイマ
ン‐グリーン干渉計(TGI)或はアーム長差がゼロで
ある任意の2ビーム干渉計、(c)TGIの典型的な反
射ミラーの1つに代わるべく用いられ且つ光学的に位相
シフトされた信号のアレイを提供すべく用いられる線形
増大位相シフタ・アレイ(LIPSA)、(d)マイクロ
波或はRF周波数で動作又は駆動されて、前記TGIの
アームの1つに位置決めされた光周波数シフタ(OFS)
モジュール、並びに、(e)レーザビームをコリメート
/焦光するために用いられるビーム・コリメータ/レン
ズを備えることと、 前記マイクロ波・アンテナ・ユニットが、(a)前記TG
Iからのアレイ出力を検出する光検出器(PD)のアレ
イ、(b)レシーバ/トランスミッタ(R/T)モジュ
ールのアレイ、並びに、(c)アンテナ・アレイを備える
ことと、 前記ヘテロダイン式ユニットが、前記PDアレイの出力
で得られる必要とされる電源信号を光学的に発生及び制
御しており、該必要とされる電気的信号源が、前記位相
アレイアンテナに実質的に供給されるマイクロ波/RF
周波数成分及びマイクロ波位相シフタ成分を有し、前記
マイクロ・アンテナのビームが前記LIPSAの共振長
を特定範囲内に単に変更することによって操舵或は走査
可能であることを特徴とする光制御フェイズドアレイア
ンテナ・システム。 - 【請求項2】 真時間遅延操舵方法に基づく光制御フェ
イズドアレイアンテナ・システムであって、(1)光遅延
ユニット及び(2)マイクロ波・アンテナ・ユニットであ
る2つの一般的ユニットを備えており、該光制御フェイ
ズドアレイアンテナ・システムは、 前記光遅延ユニットが、(a)波長λ0で動作するレー
ザ源、(b)入射ビームの搬送波周波数を変更するか或は
変更することなく該入射ビームの振幅を変調して信号を
出力する変形された振幅専用変調器(MAOM)ユニット
/構成要素、(c)光学レンズ、並びに(d)線形増大
真時間遅延アレイ(LITDA)ユニット/構成要素で
あり、その該LITDAの共振長(λ0/2の整数倍)
の値に基づくと共に該LITDAユニットの前方ミラー
の所定パワー反射率プロファイルの値に基づくN個の遅
延線を提供する線形増大真時間遅延アレイ(LITD
A)ユニット/構成要素を備え、前記波長が前記MAO
Mへ入射し、前記MAOMからの信号出力が、前記LI
TDAユニットへ向かう前に前記光学レンズで拡張され
且つコリメートされ、次いで反射小ビームが前記マイク
ロ波・アンテナ・ユニット上に焦点化することと、 前記マイクロ波・アンテナ・ユニットが、(a)LIT
DAからのアレイ出力を検出する光検出器(PD)のアレ
イ、(b)レシーバ/トランスミッタ(R/T)モジュ
ールのアレイ、並びに、(c)アンテナ・アレイを備え
ることと、 前記光遅延ユニットの前記MAOMが、前記搬送波波長
λ0 か或はその付近で動作する、マイクロ波又はRF駆
動された振幅変調光源信号を提供する一方で、前記LI
TDAユニットが入射ビームをN個の平行小ビームに空
間的に駆動すると共に各小ビームをそれらの対応する前
記LITDAユニットにわたる位置に従って崩壊してお
り、次いで前記反射小ビームが必要とされる電気信号を
生成する光検出器アレイ(PA)へ供給されており、前
記必要とされる電気信号が前記LITDAユニットによ
って制御されたマイクロ波/RF周波数成分及び真時間
遅延成分を有しており、これら信号が引き続いて前記位
相アレイアンテナへ供給されており、前記マイクロ波・
アンテナ・ユニットのビームが前記LITDAの共振器
長を単に変更することでλ0 /2の整数倍だけ操舵され
るか或は走査され得ることと、を特徴とするアンテナ・
システム。 - 【請求項3】 それがマイクロ波・フェイズドアレイ・
トランスミッタ或はマイクロ波・フェイズドアレイ・レ
シーバとして動作すべく構成され得る、請求項1又は2
の内の何れか一項に記載のアンテナ・システム。 - 【請求項4】 それが前記MAOMユニット及び前記マ
イクロ波・アンテナ・ユニットが除去された際に、操舵
可能なレーザビーム・システムとして機能可能である、
請求項2に記載のアンテナ・システム。 - 【請求項5】 それがX線、マイクロ波、或は、ミリ波
の中の電磁場の領域を付与するように構成可能である、
請求項1乃至4の内の何れか一項に記載のアンテナ・シ
ステム。 - 【請求項6】 前記TGIが、マイケルソン干渉計、マ
ッハ‐ツェンダー干渉計、ケスター・プリズムを用いる
オンライン干渉計、或は、任意の2光束干渉計として構
成され得る、請求項1に記載のアンテナ・システム。 - 【請求項7】 前記MAOMが、2つのアームが 【数1】 及び 【数2】 信号をそれぞれ付与する位相変調器を有すると共に 【数3】 によって与えられる出力信号を得るべく適切なアーム長
差を有する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉計と
して、或は、1つのアームが 【数4】 信号を付与する1つの位相変調器を有すると共に 【数5】 によって与えられる出力信号を得るべく適切なアーム長
差を有する導波路タイプのマッハ‐ツェンダー干渉計と
して構成され得るか、或は、当該MAOMが単なる音響
光学的周波数シフタであり得る、請求項2乃至5の内の
何れか一項に記載のアンテナ・システム。 - 【請求項8】 多光束、多周波数位相アレイアンテナと
して動作すべく構成され得る、請求項1乃至7の内の何
れか一項に記載のアンテナ・システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28768598A JP3010442B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 光制御フェイズドアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28768598A JP3010442B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 光制御フェイズドアレイアンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3010442B1 JP3010442B1 (ja) | 2000-02-21 |
JP2000114851A true JP2000114851A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17720414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28768598A Expired - Fee Related JP3010442B1 (ja) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | 光制御フェイズドアレイアンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3010442B1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7719385B2 (en) | 2006-09-28 | 2010-05-18 | Sunwoo Communication Co., Ltd | Method and divider for dividing power for array antenna and antenna device using the divider |
US11688941B2 (en) | 2018-08-24 | 2023-06-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Antenna device for beam steering and focusing |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106450750B (zh) * | 2016-12-07 | 2022-10-14 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种太赫兹光电导相控阵天线*** |
KR20180070325A (ko) | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 삼성전자주식회사 | 광 조향 opa |
CN110044394A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-07-23 | 浙江大学昆山创新中心 | 一种新型光波导相控阵扫描*** |
CN112909549A (zh) * | 2019-11-19 | 2021-06-04 | 北京道古视界科技有限公司 | 基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法 |
CN111786109A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-16 | 核工业西南物理研究院 | 一种能匹配成像曲面且空间精度可调的微波天线阵列*** |
CN114122728B (zh) * | 2021-11-24 | 2024-04-26 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于微波光子移相器的均匀圆形相控阵测向方法 |
-
1998
- 1998-10-09 JP JP28768598A patent/JP3010442B1/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7719385B2 (en) | 2006-09-28 | 2010-05-18 | Sunwoo Communication Co., Ltd | Method and divider for dividing power for array antenna and antenna device using the divider |
US11688941B2 (en) | 2018-08-24 | 2023-06-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Antenna device for beam steering and focusing |
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JP3010442B1 (ja) | 2000-02-21 |
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