JP4694526B2 - 光制御型フェーズドアレーアンテナ装置 - Google Patents
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Description
また、光学部品の歪み、振動などによりビーム光の波面が光の波長オーダで変動すると、アンテナ給電位相が変動するため、所望のアンテナ放射パターンが得られない。
さらに、信号光ビームはビーム合成器(ビームスプリッタ)を4回通るため、(1/2)4=1/16の光が損失となるため、所望のマイクロ波出力を得るためには、高出力な光源もしくは、高利得なマイクロ波増幅器が必要となりシステムが大型化し、消費電力が高くなる。
図1はこの発明の実施の形態1に係る光制御型フェーズドアレーアンテナ装置(以下、光制御型PAA装置)の構成を示す図である。なお以下、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
A1(m)・cos(ω1・t+φ(m))
に変換される。φ(m)は空間光位相変調器20の素子mに与えた位相変調量である。
A2(m)・a(m)・cos(ω2・t)
に変換される。a(m)は空間光強度変調器22の素子mで与えた振幅変調量である。
(A1(m)・A2(m)・a(m)・cos((ω1−ω2)t+φ(m))
に比例するマイクロ波となる。ここで、ω1−ω2がマイクロ波の角周波数、φ(m)が素子mの位相分布、A1(m)・A2(m)・a(m)が素子mの振幅分布となる。このように、空間光位相変調器20で与えた光の位相φ(m)がマイクロ波の位相に、空間光強度変調器22で与えた光の振幅a(m)がマイクロ波の振幅に変換される。なお、上記説明では第1及び第2ビームスプリッタ30、31の損失、光ファイバアレー201へのビームの結合効率などは無視した。
図2はこの発明の実施の形態2に係る光制御型PAA装置の構成を示す図である。図1と同一の構成要素に関しては説明を省略する。信号光ビーム10及びローカル光ビーム11は偏光方向を100及び110状態で光波長分波装置4から出射させる。ここで、光の偏光方向を100において、z方向をビームの進行方向としたとき、xを紙面に垂直な方向、yを紙面に平行な方向とする。以下の説明でも、図示していないがビームの偏光方向は同様の記述とする。また、以下の説明中の()内の表記は図2中に示した偏光状態を表すものとする。光波長分波装置4から出射される信号光ビーム10、ローカル光ビーム11の偏光方向は必要に応じて、波長板を用いることで、100及び110の方向に変換することが可能である。
なお、図2のように、信号光ビームおよびローカル光ビームがビームの進行方向zに対して45度回転した場合、第3PBS37の透過率は各々50%となるが、第3の1/2波長板42の回転角により、信号光ビームとローカル光ビームの透過率を変えても良い。
図3はこの発明の実施の形態3に係る光制御型PAA装置の構成を示す図である。上記各実施の形態と同一の構成要素に関しては説明を省略する。空間光位相変調器20のレンズアレー32と光ファイバアレー201の入射面との間に、第1レンズ61と第2レンズ62からなる第1リレー光学系60を備える。第1レンズ61をその片側の焦点面が空間光位相変調器20の出射面に、また、第2レンズ62をその片側の焦点面を光ファイバアレー201の入射面となる位置に設置する。さらに、第1レンズ61と第2レンズ62の間隔を、第1レンズ61の焦点距離f1と第2レンズ62の焦点距離f2の和に設定する。第1リレー光学系60は第1及び第2ビームスプリッタ30,31間に設けることができる。
図4はこの発明の実施の形態4に係る光制御型PAA装置の構成を示す図である。上記各実施の形態と同一の構成要素に関しては説明を省略する。空間光位相変調器20のレンズアレー32から出射した信号光ビーム10を、部分反射鏡70によりその一部を反射させ、他方を透過させる。透過した信号光ビーム10は上記実施の形態と同様に、第1ビームスプリッタ30で反射された後、ローカル光ビーム11と空間的に合成される。部分反射鏡70で反射した信号光ビーム群12は光波面測定装置72に入射する。
Claims (7)
- マイクロ波周波数で離調した信号光とローカル光の2つのレーザ光を出力する光出力手段と、
前記光出力手段を出力した信号光とローカル光をそれぞれ信号光ビーム及びローカル光ビームとしてそれぞれ異なる空間に出射する光ビーム出射手段と、
前記信号光ビームの空間位相分布に位相変調を行う空間光位相変調手段と、
前記空間光位相変調手段から出力する信号光ビームを光サンプリング手段でのサンプリング位置に対応してアレー状に分割した信号光ビームに変換する第1ビーム分割手段と、
前記ローカル光ビームの空間強度分布に強度変調を行う空間光強度変調手段と、
位相変調されかつ分割された信号光ビームと強度変調されたローカル光ビームとを空間的に重ね合わせ合成光ビームにする光ビーム合成手段と、
前記合成光ビームを空間的にサンプリングして分割された複数の合成光ビームを受光する前記光サンプリング手段と、
サンプリングにより分割されたそれぞれの合成光ビームをヘテロダイン検波することでマイクロ波信号に変換する光電変換手段と、
光電変換された各マイクロ波信号を空間に放射するアレーアンテナと、
を備えたことを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。 - 光ビーム合成手段が第1及び第2偏光ビームスプリッタ、第1光ビーム回転素子、偏光分離手段を含み、
前記第1偏光ビームスプリッタが光ビーム出射手段からの信号光ビームを透過して空間光位相変調手段の方向に導き、空間光位相変調手段からの信号光ビームは反射して前記第2偏光ビームスプリッタの方向に導き、
前記第1光ビーム回転素子が第1偏光ビームスプリッタからの信号光ビームの偏光方向を90度回転させて前記第2偏光ビームスプリッタに導き、
前記第2偏光ビームスプリッタが光ビーム出射手段からのローカル光ビームを透過して空間光強度変調手段の方向に導き、空間光強度変調手段からのローカル光ビームは反射し前記第1光ビーム回転素子からの信号光ビームを透過させたものと空間的に重ね合わせ合成光ビームにして光サンプリング手段の方向に導き、
前記偏光分離手段が前記第2偏光ビームスプリッタからの合成光ビームの信号光ビームとローカル光ビームの同一の偏光成分を透過させて前記光サンプリング手段に導き、
空間光位相変調手段が、
前記第1偏光ビームスプリッタを透過した信号光ビームの空間位相分布を位相変調する反射型の第1空間光位相変調素子と、
前記第1偏光ビームスプリッタと第1空間光位相変調素子の間を信号光ビームが往復する時に偏光方向を90度回転させる光ビーム偏光素子と、を含み、
空間光強度変調手段が、
前記第2偏光ビームスプリッタを透過したローカル光ビームの空間位相分布にローカル光ビームの偏光方向に対し45度回転した偏光成分を位相変調する反射型の第2空間光位相変調素子及び第2光ビーム回転素子を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。 - 第1ビーム分割手段の分割した信号光ビームの振幅位相分布を光サンプリング手段の入射面に投影する第1リレー光学系を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
- 第1ビーム分割手段からの位相変調された信号光ビームの一部を取り出して光波面の位相分布を測定し空間光位相変調手段に入力する第1分布誤差補正手段を備え、前記空間光位相変調手段において設定されている位相分布との誤差を演算して誤差成分を補正することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
- 空間光強度変調手段から出力するローカル光ビームを前記光サンプリング手段でのサンプリング位置に対応してアレー状に分割したローカル光ビームに変換する第2ビーム分割手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
- 第2ビーム分割手段の分割したローカル光ビームの振幅位相分布を光サンプリング手段の入射面に投影する第2リレー光学系を備えたことを特徴とする請求項5に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
- 第2ビーム分割手段からの強度変調されたローカル光ビームの一部を取り出して光波面の強度分布を測定し空間光強度変調手段に入力する第2分布誤差補正手段を備え、前記空間光強度変調手段が設定されている強度分布との誤差を演算して誤差成分を補正することを特徴とする請求項5又は6に記載の光制御型フェーズドアレーアンテナ装置。
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