JP5601144B2

JP5601144B2 - 高周波発振器および高周波発振方法

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Publication number: JP5601144B2
Application number: JP2010235567A
Authority: JP
Inventors: 成孝板倉; 将支水間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: JP2012088554A

Description

本発明は、例えばレーザ光を用いてミリ波やマイクロ波等の高周波信号を発振する高周波発振器および高周波発振方法に関するものである。

従来の高周波発振器として、例えば特許文献１に示されたものがある。この高周波発振器は、光信号を伝送する光伝送系と、電気信号を伝送する電気伝送系とを備えている。光伝送系は、レーザ光源と、光変調器と、光電変換器とを備えている。また、電気伝送系は、発振器（ローカル発振器）と、第１のカプラと、第１のミキサと、バンドパスフィルタと、第２のミキサと、信号選択手段と、第２のカプラとを備えている。光伝送系では、レーザ光源からのレーザ光は、光変調器において第１の周波数で強度変調される。強度変調されたレーザ光は、光電変換器で電気信号に変換される。一方、電気伝送系では、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有するローカル発振器からの高周波信号を第１のカプラで２分岐する。第１のミキサは、光電変換器からの高周波信号および第１のカプラからの一方の高周波信号をミキシングして、２つの高周波信号を生成する。バンドパスフィルタは、第１のミキサからの２つの高周波信号から、第３の周波数を中心周波数とする所定の通過帯域に含まれる信号成分のみ通過させる。第２のミキサは、バンドパスフィルタおよび第１のカプラからのもう一方の高周波信号をミキシングして２つの高周波信号を生成する。信号選択手段は、２つの高周波信号のうち何れか一方の高周波信号を選択して通過させる。第２のカプラは、信号選択手段からの高周波信号を２分岐し、一方を、第１の周波数を有する高周波信号として外部に出力するとともに、他方を光変調器に出力する。ここで、第３の周波数は、高周波発振器から出力される第１の周波数よりも低い周波数に設定されている。

この高周波発振器では、光伝送系からの高周波信号を第１のミキサでダウンコンバートした後、バンドパスフィルタを通過させ、第２のミキサにより再度光伝送系からの入力信号と同じ周波数にアップコンバートすることで、発振周波数より低い中心周波数を有するバンドパスフィルタの利用を可能とし、これにより、スプリアスを効果的に抑圧している。（以下ではこの動作方式をダウンアップコンバート方式と称する。）

特開２００９−１５７０４４号公報

特許文献１に記載の従来の高周波発振器では、ダウンアップコンバート方式を用いた構成により、スプリアスを効果的に抑制している。しかし、光伝送系での通過時間が大きいことに起因して、ミキサ間に配置したバンドパスフィルタにおける通過時間も大きくなるため、第２の周波数を有するローカル発振器からの高周波信号が第１のミキサでミキシングされるタイミングと、第２のミキサでミキシングされるタイミングに大きな時間差を生じる。これにより、第２のミキサから出力される高周波信号は、第２の周波数を有するローカル発振器の位相雑音の影響を強く受けるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高周波信号がミキサ間に配置されたバンドパスフィルタを通過するのに要する時間と、ローカル発振器からの高周波信号が第２のミキサに到達する時間と第１のミキサに到達する時間との時間差を調整することで、出力信号へのローカル発振器の位相雑音の重畳を抑圧し、より低位相雑音の高周波発振器を提供することを目的とする。

この発明に係る高周波発振器は、
光を発生する光源と、
前記光源で発生した光を第１の電気信号により変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された光を伝送する第１の光伝送手段と、
前記第１の光伝送手段で伝送された光を第２の電気信号に変換する光電変換器と、
第３の電気信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段で発生した前記第３の電気信号を２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段により分岐された前記第３の電気信号の一方と前記第２の電気信号
とのミキシングにより、前記第３の電気信号の一方と前記第２の電気信号との差周波数を
有する第４の電気信号を生成する第１のミキサと、
前記第１のミキサにより生成された前記差周波数を有する第４の電気信号を通過させる
バンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過した前記第４の電気信号と前記第１の分岐手段により分
岐された前記第３の電気信号の他方とのミキシングにより、前記第２の電気信号と同じ周
波数を有し前記光変調手段で光を変調する前記第１の電気信号を生成する第２のミキサと
、
前記第１の電気信号または前記第２の電気信号の一部を分岐し、この分岐した電気信号
を出力信号として出力する第２の分岐手段と、
前記第３の電気信号の一方、前記第３の電気信号の他方、および、前記第４の電気信号
のいずれかの通過時間を調整する通過時間調整手段とを備え、
前記通過時間調整手段は、
前記第１の分岐手段により分岐された前記第３の電気信号の他方に応じて変調された光
を出力するＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ）変換器と、
前記Ｅ／Ｏ変換器から出力された光を伝送する第２の光伝送手段と、
前記第２の光伝送手段で伝送された光を電気信号に変換し、この変換した電気信号を前
記第２のミキサに出力するＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器とを備えたことを特徴とする高周波発振器。

この発明に係わる高周波発振器は、位相雑音の少ない出力信号を得られるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態２に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態３に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態４に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態５に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。

以下、本発明の高周波発振器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。図１において、１は高周波発振器、２は光伝送系、２１は光源であるレーザ光源、２２は光変調手段である光変調器、２３は第１の光伝送手段である第１の光ファイバ、２４は光電変換器、３は電気伝送系、３１は信号発生手段であるローカル発振器、３２は第１の分岐手段である第１のカプラ、３３は第１のミキサ、３４は第２のミキサ、３５はバンドパスフィルタ、３６はフィルタ、３７は高周波増幅器、３８は第２の分岐手段である第２のカプラ、４は通過時間調整手段、４１はＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ）変換器、４２は第２の光伝送手段である第２の光ファイバ、４３はＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器、５は出力信号である。
この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１は、図１に示すように、光信号を伝送する光伝送系２と、電気信号を伝送する電気伝送系３とを備え、発振周波数が第１の周波数である高周波信号（出力信号５）を出力する。

光伝送系２は、レーザ光源２１と光変調器２２と第１の光ファイバ２３と光電変換器２４とを備えている。また、電気伝送系３は、ローカル発振器３１と第１のカプラ３２と、第１のミキサ３３と、第２のミキサ３４と、バンドパスフィルタ３５と、フィルタ３６と、高周波増幅器３７と、第２のカプラ３８を備え、上記第１のカプラ３２と第２のミキサ３４との間には、通過時間調整手段４として、Ｅ／Ｏ変換器４１と、第２の光ファイバ４２と、Ｏ／Ｅ変換器４３とを備えている。

次に、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器の動作について、図１を参照しながら説明する。
まず、光伝送系２では、レーザ光源２１からのレーザ光を光変調器２２に入力する。ここでレーザ光の波長は１．５μｍ帯を用いているが、他の波長帯のレーザ光を用いることもできる。また、レーザ光源２１を用いたレーザ光でなくとも、例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）から発生させた放出光などでもよく、種々の光源を用いて発生させた光を用いることができる。光変調器２２に入力されたレーザ光は、第２のカプラ３８から入力される第１の電気信号に応じて強度変調される。この電気信号は、本高周波発振器１が定常状態で発振動作した後は第１の周波数ｆ_０を有する電気信号となる。第１の周波数ｆ_０としては、ここでは１０ＧＨｚとなるようにしている。光変調器２２で強度変調されたレーザ光は、第１の光ファイバ２３に出力される。第１の光ファイバ２３により伝送された変調光信号は、光電変換器２４に入力される。光電変換器２４は、直接検波により変調光信号を第２の電気信号に変換し、電気伝送系３の第１のミキサ３３に出力する。第２の電気信号は、第１の電気信号と同じく第１の周波数ｆ_０を有している。

なお、必ずしもレーザ光源２１対し光変調器２２を外部に個別に設ける必要はなく、光源と光変調手段が一体化した直接変調型のレーザ光源などを用いることもできる。

一方、電気伝送系３のローカル発振器３１では、第３の電気信号を発生させ、第１のカプラ３２に出力する。第３の電気信号の周波数は、第２の周波数ｆ_１である。第２の周波数ｆ_１としては、ここでは９ＧＨｚを選んでいる。第１のカプラ３２は、ローカル発振器３１からの第３の電気信号を２分岐し、それぞれの電気信号を、第１のミキサ３３、および通過時間調整手段４を介して第２のミキサ３４に出力する。
第１のミキサ３３は、光電変換器２４からの第２の電気信号と第１のカプラ３２からの第３の電気信号の一方とをミキシングし、第４の電気信号を生成する。第４の電気信号は、ミキシングする第２の電気信号と第３の電気信号との和周波数および差周波数を有する２つの周波数成分を有している。第１のミキサ３３は、この第４の電気信号をバンドパスフィルタ３５に出力する。バンドパスフィルタ３５は、第１の周波数ｆ_０よりも低い周波数である第３の周波数ｆ_２＝ｆ_０−ｆ_１（ｆ_０＞ｆ_１の場合）を中心周波数とするあらかじめ設定された通過帯域に含まれる信号成分のみを通過させて、第２のミキサ３４に出力する。ここでは第１の周波数ｆ_０を１０ＧＨｚ、第２の周波数ｆ_１を９ＧＨｚとしているので、第３の周波数ｆ_２は１ＧＨｚとなる。

第２のミキサ３４は、バンドパスフィルタ３５を通過した第４の電気信号と、第１のカプラ３２から通過時間調整手段４を介して到達した第３の電気信号の他方とをミキシングし、第１の電気信号を生成する。この第１の電気信号には和周波数（ｆ_０）および差周波数（｜ｆ_２−ｆ_１｜）の２つの周波数成分が含まれている。ここでは和周波数は１０ＧＨｚとなり、差周波数は８ＧＨｚとなる。第２のミキサ３４は、この第１の電気信号をフィルタ３６に出力する。フィルタ３６では、入力された２つの周波数成分のうち、第１の周波数ｆ_０以外のもう一方の周波数成分（イメージ信号）が除去されて、第１の周波数ｆ_０の電気信号のみが高周波増幅器３７に出力される。ここでは８ＧＨｚのイメージ信号は除去され、１０ＧＨｚの信号が出力される。この信号は、第１のミキサ３３に入力した第２の電気信号と同じ周波数を有している。高周波増幅器３７では、入力された第１の電気信号を所定のゲインで増幅し、第２のカプラ３８に出力する。

第２のカプラ３８に入力された第１の電気信号は所定の分岐比で２分岐され、分岐された一方の電気信号は出力信号５として外部に出力され、分岐されたもう一方の電気信号は光変調器２２に出力される。
ここで、第２のカプラ３８で分岐された第１の電気信号が光変調器２２に再び入力されることにより、帰還回路が構成される。帰還回路全体の損失よりも帰還ゲインが大きくなるように設定することで、この高周波発振器１は、定常状態において、第１の周波数ｆ_０である１０ＧＨｚで発振する。

実施の形態１の高周波発振器１は、帰還回路の一部に第１の光ファイバ２３を用いており、その伝送損失は非常に小さい。例えば、１．５μｍ帯の光ファイバでは、伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ程度のものが市販されている。これは、代表的な電線ケーブルである同軸ケーブルや導波管と比較して非常に優れた特性である。このため、第１の光ファイバ２３の長さを長くすることにより、伝送損失を大きくすることなく、帰還回路の伝送路の延長を図ることができる。高周波発振器１において、帰還回路の長さを長くすることにより、発振のＱ値が増加され、通常の電気伝送系３のみを用いて帰還回路を構成した高周波発振器よりも位相雑音が低減される。すなわち第１の光ファイバ２３の長さを長くすればするほど低位相雑音の特性が得られる。

一方、高周波発振器１の発振する可能性のある周波数（以下、モードと称する。）の間隔は、光ファイバ長に反比例しており、第１の光ファイバ２３を長くするほどモード間隔が狭くなる。従って、不要なモードであるスプリアスを抑圧するため、第１の周波数である発振周波数ｆ_０以外のモードを減衰させるフィルタが帰還回路の内部に必要となる。ここでは、光電変換器２４からの第２の電気信号を第１のミキサ３３でダウンコンバートして第４の電気信号に周波数変換した後、バンドパスフィルタ３５を通過させ、第２のミキサ３４により再度光電変換器２４からの出力と同じ周波数の第１の電気信号にアップコンバートする、ダウンアップコンバート方式を用いている。このため、第１の周波数ｆ_０である発振周波数ｆ_０より低い第２の周波数ｆ_２を中心周波数とするバンドパスフィルタ３５を利用することが可能であり、ダウンアップコンバート方式を用いない場合に比べてバンドパスフィルタ３５に要求される比帯域を広げることができる。

しかし、ダウンアップコンバート方式を適用するかしないかにかかわらず、バンドパスフィルタに要求される帯域幅自体には変更はない。例えば、低位相雑音化を図るために第１の光ファイバ２３のファイバ長を１ｋｍと長くした場合、光ファイバ材料の屈折率を１．５とすると、発振ループ遅延時間は約５μｓとなるため、モード間隔は遅延時間の逆数である約２００ｋＨｚとなる。本高周波発振器では、１つのモードをバンドパスフィルタ３５で選択することで１つのモードのみを発振させる必要があるので、バンドパスフィルタ３５の帯域幅としては、ｋＨｚオーダの小さい値が必要となる。バンドパスフィルタの通過時間は一般的に帯域幅の逆数に近い値となるため、その通過時間τ_１はμｓオーダと考えられる。

ここで、バンドパスフィルタ３５での上記通過時間τ_１とローカル発振器３１の位相雑音とが、高周波発振器１の位相雑音に与える影響について説明する。
光電変換器２４から第１のミキサ３３に入力される第２の電気信号である正弦波の高周波信号をs₀(t)とすると、s₀(t)は次式（１）で表される。

s₀(t)=sin[ω₀t+φ₀(t)] ・・・（１）

ここで、ω₀は高周波発振器１の発振角周波数、φ₀(t)は高周波発振器１の位相雑音を示している。一方、第１のミキサ３３に入力される、ローカル発振器３１からの第３の電気信号の一方である高周波信号をs_l(t)とすると、s_l(t)は次式（２）で表される。

s_l(t)=sin[ω_lt+φ_l(t)] ・・・（２）

ここで、ω_lはローカル発振器３１の発振角周波数、φ_l(t)はローカル発振器３１の位相雑音を示している。式（１）、（２）より第１のミキサ３３からの差周波数成分の出力信号をs_1m(t)とすると、s_1m(t)は次式（３）で表される。

s_1m(t)=sin[(ω₀-ω_l)t+φ₀(t)-φ_l(t)] ・・・（３）

ここで、高周波信号が第１および第２のミキサ間に配置したバンドパスフィルタ３５を通過する時間をτ₁、高周波信号がローカル発振器３１から第２のミキサ３４まで達する時間と、ローカル発振器３１から第１のミキサ３３まで達する時間との差をτ₂とすると、式（１）〜（３）と同様に考えることにより、第２のミキサ３４からの出力信号をs_2m(t)とすると、s_2m(t)は次式（４）で表される。

s_2m(t)=sin[ω₀(t+τ₁)+ω_l(τ₂-τ₁)+φ₀(t+τ₁)+φ_l(t+τ₂)-φ_l(t+τ₁)]
・・・（４）

ここで、式（４）においてτ₁＝τ₂とすると、式（４）は式（５）のように表すことができる。

s_2m(t)=sin[ω₀(t+τ₁)+φ₀(t+τ₁)] ・・・（５）

式（５）では、ローカル発振器３１の位相雑音に起因する項が全てキャンセルされていることが分かる。したがって、τ₁＝τ₂とすることにより、すなわちミキサ間のバンドパスフィルタ３５の通過時間と同じ遅延を、第１のカプラ３２と第２のミキサ３４との間で発生させることで、ローカル発振器３１の位相雑音の影響をキャンセルすることができる。

なお、上記τ₁とτ₂とが完全に一致しなくとも、τ₁とτ₂とを近い値にすることにより、その差に応じた周波数帯域においてローカル発振器３１の位相雑音の影響を減少することができる。

光伝送系を有する高周波発振器は、帰還回路の長さが長くでき、発振のＱ値が大きいので、ローカル発振器３１の位相雑音が重畳しなければ、非常に低位相雑音を実現できる。しかし、ダウンアップコンバート方式において通過時間の調整を行わなかった場合、出力信号にローカル発振器３１の位相雑音が重畳されてしまう。このため、出力信号の位相雑音はローカル発振器３１の雑音成分が支配的になる可能性が高い。低位相雑音のローカル発振器３１を用いることで、ある程度の改善は見込めるが、完全な位相雑音のキャンセルは困難である。また、このような低位相雑音のローカル発振器３１は非常に高価である。本高周波発振器１では、τ₁とτ₂を同様の値とすることにより、ローカル発振器３１の位相雑音の影響を抑圧し、低位相雑音の高周波発振器を得ることができる。

本高周波発振器１では、第１のカプラ３２から第２のミキサ３４側に出力される第３の電気信号の他方は、通過時間調整手段４に入力する。そして通過時間調整手段４に含まれるＥ／Ｏ変換器４１で電気信号から光信号に変換され、第２の光ファイバ４２に出力される。ここで、Ｅ／Ｏ変換器４１は、レーザ光源と光変調器の組み合わせであっても良いし、直接変調型のレーザ光源であっても良く、電気信号をこの電気信号で変調された光信号に変換するものであればどのようなものでも良い。第２の光ファイバ４２は、バンドパスフィルタ３５で生じる通過時間τ_１と、通過時間調整手段４で生じる通過時間τ₂とが同様となるようなファイバ長に設定されている。第２の光ファイバ４２を伝送した光信号は、Ｏ／Ｅ変換器４３で光信号から電気信号に変換され、バンドパスフィルタ３５で生じる通過時間τ_１と同等の通過時間を有する高周波信号として、第２のミキサ３４に出力される。

ここで、本高周波発振器１の通過時間調整手段４としては、例えば同軸ケーブルや遅延素子などを用いても良い。ただし、本高周波発振器１のバンドパスフィルタ３５での通過時間τ_１は、上記した通りμｓオーダである。μｓオーダの時間で電磁波が進む距離は数百メートル相当であり、同軸ケーブルでその距離を伝送させた場合、伝送損失が非常に大きくなる。また、同軸ケーブルは、直径が大きく、可とう性にも優れないため膨大な配置スペースが必要である。

上記の問題に対し、本高周波発振器１の通過時間調整手段４は、低損失の光ファイバ中を伝送して通過時間を発生させているので、μｓオーダの遅延があっても、ほぼ損失なく伝送させることができる。また、光ファイバは軽量で、可とう性に優れるため装置の小型・軽量化につながる。また、光ファイバは一般的に同軸ケーブルに対して広帯域であり、ローカル発振器３１の高周波化に対してもほぼ影響を受けない。更に、光ファイバ４２に外部環境の変化によるファイバの伸縮を抑圧した光ファイバを用いることで、通過時間の安定化が図れる。このように、通過時間調整手段４に同軸ケーブルや遅延素子などを用いることもできるが、光ファイバを用いることで、より小型で高周波に対応しやすい高周波発振器１を得ることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１は、第１の光ファイバ２３が長くなることに伴い発生する不要なスプリアスを抑圧するため第１のミキサ３３と第２のミキサ３４との間に挿入するバンドパスフィルタ３５において生じるμｓオーダの通過時間に対し、第１のカプラ３２と第２のミキサ３４との間に備えた、Ｅ／Ｏ変換器４１と、第２の光ファイバ４２と、Ｏ／Ｅ変換器４３とを含む通過時間調整手段４により、第３の電気信号の他方の通過時間を調整し、バンドパスフィルタ３５の通過時間を補償して、同様の通過時間を発生させているため、出力信号に生じるローカル発振器３１の位相雑音の影響をキャンセルでき、低位相雑音の高周波発振器が得られる。

なお、本実施の形態において、通過時間調整手段４に、Ｅ／Ｏ変換器４１と、第２の光ファイバ４２と、Ｏ／Ｅ変換器４３とを用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、第３電気信号の他方の通過時間を調整することができるあらゆる回路等を用いることができる。

また、本実施の形態において、第２のカプラ３８を高周波増幅器３７と光変調器２２との間に挿入し、出力信号５を取り出す構成を示したが、本発明はこれに限らず、第２のカプラ３８を第２のミキサ３４と光変調器２２との間であれば任意の場所に挿入することができる。さらに、光電変換器２４と第１のミキサ３３との間に挿入することもできる。これらの部分には共通に第１の周波数ｆ_０を有する高周波信号が伝送しており、低位相雑音で第１の周波数ｆ_０を有する出力信号５を取り出すことができる。

さらに、本実施の形態において、ローカル発振器３１で発生する第３の電気信号の周波数である第２の周波数ｆ_１を、高周波発振器の発振周波数である第１の周波数ｆ_０よりも低くした場合について説明したが、これに限らず、第２の周波数ｆ_１を第１の周波数ｆ_０より高くしても良い。例えば、ｆ_０を１０ＧＨｚとし、ｆ_１を１１ＧＨｚとすることもできる。この場合には第３の周波数ｆ_２はｆ_１−ｆ_０となり、やはり１ＧＨｚとなる。このｆ_２を中心周波数とするバンドパスフィルタ３５を用いることで、同様に不要モードであるスプリアスを除去することができる。第２のミキサ３４では和周波数である１２ＧＨｚと差周波数である１０ＧＨｚの高周波信号を発生するが、フィルタ３６で差周波数１０ＧＨｚの高周波信号を選択することにより、同様に高周波発振器を第１の周波数ｆ_０で発振させることができ、本実施例の効果も同様に得られる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。図２において、３４ｂは出力に発生する和周波数信号と差周波数信号のうち不要な信号であるイメージ信号を抑圧するミキサであるイメージリジェクションミキサである。
この発明の実施の形態２に係る高周波発振器１は、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１の第２のミキサ３４をイメージリジェクションミキサ３４ｂとし、更にフィルタ３６を取り除いたことが異なり、それ以外は実施の形態１と同様であるので、同一又は対応する部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
高周波発振器１のイメージリジェクションミキサ３４ｂには、バンドパスフィルタ３５を通過した第４の電気信号と、第１のカプラ３２から通過時間調整手段４を介して伝送された第３の電気信号の他方とが入力される。イメージリジェクションミキサ３４ｂから出力した第１の電気信号は高周波増幅器３７に出力される。

次に、この発明の実施の形態２に係る高周波発振器１の動作について説明する。
実施の形態１では、第２のミキサ３４に入力された２つの高周波信号をミキシングし、和周波数および差周波数を有する２つの高周波信号を生成し、フィルタ３６で一方の不要な高周波信号であるイメージ信号を除去している。これに対し、実施の形態２では、ミキシングして得られた和周波数、および差周波数のうちの不要となる一方の信号を抑圧し、もう一方の所望の発振周波数ｆ_０を有する信号のみを出力するイメージリジェクションミキサ３４ｂを備えている。つまり、第１の形態における信号選択手段としてのフィルタ３６の役割をイメージリジェクションミキサ３４ｂが兼ね備えており、イメージリジェクションミキサ３４ｂのみで発振周波数ｆ_０以外の不要なイメージ信号の抑圧が可能である。
以上のように、第２のミキサとしてイメージリジェクションミキサ３４ｂを用いることで、イメージ信号抑圧用のフィルタ３６が不要となるため、高周波発振器１をさらに小型化できるという効果が得られる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。図３において、４４は光路長可変手段であり、光ファイバに機械的な応力を与えて光ファイバの光路長を可変できるファイバストレッチャである。また、４５は電気信号の通過遅延時間を可変できる回路素子である可変遅延素子である。
この発明の実施の形態３に係る高周波発振器１は、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１の通過時間調整手段４に、ファイバストレッチャ４４と、可変遅延素子４５とを追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同一又は対応する部分に同じ符号を付記し説明は簡略化する。
実施の形態３の高周波発振器１では、第１のカプラ３２とＥ／Ｏ変換器４１との間に可変遅延素子４５を備えている。また、Ｅ／Ｏ変換器４１と、Ｏ／Ｅ変換器４３との間の第２の光ファイバ４２に隣接して、ファイバストレッチャ４４を備えている。

次に、この発明の実施の形態３に係る高周波発振器１の動作について説明する。
実施の形態１では、通過時間調整手段４は、Ｅ／Ｏ変換器４１と、第２の光ファイバ４２と、Ｏ／Ｅ変換器４３とを備えることで、バンドパスフィルタ３５と同等の通過時間を発生している。しかし、上記実施の形態１では、第２の光ファイバ４２のファイバ長のみで通過時間を調整するため、通過時間の微調整が必ずしも容易ではない。

そこで実施の形態３の高周波発振器１では、第１のカプラ３２から第２のミキサ３４側に出力した第３の電気信号の他方を、通過時間調整手段４に含まれる可変遅延素子４５を介してＥ／Ｏ変換器４１に入力する。Ｅ／Ｏ変換器４１では電気信号を変調光信号に変換し、第２の光ファイバ４２に出力する。第２の光ファイバ４２に入力された変調光信号は、ファイバストレッチャ４４を介してＯ／Ｅ変換器４３に出力する。Ｏ／Ｅ変換器４３は、変調光信号を電気信号に変換し、第２のミキサ３４に出力する。

上記構成では、可変遅延素子４５またはファイバストレッチャ４４で通過時間の微調整が可能であるため、通過時間調整手段４の通過時間をバンドパスフィルタ３５の通過時間に正確に合わせることができる。従って、出力信号５に対するローカル発振器３１の位相雑音の重畳をより完全に近い状態で抑制することができる。また、外部環境の変化により通過時間が変化した場合や、使用する設定条件が変更になった場合などにも、簡単に再調整が可能である。

なお、実施の形態３においては、可変遅延素子４５とファイバストレッチャ４４は、少なくともどちらか一方が備えられていれば良い。また、可変遅延素子４５は、必ずしも上記した第一のカプラ３２と、Ｅ／Ｏ変換器４１との間にある必要はなく、第一のカプラ３２と、Ｅ／Ｏ変換器４１との間、Ｏ／Ｅ変換器４３と第２のミキサ３４との間、第１のカプラ３２と第１のミキサ３３との間、第１のミキサ３３とバンドパスフィルタ３５との間、およびバンドパスフィルタ３５と第２のミキサ３４との間の少なくとも一箇所に備えられていれば良い。また、可変遅延素子４５は、正の通過時間を有する遅延素子に限られることはなく、負の通過時間（群遅延時間）を有する遅延素子であっても良い。

以上のように、通過時間調整手段４に、ファイバストレッチャ４４、可変遅延素子４５のいずれか、およびその両方を備えることにより、出力信号５へのローカル発振器３１の位相雑音の重畳をより完全に近い状態で抑制することができる。また、環境変化等に対する通過時間の変化に対しても調整が可能であり、フレキシブルな対応が可能となるという効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。図４において、２５は光分岐手段である光カプラ、４６はＥ／Ｏ変換器である第２の光変調器、６は第３の光ファイバである。
この発明の実施の形態４に係る高周波発振器１は、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１において、Ｅ／Ｏ変換器４１を第２の光変調器４６のみの構成とし、レーザ光源２１からのレーザ光を分岐する光カプラ２５と、光カプラ２５と第２の光変調器４６とを接続する第３の光ファイバ６を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同一又は対応する部分に同じ符号を付記し説明は簡略化する。
高周波発振器１では、レーザ光源２１からのレーザ光を２分岐する光カプラ２５と、分岐した一方のレーザ光を、通過時間調整手段４に含まれる第２の光変調器４６に伝送する第３の光ファイバ６を備えている。

次に、この発明の実施の形態４に係る高周波発振器１の動作について説明する。
実施の形態１では、光伝送系２と通過時間調整手段４とが完全に独立しているため、通過時間調整手段４にも光ファイバを用いる構成とした場合には、最低でも２つのレーザ光源等が必要である。そこで実施の形態４の高周波発振器１では、レーザ光源２１からのレーザ光を光カプラ２５で２分岐し、一方を光変調器２２に出力し、もう一方を、第３の光ファイバ６を介して通過時間調整手段４に含まれる第２の光変調器４６に出力する。第２の光変調器４６は、第３の光ファイバ６から入力されたレーザ光に対して、ローカル発振器３１で発生し第１のカプラ３２を介して入力される第３の電気信号の他方によって変調を施し、この変調光信号を第２の光ファイバ４２を介してＯ／Ｅ変換器４３へ出力する。実施の形態１では通過時間調整手段４のＥ／Ｏ変換器４１内にレーザ光源等の光源が必要であったが、実施の形態４の通過時間調整手段４では、レーザ光源２１からのレーザ光を分岐して使用するため、新たにレーザ光源等を備えることなく、実施の形態１と同様の効果が得られる。

以上のように、光カプラ２５で分岐した一方のレーザ光を第３の光ファイバ６を介して第２の光変調器４６に入力することで、レーザ光源２１のレーザ光が通過時間調整手段４でも利用可能となるため、１つのレーザ光源等で高周波発振器１が動作可能となり、高周波発振器の小型化・低コスト化および低消費電力化が図れるという効果が得られる。

実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５に係る高周波発振器の構成を示す構成図である。図５において、４７は通過時間調整手段である負の群遅延時間発生手段である。
この発明の実施の形態５に係る高周波発振器１は、この発明の実施の形態１に係る高周波発振器１の通過時間調整手段４を、負の群遅延時間発生手段４７とし、この通過時間調整手段４を第１のカプラ３２と第２のミキサ３４の間ではなく、第１のカプラ３２と第１のミキサ３３の間に挿入したことが異なり、それ以外は同様である。他の、同一又は相当する部分には同じ符号を付記し説明は簡略化する。
高周波発振器１では、第１のカプラ３２と第１のミキサ３３との間に、負の群遅延時間発生手段４７を備えている。

次に、この発明の実施の形態５に係る高周波発振器１の動作について説明する。
実施の形態１では、通過時間調整手段４は、Ｅ／Ｏ変換器４１、第２の光ファイバ４２、およびＯ／Ｅ変換器４３で構成されており、その通過時間は正の遅延時間である。一方実施の形態５では、通過時間調整手段４として、特定の周波数において負の群遅延時間を発生する負の遅延時間発生手段４７を備えている。このような手段としては、例えば、周期構造を持つ直列共振と並列共振を用いた回路により、共振周波数を中心としたある周波数領域で負の群遅延時間を発生させること等で実現できる。

第１のカプラ３２は、ローカル発振器３１からの第３の電気信号を２分岐し、分岐された第３の電気信号の他方を第２のミキサ３４に出力し、分岐された第３の電気信号の一方を、負の群遅延時間発生手段４７に出力する。負の群遅延時間発生手段４７では、後に通過するバンドパスフィルタ３５で生じる正の遅延時間と同等の負の遅延時間を第３の電気信号の一方に与え、第１のミキサ３３に出力する。第１のミキサ３３は、負の群遅延時間発生手段４７からの負の遅延時間を有する第３の電気信号の一方と、光電変換器２４からの第２の電気信号をミキシングし、これら２つの電気信号の和周波数および差周波数を有する高周波信号をバンドパスフィルタ３５に出力する。バンドパスフィルタ３５は、第３の周波数を中心周波数とする所定の通過帯域に含まれる信号成分のみを通過させ、第２のミキサ３４に出力する。

この際、バンドパスフィルタ３５では遅延時間が発生するが、負の群遅延時間発生手段４７でバンドパスフィルタ３５の遅延時間に相当する負の遅延時間が与えられているため、これらの遅延時間はキャンセルされる。従って、第１のカプラ３２から第２のミキサ３４に直接入力される第３の電気信号の他方と、第１のカプラ３２から負の群遅延時間発生手段４７、第１のミキサ３３、バンドパスフィルタ３５を通過して第２のミキサ３４に入力される第４の電気信号とは時間差を生じない。このため、出力信号５に対するローカル発振器３１の位相雑音の重畳をキャンセルでき、低位相雑音の高周波発振器が得られる。
また、実施の形態１では、通過時間調整手段４は、Ｅ／Ｏ変換器４１、第２の光ファイバ４２、およびＯ／Ｅ変換器４３と、多くの要素で構成されているが、それに比べ実施の形態５では負の群遅延時間発生手段４７のみの簡単な構成でよいため、高周波発振器を小型化、低消費電力化する効果が得られる。

以上のように、負の群遅延時間発生手段４７で負の遅延時間を与えることにより、第１のカプラ３２から第２のミキサ３４に直接入力される第３の電気信号の他方と、第１のカプラ３２から負の群遅延時間発生手段４７、第１のミキサ３３、バンドパスフィルタ３５を通過して第２のミキサ３４に入力される第４の電気信号の時間差をキャンセルすることができるので、低位相雑音の高周波発振器が得られる。また、通過時間調整手段４が簡単な構成であるため、高周波発振器の小型化・低消費電力化が可能という効果が得られる。

なお、実施の形態では、通過時間調整手段である負の群遅延時間発生手段４７を第１のカプラ３２と第１のミキサ３３の間に挿入した場合を示したが、本発明はこれに限らず、負の群遅延時間発生手段４７を、第１のミキサ３３とバンドパスフィルタ３５の間、バンドパスフィルタ３５と第２のミキサ３４の間、のいずれかに挿入しても良いことは明らかであり、これらの場合にも同様の効果を得ることができる。

１高周波発振器、２光伝送系、２１レーザ光源、２２光変調器、２３第１の光ファイバ、２４光電変換器、２５光カプラ、３電気伝送系、３１ローカル発振器、３２第１のカプラ、３３第１のミキサ、３４第２のミキサ、３４ｂイメージリジェクションミキサ、３５バンドパスフィルタ、３６フィルタ、３７高周波増幅器、３８第２のカプラ、４通過時間調整手段、４１Ｅ／Ｏ変換器、４２第２の光ファイバ、４３Ｏ／Ｅ変換器、４４ファイバストレッチャ、４５可変遅延素子、４６第２の光変調器、４７負の群遅延時間発生手段、５出力信号、６第３の光ファイバ。

Claims

光を発生する光源と、
前記光源で発生した光を第１の電気信号により変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された光を伝送する第１の光伝送手段と、
前記第１の光伝送手段で伝送された光を第２の電気信号に変換する光電変換器と、
第３の電気信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段で発生した前記第３の電気信号を２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段により分岐された前記第３の電気信号の一方と前記第２の電気信号
とのミキシングにより、前記第３の電気信号の一方と前記第２の電気信号との差周波数を
有する第４の電気信号を生成する第１のミキサと、
前記第１のミキサにより生成された前記差周波数を有する第４の電気信号を通過させる
バンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを通過した前記第４の電気信号と前記第１の分岐手段により分
岐された前記第３の電気信号の他方とのミキシングにより、前記第２の電気信号と同じ周
波数を有し前記光変調手段で光を変調する前記第１の電気信号を生成する第２のミキサと
、
前記第１の電気信号または前記第２の電気信号の一部を分岐し、この分岐した電気信号
を出力信号として出力する第２の分岐手段と、
前記第３の電気信号の一方、前記第３の電気信号の他方、および、前記第４の電気信号
のいずれかの通過時間を調整する通過時間調整手段とを備え、
前記通過時間調整手段は、
前記第１の分岐手段により分岐された前記第３の電気信号の他方に応じて変調された光
を出力するＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ）変換器と、
前記Ｅ／Ｏ変換器から出力された光を伝送する第２の光伝送手段と、
前記第２の光伝送手段で伝送された光を電気信号に変換し、この変換した電気信号を前
記第２のミキサに出力するＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器とを備えたことを特徴とする高周波発振器。
前記Ｅ／Ｏ変換器と前記Ｏ／Ｅ変換器の間の光路長を可変する光路長可変手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波発振器。
前記第２の光伝送手段は光ファイバであることを特徴とする請求項１または請求項２に
記載の高周波発振器。
前記光源で発生した光を２つに分岐し、この分岐した光の一方を前記光変調手段に出力
するとともに、他方を前記Ｅ／Ｏ変換器に出力する光分岐手段を備えたことを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに1項に記載の高周波発振器。