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特許6487064フェイズドアレイアンテナ

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6487064

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】フェイズドアレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

H01Q 3/26 20060101AFI20190311BHJP

H04B 7/06 20060101ALI20190311BHJP

H04J 14/02 20060101ALI20190311BHJP

H04B 10/25 20130101ALI20190311BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/26 Z

H04B7/06 670

H04J14/02

H04B10/25

【請求項の数】11

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2017-552296(P2017-552296)

(86)(22)【出願日】2016年9月13日

(86)【国際出願番号】JP2016077009

(87)【国際公開番号】WO2017090301

(87)【国際公開日】20170601

【審査請求日】2018年5月10日

(31)【優先権主張番号】特願2015-229843(P2015-229843)

(32)【優先日】2015年11月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯＷＯＲＬＤＰＡＴＥＮＴ＆ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】長谷川雄大

(72)【発明者】

【氏名】官寧

【審査官】新田亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７−０６７８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４−０９６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００３５１８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ３／２６

Ｈ０４Ｂ７／０６

Ｈ０４Ｂ１０／２５

Ｈ０４Ｊ１４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）を生成する合波器と、
搬送光ＣＬを和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、
信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、
遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、
各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、
遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、
遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する分波器と、
遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、
ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。

【請求項2】

ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、
搬送光ＣＬを中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、
信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、
遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、
各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、
遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する光復調器と、
遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、
ことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ。

【請求項3】

搬送光ＣＬｉを生成する光源からなる光源群であって、各光源にて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎの波長が異なる光源群と、
搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する合波器と、を更に備え、
前記時間遅延器は、
信号光ＳＬに波長分散を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する光導波路と、
遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する波長分波器と、を有している、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項4】

前記光源は、生成する搬送光ＣＬｉの波長が可変な光源である、
ことを特徴とする請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項5】

前記光導波路は、信号光ＳＬに与える波長分散が可変な光導波路である、
ことを特徴とする請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項6】

搬送光ＣＬを生成する光源を更に備え、
前記時間遅延器は、
信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する光分岐器と、
各信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する光導波路からなる光導波路群であって、各光導波路にて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさが異なる光導波路群と、を有している、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項7】

前記光源は、生成する搬送光ＣＬの波長が可変な光源であり、
前記光導波路群は、波長分散の異なる光導波路により構成されている、
ことを特徴とする請求項６に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項8】

前記光導波路群は、光路長が可変な光導波路からなる、
ことを特徴とする請求項６に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項9】

各給電回路Ｆｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器に代えて、
遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）を逓倍することによって遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）を生成する逓倍器と、
遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔ）を生成する混合器と、を有している、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項10】

各給電回路Ｆｉは、
対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、
中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する合波器と、
和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、
前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、
遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを生成する分波器と、
遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【請求項11】

各給電回路Ｆｉは、
対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、
中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とで直角位相振幅変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、
前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延光信号ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを生成する光復調器と、
遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、
ことを特徴とする請求項２に記載のフェイズドアレイアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フェイズドアレイアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信の大容量化を図るために、使用する周波数帯域の広帯域化及び高周波化が進んでいる。近年では、マイクロ波帯（０．３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ以下）のみならず、ミリ波帯（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）が無線通信に使用されるようになっている。なかでも、大気中での減衰が大きい６０ＧＨｚ帯は、データの漏洩が生じ難い帯域として注目されている。

【0003】

６０ＧＨｚ帯の無線通信に使用されるアンテナには、広帯域性の他に高利得性が求められる。６０ＧＨｚ帯は、上述したように、大気中での減衰が大きいからである。６０ＧＨｚ帯での使用に耐える高利特性を有するアンテナとしては、例えば、アレイアンテナが挙げられる。ここで、アレイアンテナとは、複数の放射素子をアレイ状又はマトリクス状に並べたアンテナのことを指す。

【0004】

アレイアンテナでは、各放射素子に供給する無線周波数信号（ＲＦ信号）の位相を制御することによって、放射する電磁波の主ビーム方向を変化させることが可能である。このようなビーム走査機能を有するアレイアンテナは、フェイズドアレイアンテナと呼ばれ、盛んに研究開発が進められている。

【0005】

従来のフェイズドアレイアンテナの典型的な構成を、図１１に示す。このフェイズドアレイアンテナは、図１１に示すように、（１）時間遅延素子ＴＤ１〜ＴＤ４を用いて無線周波数信号ＲＦに時間遅延を与え、（２）遅延無線周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４を放射素子Ａ１〜Ａ４に供給するものである。

【0006】

しかしながら、図１１に示すフェイズドアレイアンテナは、ミリ波帯の使用に適さない。なぜなら、時間遅延素子などの電気的な手段を用いて、ミリ波帯の無線周波数信号に対して高精度の時間遅延を与えることは困難だからである。

【0007】

このため、ミリ波帯を使用するフェイズドアレイアンテナにおいては、通常、波長分散ファイバなどの光学的な手段を用いて、無線周波数信号に対して高精度の時間遅延を与える構成が採用される。このようなフェイズドアレイアンテナを図１２及び図１３に示す。

【0008】

図１２に示すフェイズドアレイアンテナ１０１は、光源ＬＳ１〜ＬＳ４と、光合波器ＯＭＰと、光変調器ＯＭと、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１〜ＯＥ４と、放射素子Ａ１〜Ａ４とを備えている。光導波路ＯＭＧとしては、波長分散媒質により構成された光導波路が用いられる。このフェイズドアレイアンテナ１０１では、以下のようにして、異なる時間遅延Δｔ１〜Δｔ４が与えられた無線周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４を生成する。

【0009】

（１）波長の異なる搬送光ＣＬ１〜ＣＬ４を合波することによって、搬送光ＣＬを生成する（光合波器ＯＭＰ）。（２）搬送光ＣＬを無線周波数信号ＲＦで強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する（光変調器ＯＭ）。（３）信号光ＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する（光導波路ＯＭＧ）。（４）遅延信号光ＳＬ’を波長分波することよって、遅延信号光ＳＬ’１〜ＳＬ’４を生成する（波長分波器ＷＤＭ）。（５）遅延信号光ＳＬ’１〜ＳＬ’４をＯ／Ｅ変換することによって、遅延無線周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４を生成する（Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１〜ＯＥ４）。

【0010】

図１２に示すフェイズドアレイアンテナ１０１においては、搬送光ＣＬ１〜ＣＬ４の波長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１〜Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（特許文献１参照）。或いは、信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）を変更することによっても、無周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１〜Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（非特許文献１参照）。

【0011】

図１３に示すフェイズドアレイアンテナ１０２は、光源ＬＳと、光変調器ＯＭと、光分岐器ＯＤと、光導波路ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４と、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥ１〜ＯＥ４と、放射素子Ａ１〜Ａ４とを備えている。光導波路ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４は、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の異なる光導波路により構成される。このフェイズドアレイアンテナ１０２では、以下のようにして、異なる時間遅延Δｔ１〜Δｔ４が与えられた無線周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４を生成する。

【0012】

（１）搬送光ＣＬを無線周波数信号ＲＦにて強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する（光変調器ＯＭ）。（２）信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１〜ＳＬ４を生成する（光分岐器ＯＤ）。（３）信号光ＳＬ１〜ＳＬ４に時間遅延Δｔ１〜Δｔ４を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１〜ＳＬ’４を生成する（ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４）。（４）遅延信号光ＳＬ’１〜ＳＬ’４をＯ／Ｅ変換することによって、遅延無線周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４を生成する（Ｏ／Ｅ変換器Ｅ１〜ＯＥ４）。

【0013】

光導波路ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４が波長分散の異なる光導波路により構成されている場合、搬送光ＣＬの波長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１〜Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（特許文献２参照）。一方、光導波路ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４が光路長の異なる光導波路により構成されている場合、光導波路ＯＷＧ１〜ＯＷＧ４の光路長を変更することによって、無周波数信号ＲＦ’１〜ＲＦ’４に与える時間遅延Δｔ１〜Δｔ４を変化させ、これにより主ビーム方向を制御することができる（非特許文献２、３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】日本国公開特許公報「特開２００７−１６５９５６号」

【特許文献2】日本国公開特許公報「特開２００４−２３４００号」

【特許文献3】日本国公開特許公報「特開２００１−８５９２５号」

【非特許文献】

【0015】

【非特許文献1】Dennis T. K. Tong and Ming C. Wu, 'A Novel Multiwavelength Optically Controlled Phased Array Antenna with a Programmable Dispersion Matrix', IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 8, NO.6, JUNE 1996

【非特許文献2】David A. Tulchinsky and Paul J. Matthews, 'Ultrawide-Band Fiber-Optics Control of a Millimeter-Wave Transmit Beamformer', IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND THECHNIQUES, VOL. 49, NO.7, JULY 2001

【非特許文献3】Timothy P. McKenna, Jeffery A. Nanzer and Thomas R. Clark Jr., 'Photonic Beamstreering of a Millimeter-Wave Array With 10-Gb/s Data Transmission' IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 26, NO.14, JULY 2014

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、図１２〜図１３に示した従来のフェイズドアレイアンテナ１０１〜１０２のように、光学的な手段を用いて無線周波数信号を遅延する場合、電子部品と比べて高価な光学部品を使用する必要があるため、コストの上昇が避けられない。特に、ミリ波帯での使用を想定すると、入手困難又は高価な光変調器やＯ／Ｅ変換器などを使用する必要があり、コストの大幅な上昇が見込まれる。

【0017】

本発明は、上記の課題に鑑みてされたものであり、その目的は、ミリ波帯での使用が可能でありながら従来よりも安価なフェイズドアレイアンテナを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するために、本発明に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）を生成する合波器と、搬送光ＣＬを和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ミリ波帯での使用が可能でありながら従来よりも安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示すフェイズドアレイアンテナの第１の具体例を示すブロック図である。

【図3】図１に示すフェイズドアレイアンテナの第２の具体例を示すブロック図である。

【図4】図１に示すフェイズドアレイアンテナの変形例を示すブロック図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

【図6】図５に示すフェイズドアレイアンテナの第１の具体例を示すブロック図である。

【図7】図５に示すフェイズドアレイアンテナの第２の具体例を示すブロック図である。

【図8】図５に示すフェイズドアレイアンテナの変形例を示すブロック図である。

【図9】図１に示すフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例を示すブロック図である。

【図10】図５に示すフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例を示すブロック図である。

【図11】従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

【図12】従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

【図13】従来のフェイズドアレイアンテナの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

〔第１の実施形態〕
（フェイズドアレイアンテナの構成）
本発明の第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、フェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。

【0022】

フェイズドアレイアンテナ１は、図１に示すように、合波器ＭＰと、光変調器ＯＭと、時間遅延器ＴＤと、ｎ個の給電回路Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｎからなる給電回路群と、ｎ個の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎからなる放射素子群と、を備えた送信用アンテナである。ここで、ｎは、２以上の任意の整数であるが、図１においては、ｎ＝４の場合の構成を例示している。

【0023】

合波器ＭＰは、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）＝Ｖ_ＩＦ（ｔ）＋Ｖ_ＬＯ（ｔ）を生成する。中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）が（１）式及び（２）式のように与えられている場合、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）は、（３）式のように与えられる。合波器ＭＰにて生成された和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）は、データ信号として光変調器ＯＭに供給される。

【0024】

【数1】

【0025】

【数2】

【0026】

【数3】

光変調器ＯＭは、搬送光ＣＬを和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する。光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本実施形態においては、光変調器ＯＭとして、ＭＺ変調器（Mach-Zehnder Modulator）を用いる。また、搬送光ＣＬを生成する光源の構成については、参照する図面を代えて後述する。

【0027】

時間遅延器ＴＤは、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する。すなわち、時間遅延器ＴＤは、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）が重畳された光信号ＳＬから、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）が重畳された遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、後述するように、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。時間遅延器ＴＤにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、時間遅延器ＴＤの構成については、参照する図面を代えて後述する。

【0028】

給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉを遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する。給電回路Ｆｉにて生成された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉに供給される。

【0029】

各給電回路Ｆｉは、図１に示すように、Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉと、分波器ＤＰｉと、混合器ＭＸｉと、を有している。なお、各給電回路Ｆｉの構成は共通なので、図１においては、給電回路Ｆ１を構成するＯ／Ｅ変換器ＯＥ１、分波器ＤＰ１、及び混合器ＭＸ１にのみ参照符号を付している。

【0030】

Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉは、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換（光電変換）することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を生成する。Ｏ／Ｅ変換器ＯＥｉは、例えば、フォトダイオードである。和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）が（３）式のように与えられている場合、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）は、（４）式のように与えられる。

【0031】

【数4】

分波器ＤＰｉは、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する。遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）が（４）式のように与えられている場合、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）は、（５）式及び（６）式のように与えられる。

【0032】

【数5】

【0033】

【数6】

混合器ＭＸｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する。遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）が（５）式及び（６）式以下のように与えられている場合、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）は、（７）式のように与えられる。

【0034】

【数7】

各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、従来のフェイズドアレイアンテナと同様に設定すればよい。例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが同一直線上にこの順で並んでいる場合、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて、（８）式に従って設定すればよい。（８）式において、ｃは、光速を表し、ｄｉは、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔を表す。また、θは、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射する電磁波の等位相面との成す角である。

【0035】

【数8】

例えば、６０ＧＨｚ帯（５７ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下）の電磁波を放射する場合、隣接する放射素子間の距離は、例えば、中心周波数６１．５ＧＨｚに対応する自由空間波長の１／２、すなわち、２．４４ｍｍに設定すればよい。すなわち、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔ｄｉは、２．４４×（ｉ−１）ｍｍに設定すればよい。このとき、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射される電磁波の等位相面との成す角θが４５°になるように放射方向を傾けるためには、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉを５．７×（ｉ−１）ｐｓに設定すればよい。

【0036】

一方、７０ＧＨｚ帯（７１ＧＨｚ以上７６ＧＨｚ以下）の電磁波を放射する場合、隣接する放射素子間の距離は、例えば、中心周波数７３．５ＧＨｚに対応する自由空間波長の１／２、すなわち、２．０４ｍｍに設定すればよい。すなわち、放射素子Ａ１と放射素子Ａｉとの間隔ｄｉは、２．０４×（ｉ−１）ｍｍに設定すればよい。このとき、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎが並んでいる直線と放射される電磁波の等位相面との成す角θが４５°になるように放射方向を傾けるためには、各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉを４．８×（ｉ−１）ｐｓに設定すればよい。

【0037】

フェイズドアレイアンテナ１において注目すべき第１の点は、各放射素子Ａｉに入力される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延量が周波数に依存しない点である。したがって、フェイズドアレイアンテナ１においては、放射する電磁波の周波数が変更されても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。

【0038】

フェイズドアレイアンテナ１において注目すべき第２の点は、光変調器ＯＭにて変調されるデータ信号が、無線周波数信号よりも周波数の低い、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）との和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）である点である。これにより、フェイズドアレイアンテナ１をミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価な光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0039】

なお、各給電回路Ｆｉにおいて分波器ＤＰｉと混合器ＭＸｉとの間に、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）を逓倍する逓倍器を挿入してもよい。この場合、混合器ＭＸｉに入力される遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）は、（９）式のようになり、混合器ＭＸｉにより生成される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）は、（１０）式のようになる。ここで、ｋは、２以上の任意の整数であり、例えば、２又は３である。この場合であっても、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延量は、周波数に依存しない。

【0040】

【数9】

【0041】

【数10】

（フェイズドアレイアンテナの第１の具体例）
次に、フェイズドアレイアンテナ１の第１の具体例について、図２を参照して説明する。図２は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。

【0042】

本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、ｎ個の光源ＬＳ１，ＬＳ２，…，ＬＳｎからなる光源群と、光合波器ＯＭＰと、を備えている。

【0043】

光源ＬＳｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、搬送光ＣＬｉを生成する。光源ＬＳ１〜ＬＳｎにて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，Ｃｎの波長λ１，λ２，…，λｎは、互いに異なっている。各光源ＬＳｉにて生成された搬送光ＣＬｉは、光合波器ＯＭＰに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳｉとして、半導体レーザ素子を用いる。

【0044】

光合波器ＯＭＰは、搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する。搬送光ＣＬには、波長λ１，λ２，…，λｎを有する搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎが成分として含まれる。光合波器ＯＭＰにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。

【0045】

また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、時間遅延器ＴＤは、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、により構成されている。

【0046】

光導波路ＯＷＧは、波長分散媒質により構成された光導波路であり、信号光ＳＬに波長分散（波長λに依存した時間遅延）ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する。信号光ＳＬには、波長の異なる信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎが成分として含まれ、遅延信号光ＳＬ’には、波長及び位相の異なる遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎが成分として含まれる。信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）は、放射する電磁波の主ビーム方向に応じた時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを各信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎに与えられるよう、十分な大きさに設定される。光導波路ＯＷＧにて生成された遅延信号光ＳＬ’は、波長分波器ＷＤＭに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧとして、シングルモードファイバを用いる。

【0047】

波長分波器ＷＤＭは、遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＷＤＭにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、上述した給電回路Ｆｉに供給される。

【0048】

なお、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。

【0049】

＜構成１＞
本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、各搬送光ＣＬｉの波長λｉを変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。光導波路ＯＷＧとして、波長分散媒質により構成された光導波路を用いているからである。

【0050】

したがって、生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉが可変な光源を光源ＬＳｉとして用い、各光源ＬＳｉが生成する搬送光ＣＬｉの波長λｉを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。

【0051】

＜構成２＞
また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１においては、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）を変化させることによっても、各遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。

【0052】

したがって、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧとして用い、光導波路ＯＷＧが信号光ＳＬに与える波長分散ΔＤ（λ）を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。

【0053】

なお、６０ＧＨｚ帯においてビーム走査が可能なフェイズドアレイアンテナ１を実現するためには、例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを２．４ｍｍ間隔で同一直線上に並べ、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）の周波数ｆＩＦを２２ＧＨｚ以上３１ＧＨｚ以下に設定し、局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）の周波数ｆＬＯを３５ＧＨｚに設定すればよい。また、７０ＧＨｚ帯においてビーム走査が可能なフェイズドアレイアンテナを実現するためには、例えば、放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを２．１ｍｍ間隔で同一直線上に並べ、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）の周波数ｆＩＦを３１ＧＨｚ以上３６ＧＨｚ以下に設定し、局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）の周波数ｆＬＯを４０ＧＨｚに設定すればよい。データ信号の周波数が４０ＧＨｚ以下であれば、本願出願時点で市場に広く流通しているＭＺ変調器を光変調器ＯＭとして利用することができるからである。

【0054】

（フェイズドアレイアンテナの第２の具体例）
次に、フェイズドアレイアンテナ１の第２の具体例について、図３を参照して説明する。図３は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。

【0055】

本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、単一の光源ＬＳを備えている。

【0056】

光源ＬＳは、搬送光ＣＬを生成する。光源ＬＳにて生成された搬送光ＣＬは、上述した光変調器ＯＭに供給される。なお、本具体例においては、光源ＬＳとして、半導体レーザ素子を用いる。

【0057】

また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、時間遅延器ＴＤは、光分岐器ＯＤと、ｎ個の光導波路ＯＷＧｉからなる光導波路群と、により構成されている。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎは、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の可変な光導波路である。なお、波長分散の異なる光導波路としては、例えば、シングルモードファイバと分散補償ファイバとの組み合わせや分散シフトファイバなどが挙げられる。

【0058】

光分岐器ＯＤは、信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する。光分岐器ＯＤにより生成された各信号光ＳＬｉは、対応する光導波路ＯＷＧｉに供給される。

【0059】

光導波路ＯＷＧｉは、信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎにて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさは、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。各光導波路ＯＷＧｉにて生成された遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、本具体例においては、光導波路ＯＷＧｉとして、時間遅延Δｔｉに応じた光路長を有する光ファイバを用いる。

【0060】

なお、本具体例に係るフェイズドアレイにアンテナ１においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。

【0061】

＜構成１＞
光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが波長分散の異なる光導波路（異なる波長分散値を持つ波長分散媒質により構成された光導波路）である場合、搬送光ＣＬの波長λを変化させることによって、各遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。

【0062】

したがって、この場合、生成する搬送光ＣＬの波長λが可変な光源を光源ＬＳとして用い、光源ＬＳが生成する搬送光ＣＬの波長λを、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。

【0063】

＜構成２＞
一方、光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎが光路長の可変な光導波路である場合、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。

【0064】

したがって、この場合、光路長が可変な光導波路を光導波路ＯＷＧｉとして用い、各光導波路ＯＷＧｉの光路長を、求める主ビーム方向に応じて制御する構成を採用すれば、ビーム走査を実現することができる。

【0065】

（フェイズドアレイアンテナの変形例）
次に、フェイズドアレイアンテナ１の変形例について、図４を参照して説明する。図４は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１の構成を示すブロック図である。

【0066】

本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１は、図１に示したフェイズドアレイアンテナ１に受信用の構成を付加した送受信兼用アンテナである。

【0067】

図４に示すように、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１の各給電回路Ｆｉは、受信用の構成として、混合器ＲＭＸ１ｉと、合波器ＲＭＰｉと、光変調器ＲＯＭｉと、Ｏ／Ｅ変換器ＲＯＥｉと、分波器ＲＤＰｉと、混合器ＲＭＸ２ｉとを有しており、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ１ｉと、サーキュレータＣ２ｉとを有している。また、フェイズドアレイアンテナ１は、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ３と、波長分波器ＲＷＤＭとを有している。

【0068】

混合器ＲＭＸ１ｉは、無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。ここで、無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号である。無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）は、（１１）式のように表され、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）は、（６）式のように表されるので、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（１２）式のように表される。

【0069】

【数11】

【0070】

【数12】

合波器ＲＭＰｉは、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）が（１２）式のように表され、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）が（６）式のように表されるので、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）は、（１３）式のように表される。

【0071】

【数13】

光変調器ＲＯＭｉは、搬送光ＣＬｉを和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調することによって、信号光ＲＳＬｉを生成する。光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、図２に示す第１の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、対応する光源ＬＳｉにて生成されて搬送光を用い、図３に示す第２の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、単一の光源ＬＳにて生成された搬送光を用いる。

【0072】

時間遅延器ＴＤは、信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎから遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。図２に示す第１の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎを合波することによって、信号光ＲＳＬを生成し、（２）信号光ＲＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。一方、図３に示す第２の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎ毎に時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成し、（２）遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを合波することよって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。時間遅延器ＴＤにて生成された遅延信号光ＲＳＬ’は、波長分波器ＲＷＤＭに供給される。

【0073】

波長分波器ＲＷＤＭは、遅延信号光ＲＬＳ’を波長分波することによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＲＷＤＭにて得られた各遅延信号光ＲＳＬ’ｉは、対応する給電回路ＦｉのＯ／Ｅ変換器ＲＯＥｉに供給される。

【0074】

Ｏ／Ｅ変換器ＲＯＥｉは、遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を生成する。和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）が（１３）式のように表されるので、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）は、（１４）式のように表される。

【0075】

【数14】

分波器ＲＤＰｉは、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）とを生成する。遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）が（１４）式のように表されるので、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）は、（１５）式及び（１６）式のように表される。

【0076】

【数15】

【0077】

【数16】

混合器ＲＭＸ２ｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する。遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）が（１５）式及び（１６）式のように表されるので、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）は、（１７）式のように表される。混合器ＲＭＸ２ｉにて生成された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）は、他の給電回路Ｆｊにて生成された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）と合波された後、受信回路Ｒに供給される。

【0078】

【数17】

サーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとの間に挿入され、混合器ＲＭＸ１ｉに接続されている。このサーキュレータＣ１ｉは、混合器ＭＸｉから出力された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する（送信時動作）と共に、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する（受信時動作）。

【0079】

サーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤとＯ／Ｅ変換器ＯＥｉとの間に挿入され、光変調器ＲＯＭｉに接続されている。このサーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換器ＯＥｉに入力する（送信時動作）と共に、光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉを時間遅延器ＴＤに入力する（受信時動作）。

【0080】

サーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭと時間遅延素子ＴＤとの間に挿入され、波長分波器ＲＷＤＭに接続されている。このサーキュレータＣ３は、光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬを時間遅延器ＴＤに入力する（送信時動作）と共に、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＲＳＬ’を波長分波器ＲＷＤＭに入力する（受信時動作）。

【0081】

〔第２の実施形態〕
（フェイズドアレイアンテナの構成）
本発明の第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成について、図５を参照して説明する。図５は、フェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。

【0082】

フェイズドアレイアンテナ２は、図１に示すように、光変調器ＯＭと、時間遅延器ＴＤと、ｎ個の給電回路Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｎからなる給電回路群と、ｎ個の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎからなる放射素子群と、を備えた送信用アンテナである。ここで、ｎは、２以上の任意の整数であるが、図１においては、ｎ＝４の場合の構成を例示している。

【0083】

光変調器ＯＭは、搬送光ＣＬを中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＳＬを生成する。中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）は、例えば、（１８）式及び（１９）式のように与えられる。光変調器ＯＭにて生成された信号光ＳＬは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本実施形態においては、光変調器ＯＭとして、ＤＰＭＺ変調器（Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator）を用いる。また、搬送光ＣＬを生成する光源の構成については、参照する図面を代えて後述する。

【0084】

【数18】

【0085】

【数19】

時間遅延器ＴＤは、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する。すなわち、時間遅延器ＴＤは、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）がＩ信号及びＱ信号として重畳された光信号ＳＬから、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）がＩ信号及びＱ信号として重畳された遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する。各遅延信号光ＳＬ’ｉにおける時間遅延Δｔｉは、第１の実施形態と同様、放射する電磁波の主ビーム方向に応じて設定される。時間遅延器ＴＤにて生成された各遅延信号光ＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉに供給される。なお、時間遅延器ＴＤの構成については、参照する図面を代えて後述する。

【0086】

【0087】

各給電回路Ｆｉは、図５に示すように、光復調器ＯＤＭｉと、混合器ＭＸｉと、を有している。なお、各給電回路Ｆｉの構成は共通なので、図１においては、給電回路Ｆ１を構成する光復調器ＯＤＭ１及び混合器ＭＸ１にのみ参照符号を付している。

【0088】

光復調器ＯＤＭｉは、遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する。中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）が（１８）式及び（１９）式のように与えられている場合、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）は、（２０）式及び（２１）式のように与えられる。本実施形態においては、光復調器ＯＤＭｉとして、コヒーレントレシーバを用いる。

【0089】

【数20】

【0090】

【数21】

混合器ＭＸｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する。遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）が（２０）式及び（２１）式以下のように与えられている場合、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）は、（２２）式のように与えられる。

【0091】

【数22】

フェイズドアレイアンテナ２において注目すべき第１の点は、各放射素子Ａｉに入力される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延量が周波数に依存しない点である。したがって、フェイズドアレイアンテナ２においては、放射する電磁波の周波数が変更されても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。

【0092】

フェイズドアレイアンテナ２において注目すべき第２の点は、光変調器ＯＭにて変調されるデータ信号が、無線周波数信号よりも周波数の低い、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）である点である。これにより、フェイズドアレイアンテナ２をミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価な光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0093】

なお、各給電回路Ｆｉにおいて分波器ＤＰｉと混合器ＭＸｉとの間に、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）を逓倍する逓倍器を挿入してもよい。この場合、混合器ＭＸｉに入力される遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）は、（２３）式のようになり、混合器ＭＸｉにより生成される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）は、（２４）式のようになる。ここで、ｋは、２以上の任意の整数であり、例えば、２又は３である。この場合であっても、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延量は、周波数に依存しない。

【0094】

【数23】

【0095】

【数24】

（フェイズドアレイアンテナ２の第１の具体例）
次に、フェイズドアレイアンテナ２の第１の具体例について、図６を参照して説明する。図６は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。

【0096】

本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、ｎ個の光源ＬＳ１，ＬＳ２，…，ＬＳｎからなる光源群と、光合波器ＯＭＰと、を備えている。

【0097】

【0098】

【0099】

また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２において、時間遅延器ＴＤは、光導波路ＯＷＧと、波長分波器ＷＤＭと、により構成されている。

【0100】

【0101】

【0102】

なお、本具体例に係るフェイズドアレイにアンテナ２においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。

【0103】

＜構成１＞
本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、各搬送光ＣＬｉの波長λｉを変化させることによって、対応する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。光導波路ＯＷＧとして、波長分散媒質により構成された光導波路を用いているからである。

【0104】

【0105】

＜構成２＞
また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、信号光ＳＬに与えられる波長分散ΔＤ（λ）を変化させることによっても、各遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に与えられる遅延時間Δｔｉを変化させることができる。

【0106】

【0107】

（フェイズドアレイアンテナ２の第２の具体例）
次に、フェイズドアレイアンテナ２の第２の具体例について、図７を参照して説明する。図７は、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。

【0108】

本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、上述した搬送光ＣＬを生成するための構成として、単一の光源ＬＳを備えている。

【0109】

【0110】

また、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２において、時間遅延器ＴＤは、光分岐器ＯＤと、ｎ個の光導波路ＯＷＧｉからなる光導波路群と、により構成されている。光導波路ＯＷＧ１，ＯＷＧ２，…，ＯＷＧｎは、波長分散の異なる光導波路、又は、光路長の可変な光導波路である。なお、波長分散の異なる光導波路としては、例えば、シングルモードファイバと分散補償ファイバとの組み合わせや分散シフトファイバなどが挙げられる。

【0111】

【0112】

【0113】

なお、本具体例に係るフェイズドアレイアンテナ２においては、以下のいずれかの構成によりビーム走査を実現することができる。

【0114】

【0115】

【0116】

【0117】

【0118】

（フェイズドアレイアンテナ２の変形例）
次に、フェイズドアレイアンテナ２の変形例について、図８を参照して説明する。図８は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２の構成を示すブロック図である。

【0119】

本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２は、図５に示したフェイズドアレイアンテナ２に受信用の構成を付加した送受信兼用アンテナである。

【0120】

図８に示すように、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２の各給電回路Ｆｉは、受信用の構成として、混合器ＲＭＸ１ｉと、光変調器ＲＯＭｉと、光復調器ＲＯＭＤｉと、混合器ＲＭＸ２ｉとを有しており、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ１ｉと、サーキュレータＣ２ｉとを有している。また、フェイズドアレイアンテナ２は、送受信兼用化のための構成として、サーキュレータＣ３と、波長分波器ＲＷＤＭとを有している。

【0121】

混合器ＲＭＸ１ｉは、無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する。ここで、無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号である。無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（２５）式のように表され、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）は、（２１）式のように表されるので、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）は、（２６）式のように表される。

【0122】

【数25】

【0123】

【数26】

光変調器ＲＯＭｉは、搬送光ＣＬｉを中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＲＳＬを生成する。光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉは、時間遅延器ＴＤに供給される。なお、本変形例においては、光変調器ＲＯＭｉとして、ＤＰＭＺ変調器を用いる。図６に示す第１の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、対応する光源ＬＳｉにて生成された搬送光を用い、図７に示す第２の具体例の構成を採用する場合には、各光変調器ＲＯＭｉに与える搬送光ＣＬｉとして、単一の光源ＬＳにて生成された搬送光を用いる。

【0124】

時間遅延器ＴＤは、信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎから遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。図６に示す第１の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎを合波することによって、信号光ＲＳＬを生成し、（２）信号光ＲＳＬに波長分散ΔＤ（λ）を与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。一方、図７に示す第２の具体例の構成を採用する場合、時間遅延器ＴＤは、（１）信号光ＲＳＬ１，ＲＳＬ２，…，ＲＳＬｎに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成し、（２）遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを合波することよって、遅延信号光ＲＳＬ’を生成する。時間遅延器ＴＤにて生成された遅延信号光ＲＳＬ’は、波長分波器ＲＷＤＭに供給される。

【0125】

波長分波器ＲＷＤＭは、遅延信号光ＲＬＳ’を波長分波することによって、遅延信号光ＲＳＬ’１，ＲＳＬ’２，…，ＲＳＬ’ｎを生成（抽出）する。波長分波器ＲＷＤＭにて得られた各遅延信号光ＲＳＬ’ｉは、対応する給電回路Ｆｉの光復調器ＲＯＤＭｉに供給される。

【0126】

光復調器ＲＯＤＭｉは、遅延信号光ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）とを生成する。中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）及び遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）が（２６）式及び（２１）式のように表されるので、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）は、（２７）式及び（２８）式のように表される。なお、本変形例においては、光復調器ＲＯＤＭｉとして、コヒーレントレシーバを用いる。

【0127】

【数27】

【0128】

【数28】

混合器ＲＭＸ２ｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する。遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）及び局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ−２Δｔｉ）が（２７）式及び（２８）式のように表されるので、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）は、（２９）式のように表される。混合器ＲＭＸ２にて生成された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）は、他の給電回路Ｆｊにて生成された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）と合波された後、受信回路Ｒに供給される。

【0129】

【数29】

【0130】

サーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤと光復調器ＯＤＭｉとの間に挿入され、光変調器ＲＯＭｉに接続されている。このサーキュレータＣ２ｉは、時間遅延器ＴＤから出力された遅延信号光ＳＬ’ｉを光復調器ＯＤＭｉに入力する（送信時動作）と共に、光変調器ＲＯＭｉにて生成された信号光ＲＳＬｉを時間遅延器ＴＤに入力する（受信時動作）。

【0131】

【0132】

（第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例）
次に、第１の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ１のさらなる変形例について、図９を参照して説明する。図９は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９の構成を示すブロック図である。

【0133】

本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９は、図４に示したフェイズドアレイアンテナ１と同様の送受信兼用アンテナである。

【0134】

図９に示すように、さらなる変形例に係るフェイズドアレイアンテナ９は、変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１において、サーキュレータＣ１ｉをスイッチＳｉに置き換えたものである。

【0135】

送信時には、混合器ＭＸｉと放射素子Ａｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、混合器ＭＸｉから出力された遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ-Δｔｉ）を放射素子Ａｉに入力する。また、受信時には、放射素子Ａｉと混合器ＲＭＸ１ｉとが接続されるようにスイッチＳｉを制御して、放射素子Ａｉから出力された無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を混合器ＲＭＸ１ｉに入力する。

【0136】

（第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナのさらなる変形例）
次に、第２の実施形態に係るフェイズドアレイアンテナ２のさらなる変形例について、図１０を参照して説明する。図１０は、本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０の構成を示すブロック図である。

【0137】

本変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０は、図８に示したフェイズドアレイアンテナ２と同様の送受信兼用アンテナである。

【0138】

図１０に示すように、さらなる変形例に係るフェイズドアレイアンテナ１０は、変形例に係るフェイズドアレイアンテナ２において、サーキュレータＣ１ｉをスイッチＳｉに置き換えたものである。

【0139】

【0140】

〔まとめ〕
上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）と加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）を生成する合波器と、搬送光ＣＬを和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）で強度変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ−Δｔｉ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。

【0141】

上記の構成によれば、各放射素子Ａｉに供給される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延が周波数に依存しなくなる。したがって、上記の構成によれば、放射する電磁波の周波数を変更しても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。

【0142】

また、上記の構成によれば、光変調器にて変調されるデータ信号が、無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ）よりも周波数の低い、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）との和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}（ｔ）になる。したがって、上記の構成によれば、ミリ波帯で動作させる（無線周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる）場合であっても、入手容易又は安価なＯ／Ｅ変換器及び光変調器を用いてフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0143】

また、上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の放射素子Ａ１，Ａ２，…，Ａｎを備えたフェイズドアレイアンテナにおいて、搬送光ＣＬを中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）とで直角位相振幅変調することによって、信号光ＳＬを生成する光変調器と、信号光ＳＬに時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを与えることによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する時間遅延器と、遅延信号光ＳＬ’ｉを放射素子Ａｉに供給する遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）に変換する給電回路Ｆｉからなる給電回路群と、を備え、各給電回路Ｆｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、遅延信号光ＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを生成する光復調器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器と、を有している、ことを特徴とする。

【0144】

【0145】

【0146】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、搬送光ＣＬｉを生成する光源からなる光源群であって、各光源にて生成される搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎの波長が異なる光源群と、搬送光ＣＬ１，ＣＬ２，…，ＣＬｎを合波することによって、搬送光ＣＬを生成する合波器と、を更に備え、前記時間遅延器は、信号光ＳＬに波長分散を与えることによって、遅延信号光ＳＬ’を生成する光導波路と、遅延信号光ＳＬ’を波長分波することによって、遅延信号光ＳＬ’１，ＳＬ’２，…，ＳＬ’ｎを生成する波長分波器と、を有している、ことが好ましい。

【0147】

上記の構成によれば、信号光ＳＬを遅延させるための導波路がひとつで済む。したがって、より安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0148】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、前記光源は、生成する搬送光ＣＬｉの波長が可変な光源である、ことが好ましい。

【0149】

上記の構成によれば、各光源が生成する搬送光ＣＬｉの波長を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。

【0150】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、前記光導波路は、信号光ＳＬに与える波長分散が可変な光導波路である、ことが好ましい。

【0151】

上記の構成によれば、光導波路が信号光に与える波長分散を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。

【0152】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいては、搬送光ＣＬを生成する光源を更に備え、前記時間遅延器は、信号光ＳＬを分岐することによって、信号光ＳＬ１，ＳＬ２，…，ＳＬｎを生成する光分岐器と、各信号光ＳＬｉに時間遅延Δｔｉを与えることによって、遅延光信号ＳＬ’ｉを生成する光導波路からなる光導波路群であって、各光導波路にて与えられる時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎの大きさが異なる光導波路群と、を有している、ことが好ましい。

【0153】

上記の構成によれば、搬送光ＣＬを生成するための光源がひとつで済む。したがって、より安価なフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0154】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、前記光源は、生成する搬送光ＣＬの波長が可変な光源であり、前記光導波路群は、波長分散の異なる光導波路により構成されている、ことが好ましい。

【0155】

上記の構成によれば、光源が生成する搬送光ＣＬの波長を制御することによって、ビーム走査を実現することができる。

【0156】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、前記光導波路群は、光路長が可変な光導波路からなる、ことが好ましい。

【0157】

上記の構成によれば、各光導波路が信号光に与える時間遅延Δｔｉを制御することによって、ビーム走査を実現することができる。

【0158】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）を生成する混合器に代えて、遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）を逓倍することによって遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）を生成する逓倍器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ（ｔ−Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯＭ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔ）を生成する混合器と、を有している、ことが好ましい。

【0159】

上記の構成を採用した場合であっても、各放射素子Ａｉに供給される遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ（ｔ−Δｔｉ）の時間遅延が周波数に依存しなくなる。したがって、上記の構成を採用した場合であっても、放射する電磁波の周波数を変更しても、信号光ＳＬに与える時間遅延Δｔ１，Δｔ２，…，Δｔｎを変更することなく、一定の方向に電磁波を放射することができる。

【0160】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを加算することによって、和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する合波器と、
和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ＋Δｔｉ）で強度変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延信号光ＲＳＬ’ｉをＯ／Ｅ変換することによって、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を生成するＯ／Ｅ変換器と、遅延和信号Ｖ_{ＩＦ＋ＬＯ}’（ｔ）を分波することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを生成する分波器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、ことが好ましい。

【0161】

上記の構成によれば、送受信兼用のフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0162】

上記実施形態に係るフェイズドアレイアンテナにおいて、各給電回路Ｆｉは、対応する放射素子Ａｉを用いて受信した無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とを乗算することによって、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）を生成する混合器と、中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ＋Δｔｉ）と遅延局所信号Ｖ_ＬＯ（ｔ−Δｔｉ）とで直角位相振幅変調された信号光ＲＳＬｉを生成する光変調器と、前記時間遅延器を用いて信号光ＲＳＬｉに時間遅延を与えることにより得られた遅延光信号ＲＳＬ’ｉを復調することによって、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを生成する光復調器と、遅延中間周波数信号Ｖ_ＩＦ’（ｔ）と局所信号Ｖ_ＬＯ’（ｔ）とを乗算することによって、遅延無線周波数信号Ｖ_ＲＦ’（ｔ）を生成する混合器と、とを更に有している、ことが好ましい。

【0163】

上記の構成によれば、送受信兼用のフェイズドアレイアンテナを実現することができる。

【0164】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態や各変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態または各変形例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0165】

１，２フェイズドアレイアンテナ
ＭＰ合波器
ＯＭ光変調器
ＴＤ時間遅延素器
Ｆｉ給電回路
ＯＥｉＯ／Ｅ変換器
ＤＰｉ分波器
ＭＸｉ混合器

【図1】