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技術 ダイバーシチ受信アンテナ装置

出願人 株式会社トーキン
発明者 近藤充和鳥羽良和
出願日 1995年12月11日 (25年0ヶ月経過) 出願番号 1995-321557
公開日 1997年6月20日 (23年6ヶ月経過) 公開番号 1997-162792
状態 未査定
技術分野 光の変調 光伝送方式 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等) 光通信システム 無線伝送方式一般(ダイバーシチ方式等)
主要キーワード 空間状態 大気層 光信号検出器 信号漏洩 偏波面保持光ファイバ 角度ダイバーシチ 誘導ノイズ 利得回路
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課題

ダイバーシチ受信アンテナ装置において、フェージングの影響を低減させるとともに、誘導ノイズの発生、信号漏洩、及び伝送損失の増加を防止する。

解決手段

受信アンテナ1及び11の近傍にはそれぞれ光変調器2及び22が配置されており、受信アンテナ1及び11で受信した信号をそれぞれ光変調器2及び2で光強度信号変調する。これら光強度信号は光結合器で結合され、光ファイバを介して光信号検出器7に与えられる。光信号検出器の出力(電気信号)は受信機8に入力される。光信号検出器は受信機の近傍に配置される。

概要

背景

一般に、電波伝搬の際、その空間状態が変化すると、受信アンテナ到来する電波強度が変動して、その結果、受信レベルが不安定となる。このような受信レベルの変動は、特に、放送中継及び受信又は共同受信システムあるいは通信分野において、受信信号劣化として問題となる。

受信レベルが時間的に変動する現象は、一般に、フェージングと呼ばれており、このフェージングは、主に、電離層の変化に起因する大気層における電波屈折率の変化及び大地による反射の変化等が原因となる他、電波波長によっては、の存在及び降雨現象も同様にフェージングを引き起こす。

従来、フェージングに対処するため、受信機に自動利得回路を付加することが行われているが(さらに、手動減衰器を併用することもある)、自動利得回路を付加した際には、これによって、新たなノイズの発生を伴うことが多く、実用的には必ずしも受信レベルを良好にすることができない。

一方、フェージングに対処するための受信方式として、ダイバーシチ受信方式が知られている。このダイバーシチ受信方式では、所定の距離をおいて一対の受信アンテナを配置し、各受信アンテナによって受信された受信信号(電波)を結合するか又は受信レベルに応じて受信アンテナを切替制御するようにしている。

概要

ダイバーシチ受信アンテナ装置において、フェージングの影響を低減させるとともに、誘導ノイズの発生、信号漏洩、及び伝送損失の増加を防止する。

受信アンテナ1及び11の近傍にはそれぞれ光変調器2及び22が配置されており、受信アンテナ1及び11で受信した信号をそれぞれ光変調器2及び2で光強度信号変調する。これら光強度信号は光結合器で結合され、光ファイバを介して光信号検出器7に与えられる。光信号検出器の出力(電気信号)は受信機8に入力される。光信号検出器は受信機の近傍に配置される。

目的

本発明の目的はフェージングの影響を低減させるとともに、誘導ノイズの発生、信号漏洩、及び伝送損失の増加を防止できるダイバーシチ受信アンテナ装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

第1及び第2の受信アンテナを有し、前記第1及び前記第2の受信アンテナで電波送信信号をそれぞれ第1及び第2の受信信号として受けるダイバーシチ受信アンテナ装置であって、前記第1及び前記第2の受信信号に応じてそれぞれ第1及び第2の光変調信号を生成する生成手段と、前記第1及び前記第2の光変調信号に応じて出射光信号を得る光結合手段と、前記出射光信号を電気信号に変換する変換手段とを有し、該電気信号を受信機に与えるようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項2

請求項1に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光結合手段は前記第1及び前記第2の光変調信号のうちいずれか一方を選択して前記出射光信号を得るようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項3

請求項2に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光結合手段は受信レベルに応じて前記第1及び前記第2の光変調信号のうちいずれか一方を選択して前記出射光信号を得るようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項4

請求項1に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光結合手段は前記第1及び前記第2の光変調信号を結合して前記出射光信号を得るようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項5

請求項4に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記第1及び前記第2の光変調信号の位相同相とする位相調整手段を有し、該位相調整手段は、前記生成手段と前記光結合手段との間に配置されていることを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項6

請求項5に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記位相調整手段は前記第1及び前記第2の光変調信号のうち少なくとも一方を受けており、前記位相調整手段は光ファイバを有し、該光ファイバの長さを調整することによって前記第1及び前記第2の光変調信号の位相を同相とするようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項7

請求項1乃至6のいずれかに記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記生成手段は、光源と、該光源からの出射光を受けるとともに前記第1の受信信号を受け該第1の受信信号で前記出射光を変調して前記第1の光変調信号を生成する第1の光変調器と、前記光源から出射光を受けるとともに前記第2の受信信号を受け該第1の受信信号で前記出射光を変調して第2の光変調信号を生成する第2の光変調器とを有することを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項8

請求項7に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記第1及び前記第2の光変調器はそれぞれ電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路及び変調用電極とを有し、前記光源から出射光が前記光導波路に与えられ、前記第1又は前記第2の受信信号が前記変調用電極に与えられるようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項9

請求項7に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記第1及び前記第2の光変調器はそれぞれ前記第1及び前記第2の受信アンテナの近傍に配置され、前記変換手段は前記受信機の近傍に配置されていることを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項10

請求項7に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光源は偏波面が互いに垂直をなす二つの直線偏光出射しており、該二つの直線偏光を分岐して一方を前記出射光として前記第1の光変調器に与え他方を前記出射光として前記第2の光変調器に与える偏光分離器を有することを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項11

請求項10に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光源、前記偏光分離器、前記第1及び前記第2の光変調器、前記光結合手段、及び前記変換手段を結合する光伝送路が形成されており、前記偏光分離器と前記第1及び前記第2の光変調器とを結ぶ光伝送路及び前記第1及び前記第2の光変調器と前記光結合手段とを結ぶ光伝送路はそれぞれ偏波保持光ファイバであることを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項12

請求項11に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記光源と前記偏光分離器とを結ぶ伝送路シングルモード光ファイバであることを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項13

第1及び第2の受信アンテナを有し、前記第1及び前記第2の受信アンテナで電波送信信号をそれぞれ第1及び第2の受信信号として受けるダイバーシチ受信アンテナ装置であって、前記第1及び前記第2の受信信号に応じてそれぞれ第1及び第2の光変調信号を生成する生成手段と、前記第1及び前記第2の光変調信号をそれぞれ第1及び第2の電気信号に変換する変換手段とを有し、前記第1及び前記第2の電気信号を結合して受信機に与えるようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項14

請求項13に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記変換手段は、前記第1の光変調信号を前記第1の電気信号に変換する第1の光信号検出器と、前記第2の光変調信号を前記第2の電気信号に変換する第2の光信号検出器とを有することを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

請求項15

請求項13に記載されたダイバーシチ受信アンテナ装置において、前記変換手段は、所定の受光面を有する光電気変換部と前記第1の光変調信号を前記受光面の第1の位置に導くとともに前記第2の光変調信号を前記受光面の第2の位置に導くガイド手段とを有する光信号検出器であることを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置。

技術分野

0001

本発明はダイバーシチ受信アンテナ装置に関し、特に、受信レベル不安定性を改善するダイバーシチ受信アンテナ装置に関する。

背景技術

0002

一般に、電波伝搬の際、その空間状態が変化すると、受信アンテナ到来する電波強度が変動して、その結果、受信レベルが不安定となる。このような受信レベルの変動は、特に、放送中継及び受信又は共同受信システムあるいは通信分野において、受信信号劣化として問題となる。

0003

受信レベルが時間的に変動する現象は、一般に、フェージングと呼ばれており、このフェージングは、主に、電離層の変化に起因する大気層における電波屈折率の変化及び大地による反射の変化等が原因となる他、電波波長によっては、の存在及び降雨現象も同様にフェージングを引き起こす。

0004

従来、フェージングに対処するため、受信機に自動利得回路を付加することが行われているが(さらに、手動減衰器を併用することもある)、自動利得回路を付加した際には、これによって、新たなノイズの発生を伴うことが多く、実用的には必ずしも受信レベルを良好にすることができない。

0005

一方、フェージングに対処するための受信方式として、ダイバーシチ受信方式が知られている。このダイバーシチ受信方式では、所定の距離をおいて一対の受信アンテナを配置し、各受信アンテナによって受信された受信信号(電波)を結合するか又は受信レベルに応じて受信アンテナを切替制御するようにしている。

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、ダイバーシチ受信方式では、良好な状態で電波を受信するため、受信アンテナを高い又は山頂に設置することが多い。ところが、受信アンテナを高い塔又は山頂に設置すると、受信アンテナと受信機との間が長くなってしまう。つまり、受信アンテナと受信機とを結ぶ同軸ケーブルが長くなってしまう。このように、同軸ケーブルが長くなると、誘導ノイズ信号漏洩、さらには、落雷等による施設の破損等種々の不具合が生じる。

0007

加えて、同軸ケーブルが長くなると、伝送損失に対処するため、所定の距離毎に増幅器等を配置する必要がある。

0008

いずれにしても、従来のダイバーシチ受信方式では、良好な状態で電波を受信しようとすると、受信アンテナと受信機とを結ぶ同軸ケーブル等が長くなってしまい、この結果、誘導ノイズの発生、信号漏洩、伝送損失の増加等種々の問題点が発生してしまう。

0009

本発明の目的はフェージングの影響を低減させるとともに、誘導ノイズの発生、信号漏洩、及び伝送損失の増加を防止できるダイバーシチ受信アンテナ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

本発明によれば、第1及び第2の受信アンテナを有し、前記第1及び前記第2の受信アンテナで電波送信信号をそれぞれ第1及び第2の受信信号として受けるダイバーシチ受信アンテナ装置であって、前記第1及び前記第2の受信信号に応じてそれぞれ第1及び第2の光変調信号を生成する生成手段と、前記第1及び前記第2の光変調信号に応じて出射光信号を得る光結合手段と、前記出射光信号を電気信号に変換する変換手段とを有し、該電気信号を受信機に与えるようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置が得られる。

0011

さらに、本発明によれば、第1及び第2の受信アンテナを有し、前記第1及び前記第2の受信アンテナで電波送信信号をそれぞれ第1及び第2の受信信号として受けるダイバーシチ受信アンテナ装置であって、前記第1及び前記第2の受信信号に応じてそれぞれ第1及び第2の光変調信号を生成する生成手段と、前記第1及び前記第2の光変調信号をそれぞれ第1及び第2の電気信号に変換する変換手段とを有し、前記第1及び前記第2の電気信号を結合して受信機に与えるようにしたことを特徴とするダイバーシチ受信アンテナ装置が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下本発明について図面を参照して説明する。

0013

図1を参照して、図示のダイバーシチ受信アンテナ装置は、第1及び第2の受信アンテナ1及び11を備えており、これら第1及び第2の受信アンテナ1及び11は互いに所定の間隔をおいて配置されている。第1及び第2の受信アンテナ1及び11の近傍にはそれぞれ第1及び第2の光変調器2及び12が配置されている。そして、第1の変調器2には光源3からの光が光ファイバ4を通し偏光子6を介して与えられる。同様にして、第2の変調器12には光源13からの光が光ファイバ14を通し偏光子16を介して与えられる。

0014

ここで、図2を参照して、光変調器2の構成について説明する。

0015

図示の光変調器2は透過型光変調器であり、基板51を備えている。この基板51は、電気光学効果を示すニオブ酸リチウム結晶で構成されている。基板51上には、入射光導波路52、この入射光導波路52から分岐する一対の位相シフト光導波路53、及び一対の位相シフト光導波路53を結合する出射光導波路54が形成されており、これら入射光導波路52、一対の位相シフト光導波路53、及び出射光導波路54によって干渉型光導波路が構成される。各位相シフト導波路53に対応してその近傍には変調用電極55が形成されており、これら変調用電極55によって位相シフト光導波路53には電界印加される。

0016

図示のように、入射光導波路52は光ファイバ4に接続され(図2においては、偏光子6は示さず)、出射光導波路54は光ファイバ5を介して位相調整器19(図1)に接続されている。一方、各変調用電極55は受信アンテナ1に接続されている。

0017

前述のように、光変調器2には光ファイバ4を介して光源3から光が入射される。一方、受信アンテナ1で受信された電波(送信信号)は電圧信号(第1の受信信号)として光変調器2に与えられる。上記の電圧信号が変調用電極55に与えられると、光変調器2への入射光が電圧信号の電圧レベルに応じて変調され光強度信号(第1の光強度信号)として光ファイバ5上に出射される。

0018

光変調器12も光変調器2と同様の構成を備えており、光変調器12には光ファイバ14を介して光源13から光が入射される。一方、受信アンテナ11で受信された電波は電圧信号(第2の受信信号)として光変調器12に与えられる。この電圧信号が光変調器12の変調用電極に与えられると、光変調器12への入射光が電圧信号の電圧レベルに応じて変調され光強度信号(第2の光強度信号)として光ファイバ15上に出射される。

0019

再び図1を参照して、図示の例では、第1の光強度信号は位相調整器19で第2の光強度信号との位相差が調整される。具体的には、位相調整器19は、第1の光強度信号の位相が第2の光強度信号の位相と同相になるように、第1の光強度信号の位相を調整する。この位相調整器19は、例えば、光ファイバで構成され、この光ファイバの長さを調整して光ファイバ15に接続される。この例では、位相調整器19として、光ファイバの両端間に所定の間隔毎にコネクタを配置したコイル状光ファイバをケース収納したものを用いた。そして、光ファイバ5と接続するコネクタを選択して位相調整を行った。なお、位相調整器として、互いに長さが異なる複数の光ファイバを用い、各光ファイバの両端にコネクタを設けるようにしてもよい。

0020

上述のようにして位相調整された第1の光強度信号は結合器9で第2の光強度信号と結合(合波)される。結合器9からの出射光信号は光ファイバ25を介して光信号検出器7に与えられ、ここで電気信号に変換される。そして、この電気信号は受信機8に与えられる。なお、光信号検出器7は受信機8の近傍に配置される。

0021

次に、図3を参照して、本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の他の例について説明する。なお、図3において、図1に示すアンテナ装置と同様の構成要素について同一の参照番号を付す。

0022

受信アンテナ1及び11の近傍にはそれぞれ光変調器22及び32が配置され、これら受信アンテナ1及び11は光変調器22及び32に接続されている。そして、光源23からの光は光サーキュレータ37及び光ファイバ14を介して光分岐結合器29に与えられ、ここで分岐されて、光源23からの光は光ファイバ24を介して光変調器22に与えられるとともに光ファイバ34及び位相調整器19を介して光変調器32に与えられる。

0023

ここで、図4を参照して、光変調器22の構成について説明する。

0024

図示の光変調器22は反射型光変調器であり、基板61を備えている。この基板61は、電気光学効果を示すニオブ酸リチウム結晶で構成されている。基板61上には、入出射光導波路62、この入出射光導波路62から分岐する一対の位相シフト光導波路63、及び反射部66が形成されており、これら入射光導波路62、一対の位相シフト光導波路63、及び反射部66によって干渉型光導波路が構成される。各位相シフト導波路63に対応してその近傍には変調用電極65が形成されており、これら変調用電極65によって位相シフト光導波路63には電界が印加される。

0025

入出射光導波路62は光ファイバ24をに接続され、一方、各変調用電極65は受信アンテナ1に接続されている。

0026

前述のように、光変調器22には光源23からの光が入射される。一方、受信アンテナ1で受信された電波は電圧信号として光変調器22に与えられる。上記の電圧信号が変調用電極65に与えられると、光変調器22への入射光が電圧信号の電圧レベルに応じて変調され光強度信号(第1の光強度信号)として光ファイバ24上に出射される。

0027

光変調器32も光変調器22と同様の構成を備えており、前述のように、光変調器32には光源23からの光が入射される。一方、受信アンテナ11で受信された電波は電圧信号として光変調器32に与えられる。この電圧信号が光変調器32の変調用電極に与えられると、光変調器32への入射光が電圧信号の電圧レベルに応じて変調され光強度信号(第2の光強度信号)として出射される。

0028

再び、図3を参照して、第2の光強度信号は位相調整器19で位相調整された後、光分岐結合器29に与えられる。第1及び第2の光強度信号は光分岐結合器29で合波され、光ファイバ14を介して光サーキュレータ37に与えられる。

0029

光サーキュレータ37では、光分岐結合器29からの出力光信号を光信号検出器7に与える。光信号検出器7においてこの出力光信号は電気信号に変換され、受信機8に与えられる。

0030

図3に示す例では、光変調器として反射型光変調器を用いたから、変調器への入射光及び変調器からの出射光を同一の光ファイバに伝搬させることができ、その結果、構成が簡単となる。

0031

図5を参照して、本発明によるアンテナ装置のさらに他の例について説明する。なお、図5において図1及び図3に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。

0032

図示の例では、光源33として、互いに垂直をなす偏波面を有する二つの直線偏光を出射する単一のレーザを用いた。光源33からの光は光ファイバ14を介して偏光分離器49に与えられ、ここで、二つの直線偏光に分離される。これら直線偏光はそれぞれ光ファイバ24及び34を介して光変調器2及び22に与えられる。

0033

光変調器2及び22からの出力光、つまり、第1及び第2の光強度信号は、図1に示す例と同様にして、光結合器9で合波され、光結合器9からの出力光信号は光信号検出器7で電気信号に変換された後、受信機8に与えられる。

0034

図5に示す例では、光源33から偏光分離器49までの光ファイバ14をシングルモード光ファイバとし、光ファイバ24、34、5、及び15を偏波面保持光ファイバとした。

0035

上述のように、図5に示す例では、光源33として、互いに垂直をなす偏波面を有する二つの直線偏光を出射する単一のレーザを用いたから、光ファイバ14として高価な偏波面保持光ファイバを用いる必要がない。

0036

なお、必ずしも光ファイバ14をシングルモード光ファイバとする必要はない。

0037

図6を参照して、本発明によるアンテナ装置のさらに他の例について説明する。図6に示すアンテナ装置において、図5に示すアンテナ装置と同一の構成要素について同一の参照番号を付し、説明を省略する。

0038

この例では、光変調器2からの出力光(第1の光強度信号)が位相調整器19で位相調整された後、光信号検出器27で電気信号(第1の電気信号)に変換され、光変調器12からの出力光(第2の光強度信号)が光信号検出器17で電気信号(第2の電気信号)に変換される。そして、これら第1及び第2の電気信号は結合された後受信機8に与えられる。

0039

図7を参照して、本発明によるアンテナ装置のさらに他の例について説明する。図7に示すアンテナ装置において、図5に示すアンテナ装置と同一の構成要素について同一の参照番号を付し、説明を省略する。

0040

この例では、光変調器2からの出力光(第1の光強度信号)が位相調整器19で位相調整された後、光信号検出器7に与えられるとともに、光変調器12からの出力光(第2の光強度信号)が光信号検出器7に与えられている。つまり、図示の例では、光結合器を用いることなくしかも、一つの光信号検出器7のみを有している。

0041

図8に示すように、この光信号検出器7は、フォトダイオード70及び集光レンズ72を備えており、集光レンズ72に光ファイバ15及び光ファイバ5(位相調整器19からの光ファイバ)の出射端位置付けられる。光ファイバ15及び光ファイバ5からの出射光はそれぞれ集光レンズ72で集光され、フォトダイオード70の受光面71の別の位置に結象される。そして、第1及び第2の光強度信号はそれぞれ第1及び第2の電気信号に変換された後、前述のように結合されて受信機8に与えられる。

0042

図9を参照して、第1及び第2の受信アンテナ1及び11における受信レベルに応じて、一方の受信アンテナのみを選択して受信するダイバーシチ受信アンテナ装置について説明する。

0043

この例では、光変調器2からの出力光(第1の光強度信号)が光検出器27で電気信号(第1の電気信号)に変換され、光変調器12からの出力光(第2の光強度信号)が光検出器17で電気信号(第2の電気信号)に変換される。これら第1及び第2の電気信号の強度は、比較器10で比較され、強度が高いいずれか一方の電気信号のみが選択的に受信機8に与えられる。

0044

上述の例では、受信アンテナ1及び11を所定の間隔をおいて配置する空間ダイバーシチについて説明したが、二つの受信アンテナを指向性を有するアンテナとすれば、互いに異なる方向の電波を受信するための角度ダイバーシチ受信アンテナ装置として用いることができる。

0045

さらに、偏波依存性のある二つの受信アンテナを用いて、一方を水平偏波用、他方を垂直偏波用とすれば、交差偏波に対する偏波ダイバーシチ受信アンテナ装置として用いることができる。

発明の効果

0046

以上説明したように、本発明では受信アンテナから受信機までの経路を実質的に光ファイバとして、光信号を用いて受信アンテナで受信した信号を伝送するようにしたので、ダイバーシチ受信方式の特徴であるフェージングの影響を低減させることができばかりでなく、誘導ノイズの発生、信号漏洩、及び伝送損失の増加を防止できるという効果がある。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第1の例を説明するための図である。
図2図1に示す光変調器の構成を説明するための図である。
図3本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第2の例を説明するための図である。
図4図3に示す光変調器の構成を説明するための図である。
図5本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第3の例を説明するための図である。
図6本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第4の例を説明するための図である。
図7本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第5の例を説明するための図である。
図8図7に示す光信号検出器の構成を説明するための図である。
図9本発明によるダイバーシチ受信アンテナ装置の第6の例を説明するための図である。

--

0048

1,11受信アンテナ
2,12,22,32光変調器
3,13,23,33光源
4,5,14,15,24,25,34,光ファイバ
6,16偏光子
7,17,27光信号検出器
8受信機
9光結合器
10比較器
19位相調整器
29光分岐結合器
37光サーキュレータ
49偏光分離器
51,61基板
52入射光導波路
53,63位相シフト光導波路
54出射光導波路
55,65変調用電極
62入出射光導波路
66反射部
70フォトダイオード
71受光面
72 集光レンズ

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