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技術 アンテナ特性測定方法

出願人 日本放送協会古河C&B株式会社株式会社精工技研
発明者 今村浩一郎春藤政司平田真一川井陽史山森一之富川博貴鳥羽良和浜田淳
出願日 2015年6月23日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2015-125325
公開日 2017年1月12日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-009445
状態 特許登録済
技術分野 その他の電気量の測定
主要キーワード 固定ボックス 気候環境 取付け構造体 検出電波 時間変化波形 取付構造体 特性測定システム 副反射板
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態で測定することが可能なアンテナ特性測定方法を提供する。

解決手段

光電界センサを用いて送信アンテナから放射される電波の強度または位相を測定するシステムであり、入出力光ファイバ21により入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して入出力光ファイバ21より出力する光電界センサヘッド12と、その出力光電気信号に変換するO/E変換器とを有し、O/E変換された電気信号により電界強度を測定する。送信アンテナ30は、電波を放射するアンテナ本体31の裏面に反射板32を有し、前面および側面がレドーム33に覆われた送信アンテナである。光電界センサヘッド12は、反射板32に設けた穴34よりアンテナ本体31と反射板32との間の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置される。

概要

背景

放送用または通信用送信アンテナの特性の変動などを監視するための手段として、光ファイバにより入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して光ファイバにより出力する光電界センサヘッドと、その出力光電気信号に変換するO/E変換器とを用い、そのO/E変換された電気信号により送信アンテナの近傍の電界強度を測定する光電界センサが使用されている。主として誘電体材料で構成され、電波周波数での応答が可能な広帯域特性を有する光電界センサヘッドを送信アンテナの近傍の測定箇所に設置し、それと光源およびO/E変換器などの測定機器との間を光ファイバで接続することにより、送信アンテナの特性に及ぼす影響を除き、落雷などによる誘導の影響を受けないで、送信電波の強度や位相特性を測定することができる。

このような光電界センサを用いたアンテナ監視システムの一例が特許文献1に記載されている。また、複数個所の電波位相を高い信頼性と高い測定精度で測定することが可能な複数の光電界センサヘッドを用いたシステムが特許文献2に記載され、光電界センサを用いて複数のアンテナ電力レベル位相差計測するアンテナの特性測定システムが特許文献3に記載されている。

概要

光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態で測定することが可能なアンテナ特性測定方法を提供する。光電界センサを用いて送信アンテナから放射される電波の強度または位相を測定するシステムであり、入出力光ファイバ21により入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して入出力光ファイバ21より出力する光電界センサヘッド12と、その出力光を電気信号に変換するO/E変換器とを有し、O/E変換された電気信号により電界強度を測定する。送信アンテナ30は、電波を放射するアンテナ本体31の裏面に反射板32を有し、前面および側面がレドーム33に覆われた送信アンテナである。光電界センサヘッド12は、反射板32に設けた穴34よりアンテナ本体31と反射板32との間の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置される。

目的

本発明の目的は、上記の課題を解決し、光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、かつ、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態でアンテナ特性を測定することが可能なアンテナ特性測定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

光ファイバにより入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して光ファイバにより出力する光電界センサヘッドと、その出力光電気信号に変換するO/E変換器とを有し、そのO/E変換された電気信号により前記電界強度を測定する光電界センサを用いて送信アンテナから放射される電波の強度または位相の少なくとも一方を測定するアンテナ特性測定方法であって、前記送信アンテナは、電波を放射するアンテナ本体の裏面に反射板を有し、少なくとも前面がレドームに覆われた送信アンテナであって、前記光電界センサヘッドは、前記反射板に設けた穴より前記反射板の前面側の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置されることを特徴とするアンテナ特性測定方法。

請求項2

前記光電界センサヘッドは、前記アンテナ本体と前記反射板との間の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項3

前記光電界センサヘッドは、前記反射板の外側または前記反射板の外側に近接して設置された物体に着脱可能に固定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項4

前記光電界センサヘッドは、回転調整角度調整または位置調整の少なくともいずれか1つの調整が可能な形態で固定されることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項5

前記光電界センサヘッドは、該光電界センサヘッドに接続された入力側および出力側の光ファイバの一部と共に絶縁体材料で構成された筐体収納され、前記筐体が着脱可能に固定されることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項6

前記反射板に設けた穴の直径は、前記送信アンテナから放射される電波の波長の1/8以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項7

前記光電界センサヘッドは、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路近傍に設置された電極アンテナとを備え、前記光導波路は、光の入射側から延びる入力光導波路と、前記入力光導波路から二股分岐して延びる2本の位相シフト導波路と、前記2本の位相シフト光導波路合流して光の出射側につながる出力光導波路とから形成され、前記電極アンテナは、前記位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、前記送信アンテナから放射される電波により該電極アンテナに誘起された電気信号を前記位相シフト導波路に印加し該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる駆動電極部分を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項8

前記光電界センサヘッドは、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記基板上に設置されて前記光導波路を伝播する光を反射する光反射部と、前記光導波路近傍に設置された電極アンテナとを備え、前記光導波路が、光の入射側および出射側から延びる入出力光導波路と、前記入出力光導波路から二股に分岐して延びて前記光反射部に達する2本の位相シフト導波路とから形成され、前記電極アンテナは、前記位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、前記送信アンテナから放射される電波により該電極アンテナに誘起された電気信号を前記位相シフト導波路に印加し該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる駆動電極部分を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のアンテナ特性測定方法。

請求項9

前記送信アンテナはテレビ電波の送信アンテナであることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のアンテナ特性測定方法。

技術分野

0001

本発明は、送信アンテナの近くに配置された光電界センサにより、送信アンテナから放射される電波の強度または位相を測定するアンテナ特性測定方法に関する。

背景技術

0002

放送用または通信用の送信アンテナの特性の変動などを監視するための手段として、光ファイバにより入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して光ファイバにより出力する光電界センサヘッドと、その出力光電気信号に変換するO/E変換器とを用い、そのO/E変換された電気信号により送信アンテナの近傍の電界強度を測定する光電界センサが使用されている。主として誘電体材料で構成され、電波周波数での応答が可能な広帯域特性を有する光電界センサヘッドを送信アンテナの近傍の測定箇所に設置し、それと光源およびO/E変換器などの測定機器との間を光ファイバで接続することにより、送信アンテナの特性に及ぼす影響を除き、落雷などによる誘導の影響を受けないで、送信電波の強度や位相特性を測定することができる。

0003

このような光電界センサを用いたアンテナ監視システムの一例が特許文献1に記載されている。また、複数個所の電波の位相を高い信頼性と高い測定精度で測定することが可能な複数の光電界センサヘッドを用いたシステムが特許文献2に記載され、光電界センサを用いて複数のアンテナ電力レベル位相差計測するアンテナの特性測定システムが特許文献3に記載されている。

先行技術

0004

特開2005−86347号公報
特開2014−2005号公報
特開2014−35268号公報

発明が解決しようとする課題

0005

通常、送信アンテナは高い鉄塔などの高所に設置されるので、ループアンテナなどから構成されるアンテナ本体を雨風やなどの気候環境から保護するため、アンテナ本体の前面は防水カバーとして合成樹脂製のレドームで覆われている。また、アンテナ本体の後側には高い利得を得るために反射板が設置されている。そこで、光電界センサを用いて送信アンテナ近傍で電波の監視を長期間にわたって行うためには、送信アンテナの近傍に設置される光電界センサヘッドも耐環境に配慮することが必要となる。
一方、光電界センサヘッドのメンテナンスや、送信アンテナに対する測定箇所を変更したい場合および測定が不要となったときの光電界センサヘッドの撤去のためには光電界センサヘッドが容易に取り外しできることが望ましい。

0006

上記の特許文献1には、レドームの内部の反射板上やレドームの内面、およびレドームの外側の副反射板上に光電界センサヘッドを設置する方法が示されており、特許文献3にはレドームの外側に光電界センサヘッドを配置する方法が示されている。光電界センサヘッドをレドームの外側に配置する場合、上記のように光電界センサヘッドには送信アンテナと同様の環境に耐え得る保護が必要となり、高い信頼性の光電界センサヘッドの収納体および取付構造体を実現するためは高いコストが必要となる。
一方、耐環境性に優れたレドームの内部に光電界センサヘッドを収納する場合には光電界センサヘッドの保護は容易となり、光電界センサヘッドは高コストの収納体や取付け構造体は不要となる。しかし、この場合、光電界センサヘッドの取り外しは困難となる。通常、送信アンテナの全体を保護するレドームは、その目的のため反射板などを含めた構造体に強固に固定されているため、レドームの取り外しは非常に困難であり、それを取り外して再設置するためにはさらに高いコストがかかるからである。
以上のように、従来、光電界センサを用いて送信アンテナ近傍で電波の監視を長期間にわたって行う場合、光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、かつ、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態でアンテナ特性を測定することは困難であった。

0007

本発明の目的は、上記の課題を解決し、光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、かつ、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態でアンテナ特性を測定することが可能なアンテナ特性測定方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するため、第1の観点では、本発明によるアンテナ特性測定方法は、光ファイバにより入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して光ファイバにより出力する光電界センサヘッドと、その出力光を電気信号に変換するO/E変換器とを有し、そのO/E変換された電気信号により前記電界強度を測定する光電界センサを用いて送信アンテナから放射される電波の強度または位相の少なくとも一方を測定するアンテナ特性測定方法であって、前記送信アンテナは、電波を放射するアンテナ本体の裏面に反射板を有し、少なくとも前面がレドームに覆われた送信アンテナであって、前記光電界センサヘッドは、前記反射板に設けた穴より前記反射板の前面側の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置されることを特徴とする。さらに、前記光電界センサヘッドは、前記アンテナ本体と前記反射板との間の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置されてもよい。

0009

上記のように、本発明においては、光電界センサヘッドが設置されるのは環境に対する保護が十分な防水カバーの内部である。かつ、光電界センサヘッドは着脱可能に設置されるので取り外しが容易となる。また、反射板に穴を設置し、その穴より光電界センサヘッドを挿入する構成であるが、通常の光電界センサヘッドの幅方向の形状は数百MHz〜1GHz程度のテレビ電波通信電波を放射する送信アンテナから放射される電波の波長に比べて十分に小さい。穴の大きさがこのように電波の波長に比べて十分小さいときには、反射板に穴が存在することによる送信アンテナ特性への影響は小さいことが、理論上および発明者による実験においても確認されている。また、光電界センサヘッドは反射板の前面側の所定の位置に挿入されてそこでの電波の強度や位相が測定されるが、このような測定により送信アンテナ特性の監視が十分に可能であることも実験で確認している。さらに、アンテナ本体と反射板との間の所定の位置に挿入することにより、より電界強度の大きい位置での測定が可能となり、より高精度の測定が可能となる。

0010

第2の観点では、本発明は、前記第1の観点のアンテナ特性測定方法において、前記光電界センサヘッドは、前記反射板の外側または前記反射板の外側に近接して設置された物体に着脱可能に固定されることを特徴とする。防水カバーの内部への雨や雪、埃等の進入を防ぐため、光電界センサヘッドの取付構造においては、反射板の穴の周囲を構造物で塞ぎ、反射板の内部を外部環境遮断するため、ある程度の機械的な強度を有する構造が必要である。そこで、通常、機械的に十分な強度を有する反射板やその反射板を固定する構造物等に光電界センサヘッドを固定するか、またはそれらに光電界センサヘッド固定用の物体を取り付け、その物体に光電界センサヘッドを固定することが望ましい。この場合、レドームを開けないで反射板の外側から光電界センサヘッドを着脱可能とするため、光電界センサヘッドを固定する物体の固定部分は反射板の外側にあることが望ましい。なお、光電界センサヘッドを着脱可能とするためには、ねじや他のロック機構などを用いて取り付けてもよい。

0011

第3の観点では、本発明は、前記第2の観点のアンテナ特性測定方法において、前記光電界センサヘッドは、回転調整角度調整または位置調整の少なくともいずれか1つの調整が可能な形態で固定されることを特徴とする。光電界センサヘッドは電界を検出するための小さな検出アンテナを有しており、大きな検出信号を得るためには、感度が大きくなるように検出アンテナの位置および方位をある範囲内に合わせる必要がある。光電界センサヘッドを前記の固定用の物体に固定するときに検出アンテナが最適な位置および方位となるように予め設定することも可能であるが、回転調整、角度調整または位置調整などの機構を設けておけば、光電界センサヘッド取付後に送信アンテナに対して目的とする設置位置および設置方位となるように調整でき、柔軟な対応が可能となる。さらに、これらの調整手段があれば、初期測定結果を見て、さらに位置、角度などが最適となるように調整可能である。

0012

第4の観点では、本発明は、前記第2または第3の観点のアンテナ特性測定方法において、前記光電界センサヘッドは、該光電界センサヘッドに接続された入力側および出力側の光ファイバの一部と共に絶縁体材料で構成された筐体に収納され、前記筐体が着脱可能に固定されることを特徴とする。光電界センサヘッドは、一般的に、検出アンテナを通して誘起された電界により光学媒体電気光学効果による屈折率変化を生じさせ、その屈折率変化を透過光強度変化に変換する光学素子を用いて構成され、センサパッケージ内にその光学素子とその光学素子と入出力ファイバとの結合部などを内蔵して構成されている。光電界センサヘッドは、通常の測定器と同様にある程度の機械的強度が保持されているが、本発明においては長期間固定して使用されるので、強風地震などの自然環境に対してその位置が変動しないように、固定する物体に十分な機械的強度を保持して取り付ける必要がある。そこで、本観点の発明のように、光電界センサヘッドとそれに接続された光ファイバの一部を少なくとも固定部分は強固な機械的強度を有する筐体に収納し、その固定部分を固定用の物体に固定することにより十分な強度を得ることができる。なお、この場合の筐体の少なくとも反射板の内部に位置する部分は、送信アンテナ特性に及ぼす影響を抑えるために絶縁体材料で構成されることが望ましい。また、光電界センサヘッドを所定の位置に設置するため、光電界センサヘッドと固定箇所までの間に存在する入出力光ファイバも筐体中に収納されていることが望ましい。

0013

但し、光電界センサヘッドと固定箇所までの間に存在する入出力光ファイバがすべて筐体中に収納される必要はなく、光電界センサヘッドとその入出力部分のみの光ファイバを収納する筐体と固定用の物体への固定部分の構造体とが十分な機械的強度の接続体で接続されていてもよい。また、筐体は、光電界センサヘッドを収納する部分の中心軸と固定部分の中心軸とが一直線状にある必要はなく、光電界センサヘッドを反射板の穴より挿入可能であれば、くの字状や直角状に構成されていてもよい。

0014

第5の観点では、本発明は、前記第1乃至第4の観点のアンテナ特性測定方法において、前記反射板に設けた穴の直径は、前記送信アンテナから放射される電波の波長の1/8以下であることを特徴とする。穴の大きさが電波の波長に比べて1/8以下であるときには、反射板に穴が存在することによる送信アンテナ特性への影響は小さく、測定上、本質的な問題とはならないことが実験において確認されている。

0015

第6の観点では、本発明は、前記第1乃至第5の観点のアンテナ特性測定方法において、前記光電界センサヘッドは、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路近傍に設置された電極アンテナとを備え、前記光導波路は、光の入射側から延びる入力光導波路と、前記入力光導波路から二股分岐して延びる2本の位相シフト導波路と、前記2本の位相シフト光導波路合流して光の出射側につながる出力光導波路とから形成され、前記電極アンテナは、前記位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、前記送信アンテナから放射される電波により該電極アンテナに誘起された電気信号を前記位相シフト導波路に印加し該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる駆動電極部分を有することを特徴とする。

0016

本観点の発明は、光電界センサヘッドにおいて入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調する光学素子として、電気光学効果を有する基板に形成された光導波路を用いた、いわゆる分岐干渉型光変調器を用いるものである。基板材料としてはニオブ酸リチウム結晶が従来から用いられており、小型、高効率、広帯域光変調器が得られるので、本発明のアンテナ特性測定方法の光電界センサヘッドに用いるのに適している。この光変調器には駆動電極と一体となった電界検出用の電極アンテナが設置され、電極アンテナに誘起された電圧が駆動電極部分を介して位相シフト導波路に印加されて位相シフト光導波路の屈折率を変化させ、その2つの位相シフト光導波路を通過した光が合流して干渉し、光強度が変調される。

0017

第7の観点では、本発明は、前記第1乃至第5の観点のアンテナ特性測定方法において、前記光電界センサヘッドは、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記基板上に設置されて前記光導波路を伝播する光を反射する光反射部と、前記光導波路近傍に設置された電極アンテナとを備え、前記光導波路が、光の入出射側から延びる入出力光導波路と、前記入出力光導波路から二股に分岐して延びて前記光反射部に達する2本の位相シフト導波路とから形成され、前記電極アンテナは、前記位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、前記送信アンテナから放射される電波により該電極アンテナに誘起された電気信号を前記位相シフト導波路に印加し該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる駆動電極部分を有することを特徴とする。

0018

前記の第6の観点の分岐干渉型光変調器は、入射光を入射側の入力光導波路から位相シフト導波路を通過して出射側の出力光導波路に導く透過型の光変調器の構成を用いているが、第7の観点における光電界センサヘッドでは、入射光を位相シフト導波路において反射させて入射側の光導波路に戻す、いわゆる反射型の光変調器の構成を用いる。このような反射型の光変調器の構成を用いることにより、透過型の光変調器に比べて同じ電極長に対して2倍の長さ光が透過するので、光電界センサヘッドのより高効率化広帯域化が可能となり、かつ小型化が可能となる。

0019

第8の観点では、本発明は、前記第1乃至第6の観点のアンテナ特性測定方法において、前記送信アンテナはテレビ電波の送信アンテナであることを特徴とする。テレビ電波の送信アンテナは、一般用途の送信アンテナと比べると、その特性が変動することにより大きな影響が生ずることや、より自然環境が厳しい場所に設置されることが多いため、アンテナの特性の監視においては、本発明のアンテナ特性測定方法が有効である。

発明の効果

0020

上記のように、本発明により、光電界センサヘッドの環境に対する保護が十分で、かつ、光電界センサヘッドの取り外しが容易な形態でアンテナ特性を測定することが可能なアンテナ特性測定方法が得られる。

図面の簡単な説明

0021

実施例に係るアンテナ特性測定方法を用いた測定システムブロック構成図。
測定を行う送信アンテナに対する光電界センサヘッドの配置を模式的に示す図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図。
実施例における光電界センサヘッドを収納する筐体と反射板の外側に設置された固定ボックスを示す図であり、図3(a)は側面図、図3(b)は裏面図。
光電界センサヘッドに内蔵される反射型の光変調器の構成を模式的に示す図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図。
光電界センサヘッドの構成を示す平面図。

0022

以下、図面を参照して本発明のアンテナ特性測定方法を実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。

0023

図1は実施例に係るアンテナ特性測定方法を用いた測定システムのブロック構成図である。図2は本実施例における測定を行う送信アンテナに対する光電界センサヘッドの配置を模式的に示す図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図である。本実施例の測定システム10は光電界センサを用いて送信アンテナ30から放射される電波の強度または位相の少なくとも一方を測定するシステムである。図1に示すように、本実施例に用いる光電界センサは、入出力光ファイバ21により入力された入力光の強度をその場の電界強度に応じて変調して入出力光ファイバ21より出力する光電界センサヘッド12と、その出力光を電気信号に変換するO/E変換器23とを有し、そのO/E変換された電気信号により電界強度を測定する。図2に示すように、送信アンテナ30は、電波を放射するアンテナ本体31の裏面に反射板32を有し、前面および側面が防水カバーであるレドーム33に覆われた送信アンテナである。なお、図2においてはアンテナ本体31として4L形双ループアンテナ素子を用いている。光電界センサヘッド12は、反射板32に設けた穴34よりアンテナ本体31と反射板32との間の所定の位置に挿入されて着脱可能に設置される。

0024

図1において、測定システム10において使用される光電界センサは、送受信装置11と入出力光ファイバ21、光電界センサヘッド12とから構成される。本実施例の光電界センサヘッド12は反射型の光変調器を用いている。送受信装置11は、光送信部14と光受信部15、および光サーキュレータ16とから構成されている。光送信部14は、互いに直交する偏光を出力する2つの光変調器用光源17とそれらの偏光を合成するために偏波保持光ファイバを介して接続された偏波合成器18とを備え、偏波合成器18からの互いに直交する偏光成分を有する出力光が光サーキュレータ16を経由してシングルモード光ファイバからなる入出力光ファイバ21に入力され、光電界センサヘッド12に導かれる。

0025

光電界センサヘッド12において検出された電界によって強度変調された光信号は入出力光ファイバ21を通って光サーキュレータ16に戻り、光受信部15に入射する。光受信部15は、O/E変換器23とアンプ24とを備えている。検出電波の電界強度の時間変化波形と同じ波形を有する光信号はO/E変換器23により電気信号に変換され、アンプ24により増幅されて光電界センサから出力する。出力された信号は処理装置13に送られ、電波の強度特性及び位相特性の解析、評価などが行われ、それらのデータの保存、表示、出力などが行われる。

0026

本実施例において、光電界センサヘッド12は、光電界センサヘッド12に接続された入出力光ファイバの一部と共に絶縁体材料で構成された筐体に収納され、その筐体が反射板32の外側に設置された固定ボックスに着脱可能に固定される。

0027

図3は本実施例における光電界センサヘッドを収納する筐体と反射板の外側に設置された筐体を固定し保護する固定ボックスの構造を示す図であり、図3(a)は側面図、図3(b)は裏面図である。図3において、円筒状の筐体35は光電界センサヘッド12と光電界センサヘッドに接続された入出力光ファイバの一部であるファイバピッグテイル部分36の一部を内蔵し、反射板32の裏面に固定された固定ボックス37の取り付け部38に固定される。固定ボックス37には反射板32の穴34に対応した穴を有し、その穴の裏側に取り付け部38が形成されている。また、本実施例においては、光電界センサヘッド12が目的とするアンテナ本体31と反射板32の間の位置で目的とする電界成分に対して感度が得られるように、穴34の位置が設定され、かつ、筐体35が反射板32に対して斜めに挿入されるように構成されている。筐体35は固定されたときに反射板32より内側に突出する部分の大部分はフッ素樹脂などの絶縁体材料で構成され、取り付け部38と結合する結合部35Aは金属で構成されている。結合部35Aの端部の外周にはねじが形成され、取り付け部38はそのねじに嵌め合うねじが内周に形成された円筒部分を有している。また、ファイバピッグテイル部分36の先端には光ファイバコネクタが形成され、取り付け部38の底部を通って固定ボックス37の側面に設置された受け側の光ファイバコネクタ39に挿入される。固定ボックス37は光電界センサヘッド12を固定後、裏側より蓋37Aにより密封され、蓋37Aの周囲をねじにより固定する。

0028

本実施例においては、固定ボックス37の蓋37Aを取りはずし、取り付け部38から結合部35Aを取り外すことにより筐体35を取り外すことができ、容易に光電界センサヘッド12の取り外しが可能である。

0029

また、本実施例の送信アンテナはUHF帯、すなわち周波数470〜710MHzの電波を放射し、穴34の直径は20〜50mm程度であるので、穴34の直径は電波の波長の1/10程度以下となり、穴34の存在によるアンテナ特性への影響は非常に小さい。

0030

図4は本実施例の光電界センサヘッドに内蔵される反射型の光変調器の構成を模式的に示す図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図である。図4において、
光変調器25は、電気光学効果を有する結晶基板であるXカットニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶から作られた基板26と、基板26の上面側にTi拡散によって作られた分岐干渉型光導波路27と、基板26の上面側に成膜されたバッファ層28と、バッファ層28の上に成膜された電極アンテナ29と、基板26の一方の端部に設置された光反射部21とから構成されている。

0031

分岐干渉型光導波路27は、入力光の入射側に延びる1本の入出力光導波路27aと、入出力光導波路27aから二股に分岐して延びる2本の位相シフト導波路27b,27cとから形成されている。入出力光導波路27aや位相シフト光導波路27b,27cは、延伸方向に垂直な方向の幅寸法Wが等しい。位相シフト光導波路27b,27cは、それらの延伸方向の長さ寸法がほぼ等しい。

0032

光導波路27a〜27cの幅寸法Wは、5〜10μmの範囲にある。各位相シフト光導波路27b,27cの延伸方向の長さ寸法は、10〜30mmの範囲にある。位相シフト光導波路27bと27cは、その中央部分が幅方向へ所定寸法で離間し、互いに平行に延びている。中央部分における光導波路27bと27cの間の離間寸法は、20〜50μmの範囲にある。なお、光導波路27a〜27dの幅寸法Wや各位相シフト光導波路27b,27cの長さ寸法、光導波路27b,27cの離間寸法について特に限定はなく、それら寸法を任意に設定することができる。

0033

バッファ層28は、光導波路27を伝播する光の一部が電極アンテナ29に吸収されることを防止する目的で設けられる。バッファ層28は、二酸化ケイ素(SiO2)から作られ、その厚さ寸法は100〜1000nm程度である。ダイポールアンテナと類似の検出アンテナとして機能する電極アンテナ29は、一方が入出力光導波路27aの側に位置し、他方が光反射部21の側に位置するように、延伸方向へ並んでいる。それらの電極アンテナ29は、スパッタリング等によって成膜されたクロム(Cr)と金(Au)の2層膜である。電極アンテナ29は、空間を伝播する電波を受け、その電波の電界強度に比例した電気信号を誘起する。

0034

光反射部21の側に位置する電極アンテナ29は位相シフト光導波路27bと27cの間に配置された駆動電極部29aを有し、入出力光導波路27aの側に位置する電極アンテナ29は、位相シフト光導波路27b,27cを挟んで駆動電極部29aの両側に配置された駆動電極部29b,29cを有する。それら駆動電極部29a,29b,29cは、光導波路27b,27cと平行に延伸方向へ延びている。電極アンテナ29の延伸方向の両端間の長さは5〜10mm程度である。

0035

基板26の一方の端部に入出力光導波路27aの光入出射端が形成され、他方の端部に光反射部21が設置されている。入出力光導波路27aの光入出射端には光ファイバ19の入出射端面が結合している。光反射部21は、入出力光導波路27aから入射して位相シフト光導波路27b,27cを伝播した光を反射し、位相シフト光導波路27b,27cから入出力光導波路27aへ戻して伝播させる。電極アンテナ29が電波を受けたことにより誘起された電圧が駆動電極部29aと29b、29cとの間に互いに逆向きに印加されることにより位相シフト光導波路27bと27cには互いに逆向きの屈折率変化が生じ、それらを通過する光に互いに逆極性位相シフトが生ずることにより、それらの光が合流するときに互いに干渉して強度変化が生ずる。これにより電極アンテナ29で受けた電波の電界強度変化に対応した光強度変化を有する変調光が得られる。

0036

なお、本実施例においては反射型の光変調器を用いており、同じ駆動電極部を折り返して2回光が通過するので、より高い変調効率が得られる。または、同じ変調効率を得るための駆動電極部の長さが短くてよいので電極容量を低減でき、より広帯域化が可能となる。また、出力光導波路を入力光導波路と一体化でき、位相シフト光導波路の長さを短くできるので光電界センサヘッドの小型化が可能となる。

0037

図5は光電界センサヘッドの構成を示す平面図である。光変調器25と光ファイバ19との結合部がセンサパッケージ20に内蔵され、密封されている。図5はセンサパッケージ20の蓋を被せる前の状態を示している。なお、センサパッケージ20は検出する電界に影響を及ぼさないようにガラスやフッ素樹脂などの絶縁体材料で構成され、その形状は、幅及び高さが10〜20mm程度、長さは50〜100mm程度である。

0038

図1において、光変調器用光源17は、レーザ光を出射するレーザ光源であり、例えば、1.55μmの波長を有し、出力50mWの半導体レーザ光源を使用できる。光電界センサヘッドに使用するレーザ光は、その波長が1.26〜1.68μmの範囲にあればよく、その電力量が1〜100mWの範囲にあればよい。レーザ光の波長が1.68μmを超過すると、光ファイバにおいて不要なノイズが発生し、光ファイバを伝搬することにより損失が生ずるからである。レーザ光の電力量が100mWを超過すると、不必要な電力量を有するレーザ光を光電界センサヘッド12に供給することになり、その結果、送受信機11の消費電力を低減することができない。

0039

本実施例のアンテナ特性測定方法を複数の送信アンテナを用いて全方位に電波を放射するシステムに適用する場合において、それらの個々の送信アンテナに光電界センサヘッドを設置して監視する場合には、例えば、光電界センサの1つの送受信装置を共通に使用し、各光電界センサヘッドに接続された入出力光ファイバと送受信機の光サーキュレータより出力する光ファイバとの間を光スイッチにより順次切り替えて接続し、各送信アンテナの測定を順次行う方法を用いてもよい。

0040

本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、光電界センサヘッドの構成、光電界センサヘッドを収納する筐体およびその固定構造、送受信機の構成など様々な変形が可能である。

0041

上記の実施例では光電界センサヘッドの光変調器として反射型の光変調器25を用いたが、透過型の光変調器を用いてもよい。透過型の光変調器の構成例としては、例えば上記の光変調器25と同じ基板を用い、その基板に同様の形状の光導波路や電極アンテナを形成して構成できる。但し、透過型の光変調器の場合、図4(a)において、光反射部21の代わりに入射側と対称に位相シフト光導波路27から合流する出力光導波路を設け、その出力端面出力光ファイバを結合して出力する。また、透過型の光変調器を用いる場合、入力光ファイバと出力光ファイバはそれぞれ別個に分離されて設置されるので、送受信機の光サーキュレータ16は不要となり、偏波合成器18からの出射光が入力光ファイバに結合され、出力光ファイバからの出力がO/E変換器23に入射する。

0042

上記の実施例では光電界センサヘッドを収納する筐体として円筒状の筐体35を用い、この筐体35では光電界センサヘッドを収納する部分の円筒の中心軸と結合部35Aの円筒の中心軸とが一直線状にあるが、必ずしもその必要はない。例えば、それらの円筒の中心軸が数度〜90度程度の範囲で交差するように構成されていてもよい。すなわち、光電界センサヘッドを反射板の穴34より挿入可能であれば、筐体が長さ方向にくの字状に折れ曲がって構成されていてもよい。この場合も反射板とアンテナ本体の間にある筐体の大部分は絶縁材料で構成される。また、光電界センサヘッドが目的とするアンテナ本体31と反射板32の間の位置で目的とする電界成分に対して感度が得られるように、穴34の位置と筐体の形状が設定される。また、この場合、筐体の取り付け部の中心軸が反射板32に対して垂直となるように構成することができる。また、筐体の形状としては円筒体である必要はなく、多角形の断面形状を有する筒体であってもよい。

0043

上記の実施例において、筐体35の結合部35Aを取り付け部38に固定するときに、結合部35Aをその中心軸に対して回転調整後に固定できるようにしてもよい。また、筐体を固定する構造としては、固定ボックスの取り付け部のいずれかに開けた穴からねじを挿入して筐体の結合部に設けたねじ穴に挿入する一般的なねじ止めでもよい。または取り付け部のいずれかに設けたねじ穴よりねじを挿入して筐体の結合部を取り付け部のいずれかに押し当てることにより固定してもよい。

0044

さらに、固定ボックスの取り付け部に回転機構移動機構などを設け、その機構を介して筐体を固定することにより、筐体の回転調整、角度調整、位置調整などが可能となる。また、固定ボックスの形状も任意に設定することができ、筐体に内蔵された光電界センサヘッドを外の環境から保護できるように蓋などにより密封構造が可能であればよい。

実施例

0045

また、光電界センサヘッドは筐体を用いないで、絶縁体材料で構成された棒状または板状の物体に固定し、その棒状または板状の物体の端部に金属からなる結合部を設け、その結合部を実施例のような反射板の裏側に設置した固定ボックスの取り付け部に固定してもよい。この場合でも、固定ボックスが密封されれば光電界センサヘッドを外の環境から保護できる。

0046

10測定システム
11送受信装置
12光電界センサヘッド
13処理装置
14光送信部
15光受信部
16光サーキュレータ
17光変調器用光源
18偏波合成器
20センサパッケージ
21光反射部
23 O/E変換器
24アンプ
25 光変調器
26基板
27分岐干渉型光導波路
27a入出力光導波路
27b、27c位相シフト光導波路
28バッファ層
29電極アンテナ
29a、29b、29c駆動電極部
30送信アンテナ
31アンテナ本体
32反射板
33レドーム
34 穴
35筐体
35A 結合部
36ファイバピッグテイル部分
37固定ボックス
37A 蓋
38 取り付け部
39 光ファイバコネクタ

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