特許ウォッチ

公開番号2024013294
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-01
出願番号2022115259
出願日2022-07-20
発明の名称コヒーレント合成光電気変換装置
出願人国立大学法人徳島大学
代理人
主分類H04B 7/06 20060101AFI20240125BHJP(電気通信技術)
要約【課題】低位相ノイズで高出力なコヒーレント合成無線伝送装置及びこれを用いたフェーズドアレイアンテナ装置を提供する。
【解決手段】情報信号を含むベースバンド信号でキャリア信号が変調された無線信号をS4送信アンテナ5から送信するコヒーレント合成光電気変換装置であって、レーザー光で励起され、100GHz以上3THz以下の周波数間隔f_repの光周波数コムを生成する微小光共振器2と、光周波数コムから互いに隣接する光周波数モード対を複数対分離し、各対の一方に対して同じベースバンド信号を用いて光変調を行う変調部3と、送信アンテナに設けられ、光周波数モード対の光周波数モードを混合して周波数間隔f_repに等しい高周波電波信号S41、S42を生成する1又は複数の光電気変換素子41、42から成る光電気変換部4と、高周波電波信号群の相互間の位相オフセットを調整する位相オフセット調整部301、302と、を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
情報信号を含むベースバンド信号でキャリア信号が変調された無線信号を送信アンテナから送信する無線伝送装置であって、
レーザー光で励起され、１００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の周波数間隔ｆ
ｒｅｐ
の光周波数コムを生成する微小光共振器と、
前記光周波数コムから隣接する光周波数モードからなる第１の光周波数モード対と第２の周波数モード対を複数対分離し、
前記第１光周波数モード対に含まれている一方の光周波数モードを前記ベースバンド信号を用いて光変調する第１変調部と前記第２光周波数モード対に含まれている一方の光周波数モードを前記ベースバンド信号を用いて光変調する第２変調部から成る変調信号生成部と、
前記各対の光周波数モードを混合して前記周波数間隔ｆ
ｒｅｐ
に等しい高周波電波信号群を生成する１または複数の光電気変換素子より成る光電気変換素子部と、
前記高周波電波信号群の相互間の位相差を調整する位相オフセット調整部を有した、コヒーレント合成光電気変換装置。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記繰り返し周波数は３００ＧＨｚ以上１ＴＨｚ以下である請求項１に記載のコヒーレント合成光電気変換装置。
【請求項３】
前記位相オフセット調整部は、第１光周波数モード対の位相差と、第２光周波数モード対の位相差との少なくとも一方を調整し、高周波電波信号群の相互間の位相差が無くなるように調整する請求項１に記載のコヒーレント合成光電気変換装置。
【請求項４】
前記光電気変換素子は単一走行キャリアフォトダイオードを含む請求項１に記載のコヒーレント合成光電気変換装置。
【請求項５】
前記微小光共振器は非線形光学効果を有する媒質であって、窒化ケイ素（Ｓｉ
３
Ｎ
４
）、ガリウム砒素アルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
）、五酸化タンタル（Ｔａ
２
Ｏ
５
）、および窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる群より選択される１種以上の媒質を含む請求項１に記載のコヒーレント合成光電気変換装置。
【請求項６】
前記送信アンテナは複数のアンテナエレメントで構成され、前記光電気変換素子は前記複数アンテナエレメントにそれぞれ設けられ、前記高周波電波信号群は前記送信アンテナにおいて波面合成され、前記無線信号となる請求項１に記載のコヒーレント合成光電気変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント合成無線伝送装置およびこれを用いたフェーズドアレイアンテナ装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、移動（無線）通信（２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ／５Ｇ等）では、半導体技術の進歩に伴う技術革新（電子回路の高速化、高周波化）が、世代進化を牽引してきた。しかし、次世代移動通信（Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ／６Ｇ）で扱う周波数はキャリア周波数３００ＧＨｚ以上のいわゆるテラヘルツ帯（以降、ＴＨｚ帯）に及ぶとされ、電気的手法の技術的限界（周波数上限）に達する可能性がある。つまり、無線キャリア波の低出力化と位相ノイズ増大、信号伝送損失の増大、光通信と移動通信の信号変換に伴う時間遅延といった本質的問題が顕在化すると言われている。
【０００３】
一方、光ファイバー網を用いた光通信は最速の情報伝送速度を有し、最近ではデバイス内部の電子配線を光配線に置き換えて超高速・大容量・低遅延・低消費電力を実現するシリコン・フォトニクスの技術開発が進んでいる。このような背景から、無線通信においてもキャリアの発生源に光学デバイスを用いたり、システムの一部に光通信の技術を取り入れたりする例が最近見受けられる。例えば、波長が異なる光をそれぞれ変調した後混合してテラヘルツ波を発生させ、無線通信に用いた例が開示されている（非特許文献１）。
【０００４】
さらに、シリコン・フォトニクスの技術を用いて、マルチレーザーの出力光を干渉させて得たテラヘルツ帯の電波を送信するフェーズドアレイアンテナを試作した例が報告されている（非特許文献２）。
【０００５】
また、周波数が異なる２波長の光を生成する他の方法としては、光周波数コムから、所望の周波数間隔となる任意の光周波数モードをフィルターで抽出する方法が開示されている。（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－４８５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
永妻忠夫、“テラヘルツ波が拓く超高速無線通信”、精密工学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．３、２０１６
加藤、“テラヘルツ波を活用した高セキュリティ無線通信技術の研究開発の概要”、電波利活用ウェビナー２０２１、２０２１年１０月２８日http://www.kiai.gr.jp/jigyou/R3/PDF/1028p4.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、光源としてマルチレーザーを用いる場合、レーザー相互間の位相ノイズや特に低域位相ノイズである位相揺らぎを厳密に制御することが困難であった。光周波数コムから任意の光周波数モードを抜き取りこれらのビートからテラヘルツ波を得る方法では、位相ノイズを低く抑えることができたとしても、単一の光電気変換素子から発生可能なテラヘルツ波の強度が弱いため、受信信号のＳＮ比が悪くなり通信エラーに繋がりやすいといった課題があった。また、発生テラヘルツ波は高周波のためビーム指向性が強くなり、特定方向の受信器に向かってテラヘルツ波を伝搬させるためには、テラヘルツ波の放射方向を機械的に走査する機構が必要となり、高速走査が困難であるといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るコヒーレント合成光電気変換装置は、情報信号を含むベースバンド信号でキャリア信号が変調された無線信号を送信アンテナから送信する無線伝送装置であって、レーザー光で励起され、１００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の周波数間隔ｆ
ｒｅｐ
の光周波数コムを生成する微小光共振器と、前記光周波数コムから互いに隣接する光周波数モード対を複数対分離し、各対の一方に対して同じベースバンド信号を用いて光変調を行う変調信号生成部と、前記送信アンテナに設けられ、前記各対の光周波数モードを混合して前記周波数間隔ｆ
ｒｅｐ
に等しい高周波電波信号群を生成する１または複数の光電気変換素子より成る光電気変換素子部と、前記高周波電波信号群の相互間の位相差を調整する位相オフセット調整部を有した。
【００１０】
前記繰り返し周波数は３００ＧＨｚ以上１ＴＨｚ以下であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許