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JP2011191107A - Optical transmission device including multichannel rotary joint - Google Patents

Optical transmission device including multichannel rotary joint Download PDF

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JP2011191107A
JP2011191107A JP2010055696A JP2010055696A JP2011191107A JP 2011191107 A JP2011191107 A JP 2011191107A JP 2010055696 A JP2010055696 A JP 2010055696A JP 2010055696 A JP2010055696 A JP 2010055696A JP 2011191107 A JP2011191107 A JP 2011191107A
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Japan
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optical
electric field
field sensor
rotary joint
light
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Application number
JP2010055696A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuji Osawa
隆二 大沢
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Seikoh Giken Co Ltd
Original Assignee
Seikoh Giken Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical rotary joint having 0.2 dB or less deviation of a propagation loss by rotation, which performs multichannel measurement simultaneously and infinitely rotates, and also to provide an optical electromagnetic field sensor. <P>SOLUTION: This multichannel high-stability optical electromagnetic field sensor is acquired by acquiring an RF signal having a very small deviation, by compensating deviation of transmission loss generated by rotation of the optical rotary joint, by installing a feedback circuit by the use of light so that the DC level of an intensity-modulated measurement signal becomes a constant value, or providing a feedback circuit of an electric circuit, and by installing an optical multiplexer and a branching filter composed of wavelength filters above and below the optical rotary joint, and performing measurement with laser beams of different wavelengths. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光源並びに光学結晶を使用して、空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定する装置または受信アンテナからの受信電圧を光変調し伝送する光伝送装置であって、主としてEMC(電磁環境問題/electoromagneticcompatibility)分野で電波や電磁ノイズの特性測定用の計測器として用いられる電界センサと共に、携帯電話等の特定周波数の信号電波を検出するアンテナとしても機能する伝送装置に関する。   The present invention is an apparatus for measuring the electric field strength of an electromagnetic wave propagating in space using a laser light source and an optical crystal, or an optical transmission apparatus for optically modulating and transmitting a received voltage from a receiving antenna. The present invention relates to an electric field sensor used as a measuring instrument for measuring characteristics of radio waves and electromagnetic noise in the field of environmental problems (electromagnetic compatibility), and a transmission device that also functions as an antenna for detecting signal radio waves of a specific frequency such as a mobile phone.

一般に、コンピュータ等の情報機器や通信機器,ロボット等のFA機器,或いは自動車や鉄道等の制御器等の多くの電気機器は、外部からの電磁ノイズによって常に誤動作等の悪影響を受ける危険性を持つことが知られている。   In general, many electrical devices such as information devices such as computers, communication devices, FA devices such as robots, or controllers such as automobiles and railways are always at risk of being adversely affected by external electromagnetic noise. It is known.

そこで、最近のEMC分野においては、外部の電磁環境や悪影響を及ぼすような電磁ノイズの大きさ、或いは電気機器自体が発生するノイズ等を正確に測定することが重要となっている。   Therefore, in the recent EMC field, it is important to accurately measure the magnitude of electromagnetic noise that adversely affects the external electromagnetic environment or the noise generated by the electrical equipment itself.

従来、上述した電磁ノイズを測定するためには、以下に説明するような三つの技術的手法が適用されている。   Conventionally, in order to measure the electromagnetic noise described above, three technical methods as described below are applied.

第1の手法は、通常のアンテナを用いて電磁ノイズを受信し、同軸ケーブルで測定器まで導くものである。又、第2の手法は、電磁ノイズをアンテナを用いて受信し、その受信信号を検波した後に光信号に変換して光ファイバを介して測定器まで導くものである。更に、第3の手法は、印加される電界強度に応じて透過光の強度が変化するように構成された光学素子を用いて電磁ノイズの電界強度変化を光強度変化に変換し、光学素子と光源及び測定器に接続された光検出器との間を光ファイバで接続するものである。   The first technique is to receive electromagnetic noise using a normal antenna and guide it to a measuring instrument using a coaxial cable. In the second method, electromagnetic noise is received using an antenna, the received signal is detected, converted to an optical signal, and guided to a measuring instrument via an optical fiber. Further, the third method converts an electric field strength change of electromagnetic noise into a light intensity change by using an optical element configured to change the intensity of transmitted light according to the applied electric field strength, The light source and the photodetector connected to the measuring device are connected by an optical fiber.

このうち、第1の手法は最も一般的であるが、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分布を乱す、或いはケーブル途中からノイズ混入の危険がある等の問題があるため、現在では光ファイバを用いた第2の手法及び第3の手法が検討されている。   Of these, the first method is the most common. However, there is a problem that the electric field distribution is disturbed due to the presence of an electric cable such as a coaxial cable, or there is a risk of noise mixing in the middle of the cable. A second method and a third method using the above are being studied.

又、第2の手法は、ダイオードで検波した検波信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くものであるが、センサヘッドにおいて電気回路やバッテリを必要とするため、或る程度の大きさの金属部分が存在して形状も大きくなってしまうという問題がある他、電界の検出感度が低くて応答速度が遅いという欠点がある。   In the second method, the detection signal detected by the diode is amplified and converted into an optical signal in addition to the light emitting diode, and the optical signal is led to the photodetector. In addition to the problem that the metal portion of a certain size exists and the shape becomes large because it is necessary, there is a drawback that the detection sensitivity of the electric field is low and the response speed is slow.

更に、第3の手法は、電界強度を透過光の強度変化に変換し、最終的に電気出力に復調する方式であり、第1、第2の方法と区別するため光電界センサと呼ばれている。その素子構造としては、小型アンテナを接続して光ファイバの出射光をレンズで平行光として素子中を通過させ、素子中の電界により偏光方向を回転させて検光子により光強度変調に変換し再び光ファイバに結合するバルク型光電界センサと、素子上に設けた光導波路により電界強度を光強度変調に変換する導波路型光電界センサとがある。通常、導波路型光電界センサの方がバルク型光電界センサよりも10倍以上検出感度が高くなっているものの、導波路型光電界センサに比べバルク型光電界センサの方がセンサ部を小型化でき、高周波まで検出できるため、その用途によって使い分けることが検討されている。   Furthermore, the third method is a method of converting the electric field intensity into a change in intensity of transmitted light and finally demodulating it into an electric output, and is called an optical electric field sensor to distinguish it from the first and second methods. Yes. The element structure is such that a small antenna is connected, the light emitted from the optical fiber is passed through the element as parallel light through a lens, the polarization direction is rotated by the electric field in the element, and converted into light intensity modulation by the analyzer. There are a bulk type optical electric field sensor coupled to an optical fiber and a waveguide type optical electric field sensor that converts electric field intensity into optical intensity modulation by an optical waveguide provided on the element. Normally, the waveguide type optical electric field sensor is 10 times more sensitive than the bulk type optical electric field sensor, but the bulk type optical electric field sensor is smaller than the waveguide type optical electric field sensor. Since it can be detected up to a high frequency, it has been studied to use properly depending on the application.

図6は、従来の光電界センサの基本構成を示したものであり、図7はその電界センサに用いられるバルク型光電界センサヘッドの細部構成を斜視図により示したものである。   FIG. 6 shows a basic configuration of a conventional optical electric field sensor, and FIG. 7 shows a detailed configuration of a bulk type optical electric field sensor head used for the electric field sensor in a perspective view.

ここで図7のセンサヘッドは、偏光子6、波長板7、検光子8、電気光学素子9、平行電極14、アンテナ15から構成される。
入力されたレーザ光16が偏光子6によって特定の方向の直線偏波のみ透過し、この直線偏波が波長板7によって任意の角度に回転され電気光学素子9に入射される。ここで、入射されたレーザ光は、加えられた電界強度に従って偏波方向が回転し、検光子8の偏光方向成分のみ透過する。この効果を使って入力電界強度を光強度変調に変換することで印加された電界強度が測定できる。
Here, the sensor head of FIG. 7 includes a polarizer 6, a wave plate 7, an analyzer 8, an electro-optic element 9, a parallel electrode 14, and an antenna 15.
The input laser beam 16 is transmitted only by a linearly polarized wave in a specific direction by the polarizer 6, and this linearly polarized wave is rotated to an arbitrary angle by the wave plate 7 and is incident on the electro-optic element 9. Here, the incident laser light rotates in the polarization direction according to the applied electric field intensity, and transmits only the polarization direction component of the analyzer 8. Using this effect, the applied electric field strength can be measured by converting the input electric field strength into light intensity modulation.

図7は導波路型光電界センサに用いられるセンサヘッドの細部構成を斜視図により示したものである。   FIG. 7 is a perspective view showing a detailed configuration of a sensor head used in a waveguide type optical electric field sensor.

ここで図7のセンサヘッドは、ニオブ酸リチウム単結晶基板10上の所定箇所にそれぞれ一対の変調用電極14’が設置され、アンテナ15’に接続されている。一対の変調用電極14’の一方側には入射光導波路11から分岐した位相シフト光導波路12が結合され、他方側では位相シフト光導波路12が合流して出射光導波路13が形成されている。入射光導波路11の入射端には入射光用に光ファイバ2’が結合され、出射光導波路13の出射端には出射光用に光ファイバ3’が接続されている。   Here, in the sensor head of FIG. 7, a pair of modulation electrodes 14 ′ are installed at predetermined positions on the lithium niobate single crystal substrate 10, and are connected to the antenna 15 ′. The phase shift optical waveguide 12 branched from the incident optical waveguide 11 is coupled to one side of the pair of modulation electrodes 14 ′, and the output optical waveguide 13 is formed by joining the phase shift optical waveguide 12 on the other side. An optical fiber 2 ′ is coupled to the incident end of the incident optical waveguide 11 for incident light, and an optical fiber 3 ′ is coupled to the output end of the output optical waveguide 13 for outgoing light.

導波路型光電界センサでは、光源1’から光ファイバ2’を通った光がセンサヘッド4’に入射光として入射される。センサヘッド4’においては、入射光が入射光導波路11に入射された後、二つの位相シフト光導波路12によりエネルギーが分割されて一対の変調用電極14’の間に伝送される。ここで、外部から電界が印加された場合、アンテナ15’により一対の変調用電極14’に対して電圧が誘起され、電極間の位相シフト光導波路12の片側に電界成分が生じる。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて位相シフト光導波路12を伝搬する光波間には印加電界の大きさに応じた位相差が変化する。即ち、印加電界強度に応じて出射光導波路13を経て光ファイバ3’に出射される出射光の強度は変化することになり、その光強度変化を光検出器(受光器)17’で測定することにより印加電界の強度を測定できる。   In the waveguide type optical electric field sensor, light passing through the optical fiber 2 'from the light source 1' enters the sensor head 4 'as incident light. In the sensor head 4 ′, after incident light is incident on the incident optical waveguide 11, energy is divided by the two phase shift optical waveguides 12 and transmitted between the pair of modulation electrodes 14 ′. Here, when an electric field is applied from the outside, a voltage is induced to the pair of modulation electrodes 14 ′ by the antenna 15 ′, and an electric field component is generated on one side of the phase shift optical waveguide 12 between the electrodes. As a result, a refractive index change occurs due to the electro-optic effect, and the phase difference corresponding to the magnitude of the applied electric field changes between the light waves propagating through the phase shift optical waveguide 12. That is, the intensity of the outgoing light emitted to the optical fiber 3 ′ through the outgoing optical waveguide 13 changes according to the applied electric field strength, and the change in the light intensity is measured by the photodetector (light receiver) 17 ′. Thus, the strength of the applied electric field can be measured.

一方、図8に示すように、電界計測用途ではなく、アンテナ15’’の受信特性を評価する目的や、図示はしないがハイインピーダンス入力であることを利用して、電圧信号伝送のために、高周波コネクタ18などで被測定アンテナ15’’と変調用電極14を電気的に接続することにより、アンテナ15’の受信電圧信号を光強度信号に変換して伝送する電圧検出装置として利用できる。
これは、バルク型光電界センサ、導波路型光電界センサともに応用可能であるが、前述の電界測定用途および後述のアンテナ計測用途等の光伝送装置の両者を総称して光電界センサとする。
On the other hand, as shown in FIG. 8, for the purpose of evaluating the reception characteristics of the antenna 15 '', not for electric field measurement, or for the purpose of voltage signal transmission using the high impedance input (not shown), By electrically connecting the antenna 15 ″ to be measured and the modulation electrode 14 with a high-frequency connector 18 or the like, it can be used as a voltage detection device that converts the received voltage signal of the antenna 15 ′ into a light intensity signal and transmits it.
This can be applied to both a bulk type optical electric field sensor and a waveguide type optical electric field sensor. However, the optical electric field sensor is collectively referred to as both the above-mentioned electric field measuring application and the later-described antenna measuring application.

導波路型電界センサのアンテナをループアンテナの様に磁界検出型のアンテナとすることによっても光磁界センサとすることができる。   An optical magnetic field sensor can also be obtained by using a magnetic field detection type antenna such as a loop antenna for the waveguide type electric field sensor.

上述の様に、光電界センサおよび光磁界センサは構造的に本質的な相違が無いため、光電磁界センサと標記する。   As described above, since the optical electric field sensor and the optical magnetic field sensor are not structurally essential, they are labeled as a photoelectric magnetic field sensor.

ところで、最近では取り扱い易さの必要から、図9に示す様に、センサヘッド4’’’について電気光学素子端、磁気光学素子端に、または図10に示す様に位相シフト光導波路端に光学的な鏡20,20’を設置することにより、出射光側ファイバの無い、反射型と呼ばれる光電磁界センサが提案され、利用されている。 この場合、光電界センサヘッドへ入射する光と光電界センサヘッドから戻る光を分離するために光サーキュレータ19が使用される。   By the way, recently, due to the necessity of easy handling, as shown in FIG. 9, the sensor head 4 ′ ″ is optically connected to the electro-optical element end, the magneto-optical element end, or to the phase shift optical waveguide end as shown in FIG. By installing a conventional mirror 20, 20 ′, a photoelectric magnetic field sensor called a reflection type without an outgoing light side fiber has been proposed and used. In this case, the optical circulator 19 is used to separate light incident on the optical electric field sensor head and light returning from the optical electric field sensor head.

この様な反射型光電磁界センサについて、特にアンテナ性能評価方法で注目されている測定内容のひとつとして、携帯電話のMIMOアンテナの評価がある。   Regarding such a reflection type photoelectric magnetic field sensor, one of the measurement contents that have attracted particular attention in the antenna performance evaluation method is the evaluation of a mobile phone MIMO antenna.

これは1台の携帯電話端末に複数のアンテナが設置され、同時に複数のアンテナで無線通信を行い、通信速度の増加を目指した技術である。   This is a technology that aims to increase the communication speed by installing multiple antennas on one mobile phone terminal and simultaneously performing wireless communication with multiple antennas.

このために複数のアンテナの受信性能を同時に評価する必要があり、その方法としては、電波暗室内でターンテーブル上に複数のアンテナが設置された携帯電話端末を固定し、ターンテーブルを回転させながら一定方向からの受信電波強度等を測定し性能を評価する方法が一般的である。   For this purpose, it is necessary to evaluate the reception performance of multiple antennas simultaneously. As a method, a mobile phone terminal with multiple antennas is fixed on a turntable in an anechoic chamber, and the turntable is rotated. A general method is to measure the received radio wave intensity from a certain direction and evaluate the performance.

ターンテーブル上のアンテナから信号を取り出すためには、通常の同軸ケーブルを使用する場合、RFロータリージョイントを使用することによって回転側と固定側を電気的に接続している。   In order to extract the signal from the antenna on the turntable, when using a normal coaxial cable, the rotating side and the fixed side are electrically connected by using an RF rotary joint.

一般的な測定系を図11に示す。ネットワークアナライザ32からアンプ31を通じて送信アンテナ15から電波が放射される。この電波を被測定アンテナ36、36’が受信し同軸ケーブル35、35’を通してターンテーブル33に固定されたRFロータリージョイント34からネットワークアナライザ32に信号が返され、アンテナ特性が評価される。   A general measurement system is shown in FIG. Radio waves are radiated from the transmission antenna 15 through the amplifier 31 from the network analyzer 32. The measured antennas 36 and 36 'receive the radio waves, and signals are returned to the network analyzer 32 from the RF rotary joint 34 fixed to the turntable 33 through the coaxial cables 35 and 35', and the antenna characteristics are evaluated.

ここで、RFロータリージョイントは、2本の同軸ケーブルが電気的に分離されたまま回転出来る様に構成されており、同一方向に無限回転が可能であるため1回転毎に条件が異なる測定が出来、測定を効率的に行なうことができる。   Here, the RF rotary joint is configured so that the two coaxial cables can be rotated while being electrically separated, and infinite rotation is possible in the same direction, so different conditions can be measured for each rotation. Measurement can be performed efficiently.

特開平07−020159号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-020159

特開平07−294575号公報JP 07-294575 A

特開2000−338154号公報JP 2000-338154 A

本発明者は、以前に、図2に示す様に、光電磁界センサにおいて、光または電気によるフィードバック回路を付加することで、光ファイバの屈曲または応力によって発生する透過損失の補償を行なうことができることを見出した。   As shown in FIG. 2, the inventor has previously been able to compensate for transmission loss caused by bending or stress of an optical fiber by adding an optical or electrical feedback circuit in a photoelectric magnetic field sensor. I found.

しかしながら、アンテナの性能評価において、光電磁界センサを使用した場合、図12に示す様に光電磁界センサヘッド39がターンテーブル33上に固定され、光ファイバ2で暗室外のフィードバック回路付きレーザ光源/検出器38と接続されているため、ターンテーブルの回転により光ファイバが巻き取られてゆくため、無限回転は不可能であった。   However, in the antenna performance evaluation, when a photoelectric magnetic field sensor is used, the photoelectric magnetic field sensor head 39 is fixed on the turntable 33 as shown in FIG. Since the optical fiber is wound up by the rotation of the turntable because it is connected to the device 38, infinite rotation is impossible.

一方、光ロータリージョイントは以前より市販されているが、一組のレンズにより光を空間伝播させ、片側をレンズごと回転させることによって光学的に結合させるものであるが、上下回転軸の精密な一致が必要であり、非常に高価でありさらに回転による伝播ロスの偏差が概ね0.5dB程度であり、アンテナ計測に必要な精度は0.2dB以内であるため使用することができなかった。   On the other hand, optical rotary joints have been on the market for a long time, but light is propagated in space by a pair of lenses and optically coupled by rotating one side of the lens together, but the vertical axis of rotation matches precisely. It is very expensive, and the deviation of propagation loss due to rotation is about 0.5 dB, and the accuracy required for antenna measurement is within 0.2 dB, so it cannot be used.

また、複数の被測定アンテナを同時に測定する際、多CHの光ロータリージョイントが必要となるが、市販の多CH光ロータリージョイントは更に高価であり、伝播ロスの偏差が2dBを超えるため、フィードバック回路でも十分に補正できず光による正確で効率的な測定が行なえないという問題点があった。   Also, when measuring multiple antennas to be measured at the same time, a multi-channel optical rotary joint is required, but a commercially available multi-channel optical rotary joint is more expensive, and the deviation of propagation loss exceeds 2 dB. However, there is a problem in that it cannot be corrected sufficiently and accurate and efficient measurement with light cannot be performed.

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、回転によって伝播ロスの偏差が0.2dB以内であり、多CHの測定を同時に行なえ、無限回転が可能な光ロータリージョイントおよび光電磁界センサを提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and its technical problem is that the deviation of propagation loss is within 0.2 dB due to rotation, and multi-CH measurement can be performed simultaneously and infinite rotation is possible. It is to provide an optical rotary joint and a photoelectric magnetic field sensor.

本発明によれば、強度変調された測定信号のDCレベルが一定値となるように光によるフィードバック回路の設置を行なうこと、または電気回路によるフィードバック回路を設置することにより、光ロータリージョイントの回転により発生した透過損失の偏差を補償することで、偏差が非常に小さいRF信号を獲得し、更に光ロータリージョイントの上下に波長フィルタからなる合波器および分波器を設置し、異なる波長のレーザで測定することにより、多CH化した高安定性の光電磁界センサが得られる。   According to the present invention, by installing the feedback circuit by light so that the DC level of the intensity-modulated measurement signal becomes a constant value, or by installing the feedback circuit by electric circuit, the rotation of the optical rotary joint By compensating the deviation of the generated transmission loss, an RF signal with a very small deviation is acquired, and a multiplexer and a duplexer consisting of wavelength filters are installed above and below the optical rotary joint. By measuring, a highly stable photoelectric magnetic field sensor having multiple CHs can be obtained.

以上に説明したように出力一定制御回路つきアンプによるフィードバック回路と光ロータリージョイント並びに合波器、分波器および波長の異なる光電磁界センサを組み合わせることにより、多CHのアンテナを同時に測定でき、安定したRF出力が得られる。   As described above, combining a feedback circuit with an amplifier with a constant output control circuit, an optical rotary joint, a multiplexer, a demultiplexer, and a photoelectric magnetic field sensor with different wavelengths enables simultaneous measurement of multi-channel antennas and stable operation. RF output is obtained.

本発明の一実施例に係る2台のフィードバック回路つき反射型光電界センサおよび1台の光ロータリージョイントおよび合波器、分波器の構成を示したものである。2 shows the configuration of two reflection type optical electric field sensors with feedback circuits, one optical rotary joint, a multiplexer, and a duplexer according to an embodiment of the present invention. フィードバック回路つき反射型光電界センサの基本構成を示したものである。1 shows a basic configuration of a reflective optical electric field sensor with a feedback circuit. 光ロータリージョイントの透過損失が無いときの光電界センサの入力電圧と動作曲線を示したものである。The input voltage and operation curve of the optical electric field sensor when there is no transmission loss of the optical rotary joint are shown. 光ロータリージョイントの透過損失が増大したときの光電界センサの入力電圧と動作曲線を示したものである。The input voltage and operation curve of an optical electric field sensor when the transmission loss of an optical rotary joint increases are shown. バルク型光電界センサのセンサヘッドの一例である。It is an example of the sensor head of a bulk type optical electric field sensor. 従来の透過型光電界センサの構成を示したものである。1 shows a configuration of a conventional transmission type optical electric field sensor. 導波路型光電界センサのセンサヘッドの一例である。It is an example of the sensor head of a waveguide type optical electric field sensor. 外部アンテナを使用した光電界センサの構成を示したものである。1 shows a configuration of an optical electric field sensor using an external antenna. 従来の反射型光電界センサの構成をしめしたものである。This shows the configuration of a conventional reflective optical electric field sensor. 導波路型光電界センサ(反射型)のセンサヘッドの一例である。It is an example of a sensor head of a waveguide type optical electric field sensor (reflection type). 同軸ケーブルを使用した従来の多CHアンテナ計測の測定系の一例である。It is an example of the measurement system of the conventional multi-channel antenna measurement using a coaxial cable. 光ファイバを使用した従来の2CHアンテナ計測の測定例の一例である。It is an example of the measurement example of the conventional 2CH antenna measurement which uses an optical fiber.

以下に実施例を挙げ、本発明の多CH測定用光電磁界センサについて、図面を参照して詳細に説明する。   EXAMPLES Examples will be given below, and the multi-CH measurement photoelectric magnetic field sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

バルク型光電界センサ並びに導波路型光電界センサは共に、光電界センサヘッドの平行電極に加えられた電圧を光強度変調に変換するわけであるが、その関係は図3の様に表される。   Both the bulk type optical electric field sensor and the waveguide type optical electric field sensor convert the voltage applied to the parallel electrodes of the optical electric field sensor head into the light intensity modulation. The relationship is expressed as shown in FIG. .

光源からP0の光パワーで出力された入射光(図3−1)は、透過損失が無い場合光電界センサヘッドを通過する際に平行電極間の電圧(図3−3)によって三角関数的に0〜100%の透過率となる様変化する(図3−2)。 このグラフの曲線を動作曲線と呼ぶ。   Incident light (FIG. 3-1) output from the light source with the optical power P0 is trigonometrically generated by the voltage between the parallel electrodes (FIG. 3-3) when passing through the optical electric field sensor head when there is no transmission loss. It changes so that it may become the transmittance | permeability of 0-100% (FIG. 3-2). The curve of this graph is called an operation curve.

このとき、平行電極間に電圧が印加されない時の透過率を動作点(Operating Point)と呼ばれているが、50%の透過率が動作点である場合において、最も感度が高く出来るため、通常、動作点は50%の位置に決定される。   At this time, the transmittance when no voltage is applied between the parallel electrodes is called an operating point. However, when the transmittance of 50% is the operating point, the highest sensitivity can be obtained. The operating point is determined at a position of 50%.

ここで、平行電極間に印加される電圧を±Viとすると、光電界センサヘッドの透過率は動作点のA―B上を移動し、透過された光は図3−4の様に平均値がOPであり振幅が1/2A’B’となる変調光が得られる。   Here, if the voltage applied between the parallel electrodes is ± Vi, the transmittance of the optical electric field sensor head moves on the operating point AB, and the transmitted light has an average value as shown in FIG. 3-4. Is modulated light with an amplitude of 1 / 2A'B '.

一方、光ロータリージョイントの回転軸不一致により透過損失が発生し、光電界センサヘッドへの入射光がP0からP1に変化した場合には図4の様になる。   On the other hand, a transmission loss occurs due to the rotational axis mismatch of the optical rotary joint, and the incident light to the optical electric field sensor head changes from P0 to P1, as shown in FIG.

図3と同じ様に光電界センサヘッドの平行電極間に±Viの電圧が印加された場合、動作曲線は図4−2となり動作点OP2はOP1に比べ低くなり、透過された変調光の振幅は1/2C’D’となる。   When a voltage of ± Vi is applied between the parallel electrodes of the optical electric field sensor head as in FIG. 3, the operating curve becomes FIG. 4-2 and the operating point OP2 becomes lower than OP1, and the amplitude of the transmitted modulated light Becomes 1 / 2C'D '.

ここで、図3-4のOP2’をOP1’まで増幅することによって、振幅1/2C’D’を1/2A’B’とすることができ、光ロータリージョイントの透過損失を補正することができる。   Here, by amplifying OP2 ′ in FIG. 3-4 to OP1 ′, the amplitude 1 / 2C′D ′ can be set to 1 / 2A′B ′, and the transmission loss of the optical rotary joint can be corrected. it can.

動作点OP1’およびOP2’は、図3−4および図4−4の時間平均値またはローパスフィルタ透過によるDC出力によって得られる。   The operating points OP1 'and OP2' are obtained by the time average value of FIGS. 3-4 and 4-4 or the DC output by low-pass filter transmission.

従って、光回路または電気回路中に可変増幅器を設置することによって、動作点OP2が一定値になる様に増幅率を常に調整すれば、光ロータリージョイントの透過損失変動を補正することができる。   Therefore, if a gain is constantly adjusted so that the operating point OP2 becomes a constant value by installing a variable amplifier in the optical circuit or the electric circuit, the transmission loss fluctuation of the optical rotary joint can be corrected.

更に、波長の異なる光電磁界センサを複数台設置し、合波器で両者を合成し光ロータリージョイントを通過した後、再び分波器で波長毎に分離することによってそれぞれのE/O変換器に入射される。
E/O変換器によって変調された光は、入射時とは逆の工程によって、合波され光ロータリージョイントを通過して分離された後、それぞれのO/E変換器でRF信号に復調される。
Furthermore, after installing multiple photoelectric magnetic field sensors with different wavelengths, combining them with a multiplexer, passing through an optical rotary joint, separating them for each wavelength again with a demultiplexer, each E / O converter Incident.
The light modulated by the E / O converter is combined and separated through the optical rotary joint in the reverse process to the incident state, and then demodulated into an RF signal by each O / E converter. .

図1には、本発明の一実施例に係るフィードバック回路つき反射型光電界センサに光ロータリージョイントを設置し、2CHのアンテナを同時に測定するシステムの基本構成を示したものであり、光ロータリージョイントの前後に合波器、分波器を設置している。   FIG. 1 shows a basic configuration of a system for measuring a 2CH antenna simultaneously by installing an optical rotary joint in a reflective optical electric field sensor with a feedback circuit according to an embodiment of the present invention. A multiplexer and demultiplexer are installed before and after.

図1においてフィードバック回路付きレーザ光源および検出器(コントローラと呼ぶ)38と光電磁界センサヘッド4を波長1550nmで動作させるシステムとし、コントローラ38’と光電磁界センサヘッド4’を1530nmで動作させるシステムとする。   In FIG. 1, a laser light source with a feedback circuit and a detector (referred to as a controller) 38 and a photoelectric magnetic field sensor head 4 are operated at a wavelength of 1550 nm, and a controller 38 ′ and a photoelectric magnetic field sensor head 4 ′ are operated at 1530 nm. .

本システムにおいて、コントローラ38および38’から出射されたレーザ光は、合波器24により1550nmと1530nmの光が合波され、その合波光は光ロータリージョイントに入射される。その後光ロータリージョイントを通過した合波光は、分波器によって再び1550nmと1530nmに分離され、それぞれのE/O変換器に入射される。   In this system, the laser light emitted from the controllers 38 and 38 'is combined with light of 1550 nm and 1530 nm by the multiplexer 24, and the combined light is incident on the optical rotary joint. After that, the combined light that has passed through the optical rotary joint is again separated into 1550 nm and 1530 nm by a demultiplexer, and is incident on each E / O converter.

次に、送信アンテナ26から送信された電波を被測定アンテナ36および被測定アンテナ36’で受信しそれぞれに接続されているE/O変換器4およびE/O変換器4’に電力が入力される。   Next, the radio wave transmitted from the transmitting antenna 26 is received by the antenna under measurement 36 and the antenna under measurement 36 ′, and power is input to the E / O converter 4 and the E / O converter 4 ′ connected thereto. The

E/O変換機4には波長1550nmの無変調光が入力されており、被測定アンテナ36から入力される受信電力によって変調光を出力する。 同様にE/O変換器4’には波長1530nmの無変調光が入力されており、被測定アンテナ36’から入力される電力によって変調光を出力する。   Unmodulated light having a wavelength of 1550 nm is input to the E / O converter 4, and modulated light is output by the received power input from the antenna under measurement 36. Similarly, unmodulated light having a wavelength of 1530 nm is input to the E / O converter 4 ′, and modulated light is output by electric power input from the antenna to be measured 36 ′.

光ファイバ2から波長1550nmの変調光が、光ファイバ2’から波長1530nmの変調光が分波器を逆方向に進むことによって合波され、光ロータリージョイントに入射される。この後合波器を通過することによって分波され、それぞれのRF復調回路に入射され各CHのRF信号として出射される。このときにフィードバック回路を通過することによって光ロータリージョイントの回転による偏差から来る透過損失の変動を補正し、安定した出力が得られる。 更に、波長の異なるレーザ光を信号伝送として使用するため、1台の光ロータリージョイントを使って、多CHのアンテナ評価を行なうことができる。   The modulated light having a wavelength of 1550 nm from the optical fiber 2 and the modulated light having a wavelength of 1530 nm from the optical fiber 2 ′ are combined in the reverse direction through the duplexer and are incident on the optical rotary joint. Thereafter, the signal is demultiplexed by passing through a multiplexer, is incident on each RF demodulation circuit, and is emitted as an RF signal of each CH. By passing through the feedback circuit at this time, the fluctuation of the transmission loss due to the deviation due to the rotation of the optical rotary joint is corrected, and a stable output can be obtained. Furthermore, since laser beams having different wavelengths are used for signal transmission, multi-channel antenna evaluation can be performed using a single optical rotary joint.

なお、光電磁界センサの光源については、2光源と合波器によって直交偏波を合成しE/O変換器に入射させても同様の効果が得られるため、本発明の実施例に制限されない。   The light source of the photoelectric magnetic field sensor is not limited to the embodiment of the present invention because the same effect can be obtained even if the orthogonally polarized waves are combined by the two light sources and the multiplexer and incident on the E / O converter.

1, 1’ ,1’’ ,1’’’ 光源
2, 2’, 2’’, 2’’’, 2’’’’ 光ファイバ1
3, 3’, 3’’ 光ファイバ2
4, 4’ ,4’’ ,4’’’ センサヘッド
5 フィードバック回路
6 偏光子
7 波長板
8 検光子
9 電気光学素子
10, 10’ ニオブ酸リチウム単結晶基板
11, 11’ 入射光導波路
12, 12’ 位相シフト光導波路
13 出射光導波路
14, 14’ 平行電極
15, 15’, 15’’,15’’’ アンテナ
16 レーザ光
17, 17’, 17’’,17’’’ 光検出器
18 高周波コネクタ
19 光サーキュレータ
20,20’ 反射板
31 アンプ
32 ネットワークアナライザ
33 ターンテーブル
34 RFロータリージョイント
35 同軸ケーブル
36,36’ 被測定アンテナ
37 電波暗室
38, 38’ フィードバック回路付きレーザ光源/検出器(コントローラ)
39,39’ 光磁界センサヘッド
1, 1 ', 1'',1''' light source
2, 2 ', 2'',2''', 2 '''' optical fiber 1
3, 3 ', 3''optical fiber 2
4, 4 ', 4'',4''' sensor head
5 Feedback circuit
6 Polarizer
7 Wave plate
8 Analyzer
9 Electro-optic element
10, 10 'Lithium niobate single crystal substrate
11, 11 'Incident optical waveguide
12, 12 'phase shift optical waveguide
13 Output optical waveguide
14, 14 'parallel electrode
15, 15 ', 15``, 15''' antenna
16 Laser light
17, 17 ', 17``, 17''' photodetector
18 high frequency connectors
19 Optical circulator
20,20 'reflector
31 amplifier
32 Network analyzer
33 Turntable
34 RF rotary joint
35 Coaxial cable
36,36 'Antenna under test
37 Anechoic chamber
38, 38 'Laser light source / detector (controller) with feedback circuit
39,39 'optical magnetic field sensor head

Claims (6)

出力一定制御回路を含む可変アンプからなるフィードバック回路を具備した光電磁界センサにおいて、光ロータリージョイントを設置したことを特徴とする電界・磁界・電圧検出装置。   An electric field / magnetic field / voltage detection apparatus comprising an optical rotary joint in a photoelectric magnetic field sensor including a feedback circuit including a variable amplifier including a constant output control circuit. 請求項1記載の光電磁界センサにおいて、電気光学効果を有する素子に直線偏波のレーザ光を入射し、印加された電界強度に従って偏波の角度が変化することを利用したバルク型光電界センサとしたことを特徴とする電界・電圧検出装置。   2. The photoelectric photoelectric sensor according to claim 1, wherein linearly polarized laser light is incident on an element having an electro-optic effect, and the polarization angle changes according to the applied electric field strength. Electric field / voltage detection device characterized by that. 請求項1記載の光電界センサにおいて、電気光学効果を有する素子に光導波路を形成し、直線偏波のレーザ光を入射し、印加された電界強度に従って偏波の角度が変化することを利用した導波路型光電界センサとしたことを特徴とする電界・電圧検出装置。   2. The optical electric field sensor according to claim 1, wherein an optical waveguide is formed in an element having an electro-optic effect, linearly polarized laser light is incident, and a polarization angle changes in accordance with an applied electric field strength. An electric field / voltage detection device characterized by being a waveguide type optical electric field sensor. 請求項1記載の光電界センサにおいて、電気光学効果を有する素子にマッファツェンダー型光導波路を形成し、直線偏波のレーザ光を入射し、印加された電界強度に従って光強度変調が行なわれることを利用した導波路型光電界センサとしたことを特徴とする電界・電圧検出装置。   2. The optical electric field sensor according to claim 1, wherein a muffler-Zehnder type optical waveguide is formed in an element having an electro-optic effect, linearly polarized laser light is incident, and light intensity modulation is performed in accordance with the applied electric field intensity. An electric field / voltage detection device characterized in that it is a waveguide type optical electric field sensor utilizing the above. 請求項1〜4の光電磁界センサにおいて、台数を複数とし、光ロータリージョイントの前後に合波器および分波器を設置し、多CHのアンテナを測定できることを特徴とする電界・電圧検出装置。   5. The electric field / voltage detection device according to claim 1, wherein a plurality of the photoelectric magnetic field sensors are provided, a multiplexer and a duplexer are installed before and after the optical rotary joint, and a multi-CH antenna can be measured. 請求項1〜2および5において、磁気光学効果を有する素子としたことを特徴とする磁界検出装置。   6. The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the magnetic field detection device is an element having a magneto-optical effect.
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