JP2002261644A - 電子機器、マイクロ波電力増幅器及びこのマイクロ波電力増幅器を使用したアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源供給のための配線を短くでき、これにより
電力損失を小さくでき、パルス波形のスパイクやリンギ
ングの発生の軽減化を図るようにする。 【解決手段】ヒートシンク４２の一方の端部にＲＦ回路
ユニット４１を装着し、その反対側の端部に電源回路ユ
ニット４３を装着するようにして、ヒートシンク４２の
空き端部を有効に活用するようにし、しかもＲＦ回路ユ
ニット４１と電源回路ユニット４３との間を接続する複
数の電源ラインをヒートシンク４２に通すように構成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば安定した
電源供給が要求される電子機器や、アンテナ装置の送受
信モジュールに用いられるマイクロ波電力増幅器及びこ
のマイクロ波電力増幅器を使用したアンテナ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロ波電力増幅器にあって
は、ＲＦ（無線周波数）出力電力増大に伴い、大電力の
電源を供給する必要が生じている。従来のシステムが採
用する集中電源方式では、電源を１ヶ所で低電圧に変換
し、この変換した低電圧の電源を配線を通して負荷回路
に供給する。なお、マイクロ波電力増幅器には、１０〜
３０Ｖの比較的低電圧の電源が供給されるが、ＲＦ出力
電力の増大に伴って供給電力が増大すると、低電圧であ
るために大電流を供給する必要が生じる。大電流が配線
を流れると抵抗によって損失が大きくなるが、これを減
らすために配線材断面の大型化や質量の増大を招くこと
になる。また、配線インダクタンスを打ち消すために必
要な大容量コンデンサの寸法・質量が無視できなくな
る。

【０００３】一方、従来のシステムでは、上記集中電源
方式とは反対に分散電源方式を採用しているところもあ
る。分散電源方式は、電源を負荷回路の近くに分散して
配置し、２７０Ｖといった高電圧で負荷回路の近くの電
源まで配線する方式である。この方式では、同じ電力を
供給する場合、配線を通過する電流を低くできるため、
配線材を小型・軽量化しても損失が大きくならない。す
なわち、電源の数が増えてしまうが、システム全体を小
型・軽量化できることから、近年ではよく採用されるよ
うになってきている。

【０００４】図６は、電源回路を内蔵したマイクロ波電
力増幅器の一例を示している。

【０００５】図６において、図中符号１１はＲＦ回路
で、３段の増幅素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃを直列接続
している。これら増幅素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、
入力されたＲＦ信号を順次電力増幅して出力する。ま
た、これら増幅素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、電源
回路１２から電力増幅動作に必要な電源が供給される。

【０００６】ところで、上記したマイクロ波電力増幅器
では、図７に示すように、ＲＦ回路１１と電源回路１２
とをヒートシンク１３上の同一面に構成する方式を採っ
ているため、ＲＦ回路１１及び電源回路１２の奥行き方
向や、横幅方向の寸法が大きくなるにつれてヒートシン
ク１３も大きくせざるを得ない。このため、マイクロ波
電力増幅器全体として寸法、質量が大きくなってしまう
ことになる。また、増幅器内部の電源供給に関しては、
ＲＦ回路上の各増幅素子の配置位置によって、電源回路
１２からＲＦ回路１１への配線が長くなる場合もあり、
回路規模が増大するほど顕著となる。このために、配線
抵抗によって生じる電力損失や、負荷がパルス負荷の場
合に電圧パルス波形にスパイクやリンギングが起こる原
因ともなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のマ
イクロ波電力増幅器では、ＲＦ回路及び電源回路をヒー
トシンク上の同一面に装着する構成であるため、ＲＦ回
路及び電源回路の奥行き方向や横幅方向への寸法が大き
くなるにつれてヒートシンクも大きくしなければなら
ず、増幅器全体として寸法及び質量が大きくなってしま
うという問題を有している。また、ＲＦ回路上の各増幅
素子の配置位置によって、電源回路１２からＲＦ回路１
１への配線が長くなる場合もあり、このため、配線抵抗
によって生じる電力損失や、負荷がパルス負荷の場合に
電圧パルス波形にスパイクやリンギングが起こる原因と
もなっている。

【０００８】そこで、この第１の発明の目的は、電源供
給のための配線を短くでき、これにより電力損失を小さ
くでき、パルス波形のスパイクやリンギングの発生の軽
減化を図り得るようにした電子機器及びマイクロ波電力
増幅器を提供することにある。

【０００９】また、この発明の第２の目的は、複数のマ
イクロ波電力増幅器を着脱自在に収容でき、しかも装置
全体の小型軽量化に有利なアンテナ装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この第１の発明に係わる
電子機器は、第１の放熱ブロックと、この第１の放熱ブ
ロックの一端部に装着され、所定の信号処理を行なう第
１の信号処理部と、第１の放熱ブロックの第１の信号処
理部を装着した端部とは反対側の端部に装着され、第１
の信号処理部に対し動作に必要な電源を供給する電源回
路部とを備え、第１の信号処理部と電源回路部との間
を、第１の放熱ブロックを通した複数の信号線により接
続するようにしたものである。

【００１１】すなわちこの第１の発明では、第１の放熱
ブロックの一方の端部に第１の信号処理部を装着し、そ
の反対側の端部に電源回路部を装着するようにして、第
１の放熱ブロックの空き端部を有効に活用できるように
し、しかも第１の信号処理部と電源回路部との間を接続
する複数の信号線を第１の放熱ブロックに通すようにし
ている。

【００１２】従ってこの発明によれば、第１の放熱ブロ
ックの両端に第１の信号処理部及び電源回路部を装着す
ることにより、第１の信号処理部及び電源回路部のいず
れか一方のサイズに合わせた第１の放熱ブロックを用意
するだけでよく、従来に比して第１の放熱ブロックを小
型に設計することができ、また、複数の信号線を第１の
放熱ブロックに通して第１の信号処理部と電源回路部と
の間を接続する構成であるので、第１の放熱ブロックの
厚みに基づいて、複数の信号線を均等にしかも最短に設
計することができ、しかも第１の信号処理部及び電源回
路部に対する放熱効果を高めることもできる。

【００１３】また、この第１の発明に係る電子機器は、
電源回路部の第１の放熱ブロック装着側とは反対側の端
部に装着される第２の放熱ブロックと、この第２の放熱
ブロックの電源回路部装着側とは反対側の端部に装着さ
れ、所定の信号処理を行なう第２の信号処理部とを備
え、第２の信号処理部と電源回路部との間を、第２の放
熱ブロックを通した複数の信号線により接続することを
特徴とする。

【００１４】この発明によれば、第１の信号処理部及び
第２の信号処理部それぞれに備えられる電源回路部が１
つの電源回路部により共用されるので、上記第１の信号
処理部、電源回路部及び第１の放熱ブロックで構成され
る電子機器を並列に配置する場合に比べると、高さを低
くすることができ、しかも高密度に部品が実装できるの
で、信頼度が高く比較的小型でかつ安価な装置を提供で
きる。

【００１５】また、この第２の発明に係るマイクロ波電
力増幅器は、上記電子機器の第１の信号処理部に代え
て、入出力されるマイクロ波を電力増幅する第１の増幅
回路部を備えるようにしている。

【００１６】この第２の発明によれば、上記第１の発明
の作用効果に加えて、信号線抵抗による損失を極力抑え
ることができるとともに、信号線長によるパルス波形の
スパイクやリンギングを極力抑えることができる。

【００１７】また、この第３の発明に係るアンテナ装置
は、上記第２の発明に係るマイクロ波電力増幅器が複数
個並列に、しかも着脱自在に収容されるアンテナ装置本
体と、このアンテナ装置本体に収容された複数のマイク
ロ波電力増幅器それぞれに設けられ、搬送波信号を送受
信するアンテナ素子とを備えるようにしたものである。

【００１８】この第３の発明によれば、上記マイクロ波
電力増幅器をアンテナ装置本体に着脱自在に収容する構
成であるので、装置全体の小型軽量化を図ることができ
る。また、機器の故障時もしくは保守時に、アンテナ装
置本体に収容されたマイクロ波電力増幅器を新たなマイ
クロ波電力増幅器に交換（更新）する場合、アンテナ装
置本体に収容されたマイクロ波電力増幅器を取り外し
て、新たなマイクロ波電力増幅器をアンテナ装置本体に
収容するだけでよく、アンテナ装置本体に何ら手を加え
る必要がない。このため、保守作業を効率良くしかも短
時間で行なうことができる。さらに、上記マイクロ波電
力増幅器をアンテナ装置本体に着脱自在に収容するのみ
の構成であるので、空き収容箇所がある限り、マイクロ
波電力増幅器の増加に容易に対応することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は、この発明のマイクロ波電力増幅器
を備えたアンテナ装置の要部構成を示す斜視図である。

【００２１】図１において、図中符号２１は一次放射器
で、略箱状の筐体Ａ内に、ｎ個の送受信モジュール２２
（２２−１〜２２−ｎ（ｎは自然数））及び電力分配／
合成器２４を備えている。

【００２２】電力分配／合成器２４には、その図中上端
に一対の送受信モジュール２２−１が接続されており、
以後、図中下端に進むにつれて一対の送受信モジュール
２２−ｎまで接続されている。

【００２３】送信装置２５にて生成された送信信号は、
サーキュレータ２６を介して一次放射器２１に供給され
る。一次放射器２１において、入力された送信信号は、
電力分配／合成器２４にて分配され、各一対の送受信モ
ジュール２２（２２−１〜２２−ｎ）へ供給される。

【００２４】そして、送信信号は、各一対の送受信モジ
ュール２２（２２−１〜２２−ｎ）にて電力増幅及び位
相制御が施されてアンテナ素子２７（２７−１〜２７−
ｎ）に給電される。これらアンテナ素子２７（２７−１
〜２７−ｎ）はそれぞれ一対ずつ設けられており、アン
テナ素子２７（２７−１〜２７−ｎ）の開口は、湾曲し
たリフレクタ２９の凹面に向けられている。

【００２５】アンテナ素子２７（２７−１〜２７−ｎ）
は、送信信号を空間へ放射し、リフレクタ２９にて反射
させてビームとして放射する。この場合、ビーム方向
は、各送受信モジュール２２（２２−１〜２２−ｎ）に
おける送信信号の位相をそれぞれ制御することにより任
意の方向に向けることができる。

【００２６】一方、受信時には、アンテナ素子２７（２
７−１〜２７−ｎ）にて受信された受信信号は、送信時
とは逆の経路をたどり、サーキュレータ２６を介して受
信装置３０に供給される。

【００２７】また、一次放射器２１には、図２に示すよ
うに、その筐体Ａに複数のモジュール収容部３１（図２
では１箇所を代表して図示）が設けられる。このモジュ
ール収容部３１には、送受信モジュール２２が着脱自在
に収容される複数の収容部が並列に設けられる。

【００２８】（第１の実施形態）この実施形態は、図１
における送受信モジュール２２として使用されるマイク
ロ波電力増幅器に関するものである。

【００２９】図３は、この第１の実施形態における送受
信モジュール２２の具体的構成を示す斜視図である。

【００３０】すなわち、この第１の実施形態の送受信モ
ジュール２２は、ＲＦ回路ユニット４１と、ヒートシン
ク４２と、電源回路ユニット４３とにより構成されてい
る。このうち、ＲＦ回路ユニット４１は、入力されるＲ
Ｆ信号を電力増幅するものであり、ヒートシンク４２の
一方の端部に装着される。

【００３１】電源回路ユニット４３は、ＲＦ回路ユニッ
ト４１に対し動作に必要な電源を供給するものであり、
ヒートシンク４２のＲＦ回路ユニット４１装着側とは反
対側の端部に装着される。

【００３２】また、ＲＦ回路ユニット４１は、電源回路
ユニット４３と電源供給のための複数の電源ライン（図
示せず）により接続される。なお、これら複数の電源ラ
インは、それぞれヒートシンク４２を通されることにな
る。

【００３３】さらに、送受信モジュール２２の側面に
は、図４に示すように、風を発生するファン４４が設け
られている。

【００３４】このような構成において、送受信モジュー
ル２２が作動されてＲＦ回路ユニット４１及び電源回路
ユニット４３が発熱を起こすと、この発熱はヒートシン
ク４２を介して外部に放熱される。同時に、ヒートシン
ク４２にはファン４４からの風が導かれる。この風は、
ヒートシンク４２から放熱される熱を奪って、外部に放
出されることにより、送受信モジュール２２の熱制御を
行なう。

【００３５】これにより、ＲＦ回路ユニット４１及び電
源回路ユニット４３の温度上昇が効果的に抑制され、送
受信モジュール２２が長時間使用された場合にも、好適
な動作温度範囲内に保持されるようになり、ＲＦ回路ユ
ニット４１を高精度に動作させることができるようにな
る。

【００３６】以上のようにこの第１の実施形態では、ヒ
ートシンク４２の一方の端部にＲＦ回路ユニット４１を
装着し、その反対側の端部に電源回路ユニット４３を装
着するようにして、ヒートシンク４２の空き端部を有効
に活用できるようにし、しかもＲＦ回路ユニット４１と
電源回路ユニット４３との間を接続する複数の電源ライ
ンをヒートシンク４２に通すようにしている。

【００３７】従って、ヒートシンク４２の両端にＲＦ回
路ユニット４１及び電源回路ユニット４３を装着するこ
とにより、ＲＦ回路ユニット４１及び電源回路ユニット
４３のいずれか一方のサイズに合わせたヒートシンク４
２を用意するだけでよく、従来に比してヒートシンク４
２を小型に設計することができる。これにより、送受信
モジュール２２を並列に配置した一次放射器２１全体の
小型軽量化を図ることができる。

【００３８】また、複数の電源ラインをヒートシンク４
２に通してＲＦ回路ユニット４１と電源回路ユニット４
３との間を接続する構成であるので、ヒートシンク４２
の厚みに基づいて、複数の電源ラインを均等にしかも最
短に設計することができ、しかもＲＦ回路ユニット４１
及び電源回路ユニット４３に対する放熱効果を高めるこ
ともできる。このため、電源ライン抵抗による損失を極
力抑えることができるとともに、電源ライン長によるパ
ルス波形のスパイクやリンギングを極力抑えることがで
きる。

【００３９】なお、ヒートシンク４２には、ＲＦ回路ユ
ニット４１及び電源回路ユニット４３からの発熱が伝わ
るが、一般的には電源回路ユニット４３の電圧変換効率
がＲＦ回路ユニット４１のＤＣ−ＲＦ変換効率より数倍
高いので、電源回路ユニット４３の発熱量はＲＦ回路ユ
ニット４１の発熱量の数分の１程度でヒートシンク４２
に流れる発熱量はＲＦ回路ユニット４１のみの数割しか
上がらない。

【００４０】上記実施形態における送受信モジュール２
２を使用した環境において、送受信モジュール２２の故
障時もしくは保守時に、一次放射器２１に収容された例
えば送受信モジュール２２−１を新たな送受信モジュー
ルに交換（更新）する場合、従来は、一次放射器２１そ
のものの改修が必要であったが、本実施形態の場合、一
次放射器２１に収容された送受信モジュール２２−１を
取り外して、新たな送受信モジュールを空いたモジュー
ル収容部３１に収容するだけでよく、一次放射器２１に
何ら手を加える必要がない。このため、保守作業を効率
良くしかも短時間で行なうことができる。

【００４１】さらに、上記実施形態は、送受信モジュー
ル２２を一次放射器２１のモジュール収容部３１に着脱
自在に収容するのみの構成であるので、モジュール収容
部３１に空き収容部がある限り、送受信モジュール２２
の増加に容易に対応することができる。

【００４２】（第２の実施形態）この第２の実施形態
は、送受信モジュール２２として使用されるマイクロ波
電力増幅器に関するものである。

【００４３】図５は、この第２の実施形態における送受
信モジュール２２の具体的構成を示す斜視図である。な
お、図５において、図３と同一部分には同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。

【００４４】すなわち、ヒートシンク４２のＲＦ回路４
１装着側と反対側の端部には、電源回路ユニット４３に
比して厚みを持たせた電源回路ユニット５１を装着して
いる。また、電源回路ユニット５１のヒートシンク４２
装着側とは反対側の端部には、ヒートシンク５２を装着
している。さらに、ヒートシンク５２の電源回路ユニッ
ト５１装着側とは反対側の端部には、ＲＦ回路ユニット
５３を装着している。

【００４５】すなわち、上記構成では、回路調整の必要
がない電源回路ユニット５１を内側とし、外側に回路調
整の必要なＲＦ回路ユニット４１，５３を配置している
ため、回路調整のしやすい２組のマイクロ波増幅器を作
ることができる。また、ヒートシンク５２にも、上記第
１の実施形態と同様に、ファンからの風が送られること
になる。

【００４６】このように第２の実施形態であれば、ＲＦ
回路ユニット４１及びＲＦ回路ユニット５３それぞれに
備えられる電源回路ユニットを１つの電源回路ユニット
５１により共用するようにし、電源回路ユニット５１の
ように背の高い部品同士をお互い干渉しあわないように
配置すれば、上記第１の実施形態における送受信モジュ
ール２２を一次放射器２１の筐体Ａに対し並列に配置す
る場合に比べて、筐体Ａ自体の高さを低く設計すること
ができ、しかも高密度に部品を実装できるので、アンテ
ナ装置として信頼度が高く比較的小型でかつ安価に構成
することができる。

【００４７】また、２つの電源回路で共通に使用できる
補助電源回路や制御回路部分を共有し、一方の回路を省
略すれば、回路の簡略化、低コスト化が可能になる。

【００４８】（その他の実施形態）この発明は、上記各
実施形態に限定されるものではない。例えば、適正な動
作温度内で駆動し、小型軽量化が要求されるような装置
にもこの発明を適用することが可能である。

【００４９】なお、最近では、アンテナ装置における送
受信モジュールの交換をロボット等により自動的に行な
うようなシステムも考えられており、このようなシステ
ムにこの発明を適用すれば、作業も簡単となり大変便利
となる。

【００５０】また、上記各実施形態では、マイクロ波電
力増幅器として使用される送受信モジュールを例に説明
したが、ＲＦ回路ユニットを所定の信号処理を行なう信
号処理回路ユニットに代えた電子機器であっても、同様
に実施できる。

【００５１】その他、アンテナ装置の構成、送受信モジ
ュールの構成や種類、ヒートシンクの構成や種類等につ
いても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したようにこの第１及び第２の
発明によれば、電源供給のための配線を短くでき、これ
により電力損失を小さくでき、パルス波形のスパイクや
リンギングの発生の軽減化を図り得るようにした電子機
器及びマイクロ波電力増幅器を提供することができる。

【００５３】また、この第３の発明によれば、複数のマ
イクロ波電力増幅器を着脱自在に収容でき、しかも装置
全体の小型軽量化に有利なアンテナ装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のマイクロ波電力増幅器を備えたアン
テナ装置の要部構成を示す斜視図。

【図２】図１に示した一次放射器の詳細を説明するため
に示す斜視図。

【図３】この発明の第１の実施形態における送受信モジ
ュールの具体的構成を示す斜視図。

【図４】同第１の実施形態におけるヒートシンクに風が
送られる様子を説明するために示す図。

【図５】この発明の第２の実施形態における送受信モジ
ュール２２の具体的構成を示す斜視図。

【図６】従来から使用されているマイクロ波電力増幅器
の回路ブロックの一例を示す図。

【図７】同従来のマイクロ波電力増幅器のユニット構成
を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…ＲＦ回路、 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ…増幅素子、 １２…電源回路、 ２１…一次放射器、 ２２（２２−１〜２２−ｎ）…送受信モジュール、 ２４…電力分配／合成器、 ２５…送信装置、 ２６…サーキュレータ、 ２７…アンテナ素子、 ２９…リフレクタ、 ３０…受信装置、 ３１…モジュール収容部、 ４１，５３…ＲＦ回路ユニット、 ４２，５２…ヒートシンク、 ４３，５１…電源回路ユニット、 ４４…ファン。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の放熱ブロックと、 この第１の放熱ブロックの一端部に装着され、所定の信
   号処理を行なう第１の信号処理部と、 前記第１の放熱ブロックの前記第１の信号処理部装着側
   とは反対側の端部に装着され、前記第１の信号処理部に
   対し動作に必要な電源を供給する電源回路部とを備え、 前記第１の信号処理部と前記電源回路部との間を、前記
   第１の放熱ブロックを通した複数の信号線により接続す
   ることを特徴とする電子機器。
2. 【請求項２】 さらに、前記第１の放熱ブロックに向け
   て風を送る第１の送風手段を備えることを特徴とする請
   求項１記載の電子機器。
3. 【請求項３】 前記電源回路部の前記第１の放熱ブロッ
   ク装着側とは反対側の端部に装着される第２の放熱ブロ
   ックと、 この第２の放熱ブロックの前記電源回路部装着側とは反
   対側の端部に装着され、所定の信号処理を行なう第２の
   信号処理部とを備え、 前記第２の信号処理部と前記電源回路部との間を、前記
   第２の放熱ブロックを通した複数の信号線により接続す
   ることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 【請求項４】 さらに、前記第１の放熱ブロック及び前
   記第２の放熱ブロックのうち少なくとも一方、またはそ
   の両方に向けて風を送る第２の送風手段を備えることを
   特徴とする請求項３記載の電子機器。
5. 【請求項５】 第１の放熱ブロックと、 この第１の放熱ブロックの一端部に装着され、入出力さ
   れるマイクロ波を電力増幅する第１の増幅回路部と、 前記第１の放熱ブロックの前記第１の増幅回路部装着側
   とは反対側の端部に装着され、前記第１の増幅回路部に
   対し動作に必要な電源を供給する電源回路部とを備え、 前記第１の増幅回路部と前記電源回路部との間を、前記
   第１の放熱ブロックを通した複数の信号線により接続す
   ることを特徴とするマイクロ波電力増幅器。
6. 【請求項６】 さらに、前記第１の放熱ブロックに向け
   て風を送る第１の送風手段を備えることを特徴とする請
   求項５記載のマイクロ波電力増幅器。
7. 【請求項７】 前記電源回路部の前記第１の放熱ブロッ
   ク装着側とは反対側の端部に装着される第２の放熱ブロ
   ックと、 この第２の放熱ブロックの前記電源回路部とは反対側の
   端部に装着され、入出力されるマイクロ波を電力増幅す
   る第２の増幅回路部とを備え、 前記第２の増幅回路部と前記電源回路部との間を、前記
   第２の放熱ブロックを通した複数の信号線により接続す
   ることを特徴とする請求項５記載のマイクロ波電力増幅
   器。
8. 【請求項８】 さらに、前記第１の放熱ブロック及び前
   記第２の放熱ブロックの少なくとも一方、またはその両
   方に向けて風を送る第２の送風手段を備えることを特徴
   とする請求項７記載のマイクロ波電力増幅器。
9. 【請求項９】 前記請求項５乃至８のいずれかに記載の
   マイクロ波電力増幅器が複数個並列に、しかも着脱自在
   に収容されるアンテナ装置本体と、 このアンテナ装置本体に収容された複数のマイクロ波電
   力増幅器それぞれに設けられ、搬送波信号を送受信する
   アンテナ素子とを備えることを特徴とするアンテナ装
   置。