JP2004028980A - 位相制御式アンテナサブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】わずかな所要スペースで、送受信モジュールを容易に交換できる。
【解決手段】データ供給回路網２と、送受信回路４を有する交換可能な送受信モジュール３と、サーキュレータ回路８と、アンテナ素子９とを備えている。送受信モジュール３内には、送受信回路４、サーキュレータ回路８及びアンテナ素子９がまとめられており、送受信モジュール３はレーダシステム１の放射側に交換可能に配置される。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１中の上位概念に示す構成のアレイアンテナを備えた位相制御式アンテナサブシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係るアンテナサブシステムは、例えばレーダシステム、ＳＡＲ、電子的な戦争もしくは戦闘用のシステムのアンテナ、ナビゲーションもしくは通信システムのために特に適用される。本発明による機能を集積するためのプラットフォームとしては、地上もしくは海上のシステム、航空機、衛星、各種の飛行体、建物もしくは航空機に付属するシステムが挙げられる。
【０００３】
米国特許第５９４００３１号明細書によれば、位相制御されるアレイアンテナを備えたレーダシステムが知られており、この公知例は、データ供給回路網と、この回路網に交換可能に配置されて送受信回路を有している複数の送受信モジュールと、複数のサーキュレータ回路と、各サーキュレータを介して各送受信回路に接続された複数のアンテナ素子とから成っている。この公知のレーダシステムの場合、送受信モジュールがデータ供給回路網の背部に配置されており、データ供給回路網は冷却構造部分、エネルギー供給構造部分及びＨＦ供給構造部分から成る多層構造で構成されている。データ供給回路網の背部に配置されている各送受信モジュールからは、ＨＦ接続部材が、データ供給回路網の前部にそれぞれ連結されている各サーキュレータ回路へ通じている。送受信モジュールはデータ供給回路網のもっぱら背部から取り外し可能であり、従って、整備作業目的ではレーダシステムの内部へ背後から接近するしかない。
【０００４】
例えば航空機用としての、アクティブ型位相制御式アレイアンテナを備えたレーダ・ＥＣＭシステム（ＥＣＭ＝電子逆探装置）の多くの使用領域においては、レーダシステムの設置用として極めてわずかなスペースしか確保できない、という点、さらには、レーダシステムの背後から接近することがしばしば不可能であるか、困難な条件下でしか可能でない、という点が難点となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた型式のレーダシステムにおいて、所要スペースがわずかであり、その送受信モジュールを整備及び修理のために容易に交換することができるように構成することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を本発明は請求項１中に示した構成のレーダシステムによって解決した。
【０００７】
本発明によるレーダシステムの有利な実施態様は請求項２以降に示されている。
【０００８】
本発明によれば、データ供給回路網と、データ供給回路網に配置されて送受信回路をそれぞれ有する複数の交換可能な送受信モジュールと、複数のサーキュレータ回路と、各サーキュレータ回路を介して送受信回路に連結された複数のアンテナ素子とを備えている形式の、位相制御されるアレイアンテナを備えたレーダシステムが提供される。本発明によれば、この場合、各送受信モジュール内にそれぞれ送受信回路、サーキュレータ回路及びアンテナ素子がまとめられており、送受信モジュールはレーダシステムの放射側即ち正面側に交換可能に配置されている。
【０００９】
本発明によるレーダシステムの１つの重要な利点は、送受信モジュールの交換をレーダシステムの放射側即ち正面側から行えるということであって、この点は多くの用途に際して大きな利点となる。本発明のレーダシステムの別の利点は、集積構造化されたアンテナが望まれる場合にアレイアンテナを湾曲した表面にも適合させることができる点である。さらに別の利点としては、アンテナ用の短かなＨＦ（高周波）導体、ひいては小さな雑音指数、わずかなＨＦ損失及びわずかな信号結合があげられる。最後に、本発明のレーダシステムの利点は、このようにしてデータ供給回路網の簡単な構造が可能である点にある。
【００１０】
本発明の極めて有利な実施態様によれば、送受信回路とサーキュレータ回路とアンテナ素子とが多層構造の形で送受信モジュール内に一体的に集成されている。
【００１１】
特に、アンテナ素子はプレーナアンテナの形で送受信モジュールの上側に配置されている。
【００１２】
本発明の別の有利な実施態様によれば、多層構造が、送受信回路の構成部分とサーキュレータ回路とを保持する、上下に複数配置された基板から成っている。
【００１３】
この点での有利な実施態様の場合、第１の基板が、送受信モジュールのデータ供給回路網に面する側に配置されて、送受信回路のＨＦ出力増幅器を保持している。
【００１４】
別の有利な実施態様の場合、第２の基板が、送受信モジュールのデータ供給回路網側とは反対側に配置されて、サーキュレータ回路、アンテナ素子及び送受信回路の構成部分を保持している。これによって、所要スペースの減少及び雑音係数の最適化が可能になる。
【００１５】
このような基板配置の有利な実施態様によれば、第１の基板と第２の基板との間にさらに少なくとも１つの別の基板が配置されており、この基板は別の回路、特にＨＦ処理部分及びディジタル処理部分を保持している。
【００１６】
本発明のレーダシステムの別の有利な実施態様によれば、各基板が枠構造部分と一体をなしており、これらの枠構造部分は同時に送受信モジュールのハウジングをなすと共に各基板相互の機械的結合部分をなしている。
【００１７】
データ供給回路網は送受信モジュール用の機械的な支持構造部分として構成されており、この支持構造部分が同時に送受信モジュール用の冷却構造部分を備えている。
【００１８】
有利には、このデータ供給回路網は多層構造部分として構成されており、この多層構造部分は、第１の層の形での冷却構造部分と、第２の層の形での少なくとも１つの別の、ＨＦ（高周波）・データ供給回路網を有する回路構造部分とから成っている。
【００１９】
冷却構造部分は、データ供給回路網の送受信モジュールに面する側に配置されている。
【００２０】
この冷却構造部分は、冷却液が貫流するアクティブ型冷却構造部分として構成されている。
【００２１】
送受信回路のＨＦ出力増幅器を保持している第１の基板はデータ供給回路網の冷却構造部分と集中的な冷却接触をなしている。
【００２２】
本発明の有利な実施態様によれば、基板及び枠構造部分又はそのいずれかが窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から製造されている。基板自体は多層の窒化アルミニウムから成っていて、垂直及び水平の電気接点を有している。この場合は多くの層から成る多層システムをなす。各層の相互間には電気的な導電路（水平電気接点）が位置している。これらの導電路はいわゆるビアによって垂直方向で互いに結合されている（垂直電気接点）。
【００２３】
本発明の特に有利な実施態様によれば、基板が上下に重ねられて互いにはんだ付けされている。はんだ付け結合は、はんだの流れに包まれる硬質のはんだ球を介して有利に行われる。
【００２４】
基板は枠構造部分において互いにはんだ付けされている。
【００２５】
送受信モジュールは、はんだ付け、溶接又は接着によって固定される金属スリーブによって包囲される。この金属スリーブは、モジュール及び基板相互の電気接点の電磁的な防護を保証し、かつモジュールを気密にシールするために用いられる。
【００２６】
本発明の別の有利な実施態様によれば、枠構造部分内に基板相互間の電気的な接続をなす電気接点が集成されている。
【００２７】
各送受信モジュールはすべて互いに同等のものである。
【００２８】
送受信モジュールは放射側即ち正面側からデータ供給回路網へ装着されている。
【００２９】
最後に、本発明の有利な実施態様によれば、送受信モジュールがその縁部範囲又は角隅範囲に作用するねじによってデータ供給回路網に固定されている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に沿って本発明を詳述する。
【００３１】
図１の側面図で概略的に示したレーダシステム、即ち符号１でまとめて示すレーダシステムにおいて、符号３０は多くのアンテナ素子９がまとめられた位相制御式アレイアンテナを示している。各アンテナ素子９はそれぞれ１つの送受信モジュール３の構成部分である。各送受信モジュール３は送受信信号の放射及び受信のために矢印で示す方向で配置されている。送受信モジュール３へＨＦ・データ信号を供給し、かつ給電及び冷却するために１つのデータ供給回路網２が設けられている。このデータ供給回路網２の背後にはシステム回路４０が配置されており、この回路４０はレーダシステムの別の処理回路を有している。システム回路４０はデータ供給回路網２から切り離して設けてもよい。特に、本発明を１つの用途として例えば航空機翼内のレーダシステムで利用するような場合には、送受信モジュール及び供給回路網のみが翼内に組み付けられる。このとき、評価システムはスペースを大きく供用し得る別の個所に配置することができる。
【００３２】
図２の送受信モジュール３の拡大概略図が示すように、送受信モジュール３は、送受信回路４（ＨＦ出力増幅器５、ディジタル処理部分６及びＨＦ処理部分７）を有している。送受信回路４は、サーキュレータ回路８を介して、送受信モジュール３の上側即ち正面側に位置するアンテナ素子９に接続されている。従って、各送受信モジュール３内にはそれぞれ送受信回路４、サーキュレータ回路８及びアンテナ素子９がまとめられている。アンテナ素子９は送受信モジュール３の正面側即ち上側に配置されたプレーナアンテナの形で構成されている。
【００３３】
正面側即ち放射側に送受信モジュール３を保持しているデータ供給回路網２は、多層の形で構成されており、第１の層の形で冷却構造部分１８を、第２の層の形でＨＦ・データ・電力供給回路網を有する回路構造部分１９を備えている。図示されているように、冷却構造部分１８はデータ供給回路網２の送受信モジュール３に面する側に配置されており、従って、冷却構造部分１８と送受信モジュール３（特にそのＨＦ出力増幅器５）との間に集中的な冷却接触が生ずる。
【００３４】
送受信モジュール３を実際にどのように組み立てるかの実施の形態を示す図３から理解されるように、ＨＦ出力増幅器５、ディジタル処理部分６及びＨＦ処理部分７を有する送受信回路４と、サーキュレータ回路８とが、多層構造の形で送受信モジュール３内に集成されている。アンテナ素子９は、プレーナアンテナの形で送受信モジュール３の上側即ち正面側に配置されている。
【００３５】
この多層構造は、送受信回路４の構成部分とサーキュレータ回路８とを保持する、上下に多数配置された基板１１、１２、１３から成っている。第１の基板１１は送受信モジュール３のデータ供給回路網２に面する側に配置されていて、送受信回路４のＨＦ出力増幅器５を保持している。第２の基板１２は送受信モジュール３のデータ供給回路網２とは反対側に配置されていて、概してスペース上の理由及び雑音係数の改良のために、サーキュレータ回路８、プレーナアンテナ及び送受信回路４の構成部分を保持している。第１の基板１１と第２の基板１２との間にはさらに別の基板１３が配置されており、この基板１３は別の回路、即ちディジタル処理部分６及びＨＦ処理部分７を保持している。これらの基板１１、１２、１３は各枠構造部分１４、１５、１６と一体に構成されている。これらの枠構造部分１４、１５、１６は同時に送受信モジュール３のハウジング１７を形成し、かつ基板１１、１２、１３相互の機械的結合部分をなしている。
【００３６】
送受信モジュール３は効果的には少なくとも部分的に１つの金属スリーブによって包囲され、この金属スリーブははんだ付け、溶接又は接着によって固定される。この金属スリーブは、モジュール及び基板相互の電気接点を電磁的に防護し、かつモジュールを気密にシールするために効果的に用いられる。このスリーブは図中では符号２６で示されている。
【００３７】
データ供給回路網２は送受信モジュール３用の機械的な支持機構として構成され、同時に送受信モジュール３用の冷却構造部分を有している。送受信回路４のＨＦ出力増幅器５を保持している第１の基板１１はデータ供給回路網２の冷却構造部分１８と集中的な冷却接触をなしている。
【００３８】
さらに、データ供給回路網２は多層構造の形で構成されており、この多層構造は第１の層の形で冷却構造部分１８を、第２の層の形でＨＦ・データ・電力供給回路網を有する少なくとも１つの別の回路構造部分１９を備えている。図２に示す実施の形態におけると同様に、図３に示す実施の形態においても冷却構造部分１８はデータ供給回路網２の送受信モジュール３に面する側に配置されている。送受信回路４のＨＦ出力増幅器５を保持している第１の基板１１はデータ供給回路網２の冷却構造部分１８と集中的な冷却接触を保っている。冷却構造部分１８は冷却液が貫流するアクティブ型冷却構造部分として構成されている。
【００３９】
基板１１、１２、１３及びこれらとそれぞれ一体に結合されている枠構造部分１４、１５、１６は、効率のよい熱導出を保証するためにＡｌＮ（窒化アルミニウム）から製造されている。基板自体は多層の窒化アルミニウムから成っていて、垂直及び水平の電気接点を有している。このような基板１１、１２、１３が上下に重ねられ、枠構造部分１４、１５、１６の範囲で互いにはんだ付けされている。はんだ付けのためには硬質のはんだ球２６が使用され、このはんだ球は、はんだ付けの際、はんだの流れに包まれ、各基板上面の電気接点を結合する。はんだ球なしの突き合わせはんだ付けも可能である。基板１１、１２、１３内及び枠構造部分１４、１５、１６内には水平電気接点２０、２１、２２及び垂直電気接点２３、２４、２５が集成されており、これらの電気接点は、基板１１、１２、１３とデータ供給回路網２と送受信回路４の個々の構成部分との間の電気的な接続部分を形成している。
【００４０】
送受信モジュール３は有利にはすべてが互いに同等のものであるとよい。
【００４１】
本発明のレーダシステムの実施の形態を斜視図で示す図４ａ及び図４ｂから理解されるように、送受信モジュール３は放射側からデータ供給回路網２へ装着されて、角隅範囲に作用するねじ２５によってデータ供給回路網２に固定されている。個々の送受信モジュール３とデータ供給回路網２との間の電気的な接続は、データ供給回路網２の上側、即ち回路網の冷却構造部分１８にはめ付けられた電気接点条片５０と、送受信モジュール３の下側の対応する接点条片６０とによってなされている。符号６０で示すモジュール下側の接点条片は図４ｂでは見えない。
【００４２】
モジュールはＣＩＮ：ＡＰＳＥ接点を介してデータ供給回路網２に接続する必要がある。この場合の接点は１つのフレキシブルな円筒状の金網である。この金網はプラスチックケース内で１つの押し接点を形成し、この押し接点は両側から押し合わされる２つの面相互の電気的な接続を形成する。モジュールはこのようなフレキシブルな押し接点を介してデータ供給回路網と結合されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における位相制御式アレイアンテナを備えたレーダシステムの概略側面図。
【図２】図１の実施の形態における送受信モジュールを主要部分のブロック線図と共に示した概略側面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における送受信モジュールの概略側面図。
【図４】位相制御式アレイアンテナを備えたレーダシステム及び送受信モジュールを示す斜視図。
【符号の説明】
１　レーダシステム
２　データ供給回路網
３　送受信モジュール
４　送受信回路
５　ＨＦ出力増幅器
６　ディジタル処理部分
７　ＨＦ処理部分
８　サーキュレータ回路
９　アンテナ素子
１１　第１の基板
１２　第２の基板
１３　第３の基板
１４、１５、１６　枠構造部分
１７　ハウジング
１８　冷却構造部分
１９　回路構造部分
２０、２１、２２、２３、２４　電気接点
２５　固定ねじ
３０　アレイアンテナ
４０　システム回路
５０、６０　接点条片

Claims (21)

1. 位相制御式アレイアンテナを備えたレーダシステムであって、データ供給回路網（２）と、データ供給回路網（２）に配置されて送受信回路（４）をそれぞれ有する複数の交換可能な送受信モジュール（３）と、複数のサーキュレータ回路（８）と、各サーキュレータ回路（８）を介して送受信回路（４）に連結された複数のアンテナ素子（９）とを備えている形式のものにおいて、各送受信モジュール（３）内にそれぞれ送受信回路（４）、サーキュレータ回路（８）及びアンテナ素子（９）がまとめられており、送受信モジュール（３）はレーダシステム（１）の放射側に交換可能に配置されていることを特徴とする、レーダシステム。
2. 送受信回路（４）とサーキュレータ回路（８）とが多層構造の形で送受信モジュール（３）内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載のレーダシステム。
3. アンテナ素子（９）がプレーナアンテナの形で送受信モジュール（３）の上側に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーダシステム。
4. 多層構造は、送受信回路（４）の構成部分とサーキュレータ回路（８）とを保持する、上下に複数配置された基板から成っていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のレーダシステム。
5. 第１の基板（１１）が、送受信モジュール（３）のデータ供給回路網（２）に面する側に配置されて、送受信回路（４）のＨＦ出力増幅器（５）を保持することを特徴とする、請求項４に記載のレーダシステム。
6. 第２の基板（１２）が、送受信モジュール（３）のデータ供給回路網（２）側とは反対側に配置されて、サーキュレータ回路（８）を保持することを特徴とする、請求項４又は５に記載のレーダシステム。
7. 第１の基板（１１）と第２の基板（１２）との間にさらに少なくとも１つの別の基板（１３）が配置されており、この基板（１３）は別の回路、特にＨＦ処理部分（７）及びディジタル処理部分（６）を保持することを特徴とする、請求項４乃至６のいずれかに記載のレーダシステム。
8. 各基板（１１、１２、１３）が枠構造部分（１４、１５、１６）と一体をなしており、これらの枠構造部分は同時に送受信モジュール（３）のハウジング（１７）をなすと共に各基板（１１、１２、１３）相互の機械的結合部分をなしていることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれかに記載のレーダシステム。
9. データ供給回路網（２）が送受信モジュール（３）用の機械的な支持構造部分として構成されており、この支持構造部分が同時に送受信モジュール（３）用の冷却構造部分（１８）を備えていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のレーダシステム。
10. データ供給回路網（２）が多層構造部分として構成されており、この多層構造部分は、第１の層の形での冷却構造部分（１８）と、第２の層の形での少なくとも１つの別の、ＨＦ・データ・電力供給回路網を有する回路構造部分（１９）とから成っていることを特徴とする、請求項９に記載のレーダシステム。
11. 冷却構造部分（１８）がデータ供給回路網（２）の送受信モジュール（３）に面する側に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載のレーダシステム。
12. 冷却構造部分（１８）が冷却液が貫流するアクティブ型冷却構造部分として構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のレーダシステム。
13. 送受信回路（４）のＨＦ出力増幅器（５）を保持する第１の基板が、データ供給回路網（２）の冷却構造部分（１８）と集中的な冷却接触をなしていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のレーダシステム。
14. 基板（１１、１２、１３）及び枠構造部分（１４、１５、１６）又はそのいずれかが窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製であることを特徴とする、請求項４乃至１３のいずれかに記載のレーダシステム。
15. 基板（１１、１２、１３）が上下に重ねられて互いにはんだ付けされていることを特徴とする、請求項４乃至１４のいずれかに記載のレーダシステム。
16. 各基板（１１、１２、１３）が各枠構造部分（１４、１５、１６）にはんだ付けされていることを特徴とする、請求項８に関連した請求項１５に記載のレーダシステム。
17. 各枠構造部分（１４、１５、１６）内に、各基板（１１、１２、１３）相互の電気的な接続をなす電気接点（２０、２１、２２、２３、２４）が集成されていることを特徴とする、請求項８乃至１６のいずれかに記載のレーダシステム。
18. 各送受信モジュール（３）が互いに同等のものであることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載のレーダシステム。
19. 送受信モジュール（３）が放射側からデータ供給回路網（２）へ装着されていることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれかに記載のレーダシステム。
20. 送受信モジュール（３）が縁部範囲又は角隅範囲に作用するねじ（２５）によってデータ供給回路網（２）に固定されていることを特徴とする、請求項１９に記載のレーダシステム。
21. 送受信モジュールがスリーブによって少なくとも部分的に包囲されていることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれかに記載のレーダシステム。

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