JP2004039857A

JP2004039857A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2004039857A
Application number: JP2002194801A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Shirokawa; 城川　伊知郎; Yoshito Kimijima; 君島　義人
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP3893496B2

Abstract

【課題】素子アンテナ配置の位置精度が良好であり、またアレーアンテナの冷却系の小型化に適した構造を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】素子アンテナ１１及び送受信モジュール１２を放熱板１３に配置し、放熱板１３の両端部を固定部材１６の櫛状の凹部に挿入して固定する。固定部剤１６により放熱板１３相互の位置関係が定まり、これに伴って、素子アンテナ１１の位置が決定する。詳細には、固定部材１６の櫛状の各凹部底面Ａの平面度及び凹部側面Ｂのピッチ精度、放熱板１３の寸法、素子アンテナ１１の放熱板１３への取付精度等により、各素子アンテナ１１の相互の位置関係が決定される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の素子アンテナに送信信号を分配して供給し、又は複数の素子アンテナにより受信した受信信号を合成することによって、送信、受信又は送受信を行うアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、例えば特開平１−１４６４０４号公報に示された従来のアレーアンテナの構成図である。図９において、１は送受信モジュール、２は素子アンテナ、３はコールドプレート、４は第１の制御信号分配回路、５は第１の送受信号分配合成回路、６は制御信号コネクタ、７は送受信号コネクタ、８は冷媒管、９は第２の制御信号分配回路、１０は第２の送受信号分配回路である。
【０００３】
素子アンテナ２は送受信モジュール１のそれぞれに設けられており、送受信モジュール１はコールドプレート３上に配置される。コールドプレート３は、上下に貫通する冷媒管８を有しており、この冷媒管８を冷媒が流れることによって、送受信モジュール２で発生した熱が排出される。それぞれの送受信モジュール１は、第１の制御信号分配回路４と第１の送受信号分配合成回路５とにコネクタを介して接続されている。さらに第１の制御信号分配回路４は第２の制御信号分配回路９に、第１の送受信号分配合成回路５は第２の送受信号分配合成回路１０に接続される。この構成によって、第２の送受信号分配合成回路１０から供給されるＲＦ信号は、送受信号コネクタ７及び第１の送受信号分配合成回路５を介して各送受信モジュール１に分配して入力され、素子アンテナ２から送信される。また、制御信号は、第２の制御信号分配回路９を経て、制御信号コネクタ６及び第１の制御信号分配回路４を介して各送受信モジュール１に入力されて、各送受信モジュール１の送受信等の制御に使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されており、図９における素子アンテナ２の並び方向と垂直方向（即ち、図１１紙面垂直方向）に図９のようなアンテナ構成を重ねることによってアンテナ開口面が形成されるが、このアンテナ開口面を形成する素子アンテナの位置決め精度が低いという問題点がある。例えば、送受信号分配合成回路１０、コールドプレート３、各送受信モジュール１、素子アンテナ２を組み立てる際に、それぞれの取付個所において位置ずれを生じるために、素子アンテナの位置決め精度が低くなるものである。逆に、素子アンテナ２を高精度に配置しようとすると、組立作業が非常に困難になってしまうという問題点があるとも考えられる。また、従来のアンテナ装置は冷却管を有する液冷式の冷却系を備えているが、特開平１−１４６４０４号公報にはその冷却管以外の冷却系構成が記載されていない。通常は、アンテナ装置から離れた位置に冷却器を設置し、冷却管を伸展して冷却器に接続する構成が一般的であり、このような構成の場合には装置が大型化するという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、素子アンテナ配置の位置精度が良好であり、またアレーアンテナの冷却系の小型化に適した構造を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るアンテナ装置は、複数の素子アンテナと、これらの素子アンテナに接続され、電波の送信又は受信を行う複数の送受信モジュールと、これらの素子アンテナと送受信アンテナとを取り付けた放熱板と、櫛状に凹部を有する固定部材であって、上記放熱板をその両端部において上記凹部に挿入して固定する固定部材とを備えたたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係るアンテナ装置は、請求項１の発明に係るアンテナ装置において、上記放熱板は、上記送受信モジュールの熱を排熱するヒートパイプと、このヒートパイプの端部に設けた放熱フィンとを具備したものである。
【０００８】
請求項３の発明に係るアンテナ装置は、請求項２の発明に係るアンテナ装置において、上記固定部材をアンテナ筐体の側面に設け、上記放熱フィンをアンテナ筐体の外部に配置したものである。
【０００９】
請求項４の発明に係るアンテナ装置は、複数の素子アンテナ、これらの素子アンテナを固定するアンテナ固定台、上記素子アンテナに接続するマイクロストリップ線路を形成した基板、この基板の面上に配置され、上記マイクロストリップ線路に接続される複数の送受信モジュールを有するアンテナユニットと、このアンテナユニットを複数取り付ける放熱板と、櫛状に凹部を有する固定部材であって、上記放熱板をその両端部において上記凹部に挿入して固定する固定部材とを備えたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係るアンテナ装置は、請求項４の発明に係るアンテナ装置において、上記送受信モジュールは、上記マイクロストリップ線路に半田ボールにより接続したものである。
【００１１】
請求項６の発明に係るアンテナ装置は、請求項１又は請求項４の発明に係るアンテナ装置において、上記固定部材と上記放熱板の取付部分を、モール剤によりモールしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を図１から図３によって説明する。図１は実施の形態１に係るアンテナ装置の構成図であり、図１（ａ）は組立工程中における組立前の状態を、図１（ｂ）は組立後の状態を示す。図１において、１１は素子アンテナであり、１２は送信系又は受信系のいずれか、或いは送信系及び受信系双方を有する送受信モジュールであり、送受信モジュール１２が送信系を有する場合には、高出力増幅器や、送信系移相器などの高周波回路を備え、受信系を有する場合には、低雑音増幅器や、受信系移相器などの高周波回路を備え、送信系及び受信系を有する場合には、送受信切換回路などを備える。送受信モジュール１２は、素子アンテナ１１に接続されており、素子アンテナ１１へ送信信号を出力、また素子アンテナ１１からの受信信号が入力されて受信する。１３は放熱板、１４は放熱板に設けたヒートパイプであり、通常の冷媒を流すような管であっても良い。なお、放熱板１３は、図１に示す長手方向に配列した複数の素子アンテナ１１の端から端まで延在している。１５は放熱フィンであり、ヒートパイプ１４の端部に設けられている。１６は上記の放熱板１３を取り付ける固定部材であり、櫛状の凹部を有している。この固定部材１６は、図１に示すように放熱板１３の両端部に設けている。
【００１３】
送受信モジュール１２はその電気的動作によって発熱し、この発熱のためにアンテナ装置が温度上昇し、不均一な温度分布を生じてアンテナ出力が振幅変化したり、位相ずれを生じることによって、アンテナ性能が劣化する。このアンテナ性能劣化を抑制するために、送受信モジュール１２から発生する熱を排熱する必要がある。送受信モジュール１２は放熱板１３に直接又は間接的に取り付けられており、送受信モジュール１２で発生した熱は放熱板１３によって排熱される。図１に示す放熱板１３には、ヒートパイプ１４を挿入しており、このヒートパイプ１４によって発生した熱が放熱フィン１５方向へ排熱される。このヒートパイプ１４による排熱の過程は、送受信モジュール１２から発生する熱によって、ヒートパイプ１４の管内の液体が送受信モジュール４近傍において熱せられて気化し（この際に気化熱を奪う。）、アンテナ側方のヒートパイプ１４先端部で冷却されて再び液化し、この液体が管内を伝って、アンテナ内の送受信モジュール１２近傍へ帰還するというものである。アンテナ装置を航空機や船舶等に搭載して使用する場合には、機体や船体等が傾斜することがあり、この傾斜に対しても上記のような排熱の過程が生じるように、ヒートパイプ１４を上方へ屈曲している。また、ヒートパイプ１４を使用せずに放熱板１３を熱伝導性の良い銅等の金属材料で形成することもできる。この場合、ヒートパイプ１４を使用する場合に比較してアンテナ内での温度分布が大きくなると考えられるが、アンテナの大小やアンテナ性能劣化の許容レベル、送受信モジュール１４の発熱量或いは密集度に応じて、設計上採用することも可能である。また、ヒートパイプ１４は液冷の冷却管であってもよく、この場合には冷却管内を冷媒が循環するように循環駆動系（ポンプや循環用スクリュー等）を備え、冷却管をアンテナ装置内部からアンテナ装置外部へ引き回し、図１の放熱フィン１５のような位置で冷却管を空冷により冷却しても良いし、別個に設けた冷却器まで冷却管を伸展して冷却しても良い。
【００１４】
次に図１（ｂ）に示すように放熱板１３の両端部を固定部材１６の櫛状の凹部に挿入することによって、放熱板１３相互の位置関係が定まり、これに伴って、素子アンテナ１１の位置が決定する。より詳細には、固定部材１６の櫛状の各凹部底面Ａの平面度及び凹部側面Ｂのピッチ精度、放熱板１３の寸法、素子アンテナ１１の放熱板１３への取付精度等により、各素子アンテナ１１の相互の位置関係が決定される。
【００１５】
さらに組立を進める。図２はアンテナ筐体への組立を説明する構成図である。図２において、１７はアンテナ筐体である。このアンテナ筐体１７に放熱板１３等の図１構成を取り付けた固定部材１６を取り付ける。この組立において、放熱フィン１５はアンテナ外部へ突出する構造となっている。このことにより、固定部材１６が放熱板１３（ひいては、素子アンテナ１１）の位置を決定して取り付ける位置決め部材としても、また外部に突出する放熱フィン１５とアンテナ内部とを分離する壁部材としても機能していることがわかる。さらに図３は、アンテナ筐体１７に蓋体１８を取り付けた構成を示す。この図３に示すアンテナ構成よって、アンテナ内部構成（即ち、素子アンテナ１１や送受信モジュール１２、また合成分配回路基板等のアンテナ内部構成）を、アンテナ外部から遮蔽することができる。このような構成によって、冷却器や冷却器への冷却管引き回しを不要とし、アンテナ装置の冷却系を小型化することができる。
【００１６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を図４によって説明する。図４は実施の形態２に係るアンテナ装置におけるアンテナユニットの構成図である。図４において、１９は素子アンテナ基板、２０はアンテナ固定台である。素子アンテナ基板１９上には素子アンテナ１１が設けられており、素子アンテナ基板１９をアンテナ固定台２０上に配置する。２１は合成分配回路基板であり、２２は合成分配回路基板２１の端部に設けた給電ピンであり、２３は制御信号コネクタである。合成分配回路基板２１には、送受信モジュール１２から給電ピン２２へのマイクロストリップ線路と、送受信モジュール１２へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１２からの受信信号を合成するマイクロストリップ線路を有している。また、合成分配回路基板２１には、送受信モジュール１２への制御信号線路が設けられており、制御信号コネクタ２３から制御信号を入力する。給電ピン２２は図示のように合成分配回路基板２１の端部に設けており、アンテナ固定台２０の穴２４を貫通して素子アンテナ１１に接続する。２５は金属板であり、合成分配回路基板２１に導電性接着剤を用いて接合しており、材質としては、アルミ、銅などの金属を用いる。図４において、図１と同一の符号を付した部分は図１のそれらと同一又は相当する部分を示す。
【００１７】
アンテナ固定台２０には、複数個の素子アンテナ１１及び素子アンテナ基板１９を固定する。このアンテナ固定台２０に素子アンテナ１１及び素子アンテナ基板１９が固定されている限り、複数の素子アンテナ１１の位置関係は変化しない。送受信モジュール１２は送信系又は受信系のいずれか、或いは送信系及び受信系双方を有する。これはアンテナ装置が送信用アンテナ又は受信用アンテナのいずれか、或いは送受信共用アンテナであるかによる。この送受信モジュール１２は、合成分配回路基板２１に設けたマイクロストリップ線によって、素子アンテナ１１に接続する。合成分配回路基板２１には、送受信モジュール１２へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１２からの受信信号を合成するマイクロストリップ線路を設けており、また合成分配回路基板２１には、送受信モジュール１２への制御信号線路が設けられており、制御信号コネクタ２３から制御信号を入力する。ここで、送受信モジュール１２は合成分配回路基板２１に固定して設けても良いし、電気的コネクタを用いて脱着可能に設けてもよい。
【００１８】
合成分配回路基板２１の端部には給電ピン２２を設けている。給電ピン２２は送受信モジュール１２と素子アンテナ１１を接続するマイクロストリップ線の端子に相当するものであり、アンテナ固定台２０の素子アンテナ１１取付面に設けた穴２４を貫通して素子アンテナ１１に接続する。この構成によって、素子アンテナ固定台２０の素子アンテナ１１取付面と分配合成回路基板２１の基板面とを略垂直に配置する。
【００１９】
このような接続と配置によって、図４に示すアンテナ装置では、送受信モジュール１２の脱着に関わらず複数の素子アンテナ１１の相互の位置関係が変化しないため、素子アンテナ１１の位置決め精度が良好となる。この図４よりなるアンテナユニットを放熱板１３に並べて設けたものを、図５に示す。図５では１つの放熱板１３に対して４つのアンテナユニットを取り付けている。なお、図５において、２６は上記説明したアンテナユニットであり、２７は複数のアンテナユニット２６に制御信号を供給し、また、送信信号又は受信信号を分配合成する分配合成回路部である。また、図５において、図１と同一の符号を付した部分は図１のそれらと同一又は相当する部分を示す。図５に示すようにアンテナユニット２６を放熱板１３に取り付けるが、この際、分配合成回路基板２１の送受信モジュール１２を取り付けた面と反対面側を放熱板１３に取り付ける。分配合成回路基板２１が十分に薄ければ、送受信モジュール１２で発生する熱は十分に放熱板１３に流れて排熱が行われる。また、分配合成回路基板２１にサーマルビア（金属等で柱状に基板を貫通させたもの）等を設けて、熱伝導性を高めて、排熱することも可能である。放熱板１３に流れた熱は、ヒートパイプ１４によって排熱される。そして、このようにアンテナユニット２６を設けた放熱板１３を図５に示す長手方向と直交する方向に複数重ねると図１に示すアンテナ装置の内部構成となる。尤も、図５では一つの放熱板１３に４つのアンテナユニット２６が、図１では一つの放熱板１３に６つのアンテナユニット２６が設けられているが、放熱板１３に設けるアンテナユニット２６の数は適宜採用されるものである。
【００２０】
なお、図４において給電ピン２３は１個の送受信モジュール１２に２つずつ設けられているが、これは偏波２成分を送受信するためのものである。また、金属板２５は、導電性を有することによって、分配合成回路基板２１のマイクロストリップ線からなる制御信号線の共通の電気的グランドとすることができ、また金属板のもつ熱伝導特性によって、複数個の送受信モジュール１２の熱を拡散して温度を均一化するように作用する。
【００２１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアンテナユニットを図６及び図７によって説明する。実施の形態３においては、送受信モジュール１２を半田ボールによって分配合成回路基板２１に設けたマイクロストリップ線路に接続するものである。図６は実施の形態３に係るアンテナユニットの構成図であり、図７は実施の形態３に係るアンテナユニットの分配合成回路基板の断面を示す断面図である。図６において、２８は、送受信モジュール１２を分配合成回路基板２１に設けたマイクロストリップ線路に接続する半田ボールであり、図７において、２９は分配合成回路基板２１に設けたマイクロストリップ線路である。図６及び図７において、図４と同一の符号を付した部分は、図４のそれらの部分と同一又は相当する部分を示す。
【００２２】
図６において半田ボール２８は分配合成回路基板２１上に配置され、送受信モジュール１２の半田ボール２８との接点には、ＲＦ信号や制御信号の端子があり、半田ボールと接合することによって、分配合成回路基板２１に設けたＲＦ信号及び制御信号を伝送するマイクロストリップ線路に接続される。図７において、太線で示した線はマイクロストリップ線路を示しており、多層（図７の場合は７層）に積層した分配合成回路基板２１内に設けられている。図７に示すように、送受信モジュール１２は、半田ボール２８によりマイクロストリップ線路２９に接続されている。なお、このように接続されるマイクロストリップ線路２９は、実施の形態２において説明したものと同様に、送受信モジュール１２から給電ピン２２へのマイクロストリップ線路と、送受信モジュール１２へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１２からの受信信号を合成するマイクロストリップ線路、また、送受信モジュール１２への制御信号線路等である。
【００２３】
この実施の形態３において構成したアンテナユニットは、実施の形態２で構成したアンテナユニットと同様に、図５に示すように放熱板１３に取り付けられる。放熱板１３を図１のように複数配置することによって、アンテナ装置の内部構成となる。
【００２４】
このように構成することによって、従来技術が有していた回路部品としての送受信号コネクタと制御信号コネクタが不要となり、これらの配置に要していた空間を排してアンテナ装置を小型化することができる。
【００２５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置を図８によって説明する。図８はアンテナ筐体１７と放熱フィン１５との間において、アンテナ筐体１７側面と並行な面で切断し、放熱フィン１５側から見たアンテナ筐体１７側面を表している。実施の形態４に係るアンテナ装置は、実施の形態１乃至実施の形態３に係るアンテナ装置において、放熱板１３と固定部材１６との取付部分に生じる隙間をシリコン剤等を用いてモールするものである。図８において、３０は放熱板１３と固定部材１６との取付部分をモールするモール剤（図８斜線部）である。このモール剤の材料としてシリコン剤等を用いる。
【００２６】
図８に示すように、放熱板１３と固定部材１６との取付部分にモールを施すことによって、アンテナ装置内部に水が浸入しないようにするためである。なお、固定部材１６側面と放熱板１３端面とがアンテナ側面で面を一つとする場合には、モール剤３０は、放熱板１３の端面もモールすることになる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明の請求項１乃至請求項６に係る発明によれば、素子アンテナを取り付けた放熱板を櫛状の凹部を有する固定部材に固定することにより、素子アンテナ配置の位置精度を高めることができる。また、固定部材をアレーアンテナ筐体の側面に設けて、冷却管（ヒートパイプ）をアンテナ装置外部に延在させて冷却する構成によって、冷却系の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置における筐体への組立を説明する構成図であるの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置において、アンテナ筐体に蓋体を取り付けた構成示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置におけるアンテナユニットの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置において、放熱板にアンテナユニットを取り付けた構成を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置におけるアンテナユニットの構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置におけるアンテナユニットの分配合成回路基板の断面を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置におけるモールを説明する構成図である。
【図９】従来のアンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
１１　素子アンテナ
１２　送受信モジュール
１３　放熱板
１４　ヒートパイプ
１５　放熱フィン
１６　固定部材
２６　アンテナユニット
２８　半田ボール
３０　モール剤

Claims

複数の素子アンテナと、これらの素子アンテナに接続され、電波の送信又は受信を行う複数の送受信モジュールと、これらの素子アンテナと送受信アンテナとを取り付けた放熱板と、櫛状に凹部を有する固定部材であって、上記放熱板をその両端部において上記凹部に挿入して固定する固定部材とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
上記放熱板は、上記送受信モジュールの熱を排熱するヒートパイプと、このヒートパイプの端部に設けた放熱フィンとを具備したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
上記固定部材をアンテナ筐体の側面に設け、上記放熱フィンをアンテナ筐体の外部に配置したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
複数の素子アンテナ、これらの素子アンテナを固定するアンテナ固定台、上記素子アンテナに接続するマイクロストリップ線路を形成した基板、この基板の面上に配置され、上記マイクロストリップ線路に接続される複数の送受信モジュールを有するアンテナユニットと、このアンテナユニットを複数取り付ける放熱板と、櫛状に凹部を有する固定部材であって、上記放熱板をその両端部において上記凹部に挿入して固定する固定部材とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
上記送受信モジュールは、上記マイクロストリップ線路に半田ボールにより接続したことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
上記固定部材と上記放熱板の取付部分を、モール剤によりモールしたことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載のアンテナ装置。