JP2005117108A - アクティブフェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 航空機搭載時にも同時に搭載される他の各種機材との良好な外形の整合性を有する小型軽量化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を得る。
【解決手段】 電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７のそれぞれの断面形状に基づいて、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１に切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃを形成する。そして、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１に設けられた電源信号コネクタ４４１、高周波信号コネクタ４５１、及び制御信号コネクタ４６１と、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７とをそれぞれ接続したときに、これら３つの配線ボード５、６、７をそれぞれ切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃに収め、アンテナ筐体１の背面方向への突出をなくして、背面カバー３を平面状にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特定方向に配列されたアンテナ素子や送受信モジュール等がユニット化された、航空機等に搭載するアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の構造に関する。

アクティブフェーズドアレイアンテナは、多機能なレーダシステム等において活用されている。この種のアンテナでは、複数のアンテナ素子を２次元に配列し、各アンテナ素子で送受信される信号に対して所定の振幅及び位相制御を行なうことによって電子的に２次元のビーム走査を行なっている。

このように、２次元のビーム走査を可能としたアクティブフェーズドアレイ空中線の事例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例は、複数の放射素子とその各放射素子に対応して設けられる複数の送受信モジュールとが同一平面上に実装されるとともに、前記複数の放射素子が前記平面内で円周上に配列される１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線を複数備えるアクティブフェーズドアレイ空中線であって、前記１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線を等間隔に並列に配置するとともに、前記各１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線の開口中心を、その１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線の各放射素子の実装面に対して垂直な平面内で円周上に配列している。

すなわち、ユニット化された複数の１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線を並列に配置することにより、上記の事例では各放射素子を楕円球面状に２次元配列した開口面を構成し、これら各放射素子に対して振幅・位相ウェイトを制御することにより所望の送信または受信ビームを形成している。そして、振幅・位相ウェイトを制御するためのビーム走査制御信号などは、各１次元ビーム走査アクティブフェーズドアレイ空中線の開口面とは異なる周縁部に凸状に設けた信号入力端子を経由して、他装置と授受されている。

一般に、このようなユニット化された構成品によりアンテナ装置を構成する場合、設計の独立性や製造の容易性を考慮して、構成品の外形は例えば方形など、簡素な形状とすることが多い。また、他装置との各種信号の授受には、上記した事例のように、ユニット化された各構成品の周縁部に接続用のコネクタを設けている。このようにして構成した従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一例を図４及び図５に示す。図４は、従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の外観の一例を示す斜視図、及びＢ−Ｂ面における断面図、また、図５は、従来の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの構成の一例をモデル化して示す説明図である。

図４に示すように、このアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、アンテナ筐体１１、レドーム１２、背面カバー１３、複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎ、及び配線ボード１５から構成されている。ここで、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎは、いずれも図５に示すように、所定の間隔で直線状に配列された複数（ｍ）個のアンテナ素子１４１１〜１４１ｍ、これら複数（ｍ）個のアンテナ素子に対応して設けられ、送受信信号の位相制御及び増幅を行なう複数（ｍ）個の送受信モジュール１４２１〜１４２ｍ、送信信号を複数（ｍ）個の送受信モジュール１４２１〜１４２ｍに分配するとともに複数（ｍ）個の送受信モジュール１４２１〜１４２ｍからの受信信号を合成する分配合成器１４３１、及び信号コネクタ１４４１から構成され、これらが方形の基板１４５１上に実装されている。

アンテナ筐体１１の前面には、レドーム１２が取り付けられており、アンテナ筐体１１の内部には、複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎが、アンテナ素子１４１１〜１４１ｍを前面側に向けて所定の間隔で水平方向に並列に配置され、２次元（ｍ＊ｎ）のアンテナ開口面を形成している。また、アンテナ筐体１１の背面側には、各１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎの信号コネクタ１４４１に共通に接続され各種の入出力信号を授受する配線ボード１５が配置されており、さらにその外側は背面カバー１３により覆われている。

次に、上記のように構成した従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の動作について説明する。まず送信時は、送信器（図示せず）からの送信種信号が配線ボード１５、及び信号コネクタ１４４１を経由して複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎ内の分配合成器１４３１に入力される。この送信種信号は分配合成器１４３１で分配された後、各送受信モジュール１４２１〜１４２ｍに送られる。同時に、各送受信モジュール１４２１〜１４２ｍには、ビーム制御器（図示せず）から同じく配線ボード１５、及び信号コネクタ１４４１を経由して送信ビームを制御するためのビーム制御信号が送られる。送受信モジュール１４２１〜１４２ｍでは、このビーム制御信号に基づいて分配された送信種信号の振幅及び位相を制御した後に電力増幅し、送信信号としてアンテナ素子１４１１〜１４１ｍに送出する。そして、この送信信号は、各アンテナ素子１４１１〜１４１ｍから空間に放射される。

また、受信時は、各アンテナ素子１４１１〜１４１ｍで受信された受信信号は対応して接続された送受信モジュール１４２１〜１４２ｍに送られる。各送受信モジュール１４２１〜１４２ｍには、ビーム制御器(図示せず)から配線ボード１５、及び信号コネクタ１４４１を経由して受信ビームを制御するためのビーム制御信号が与えられている。各送受信モジュール１４２１〜１４２ｍでは、受信信号を低雑音増幅した後に、このビーム制御信号に基づいて受信信号の振幅及び位相を制御し、分配合成器１４３１に送出する。そして、分配合成器１４３では各送受信モジュール１４２１〜１４２ｍからの受信信号が合成され、所定の受信ビームで受信した受信信号として信号コネクタ１４４１及び配線ボート１５を経由して受信器(図示せず)に送られる。
特許第３０８１９８７号公報（第５頁、図１）

ところで、アクティブフェーズドアレイアンテナ装置を航空機に搭載する場合、機内の限られたスペースに他の各種機材と共に搭載するため、装置の小型化、及び軽量化が強く求められる。また、装置の外形については、同時に搭載される他の各種機材との整合性を考慮して、その筐体の前面を除く各面が、凹凸のない平面で構成された形状であることが望まれる。

しかしながら、上述した従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ筐体１の外形を内部に収納する方形をした１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット１４１〜１４ｎの外形に沿ったものとして小型化しているが、アンテナ筐体１の背面は、図４（ｂ）に示すように、配線ボード１５が配置されるために凸状の部分ができ、平面にならない。また、配線ボード１５を内部に含めてアンテナ筐体１の背面を凸状の部分のない平面にすると、内部に不要な空間ができアンテナ筐体が大型化してしまう。

以上述べたように、従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を航空機に搭載する場合には、装置の背面が平面状に構成できないため、同時に搭載される他の各種機材の外形との整合がとれず、また、整合のとれる外形にすると小型化が困難となり、航空機内に各種機材を配置する際の制約となっていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、内部に収納される１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットや配線ボート等の構成品の回路構成や回路規模に影響を与えることなく、装置筐体の外形を凸部のない平面で構成することによって、航空機搭載時にも同時に搭載される他の各種機材との良好な外形の整合性を有する小型軽量化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、同一基板上に複数のアンテナ素子と、これら各アンテナ素子に対応して設けられた複数の送受信モジュールと、これら複数の送受信モジュールに送信信号を分配し前記送受信モジュールからの受信信号を合成する分配合成器と、前記複数の送受信モジュール及び前記分配合成器への入出力信号を接続する信号コネクタとが実装されるとともに、前記複数のアンテナ素子が前記基板の1つの辺の周縁に沿って直線に配列され、前記信号コネクタは前記複数のアンテナ素子が配列された辺と対向する前記基板の辺の周縁に配置された１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと、この１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットを所定の間隔で複数個並列に配置し、二次元のアンテナ開口面を形成して収納する筐体と、前記所定の間隔で並列に配置された複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの各信号コネクタに共通に接続され、前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと入出力信号を授受する平板状に形成された配線ボードとを有し、この配線ボードと対向する前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット側の基板に、前記配線ボードの断面形状に基づいた形状の切り欠き部を形成することにより、前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの配線ボードを配置した側の前記筐体面を平面としたことを特徴とする。

本発明によれば、装置内部に収納される構成品の回路構成や回路規模に影響を与えることなく装置筐体の外形を凸部のない平面で構成しているので、航空機搭載時にも同時に搭載される他の各種機材との良好な外形の整合性を有する、小型軽量化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を得ることができる。

以下に、本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一実施例における外観を示す斜視図、及びＡ−Ａ面における断面図である。本実施例では、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと入出力信号を授受する配線ボードは複数で構成し、信号の種類に対応させて高周波信号配線ボード、電源信号配線ボード、及び制御信号配線ボードの３枚としている。

このアクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、アンテナ筐体１、レドーム２、背面カバー３、複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎ、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７から構成されている。

アンテナ筐体１は、後述するが、所定の間隔で水平方向に並列に配置された複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎとこれらに共通に接続される電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７とを内部に収納する略長方体の筐体である。このアンテナ筐体１には、後述する複数のアンテナ素子４１１〜４１ｍによりアンテナ開口面が形成される側の面を前面として、この面にレドーム２が取り付けられている。レドーム２は、送信信号及び受信信号をアンテナ筐体１の内部と外部の空間との間で損失無く透過させるとともに、アンテナ筐体１の内部を保護している。

また、アンテナ筐体１の背面側には３枚の配線ボード、すなわち電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７が互いに所定の距離をおいて配置されており、いずれも複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎに接続されて、それぞれ電源信号、送受信信号としての高周波信号、及び制御信号を授受する。そして、アンテナ筐体１の背面には平面状の背面カバー３が取り付けられ、内部を保護している。

次に、図２を参照して、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎの構成について説明する。

図２は、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１の構成の一例をモデル化して示す説明図である。この１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１は、図２に示すように、基板４７１の１辺の周縁に沿って所定の間隔で直線状に配列された複数（ｍ）個のアンテナ素子４１１〜４１ｍ、これら複数（ｍ）個のアンテナ素子に対応して設けられ、送受信信号の振幅・位相制御及び増幅を行なう複数（ｍ）個の送受信モジュール４２１〜４２ｍ、各送受信モジュール４２１〜４２ｍに分配するとともに各送受信モジュール４２１〜４２ｍからの受信信号を合成する分配合成器４３１から構成され、これらはいずれも基板４７１上に実装されている。

ここで、分配合成器４３１は、本実施例においては、高周波信号を２分配、または２つの高周波信号を１つに合成するウィルキンソン型分配合成器４３１１を分配・合成数に応じてトーナメント型に複数（ｍ−１）個接続した構成としている。

また、アンテナ素子４１１〜４１ｍを配した側の辺と対向する基板４７１の辺の周縁には、電源信号コネクタ４４１、高周波信号コネクタ４５１、及び制御信号コネクタ４６１の３つの信号コネクタが、同じく基板４７１上に実装されている。これら３つの信号コネクタは、それぞれ、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７に接続される。

基板４７１には、３つの切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃが形成されている。切り欠き部４７１ａは、電源信号コネクタ４４１が電源信号配線ボード５に接続されたときに電源信号配線ボード５がアンテナ筐体１の背面方向に突出しないように、この電源信号配線ボード５と対向する基板４７１の周縁部位に、電源信号配線ボード５の断面形状に基づいた形状に形成されている。同様に、切り欠き部４７１ｂは、高周波信号コネクタ４５１が高周波信号配線ボード６に接続されたときに高周波信号配線ボード６と対向する基板４７１の周縁部位に、この高周波信号配線ボード６の断面形状に基づいた形状に形成されている。また、切り欠き部４７１ｃは、制御信号コネクタ４６１が制御信号配線ボード７に接続されたときに制御信号配線ボード７と対向する基板４７１の周縁部位に、この制御信号配線ボード７の断面形状に基づいた形状に形成されている。

このように構成された１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１は、アンテナ筐体１の内部において所定の間隔で水平方向に複数（ｎ）個並列に配置され、さらに電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７と接続される。このときの、アンテナ筐体１の内部をモデル化した斜視図を図３に示す。

図３に示すように、複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎが並列に配置されることにより、アンテナ素子４１１〜４１ｍが２次元（ｍ＊ｎ）に配列されたアンテナ開口面がアンテナ筐体１の前面側に形成される。一方、アンテナ筐体１の背面側では、複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎと電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７とが接続される。そして、これら３つの配線ボード５、６、及び７は、それぞれ、各１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎに形成した切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃに収まるため、アンテナ筐体１の背面方向への突出はない。

次に、上述のように構成された本実施例のアクティブフェーズドアレイアンテナの動作について図２及び図３を参照して説明する。

まず、送信時は、送信器（図示せず）からの送信種信号が、高周波信号配線ボード６から複数（ｎ）個の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎの高周波信号コネクタ４５１を経由して、分配合成器４３１に入力される。この送信種信号は、分配合成器４３１で分配された後、各送受信モジュール４２１〜４２ｍに送られる。

同時に、各送受信モジュール４２１〜４２ｍには、ビーム制御器（図示せず）から制御信号配線ボード７及び制御信号コネクタ４６１を経由して、送信ビームを制御するためのビーム制御信号が送られる。各送受信モジュール４２１〜４２ｍでは、このビーム制御信号に基づいて、分配合成器４３１からの送信種信号の振幅及び位相を制御した後に電力増幅し、送信信号として各アンテナ素子４１１〜４１ｍに送出する。そして、この送信信号は各アンテナ素子４１１〜４１ｍから所定の送信ビームで空間に放射される。

一方、受信時は、各アンテナ素子４１１〜４１ｍで受信された受信信号は、各アンテナ素子に対応して接続された各送受信モジュール４２１〜４２ｍに送られる。各送受信モジュール４２１〜４２ｍには、ビーム制御器（図示せず）から制御信号配線ボード７及び制御信号コネクタ４６１を経由して、受信ビームを制御するためのビーム制御信号が与えられている。各送受信モジュール４２１〜４２ｍでは、各アンテナ素子４１１〜４１ｍからの受信信号を低雑音増幅した後に、このビーム制御信号に基づいて、受信信号の振幅及び位相を制御し、分配合成器４３１に送出する。分配合成器４３１では、各送受信モジュール４２１〜４２ｍからの受信信号が合成される。そして、所定の受信ビームで受信した受信信号として、高周波信号コネクタ４５１及び高周波信号配線ボード６を経由して受信器（図示せず）に送られる。

また、各１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎへの電源信号は、電源部（図示せず）から電源信号配線ボード５及び電源信号コネクタ４４１を経由して供給される。

以上説明したように、本実施例においては、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７のそれぞれの断面形状に基づいて、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎに切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃを形成している。そして、各１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎに設けられた電源信号コネクタ４４１、高周波信号コネクタ４５１、及び制御信号コネクタ４６１と、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７とをそれぞれ接続したときに、これら３つの配線ボード５、６、７がそれぞれ切り欠き部４７１ａ、４７１ｂ、及び４７１ｃに収まり、アンテナ筐体１の背面方向へ突出しないため、背面カバー３を平面状に形成することができる。

従って、１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎの回路構成や回路規模に影響を与えることなく、アンテナ筐体１の背面を凸部のない平面で構成できるので、航空機搭載時にも同時に搭載される他の各種機材との良好な外形の整合性を有する小型軽量化されたアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を得ることができる。

また、１次元フェーズドアレイアンテナユニット４１〜４ｎと授受する入出力信号の種類に対応させて、電源信号配線ボード５、高周波信号配線ボード６、及び制御信号配線ボード７の３枚とし、これらを互いに距離をおいて配置しているので、装置内部における各種信号相互間の干渉が少ないアクティブフェーズドアレイアンテナ装置を得ることができる。

本発明に係るアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一実施例における外観を示す斜視図及び断面図。 １次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット４１の構成の一例をモデル化して示す説明図。 アンテナ筐体１の内部をモデル化して示す斜視図。 従来のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置の外観の一例を示す斜視図及び断面図。 従来の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの構成の一例をモデル化して示す説明図。

符号の説明

１ アンテナ筐体
２ レドーム
３ 背面カバー
４１〜４ｎ １次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット
５ 電源信号配線ボード
６ 高周波信号配線ボード
７ 制御信号配線ボード
４１１〜４１ｍ アンテナ素子
４２１〜４２ｍ 送受信モジュール
４３１ 分配合成器
４４１ 電源信号コネクタ
４５１ 高周波信号コネクタ
４６１ 制御信号コネクタ
４７１ 基板

Claims (3)

1. 同一基板上に複数のアンテナ素子と、これら各アンテナ素子に対応して設けられた複数の送受信モジュールと、これら複数の送受信モジュールに送信信号を分配し前記送受信モジュールからの受信信号を合成する分配合成器と、前記複数の送受信モジュール及び前記分配合成器への入出力信号を接続する信号コネクタとが実装されるとともに、前記複数のアンテナ素子が前記基板の1つの辺の周縁に沿って直線に配列され、前記信号コネクタは前記複数のアンテナ素子が配列された辺と対向する前記基板の辺の周縁に配置された１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと、
   この１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットを所定の間隔で複数個並列に配置し、二次元のアンテナ開口面を形成して収納する筐体と、
   前記所定の間隔で並列に配置された複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの各信号コネクタに共通に接続され、前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと入出力信号を授受する平板状に形成された配線ボードとを有し、
   この配線ボードと対向する前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニット側の基板に、前記配線ボードの断面形状に基づいた形状の切り欠き部を形成することにより、前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットの配線ボードを配置した側の前記筐体面を平面としたことを特徴とするアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
2. 前記配線ボードを複数備え、互いに所定の距離をおいて配置したことを特徴とする請求項１に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
3. 前記複数の配線ボードは、前記複数の１次元アクティブフェーズドアレイアンテナユニットと授受する入出力信号の種類に対応させたことを特徴とする請求項２に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ装置。

Images