JP2008167020A

JP2008167020A - 面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置

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Publication number: JP2008167020A
Application number: JP2006352717A
Authority: JP
Inventors: Taihei Nakada; 大平中田; Kenji Okubo; 健次大久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP4564483B2

Abstract

【課題】構成が簡易で軽量であって移動体に対し移動体の大幅な改造や大幅な重量増加を必要とせずに搭載可能であり、従来の同種アンテナ装置より大形化しても移動体の移動性能を低下させない面型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である。
【解決手段】この発明に従った上記アンテナ装置は：配線基板２２と；配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子２４と；配線基板の他面において上記一面の複数の素子に対応しない複数の位置に配置され複数の上記素子に電気的に接続されており、複数の上記素子の夫々に対応した複数のアンテナ素子動作モジュール２６と；そして、良熱導体により構成され一面とは反対を向いた他面に配線基板の一面が重複されることにより配線基板の一面の複数の上記素子を収容する複数の収容孔３２が形成されている、外装板３０と；を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置に関係している。

面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置が動作時に発する熱量が面型パッシブアレイアンテナ装置が動作時に発する熱量よりも遥かに大きいことは広く知られている。

このため、従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、例えば特開２００４−３９８５７号公報（特許文献１）中に開示されている如く、複数の面型アンテナ素子の為の独立した冷却装置を備えている。
特開２００４−３９８５７号公報

複数のアンテナ素子の為の独立した冷却装置を備えている従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置は大きく重い。

このような従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置を例えば航空機や自動車や軌道上を移動する鉄道車両やリニアモーターカーの如き既存の移動体に搭載する場合には、従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置を搭載しようとする既存の移動体の表面の部分の構造を大幅に改造しなければならなかった。構造の大幅な改造は煩雑であり、大きな労力と費用とが必要である。また、重量の増加は移動体の移動性能に少なからぬ影響を与える。

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、構成が簡易で軽量であって移動体に対し移動体の大幅な改造や大幅な重量増加を必要とすることなく搭載が可能であり、従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置よりも大形化しても移動体の移動性能を低下させることがない面型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である。

上記目的を達成するために、この発明に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、移動体の表面に設置されて使用される面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置であって：配線基板と；配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子と；配線基板の他面において上記一面の複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に配置されて複数のアンテナ素子に電気的に接続されており、複数のアンテナ素子の夫々に対応したマイクロ波送信器及びマイクロ波受信器とマイクロ波送信器のマイクロ波送信信号及びマイクロ波受信器のマイクロ波受信信号の位相を制御する位相器とを夫々が含む複数のアンテナ素子動作モジュールと；そして、良熱導体により構成されていて、一面と上記一面とは反対を向いた他面とを含んでおり、配線基板の一面が上記他面に重複されることにより配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子を収容する複数のアンテナ素子収容孔が形成されている、外装板と；を備えています。そして、外装板は、上記一面を外部空間に露出した状態で移動体の表面に取り付けられ、アンテナ素子動作モジュールにより発生した熱が配線基板及び外装板に伝達され、マイクロ波モジュールにより発生し配線基板を介して外装板に伝達された熱が移動体の移動に伴い外装板の一面を流れる気流により外装板から放熱される、ことを特徴としている。

この発明に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置では、配線基板の一面に複数のアンテナ素子が所定の配列で配置されているとともに、配線基板の他面において上記一面の複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に、複数のアンテナ素子の夫々に対応したマイクロ波送信器及びマイクロ波受信器とマイクロ波送信器のマイクロ波送信信号及びマイクロ波受信器のマイクロ波受信信号の位相を制御する位相器とを夫々が含む複数のアンテナ素子動作モジュールが配置されて複数のアンテナ素子に電気的に接続されている。そして、良熱導体により構成されていて一面と上記一面とは反対を向いた他面とを含んでいる外装板の上記他面には配線基板の一面が重複され、このときに、配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子は外装板に形成されている複数のアンテナ素子収容孔に収容される。

配線基板の他面において上記一面の複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に配置されているアンテナ素子動作モジュールから発生された熱は、配線基板の上記一面において上記一面の複数のアンテナ素子に邪魔されることなく上記配線基板の上記一面において上記複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に容易に伝達される。

良熱導体の外装板の他面に配線基板の一面が重複されたときに、配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子は外装板に形成されている複数のアンテナ素子収容孔に収容されるので、良熱導体の外装板の他面に対する配線基板の一面の密着度が高まる。このことは、配線基板の他面の複数のアンテナ素子動作モジュールから発生され上記配線基板の上記一面において上記複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に伝達されている熱が、良熱導体の外装板の他面にさらに素早く伝達され、ひいては良熱導体の外装板の一面に素早く伝達されることを意味する。

外装板は、上記一面を外部空間に露出した状態で移動体の表面に取り付けられるので、アンテナ素子動作モジュールから発生し配線基板を介して上述した如く素早く外装板に伝達された熱は、移動体の移動に伴い外装板の一面を流れる気流により外装板から効率的に放熱される。

従って、この発明に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置は、複数のアンテナ素子のための独立した冷却装置を省略することが可能になり、前述した従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置よりも遥かに小型で軽量になる。そして、従来の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置よりも大形化しても移動体の移動性能を低下させることがない

最初に、図１及び図２を参照しながらこの発明の一実施の形態に従った可撓性を有する面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０について説明する。

図１には面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の横断面が概略的に示されており、図２には図１の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０が面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０を移動体４０の表面の所望の部分４０ａに着脱可能に固定する為の面型アンテナ装置支持構造体１０のアンテナ装置支持枠体５０とともに、移動体４０の表面の所望の部分４０ａから分離した状態で概略的に示されている。

面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０は、可撓性を有した非導電性材料、例えば合成樹脂製、の平坦な配線基板２２を含んでいる。図２において配線基板２２は撓んだ状態に示されているが、何の外力も付加されていない間には撓んでいない。配線基板２２は所望の形状を有しており、この実施の形態では所定の外形寸法を有している長方形状をしている。

配線基板２２の一面には所定の複数の数の平面型アンテナ素子２４が所定の配列で並べられており、配線基板２２の他面には複数の数の平面型アンテナ素子２４に所定の動作を行なわせる所定の複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６が所定の配列で並べられている。複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６の夫々は、夫々において発生した熱を配線基板２２の他面に容易に素早く伝達する為に配線基板２２の他面に接触した良熱伝導体２６ａを含むことが出来る。良熱伝導体２６ａは、良熱伝導性材料で作成されたシート状部材であることができるし、或いは、例えばシート状に成形されているヒートパイプの如き熱移送手段であることも出来る。

配線基板２２の一面の所定の複数の数の平面型アンテナ素子２４とそれに対応する配線基板２２の他面の複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６とは、配線基板２２に形成されている図示されていない配線により電気的に結合されている。

夫々のアンテナ素子動作モジュール２６は、対応する平面型アンテナ素子２４の為のマイクロ波送信器及びマイクロ波受信器とマイクロ波送信器のマイクロ波送信信号及びマイクロ波受信器のマイクロ波受信信号の位相を制御する位相器とを含んでおり、固体素子により薄く小型に構成されている。

配線基板２２の他面において複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６は、配線基板２２の一面の所定の複数の数の平面型アンテナ素子２４に対応しない、即ち配線基板２２を挟んで相互に重複しない、複数の位置に配置されている。

配線基板２２の一面及び他面における複数の数の平面型アンテナ素子２４及び複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６の上述した如き相互に対応しない、即ち配線基板２２を挟んで相互に重複しない、配列は、上記一面において複数の数の平面型アンテナ素子２４の相互間に比較的大きな隙間を生じさせるとともに上記他面において複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６の相互間にも比較的大きな隙間を生じさせるので、配線基板２２の撓みを容易にしている。さらに、夫々のアンテナ素子動作モジュール２６が動作した時に発生する熱が、配線基板２２の他面から一面へと夫々の平面型アンテナ素子２４に邪魔されることなく速やかに伝達される。

配線基板２２の他面の周辺領域の一部、この実施の形態では配線基板２２の長手方向の両端部の少なくともいずれか一方、即ちいずれか一方又は両方、には、複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６、さらに必要であれば複数の数の平面型アンテナ素子２４、に電気的に接続されている図示されていない外部接続部材が配置されている。

配線基板２２の一面及び他面に複数の数の平面型アンテナ素子２４及び複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６が配列されている構造は、いわゆる面型フェイイズドアレイアンテナ装置の基本構造を提供している。そして、複数の数のアンテナ素子動作モジュール２６の夫々が、対応する平面型アンテナ素子２４の為のマイクロ波送信器及びマイクロ波受信器とマイクロ波送信器のマイクロ波送信信号及びマイクロ波受信器のマイクロ波受信信号の位相を制御する位相器とを含んでいることは、上記面型フェイイズドアレイアンテナ装置を面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０にしている。

面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０はさらに、配線基板２２よりも硬いが可撓性を有している良熱伝導性材料、例えば金属、の外装板３０を含んでいる。外装板３０は配線基板２２と同じ外形状をしているが、外装板３０の外形寸法は配線基板２２の外形寸法よりも幾分大きい。

外装板３０は一面と上記一面とは反対を向いた他面とを含んでおり、外装板３０の他面にはその全周に亘り余白を残して配線基板２２の前記一面が重複される。外装板３０の他面において配線基板２２の前記一面が重複される領域には配線基板２２の前記一面の複数の数の平面型アンテナ素子２４に対応する複数の部分にアンテナ素子収容孔３２が形成されている。この実施の形態においてアンテナ素子収容孔３２は透孔により形成されている。従って、外装板３０の他面の前記領域に配線基板２２の前記一面が重複された時、図１中に示されている如く、配線基板２２の前記一面の複数の数の平面型アンテナ素子２４が外装板３０の他面の複数のアンテナ素子収容孔３２中に収容され、外装板３０の他面の前記領域に配線基板２２の前記一面を密着させることが出来る。この結果として、外装板３０と配線基板２２との間の熱伝達効率が向上する。

このことは、夫々のアンテナ素子動作モジュール２６が動作した時に発生し配線基板２２の他面から一面へと夫々の平面型アンテナ素子２４に邪魔されることなく速やかに伝達されてきた熱が、さらに配線基板２２の一面から配線基板２２の一面に他面を密着させている良熱伝導性材料の外装板３０へと速やかに伝達することを意味している。

夫々のアンテナ素子収容孔３２の平面寸法はそこに収容される夫々の平面型アンテナ素子２４の平面寸法よりも僅かに大きく、外装板３０の他面の前記領域に対し配線基板２２は、外装板３０の他面の前記領域に対する配線基板２２の前記一面の上述した密着及び上述した密着を維持したままでの外装板３０と配線基板２２の両方の同時の撓みを許容する公知の図示されていない固定手段により固定されている。

このような固定手段は例えば、外装板３０及び配線基板２２のいずれか一方に固定されたボルト又はピンと、外装板３０及び配線基板２２のいずれか他方に形成され上記ボルト又はピンが挿通される上記ボルト又はピンの径よりも大きな開口と、外装板３０及び配線基板２２のいずれか他方に形成された上記開口を挿通した後の上記ボルトの先端部に固定される上記開口よりも大きな径のナット又は上記ボルトの先端部に固定されるヘッド部材又は上記ボルトの先端部に形成されるヘッド部材との組み合わせであることが出来る。

このことにより、外装板３０の他端の前記領域に配線基板２２の前記一面が密着して重複された状態で外装板３０と配線基板２２とが一体に湾曲した時に、外装板３０と配線基板２２とに夫々の曲率半径の差異から生じる相互間の位置ずれを可能とし、上記位置ずれが可能でない場合に外装板３０と配線基板２２とに作用する応力の発生を防止することが出来る。

或いは、上記固定手段は、外装板３０の他面の前記領域に対する配線基板２２の前記一面の上述した密着及び上述した密着を維持したままでの外装板３０と配線基板２２の両方の同時の撓みを許容することが出来るとともに、外装板３０の他面の前記領域と配線基板２２の前記一面との間の熱伝達効率を大きく低下させないことを条件として、接着剤であることも出来る。このような接着剤は、時間の経過とともに硬化せず軟性を維持することが出来る軟性接着剤であることが好ましい。

この結果として、外装板３０の他面の前記領域に配線基板２２の前記一面が重複された状態で外装板３０と配線基板２２とが一体に湾曲することを可能にしている。なお、外装板３０のアンテナ素子収容孔３２とそこに突入される平面型アンテナ素子２４との間の隙間には、軟性接着剤又は軟性充填材を充填することが出来る。

面型アンテナ装置支持構造体１０は、図２及び図３中に示されている如く、上述した如く構成されている面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０を従来から存在している移動体４０の表面の所望の部分、この実施の形態では飛行機の翼の前縁、に着脱可能に固定する面型アンテナ装置支持枠体５０を備えている。

面型アンテナ装置支持枠体５０は、可撓性を有する材料により形成されていることが出来る。この場合には、面型アンテナ装置支持枠体５０が移動体４０の表面の所望の部分に固定されることにより移動体４０の表面の所望の部分が湾曲している場合でも面型アンテナ装置支持枠体５０は移動体４０の表面の所望の部分の湾曲に対応して湾曲することが出来る。

面型アンテナ装置支持枠体５０は、可撓性を有さない材料により形成されていることも出来る。この場合には、移動体４０の表面の所望の部分が湾曲している場合、面型アンテナ装置支持枠体５０は移動体４０の表面の所望の部分の湾曲に対応して予め湾曲して形成される。

移動体４０の表面の所望の部分に対する面型アンテナ装置支持枠体５０の固定は、例えば接着剤や固定ねじや固定ピンを含む種々の公知の固定手段を使用して行なうことが出来る。

面型アンテナ装置支持枠体５０は、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の周縁部、この実施の形態では外装板３０において配線基板２２の前記一面が重複される領域を取り囲んでいる周辺余白領域、の全体を取り囲んでいる。面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の周縁部、この実施の形態では外装板３０において配線基板２２の前記一面が重複される領域を取り囲んでいる周辺余白領域、は、面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に着脱可能に取り付けられる。この取り付けは、例えば接着剤や固定ねじや固定ピンの如き公知の着脱可能な固定手段を使用して行なうことが出来る。そしてこの実施の形態では、外装板３０の周辺余白領域に複数の固定手段取り付け孔３４が形成されていて、複数の固定手段取り付け孔３４に挿通された例えば固定ねじや固定ピンの先端部が面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に固定される。

面型アンテナ装置支持枠体５０に取り付けられる前は、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０は平坦である。そして、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０が移動体４０の表面の湾曲した所望の部分に対し固定されている湾曲した面型アンテナ装置支持枠体５０に上述した如く取り付けられる場合、この取り付けの結果として面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０、この実施の形態では配線基板２２及び外装板３０、が湾曲した面型アンテナ装置支持枠体５０に対応するよう湾曲される。

面型アンテナ装置支持枠体５０の厚さは面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の厚さよりも僅かに大きく設定されている。従って、図４中に示されている如く、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の周縁部、この実施の形態では外装板３０において配線基板２２の前記一面が重複される領域を取り囲んでいる周辺余白領域、が、面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に着脱可能に取り付けられた時、面型アンテナ装置支持枠体５０の外表面と面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の外装板３０とは実質的に面一となる。

面型アンテナ装置支持枠体５０の外表面の外周縁部は、移動体４０が移動する間に移動体４０の表面の所望の部分に吹き付ける流体、即ち大気、に対し大きな摩擦抵抗を生じさせないよう滑らかないわゆる流線形状に形作られている。

移動体４０は、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の動作を制御するアンテナ装置動作制御機器４２を格納している。アンテナ装置動作制御機器４２には、給電部や送信パルス発生器や受信機が含まれる。アンテナ装置動作制御機器４２にはさらに、Ａ／Ｄ変換器を含ませることも出来る。

移動体４０の表面の湾曲した所望の部分においてこの所望の部分に固定された面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に囲まれる領域の所定の位置には、アンテナ装置動作制御機器４２の為の電気接続器４４が配置されている。

移動体４０の表面の湾曲した所望の部分に電気接続器４４を配置する作業は、従来から存在している移動体４０の表面の湾曲した所望の部分やその周辺部分の大幅な改造が不要である。

面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部には、面型アンテナ装置支持枠体５０が移動体４０の表面の湾曲した所望の部分に固定された時に移動体４０の表面の湾曲した所望の部分の電気接続器４４と着脱可能に電気的に接続される中間電気接続器５２が配置されている。

面型アンテナ装置支持枠体５０の中間電気接続器５２には、面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０が取り付けられた時、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の配線基板２２の他面の周辺領域の一部、この実施の形態では配線基板２２の長手方向の両端部の少なくともいずれか一方、即ちいずれか一方又は両方、に配置されている前述した図示されていない外部接続部材が電気的に接続される。このことは、面型アンテナ装置支持枠体５０の中間電気接続器５２が、移動体４０に格納されているアンテナ装置動作制御機器４２と面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の複数の平面型アンテナ素子２４及び複数のアンテナ素子動作モジュール２６との間の電気的な接続を行なう電気的インターフェースを構成していることを意味している。

なお、面型アンテナ装置支持枠体５０の中間電気接続器５２を省略し、面型アンテナ装置支持枠体５０の内周縁部に面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０が取り付けられた時、面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置２０の配線基板２２の他面の周辺領域の一部、この実施の形態では配線基板２２の長手方向の両端部の少なくともいずれか一方、即ちいずれか一方又は両方、に配置されている前述した図示されていない外部接続部材が、移動体４０の表面の湾曲した所望の部分の電気接続器４４と直接着脱可能に電気的に接続されるように構成することも出来る。

図１は、この発明の一実施の形態に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置の一例の概略的な横断面図である。図２は、この発明の一実施の形態に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置，この面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置を移動体の表面の所望の部分に着脱可能に固定する為の面型アンテナ装置支持構造体のアンテナ装置支持枠体，そして上記アンテナ装置支持枠体が固定される上記移動体の表面の所望の部分を相互に分離した状態で概略的に示す分解斜視図である。図３は、図２の面型アンテナ装置支持構造体が備えているアンテナ装置支持枠体が移動体の表面の所望の部分に固定されていて、このアンテナ装置支持枠体に着脱可能に取り付けられるこの発明の一実施の形態に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置がアンテナ装置支持枠体から分離されている状態を概略的に示す分解斜視図である。図４は、面型アンテナ装置支持構造体が備えているアンテナ装置支持枠体が移動体の表面の所望の部分に固定されていて、このアンテナ装置支持枠体にこの発明の一実施の形態に従った面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置が着脱可能に取り付けられている状態を概略的に示す分解斜視図である。

符号の説明

１０…面型アンテナ装置支持構造体、２０…面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置、２２…配線基板、２４…アンテナ素子、２６…アンテナ素子動作モジュール、２６ａ…良熱伝導体、３０…外装板、３２…アンテナ素子収容孔、４０…移動体、４０ａ…所望の部分、４２…アンテナ装置動作制御機器、５０…アンテナ装置支持枠体、５２…中間電気接続器（電気的インターフェース）

Claims

移動体の表面に設置されて使用される面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置であって：
配線基板と；
配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子と；
配線基板の他面において上記一面の複数のアンテナ素子に対応しない複数の位置に配置されて複数のアンテナ素子に電気的に接続されており、複数のアンテナ素子の夫々に対応したマイクロ波送信器及びマイクロ波受信器とマイクロ波送信器のマイクロ波送信信号及びマイクロ波受信器のマイクロ波受信信号の位相を制御する位相器とを夫々が含む複数のアンテナ素子動作モジュールと；そして、
良熱導体により構成されていて、一面と上記一面とは反対を向いた他面とを含んでおり、配線基板の一面が上記他面に重複されることにより配線基板の一面に所定の配列で配置された複数のアンテナ素子を収容する複数のアンテナ素子収容孔が形成されている、外装板と；
を備えており、
外装板は、上記一面を外部空間に露出した状態で移動体の表面に取り付けられ、アンテナ素子動作モジュールにより発生した熱が配線基板及び外装板に伝達され、マイクロ波モジュールにより発生し配線基板を介して外装板に伝達された熱が移動体の移動に伴い外装板の一面を流れる気流により外装板から放熱される、
ことを特徴とする面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
前記配線基板及び前記外装板の夫々が可撓性を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置。
前記移動体が航空機である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置。