JP3697417B2

JP3697417B2 - アクティブフェーズドアレイアンテナ及びその送受信モジュール実装方法

Info

Publication number: JP3697417B2
Application number: JP2002010657A
Authority: JP
Inventors: 督宮武
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003218633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、各々の素子アンテナに半導体増幅器や移相器等のアクティブ素子を有する送受信モジュールが取り付けられたアクティブフェースドアレイアンテナ及びその送受信モジュール実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブフェーズドアレイアンテナ（以下ＡＰＡＡと称す）は、図１１に示すように、複数の素子アンテナ９をアレイ状に配置し、各々の素子アンテナ９に半導体増幅器や移相器等のアクティブ素子を有する送受信モジュール５を取り付け、各々の素子アンテナ９から放射される電波の振幅及び位相を制御してアンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するものであり、航空管制、大気観測または軍事用等の各種レーダや送信用のアンテナとして用いられている。従来の一般的なＡＰＡＡの送受信モジュール実装構造としては、図１２に示すように、各々の素子アンテナ９に取り付けられた送受信モジュール５を個々にまたは一列に固定板１６に実装し、この実装面が互いに平行となるようにアレイ状に並べて固定していた。図において１７はＲＦケーブル等の給電ケーブルである。なお、素子アンテナ９と送受信モジュール５は図に示すように近接している必要はなくその間にＲＦケーブル等を配置してもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来のＡＰＡＡでは、各々の送受信モジュール５に対して給電ケーブル１７等の外部給電線が必要であり、また各々の送受信モジュール５の実装面が同一あるいは互いに平行となるようにアレイ状に配列していたため、モジュール実装の高密度化に限界があり量産性も乏しかった。また、アンテナパターン試験において、各々の素子アンテナ９のアンテナパターン等のデータを予め記録する手段を用いて補正データを演算するものもあるが、多数のＲＯＭを用いてアレイ全体としてのアンテナパターンを調整する必要がある上に、各々の素子アンテナ９のアンテナパターンを調整しアレイ全体としての最適パターンを形成するアンテナパターン試験に時間を要する。また、１つの送受信モジュール５が故障した際にモジュール交換を行うことで全体としてのアンテナパターンが変動するため、その都度調整、試験を行う必要があり、保守管理に労力を要していた。
【０００４】
一方、多数の電気部品を少ないスペースに効率よく実装する方法として、例えば特開平７−２９４７９０号公報では、図１３に示すように複数の電気部品１８ａ〜１８ｈが実装されたフレキシブルプリント基板３０を多角形の環状に折り曲げた状態でレンズ鏡筒３１内の内壁面に沿って収納した実装構造を採用した撮影光学系の装置が提示されている。この例では、帯状のフレキシブルプリント基板３０に予め複数の電気部品１８ａ〜１８ｈをハンダリフロー等により自動で実装配線したものを略多角形状に折り曲げ、筐体であるレンズ鏡筒３１の内壁面及び台座３２の外周部に沿って収納している。しかしながら、この方法では、フレキシブルな状態のままで電気部品１８ａ〜１８ｈを実装した後、折り曲げて挿入収納しているため、質量の大きい電気部品を実装すると、電気部品とフレキシブルプリント基板３０の接合部にクラックが入りやすく接合信頼性が悪いという問題があった。また、折り曲げて挿入収納するために、電気部品の中に入出力コネクタがあった場合その位置精度が低く、さらに、フレキシブルプリント基板３０の固定が不十分であるため、ＲＦコネクタを接続する場合に十分な接続強度が取れないという問題もあった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＡＰＡＡにおいて個々の送受信モジュールへの給電線の低減による実装の高密度化とモジュール組立、モジュール交換の容易化およびアンテナパターン試験の簡略化を図り、量産性および保守性を向上することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるアクティブフェーズドアレイアンテナは、複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナであって、送受信モジュールが実装される配線基板と、配線基板が固定されるキャリアとを備え、キャリアは、ｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有し、前記各々の支持面に配線基板が固定され、各々の配線基板上に少なくとも１個の送受信モジュールが実装されているものである。
また、複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナであって、送受信モジュールが実装される配線基板と、配線基板が固定されるキャリアとを備え、キャリアは、ｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有し、前記各々の支持面に配線基板が固定され、各々の配線基板に対して少なくとも１個の素子アンテナが配置され、各々の素子アンテナは配線基板上に実装された送受信モジュールに接続されているものである。
また、配線基板は、フレキシブルプリント基板であり、キャリアの周面外周に巻き付けられ、導電性接着材により固定されているものである。
さらに、キャリアは、送受信モジュールからの発熱を冷却する手段を備えているものである。
【０００７】
また、複数の送受信モジュールは、１つの給電コネクタから供給された電力を分配回路により分配したものをそれぞれ供給されているものである。
さらに、キャリアは、支持面の数及びキャリア径が互いに等しい第１、第２の二つのキャリアより構成され、第１のキャリアは分配回路及びドライバ機能を有する送受信モジュールを有し、第２のキャリアはパワー増幅機能を有する送受信モジュール及び素子アンテナを有しており、さらに第１、第２のキャリアは、互いの回転中心軸を合わせることにより勘合する複数の給電コネクタをそれぞれ具備しているものである。
また、複数の送受信モジュールは、各々が実装された配線基板面毎に設けられた給電コネクタによりそれぞれ電力を供給されているものである。
また、配線基板は、データを記録するＲＯＭを有し、複数の素子アンテナのアンテナパターンの位相と利得から得られる位相補正データやアンテナパターンデータ等をＲＯＭに保管したものである。
【０００８】
また、本発明に係わるアクティブフェーズドアレイアンテナの送受信モジュール実装方法は、複数の素子アンテナがアレイ状に配置され各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナの送受信モジュール実装方法であって、所望の配線パターンが予め形成されたフレキシブルプリント基板をｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有するキャリアの周面外周に沿って巻き付け固定する工程と、キャリアの１つの支持面に対してフレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと送受信モジュールの接合を行う工程と、キャリアを所定の角度だけ回転させ次の支持面に対してフレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと送受信モジュールの接合を行う工程を含んで実装するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるアクティブフェーズドアレイアンテナ（以下ＡＰＡＡと称す）を構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
本実施の形態における単位素子モジュール１は、主に金属製のキャリア２とこれに固定される配線基板３、及び配線基板３に実装される複数の送受信モジュール５と各々の送受信モジュール５により制御される素子アンテナ９より構成される。キャリア２は、例えば正三角形状をした三角筒体２０で構成されており、３つの支持面である矩形の平面２ａ、２ｂ、２ｃが環状に繋がった周面２０Ａを有する。また、周面２０Ａは正三角形の各頂点に位置する頂部２ｄ、２ｅ、２ｆを含み、平面２ａ、２ｂ、２ｃはこの各頂部２ｄ、２ｅ、２ｆの間にそれらを結ぶように形成されている。この周面２０Ａ外周の各々の平面２ａ、２ｂ、２ｃに予め配線パターン４が形成された配線基板３が固定されている。なお、頂部２ｄ、２ｅ、２ｆは図１に示すように尖っている必要はなく、丸みを帯びていてもよい。さらに、キャリア２の内部は空洞となっており、その周面２０Ａの内周表面には図示しない放熱フィンを有し、さらに周面２０Ａの厚み方向には図示しない冷却水の通路や通風口を有するものである。
【００１０】
本実施の形態における配線基板３は、キャリア２の三つの平面２ａ、２ｂ、２ｃに対応する部分が一体となったフレキシブルプリント基板シートであり、キャリア２の周面２０Ａの外周に巻き付けられ、導電性接着材、半田またはねじにより固定されている。ただし、配線基板３は各々の平面毎に分割されていてケーブルにより配線されていてもよい。キャリア２の各々の平面２ａ、２ｂ、２ｃに固定された配線基板３には、それぞれの面に少なくとも１個の送受信モジュール５が実装されており、本実施の形態では合計３個の送受信モジュール５が実装されている。送受信モジュール５は、半導体増幅器や移相器等のアクティブ素子を有するもので、各々の素子アンテナ９に対応して取り付けられ、各々の素子アンテナ９から放射される電波の振幅及び位相を制御してアンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するものである。また、素子アンテナ９の送信・受信の切替も、この送受信モジュール５内部のスイッチにより行われれる。送受信モジュール５からの発熱は、キャリア２に設けられた前述の冷却手段により放熱、冷却される。
【００１１】
また、本実施の形態では、各々の素子アンテナ９に対応する３つのＲＦコネクタ７も、平面２ａ、２ｂ、２ｃ上の配線基板３にそれぞれ実装されている。すなわち、各々の配線基板３に対してそれぞれ１個、合計３個の素子アンテナ９が配置されている。さらに、キャリア２の素子アンテナ９と反対側の面には分配回路基板６が取り付けられている。分配回路基板６は、正三角形状の回路基板であり、三角筒体２０の一方の開口部端部を塞ぐように、三角筒体２０に取り付けられている。この分配回路基板６の外側表面にはＲＦコネクタ７と電源・制御端子８が各１つずつ設けられ、内側表面（キャリア２内部）には図示しない分配回路が設けられている。すなわち、３つの送受信モジュール５には、１つのＲＦコネクタ７と電源・制御端子８から供給された電力及び信号を分配回路により３分配したものがそれぞれ供給されている。
図２は、本実施の形態における単位素子モジュール１を規則的に配列して構成されたＡＰＡＡを示す模式図である。この配置例では、各々の三角筒体２０の正三角形の中心を結ぶ線が正三角形となるように各単位素子モジュール１を配置している。
【００１２】
次に、素子アンテナ９の間隔とビームの形成について図３を用いて説明する。各々の素子アンテナ９から放射される電波（単独ビーム２１）から合成される合成ビームの波面を任意の方向に向けるためには、各々の素子アンテナ９からの単独ビーム２１に位相差２２を持たせ、任意の方向へ向く等位相面２３を形成する。なお、図中、２４は合成ビームの方向を示している。この時、隣り合う素子アンテナ９から放射される単独ビーム２１の位相差２２は１８０度以下であることが必要である（１８０度以上の場合、隣り合う素子アンテナ９から放射される電波は互いに打ち消し合う）。従って、隣り合う素子アンテナ９の間隔２５は、所望の周波数において半波長以下であり、且つ全体のアンテナ素子９の数と出力電力により所望の実効放射電力と放射パターンが得られるように決定される。また、メインローブ以外の不要なサイドローブを低減しようとすると、素子アンテナ９の配置はさらに制約される。
【００１３】
本実施の形態における単位素子モジュール１の組立方法及び送受信モジュール５の実装方法について、図４を用いて説明する。まず、金属製のキャリア２の周面２０Ａ外周に沿って所望の配線パターン４が予め形成されたフレキシブルプリント基板等の単層あるいは多層の配線基板３を巻き付け、所望の放熱特性が得られる導電性接着材または半田等により配線基板３をキャリア２に接合し固定する（図中▲１▼）。なお、図４では多層の配線基板３を示している。次に、ＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８が予め取りつけられた分配回路基板６をキャリア２の一方の開口部端部に取りつける（図中▲２▼）。続いて、キャリア２の１つの平面（例えば平面２ａ）に対して配線基板３に形成された送受信モジュール実装用パッド４ａと送受信モジュール５の接合を行う（図中▲３▼）。図４では、金バンプによるフリップチップ実装で送受信モジュール実装用パッド４ａと送受信モジュール５の端子を接合する例を示しているが、接合方法は汎用的なＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）またはＡＣＦ（異方性導電膜）、金ワイヤ等の接合方法を用いても良い。さらに、固定強度や放熱のための接触圧が必要な場合は送受信モジュール５のケースをネジ止めしたり、アンダーフィルによる補強を併用する。１つの平面２ａに対する実装が終われば、キャリア２を所定の角度だけ回転させ（図中▲４▼）、次の平面（２ｂまたは２ｃ）に対しても同様に、配線基板３に形成された送受信モジュール実装用パッド４ａと送受信モジュール５の接合を行う。この方法によれば、実装面が常に同じ方向となるため、自装機による量産化が容易に行える。さらに、この工程において同時に配線基板３と分配回路基板６との電気的な接続も実施する。
【００１４】
以上のように、本実施の形態における単位素子モジュール１によれば、３個の平面２ａ、２ｂ、２ｃが環状に繋がった周面２０Ａを有する三角筒体２０より構成されるキャリア２を備え、このキャリア２の周面２０Ａ外周の各々の平面２ａ、２ｂ、２ｃに配線基板３を固定し、各々の配線基板３上に少なくとも各々１個の送受信モジュール５及び素子アンテナ９用のＲＦコネクタ７を実装することにより、全体でのアレイ配置をする際に素子アンテナ９間の位置合わせが容易になり、アレイ組立作業が簡略化される。また、冷却構造も含めた単位での交換作業ができるため保守性も向上する。さらに、各々の送受信モジュール５の配置面が立体的に異なるため、修理により送受信モジュール５を交換する際の熱等のストレスが軽減され、信頼性の確保が可能となる。また、１つの外部給電線から複数の送受信モジュール５に電力、信号を供給するための分配回路を備えているため、各々の送受信モジュール５に対してＲＦコネクタ７と電源・制御端子８をそれぞれ設けていた従来構造に比べて外部給電線を削減することができ、実装の高密度化及び保守性の向上が図られる。また、配線基板３であるフレキシブルプリント基板をキャリア２に固定した後で送受信モジュール５等の電気部品を実装するため、配線基板３と電気部品の接合信頼性が高く、図１３に示した従来例に比べて入出力コネクタの位置精度も高くなり、ＲＦコネクタを接続する場合にも十分な接続強度が得られる。また、１つの平面２ａに対する送受信モジュール５の実装を行った後、キャリア２を所定の角度だけ回転させて次の平面（２ｂまたは２ｃ）に対して同様に実装することにより、実装面が常に同じ方向となるため、自装機による量産化が容易に行える。
【００１５】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。前記実施の形態１では、キャリア２は３つの平面２ａ、２ｂ、２ｃを有する三角筒体２０より構成されていたが、本実施の形態における単位素子モジュール１ａでは、キャリア２００が６つの平面（符号は省略する）を有する六角筒体（符号は省略する）より構成される。キャリア２００の各々の平面に固定された配線基板３には、それぞれの面に少なくとも１個の送受信モジュール５が実装されており、本実施の形態では合計６個の送受信モジュール５が実装されている。さらに、各々の配線基板３に対してそれぞれ１個、合計６個の素子アンテナ９が配置されている。また、分配回路基板６は、正六角形状の回路基板であり、六角筒体の一方の開口部端部を塞ぐように、六角筒体に取り付けられている。なお、本実施の形態における単位素子モジュール１ａのその他の構成部品や組立方法及び送受信モジュール５の実装方法については、前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
このようにキャリア２の形状を多角形の筒状とすることで、さらに外部給電線の削減ができるとともに、組立てのタクト時間やアレイでの交換作業が簡略化できる。また、単位素子モジュール１ａとしての出力電力、ゲイン等の性能でスペックを規定することにより、送受信モジュール５単体の性能のばらつきを組合せにより吸収できるため、送受信モジュール５の歩留が向上すると共に単位素子モジュール１ａとしての性能のばらつきも低減でき、ＡＰＡＡ全体での性能も平均化される。これにより、修理のため単位素子モジュール１ａを交換する際も、ＡＰＡＡ全体への影響は低減される効果もある。なお、本実施の形態ではキャリア２００を六角筒体としたが、平面の数は特に限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。図において１０はキャリア２の内周表面に設けられた放熱フィンであり、図では一面にのみ設けているが、実際には他の二面にも同様に設けられている。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
本実施の形態における単位素子モジュール１ｂは、前記実施の形態１の変形例であり、キャリア２に分配回路基板６（図１または図４参照）を取り付けず、配線基板３表層または内層に分配回路（図示せず）を設けたものである。ＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８は、キャリア２のいずれかの平面上に固定された配線基板３に取り付けられる。なお、ＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８は、配線基板３に対して垂直方向に取り付けてもよい。このように、分配回路基板６を取り付けない構造とすることで、単位素子モジュール１ｂの組立が簡単になり加工性が改善される。また、キャリア２の内部が完全に空洞となるため、放熱フィン１０を拡大する等して空冷性能を向上させることも可能である。
【００１７】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
本実施の形態における単位素子モジュール１ｃは、前記実施の形態３の変形例であり、キャリア２に分配回路基板６（図１または図４参照）を取り付けず、さらに配線基板３にも分配回路を設けていない。すなわち、各々の送受信モジュール５は、各々が実装された配線基板３面毎に設けられたＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８によりそれぞれ電力及び信号を供給されている。このような構造では、外部給電線の低減を図ることはできないが、分配がいらないため分配回路が不要であり、キャリア２の内部が完全に空洞となる。そのため放熱フィン１０を拡大する等して空冷性能を向上させることができる。また、各々の送受信モジュール５にＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８が接続されているので、各々の送受信モジュール５毎に入出力レベルの制御をすることが可能となる。
【００１８】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５における単位素子モジュールの放射パターン測定状態を示す構成図である。図において、１１はデータを記憶するＲＯＭ、１２はアンテナパターン、１３はアンテナパターン測定用受信機を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
本実施の形態における単位素子モジュール１（または１ａ、１ｂ、１ｃ。以後代表して１のみを記す）は、配線基板３の表層または内層にデータを記録するＲＯＭ１１が取り付けられている。単位素子モジュール１の複数の素子アンテナ９から放射されるアンテナパターン１３をアンテナパターン測定用受信機１３により測定し、このアンテナパターン１３の位相と利得から得られる位相補正データやアンテナパターンデータ等をＲＯＭ１１に保管する。これらの単位素子モジュール１をＡＰＡＡとして使用する際に、ＲＯＭ１１に記録されたデータを用いて、アレイ全体として最適な放射パターンを形成する。
本実施の形態によれば、単位素子モジュール１としてＲＯＭ１１を持たせたので、使用するＲＯＭ数を少なくし、補正データ量を少なくしながら、アレイ全体としてのアンテナパターン試験を簡略化することが可能となる。また、送受信モジュール５を修理、交換する際にも調整が容易でありＡＰＡＡ全体への影響も低減される。さらに、ＲＯＭ１１に位相補正データだけでなく消費電流、ゲイン等の初期特性を記憶させておき、運用中にそれらをモニターすることで予防保全に活用することができ、保守性が向上する。
【００１９】
実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
本実施の形態における単位素子モジュール１ｄは、平面の数及びキャリア径が互いに等しい第１のキャリア２０１及び第２のキャリア２０２の二つのキャリアより構成されている。第１のキャリア２０１は、分配回路（図示せず）を有する分配回路基板６及びドライバ機能を有する送受信モジュール５ａを有し、ドライバ段１４を形成している。ドライバ段１４は、１つのＲＦコネクタ７と電源・制御端子８から供給された電力及び信号を分配回路により各々の送受信モジュール５ａに３分配した構成である。また、第２のキャリア２０２との接続のために各々の平面にはキャリア２０２側を向いたＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８がそれぞれ設けられている。一方、第２のキャリア２０２は、パワー増幅機能を有する送受信モジュール５ｂ及び複数の素子アンテナ９を有し、パワー段１５を形成している。パワー段１５には分配回路を設けず、直接ドライバ段１４のＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８と勘合できるように、キャリア２０１側を向いたＲＦコネクタ７と電源・制御端子８が設けられている。このように、ドライバ段１４とパワー段１５にそれぞれ３個ずつ設けられたＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８は、第１のキャリア２０１と第２のキャリア２０２の互いの回転中心軸を合わせて勘合するように配置されている。
【００２０】
図１０は、本実施の形態における単位素子モジュール１ｄの効果を説明するブロック図である。ＡＰＡＡの運用中に単位素子モジュール１ｄのドライバ段１４とパワー段１５の双方に故障モジュールが発生した場合、それらの故障モジュールが直列接続となるように組み合わせを変更する。図１０（ａ）では、ドライバ段１４の送受信モジュール５ａのうち、ドライバ（ｂ）が故障しており、さらにパワー段１５の送受信モジュール５ｂのうち、パワーモジュール（ａ）が故障している。これにより、２つの素子アンテナ９ａ、９ｂが出力なしとなる。そこで、互いに勘合しているドライバ段１４とパワー段１５のＲＦコネクタ７及び電源・制御端子８を引き抜いて所定の角度回転させ、ドライバ（ａ）〜（ｃ）とパワーモジュール（ａ）〜（ｃ）の組み合わせを変えて再び挿入、勘合させる。その結果、図１０（ｂ）に示すように故障モジュールであるドライバ（ｂ）とパワーモジュール（ａ）が直列接続され、素子アンテナ９ａのみが出力なしとなる。
このように、単位素子モジュール１ｄをドライバ段１４とパワー段１５に分割することにより、送受信モジュール５ａ、５ｂの歩留まりに対する修理、交換の頻度を低減することができる。また、必要なゲイン、出力電力、移相量によりドライバ段１４またはパワー段１５のみを交換したり、単位素子モジュール１ｄそのものを交換することもでき、柔軟なシステム構成が可能となる。以上のことから、本実施の形態によれば、送受信モジュール５ａ、５ｂの交換頻度を低減でき、即時的にシステムの機能を維持することができるため、保守性が向上する。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、前記各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより前記各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナにおいて、ｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有するキャリアの各々の支持面に配線基板を固定し、各々の配線基板上に少なくとも１個の送受信モジュール及び／または素子アンテナを実装することにより、全体でのアレイ配置をする際に素子アンテナ間の位置合わせが容易になり、アレイ組立作業が簡略化される。さらに、各々の送受信モジュールの配置面が立体的に異なるため、修理により送受信モジュールを交換する際の熱等のストレスが軽減され、信頼性の確保が可能となる。
【００２２】
また、配線基板がフレキシブルプリント基板であり、キャリアの周面外周に巻き付け導電性接着材により固定するので、各々の支持面毎に分割された配線基板を用いるよりもキャリアへの固定や互いの電気的接続が容易であり、組立作業が簡略化される。
【００２３】
さらに、キャリアは送受信モジュールからの発熱を冷却する手段を備えているので、冷却構造も含めた単位での交換作業ができ保守性が向上する。
【００２４】
また、複数の送受信モジュールに１つの給電コネクタから供給された電力を分配回路により分配して供給することにより、各々の送受信モジュールに対して給電コネクタを設けていた従来構造に比べて外部給電線を削減することができ、実装の高密度化及び保守性の向上が図られる。
【００２５】
さらに、キャリアは、支持面の数及びキャリア径が互いに等しい第１、第２の二つのキャリアより構成され、第１のキャリアは分配回路及びドライバ機能を有する送受信モジュールを有し、第２のキャリアはパワー増幅機能を有する送受信モジュール及び素子アンテナを有しており、さらに第１、第２のキャリアが互いの回転中心軸を合わせることにより勘合する給電コネクタをそれぞれ具備していることにより、ＡＰＡＡの運用中に第１、第２のキャリアの双方に故障モジュールが発生した場合、それらの故障モジュールが直列接続となるように組み合わせを変更することができるため、送受信モジュールの修理、交換頻度を低減でき、即時的にシステムの機能を維持することができるため保守性が向上する。
【００２６】
また、複数の送受信モジュールに各々が実装された配線基板面毎に設けられた給電コネクタによりそれぞれ電力を供給することにより、分配回路が不要となり、キャリア内部が完全に空洞となるため、放熱フィン等の冷却手段を拡大する等して空冷性能を向上させることができる。また、各々の送受信モジュールに給電コネクタが接続されているので、各々の送受信モジュール毎に入出力レベルの制御をすることが可能となる。
【００２７】
また、配線基板がデータを記録するＲＯＭを有し、複数の素子アンテナのアンテナパターンの位相と利得から得られる位相補正データやアンテナパターンデータ等をＲＯＭに保管することにより、アレイ全体として最適な放射パターンを形成するためのアンテナパターン試験を簡略化することが可能となり、送受信モジュールの修理、交換の際にも調整が容易である。
【００２８】
さらに、所望の配線パターンが予め形成されたフレキシブルプリント基板をキャリアの周面外周に沿って巻き付け固定し、キャリアの１つの支持面に対してフレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと送受信モジュールの接合を行い、その後キャリアを所定の角度だけ回転させ次の支持面に対してフレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと送受信モジュールの接合を行うことにより、実装面が常に同じ方向となるため自装機による量産化が容易に行える。また、フレキシブルプリント基板をキャリアに固定した後で送受信モジュール等の電気部品を実装するため接合信頼性が高く、実装された入出力コネクタの位置精度も高くなり、給電コネクタを接続する場合にも十分な接続強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における単位素子モジュールを規則的に配列して構成されたＡＰＡＡを示す模式図である。
【図３】素子アンテナ間隔と合成ビームの形成について説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１における端子素子モジュールの組立方法及び送受信モジュールの実装方法を説明する模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態５における単位素子モジュールの放射パターンの測定状態を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６におけるＡＰＡＡを構成する単位素子モジュールを示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態６における単位素子モジュールの効果を説明するブロック図である。
【図１１】従来のＡＰＡＡの構成を示す概略図である。
【図１２】従来の一般的なＡＰＡＡの送受信モジュール実装構造を示す図である。
【図１３】多数の電気部品を少ないスペースに効率よく実装した従来のフレキシブルプリント基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ単位素子モジュール、２キャリア、
２ａ、２ｂ、２ｃ平面、２ｄ、２ｅ、２ｆ頂部、３配線基板、４配線パターン、４ａ送受信モジュール実装用パッド、５送受信モジュール、
５ａドライバ機能を有する送受信モジュール、５ｂパワー増幅機能を有する送受信モジュール、６分配回路基板、７ＲＦコネクタ、８電源・制御端子、９、９ａ、９ｂ、９ｃ素子アンテナ、１０放熱フィン、１１ＲＯＭ、
１２アンテナパターン、１３アンテナパターン測定用受信機、１４ドライバ段、１５パワー段、１６固定板、１７給電ケーブル、
１８ａ〜１８ｈ、電気部品、２０三角筒体、２０Ａ周面、２１単独ビーム、２２位相差、２３等位相面、２４合成ビーム方向、２５素子アンテナ間隔、３０フレキシブルプリント基板、３１レンズ鏡筒、３２台座、
２００キャリア、２０１第１のキャリア、２０２第２のキャリア。

Claims

複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、前記各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより前記各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナであって、前記送受信モジュールが実装される配線基板と、前記配線基板が固定されるキャリアとを備え、前記キャリアは、ｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有し、前記各々の支持面に前記配線基板が固定され、前記各々の配線基板上に少なくとも１個の前記送受信モジュールが実装されている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。
複数の素子アンテナがアレイ状に配置され、前記各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより前記各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナであって、前記送受信モジュールが実装される配線基板と、前記配線基板が固定されるキャリアとを備え、前記キャリアは、ｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有し、前記各々の支持面に前記配線基板が固定され、前記各々の配線基板に対して少なくとも１個の前記素子アンテナが配置され、前記各々の素子アンテナは前記配線基板上に実装された前記送受信モジュールに接続されている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。
前記配線基板は、フレキシブルプリント基板であり、前記キャリアの前記周面外周に巻き付けられ、導電性接着材により固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
前記キャリアは、前記送受信モジュールからの発熱を冷却する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
前記複数の送受信モジュールは、１つの給電コネクタから供給された電力を分配回路により分配したものをそれぞれ供給されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
前記キャリアは、前記支持面の数及びキャリア径が互いに等しい第１、第２の二つのキャリアより構成され、前記第１のキャリアは前記分配回路及びドライバ機能を有する前記送受信モジュールを有し、前記第２のキャリアはパワー増幅機能を有する前記送受信モジュール及び前記素子アンテナを有しており、さらに前記第１、第２のキャリアは、互いの回転中心軸を合わせることにより勘合する複数の給電コネクタをそれぞれ具備していることを特徴とする請求項５記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
前記複数の送受信モジュールは、各々が実装された前記配線基板面毎に設けられた前記給電コネクタによりそれぞれ電力を供給されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
前記配線基板は、データを記録するＲＯＭを有し、前記複数の素子アンテナのアンテナパターンの位相と利得から得られる位相補正データやアンテナパターンデータ等を前記ＲＯＭに保管したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のアクティブフェーズドアレイアンテナ。
複数の素子アンテナがアレイ状に配置され前記各々の素子アンテナに取り付けられた送受信モジュールにより前記各々の素子アンテナから放射される電波の位相を制御し、アンテナ全体としての合成ビームを任意の方向に放射するアクティブフェーズドアレイアンテナの前記送受信モジュール実装方法であって、所望の配線パターンが予め形成されたフレキシブルプリント基板をｘ個（ｘ≧３）の支持面が環状に繋がった周面を有するキャリアの前記周面外周に沿って巻き付け固定する工程、前記キャリアの１つの前記支持面に対して前記フレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと前記送受信モジュールの接合を行う工程、前記キャリアを所定の角度だけ回転させ次の前記支持面に対して前記フレキシブルプリント基板に形成された配線パターンと前記送受信モジュールの接合を行う工程を備え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の送受信モジュール実装方法。