JP3703674B2 - フェイズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェイズドアレイアンテナ装置（以下、アンテナ装置）に関し、特に送受信モジュールの冷却構造に特徴のあるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の空冷式アンテナ装置の断面図であって、２は複数のアンテナ素子２１からなるアンテナ素子群、１はこの各アンテナ素子に対応してその背後に配置された複数の送受信モジュール１１からなる送受信モジュール群、３は送受信モジュール群１を収容する筐体、４は送受信モジュール１１とアンテナ素子２１を接続する給電接続体、５は空気の入口として機能する第一冷媒口、６は空気の出口として機能する第二冷媒口である。
【０００３】
上記アンテナ装置の稼働中においては、筐体３の内部もしくは外部に設けられた送風機（図示せず）を働かせて冷却用の空気を絶えず第一冷媒口５から筐体３内に導入して各送受信モジュール１１に直交する方向に流し、かくして各送受信モジュール１１を直列的に順番に冷却した後、第二冷媒口６から排出させる。
【０００４】
上記の冷却構造では、冷却用空気は筐体３内を移動する間に送受信モジュール１１から放出される熱により漸次温度上昇して冷却機能が低下し、この結果、第二冷媒口６の近傍に位置する送受信モジュール１１は充分に冷却されない問題があった。換言すると、筐体３の第一冷媒口５と第二冷媒口６の各近傍に位置する送受信モジュール１１の間に温度傾斜が生じ、この温度傾斜がアンテナ装置の信号の送受信性能を劣化させることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、複数の送受信モジュールを可及的均一に冷却し得る冷却構造を有するアンテナ装置を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアンテナ装置は、（１）複数のアンテナ素子、この各アンテナ素子に対応してその背後に配置された複数の送受信モジュール、これら複数の送受信モジュールを収容する筐体、この筐体内に配置され、上記複数のアンテナ素子と上記複数の送受信モジュールの間に形成された第一冷媒流路、上記複数の送受信モジュールの間に形成されて上記第一冷媒流路に連通する第二冷媒流路を備え、複数の上記送受信モジュールの背後から冷媒を上記第二冷媒流路に供給し、上記第一冷媒流路を通じて上記筐体外に排出するようにしたものである。
（２）上記（１）において、冷媒の入口または出口として機能する第一冷媒口と冷媒の出口または入口として機能する第二冷媒口を有し、複数の送受信モジュールを収容する筐体を備えたものである。
（３）上記（２）において、第一冷媒口は筐体の背面に複数箇所設けられ、第二冷媒口は上記筐体の第一冷媒流路に通じる上下面または両側面のそれぞれに設けられたものである。
（４）上記（２）において、冷媒としての空気または液体冷媒を第一冷媒口から第二冷媒口に向けて、あるいは上記第二冷媒口から上記第一冷媒口に向けて強制的に送る冷媒強制流動装置を有するものである。
（５）上記（２）において、筐体は、仕切り壁により複数の送受信モジュールを収容する複数の区画室に区画され、各区画室毎に第一冷媒口を有すると共に、第一冷媒流路に開口する第三冷媒口を有するものである。
（６）上記（５）において、各区画室毎に冷媒流量調節装置を設けたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の一部破断図を含む斜視図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１〜図２において、１は複数の送受信モジュール（以下、モジュール）１１からなるモジュール群、２は各モジュール１１と電気的に接続された複数のアンテナ素子２１からなるアンテナ素子群、３はモジュール群１を収容する筐体、８は冷媒流路である。
【０００８】
筐体３は、正面壁３１、背面壁３２、上面壁３３、底面壁３４、側面壁３５および側面壁３６の６面を有する直方体である。アンテナ素子群１を形成する複数のアンテナ素子２１は正面壁３１の外側に配置されており、通常はレドーム（図示せず）にて覆われている。複数のモジュール１１は、マトリックス状に配置されてモジュール群１を形成しており、それらは側面壁３５と側面壁３６に固定された多段式の通気性棚（図示せず）の各段毎に上記マトリックス中の一つの行（ｒｏｗ）を構成する複数のモジュール１１の小群が搭載されるように配置されている。
【０００９】
モジュール群１とアンテナ素子群２の間、およびモジュール１群中の左右方向と上下方向において互いに隣接するモジュール１１同士の間には冷媒を流し得る冷媒流路が設けられており、冷媒流路８はモジュール群１とアンテナ素子群２の間に存在する空間を流路とする第一冷媒流路８１、および互いに隣接するモジュール１１同士の間を流路とする第二冷媒流路８２とからなっている。
第二冷媒流路８２は複数の部分流の集合であって、各部分流は互いに並列的に存在してそれらは全て第一冷媒流路８１と連通している。
【００１０】
さらに図１〜図２において、４はモジュール１１とアンテナ素子２１を接続する給電接続体、５は筐体３の背面壁３２に設けられた第一冷媒口、６は筐体３の上面壁３３に設けられて第一冷媒流路８１と連通する第二冷媒口、７は筐体３の背面壁３２の内面に設置された電源である。個々のアンテナ素子２１とそれに対応するモジュール１１は、正面壁３１を貫通し且つ第一冷媒流路８１を横断する給電接続体４により電気的に接続されている。
【００１１】
次に実施の形態１の稼働状態について説明する。筐体３の内部もしくは外部に設けられた冷媒強制流動装置としての送風機（図示せず）により、複数の第一冷媒口５より冷却用の空気が筐体３内に取り込まれる。取り込まれた冷却用空気は矢印の方向に流れて、即ち先ずモジュール１１間の第二冷媒流路８２内を並列的に且つ各モジュール１１の背後から頭部の方向に流れ、ついで第一冷媒流路８１において合流し、最後に第一冷媒流路８１内を上昇して第二冷媒口６から排出される。かくすると全てのモジュール１１は、他のモジュール１１が発する熱の影響を受けていない低温度の冷却用空気により冷却される。よってそれらモジュール１１毎における冷却効率は頗る良好であり、しかも全てのモジュール１１がほぼ一様に冷却されることになる。
【００１２】
以上のように実施の形態１によるアンテナ装置においては、複数のモジュール１１が多行多列のマトリックス状に配置されたものであっても各モジュール１１はほぼ一様にしかも効果的に冷却される。したがってアンテナ装置の送受信性能は極めて良好であり、またモジュール１１およびアンテナ素子２１の複雑且つ高密度の実装が可能となる顕著な効果がある。
【００１３】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の一部破断図を含む斜視図であり、図４は図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図３〜図４は、それぞれ前記の図１〜図２に対応していて実施の形態２は実施の形態１とほぼ同構造であるが、但し筐体３の上面壁３３と下面壁３４の両方に第一冷媒流路８１に連なる第二冷媒口６１、６２をそれぞれ有する点（図４参照）において実施の形態１と異なるものである。
【００１４】
したがって実施の形態２においては、複数の第一冷媒口５から取り込まれた冷却用空気は矢印の方向に流れて、即ち先ず第二冷媒流路８２を並列的に流れ、ついで第一冷媒流路８１において合流し、最後に筐体３のほぼ中間の高さ辺りで上下に分かれて一方は第一冷媒流路８１内を上昇して第二冷媒口６１から、また他方は第一冷媒流路８１内を降下して第二冷媒口６２から、それぞれ排出される。
【００１５】
実施の形態２では、モジュール群１を冷却して温度上昇した冷却用空気を上下２か所の第二冷媒口６１、６２から排出するのでその排出効率が良く、しかして実施の形態１の場合よりも筐体３内を一層低温度に保持できるのでその分だけモジュール群１全体の冷却効果が高くなる。
【００１６】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３の断面図である。実施の形態３は、実施の形態２とは筐体３の側面壁３５と側面壁３６の２か所に第二冷媒口６１、６２をそれぞれ設けた点において異なる。したがって実施の形態３においては、複数の第一冷媒口５から取り込まれた冷却用空気は矢印の方向に流れて、即ち先ず第二冷媒流路８２を並列的に流れ、ついで第一冷媒流路８１において合流し、最後に筐体３の略中央辺りで左右に分かれて一方は第二冷媒口６１から、また他方は第二冷媒口６２からそれぞれ排出される。
【００１７】
実施の形態３では、モジュール群１を冷却して温度上昇した冷却用空気を左右２か所の第二冷媒口６１、６２から排出するので、実施の形態２の場合と同様にその排出効率が良く、しかして実施の形態１よりも筐体３内を一層低温度に保持できるので、その分モジュール群１全体の冷却効果が高くなる。
【００１８】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４の断面図である。実施の形態４は、実施の形態３とは筐体３の内部が仕切り壁３７によりモジュール群１の一部分を収容する複数の区画室に区画されている点において異なる。各区画室は、筐体３の背面３２に設けられた第一冷媒口５と仕切り壁３７に設けられた第三冷媒口３７１とを有している。この第三冷媒口３７１は、第一冷媒流路８１に連通している。したがって実施の形態４においては、各第一冷媒口５から取り込まれた冷却用空気は各区画室内の第二冷媒流路８２を並列的に流れ、第三冷媒口３７１から第一冷媒流路８１に入り、ついで筐体３の略中央辺りで左右に分かれて一方は第二冷媒口６１から、また他方は第二冷媒口６２から、それぞれ排出される。
なお、第三冷媒口３７１に流量調整を目的として、遮蔽板や、送風機を設けてもよい。
【００１９】
実施の形態４では、筐体３の内部が仕切り壁３７により複数の区画室に区画されて各区画室毎に冷媒の取り入れと排出が行われるので各区画室間でのモジュール１１の冷却の程度の差が小さくなる。したがって実施の形態４は、複数のモジュール１１を収容した大型の筐体３を有するアンテナ装置に効果的に適用することができる。
【００２０】
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５についての説明図であって、図１や図３に示したアンテナ装置の筐体３、モジュール１１、アンテナ素子２１、給電接続体４、第一冷媒口５、第二冷媒口６、電源７など、および図６に示した仕切り壁３７や第三冷媒口３７１などの記載を全て省略し、冷媒流路８のみを概念的に示すものである。
【００２１】
図７において冷媒流路８は、第一冷媒流路８１と第二冷媒流路８２とからなり、第一冷媒流路８１は支第一冷媒流路８１１〜８１９の９部分とそれらの合流路８１１０からなる。一方、第二冷媒流路８２は支第二冷媒流路８２１〜８２９の９部分からなり、さらにそのうちの支第二冷媒流路８２１は、サブ支第二冷媒流路８２１１〜８２１８の８部分からなる。他の支第二冷媒流路も同様に８つのサブ支第二冷媒流路からなる。サブ支第二冷媒流路８２１１〜８２１８の８部分は支第一冷媒流路８１１に合流し、他のサブ支第二冷媒流路例えば８２５１〜８２５８（図７においては符号を付けず）の８部分は支第一冷媒流路８１５に合流する。さらに支第一冷媒流路８１１〜８１９の９部分は、合流路８１１０に合流する。実施の形態５において各支第一冷媒流路８１１〜８１９は、合流路８１１０に合流する少し手前に冷媒流量調節装置９をそれぞれ有する。なお、合計７２のサブ支第二冷媒流路８２１１〜８２１８、８２２１〜８２２８・・・・・８２９１〜８２９８は、いずれも前記図１〜図６におけるモジュール１１間の第二冷媒流路８２に該当し、支第一冷媒流路８１１〜８１９およびそれらの合流路８１１０は冷媒流路８１に該当する。
【００２２】
実施の形態５におけるアンテナ装置の筐体の内部は、実施の形態４の場合にように仕切り壁により９つの区画室に区画されており、各区画室はモジュール間に存在する８つのサブ支第二冷媒流路（例えばサブ支第二冷媒流路８２５１〜８２５８）と一つの支第一冷媒流路（例えば支第一冷媒流路８１５）が存在し、且つ冷媒流量調節装置９を有する。したがってそれぞれの冷媒流量調節装置９を操作して各区画室の冷媒流量が一定となるようにすると、あるいは各区画室の温度が一定となるように冷媒流量を調節することにより、実施の形態４の場合より一層確実にモジュールを均一に冷却することができる。
【００２３】
実施の形態５においては、筐体が仕切り壁により９つの区画室に区画され、各区画室はマトリックス中の一つの行または列（ｃｏｌｕｍｎ）のモジュール群を含む例を示したが、筐体は任意の数の区画室に区画されてもよく、また一つの区画室は二以上の行または列のモジュール群を含むように区画されてもよい。
【００２４】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６は、前記した実施の形態１〜５のいずれか一形態に対応し、但し実施の形態１〜５において用いられた送風機に代えて、冷却用の空気が筐体３の第二冷媒口６から取り込まれて第一冷媒口５から排出されるようにする送風機が用いられる。実施の形態１〜５においては、第一冷媒流路８１は第二冷媒流路８２の合流路として機能したが、実施の形態６においてはそれらとは逆に第一冷媒流路８１は冷媒を複数の第二冷媒流路８２に分配する分配路として機能する。即ち実施の形態６においては、冷媒の流れる方向を実施の形態１〜５の場合と逆にすることになるが、かくしてもモジュール１１の均一な冷却が達成されるので送風機の種類、設置方法、設置箇所を多様化し得る利点がある。
【００２５】
実施の形態７．
実施の形態７は前記実施の形態１〜６のいずれか一形態に対応し、但し送風機に代えて、液体冷媒を筐体３内に流し得る循環ポンプを備えた液体冷媒供給機が用いられる。液体冷媒としては特に制限はなく、例えばフッ素系不活性液体などのクーラントや水などが挙げられる。液体冷媒として上記のような電気絶縁油類を用いる場合には、電気絶縁油類がモジュール１１、アンテナ素子２１、給電接続体４、および電源７などと直接接触しても短絡の問題がないので、空気と同様に第一冷媒口５から筐体３内に直に供給し、第二冷媒口６から排出するようにしてよい。あるいは実施の形態６の場合のように、第二冷媒口６から筐体３内に直に供給し、第一冷媒口５から排出するようにしてよい。それらの場合、筐体３の外壁が電気絶縁油類で汚染されることがないように、第一冷媒口５や第二冷媒口６と上記液体冷媒供給機との接続は液密構造とされる。
【００２６】
液体冷媒として水や導電性液体を用いる場合には、それを筐体３内に直に供給すると短絡の危険性があるので、第二冷媒流路８２や第一冷媒流路８１に冷却ダクトや冷却パネルを設置してそれらの内部に液体冷媒を流すようにするとよい。
【００２７】
前記の各実施の形態において、送風機やなどの冷媒強制流動装置は冷媒を送り出す型のものであってもよく、あるいは冷媒を吸い込む型のものであってもよい。またそれらは第一冷媒口５や第二冷媒口６に直に設置してもよく、あるいはそれら冷媒口から外部に延びるダクトに設置してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の前記（１）の発明におけるアンテナ装置は、以上説明した通り、複数のアンテナ素子、この各アンテナ素子に対応してその背後に配置された複数のモジュール、上記複数のアンテナ素子と上記複数のモジュールの間に形成された第一冷媒流路、上記複数のモジュールの間に形成されて上記第一冷媒流路に連通する第二冷媒流路を備え、複数の上記モジュールの背後から冷媒を上記第一冷媒流路および上記第二冷媒流路を通じて供給または排出するようにしたものであるので、全ての上記モジュールは他のモジュールが発する熱の影響を受けていない低温度の冷媒、例えば空気により冷却されるので、冷却効率が良好であり、しかも全ての上記モジュールが略一様に冷却されるので本発明の前記課題を達成することができる。
【００２９】
さらに上記（１）の発明において、冷媒の入口または出口として機能する第一冷媒口と冷媒の出口または入口として機能する第二冷媒口を有し、且つ複数のモジュールを収容する筐体を備え、加えて冷媒としての空気または液体冷媒を上記第一冷媒口から上記第二冷媒口に向けて、あるいは上記第二冷媒口から上記第一冷媒口に向けて強制的に送る冷媒強制流動装置を有すると、上記冷媒が効果的に上記モジュール間に流されるので冷却効果が向上し、しかしてモジュールおよびアンテナ素子の複雑且つ高密度の実装が可能となる顕著な効果がある。その場合、上記冷媒として液体を用いると冷却力が一層向上する。また上記第一冷媒口と上記第二冷媒口が冷媒の入口または出口としてそれぞれ機能すると、上記冷媒強制流動装置の種類、設置方法、設置箇所を多様化し得る利点がある。
【００３０】
さらに第一冷媒口は筐体の背面に複数箇所設けられ、第二冷媒口は上記筐体の第一冷媒流路に通じる上下面または両側面のそれぞれに設けられると、モジュール群を冷却して温度上昇した冷媒を上下または両側の２ケ所の第二冷媒口から排出するのでその排出効率が良く、しかして筐体内を一層低温度に保持できるのでその分モジュール群全体の冷却効果が高くなる。
【００３１】
さらに筐体は、仕切り壁により複数のモジュールを収容する複数の区画室に区画され、各区画室毎に第一冷媒口を有すると共に、第一冷媒流路に開口する第三冷媒口を有すると、各区画室毎に冷媒の取り入れと排出が行われるので上記各区画室間での複数の上記モジュールの冷却の程度の差が実質的に無くなる。したがってかかる態様は、複数のモジュールを収容した大型の筐体を有するアンテナ装置に効果的に適用し得る。
【００３２】
またさらに各区画室毎に冷媒流量調節装置を設けることにより、複数のモジュールを一層確実且つ均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１におけるフェイズドアレイアンテナ装置の一部破断図を含む斜視図である。
【図２】 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態２におけるフェイズドアレイアンテナ装置の一部破断図を含む斜視図である。
【図４】 図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態３におけるフェイズドアレイアンテナ装置の断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態４におけるフェイズドアレイアンテナ装置の断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態５におけるフェイズドアレイアンテナ装置の説明図である。
【図８】 従来のフェイズドアレイアンテナ冷却構造の断面図である。
【符号の説明】
１ モジュール群、１１ モジュール、２ アンテナ素子群、
２１ アンテナ素子、３ 筐体、３７ 仕切り壁、４ 給電接続体、
５ 第一冷媒口、６ 第二冷媒口、７ 電源、８１ 第一冷媒流路、
８２ 第二冷媒流路、９ 冷媒流量調節装置。

Claims (6)

1. 複数のアンテナ素子、この各アンテナ素子に対応してその背後に配置された複数の送受信モジュール、これら複数の送受信モジュールを収容する筐体、この筐体内に配置され、上記複数のアンテナ素子と上記複数の送受信モジュールの間に形成された第一冷媒流路、上記複数の送受信モジュールの間に形成されて上記第一冷媒流路に連通する第二冷媒流路を備え、複数の上記送受信モジュールの背後から冷媒を上記第二冷媒流路に供給し、上記第一冷媒流路を通じて上記筐体外に排出するようにしたことを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置。
2. 冷媒の入口または出口として機能する第一冷媒口と冷媒の出口または入口として機能する第二冷媒口を有し、複数の送受信モジュールを収容する筐体を備えたことを特徴とする請求項１記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
3. 第一冷媒口は筐体の背面に複数箇所設けられ、第二冷媒口は上記筐体の第一冷媒流路に通じる上下面または両側面のそれぞれに設けられたことを特徴とする請求項２記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
4. 冷媒としての空気または液体冷媒を第一冷媒口から第二冷媒口に向けて、あるいは上記第二冷媒口から上記第一冷媒口に向けて強制的に送る冷媒強制流動装置を有することを特徴とする請求項２記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
5. 筐体は、仕切り壁により複数の送受信モジュールを収容する複数の区画室に区画され、各区画室毎に第一冷媒口を有すると共に、第一冷媒流路に開口する第三冷媒口を有することを特徴とする請求項２記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
6. 各区画室毎に冷媒流量調節装置を設けたことを特徴とする請求項５記載のフェイズドアレイアンテナ装置。

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