JP4225738B2

JP4225738B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4225738B2
Application number: JP2002095184A
Authority: JP
Inventors: 伊知郎城川; 一成中尾; 哲也本田; 洋一北村; 政明村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003298332A

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７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７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。送受信モジュール１は、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いるので、送受信モジュールを脱着する際に、コールドプレート単位で脱着する場合には、冷媒管を冷却系から脱着しなければならず、また送受信モジュールを１台ごとに脱着する場合には、脱着前後において隣接する素子アンテナ素子の位置が変化し位相調整しなければならず、保守性が低いという問題点があった。また、従来のアンテナ装置は、各送受信モジュール毎に送受信号コネクタと制御信号コネクタが必要であるために、製造コストが高くなるとともに、コネクタ等の配置場所を確保するために装置構成を小型化することができないという問題点があった。
【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、小型で保守性の高いアレー式の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ユニットは、複数の素子アンテナと、これらの素子アンテナを固定するアンテナ固定台と、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板と、この多層基板の基板面上に配置され、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とを備え、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュールからの受信信号を合成するマイクロストリップ線路を具備したものである。
【０００７】
請求項２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、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板、この多層基板の基板面上に配置され、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し、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュール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た複数のアンテナユニットと、上記多層基板の上記送受信モジュール取付面の裏面において、上記複数のアンテナユニットを取り付ける放熱板とを備えたものである。
【０００８】
請求項３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、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板、この多層基板の基板面上に配置され、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し、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュール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た複数のアンテナユニットと、上記多層基板の上記送受信モジュール取付面の裏面において、上記複数のアンテナユニットを取り付ける複数の放熱板とを備え、上記複数の放熱板を互いに平行に配置することにより、上記アンテナ素子を平面又は曲面上に配置したものである。
【００１７】
【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る。図１において、１１は素子アンテナ、１２は素子アンテナ基板、１３はアンテナ固定台である。素子アンテナ１１は素子アンテナ基板１２上に設けられており、素子アンテナ基板１２をアンテナ固定台１３上に配置する。１４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１４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。１５は合成分配回路基板であり、１６はマイクロ波基板の端部に設けた給電ピンであり、１７は制御信号コネクタである。合成分配回路基板１５には、送受信モジュール１４から給電ピン１６へのマイクロストリップ線路と、送受信モジュール１４へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１４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１５には、送受信モジュール１４への制御信号線路が設けられており、制御信号コネクタ１７から制御信号を入力する。給電ピン１６は図示のように合成分配回路基板１５の端部に設けており、アンテナ固定台１３の穴１８を貫通して素子アンテナ１１に接続する。１９は金属板であり、合成分配回路基板１５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。
【００１８】
アンテナ固定台１３には、複数個の素子アンテナ１１及び素子アンテナ基板１２を固定する。このアンテナ固定台１３に素子アンテナ１１及び素子アンテナ基板１２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１４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１４は、合成分配回路基板１５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１５には、送受信モジュール１４へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１４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１５には、送受信モジュール１４への制御信号線路が設けられており、制御信号コネクタ１７から制御信号を入力する。ここで、送受信モジュール１４は合成分配回路基板１５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。
【００１９】
合成分配回路基板１５の端部には給電ピン１６を設けている。給電ピン１６は送受信モジュール１４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１３の素子アンテナ１１取付面に設けた穴１８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１３の素子アンテナ１１取付面と分配合成回路基板１５の基板面とを略垂直に配置する。
【００２０】
このような接続と配置によって、図１に示すアンテナ装置では、送受信モジュール１４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、保守性が高まるものである。また、送受信モジュール１４が脱着可能である場合には、素子アンテナとは別に送受信モジュール１４のみ脱着可能であり、送受信モジュール１４が脱着できない場合でも、図１のようなアンテナ装置を複数個隣接して配置して開口面積の大きなアンテナを構成する場合に従来技術のようなコールドプレートごと脱着するような手間がかからず、コールドプレートと分離して、図１の構成よりアンテナ装置を脱着することが可能である。
【００２１】
なお、図１において給電ピン１８は１個の送受信モジュール１４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１９は、導電性を有することによって、分配合成回路基板１５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１４の熱を拡散して温度を均一化するように作用する。
【００２２】
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２及び図３によって説明する。実施の形態２においては、送受信モジュール１４を半田ボールによって分配合成回路基板１５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２は実施の形態２に係るアンテナ装置の構成図であり、図３は実施の形態２に係るアンテナ装置の分配合成回路基板の断面を示す断面図である。図２において、２０は、送受信モジュール１４を分配合成回路基板１５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３において、２１は分配合成回路基板に設けたマイクロストリップ線である。図２及び図３において、図１と同一の符号を付した部分は、図１のそれらの部分と同一又は相当する部分を示す。
【００２３】
図２において半田ボール２０は分配合成回路基板１５上に配置され、送受信モジュール１４の半田ボール２０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１５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に接続される。図３において、太線で示した線はマイクロストリップ線を示しており、多層（図３の場合は７層）に積層した分配合成回路基板１５内に設けられている。図３に示すように、送受信モジュール１４は、半田ボール２０によりマイクロストリップ線２１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２１は、実施の形態１において説明したものと同様に、送受信モジュール１４から給電ピン１６へのマイクロストリップ線路と、送受信モジュール１４へ送信信号を分配し、又は送受信モジュール１４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１４への制御信号線路等である。
【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３．
この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置を図４によって説明する。実施の形態３においては、実施の形態１又は実施の形態２において説明したアンテナ装置を複数個配置して、さらにアンテナ開口面積の大きなアンテナ装置を構成するものである。図４において、２２は実施の形態１又は実施の形態２において説明したアンテナ装置であり、この実施の形態３においてはアンテナユニットと呼ぶことにする。２３は放熱板、２４は放熱板に設けた冷却管であり、通常の冷媒を流すような管であっても良いし、ヒートパイプのようなものであってもよい。なお、放熱板２３は、図４に示す長手方向に、４つのアンテナユニット１４の端から端まで延在しているものとする。２５は複数のアンテナユニット２２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。
【００２６】
アンテナユニット２２は実施の形態１及び実施の形態２において説明したアンテナ装置と同等な構成を有するものであり、ここでは説明を省略する。このアンテナユニット２２を放熱板２３に取り付ける。分配合成回路基板１５の送受信モジュール１４を取り付けた面と反対面側を放熱板２３に取り付ける。分配合成回路基板１５が十分に薄ければ、送受信モジュール１４で発生する熱は十分に放熱板２３に流れて排熱が行われる。また、分配合成回路基板１５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２３に流れた熱は、冷却管２４によって排熱される。
【００２７】
このような構成によって、アンテナユニット２２ごとに脱着が可能であり、保守性を高くすることができる。また、半田ボールによって送受信モジュール１４を分配合成回路基板１５に接続する構成とすれば、装置の小型化を図ることができる。
【００２８】
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５及び図６によって説明する。実施の形態４においては、実施の形態３において説明したアンテナ装置を複数個配置して、さらにアンテナ開口面積の大きなアンテナ装置を構成するものである。図５及び図６において、２６は実施の形態３において説明したアンテナ装置である。また、図５及び図６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。
【００２９】
図５に示すアンテナ装置は、実施の形態３において説明したアンテナ装置２６を放熱板が互いに平行となるように複数配置することによって、素子アンテナ１１が略平面に配置したものである。このように配置することによって、素子アンテナ全体で構成されるアンテナの開口面積を大きくすることができる。
【００３０】
次に図６に示すアンテナ装置は、実施の形態３において説明したアンテナ装置２６を放熱板が互いに平行となるように複数配置し、さらに素子アンテナ１１が曲面上に配置したものである。これは、アンテナ装置２６それぞれの高さ方向（図６に示す高さ方向）を変化させることによって、凸又は凹上に素子アンテナを配置するものである。このように配置することによって、素子アンテナ全体で構成されるアンテナの開口面積を大きくすることができるとともに、円柱側面などの局面に沿ってアンテナ装置を構成することができる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る発明によれば、アンテナ固定台に複数の素子アンテナが固定され、複数の送受信モジュールを多層基板面上に配置し、その基板面とアンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるように多層基板の基板端部にアンテナ固定台を取り付け、その多層基板内には、マイクロストリップ線路による合成分配回路を設けているので、送受信モジュールの脱着に関わらず複数の素子アンテナ相互の位置関係が変化せず、また、複数の素子アンテナ、複数の送受信モジュール、及び分配合成回路を含む多層基板によるアンテナをユニット化することができる。
【００３２】
この発明の請求項２又は請求項３の発明に係るアンテナ装置は、複数のアンテナユニットを放熱板に配置することによって、アンテナ開口面積の大きいアンテナを形成することができるとともに、放熱板からアンテナユニットごとに脱着が可能となり、保守性を高くすることができる。
【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２に係るアンテナ装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の分配合成回路基板の断面を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の他の構成を示す構成図である。
【図７】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
１３アンテナ固定台
１４送受信モジュール
１５分配合成回路基板
１６給電ピン
１９金属板
２０半田ボール
２１マイクロストリップ線路
２２アンテナユニット

Claims

複数の素子アンテナと、これらの素子アンテナを固定するアンテナ固定台と、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板と、この多層基板の基板面上に配置され、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とを備え、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュールからの受信信号を合成するマイクロストリップ線路を具備したことを特徴とするアンテナユニット。
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、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板、この多層基板の基板面上に配置され、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し、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュール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た複数のアンテナユニットと、上記多層基板の上記送受信モジュール取付面の裏面において、上記複数のアンテナユニットを取り付ける放熱板とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
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、上記複数の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多層基板であって、その基板面と上記アンテナ固定台の素子アンテナ取付面とが略垂直となるよう上記アンテナ固定台をその基板端部に取り付けた多層基板、この多層基板の基板面上に配置され、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し、上記多層基板内に、上記複数の送受信モジュールに送信信号を分配し、又は上記送受信モジュール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た複数のアンテナユニットと、上記多層基板の上記送受信モジュール取付面の裏面において、上記複数のアンテナユニットを取り付ける複数の放熱板とを備え、上記複数の放熱板を互いに平行に配置することにより、上記アンテナ素子を平面又は曲面上に配置したことを特徴とするアンテナ装置。