JP4823263B2

JP4823263B2 - 空中線装置

Info

Publication number: JP4823263B2
Application number: JP2008091718A
Authority: JP
Inventors: 大平中田; 芳彰佐竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009246734A

Description

この発明は、空中線装置に関係している。

例えば航空機に搭載される搭載用空中線装置の分野では、高性能化の要求が高く、アクティブフェーズドアレイ化が強く望まれている。しかしながら、アクティブフェーズドアレイ化された空中線装置は、従来のパッシブ方式の空中線装置に比べ、回路構成が複雑であり、従って外形寸法や質量が遥かに大きい。

また、空中線装置の送受信モジュールにおいて位相器や受信系の低熱雑音増幅器や送信系の低電力な電力増幅部分についてはＭＭＩＣ化やＭＣＭ化などにより小型化が進められてきたが、空中線の高性能化の為にアンテナ送信電力を高出力化する場合には、電源回路が大型化するばかりでなく、電子部品からの発熱の増大に対応する為の冷却構造も大型化する。

特開平８−２０４４２７号公報（特許文献１）は、空中線装置の小型化及び軽量化を達成する為に、空中線装置を構成している種々のモジュールの配線を低減することを記載している。

しかしながら、アクティブフェーズドアレイ化された搭載用空中線装置は、実際には依然として大きく重い。従って、アクティブフェーズドアレイ化された搭載用空中線装置は、特殊な用途にのみ使用されている。
特開平８−２０４４２７号公報

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、従来に比べ小型化及び軽量化をさらに促進可能なアクティブフェーズドアレイ化された空中線装置を提供することである。

上述したこの発明の目的を達成する為に、この発明に従った空中線装置は、低電力の送信高周波信号用の電力増幅器、受信高周波信号用の低熱雑音増幅器、そして、これら増幅器に接続され高周波信号の位相を調整する位相器を含む複数の送受信モジュールと、前記送受信モジュールに接続され送信高周波信号の分配供給と受信高周波信号の合成とを行なう電力分配／合成器と、前記送受信モジュールが必要とする電源を生成し供給する電源回路と、前記送受信モジュールに制御信号を生成し供給する制御回路と、を含む第１の平面型ユニットと、前記送受信モジュールの送信信号出力端から出力される送信高周波信号を更に高出力に増幅する電力増幅器と、前記送受信モジュールの受信信号入力端に接続されアンテナに接続される線路と送受信の切り替えを行なうスイッチを含む高出力電力モジュールと、送信時に必要となる大容量の電源を生成する送信用電源回路と、を含んでおり、第１の平面型ユニットに対し重ねられる第２の平面型ユニットと、を備えたことを特徴としている。

上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従った空中線装置では、構造的に大きなウエイトを占める高出力の送信系回路と受信系回路を含む低出力の回路系統とを分離して夫々を第１の平面型ユニットと第２の平面型ユニットとに構成し、第１の平面型ユニットと第２の平面型ユニットとを重ねて配置している。そして、第１の平面型ユニットと第２の平面型ユニットとの間に同様に平面型の冷却構造を挟むことで、従来に比べ小型化及び軽量化をさらに促進可能となっている。

この発明の一実施の形態に従ったアクティブフェーズドアレイ化された空中線装置は、第１の平面型ユニット１０と、第１の平面型ユニット１０に対し重ねられる第２の平面型ユニット１２と、を備えている。この空中線装置はさらに、第１の平面型ユニット１０と第２の平面型ユニット１２との間に挟まれた同様に平面型の冷却構造１４を備えている。

第１の平面型ユニット１０と、第２の平面型ユニット１２と、そして平面型の冷却構造１４の夫々は、空中線装置が搭載される移動体、例えば飛行機、の外表面の所定の部分、例えば飛行機の主翼前縁または垂直尾翼前縁または胴体の外周面、の曲率に合致するよう湾曲されている。

空中線装置が搭載される移動体の外表面の所定の部分には空中線装置の外縁に対応した開口が形成されていて、空中線装置は第２の平面型ユニット１２を外側に向けた状態で上記移動体の外表面の上記所定の部分に公知の着脱可能固定部材、例えば固定ねじ、により着脱可能に固定される。

平面型の冷却構造１４は良熱伝導性の材料により形成されており、第１の平面型ユニット１０及び第２の平面型ユニット１２の夫々に搭載されている種々の発熱部材又は発熱回路から発生された熱を冷却構造１４の全体に速やかに拡散させ、上記熱の放熱を助ける。

冷却構造１４には軽量化の為、また第１の平面型ユニット１０及び第２の平面型ユニット１２の夫々に搭載されている種々の回路の電気的な接続の為、そして上述した熱の拡散の更なる促進の為の多数の貫通孔１４ａが形成されている。

第２の平面型ユニット１２は、図２中に図示されている如く、湾曲可能な非導電性材料の基板上に、所定の配列で配置された複数のアンテナ素子１６が配置されている。第２の平面型ユニット１２の外側面は、例えば金属の如き良熱伝導材料により形成されている保護板１２ａにより覆われていて、保護板１２ａにおいて複数のアンテナ素子１６に対応した複数の位置には複数の開口１２ｂが形成されている。これらの開口１２ｂは、高周波の良導体により塞がれていることが出来る。

第１の平面型ユニット１０は、図２中に図示されている如く、湾曲可能な非導電性材料の基板上に、第２の平面型ユニット１２の複数のアンテナ素子１６に対応して複数の送受信モジュール１８が配置されている。夫々の送受信モジュール１８は、低電力の送信高周波信号用の電力増幅器１８ａ、受信高周波信号用の低熱雑音増幅器１８ｂ、そして、これら増幅器１８ａ、１８ｂに接続され高周波信号の位相を調整する位相器１８ｃを含む。

第１の平面型ユニット１０は、送受信モジュール１８に接続され送信高周波信号の分配供給と受信高周波信号の合成とを行なう電力分配／合成器２０と、送受信モジュール１８が必要とする電源を生成し供給する電源回路２２と、送受信モジュール１８に制御信号を生成し供給する制御回路２４と、をさらに含む。電力分配／合成器２０はさらに、増幅入出力切り替え回路２６を介して、外部の励振受信機に接続されている。

第１の平面型ユニット１０に含まれるこれら送受信モジュール１８、電力分配／合成器２０、送受信モジュール１８の為の電源回路２２、送受信モジュール１８の為の制御回路２４、そして増幅入出力切り替え回路２６の夫々は、アクティブフェーズドアレイの回路構成の大部分を占めるため部品点数は多いが小型集積化が可能である。しかもこれらの構成部品は低電力しか必要とせず、発熱量は小さいため、第１の平面型ユニット１０の全体の厚さを薄くする構成することが出来る。

空中線装置が移動体の外表面の所定の部分の開口に搭載された時に、第１の平面型ユニット１０はこの開口の内方に配置されるが、上述したように第１の平面型ユニット１０上の種々の回路から発生される発熱量は小さく、これらから発生された熱は平面型の冷却構造１４の全体に速やかに拡散される。そして、例えば空中線装置が移動体の外表面の所定の部分の開口に搭載されていて移動体が移動をする間に、上記外表面に露出されている第２の平面型ユニット１２に吹き当たる空気により、冷却構造１４の全体に拡散した熱が速やかに冷却される。

第２の平面型ユニット１２の複数のアンテナ素子１６の夫々は、第１の平面型ユニット１０の対応する送受信モジュール１８の送信信号出力端から出力される送信高周波信号を更に高出力に増幅する電力増幅器１６ａ及び対応する送受信モジュール１８の受信信号入力端に接続されアンテナ１６ｂに接続される線路と送受信の切り替えを行なうスイッチ１６ｃを含む高出力電力モジュール２８と、送信時に必要となる大容量の電源を生成する送信用電源回路３０と、を含んでいる。

第２の平面型ユニット１２に含まれるこれら高出力電力モジュール２８及び送信用電源回路３０は大電力を必要として、発熱量が大きく、部品点数は少ないが大型であって、第２の平面型ユニット１２の全体の厚さを大きくする。しかしながら、空中線装置が移動体の外表面の所定の部分の開口に搭載されていて移動体が移動をする間に、上記外表面に露出されている第２の平面型ユニット１２には常に空気が吹き当たり第２の平面型ユニット１２に含まれる高出力電力モジュール２８及び送信用電源回路３０はこれらの為の独立した冷却構造を必要とすることなく十分に冷却される。そして独立した冷却構造を必要としないので、第２の平面型ユニット１２の全体の外形寸法を小さくすることが出来、第２の平面型ユニット１２を軽量化することが出来る。

とはいうものの、もし第２の平面型ユニット１２の発熱量がさらに大きくなった場合には、冷却構造１４を冷却媒体が循環する構造とし冷却構造１４の冷却性能をさらに向上させることにより、対処することが出来る。

しかも、空中線装置が移動体の外表面の所定の部分の開口に搭載されている間に、第２の平面型ユニット１２は上記外表面に露出されているので第２の平面型ユニット１２の全体の厚さが大きくなっても、空中線装置を搭載する為に必要な移動体の外表面の所定の部分の開口の面積や容積を大きくする必要はない。

なお、第２の平面型ユニット１２の高出力電力モジュール２８が、アンテナ１６ｂに接続され送受信の切換を行なうスイッチ１６ｃとしてサーキュレータを備えていることも出来る。

また、第１の平面型ユニット１０と第２の平面型ユニット１２との間に冷却構造１４がなくても、第１の平面型ユニット１０及び第２の平面型ユニット１２の夫々に搭載されている種々の発熱部材又は発熱回路から発生された熱を十分に冷却可能であるならば、冷却構造１４を省略できることは言うまでも無い。

この発明の一実施の形態に従った、アクティブフェーズドアレイ化された空中線装置の概略的な分解斜視図である。図１の空中線装置の第１の平面型ユニット及び第２の平面型ユニットの夫々における回路の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１０…第１の平面型ユニット、１２…第２の平面型ユニット、１２ａ…保護板、１２ｂ…開口、１４…冷却構造、１４ａ…開口、１６…アンテナ素子、１６ａ…電力増幅器、１６ｂ…アンテナ、１６ｃ…スイッチ、１８…送受信モジュール、１８ａ…電力増幅器、１８ｂ…低熱雑音増幅器、１８ｃ…位相器、２０…電力分配／合成器、２２…電源回路、２４…制御回路、２６…増幅入出力切り替え回路、２８…高出力電力モジュール、３０…送信用電源回路。

Claims

低電力の送信高周波信号用の電力増幅器、受信高周波信号用の低熱雑音増幅器、そして、これら増幅器に接続され高周波信号の位相を調整する位相器を含む複数の送受信モジュールと、前記送受信モジュールに接続され送信高周波信号の分配供給と受信高周波信号の合成とを行なう電力分配／合成器と、前記送受信モジュールが必要とする電源を生成し供給する電源回路と、前記送受信モジュールに制御信号を生成し供給する制御回路と、を含む第１の平面型ユニットと、
前記送受信モジュールの送信信号出力端から出力される送信高周波信号を更に高出力に増幅する電力増幅器及び前記送受信モジュールの受信信号入力端に接続されアンテナに接続される線路と送受信の切り替えを行なうスイッチを含む高出力電力モジュールと、送信時に必要となる大容量の電源を生成する送信用電源回路と、を含んでおり、第１の平面型ユニットに対し重ねられる第２の平面型ユニットと、
を備えたことを特徴とする空中線装置。
前記第２の平面型ユニットの高出力電力モジュールが、アンテナに接続され送受信の切換を行なうサーキュレータを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の空中線装置。
前記第１の平面型ユニットと前記第２の平面型ユニットの夫々が湾曲面を構成している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空中線装置。
前記第１の平面型ユニットと前記第２の平面型ユニットとの間に平面状放熱構造体が介在されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中線装置。