JP5540055B2 - 移動通信システムの基地局アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムの基地局アンテナ装置に関し、特に内部に設けられた発熱部品からの熱を外気に放出するための構造に関するものである。

移動通信システムの基地局では、アンテナ装置近傍に、高周波信号増幅装置や、周波数変換、アナログ−デジタル変換、信号処理、通信、制御等を行う無線装置が設置され、アンテナ装置と各装置間がメタルケーブルや光ファイバケーブル等で接続される。

この構成は、高周波信号増幅装置や無線装置の設置場所の自由度が高く、また、個々の装置別に交換ができる等、メンテナンス性に優れる。しかし、一方で各装置の設置場所を確保することや、各装置を接続するために各種のケーブルを敷設することが必要である。

そこで、アンテナ装置内に高周波増幅装置や無線装置を収納することが考えられる。このようにすれば、各装置の設置場所の削減や、各種のケーブルの削減が可能になるので、コストの削減や設置時間の短縮を図ることができる。また、アンテナ装置と高周波信号増幅装置や無線装置間における同軸ケーブル損失がなくなることによって、基地局受信側での雑音指数の改善や基地局送信側での電力損失の改善が見込める。

ところで、高周波信号増幅装置や無線装置は、電子部品を用いた電気回路で構成されている。したがって、これらの装置に電力が供給されてそれらが動作している場合、使用用途によって個々の電子部品の発熱量は異なるものの、いずれの部品も発熱を伴うことになるので、その放熱が必要になる。特に発熱が大きい電子部品は、仕様温度範囲を超えての使用によって故障を生じることが多く、また、仕様温度範囲内であっても、高温下での使用は常温や低温下での使用に比べて寿命が短くなる。このような不都合を防ぐために、また、発熱の大きい電子部品が周辺電子部品に及ぼす同様な影響を軽減するために、発熱部品からの発熱を効率よく放熱することが求められる。

移動通信システムの基地局アンテナ装置は、一般的に非金属製のレドームに覆われている。この非金属製レドームは、金属に比べると熱伝導が悪いため、高周波増幅装置や無線装置をアンテナ装置内に収容した場合、高周波増幅装置や無線装置をアンテナ装置と別に収容している形態の筐体に比べて、より効果的な放熱構造が必要になる。

そこで、電子部品の発熱量に対応したアンテナ装置の内部空間を確保することができるレドームを用い、このレドームを通して外気との熱交換を行なうことが考えられる。しかし、この手法は、電子部品の発熱量に比例してアンテナ装置のサイズが大きく、重くなるため、経済的ではない。また、移動通信システムの基地局アンテナ装置は、鉄塔上やビルの屋上など限られたスペースに設置することが求められるから小型であることが望ましい

特許文献１には、放射素子からの電波を反射する反射板を放熱手段として活用する技術が開示されている。この従来の技術では、レドームの一側面を反射板で構成しているので、この反射板の背面が大気と直接接触し、その結果、信号増幅器等の発熱要素から反射板に伝導された熱が該反射板を介して大気に放出されることになる。

特開２００６-１２９３７３号公報

しかし、上記の技術では、外部に露出した反射板が雨風等によって腐食される。そこで、反射板としてステンレス製のものや特殊なコーティングを施したものを使用することになるが、これは、アンテナ装置のコストをアップさせる要因になる。また、反射板の背面（外部に露出した外表面）に存在するスペースを利用して分配器等の他の機器を付設する場合、この機器に厳重な防水処置を施す必要が生じる。

そこで、本発明の目的は、移動通信システムの基地局アンテナ装置のレドーム内に高周波増幅装置や無線装置を収容した場合に、それらに含まれる発熱部品からの熱を効率よくレドーム外に放出することができる移動通信システムの基地局アンテナ装置を提供することにある。

本発明は、筒状の本体部の一端および他端をそれぞれ上蓋部及び下蓋部で塞ぐように構成されたレドームを備え、該レドーム内に、発熱する電子部品が実装された少なくとも一つの回路基板と、アンテナ素子と、該アンテナ素子の背部に位置される金属製の反射板とを配置した基地局アンテナ装置である。
上記目的を達成するため、前記回路基板は、前記発熱する電子部品の熱が前記反射板に伝導されるように該反射板に取り付けられる。また、前記反射板は、前記レドームの上蓋部位置から下蓋部位置まで延びる形状を有し、かつ、その上端部及び他端部において前記レドームの上蓋部及び下蓋部とそれぞれ熱的に結合される。

前記レドームの上蓋部及び下蓋部は、放熱面積を増すために立体形状を有するように形成することができる。すなわち、前記上蓋部及び下蓋部は、例えば、外方に突出する円錐形状を有するように、あるいは、外方に突出する多数の金属製突起を備えるように形成される。

前記反射板は、必要に応じて放熱面積を増すための凸条が配列形成される。また、前記レドームの上蓋部及び下蓋部は、熱伝導性を高めるために少なくとも一部に金属めっきを施しても良い。

本発明によれば、発熱電子部品を含む回路基板が取り付けられたレドーム内の反射板が、レドームの上蓋部位置から下蓋部位置まで延びる形状を有するとともに、その上端部及び他端部において上記レドームの上蓋部及び下蓋部とそれぞれ熱的に結合されるので、発熱電子部品から発生する熱を反射板及びレドームを介して効率よく該レドームの外に放出することができる。

本発明に係る基地局アンテナ装置の一実施形態を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 反射板の構成の一例を示す斜視図である。 基板収納ケースを熱伝導材を介して反射板の背面に固定した状態を示す要部拡大図である。 基板収納ケースを金属製スペーサを介して反射板の背面に固定した状態を示す要部拡大図である。 レドームの蓋部の形状の一例を示す斜視図である。 レドーム外へ熱が放出される経路を示す説明図である。 レドーム内の空間へ熱が放出される経路を示す説明図である。 反射板の構成の他の例を示す斜視図である。 レドームの蓋部の形状の他の例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る基地局アンテナ装置の一実施形態を示す側面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。
本実施形態に係る基地局アンテナ装置は、レドーム１内に基板収納ケース３、反射板５及び複数のアンテナ素子７を収容した構成を有する。

レドーム１は、円筒状の本体部１ａと、この本体部１ａの上部開口を覆う上蓋部１ｂと、本体部１ａの下部開口を覆う下蓋部１ｃとによって構成されている。
基板収納ケース３は、少なくとも一つの電子回路基板を収納している。この電子回路基板には、例えば、高周波信号増幅装置を構成する回路部品、無線装置（周波数変換、アナログ−デジタル変換、信号処理、通信、制御等を行う）を構成する回路部品が実装される。この電子回路基板の部品配置は、実装された電子部品の熱が該基板の全体に効率よく伝導されるように配慮されている。

図３に本実施形態に用いた反射板５を示す。この反射板５は、金属板からなり、アンテナ素子７の指向特性を調整する目的でレドーム１の中心軸線に沿って配置されている。この反射板５の両側には、反射方向に突出する副反射面５ａが形成されている。
反射板５の主反射面上には、図示していない給電用基板が密着配置されている。各アンテナ素子７は、この給電用基板に支持された状態でレドーム１の中心軸線に沿う方向に所定の間隔で配列し、上記給電用基板にプリント形成された金属箔からなる給電回路にそれぞれの給電点が電気的に接続されている。なお、給電用基板に形成された給電回路は、上記電子回路基板に接続される。

基板収納ケース３は、収納した電子回路基板に実装された発熱部品によって加熱されるので、それ自身の熱が反射板５に伝導し得るように該反射板５に固定支持される。すなわち、この基板収納ケース３は、熱伝導媒体を介して反射板５に固定される。図４は、基板収納ケース３を熱伝導媒体の一例であるシリコングリースや熱伝導シート等の熱伝導材９を介して反射板５の背面に固定した状態を示し、図５は、基板収納ケース３を熱伝導媒体の別の例である金属製スペーサ１１を介して反射板５の背面に固定した状態を示している。

レドーム１の上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃは、図６に示すような形状を有し、本体部１ａの上部開口及び下部開口にそれぞれ嵌合された後、該本体部１ａに適宜な手段で固定される。
このレドーム１の上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃには、反射板５の上端部及び下端部が熱伝導性を有する適宜なブラケットを介して固定される。その際、上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃと反射板５との間における熱伝導性をより向上するために上記熱伝導材を用いることができる。この結果、反射板５の上端部及び他端部は、レドーム１の上蓋部及び下蓋部とそれぞれ熱的に結合されることになる。

上記構成の本実施形態に係る基地局アンテナ装置においては、基板収納ケース３の熱が図７に示す経路を通って外気に放出される。
すなわち、内部の発熱部品から伝導された基板収納ケース３の熱は、熱伝導媒体を介して反射板５に伝導された後、該反射板５を介してレドーム１の上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃまで伝導され、外気に接触しているこの上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃを介して外気に放出される。

一方、基板収納ケース３の熱は、図８に示す形態でレドーム１内に放出される。すなわち、基板収納ケース３の熱は、該ケース３からレドーム１内の空間へ直接放出されるとともに、熱伝導媒体を介して反射板５に伝導される。反射板５に伝導された熱は、該反射板５からレドーム１内の空間へ放出されるとともに、該反射板５に密着された前記給電用基板及びこの給電用基板に取り付けられた各アンテナ素子７を介してレドーム１内の空間へ放出される。そして、レドーム１内の空間に放出された熱は、該レドーム１の本体部１ａ、上蓋部１ｂ及び下蓋部１ｃを介して外気に放熱される。

このように、本実施形態に係る基地局アンテナ装置によれば、該基地局アンテナ装置にもともと備わっている部品を利用して発熱部品から発生する熱を効率よくレドーム１の外に放出することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、下記に例示するような種々の変更、付加が可能である。
イ）図６に示す蓋部１ｂ，１ｃに代えて、立体形状を有する例えば、図１０（ａ）に示す蓋部１０ｂ，１０ｃや、図１０（ｂ）に示す蓋部１００ｂ，１００ｃを用いてもよい。
図１０（ａ）に示す蓋部１０ｂ，１０ｃは、円錐状に形成されているので、図６に示す蓋部１ｂ，１ｃよりも大きな放熱面積を得ることができる。
図１０（ｂ）に示す蓋部１００ｂ，１００ｃは、図６に示す蓋部１ｂ，１ｃに対応する蓋本体部１０１の外面に金属製の突起１０２を多数植設した構成を有する。この蓋部１００ｂ，１００ｃにおいても、突起１０２群によって放熱面積が増大される。また、突起１０２の径及び間隔を鳥が留まれない大きさに設定することにより、突起１０２群を鳥害防止具として機能させることができる。
ロ）レドームの上蓋部及び下蓋部は、熱伝導性を高めるために少なくとも一部に金属めっきを施すことが可能である。
ハ）図３に示す反射板５に代えて、例えば、図９（ａ）に示す反射板５０や、図９（ｂ）に示す反射板５００を用いてもよい。
図９（ａ）に示す反射板５０は、多数の凸条５１が長手方向に沿って形成されるように金属板を折り曲げた構成を有する。この反射板５０によれば、図３に示す反射板５よりも大きな放熱面積を得ることができる。また、凸条５１が強度を高める作用をなすので、反射板５に用いた金属板よりも薄い板厚の金属板によって形成することが可能になる。
図９（ｂ）に示す反射板５００は、図３に示す反射板５に対応する反射板本体部５０１の背面に長手方向に沿う多数の凸条（フィン）５０２を突設した構成を有する。この反射板５００によれば、図３に示す反射板５よりも大きな放熱面積を得ることができる。
ニ）基板収納ケース３の配置位置は、図１に示す位置に限定されない。すなわち、基板収納ケース３は、アンテナの諸特性に影響を与えない場所であれば反射板のどこに固定しても良い。
ホ）反射板とレドーム１の上蓋、下蓋は一体成型することも可能である。
ヘ）実施形態におけるレドーム１は、円形状の断面を有するように形成されているが、例えば、半円形状の断面を有するように形成しても良い。
ト）レドーム１の適所、例えばレドームの上蓋部及び下蓋部に換気用のファンを取り付けることも可能である。
チ）レドーム１の適所、例えば下蓋部１ｃに通気孔を形成しても良い。

１ レドーム
１ａ 本体部
１ｂ 上蓋部
１ｃ 下蓋部
３ 基板収納ケース
５ 反射板
５ａ 副反射面
７ アンテナ素子
９ 熱伝導材
１０ｂ，１０ｃ，１００ｂ，１００ｃ 蓋部
１０１ 蓋本体部
１０２ 突起
１１ スペーサ
５０，５００ 反射板
５１ 凸条
５０１ 反射板本体部
５０２ 凸条

Claims (6)

1. 筒状の本体部の一端および他端をそれぞれ上蓋部及び下蓋部で塞ぐように構成されたレドームを備え、該レドーム内に、発熱する電子部品が実装された少なくとも一つの回路基板と、アンテナ素子と、該アンテナ素子の背部に位置される金属製の反射板とを配置した基地局アンテナ装置であって、
   前記回路基板は、前記発熱する電子部品の熱が前記反射板に伝導されるように該反射板に取り付けられ、
   前記反射板は、前記レドームの上蓋部位置から下蓋部位置まで延びる形状を有し、かつ、その上端部及び他端部において前記レドームの上蓋部及び下蓋部とそれぞれ熱的に結合されている、
   ことを特徴とする移動通信システムの基地局アンテナ装置。
2. 前記レドームの上蓋部及び下蓋部は、放熱面積を増すために立体形状を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
3. 前記上蓋部及び下蓋部が外方に突出する円錐形状を有することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
4. 前記上蓋部及び下蓋部が外方に突出する多数の金属製突起を備えることを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
5. 前記反射板は放熱面積を増すための凸条が配列形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
6. 前記レドームの上蓋部及び下蓋部は、熱伝導性を高めるために少なくとも一部に金属めっきが施されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。

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