JP5726613B2 - アンテナユニット及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、目標の角度を測定するためのアンテナ装置と、このアンテナ装置に用いられるアンテナユニットとに関する。

アンテナ装置は、複数のアンテナユニットが構成されて成る。各アンテナユニットは、アンテナ素子を有するアンテナ層、アンテナ素子から送信する信号に対して送信処理を施す送信モジュール、及び、アンテナ素子で受信された信号に対して受信処理を施す受信モジュールを備える。

従来のアンテナユニットは、アンテナ層と送受信モジュールとが個々に構成される縦複合ユニット型となっている。アンテナ層がダイポールアンテナを有する場合、アンテナ素子にはダイポールアンテナを覆い隠すように反射板（リフレクタ）が取り付けられる。送受信モジュールは、それぞれの機能が形成された一枚の回路基板である。送受信モジュールは、アンテナ層の面のうち、反射板が取り付けられる面とは逆の面に、正規配列され、アンテナ層に対して略垂直に接続される。

しかしながら、従来のアンテナユニットの構成では、送信モジュール及び受信モジュールをアンテナ層に略垂直に接続するため、アンテナ層の垂直方向へ延伸せざるを得ない。これは、アンテナ素子の要求仕様により、アンテナ素子を、アンテナ層の奥行き方向に対してある一定間隔で配列する必要があるため、送受信モジュールに対して許容される奥行き方向への寸法はある程度固定されるからである。このことにより、アンテナユニットの小型化及び、アンテナ装置の小型化に弊害をもたらす。

特開２００６−３３２８４０号公報

以上のように、従来のアンテナ装置で用いられるアンテナユニットは、一枚の回路基板に形成される送受信モジュールをアンテナ層に対して略垂直に接続するため、アンテナ層に対して垂直方向に長くなり、アンテナユニット及びアンテナ装置の小型化に弊害をもたらしている。

そこで、目的は、性能を劣化させずに小型化することが可能なアンテナユニット及び、このアンテナユニットを備えるアンテナ装置を提供することにある。

実施形態によれば、アンテナユニットは、アンテナ層、反射板、受信モジュール及び送信モジュールを具備する。アンテナ層は、アンテナ素子が形成される。反射板は、前記アンテナ素子を覆うように前記アンテナ層へ取り付けられる。受信モジュールは、前記アンテナ層で受信される信号に対して受信処理を施すものであり、前記アンテナ層の両面のうち、前記反射板が取り付けられる面と反対側の面に、前記アンテナ層と重なるように配置される。送信モジュールは、前記アンテナ層から送信される信号の送信処理を行うものであり、前記受信モジュールに対して略垂直に接続されることで、前記受信モジュールを介して前記アンテナ層へ前記送信処理後の信号を出力する。

本実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 図１のアンテナユニットの系統図の例を示す図である。 従来のアンテナ装置の構成例を示す図である。 図１のアンテナ装置の変形例を示す図である。 図１のアンテナユニットの変形例を示す図である。 図１のアンテナ装置の変形例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す模式図である。図１に示すアンテナ装置は、４個のアンテナユニット１０−１〜１０−４を具備する。アンテナユニット１０−１〜１０−４は、図中のＹ軸方向に配列される。なお、本実施形態では、Ｙ軸方向に４個のアンテナユニットが配列される場合を示すが、これに限定される訳ではない。アンテナ装置は、アンテナユニットがＸ軸方向に配列されても構わなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に配列されても構わない。アンテナユニット１０−１〜１０−４の機能はそれぞれ同様であるため、以下ではアンテナユニット１０−１について説明する。

アンテナユニット１０−１は、反射板１１、アンテナ層１２、受信モジュール１３及び送信モジュール１４を備える。

アンテナ層１２には、少なくとも１個のアンテナ素子が形成される。アンテナ素子には、例えば、ダイポールアンテナが用いられる。

反射板１１は、アンテナ素子を覆い隠すようにアンテナ層１２に取り付けられる。

受信モジュール１３は、受信処理を行う部材が回路基板に形成されて成る。受信モジュール１３は、アンテナ層１２の両面のうち、反射板１１が取り付けられる面とは反対の面に、アンテナ層１２に重ねられるように設置される。なお、必要があれば、受信モジュール１３の接地を確保するために、受信モジュール１３とアンテナ層１２との間に金属板を挟むようにしても構わない。

送信モジュール１４は、送信処理を行う部材が回路基板に形成されて成る。送信モジュール１４は、受信モジュール１３の両面のうち、アンテナ層１２と重なり合う面とは反対の面に、受信モジュール１３に対して略垂直に接続される。このとき、受信モジュール１３と、送信モジュール１４とは、例えば、ＳＭＡコネクタ等のコネクタにより接続される。

図２は、本実施形態に係るアンテナユニット１０−１の系統図の例を示す図である。なお、図２では、アンテナ層１２にアンテナ素子が２個形成される場合を例に説明するが、これに限定される訳ではない。

アンテナ層１２は、アンテナ素子１２１−１，１２１−２を備える。アンテナ層１２は、アンテナ素子１２１−１，１２１−２により送信信号を送信し、又は、アンテナ素子１２１−１，１２１−２により受信信号を受信する。

受信モジュール１３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３１−１，１３１−２、カプラ（ＣＵＰ）１３２−１，１３２−２、サーキュレータ１３３−１，１３３−２、プロテクタ（ＰＲＴ）１３４−１，１３４−２、低ノイズ増幅部（ＬＮＡ）１３５−１，１３５−２、分配部１３６−１，１３６−２、第１の移相部１３７−１，１３７−２、第２の移相部１３８−１，１３８−２、第１の合成部１３９、第２の合成部１３１０及びコネクタ１３１１−１，１３１１−２を備える。

送信モジュール１４から供給される送信信号は、サーキュレータ１３３−１，１３３−２、ＣＵＰ１３２−１，１３２−２及びＬＰＦ１３１−１，１３１−２を介してアンテナ素子１２１−１，１２１−２から送信される。また、アンテナ素子１２１−１，１２１−２で受信された受信信号は、ＬＰＦ１３１−１，１３１−２、ＣＵＰ１３２−１，１３２−２及びサーキュレータ１３３−１，１３３−２を介して、ＰＲＴ１３４−１，１３４−２へ出力される。ＰＲＴ１３４−１，１３４−２は、ＬＮＡ１３５−１，１３５−２へ大電力の信号が突発的に入力されないように、ＬＮＡ１３５−１，１３５−２を保護するためのものである。

ＬＮＡ１３５−１，１３５−２は、ＰＲＴ１３４−１，１３４−２を介して供給された信号を増幅し、増幅した信号を分配部１３６−１，１３６−２へ出力する。分配部１３６−１，１３６−２は、ＬＮＡ１３５−１，１３５−２からの信号を二つに分配し、一方を第１の移相部１３７−１，１３７−２へ出力し、他方を第２の移相部１３８−１，１３８−２へ出力する。

第１の移相部１３７−１，１３７−２は、分配部１３６−１，１３６−２からの信号の位相を制御し、位相制御後の信号を第１の合成部１３９へ出力する。

第２の移相部１３８−１，１３８−２は、分配部１３６−１，１３６−２からの信号の位相を制御し、位相制御後の信号を第２の合成部１３１０へ出力する。

第１の合成部１３９は、第１の移相部１３７−１，１３７−２から供給される信号を合成することで、アンテナ層１２の縦方向（エレベーション方向、以下、ＥＬ方向と称する。）の差信号であるΔＥＬ信号を生成し、後段へ出力する。

第２の合成部１３１０は、第２の移相部１３８−１，１３８−２から供給される信号を合成することで、和信号であるΣ信号と、アンテナ層１２の横方向（アジマス方向、以下、ＡＺ方向と称する。）の差信号であるΔＡＺ信号を生成し、後段へ出力する。

送信モジュール１４は、バッファ増幅部（ＢＦＡ）１４１、分配部１４２、移相部１４３−１，１４３−２、バッファ増幅部１４４−１，１４４−２、ハイパワー増幅部（ＨＰＡ）１４５−１，１４５−２、サーキュレータ１４６−１，１４６−２及びコネクタ１４７−１，１４７−２を備える。

送信モジュール１４は、コネクタ１４７−１，１４７−２により、受信モジュール１３のコネクタ１３１１−１，１３１１−２と接続する。

分配部１４２は、バッファ増幅部１４１で増幅された信号を分配し、一方を移相部１４３−１へ出力し、他方を移相部１４３−２へ出力する。移相部１４３−１，１４３−２は、分配部１４２からの信号の位相をそれぞれ制御し、位相制御後の信号をバッファ増幅部１４４−１，１４４−２へ出力する。ハイパワー増幅部１４５−１，１４５−２は、バッファ増幅部１４４−１，１４４−２で増幅された信号をさらに大電力で増幅し、増幅した信号をサーキュレータ１４６−１，１４６−２及びコネクタ１４７−１，１４７−２を介して、送信信号として受信モジュール１４へ出力する。

以上のように、上記実施形態では、受信モジュール１３と、送信モジュール１４とをそれぞれ別々の回路基板に形成する。そして、受信モジュール１３をアンテナ層１２に重ねるように配置し、送信モジュール１４を受信モジュール１３に対して略垂直に接続し、受信モジュール１３を介してアンテナ層１２へ送信信号を供給するようにしている。

従来のアンテナユニットでは、図３に示すように、送信モジュールと、受信モジュールとは、同一の回路基板に形成されていた。アンテナ層では、アンテナ素子をＹ軸方向に対してある一定間隔で配列する必要がある。そのため、送受信モジュールのＹ軸方向の寸法には制約があり、Ｚ軸方向に対してある程度の長さが必要となっていた。

これに対して、本実施形態に係るアンテナユニットでは、送信モジュール１４と受信モジュール１３とを完全に分離して構成することで、Ｙ軸方向の寸法に余裕が生まれる。これにより、結果的にＺ軸方向の奥行が減ることになる。これによりアンテナユニットの小型化を図ることが可能となる。

また、図３に示す従来のアンテナユニットでは、送受信モジュールが空冷方式（ブロア等）で冷却可能な構成であれば問題ないが、放熱の観点から空冷方式では構成不可能である場合、液冷方式を採用する必要がある。液冷方式での冷却が必要な場合、送受信モジュール背面に液冷方式の冷却層を設置する必要がある。送信モジュール領域を冷却する必要がある場合、受信モジュール領域を冷却する必要はなくても、送受信モジュール背面に冷却層が設置されることとなり、Ｘ軸方向の寸法が長くなる。これにより、アンテナユニットの小型化の弊害となる問題がある。

これに対して、本実施形態に係るアンテナユニットでは、液冷方式の冷却層を用いる場合であっても、送信モジュール１４のＺ軸方向の奥行が減った分、アンテナユニットの小型化が実現できる。

また、図３に示す従来のアンテナユニットでは、送受信モジュールは送信モジュール機能と受信モジュール機能とを一体化している。一般的に、受信モジュールよりもパワー系が含まれる送信モジュールの方が故障率は高い。従来構成では送信モジュールのみが故障した場合であっても、送受信モジュールを交換しなければならなかった。

これに対して、本実施形態に係るアンテナユニットでは、送信モジュール１４と受信モジュール１３とを完全に分離して構成することで、送信モジュールが故障した場合には、送信モジュールのみを交換すれば良い。つまり、整備性の観点からも本実施形態に係るアンテナユニットは、有利な効果を有する。

したがって、本実施形態に係るアンテナユニット及び、このアンテナユニットを備えるアンテナ装置によれば、性能を劣化させずに小型化することができる。

なお、上記実施形態では、送信モジュール１４がＹ−Ｚ平面に広がりを持つ基板であり、受信モジュール１３におけるＹ軸方向の略中心線に沿って配置される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、送信モジュール１４は、Ｙ軸方向の略中心線よりも外側に配置される場合であっても同様に実施可能である。図４は、送信モジュール１４がＹ軸方向の略中心線よりもずれた位置に存在するアンテナユニットを具備するアンテナ装置の構成を示す図である。このとき、アンテナユニットは、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に配列される。また、Ｘ軸方向に隣り合うアンテナユニットの送信モジュールをそれぞれ接近させる。こうすることで、両送信モジュール間で冷却層を共有することが可能となり、さらなるアンテナ装置の小型化が可能となる。

また、アンテナユニットは、図５に示すように、送信モジュール１４がＸ−Ｚ平面に広がりを持つ基板であり、受信モジュール１３におけるＸ軸方向の略中心線に沿って配置されても構わない。また、送信モジュール１４は、Ｘ軸方向の略中心線よりも外側に配置されても構わない。図６は、図５に示すアンテナユニットを具備するアンテナ装置の構成を示す図である。図６に示すアンテナ装置では、アンテナユニット１０−１の送信モジュール１４−１をＹ軸方向の奥よりに配置し、アンテナユニット１０−２の送信モジュール１４−２をＹ軸方向の手前よりに配置し、アンテナユニット１０−３の送信モジュール１４−３をＹ軸方向の奥よりに配置し、アンテナユニット１０−４の送信モジュール１４−４をＹ軸方向の手前よりに配置する。このとき、送信モジュール１４−１と送信モジュール１４−２との間、及び、送信モジュール１４−３と送信モジュール１４−４との間には冷却層が配置される。このように、隣り合うアンテナユニットの送信モジュールをそれぞれ近付けて配置し、その間に冷却層を配置することで、送信モジュール間で冷却層を共有することが可能となる。つまり、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０−１〜１０−４…アンテナユニット
１１…反射板
１２…アンテナ層
１２１−１，１２１−２…アンテナ素子
１３…受信モジュール
１３１−１，１３１−２…ＬＰＦ
１３２−１，１３２−２…ＣＵＰ
１３３−１，１３３−２…サーキュレータ
１３４−１，１３４−２…ＰＲＴ
１３５−１，１３５−２…ＬＮＡ
１３６−１，１３６−２…分配部
１３７−１，１３７−２…第１の移相部
１３８−１，１３８−２…第２の移相部
１３９…第１の合成部
１３１０…第２の合成部
１３１１−１，１３１１−２…コネクタ
１４，１４−１〜１４−４…送信モジュール
１４１…ＢＦＡ
１４２…分配部
１４３−１，１４３−２…移相部
１４４−１，１４４−２…ＢＦＡ
１４５−１，１４５−２…ＨＰＡ
１４６−１，１４６−２…サーキュレータ
１４７−１，１４７−２…コネクタ

Claims (3)

1. アンテナ素子が形成されるアンテナ層と、
   前記アンテナ層で受信される信号に対して受信処理を施すものであり、前記アンテナ層の両面のうち、前記アンテナ素子が形成される面と反対側の面に、前記アンテナ層と重なるように配置される受信モジュールと、
   前記アンテナ層から送信される信号の送信処理を行うものであり、前記受信モジュールに対して略垂直に接続されることで、前記受信モジュールを介して前記アンテナ層へ前記送信処理後の信号を出力する送信モジュールと
   を具備することを特徴とするアンテナユニット。
2. アンテナ素子が形成されるアンテナ層と、
   前記アンテナ層で受信される信号に対して受信処理を施すものであり、前記アンテナ層の両面のうち、前記アンテナ素子が形成される面と反対側の面に、前記アンテナ層と重なるように配置される受信モジュールと、
   前記アンテナ層から送信される信号の送信処理を行うものであり、前記受信モジュールに対して略垂直に接続されることで、前記受信モジュールを介して前記アンテナ層へ前記送信処理後の信号を出力する送信モジュールと
   を備えるアンテナユニットを複数具備することを特徴とするアンテナ装置。
3. 前記複数のアンテナユニットの送信モジュールは、隣接するアンテナユニットの送信モジュールへ接近するように、前記受信モジュールに接続され、
   前記接近した送信モジュール間では、冷却層が共有されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

Images