JP5875935B2 - 曲面アレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、曲面に沿わせて取り付けが可能な曲面アレイアンテナに関する。

航空機の機体に搭載されるレーダ用のアンテナとして例えば機体の表面の曲面形状に沿わせてアンテナを取り付けることが考えられている。このような用途で使用されるアンテナとしてフレキシブルな基板に部品等を配置してアンテナとして曲面を形成しているアレイアンテナが存在する。従来のアレイアンテナは、反射板を兼ねたケースに送受信モジュールと駆動回路基板と高周波回路基板とを収納し、前記ケースの外面に複数のアンテナ素子が縦横にマトリックス状に配設されたアンテナユニットを電波透過性および可撓性を有する１枚のベースプレート上に貼り付ける構成になっている。

特開２００６−１６５７７９号公報

従来のアレイアンテナを機体に搭載する場合、ベースプレートを湾曲させた状態で組み付けた場合にはベースプレートと一緒にアンテナユニット内の送受信モジュールと駆動回路基板と高周波回路基板などの基板そのものが屈曲する。そのため、電子部品と基板との結合部に応力が集中し、電子部品の破断、もしくは耐久性の低下などの弊害がもたらされる可能性がある。航空機の機体搭載用のアンテナとしてアレイアンテナを使用する場合には、アンテナとして曲面をもちつつ、基板の変形を抑制したアンテナ構造が要望されている。

実施の形態は、上記事情に着目してなされたもので、アンテナとして曲面をもちつつ、基板の変形を抑制した曲面アレイアンテナを提供することにある。

実施の形態によれば、レドームを兼ねた電波透過性および可撓性を有する曲面支持材と、反射板を兼ねたケースに送受信モジュールと駆動回路基板と高周波回路基板とを収納し、前記ケースの外面にアンテナ素子が配設された複数のアンテナユニットとを具備する。前記曲面支持材上に複数の前記アンテナユニットが互いに離間状態で並設され、かつ前記アンテナ素子と前記曲面支持材との間を離間状態で保持する支持部が前記ケースと前記曲面支持材との間に配設され、前記各アンテナユニットの駆動回路基板間および前記各アンテナユニットの高周波回路基板間が可撓性を有する配線部材で結合されたことを特徴とする。

第１の実施の形態のアレイアンテナの概略構成を示す縦断面図。 第１の実施の形態のアンテナ素子の配置状態を示すアレイアンテナ全体の斜視図。 第１の実施の形態のアレイアンテナの支持部を示す要部の縦断面図。 第１の実施の形態のアレイアンテナの組み付け状態を示す縦断面図。 第２の実施の形態のアンテナ素子の配置状態を示すアレイアンテナ全体の斜視図。 第２の実施の形態のアレイアンテナの支持部を示す要部の縦断面図。 第３の実施の形態のアレイアンテナを示す要部の斜視図。 第３の実施の形態のアレイアンテナの支持部を示す要部の縦断面図。 第４の実施の形態のアレイアンテナを示す要部の斜視図。 第４の実施の形態のアレイアンテナの支持部を示す要部の縦断面図。 第５の実施の形態のアレイアンテナの支持部を示す要部の縦断面図。 第５の実施の形態のアレイアンテナ支持部の第１の変形例を示す要部の縦断面図。 第５の実施の形態のアレイアンテナ支持部の第２の変形例を示す要部の縦断面図。 第６の実施の形態のアレイアンテナを示す要部の縦断面図。 第６の実施の形態のアレイアンテナの湾曲状態を示す要部の縦断面図。 第７の実施の形態のアレイアンテナの概略構成を示す縦断面図。 第７の実施の形態のアレイアンテナの湾曲状態を示す縦断面図。 第８の実施の形態のアレイアンテナを示す要部の縦断面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図４は、第１の実施の形態を示す。図１は、航空機の機体に搭載されるレーダ用のアレイアンテナ１の概略構成を示す縦断面図、図２は、アレイアンテナ１全体の斜視図である。本実施の形態のアレイアンテナ１は、レドームを兼ねた電波透過性および可撓性を有する曲面支持材２と、複数、本実施の形態では４つのアンテナユニット３とを具備する。

各アンテナユニット３は、反射板を兼ねたケース４内に送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７とが収納されている。ケース４の外面には、複数のアンテナ素子８が配設されている。図２は、アンテナ素子８の配置状態の一例を示す。本実施の形態では、１つのアンテナユニット３に図２中で、横２列、縦８列にアンテナ素子８が並設されている。そして、４つのアンテナユニット３が、互いに離間状態で横並びに並設されている。本実施の形態では、アレイアンテナ１は、全体的に横８列、縦８列にアンテナ素子８が並設されている。

また、曲面支持材２には、図１に示すように各アンテナユニット３の支持面側で、横２列のアンテナ素子８間の部分と対応する位置にアンテナ素子８と曲面支持材２との間を離間状態で保持する支持部９が突設されている。この支持部９は、アンテナ素子８の並設方向に沿って直線状に延設されている。

さらに、図３に示すように曲面支持材２には、アンテナユニット３を曲面支持材２に固定する固定ねじ１０を挿通するねじ挿通孔１１が支持部９を貫通する状態で形成されている。このねじ挿通孔１１は、支持部９の延設方向に沿って複数個所の適宜の位置に配置されている。そして、４つのアンテナユニット３はそれぞれ曲面支持材２に直線状に配置された支持部９に複数の固定ねじ１０によって結合することにより、曲面支持材２は、支持部９の延設方向には湾曲せず、支持部９の延設方向と平行な中心軸を中心にほぼ円筒形状の円弧に沿って湾曲されるようにすることができる。これにより、アンテナユニット３の変形を抑制する変形抑制部１３が形成されている。

また、各アンテナユニット３の駆動回路基板６間および各アンテナユニット３の高周波回路基板７間は、可撓性を有する配線部材１２ａ、１２ｂでそれぞれ結合されている。ここで、駆動回路基板６間の配線部材１２ａおよび高周波回路基板７間の配線部材１２ｂはそれぞれ可撓性のある柔軟な線材、またはフレキシブルプリント基板の少なくともいずれか一方である。これにより、アレイアンテナ１全体は、１つのアンテナが横８列、縦８列のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）を含む４グループのアンテナユニット３に分割された状態で、各アンテナユニット３の駆動回路基板６間および各アンテナユニット３の高周波回路基板７間が可撓性を有する配線部材１２ａ、１２ｂでそれぞれ結合されて一体化されている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態のアレイアンテナ１は、航空機の機体への搭載時に、機体側のアンテナ装着用の開口部の周縁の湾曲形状に合わせて現場合わせで曲面支持材２が図４に示すように湾曲される。このとき、曲面支持材２は、支持部９の延設方向には湾曲せず、支持部９の延設方向と平行な中心軸を中心にほぼ円筒形状の円弧に沿って湾曲される。ここで、４つのアンテナユニット３はそれぞれ支持部９を介してアンテナ素子８と曲面支持材２との間が離間状態で保持されている。そのため、曲面支持材２が湾曲された場合でも４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）が曲面支持材２と一緒に湾曲されることはなく、平面状態で保持される。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態のアレイアンテナ１では、航空機の機体への搭載時に、曲面支持材２が湾曲された場合でも４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）が平面状態で保持される。そのため、４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）を屈曲させずに使用することができるので、基板と部品との結合部の信頼性が確保される。

また、４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）は屈曲性を考慮する必要がなく、アンテナとしての特性を優先した基板材料の選定が可能である。

さらに、４つのアンテナユニット３はそれぞれ曲面支持材２に直線状に配置された支持部９に複数の固定ねじ１０によって結合することにより、アンテナユニット３の変形を抑制する変形抑制部１３が形成されている。これにより、曲面支持材２は、支持部９の延設方向には湾曲せず、支持部９の延設方向と平行な中心軸を中心にほぼ円筒形状の円弧に沿って湾曲されるようにすることができる。

したがって、本実施の形態では、アンテナとして曲面をもちつつ、４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）の変形を抑制した曲面アレイアンテナ１を提供することができる。

［第２の実施の形態］
（構成）
図５および図６は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図５および図６中で、変更部分以外の大部分の構成は第１の実施の形態と同じであるため、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、アンテナユニット３を曲面支持材２に固定する固定手段を次の通り変更したものである。すなわち、図６に示すようにアンテナユニット３のケース４に固定ねじ２１の挿通孔２２を設けている。また、曲面支持材２の支持部９には、固定ねじ２１と螺合するねじ穴２３を形成している。そして、アンテナユニット３のケース４の内部側から固定ねじ２１を挿通孔２２を通して支持部９のねじ穴２３に螺着することで、アンテナユニット３を曲面支持材２に固定する構成になっている。なお、固定ねじ２１の先端は、アンテナユニット３のケース４に固定されたアンテナ素子８よりも後方に配置されるように設定されている。

（作用・効果）
本実施の形態のアレイアンテナ１では、アンテナユニット３を曲面支持材２に固定する固定ねじ２１をアンテナ素子８よりも後方に配置したので、金属製の固定ねじ２１がアンテナ素子８の電波的な性能に影響を与えることを防ぐことができる。そのため、アレイアンテナ１の性能低下を防止できる。

［第３の実施の形態］
（構成）
図７および図８は、第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図７および図８中で、変更部分以外の大部分の構成は第１の実施の形態と同じであるため、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、図７に示すようにアンテナユニット３を曲面支持材２に固定する固定ねじ（締結物）３１を曲面支持材２の支持部９上に千鳥状に配置してアンテナユニット３の振動を抑制する振動抑制部３２を設けたものである。これにより、支持部９上にアンテナユニット３の中央部を固定している状態で、図８中に点線矢印で示すようにアンテナユニット３が支持部９を中心に両側が振動することを防止することができる。

（作用・効果）
上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、アンテナユニット３と曲面支持材２との間を締結する固定ねじ３１を曲面支持材２の支持部９上に千鳥状に配置した。これにより、アレイアンテナ１全体の屈曲性を確保しつつ、アンテナユニット３の振動を抑制することができる。

［第４の実施の形態］
（構成）
図９および図１０は、第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、第３の実施の形態（図７および図８参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図９および図１０中で、変更部分以外の大部分の構成は第１の実施の形態と同じであるため、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、図９に示すようにアンテナユニット３を曲面支持材２に固定する固定ねじ（締結物）３１を曲面支持材２の支持部９上に支持部９の延設方向と直交する方向に２つ並設させて２点で固定することでアンテナユニット３の振動を抑制する振動抑制部３３を設けたものである。これにより、支持部９上にアンテナユニット３の中央部を固定している状態で、図１０中に点線矢印で示すようにアンテナユニット３が支持部９を中心に両側が振動することを防止することができる。

（作用・効果）
上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、アンテナユニット３と曲面支持材２との間を締結する固定ねじ３１を曲面支持材２の支持部９上に支持部９の延設方向と直交する方向に２つ並設させて２点で固定する振動抑制部３３を設けた。これにより、アレイアンテナ１全体の屈曲性を確保しつつ、アンテナユニット３の振動を抑制することができる。

［第５の実施の形態］
（構成）
図１１は、第５の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図１１中で、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、図１１に示すようにアンテナユニット３の中央位置の支持部９からアンテナユニット３の両側にそれぞれ伸びる延伸部４１の端部と曲面支持材２との間にアンテナユニット３の振動を抑制する弾性体４２を設けたものである。この弾性体４２は、曲面支持材２の曲率に応じて適切に設計され、アンテナユニット３の両側の延伸部４１の端部と曲面支持材２との間の隙間を塞ぐ状態で介設されている。ここで、弾性体４２は、例えばゴムなどのブロック、あるいはばね部材であってもよい。

（作用・効果）
次に、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、アンテナユニット３の両側の延伸部４１の端部と曲面支持材２との間の弾性体４２により、アンテナユニット３の両側の延伸部４１の端部と曲面支持材２との間の隙間を塞いでいるので、アンテナユニット３の振動を抑制することができる。そのため、これにより、アレイアンテナ１全体の屈曲性を確保しつつ、アンテナユニット３の振動を抑制することができる。

（第５の実施の形態のアレイアンテナ１の支持部の第１の変形例）
図１２は、第５の実施の形態のアレイアンテナ１の支持部の第１の変形例を示す。本変形例は、第５の実施の形態の弾性体４２を曲面支持材２におけるアンテナユニット３との対向面に固定したものである。そして、本変形例でも第５の実施の形態と同様の効果が得られる。

（第５の実施の形態のアレイアンテナ１の支持部の第２の変形例）
図１３は、第５の実施の形態のアレイアンテナ支持部の第２の変形例を示す。本変形例は、第５の実施の形態の弾性体４２をアンテナユニット３における曲面支持材２との対向面に固定したものである。そして、本変形例でも第５の実施の形態と同様の効果が得られる。

［第６の実施の形態］
（構成）
図１４および図１５は、第６の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図１４および図１５中で、変更部分以外の大部分の構成は第１の実施の形態と同じであるため、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、図１４に示すように隣接するアンテナユニット３の対向面間に曲面支持材２の曲げすぎによる曲面支持材２の破損を防ぐためのストッパ５１を設けたものである。

（作用・効果）
上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、隣接するアンテナユニット３の対向面間のストッパ５１は、図１４に示すように曲面支持材２が湾曲していない非湾曲形状（真っ直ぐな平面形状）の場合は、互いに離間された状態で保持されている。そして、図１５に示すように曲面支持材２が湾曲した場合には隣接するアンテナユニット３の対向面間のストッパ５１の端面同士が当接し、このストッパ５１の端面同士が当接した位置からさらに曲面支持材２が湾曲することを防止している。そこで、本実施の形態では、隣接するアンテナユニット３の対向面間のストッパ５１によって曲面支持材２の曲げ変形時の移動量を規制することができ、曲面支持材２の曲げすぎによる曲面支持材２の破損を防ぐことができる。

［第７の実施の形態］
（構成）
図１６および図１７は、第７の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図１６および図１７中で、変更部分以外の大部分の構成は第１の実施の形態と同じであるため、図１乃至図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のアレイアンテナ１は、図１６に示すように曲面支持材２におけるアンテナ素子８との対向部にアンテナ素子８を収容可能な凹部６１を切削加工したものである。この凹部６１は、図１６に示すように曲面支持材２が湾曲していない非湾曲形状（真っ直ぐな平面形状）の場合は、アンテナ素子８と非接触状態で保持されている。そして、図１５に示すように曲面支持材２が湾曲した場合にもアンテナ素子８と非接触のままの状態で保持されている。

（作用・効果）
上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、曲面支持材２の凹部６１によってアレイアンテナ１全体を薄くすることができる。また、レドームを兼ねた曲面支持材２での電波透過ロスを小さくすることも可能となる。

［第８の実施の形態］
（構成）
図１８は、第８の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図４参照）のアレイアンテナ１の構成を次の通り変更した本実施の形態のアレイアンテナ１を設けた変形例である。本実施の形態は、隣接するアンテナユニット３のケース４の外面間を結ぶ導体の帯７１を設け、アレイアンテナ１の隣接するアンテナユニット３間の分割部の反射板を補う構成にしたものである。ここで、アンテナユニット３のケース４はアンテナ素子８と接する面が反射板となる。導体の帯７１は、例えばフレキシブルプリント基板、金属箔、金属メッシュなどによって形成されている。

（作用・効果）
上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ１では、隣接するアンテナユニット３のケース４の外面間を結ぶ導体の帯７１によってアレイアンテナ１の隣接するアンテナユニット３間の分割部の反射板を補うことができる。そのため、本実施の形態でも、アンテナとして曲面をもちつつ、４つのアンテナユニット３のアンテナ素子８とそれに付属する基板（送受信モジュール５と駆動回路基板６と高周波回路基板７）の変形を抑制した曲面アレイアンテナ１を提供することができる。

これらの実施形態によれば、アンテナとして曲面をもちつつ、基板の変形を抑制した曲面アレイアンテナを提供することができる。

本発明の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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

２…曲面支持材、３…アンテナユニット、４…ケース、５…送受信モジュール、６…駆動回路基板、７…高周波回路基板、８…アンテナ素子、９…支持部、１０…配線部材。

Claims (8)

1. レドームを兼ねた電波透過性および可撓性を有する曲面支持材と、
   反射板を兼ねたケースに送受信モジュールと駆動回路基板と高周波回路基板とを収納し、前記ケースの外面にアンテナ素子が配設された複数のアンテナユニットとを具備し、
   前記曲面支持材上に複数の前記アンテナユニットが互いに離間状態で並設され、かつ前記アンテナ素子と前記曲面支持材との間を離間状態で保持する支持部が前記ケースと前記曲面支持材との間に配設され、
   前記各アンテナユニットの駆動回路基板間および前記各アンテナユニットの高周波回路基板間が可撓性を有する配線部材で結合された
   ことを特徴とする曲面アレイアンテナ。
2. 前記複数のアンテナ素子は、前記曲面支持材上に縦横にマトリックス状に並設され、
   前記支持部は、マトリックス状に並設された前記複数のアンテナ素子の縦方向、または横方向のいずれか一方の並設方向に沿って直線状に結合することにより、前記アンテナユニットの変形を抑制する変形抑制部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。
3. 前記支持部は、前記アンテナユニットと前記曲面支持材との間を締結する締結物を千鳥状に配置し、アンテナユニットの振動を抑制する振動抑制部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の曲面アレイアンテナ。
4. 前記アンテナユニットまたは前記曲面支持材の少なくともいずれか一方に固定され、前記アンテナユニットの振動を抑制する弾性体を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。
5. 隣接する前記アンテナユニットの対向面間の少なくともいずれか一方に前記曲面支持材の湾曲時に隣接する前記アンテナユニット間の移動量を規制して前記曲面支持材の曲げすぎによる前記曲面支持材の破損を防ぐストッパを設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。
6. 分割した前記アンテナユニットの前記ケース同士を接続する導体を設け、前記反射板を形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。
7. 前記配線部材は、可撓性のある柔軟な線材、またはフレキシブルプリント基板の少なくともいずれか一方である
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。
8. 前記曲面支持材は、前記アンテナユニットの前記アンテナ素子との対向部位に壁部の厚さを小さくする凹部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の曲面アレイアンテナ。

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