JP6192875B1 - 高周波アンテナモジュール及びアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

基板（１）と、ＲＦ信号が入力される入力ポート（６）と、入力ポート（６）に入力されたＲＦ信号を分配する分配回路（８）と、分配回路（８）で分配されたＲＦ信号を増幅する縦続接続された複数の増幅器（１１，１２，１３）を有し、基板（１）の分配回路（８）と同じ側で分配回路（８）を中心として回転対象に配置された複数の増幅ユニット（３）と、基板（１）の増幅ユニットが設けられた側とは反対側に設けられ、対応する増幅ユニット（３）が増幅したＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナ（２）と、増幅ユニット（３）で増幅したＲＦ信号を対応するアンテナ（２）に供給する複数のＲＦ信号供給部（１５）と、を備えた。

Description

この発明は、高周波信号を空間に放射する高周波アンテナモジュール及びこれを用いたアレイアンテナ装置に関する。

通信装置、レーダ装置、電力伝送装置等には、マイクロ波信号を増幅するための高周波モジュールが用いられる。例えば、アクティブフェーズドアレイアンテナ(Active Phased Array Antenna)では、電力合成、ビーム制御のために、複数の高周波モジュールが並列に接続される。入力コネクタを共通化し、複数の高周波モジュールへ分配することにより同軸コネクタ数を削減し、アレイアンテナ装置の薄型・小型化する方式がいくつか提案されている。

高周波電子部品を搭載する絶縁性基板と複数のアンテナを搭載するアンテナ基板とを金属筐体を挟んで配置し、その間を１本の同軸ケーブルで結び、アンテナ基板で分配する方式がある（特許文献１参照）。

複数のアンテナと、アンテナごとの増幅回路と、各増幅回路へＲＦ(Radio Frequency)信号を分配する分配回路とを単層基板または多層基板で一体化して実現する方式がある（特許文献２参照）。

特開２０１２−１０９６７０号公報 特開２０１４−０１７５９８号公報

特許文献１の方式では、高周波電子部品とアンテナ基板とを分けているので、高周波モジュールのさらなる薄型化は難しい。複数のアンテナを有する高周波モジュールでは、分配回路からアンテナまでの配線長は同じにしなければならないが、特許文献２には配線長に関しては何も記載が無い。

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あり、入力コネクタを共通化し分配回路を用いて複数のアンテナへ分配する場合に、容易に複数のアンテナの位相を揃えることができ、かつ薄型化を実現する高周波アンテナモジュールを得ることを目的とする。

この発明に係る高周波アンテナモジュールは、基板と、ＲＦ信号が入力される入力ポートと、前記入力ポートに入力されたＲＦ信号を分配する分配回路と、前記分配回路で分配されたＲＦ信号を増幅する縦続接続された複数の増幅器を有し、前記基板の前記分配回路と同じ側で前記分配回路を中心として回転対象に配置された複数の増幅ユニットと、前記基板の前記増幅ユニットが設けられた側とは反対側に設けられ、対応する前記増幅ユニットが増幅したＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナと、前記増幅ユニットで増幅したＲＦ信号を対応する前記アンテナに供給する複数のＲＦ信号供給部と、を備えたものである。

この発明によれば、入力コネクタを共通化し分配回路を用いて複数のアンテナへ分配する場合に、各アンテナへの等長配線を実現し、かつ薄型化が可能な高周波アンテナモジュールが得られる。

この発明の実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールをアンテナ側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールにおいて高周波アンテナモジュールを金属ブロック側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの構成を示す分解図である。 実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの電気的な構成を説明する回路図である。 実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。 実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の分解図である。 実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の図６に示すＡ−Ａ線での断面図である。 この発明の実施の形態２に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。 実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールをアレイ状に配列する１例を示す平面図である。 実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールをアレイ状に配列する別の１例を示す平面図である。 この発明の実施の形態４に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態５に係る高周波アンテナモジュールの電気的な構成を説明する回路図である。 実施の形態５に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態６に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態７に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態８に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。 この発明の実施の形態９に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。

実施の形態１．
図１から図３を使用して、この発明の実施の形態１に係る高周波アンテナモジュール１００の構造を説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールをアンテナ側から見た斜視図である。図２は、実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールにおいて高周波アンテナモジュールを金属ブロック側から見た斜視図である。図３は、実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの構成を示す分解図である。基板は単層基板でもよい。

高周波アンテナモジュール１００は、正方形の厚板のような外形である。基板１は、表層および内層に伝送線路を有する主面の形状が正方形である誘電体多層基板である。なお、角が直線または曲線で取られている場合も正方形と呼ぶ。基板１の一方の主面に４個の素子アンテナ２が配置されている。基板１の電子部品などが搭載される面およびその反対側の面を主面と呼ぶ。素子アンテナ２は、数ＧＨｚのＲＦ(Radio Frequency)信号を空間に放射する。素子アンテナ２はパッチアンテナである。高さが十分に小さいものであれば、他の種類のアンテナでもよい。

基板１の素子アンテナ２とは反対側の面には、それぞれの素子アンテナ２に対応させて４個の増幅ユニット３が配置されている。分配回路８および増幅ユニット３などを覆うように金属ブロック４が設けられている。金属ブロック４は基板１と同じ大きさである。金属ブロック４に基板１が、ネジ５により固定される。なお、金属ブロック４と基板１を一体化する方法は、ネジ以外でもよい。

金属ブロック４の基板１の側には、電子部品を収納するスペースができるように窪みを設ける。窪みの形状と大きさは、使用する周波数または決められた周波数において、空間の共振による増幅器の発振の抑制ができるように適切に決める。金属ブロック４は、電磁シールドおよび放熱の機能も有する。金属ブロック４は、アルミニウムなどの熱伝導性が高い金属で製作する。金属ブロック４は、基板１との間に分配回路８および増幅ユニット３を収納し、増幅ユニット３が有する発熱部が発生する熱を放熱する金属筐体である。金属ブロックを介さないで放熱する場合は、樹脂製などのブロックを金属ブロックの替わりに使用してもよい。なお、樹脂製のブロックは電磁シールドの機能を持たせるために表面に導体膜を設ける。

金属ブロック４の基板１と接続する側でない面の中央には、増幅するＲＦ信号が入力される入力ポート６を露出させるための貫通穴７が設けられている。基板１の貫通穴７と対応する位置には入力ポート６が設けられている。入力ポート６には、ＲＦ信号を複数（ここでは、４個）に分配する分配回路８が接続する。なお、図３などの模式図では、入力ポート６と分配回路８を一体化して図示している。分配回路８で分配されたＲＦ信号のそれぞれは、増幅ユニット３に入力される。同じ構成である４個の増幅ユニット３は、９０度ずつ回転しており、基板１の分配回路８と同じ側で分配回路８を中心に回転対称に配置される。分配回路８は、入力ポート６から増幅ユニット３への入力点までの配線長が同じになっている。分配回路８の中心が基板１の中心と一致するように配置する。増幅ユニット３は、正確には分配回路８の中心に回転対称に配置される。分配回路８も、その中心に対して回転対称である。

図４により、高周波アンテナモジュール１００の電気的な構成を説明する。図４は、実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの電気的な構成を説明する回路図である。入力ポート６は、ＲＦ信号を伝送するＲＦ信号線３１だけでなく、制御信号線３２および直流電源線３３も接続する。入力ポート６で、ＲＦ信号は同軸コネクタにより接続される。分配回路８で分配されたＲＦ信号が入力される増幅ユニット３は、移相器１０、第１段増幅器１１、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３、アイソレータ１４を有し、これらが直列に接続されている。アイソレータ１４には、基板１を貫通する貫通導体１５(図５に図示)を介して、基板１の増幅ユニット３が設けられた側とは反対側に配置された素子アンテナ２が接続される。素子アンテナ２への給電は、貫通導体１５ではなく電磁結合による給電方式でもよい。貫通導体１５は、増幅ユニット３で増幅したＲＦ信号を対応する素子アンテナ２に供給するＲＦ信号供給部である。

移相器１０は、ＲＦ信号の位相を制御する。各増幅ユニット３では、制御信号線３２から入力される制御信号により、個別に任意の位相に制御できる。第１段増幅器１１、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３は、ＲＦ信号を必要なレベルまで増幅する。増幅されたＲＦ信号は、アイソレータ１４により電気的に分離され、素子アンテナ２に供給される。素子アンテナ２は、ＲＦ信号を空間に放射するアンテナである。縦続接続する増幅器の段数は、２個でも４個以上でもよい。各増幅器の性能と必要な増幅度に応じて、増幅器の段数は適切に決める。

図５により、増幅ユニット３の内部での電子部品の配置について説明する。図５は、実施の形態１に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。図５では、増幅ユニット３の中で最も発熱する最終段の増幅器である第３段増幅器１３が隣接する高周波アンテナモジュール１００との間でどのような位置関係になるかを示すために、縦に２個、横に２個で計４個の高周波アンテナモジュール１００を配置した図で示す。

図５の右上の高周波アンテナモジュール１００の右上の増幅ユニット３を例にして説明する。なお、図を見やすくするために、電子部品の符号は別の増幅ユニット３で付ける。分配回路８から出る配線２１は、図における上側に伸びて増幅ユニット３の長さの２５％程度の位置で右に曲がって伸び、移相器１０に入力する。移相器１０から右側に伸びる配線２２は、第１段増幅器１１に入る。第１段増幅器１１から右側に伸びる配線２３は、基板１の端部の近くで上に曲がり、第２段増幅器１２に入る。第２段増幅器１２から上側に伸びる配線２４は、基板１の右上角付近で左に曲がり、第３段増幅器１３に入る。第３段増幅器１３から左側に伸びる配線２５は、アイソレータ１４に入る。アイソレータ１４から下に伸びる配線２６は、右に曲がり、増幅ユニット３のほぼ中央に設けられた貫通導体１５に接続される。

４個の増幅ユニット３では、分配回路８から素子アンテナ２までの経路は、向きが違うだけで、同じ構成である。そのため、入力ポート６から貫通導体１５までの配線長は各増幅ユニット３で同じになる。４個の増幅ユニット３のそれぞれの貫通導体１５の位置は、分配回路８に対して回転対称の位置に配置されるので、素子アンテナ２も分配回路８に対して回転対称の位置になる。その結果、入力ポート６から素子アンテナ２までの配線長が、それぞれの増幅ユニット３で同じになる。

図５に示す配置例では、高周波アンテナモジュール１００の第３段増幅器１３は、基板１の角部に配置される。角部は、角を含み角から決められた範囲である。そのため、高周波アンテナモジュール１００の内部のそれぞれの第３段増幅器１３は、互いに基板１の幅に近い間隔で離れることになる。また、隣接する高周波アンテナモジュール１００の第３段増幅器１３は、互いに隣接することになる。最終段の増幅器である第３段増幅器１３全体またはその一部は、高周波アンテナモジュール１００が発生する熱の大部分を発生する発熱部である。増幅器の段数が３段でない場合は、最終段の増幅器の全体またはその一部が、発熱部になる。

高周波アンテナモジュール１００を二次元のアレイ状に配列して、アレイアンテナ装置２００を構成する。図６は、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の分解図である。図７は、実施の形態１に係るアレイアンテナ装置の図６に示すＡ−Ａ線でのアレイアンテナ装置の断面図である。図６では、縦に２個、横に２個で計４個の高周波アンテナモジュール１００の部分を切り出して示す。左手前の高周波アンテナモジュール１００は、基板１の素子アンテナ２が配置されていない側での電子部品の配置を示すために、基板１を取り除いた状態として示す。

アレイアンテナ装置２００は、二次元のアレイ状に配列された複数の高周波アンテナモジュール１００と、板状の金属ベース５０と、高周波アンテナモジュール１００の入力ポート６と接続するコネクタ６０を有するベース基板７０とで構成される。コネクタ６０の数は、高周波アンテナモジュール１００と同じ数である。金属ベース５０は、複数の高周波アンテナモジュール１００とベース基板７０とを保持するモジュール保持部である。

金属ベース５０は、角を共有する４個の高周波アンテナモジュール１００の金属ブロック４の角部を包含するように金属ブロック４と接触する四角柱の形状の突起部５５を有する。高周波アンテナモジュール１００で発生する熱であって、主に基板１を経由して金属ブロック４に移動してきた熱を、突起部５５は金属ブロック４から金属ベース５０に移動させる。そうすることで、高周波アンテナモジュール１００を冷却する。つまり、突起部５５は、高周波アンテナモジュール１００すなわち金属ブロック４を冷却する冷却部である。突起部５５の内部に管を設けて、管の内部を通る冷媒により冷却してもよい。金属ベース５０にフィンを設け、自然空冷または強制空冷を実施してもよい。フィンを突起部５５に対応する位置に集中して設けてもよい。突起部５５を金属ベース５０とは別体にして、金属ベース５０が突起部５５を保持してもよい。突起部５５が金属ベース５０と一体の場合も、金属ベース５０が突起部５５を保持しているとする。

ベース基板７０には、突起部５５に対応する位置に開口が設けられる。突起部５５は、ベース基板７０の開口を通り、金属ブロック４と接触する。ベース基板７０の表面には、ＲＦ信号線、直流電源線および制御信号線を、コネクタ６０に分配する配線７５が設けられる。配線７５は、図示しない給電元からコネクタ６０までの配線長が同じ長さになるように配線される。

アレイアンテナ装置２００の動作を説明する。アレイアンテナ装置２００の給電回路から配線７５およびコネクタ６０を介して、高周波アンテナモジュール１００の入力ポート６にＲＦ信号、直流電力、制御信号が供給される。ＲＦ信号は分配回路８で分配され、分配されたＲＦ信号は増幅ユニット３で増幅され、素子アンテナ２から空間に放射される。給電回路からすべての素子アンテナ２までの配線長は同じにしているので、制御信号ですべての素子アンテナ２で同じ位相になるように制御する場合は、すべての素子アンテナ２から同じ位相の電波が空間に放射される。制御信号に位相が制御される場合は、素子アンテナ２が放射する電波の位相は、その素子アンテナ２にＲＦ信号を供給する増幅ユニット３中の移相器１０に対して指示された位相になる。

４個の素子アンテナ２に対して１個の入力ポート６を共通化することで、実装面積を少なくできる。分配回路８を中心に回転対称に送信ユニット３及び素子アンテナ２を配置したので、基板１上で余長処理などの特別な処理が不要で、入力ポート６から素子アンテナ２までの配線長を同じにできる。基板の裏面にアンテナを配置し、回路基板とアンテナ基板を分ける必要がない。その結果、高周波アンテナモジュールの小型化および薄型化が実現できる。また、基板上で余長処理などの特別な処理が不要なので、基板の設計自由度が向上する。

金属ブロック４と接触して金属ブロック４を冷却する冷却部である突起部５５を有するので、高周波モジュール１００を効率的に冷却できる。隣接する複数の高周波モジュール１００の発熱部に対応する位置に突起部５５を設けているので、突起部５５の数を少なくできる。突起部５５の数が少なく、１個の大きさが大きくなるので、突起部５５の替わりにより冷却効率を高い冷却部を用いることもできる。突起部５５を、発熱部と対応する位置で金属ブロック４と接触させることで、効率よく金属ブロック４を冷却できる。発熱部と対応する位置とは、発熱部の直下の位置、または発熱部と近い箇所で金属ブロックが基板と接触する位置の金属ベース側の位置である。

増幅ユニットの内部の電子部品の配置は、自由に設計できる。正方形の基板ではなく、回転対称な形状であれば三角形、六角形など他の形状の主面を有する基板でもよい。分配回路で分配する個数は４個でなくてもよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態２．
実施の形態２は、高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を変更した場合である。図８は、この発明の実施の形態２に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。実施の形態２の高周波アンテナモジュール１００Ａは、その外観と電気的な構成は実施の形態１の高周波アンテナモジュール１００と同様である。図８において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図８の右上の高周波アンテナモジュール１００Ａの右上の増幅ユニット３Ａを例にして説明する。なお、図を見やすくするために、電子部品の符号は別の増幅ユニット３Ａで付ける。分配回路８から出る配線２１Ａは、図における上側に伸びて基板１の端部付近で９０度右に曲がり移相器１０に入力する。移相器１０から下側に伸びる配線２２Ａは、第１段増幅器１１に入る。第１段増幅器１１から下側に伸びる配線２３Ａは、分配回路８の近くで右に曲がり、第２段増幅器１２に入る。第２段増幅器１２から右側に伸びる配線２４Ａは、途中で上に曲がり、第３段増幅器１３に入る。第３段増幅器１３から上側に伸びる配線２５Ａは、アイソレータ１４に入る。アイソレータ１４から左の伸びる配線２６Ａは、下に曲がり、増幅ユニット３のほぼ中央に設けられた貫通導体１５に接続される。

図８に示す配置例では、それぞれの高周波アンテナモジュール１００Ａにおいて、それぞれの増幅ユニット３Ａの第３段増幅器１３は、基板１の長さの半分程度の距離を持つことになる。また、隣接する高周波アンテナモジュール１００Ａの第３段増幅器１３も、基板１の長さの半分程度の距離を持つことになる。ここで、第３段増幅器１３全体を発熱部とする。発熱部どうしの間の距離が例えば基板の長さの４０％などの決められた距離以上になり、発熱部と基板の端との距離を例えば基板の長さの２０％などの決められた距離になる位置に、発熱部を配置する。

図示しないが、実施の形態２に係るアレイアンテナ装置２００Ａは、金属ベース５０Ａおよびベース基板７０Ａを有する。金属ベース５０Ａは、金属ベース５０と比較して、発熱部の直下の位置に配置された、４倍の数の四角柱状の突起５５Ａを有する。突起５５Ａの断面の形状は正方形であり、その辺の長さは突起５０の辺の半分程度である。ベース基板７０Ａは、突起５５Ａに対応する位置に開口を有する。

アンテナ装置２００Ａは、アンテナ装置２００と同様に動作する。高周波アンテナモジュールの小型化および薄型化が実現できる。

ベース基板５０Ａには突起部５５Ａから熱が移動してくる。突起部５５Ａの数は、突起部５５の数の４倍なので、ベース基板５０Ａには分散して熱が移動することになる。そのため、ベース基板５０Ａに対して、自然空冷または強制空冷で、実施の形態１の場合よりも効率的に冷却することができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、高周波アンテナモジュールが２個の増幅ユニットを有する場合である。図９は、この発明の実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。図９において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３に係る高周波アンテナモジュール１００Ｂは、正方形の基板１Ｂの中央に入力ポート６Ｂと分配回路８Ｂが設けられる。高周波アンテナモジュール１００Ｂは、２個の増幅ユニット３Ｂを有し、第３段増幅器１３が分配回路８Ｂの図における上部および下部に配置される。基板１Ｂの裏面には、２個の素子アンテナ２が存在する。

図１０は、実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールをアレイ状に配列する１例を示す平面図である。図１０において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０は、高周波アンテナモジュール１００Ｂを、第３段増幅器１３が隣接しないように配列した場合である。隣接する高周波アンテナモジュール１００Ｂを、互いに９０度だけ向きを変えて配置する。

図１０に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｂを配列したアレイアンテナ装置２００Ｂは、アレイアンテナ装置２００と同様に動作し、同様な効果を有する。

図１１は、実施の形態３に係る高周波アンテナモジュールをアレイ状に配列する別の１例を示す平面図である。図１１において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図１１は、高周波アンテナモジュール１００Ｂを、第３段増幅器１３が隣接するように配列した場合である。高周波アンテナモジュール１００Ｂを、すべて同じ向きに配置する。同じ向きに配置するので、基板の形状は正方形でなくてもよく、長方形、平行四辺形などでもよい。基板の形状は、１８０度の回転で回転対称である四角形であればよい。

図１１に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｂを配列したアレイアンテナ装置２００ＢＡは、アレイアンテナ装置２００Ａと同様に動作し、同様な効果を有する。

実施の形態４．
実施の形態４は、高周波アンテナモジュールが１６個の増幅ユニットを有する場合である。図１２は、この発明の実施の形態４に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。図１２において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態４に係る高周波アンテナモジュール１００Ｃの基板１Ｃ上には、１個の入力ポート６Ｃ、１個の１次分配回路８Ｃ、４本の分配回路間配線２９、４個の２次分配回路９Ｃおよび１６個の増幅ユニット３Ｃが存在する。１次分配回路８Ｃは入力ポート６Ｃに入力されたＲＦ信号を４本の分配回路間配線２９に分配する。それぞれの分配回路間配線２９は、１次分配回路８Ｃから入力されるＲＦ信号を２次分配回路９Ｃに出力する。それぞれの２次分配回路９Ｃは、分配回路間配線２９から入力されるＲＦ信号を分配して、４個の増幅ユニット３Ｃに出力する。基板１Ｃの裏面には、１６個の増幅ユニット３Ｃと対応する位置に１６個の素子アンテナ２が存在する。

それぞれの増幅ユニット３Ｃの内部の電子部品の配置は、増幅ユニット３と同様である。なお、増幅ユニット３Ａと同様にしてもよい。また、１個の２次分配回路９Ｃと、その２次分配回路９Ｃから分配されたＲＦ信号をそれぞれ増幅する４個の増幅ユニット３Ｃの配置は、分配回路８と増幅ユニット３の配置と同様である。

１次分配回路８Ｃでは、ＲＦ信号の入力点から分配後の出力点までの配線長が同じである。すべての２次分配回路９Ｃでは、ＲＦ信号の入力点から分配後の出力点までの配線長が同じである。すべての分配回路間配線２９は、同じ配線長を有する。すべての増幅ユニット３Ｃで、配線長は同じである。したがって、入力ポート６Ｃからそれぞれの増幅ユニット３Ｃが接続する素子アンテナ２までの配線長は、すべて同じになる。

図示しないが、実施の形態４に係るアレイアンテナ装置２００Ｃは、２次元のアレイ状に配列した複数個の高周波アンテナモジュール１００Ｃ、金属ベース５０Ｃおよびベース基板７０Ｃを有する。

アレイアンテナ装置２００Ｃは、アレイアンテナ装置２００と同様に動作する。高周波アンテナモジュールの小型化および薄型化が実現できる。１個の入力ポート６Ｃに対して１６個の素子アンテナ２が対応するので、入力ポートを共通化することの効果は、高周波アンテナモジュール１００の場合よりも大きい。

実施の形態５．
実施の形態５は、高周波アンテナモジュールが移相器を有さずＰＬＬ回路（Phased Lock Loop）を有するように、実施の形態２を変更した場合である。図１３は、この発明の実施の形態５に係る高周波アンテナモジュールの電気的な構成を説明する回路図である。図１３において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態５に係る高周波アンテナモジュール１００Ｄは、入力ポート６Ｄ、分配回路８Ｄ、増幅ユニット３Ｄおよび素子アンテナ２を有する。入力ポート６Ｄは、ＲＦ信号線３１の替わりに、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの基準信号（基準クロック信号ともいう）を伝送する基準信号線３４を接続する。分配回路８Ｄは、基準信号を分配する。分配された基準信号は、増幅ユニット３Ｄに入力される。増幅ユニット３Ｄは、ＰＬＬ回路１６、第１段増幅器１１、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３、アイソレータ１４を有し、これらが直列に接続されている。ＰＬＬ回路１６は、内部に発振器を有し、制御信号と基準信号が入力されて、任意の位相に設定された数ＧＨｚのＲＦ信号を出力する。ＰＬＬ回路１６は、基準信号を基にＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成回路である。

図１４は、実施の形態５に係る高周波アンテナモジュールの基板上での電子部品の配置を説明する平面図である。図１４において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２の場合の図８と比較して、移相器１０の位置にＰＬＬ回路１６が配置されている点が異なる。第３段増幅器１３の配置位置は、図８と同じである。入力ポート６Ｄから素子アンテナ２までの配線長が、それぞれの増幅ユニット３Ｄで同じになる。

実施の形態５に係るアンテナ装置２００Ｄは、基準信号と制御信号が入力されて、ＰＬＬ回路１６で基準信号からＲＦ信号が生成されて、素子アンテナ２からＲＦ信号を空間に放射する。

高周波アンテナモジュールが発振器を内蔵するので、高周波アンテナモジュールには低周波の制御信号および基準信号が入力される。入力ポートおよびコネクタに、ＲＦ信号用の同軸コネクタを用いる必要が無くなり、入力ポートおよびコネクタを安価に製造できる。

入力ポート６ＤからＰＬＬ回路１６までは基準信号が伝送される。基準信号はＲＦ信号よりも波長が長い。そのため、同じ配線長の差で生じる位相差は、基準信号の場合はＲＦ信号よりも小さくなる。したがって、位相差を許容できる最大値以下にするために必要な、入力ポート６ＤからＰＬＬ回路１６までの配線長の許容誤差が、基準信号の場合はＲＦ信号よりも長くなる。

実施の形態６．
実施の形態６は、正三角形の基板上に隣接する高周波アンテナモジュールの発熱部が隣接しないように配置した場合である。図１５は、この発明の実施の形態６に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。図１５において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態６に係る高周波アンテナモジュール１００Ｅの正三角形の基板１Ｅ上には、１個の入力ポート６Ｅ、１個の分配回路８Ｅ、３個の増幅ユニット３Ｅが配置される。入力ポート６Ｅと分配回路８Ｅは、三角形の重心付近に配置される。増幅ユニット３Ｅにおいて、移相器１０と第１段増幅器１１は、三角形の頂点に向かって配置され、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３、アイソレータ１４は三角形の辺に沿って配置される。貫通導体１５は、アイソレータ１４の辺から遠い側に配置する。

図１５に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｅを配列したアレイアンテナ装置２００Ｅは、アレイアンテナ装置２００Ａと同様に動作し、同様な効果を有する。

実施の形態７．
実施の形態７は、正三角形の基板上に隣接する高周波アンテナモジュールの発熱部が隣接するように配置した場合である。図１６は、この発明の実施の形態７に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。図１６において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態７に係る高周波アンテナモジュール１００Ｆの正三角形の基板１Ｆ上には、１個の入力ポート６Ｆ、１個の分配回路８Ｆ、３個の増幅ユニット３Ｆが配置される。入力ポート６Ｆと分配回路８Ｆは、三角形の重心付近に配置される。増幅ユニット３Ｆにおいて、移相器１０と第１段増幅器１１、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３は、三角形の頂点に向かって配置される。アイソレータ１４は三角形の辺のほぼ中央に配置される。貫通導体１５は、アイソレータ１４の辺から遠い側に配置する。

図１６に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｆを配列したアレイアンテナ装置２００Ｆは、アレイアンテナ装置２００と同様に動作し、同様な効果を有する。

実施の形態８．
実施の形態８は、正六角形の基板上に隣接する高周波アンテナモジュールの発熱部が隣接しないように配置した場合である。図１７は、この発明の実施の形態８に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。図１７において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態８に係る高周波アンテナモジュール１００Ｇの正六角形の基板１Ｇ上には、１個の入力ポート６Ｇ、１個の分配回路８Ｇ、６個の増幅ユニット３Ｇが配置される。入力ポート６Ｇと分配回路８Ｇは、六角形の重心付近に配置される。増幅ユニット３Ｇにおいて、移相器１０と第１段増幅器１１は、六角形の頂点に向かって配置され、第２段増幅器１２、第３段増幅器１３、アイソレータ１４は三角形の辺に沿って配置される。貫通導体１５は、アイソレータ１４の辺から遠い側に配置する。
なお、増幅ユニットの個数は２個または３個でもよい。次の実施の形態でも同様である。

図１７に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｇを配列したアレイアンテナ装置２００Ｇは、アレイアンテナ装置２００Ａと同様に動作し、同様な効果を有する。

実施の形態９．
実施の形態９は、正六角形の基板上に隣接する高周波アンテナモジュールの発熱部が隣接するように配置した場合である。図１８は、この発明の実施の形態９に係る高周波アンテナモジュールの基板上の電子部品の配置を説明する平面図である。図１８において、図１〜図７と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態９に係る高周波アンテナモジュール１００Ｈの正六角形の基板１Ｈ上には、１個の入力ポート６Ｈ、１個の分配回路８Ｈ、６個の増幅ユニット３Ｈが配置される。入力ポート６Ｈと分配回路８Ｈは、六角形の重心付近に配置される。増幅ユニット３Ｈにおいて、移相器１０、第１段増幅器１１、第２段増幅器１２および第３段増幅器１３は、六角形の頂点に向かって配置される。アイソレータ１４は三角形の辺のほぼ中央に沿って配置される。貫通導体１５は、アイソレータ１４の辺から遠い側に配置する。

図１８に示すように高周波アンテナモジュール１００Ｈを配列したアレイアンテナ装置２００Ｈは、アレイアンテナ装置２００Ａと同様に動作し、同様な効果を有する。

本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。

１００ 高周波アンテナモジュール（実施の形態１）、
１ 基板、
２ 素子アンテナ、
３ 増幅ユニット、
４ 金属ブロック、
５ ネジ、
６ 入力ポート、
７ 貫通穴、
８ 分配回路、
１０ 位相器、
１１ 第１段増幅器、
１２ 第２段増幅器、
１３ 第３段増幅器（発熱部）、
１４ アイソレータ、
１５ 貫通導体（ＲＦ信号供給部）、
２１ 配線、
２２ 配線、
２３ 配線、
２４ 配線、
２５ 配線、
２６ 配線、
３１ ＲＦ信号線、
３２ 制御信号線、
３３ 直流電源線、
２００ アレイアンテナ装置、
５０ 金属ベース、
５５ 突起部（冷却部）、
６０ コネクタ、
７０ ベース基板、
７５ 配線、

１００Ａ 高周波アンテナモジュール（実施の形態２）、
１Ａ 基板、
３Ａ 増幅ユニット、
８Ａ 分配回路、
２１Ａ 配線、
２２Ａ 配線、
２３Ａ 配線、
２４Ａ 配線、
２５Ａ 配線、
２６Ａ 配線、
２００Ａ アレイアンテナ装置、
５０Ａ 金属ベース、
５５Ａ 突起部（冷却部）、
７０Ａ ベース基板、

１００Ｂ 高周波アンテナモジュール（実施の形態３）、
１Ｂ 基板、
３Ｂ 増幅ユニット、
６Ｂ 入力ポート、
８Ｂ 分配回路、
２００Ｂ アレイアンテナ装置、
２００ＢＡ アレイアンテナ装置、

１００Ｃ 高周波アンテナモジュール（実施の形態４）、
１Ｃ 基板、
３Ｃ 増幅ユニット、
６Ｃ 入力ポート、
８Ｃ １次分配回路、
９Ｃ ２次分配回路、
２９ 分配回路間配線、
２００Ｃ アレイアンテナ装置、

１００Ｄ 高周波アンテナモジュール（実施の形態５）、
３Ｄ 増幅ユニット、
６Ｄ 入力ポート、
８Ｄ 分配回路、
１６ ＰＬＬ回路（ＲＦ信号生成回路）、
３４ 基準信号線、
２００Ｄ アレイアンテナ装置、

１００Ｅ 高周波アンテナモジュール（実施の形態６）、
１Ｅ 基板、
３Ｅ 増幅ユニット、
６Ｅ 入力ポート、
８Ｅ 分配回路、
２００Ｅ アレイアンテナ装置、

１００Ｆ 高周波アンテナモジュール（実施の形態７）、
１Ｆ 基板、
３Ｆ 増幅ユニット、
６Ｆ 入力ポート、
８Ｆ 分配回路、
２００Ｆ アレイアンテナ装置、

１００Ｇ 高周波アンテナモジュール（実施の形態８）、
１Ｇ 基板、
３Ｇ 増幅ユニット、
６Ｇ 入力ポート、
８Ｇ 分配回路、
２００Ｇ アレイアンテナ装置、

１００Ｈ 高周波アンテナモジュール（実施の形態９）、
１Ｈ 基板、
３Ｈ 増幅ユニット、
６Ｈ 入力ポート、
８Ｈ 分配回路、
２００Ｈ アレイアンテナ装置。

Claims (13)

1. 基板と、
   ＲＦ信号が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに入力されたＲＦ信号を分配する分配回路と、
   前記分配回路で分配されたＲＦ信号を増幅する縦続接続された複数の増幅器を有し、前記基板の前記分配回路と同じ側で前記分配回路を中心として回転対象に配置された複数の増幅ユニットと、
   前記基板の前記増幅ユニットが設けられた側とは反対側に設けられ、対応する前記増幅ユニットが増幅したＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナと、
   前記増幅ユニットで増幅したＲＦ信号を対応する前記アンテナに供給する複数のＲＦ信号供給部と、
   を備えた高周波アンテナモジュール。
2. 基板と、
   基準信号が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに入力された基準信号を分配する分配回路と、
   前記分配回路で分配された基準信号を基にＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成回路、および前記ＲＦ信号生成回路で生成されたＲＦ信号を増幅する縦続接続された複数の増幅器を有し、前記基板の前記分配回路と同じ側で前記分配回路を中心として回転対象に配置された複数の増幅ユニットと、
   前記基板の前記増幅ユニットが設けられた側とは反対側に設けられ、対応する前記増幅ユニットが増幅したＲＦ信号を空間に放射する複数のアンテナと、
   前記増幅ユニットで増幅したＲＦ信号を対応する前記アンテナに供給する複数のＲＦ信号供給部と、
   を備えた高周波アンテナモジュール。
3. 前記増幅ユニットおよび前記分配回路を前記基板との間に収納し、前記増幅ユニットが有する発熱部が発生する熱を放熱する金属筐体をさらに備えた請求項１または請求項２に記載の高周波アンテナモジュール。
4. 前記発熱部を前記基板の角部に配置したことを特徴とする請求項３に記載の高周波アンテナモジュール。
5. 前記発熱部の間の距離が決められた距離以上になり、前記発熱部と前記基板の端との距離が決められた距離以上になる位置に、前記発熱部を配置したことを特徴とする請求項３に記載の高周波アンテナモジュール。
6. 前記増幅ユニットが４個であり、
   前記基板の主面の形状が正方形であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュール。
7. 前記増幅ユニットが３個であり、
   前記基板の主面の形状が正三角形であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュール。
8. 前記増幅ユニットが２個または３個または６個であり、
   前記基板の主面の形状が正六角形であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュール。
9. 前記増幅ユニットが２個であり、
   前記基板の主面の形状が１８０度の回転で回転対称である四角形であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュール。
10. 二次元のアレイ状に配列された複数の請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュールと、
    前記入力ポートと接続する複数のコネクタを有するベース基板と、
    複数の前記高周波アンテナモジュールおよび前記ベース基板を保持するモジュール保持部と、
    を備えたアレイアンテナ装置。
11. 二次元のアレイ状に配列された複数の請求項３から５までのいずれか１項に記載の高周波アンテナモジュールと、
    前記入力ポートと接続する複数のコネクタを有するベース基板と、
    複数の前記高周波アンテナモジュールおよび前記ベース基板を保持するモジュール保持部と、
    前記ベース基板に設けられた開口を通り、前記金属筐体と接触して前記金属筐体を冷却する冷却部とを備えたアレイアンテナ装置。
12. 前記冷却部を、前記発熱部と対応する位置で前記金属筐体と接触させることを特徴とする請求項１１に記載のアレイアンテナ装置。
13. 前記冷却部を、複数の前記発熱部と対応する位置で前記金属筐体と接触させることを特徴とする請求項１１に記載のアレイアンテナ装置。

Images