JP6848863B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを介して無線信号を送受信する通信回路を備えた無線通信装置に関する。
本願は、２０１５年７月８日に出願された特願２０１５−１３７０６９号及び２０１６年２月２２日に出願された特願２０１６−３０７３６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、ネットワーク技術の進展に伴い移動端末装置及び基地局の数が増大し、ネットワーク上で送受信される無線通信量が急激に増加している。このため、無線通信装置では複数のアンテナを同時に用いるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信方式や間隔を空けて配列された複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイによるビームフォーミングの利用が進められている。また、移動体通信用基地局などの無線通信装置に搭載されるアンテナ数が増加するとともに、アンテナに接続される通信回路やベースバンド回路の数も増加する傾向にある。このようにアンテナ数や回路数の増加に伴って無線通信装置の発熱量は増大しており、アンテナや回路を冷却するための放熱器や熱交換器の大型化を招いている。

従来、複数のアンテナを搭載したアンテナ装置や放熱対策を施したアンテナ装置が開発されている。特許文献１は、ヒートシンク搭載アンテナ反射板を供えたアクティブアンテナシステム無線モジュールを開示している。特許文献２は、レドーム内に電子部品を実装した回路基板と、アンテナ素子と、反射板とを配設した移動通信システム基地局アンテナ装置を開示しており、電子部品からの発熱を効率よくレドーム外に放出する構造を採用している。特許文献３は、反射板と放射素子とを備えたアンテナを開示しており、放射素子は一対のダイポールアンテナ素子を複数配置したアレイ構造とされている。特許文献４は、通気口群を形成した細長形状のカバー内に電子部品を搭載したアンテナ装置を開示しており、カバーの温度が過度に上昇することを防止している。特許文献５は、第１の周波数帯域用の第１の放射素子モジュールと第２の周波数帯域用の第２の放射素子モジュールとを備えた移動通信基地局二重帯域二重偏波アンテナを開示しており、第２の放射素子モジュールは十字形の複数のダイポールで構成されている。

米国特許出願公開第２０１３／０２２２２０１号公報 特開２０１４−８２７０１号公報 特開２０１３−１９７６６４号公報 特開２０１３−３１０７４号公報 特表２０１０−５０３３５６号公報

上述のように、特許文献１は放熱器とアンテナの反射板とを一体化して、体積当たりの放熱性能を向上させることで小型化された無線通信装置を開示している。この無線通信装置では、比較的大きな面積を示す金属製の反射板を放熱経路として活用するとともに、反射板の裏面側に放熱フィンを設けることで熱抵抗を低減している。これにより、無線通信装置の体積を増大させることなく放熱性能の向上が可能とされている。

特許文献１の無線通信装置では、反射板の裏面側に設けられた放熱フィンを主として放熱を行なうため、無線通信装置を壁面や柱などに設置した場合には、放熱フィンの大部分が壁面や柱などによって覆われてしまい、放熱フィンに接触する十分な空気の量を確保できず、放熱性能が限定される可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、複数のアンテナを搭載した構造が大型化することを抑制することができ、かつ、放熱性能を向上させることが可能な無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信装置は、電磁波を反射する反射面が形成された反射板と、反射板を覆って反射面との間に通気流路を形成するとともに、通気流路に連通する吸気孔及び排気孔が形成されたレドームと、反射面から通気流路内に配置され、反射面上で間隔を空けて配列された複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、アレイアンテナを励振させることにより無線信号を送受信する通信回路とを備える。複数のアンテナ素子はそれぞれ反射面から直交する方向に延在する板状の誘電体基板上にアンテナパターンが形成されている。

本発明によれば、無線通信装置を大型化することなく複数のアンテナ素子を配列し、かつ、レドームの通気流路内に空気を対流させることにより通信回路の発熱の放熱効果を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る無線通信装置の斜視図である。 無線通信装置内の反射板上に設置されるアンテナ素子の斜視図である。 複数のアンテナ素子に接続される無線回路の構成の一例を示すブロック図である。 複数のアンテナ素子に接続される無線回路の構成の他の例を示すブロック図である。 実施例１に係る無線通信装置において通信回路の発熱を外部へ放熱する動作を説明するための拡大側面図である。 実施例１の第１変形例に係る無線通信装置の拡大側面図である。 実施例１の第２変形例に係る無線通信装置の斜視図である。 アンテナ素子の第１変形例を示す斜視図である。 アンテナ素子の第２変形例を示す斜視図である。 図８のＡ−Ａ矢視断面図である。 実施例１の第３変形例に係る無線通信装置の斜視図である。 アンテナ素子の第３変形例を示す断面図である。 実施例１の第４変形例に係る無線通信装置の斜視図である。 本発明の実施例２に係る無線通信装置の斜視図である。 本発明の実施例２に係る無線通信装置の平面図である。 アンテナ素子の第４変形例を示す斜視図である。 アンテナ素子の第４変形例を構成するプリント配線部の斜視図である。 アンテナ素子の第５変形例を示す斜視図である。 実施例２の変形例に係る無線通信装置の斜視図である。 本発明の実施例３に係る無線通信装置の斜視図である。 実施例３の第１変形例に係る無線通信装置の斜視図である。 実施例３の第２変形例に係る無線通信装置の斜視図である。

本発明に係る無線通信装置について実施例とともに添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る無線通信装置１００の斜視図である。無線通信装置１００は、箱状の筐体部１０６と、筐体部１０６に一体に取り付けられた反射板１０１と、反射板１０１上に設けられた複数のアンテナ素子１０２を有するアレイアンテナ１０２Ｒと、アレイアンテナ１０２Ｒを覆うレドーム（ｒａｄｏｍｅ：ｒａｄａｒ ｄｏｍｅ）１０３とを備えている。また、レドーム１０３の上下端には吸気孔１０４と排気孔１０５とが形成されている。

筐体部１０６の内部には通信回路１０６Ｃが内蔵されている。通信回路１０６Ｃは、アレイアンテナ１０２Ｒに電気的に接続されている。これにより、通信回路１０６Ｃで生成された無線信号はアレイアンテナ１０２Ｒを介して電磁波として大気中に放射され、他の設備（例えば、無線端末装置等）との間で送受信される。また、通信回路１０６Ｃは熱伝導性の高い部材で反射板１０１と接続されており、発熱の一部が反射板１０１に伝導される。

反射板１０１は、導電性を有する材料で形成された板状の部材である。反射板１０１の一方側の面は、電磁波を反射する反射面１０１Ａとされている。反射板１０１は、反射面１０１Ａを鉛直方向に交差する方向（即ち、水平方向）に向けた状態で配置される。以下の説明では、反射面１０１Ａに相当する平面内で互いに直交する方向をそれぞれｘ軸方向及びｙ軸方向として定義する。また、ｘ軸及びｙ軸によって形成されるｘｙ平面の法線方向をｚ軸方向と定義する。さらに、ｙ軸正方向側を鉛直上方側とし、ｙ軸負方向側を鉛直下方側とする。

反射板１０１の反射面１０１Ａ上には、複数のアンテナ素子１０２が互いに間隔を空けて配列されている。図２は、反射板１０１の反射面１０１Ａ上に設置されたアンテナ素子の斜視図である。図１及び図２に示すように、アンテナ素子１０２は板状をなしており、反射面１０１Ａに対して概ね垂直な方向（ｚ軸方向）に延在している。実施例１に係る無線通信装置１００では、複数のアンテナ素子１０２は反射面１０１Ａの法線方向（ｚ軸方向）から見て格子状に配列されている。また、アンテナ素子１０２の厚さ方向の両面はそれぞれｘ軸方向を向いている。

図２に示すように、個々のアンテナ素子１０２は、板状の誘電体基板１１０と、誘電体基板１１０の表面に形成された導体パターンであるアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂとを有している。誘電体基板１１０は、その厚さ方向の両面をｘ軸方向に向けて配置される。誘電体基板１１０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板や、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）のようなセラミック基板によって形成される。

無線通信装置１００では、アンテナ素子１０２の誘電体基板１０１の一方側の面に略Ｌ字型のプリント基板が一対設けられている。プリント基板は、例えば、銅箔のように良好な電気伝導性と熱伝導性とを備える材料で形成されることが望ましい。つまり、一対のＬ字状のプリント基板が一対のアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂに相当する。

アンテナパターン１１１ａ、１１１ｂは、給電点１１２を介して筐体部１０６に内蔵された通信回路１０６Ｃに接続されている。つまり、通信回路１０６Ｃで生成された無線信号を給電点１１２を介してアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂに給電することで励振する。上述のように、個々のアンテナ素子１０２ではアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂをｘ軸方向に向けて配置されることから、ｙ軸方向（即ち、鉛直方向）に偏波された電磁波を送受信可能なダイポールアンテナを形成する。

無線通信装置１００では、アンテナ素子１０２を反射面１０１Ａ上に複数配列することでアレイアンテナ１０２Ｒが形成される。即ち、アンテナ素子１０２毎に信号の位相や電力を変化させることで特定の方向に向かうビームを形成することができる。

図１に示すように、レドーム１０３は、反射板１０１の反射面１０１Ａ側を覆う部材である。具体的には、レドーム１０３はｙ軸方向から見て略Ｃ字型に折曲されている。レドーム１０３のｘ軸方向両側の端縁は、筐体部１０６のｙ軸方向に延在する両側の辺部分にそれぞれ固定される。このように、レドーム１０３が筐体部１０６に固定された状態において、レドーム１０３と反射面１０１Ａとの間には通気流路１０３Ｆとしての空間が形成される。この空間内には、反射面１０１Ａ上に設けられた複数のアンテナ素子１０２が収納される。

通気流路１０３Ｆのｙ軸方向の上下端は外部に向かってそれぞれ開口している。通気流路１０３Ｆにおいて、鉛直下方側（ｙ軸負方向側）を向く開口部は吸気孔１０４とされ、鉛直上方側（ｙ軸正方向側）を向く開口部は排気孔１０５とされている。つまり、通気流路１０３Ｆは、吸気孔１０４及び排気孔１０５を介して外部に連通されている。なお、レドーム１０３は、アンテナ素子１０２から放射される信号を遮蔽しないように、絶縁性を有する材料で形成されることが望ましい。

次に、通信回路１０６Ｃの回路構成について説明する。図３Ａは、通信回路１０６Ｃの構成の一例を示すブロック図である。図３Ａに示すように、通信回路１０６Ｃはベースバンド回路（ＢＢ）、無線回路（ＲＦ）、及び位相器を備えている。また、通信回路１０６Ｃは各アンテナ素子１０２に１つずつ位相器を備えている。この構成により、通信回路１０６Ｃはアンテナ素子１０２毎に位相を変化させることができるため、ビームの方向を制御することが可能となる。

図３Ｂは、通信回路１０６Ｃの構成の他の例を示すブロック図である。図３Ｂでは、通信回路１０６Ｃはベースバンド回路（ＢＢ）及び無線回路（ＲＦ）を具備しており、各アンテナ素子１０２に１つずつ無線回路が備えられている。この構成により、通信回路１０６Ｃはアンテナ素子１０２毎に異なる無線信号を送受信する空間多重通信にも対応することができる。

なお、無線通信装置１００に搭載される通信回路１０６Ｃは必ずしも図３Ａ及び図３Ｂに示す構成に限定されるものではない。例えば、通信回路１０６Ｃを無線回路（ＲＦ）のみで構成し、ベースバンド回路（ＢＢ）は無線通信装置１００の外部に設置してもよい。或いは、通信回路１０６Ｃについて別の構成を採用することも可能である。通信回路１０６Ｃは、その構成に拘らず、無線信号の送受信に伴って発熱するため、その動作に影響を及ぼす可能性がある。

そこで、実施例１に係る無線通信装置１００では、図４に示すような放熱動作を行なうことを特徴としている。無線通信装置１００は、通信回路１０６Ｃで発生した熱を反射板１０１を介してアンテナ素子１０２に伝導させ、各アンテナ素子１０２の上端から空気中に熱伝達させることにより、外部へ放熱する構成を採っている。レドーム１０３内に形成される通気流路１０３Ｆに外部の空気を導くことによって、各アンテナ素子１０２からの放熱を促している。つまり、通気流路１０３Ｆには吸気孔１０４から外気が導かれた後、アンテナ素子１０２の表面に接触することで熱を奪っている。換言すれば、反射板１０１の反射面１０１Ａ上に形成されたアンテナ素子１０２は放熱フィンとして機能する。通気流路１０３Ｆ内でアンテナ素子１０２の熱を吸収した空気は、排気孔１０５を介して外部に放出される。

特に、アンテナ素子１０２の放熱によって昇温された空気には、密度の減少に伴って鉛直上方側に向かう力が付与される。この力によって、通気流路１０３Ｆ内では鉛直下方側から鉛直上方側に向かう空気の自然対流が形成される。実施例１では、吸気孔１０４及び排気孔１０５が鉛直方向（ｙ軸方向）の上下端に形成されている。具体的には、吸気孔１０４は通気流路１０３Ｆの鉛直下方側に形成され、排気孔１０５は通気流路１０３Ｆの鉛直上方側に形成されている。換言すると、吸気孔１０４と排気孔１０５とは、通気流路１０３Ｆの鉛直方向の両端において互いに対向している。

吸気孔１０４から通気流路１０３Ｆ内に導かれた外部の空気は、その鉛直上方側に形成された排気孔１０５に向かって円滑に流れる。同時に、通気流路１０３Ｆにおいて、吸気孔１０４からは外部の新たな空気が継続して供給される。つまり、吸気孔１０４から排気孔１０５に向かって、いわゆる煙突効果に基づく連続的な自然対流が形成される。従って、無線通信装置１００の連続的な運用において、通信回路１０６Ｃを効率的に冷却し続けることができる。

無線通信装置１００において、アンテナ素子１０２は板状に形成されるとともに、その厚さ方向の両側の面をｘ軸方向正方向及び負方向側に向けて配置されている。換言すれば、通気流路１０３Ｆ中においてｙ軸方向に流れる空気に対して、アンテナ素子１０２の投影面積は十分に小さくなっている。これにより、アンテナ素子１０２が通気流路１０３Ｆ内の空気の流れを妨げる可能性を低減することができる。

本発明の実施例１に係る無線通信装置１００について図１乃至図４を参照して説明したが、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。図５は、実施例１の第１変形例に係る無線通信装置１００の拡大側面図である。ここで、アンテナ素子１０２は、反射板１０１を貫通して反射面１０１Ａの反対側に延伸しており、通信回路１０６Ｃはアンテナ素子１０２の延伸部分に配置してもよい。この構成では、通信回路１０６Ｃからアンテナ素子１０２までの熱抵抗を低減することができるため、通信回路１０６Ｃの発熱を効率的に冷却することが可能となる。

図６は、実施例１の第２変形例に係る無線通信装置１００の斜視図である。図１に示される無線通信装置１００では、レドーム１０３の鉛直上方側及び鉛直下方側の面全体を取り除いて吸気孔１０４及び排気孔１０５を形成したが、図６に示すように、吸気孔１０４及び排気孔１０５はレドーム１０３の鉛直上方側及び鉛直下方側の一部のみを開口して形成するようにしてもよい。つまり、吸気孔１０４をレドーム１０３の鉛直下方側に形成された複数の開口部により形成し、排気孔１０５をレドーム１０３の鉛直上方側に形成された複数の開口部により形成してもよい。

或いは、レドーム１０３の適当な箇所に吸気孔１０４及び排気孔１０５とは異なる他の孔を形成してもよい。このような構成でも、吸気孔１０４から排気孔１０５に向かう自然対流を妨げることなく、通気流路１０３Ｆ内に大量の空気を導くことができる。これにより、無線通信装置１００の冷却性能を向上させることができる。

図２に示すアンテナ素子１０２では、一方側の面にのみ一対のアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂを設けたが、これに限定されるものではない。図７はアンテナ素子１０２の第１変形例を示す斜視図である。図８はアンテナ素子１０２の第２変形例を示す斜視図であり、図９は図８のＡ−Ａ矢視断面図である。図７に示す第１変形例では、誘電体基板１１０の一方側の面にアンテナパターン１１１ａを設け、他方側の面にアンテナパターン１１１ｂを設けている。アンテナパターン１１１ａ、１１１ｂはともにＬ字状であるが、図７に示すように、互い違いに配置されている。

図８及び図９に示す第２変形例では、誘電体基板１１０の複数の層にそれぞれアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂを形成している。また、複数のアンテナパターン１１１ａは複数の導電性ビア１１３によって互いに接続されており、かつ、複数のアンテナパターン１１１ｂは複数の導電性ビア１１３によって互いに接続されている。この構成によれば、誘電体基板１１０の複数の層に形成されたアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂ間で導電性ビア１１３を介して熱を伝播させることができる。これにより、アンテナ素子１０２全体の熱伝導性が高まるため、無線通信装置１００の放熱性を更に向上させることができる。

一般的に、導電性ビア１１３は、誘電体基板１１０に形成された貫通孔内部にメッキを施すことで形成されるが、これに限定されるものではない。誘電体基板１１０の複数の層を電気的又は熱的に接続することが可能であれば、如何なる構成を採ってもよい。具体的には、誘電体基板１１０にレーザーを照射することにより形成されるレーザービアや、誘電体基板１１０に形成された貫通孔に銅線などの導電性部材を挿通することが挙げられる。

図１０は、実施例１の第３変形例に係る無線通信装置１００の斜視図である。無線通信装置１００は、その設置環境が許容する限りにおいて、筐体部１０６の裏側（即ち、反射板１０１の反射面１０１Ａとは反対側の面）に放熱器（ヒートシンク）１２０を備えてもよい。この構成によれば、レドーム１０３の通気経路１０３Ｆによる放熱効果に加えて、放熱器１２０による放熱効果を奏することができ、無線通信装置１００の放熱性能を更に向上させることができる。

図１１は、アンテナ素子１０２の第３変形例を示す断面図であり、図９の断面図に関係している。ここで、誘電体基板１１０の複数の層にアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂが複数形成されており、かつ、アンテナパターン１１１ａ、１１１ｂは複数の導電性ビア１１３によって互いに接続されている。図１１の構成では、アンテナ素子１０２の表面を非導電性の防護膜１５０によって覆っている。この構成によれば、レドーム１０３の内部に侵入する雨、雪、埃などの異物からアンテナパターン１１１ａ、１１１ｂを保護することができ、無線通信装置１００の耐候性を向上させることができる。なお、防護膜１５０は撥水性や耐水性を有する材料によって形成されることが望ましい。また、必要に応じて、防護膜１５０は耐油性や耐熱性を有する材料によって形成してもよい。

図１２は、実施例１の第４変形例に係る無線通信装置１００の斜視図である。無線通信装置１００は、その設置される環境に応じて、排気孔１０５の上部にひさし１３０を備えてもよい。この構成によれば、レドーム１０３の内部に雨や雪などの異物が侵入することを防ぎ、無線通信装置１００の耐候性を向上させることができる。加えて、無線通信装置１００は、吸気孔１０４や排気孔１０５を塞ぐとともに、通気性を有する部材を備えてもよい。このような部材の材料として、例えば、金網等のメッシュ状の部材や、布等が挙げられる。この構成によれば、レドーム１０３の内部に雨や雪などの異物が侵入することを防ぐことができ、無線通信装置１００の耐久性や耐候性を向上させることができる。

本発明の実施例２に係る無線通信装置２００について説明する。図１３Ａは無線通信装置２００の斜視図であり、図１３Ｂは無線通信装置２００の平面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、実施例１に係る無線通信装置１００（図１）と同様の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。無線通信装置２００は、反射板１０１、レドーム１０３、筐体部１０６、及び通信回路１０６Ｃを具備する。無線通信装置１００では反射面１０１Ａ上に複数のアンテナ素子１０２を有するアレイアンテナ１０２Ｒを備えているが、無線通信装置２００では複数の第１アンテナ素子２０２ａを有する第１素子群Ｌ１と、複数の第２アンテナ素子２０２ｂを有する第２素子群Ｌ２とを備えている。なお、第１及び第２アンテナ素子２０２ａ、２０２ｂを纏めてアンテナ素子２０２と称する。

第１素子群Ｌ１において、第１アンテナ素子２０２ａは反射面１０１Ａ内の第１方向に複数配列されている。具体的には、第１アンテナ素子２０２ａは反射面１０１Ａ（ｘｙ平面）上のｙｚ平面内でｙ軸方向（鉛直方向）に対して概ね４５度だけ傾斜する第１方向に複数配列されている。一方、第２素子群Ｌ２において、第２アンテナ素子２０２ｂはｙｚ平面内で第１方向に対して概ね直交する第２方向に複数配列されている。また、第１アンテナ素子２０２ａは第１方向に間隔を空けて複数配列されており、第２アンテナ素子２０２ｂは第２方向に間隔を空けて配列されている。つまり、第１素子群Ｌ１が反射面１０１Ａ上で第２方向に間隔を空けて風数配列され、第２素子群Ｌ２が反射面１０１Ａ上で第１方向に間隔を空けて複数配列されている。

複数の第１アンテナ素子２０２ａ及び複数の第２アンテナ素子２０２ｂは、互いに同一の格子定数を有する正方格子状に配列されている。即ち、反射面１０１Ａ（ｘｙ平面）の法線方向（ｚ方向）から見て、互いに隣接する第１アンテナ素子２０２ａの間隔いずれも概ね等しい。同様に、反射面１０１Ａの法線方向から見て、互いに隣接する第２アンテナ素子２０２ｂの間隔はいずれも概ね等しい。

第１アンテナ素子２０２ａは、第２方向で隣接する第２アンテナ素子２０２ｂの間に配置されている。また、反射面１０１Ａの法線方向から見て、隣接する第２アンテナ素子２０２ｂを結ぶ線は、第１アンテナ素子２０２ａを配列した第１方向の中央を通る。上記のように、第２アンテナ素子２０２ｂも正方格子状に配列されていることから、隣接する第１アンテナ素子２０２ａを結ぶ線も、第２アンテナ素子２０２ｂを配列した第２方向の中央を通る。なお、「中央」は必ずしも隣接する第１アンテナ素子２０２ａ間の中央点や、隣接する第２アンテナ素子２０２ｂ間の中央点である必要はない。つまり、「中央」とは第１アンテナ素子２０２ａ間を実質的に等分する線分を含む領域や、第２アンテナ素子２０２ｂ間を実質的に当分する線分を含む領域であればよい。

第１素子群Ｌ１と第２素子群Ｌ２とは、互いに直交する方向に配列されるため、それぞれの偏波も互いに直交する。また、第１素子群Ｌ１及び第２素子群Ｌ２の送受信状態は通信回路１０６Ｃによってそれぞれ別個に制御される。即ち、第１素子群Ｌ１及び第２素子群Ｌ２には、通信回路１０６Ｃから位相及び電力が異なる無線信号がそれぞれ供給される。これにより、第１素子群Ｌ１及び第２素子群Ｌ２は、互いに独立したアレイアンテナ２０２Ｒを形成する。これらアレイアンテナ２０２Ｒは、偏波毎に異なるビームを形成することが可能な偏波共用アレイアンテナとして作動する。

無線通信装置２００では、第１素子群Ｌ１及び第２素子群Ｌ２が反射面１０１Ａ上に上記のように配列されているため、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂからの信号放射によって形成される電場及び磁場のうち、強度が高い領域同士が重なり合う可能性を低減することができる。これにより、第１アンテナ素子２０２ａと第２アンテナ素子２０２ｂとの電磁的な結合を抑制しつつ、互いを近接させて配置することができる。

加えて、上記の構成によれば、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂ間に形成される間隔がｙ軸に沿ってジグザグ状に蛇行することとなる。これにより、レドーム１０３に形成される通気流路１０３Ｆ中を自然対流によって流れる空気が、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂに対して十分に接触するため、無線通信装置２００の放熱性能を向上することができる。

本発明の実施例２について図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明したが、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更を施すことが可能である。実施例２では、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂの両方が正方格子状に配列したが、これに限定されるものではない。例えば、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂの少なくとも一方が長方形格子状に配列されるようにしてもよい。

上述の実施例では、アンテナ素子１０２及びアンテナ素子２０２（即ち、第１・第２アンテナ素子２０２ａ、２０２ｂ）がそれぞれダイポールアンテナとして構成しているが、これに限定されるものではない。図１４及び図１５に示すようなスプリットリング共振器としてのアンテナ素子３０２を採用してもよい。図１４はアンテナ素子３０２の斜視図であり、図１５はアンテナ素子３０２を構成するプリント配線部の斜視図である。

アンテナ素子３０２において、誘電体基板１１０の表面に略Ｔ字状のプリント配線が形成されている。プリント配線のうち、反射板１０１の反射面１０１Ａに近接する領域は概ね矩形状をなすことで矩形導体部３０７とされている。一方、矩形導体部３０７の上部領域は略Ｃ字状をなすことで環状導体部３０６とされている。Ｔ字状のプリント配線とｘ軸方向に離間して導体給電線３０３が設けられている。導体給電線３０３の一端は給電点１１２を介して矩形導体部３０７の下端部に接続されており、他端はＢ導電性ビア３０５を介して環状導体部３０６の上端部に接続されている。

環状導体部３０６には、その周方向の一部が切り欠かれたスプリット部３０４が形成されている。これにより、環状導体部３０６の内側には矩形領域３０９が形成されており、磁界を発生させる。また、スリット部３０４はキャパシタとして一定の静電容量を確保する。

スプリットリング共振器としてのアンテナ素子３０２は、同じ動作周波数のダイポールアンテナに比べて寸法を小さくすることができる。ダイポールアンテナとしてのアンテナ素子１０２を用いた無線通信装置１００に比べて、無線通信装置２００ではアンテナ素子２０２としてアンテナ素子３０２を採用した場合、アンテナ素子２０２によって形成される間隙を広くとることができるため、通気流路１０３Ｆ中の空気流れを妨げないようなアレイアンテナ構造を実現することができる。この構成によって、通信回路１０６Ｃの発熱を効率的に冷却することができる。

図１６は、アンテナ素子３０２の変形例を示す斜視図である。ここでは、スプリットリング共振器としてのＴ字状の構造体をｘ軸方向に複数積層している。具体的には、スプリット部３０４及び矩形領域３０９を有する環状導体部３０６と矩形導体部３０７とからなる構造体と同様に、スプリット部３１４及び矩形領域３１９を有する環状導体部３１６と矩形導体部３１７とからなる構造体をｘ軸方向に離間して、両構造体をビア３１３、３１４で接続している。また、両構造体の間に導体給電線３０３を設けてＢ導電性ビア３０５によって接続している。この構成により、互いに対向する構造体（即ち、図１４に示すアンテナ素子３０２に相当する構造体）により導体給電線３０３に対するシールド性能を向上させることができる。つまり、導体給電線３０３に対する外部からのノイズを遮蔽することができる。なお、図１４乃至図１６に示すアンテナ素子３０２を無線通信装置１００に適用することも可能である。

上述の実施例では、レドーム１０３の通気流路１０３Ｆ中で発生する空気の自然対流によってアンテナ素子１０２やアンテナ素子２０２の放熱を促したが、これに限定されるものではない。空気の自然対流によらず、通気流路１０３Ｆ中に空気の強制対流を発生させることも可能である。

図１７は、実施例２の変形例に係る無線通信装置２００の斜視図である。ここで、通気流路１０３Ｆの吸気孔１０４にファン１４０を設けている。ファン１４０は、外部から供給される電力によって回転駆動させることで、外部から通気流路１０３Ｆ内に向けて空気を強制的に導入する。これにより、通気流路１０３Ｆ内で強制的な空気の対流が発生する。

この構成によれば、空気の自然対流のみによる放熱に比べて、効率的かつ十分な放熱効果を奏することができる。なお、ファン１４０は通気流路１０３Ｆの吸気孔１０４に設けたが、通気流路１０３Ｆ内に強制的に空気の対流を発生することができれば、ファン１４０を他の場所に設けてもよい。例えば、通気流路１０３Ｆの排気孔１０５にファン１４０を設けても、同様の放熱効果を奏することができる。なお、ファン１４０を無線通信装置１００に適用することも可能である。

本発明の実施例３に係る無線通信装置４００について説明する。図１８は、本発明の実施例３に係る無線通信装置４００の斜視図である。実施例３の無線通信装置４００において、実施例１の無線通信装置１００及び実施例２の無線通信装置２００と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。無線通信装置４００は、反射板１０１、レドーム１０３、筐体部１０６を備えている。また、反射板１０１の反射面１０１Ａ上にはアンテナ素子２０２（即ち、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂ）が備えられている。

実施例１の無線通信装置１００及び実施例２の無線通信装置２００と異なり、実施例３の無線通信装置４００では複数の開口部よりなる吸気孔１０４及び排気孔１０５に加えて、レドーム１０３のｘ軸方向の両側面側に複数の開口部よりなる側面通風孔４１０が形成されている。側面通風孔４１０は、吸気孔１０４から排気孔１０５に向かう鉛直方向（ｙ軸方向）に交差する水平方向（ｘ軸方向）に開口部を向けて形成されている。

側面通風孔４１０を形成することにより、無線通信装置４００の周囲の空気温度の上昇に起因する自然対流に加えて、水平方向に吹く屋外の風を効率よくレドーム１０３の内部に取り込むことが可能となる。これにより、無線通信装置４００の放熱効果を向上させることが可能となる。また、無線通信装置４００の周囲が無風の状態においても、側面通風孔４１０を通じたレドーム１０３内への吸気量が増大するため、十分な放熱性能を確保することができる。

図１９は、実施例４の第１変形例に係る無線通信装置４００の斜視図である。第１変形例では、レドーム１０３のｘ軸方向の両側面全体が開口されて側面通風孔４１０が形成されている。この構成では、レドーム１０３が四隅に設けられた支持部材４２０によって反射板１０１に固定されている。この構成によれば、側面通風孔４１０の開口面積を最大にできるため、更に放熱性能を向上させることができる。なお、支持部材４２０は、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂからの電波の放射を妨げないように非導電性の材料で形成されることが望ましい。

図２０は、実施例４の第２変形例に係る無線通信装置４００の斜視図である。ここでは、レドーム１０３のｚ軸方向の前面に複数の開口部よりなる前面通風孔４３０が形成されている。この構成によれば、ｚ軸方向から吹く屋外の風を効率よくレドーム１０３の内部に取り込むことが可能となり、更に放熱性能を向上させることが可能となる。なお、無線通信装置４００が屋外に設置されることに鑑みて、レドーム１０３には小動物、鳥、虫などが衝突したり、埃や小石などの異物が衝突する虞がある。このように、小動物や異物がレドーム１０３に衝突することにより、第１アンテナ素子２０２ａ及び第２アンテナ素子２０２ｂが破損することを防止するため、前面通風孔４３０の開口面積はレドーム１０３に衝突することが想定される小動物や異物の大きさよりも十分に小さくすることが望ましい。

最後に、本発明は上述の実施例及び変形例に限定されるものではなく、添付した請求の範囲に規定される発明の範囲内における設計変更や改変をも包含するものである。

本発明は、複数のアンテナを用いて無線信号を送受信する無線通信装置に関するものであるが、基地局や移動端末装置以外の電波を送受信する他の装置にも適用可能である。

１００、２００、４００ 無線通信装置
１０１ 反射板
１０１Ａ 反射面
１０２ アンテナ
１０２Ｒ アレイアンテナ
１０３ レドーム
１０３Ｆ 通気流路
１０４ 吸気孔
１０５ 排気孔
１０６ 筐体部
１０６Ｃ 通信回路
１１０ 誘電体基板
１１１ａ、１１１ｂ アンテナパターン
１１２ 給電点
１１３ 導体ビア
１２０ 放熱器
１４０ ファン
２０２ａ 第１アンテナ素子
２０２ｂ 第２アンテナ素子
３０２ アンテナ
３０３ 導体給電線
３０４ スプリット部
３０５ Ｂ導電性ビア
３０６ 環状導体部
３０７ 矩形導体部
３０９ 矩形領域
４１０ 側面通風孔
４２０ 支持部材
４３０ 前面通風孔
Ｌ１ 第１素子群
Ｌ２ 第２素子群

Claims (8)

1. 電磁波を反射する反射面が形成された反射板と、
   前記反射板を覆って前記反射面との間に通気流路を形成するとともに、前記通気流路に連通する吸気孔及び排気孔が形成されたレドームと、
   前記反射面から前記通気流路内に配置され、前記反射面上で間隔を空けて配列された複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナを励振させることにより無線信号を送受信する通信回路と、を備え、
   前記複数のアンテナ素子はそれぞれ前記反射面から直交する方向に延在する板状の誘電体基板上にアンテナパターンが形成されている無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナ素子は、
   前記反射板の前記反射面に沿う第１方向に間隔を空けて配列されるとともに、前記第１方向に偏波された電磁波を送受信する複数の第１アンテナ素子を有する第１素子群と、
   前記反射板の前記反射面に沿い前記第１方向に直交する第２方向に間隔を空けて配列されるとともに、前記第２方向に偏波された電磁波を送受信する複数の第２アンテナ素子を有する第２素子群と、
   を具備し、
   前記第１素子群は前記第２方向に間隔を空けて複数設けられ、
   前記第２素子群は前記第１方向に間隔を空けて複数設けられ、
   前記第１アンテナ素子は、前記第２方向で隣接配置された前記複数の第２アンテナ素子の間に、前記隣接する第２アンテナ素子を結ぶ線を遮るように配置され、
   前記第２アンテナ素子は、前記第１方向で隣接配置された前記複数の第１アンテナ素子の間に、前記隣接する第１アンテナ素子を結ぶ線を遮るように配置される無線通信装置。
2. 前記通信回路は、前記反射板の前記反射面とは反対側の面に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記複数のアンテナ素子はそれぞれ前記反射板を貫通して前記反射面とは反対側に伸びる延伸部を有し、前記通信回路は前記延伸部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記複数のアンテナ素子は、前記反射板の鉛直方向に偏波された電磁波を送受信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記複数のアンテナ素子はそれぞれ複数の層を有する前記誘電体基板の各層に形成した複数のアンテナパターンと、
   前記誘電体基板の異なる層に形成された前記複数のアンテナパターン同士を接続する導電性ビアと、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記レドームに形成された前記吸気孔及び前記排気孔は前記反射板の鉛直方向に互いに対向するように位置することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 前記レドームには、前記吸気孔及び前記排気孔とは異なる通風孔が形成されており、前記通風孔は前記吸気孔から前記排気孔に向かう方向とは交差する方向に形成されている開口部より構成したことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
8. 前記レドーム内に外気を強制的に送り込むファンを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。

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