WO2017006959A1 - 無線通信装置 - Google Patents

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WO2017006959A1
WO2017006959A1 PCT/JP2016/070003 JP2016070003W WO2017006959A1 WO 2017006959 A1 WO2017006959 A1 WO 2017006959A1 JP 2016070003 W JP2016070003 W JP 2016070003W WO 2017006959 A1 WO2017006959 A1 WO 2017006959A1
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wireless communication
antenna
antenna elements
communication apparatus
radome
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PCT/JP2016/070003
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博 鳥屋尾
圭史 小坂
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus including a communication circuit that transmits and receives wireless signals via a plurality of antennas.
  • a MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication method using a plurality of antennas at the same time and beam forming using an antenna array having a plurality of antenna elements arranged at intervals are being promoted.
  • the number of antennas mounted on a radio communication device such as a mobile communication base station increases, and the number of communication circuits and baseband circuits connected to the antennas also tends to increase.
  • the amount of heat generated in the wireless communication device increases, leading to an increase in the size of a radiator and heat exchanger for cooling the antennas and circuits.
  • Patent Document 1 discloses an active antenna system wireless module provided with a heat sink-mounted antenna reflector.
  • Patent Document 2 discloses a mobile communication system base station antenna device in which a circuit board on which electronic components are mounted in a radome, an antenna element, and a reflecting plate are arranged, and heat generated from the electronic components is efficiently generated by the radome. A structure that releases to the outside is adopted.
  • Patent Document 3 discloses an antenna including a reflector and a radiating element, and the radiating element has an array structure in which a plurality of pairs of dipole antenna elements are arranged.
  • Patent Document 4 discloses an antenna device in which an electronic component is mounted in an elongated cover in which a vent group is formed, and prevents the temperature of the cover from rising excessively.
  • Patent Document 5 discloses a mobile communication base station dual-band dual-polarized antenna including a first radiating element module for a first frequency band and a second radiating element module for a second frequency band. The second radiating element module is composed of a plurality of cross-shaped dipoles.
  • Patent Document 1 discloses a wireless communication device that is miniaturized by integrating a radiator and a reflector of an antenna to improve heat dissipation performance per volume.
  • a metal reflector having a relatively large area is used as a heat dissipation path, and heat resistance is reduced by providing a heat dissipation fin on the back surface side of the reflector.
  • the heat dissipation performance can be improved without increasing the volume of the wireless communication device.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and can suppress an increase in the size of a structure in which a plurality of antennas are mounted, and can improve heat dissipation performance.
  • the purpose is to provide.
  • a wireless communication device includes a reflection plate on which a reflection surface that reflects electromagnetic waves is formed and a ventilation channel that covers the reflection plate and is formed between the reflection surface and an intake hole that communicates with the ventilation channel. And an radome having an exhaust hole, an array antenna having a plurality of antenna elements arranged in the ventilation channel from the reflecting surface and arranged at intervals on the reflecting surface, and wireless by exciting the array antenna And a communication circuit for transmitting and receiving signals.
  • Each of the plurality of antenna elements has an antenna pattern formed on a plate-like dielectric substrate extending in a direction orthogonal to the reflecting surface.
  • a plurality of antenna elements can be arranged without increasing the size of a wireless communication device, and air can be convected into the ventilation passage of the radome to improve the heat dissipation effect of heat generated by the communication circuit. it can.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wireless communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is a perspective view of the antenna element installed on the reflecting plate in a radio
  • FIG. 3 is an enlarged side view for explaining an operation of radiating heat generated in the communication circuit to the outside in the wireless communication apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged side view of a wireless communication apparatus according to a first modification example of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an enlarged side view for explaining an operation of radiating heat generated in the communication circuit to the outside in the wireless communication apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged side view of a wireless communication apparatus according to a first modification example of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an enlarged side view
  • FIG. 6 is a perspective view of a wireless communication device according to a second modification example of the first embodiment. It is a perspective view which shows the 1st modification of an antenna element. It is a perspective view which shows the 2nd modification of an antenna element.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view of a wireless communication device according to a third modification example of Embodiment 1. It is sectional drawing which shows the 3rd modification of an antenna element.
  • FIG. 10 is a perspective view of a wireless communication apparatus according to a fourth modification example of Embodiment 1. It is a perspective view of the radio
  • FIG. 10 is a perspective view of a wireless communication device according to a modified example of the second embodiment. It is a perspective view of the radio
  • FIG. 10 is a perspective view of a wireless communication apparatus according to a first modification example of Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a perspective view of a wireless communication device according to a second modification of Example 3.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wireless communication apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the wireless communication apparatus 100 includes a box-shaped casing unit 106, a reflection plate 101 integrally attached to the casing unit 106, an array antenna 102R including a plurality of antenna elements 102 provided on the reflection plate 101, A radome (radar) 103 that covers the array antenna 102R is provided.
  • An intake hole 104 and an exhaust hole 105 are formed at the upper and lower ends of the radome 103.
  • a communication circuit 106 ⁇ / b> C is built in the housing unit 106.
  • the communication circuit 106C is electrically connected to the array antenna 102R.
  • the radio signal generated by the communication circuit 106C is radiated into the atmosphere as an electromagnetic wave via the array antenna 102R, and is transmitted / received to / from other facilities (for example, a wireless terminal device).
  • the communication circuit 106 ⁇ / b> C is a member having high thermal conductivity and is connected to the reflecting plate 101, and part of the heat generation is conducted to the reflecting plate 101.
  • the reflection plate 101 is a plate-like member formed of a conductive material.
  • One surface of the reflecting plate 101 is a reflecting surface 101A that reflects electromagnetic waves.
  • the reflecting plate 101 is disposed in a state where the reflecting surface 101A is directed in a direction intersecting the vertical direction (that is, the horizontal direction).
  • directions orthogonal to each other in a plane corresponding to the reflecting surface 101A are defined as an x-axis direction and a y-axis direction, respectively.
  • the normal direction of the xy plane formed by the x axis and the y axis is defined as the z axis direction.
  • the y-axis positive direction side is defined as a vertically upward side
  • the y-axis negative direction side is defined as a vertically downward side.
  • FIG. 2 is a perspective view of the antenna element installed on the reflecting surface 101A of the reflecting plate 101.
  • the antenna element 102 has a plate shape, and extends in a direction (z-axis direction) substantially perpendicular to the reflecting surface 101A.
  • the plurality of antenna elements 102 are arranged in a lattice shape when viewed from the normal direction (z-axis direction) of the reflective surface 101A. Further, both surfaces of the antenna element 102 in the thickness direction are each directed in the x-axis direction.
  • each antenna element 102 has a plate-shaped dielectric substrate 110 and antenna patterns 111 a and 111 b that are conductor patterns formed on the surface of the dielectric substrate 110.
  • the dielectric substrate 110 is arranged with its both surfaces in the thickness direction facing the x-axis direction.
  • the dielectric substrate 110 is formed of, for example, a printed board using a glass epoxy resin or a ceramic substrate such as LTCC (Low-Temperature Coated Ceramic).
  • a pair of substantially L-shaped printed circuit boards is provided on one surface of the dielectric substrate 101 of the antenna element 102.
  • the printed circuit board is preferably formed of a material having good electrical conductivity and thermal conductivity, such as copper foil. That is, a pair of L-shaped printed circuit boards corresponds to the pair of antenna patterns 111a and 111b.
  • the antenna patterns 111a and 111b are connected to a communication circuit 106C built in the housing unit 106 via a feeding point 112. That is, the wireless signal generated by the communication circuit 106 ⁇ / b> C is excited by feeding power to the antenna patterns 111 a and 111 b via the feeding point 112.
  • the antenna patterns 111a and 111b are arranged in the x-axis direction in the individual antenna elements 102, a dipole antenna capable of transmitting and receiving electromagnetic waves polarized in the y-axis direction (that is, the vertical direction).
  • an array antenna 102R is formed by arranging a plurality of antenna elements 102 on the reflecting surface 101A. That is, a beam directed in a specific direction can be formed by changing the signal phase and power for each antenna element 102.
  • the radome 103 is a member that covers the reflecting surface 101 ⁇ / b> A side of the reflecting plate 101. Specifically, the radome 103 is bent in a substantially C shape when viewed from the y-axis direction. The edges of the radome 103 on both sides in the x-axis direction are respectively fixed to side portions on both sides extending in the y-axis direction of the housing unit 106. In this manner, in the state where the radome 103 is fixed to the housing portion 106, a space as the ventilation channel 103F is formed between the radome 103 and the reflecting surface 101A. In this space, a plurality of antenna elements 102 provided on the reflecting surface 101A are accommodated.
  • the upper and lower ends of the ventilation channel 103F in the y-axis direction are open toward the outside.
  • an opening facing the vertically lower side (y-axis negative direction side) is an intake hole 104
  • an opening facing the vertically upper side (y-axis positive direction side) is an exhaust hole 105. That is, the ventilation channel 103 ⁇ / b> F communicates with the outside through the intake hole 104 and the exhaust hole 105.
  • the radome 103 is preferably formed of an insulating material so as not to shield a signal radiated from the antenna element 102.
  • FIG. 3A is a block diagram illustrating an example of the configuration of the communication circuit 106C.
  • the communication circuit 106C includes a baseband circuit (BB), a radio circuit (RF), and a phase shifter. Further, the communication circuit 106C includes one phase shifter for each antenna element 102. With this configuration, since the communication circuit 106C can change the phase for each antenna element 102, the beam direction can be controlled.
  • BB baseband circuit
  • RF radio circuit
  • FIG. 3B is a block diagram illustrating another example of the configuration of the communication circuit 106C.
  • the communication circuit 106C includes a baseband circuit (BB) and a wireless circuit (RF), and each antenna element 102 includes one wireless circuit.
  • BB baseband circuit
  • RF wireless circuit
  • each antenna element 102 includes one wireless circuit.
  • the communication circuit 106 ⁇ / b> C can cope with spatial multiplexing communication that transmits and receives different radio signals for each antenna element 102.
  • the communication circuit 106C mounted on the wireless communication device 100 is not necessarily limited to the configuration shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the communication circuit 106 ⁇ / b> C may be configured by only a wireless circuit (RF), and the baseband circuit (BB) may be installed outside the wireless communication device 100.
  • RF wireless circuit
  • BB baseband circuit
  • another configuration can be adopted for the communication circuit 106C. Regardless of its configuration, the communication circuit 106C generates heat with transmission / reception of a wireless signal, which may affect its operation.
  • the wireless communication apparatus 100 is characterized by performing a heat radiation operation as shown in FIG.
  • the wireless communication device 100 adopts a configuration in which heat generated in the communication circuit 106C is conducted to the antenna element 102 via the reflector 101 and heat is transferred from the upper end of each antenna element 102 to the air, thereby radiating heat to the outside. ing.
  • Heat is radiated from each antenna element 102 by guiding outside air to the ventilation channel 103 ⁇ / b> F formed in the radome 103. That is, after the outside air is guided from the intake hole 104 to the air flow path 103F, the heat is removed by contacting the surface of the antenna element 102.
  • the antenna element 102 formed on the reflecting surface 101A of the reflecting plate 101 functions as a heat radiating fin.
  • the air that has absorbed the heat of the antenna element 102 in the ventilation channel 103 ⁇ / b> F is discharged to the outside through the exhaust hole 105.
  • the air heated by the radiation of the antenna element 102 is given a force directed upward in the vertical direction as the density decreases.
  • natural convection of air from the vertically lower side to the vertically upper side is formed in the ventilation channel 103F.
  • the intake hole 104 and the exhaust hole 105 are formed at the upper and lower ends in the vertical direction (y-axis direction).
  • the intake hole 104 is formed vertically below the ventilation channel 103F
  • the exhaust hole 105 is formed vertically above the ventilation channel 103F.
  • the intake hole 104 and the exhaust hole 105 are opposed to each other at both ends in the vertical direction of the ventilation channel 103F.
  • the antenna element 102 is formed in a plate shape, and is disposed with the surfaces on both sides in the thickness direction facing the positive direction and the negative direction in the x-axis direction.
  • the projected area of the antenna element 102 is sufficiently small with respect to the air flowing in the y-axis direction in the ventilation channel 103F. Thereby, it is possible to reduce the possibility that the antenna element 102 hinders the air flow in the ventilation channel 103F.
  • FIG. 5 is an enlarged side view of the wireless communication apparatus 100 according to the first modification of the first embodiment.
  • the antenna element 102 may extend through the reflecting plate 101 to the opposite side of the reflecting surface 101 ⁇ / b> A, and the communication circuit 106 ⁇ / b> C may be disposed in the extending portion of the antenna element 102.
  • the thermal resistance from the communication circuit 106C to the antenna element 102 can be reduced, the heat generation of the communication circuit 106C can be efficiently cooled.
  • FIG. 6 is a perspective view of the wireless communication device 100 according to the second modification of the first embodiment.
  • the entire upper vertical side and vertical lower side surfaces of the radome 103 are removed to form the intake holes 104 and the exhaust holes 105, but as shown in FIG.
  • the exhaust hole 105 may be formed by opening only a part on the vertically upper side and the vertically lower side of the radome 103. That is, the intake hole 104 may be formed by a plurality of openings formed on the vertically lower side of the radome 103, and the exhaust hole 105 may be formed by a plurality of openings formed on the vertically upper side of the radome 103.
  • other holes different from the intake holes 104 and the exhaust holes 105 may be formed at appropriate positions of the radome 103. Even with such a configuration, a large amount of air can be guided into the ventilation channel 103F without hindering natural convection from the intake hole 104 toward the exhaust hole 105. Thereby, the cooling performance of the radio
  • FIG. 7 is a perspective view showing a first modification of the antenna element 102.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a second modification of the antenna element 102, and
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the antenna pattern 111a is provided on one surface of the dielectric substrate 110, and the antenna pattern 111b is provided on the other surface.
  • the antenna patterns 111a and 111b are both L-shaped, but are arranged alternately as shown in FIG.
  • antenna patterns 111a and 111b are formed on a plurality of layers of the dielectric substrate 110, respectively.
  • the plurality of antenna patterns 111 a are connected to each other by a plurality of conductive vias 113
  • the plurality of antenna patterns 111 b are connected to each other by a plurality of conductive vias 113.
  • heat can be propagated between the antenna patterns 111 a and 111 b formed in the plurality of layers of the dielectric substrate 110 via the conductive via 113.
  • the thermal conductivity of the whole antenna element 102 increases, the heat dissipation of the wireless communication device 100 can be further improved.
  • the conductive via 113 is formed by plating the inside of the through hole formed in the dielectric substrate 110, but is not limited thereto. Any configuration may be adopted as long as a plurality of layers of the dielectric substrate 110 can be electrically or thermally connected. Specifically, a conductive material such as a copper wire may be inserted into a laser via formed by irradiating the dielectric substrate 110 with a laser or a through hole formed in the dielectric substrate 110.
  • FIG. 10 is a perspective view of the wireless communication device 100 according to the third modification of the first embodiment.
  • the wireless communication device 100 may include a radiator (heat sink) 120 on the back side of the casing unit 106 (that is, the surface opposite to the reflecting surface 101A of the reflecting plate 101).
  • the heat dissipation effect by the radiator 120 can be achieved, and the heat dissipation performance of the wireless communication device 100 can be further improved.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third modification of the antenna element 102, and is related to the cross-sectional view of FIG.
  • a plurality of antenna patterns 111 a and 111 b are formed on a plurality of layers of the dielectric substrate 110, and the antenna patterns 111 a and 111 b are connected to each other by a plurality of conductive vias 113.
  • the surface of the antenna element 102 is covered with a nonconductive protective film 150.
  • the protective film 150 is preferably formed of a material having water repellency and water resistance. Moreover, you may form the protective film 150 with the material which has oil resistance and heat resistance as needed.
  • FIG. 12 is a perspective view of the wireless communication device 100 according to the fourth modification of the first embodiment.
  • the wireless communication device 100 may include a hood 130 above the exhaust hole 105 depending on the environment in which the wireless communication device 100 is installed. According to this configuration, it is possible to prevent foreign matters such as rain and snow from entering the radome 103 and to improve the weather resistance of the wireless communication device 100.
  • the wireless communication device 100 may include a member having air permeability while closing the intake hole 104 and the exhaust hole 105. Examples of the material of such a member include a mesh-like member such as a wire mesh, a cloth, and the like. According to this configuration, it is possible to prevent foreign matters such as rain and snow from entering the radome 103, and the durability and weather resistance of the wireless communication device 100 can be improved.
  • FIG. 13A is a perspective view of the wireless communication apparatus 200
  • FIG. 13B is a plan view of the wireless communication apparatus 200.
  • 13A and 13B the same parts as those of the wireless communication apparatus 100 (FIG. 1) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the wireless communication device 200 includes a reflecting plate 101, a radome 103, a casing unit 106, and a communication circuit 106C.
  • the wireless communication apparatus 100 includes an array antenna 102R having a plurality of antenna elements 102 on the reflection surface 101A.
  • the wireless communication apparatus 200 includes a first element group L1 having a plurality of first antenna elements 202a and a plurality of first antenna elements 102a. And a second element group L2 having two antenna elements 202b.
  • the first and second antenna elements 202a and 202b are collectively referred to as the antenna element 202.
  • a plurality of first antenna elements 202a are arranged in the first direction in the reflecting surface 101A. Specifically, a plurality of first antenna elements 202a are arranged in a first direction inclined by approximately 45 degrees with respect to the y-axis direction (vertical direction) in the yz plane on the reflective surface 101A (xy plane).
  • a plurality of second antenna elements 202b are arranged in a second direction substantially orthogonal to the first direction in the yz plane.
  • a plurality of first antenna elements 202a are arranged at intervals in the first direction
  • a second antenna element 202b is arranged at intervals in the second direction. That is, the first element group L1 is arranged in the second direction on the reflecting surface 101A with an interval in the second direction, and a plurality of second element groups L2 are arranged on the reflecting surface 101A in the first direction with an interval. .
  • the plurality of first antenna elements 202a and the plurality of second antenna elements 202b are arranged in a square lattice shape having the same lattice constant. That is, when viewed from the normal direction (z direction) of the reflective surface 101A (xy plane), the intervals between the first antenna elements 202a adjacent to each other are substantially equal. Similarly, when viewed from the normal direction of the reflecting surface 101A, the intervals between the second antenna elements 202b adjacent to each other are substantially equal.
  • the first antenna element 202a is disposed between the second antenna elements 202b adjacent in the second direction. Further, when viewed from the normal direction of the reflecting surface 101A, a line connecting the adjacent second antenna elements 202b passes through the center of the first direction in which the first antenna elements 202a are arranged. As described above, since the second antenna elements 202b are also arranged in a square lattice pattern, the line connecting the adjacent first antenna elements 202a also passes through the center in the second direction in which the second antenna elements 202b are arranged.
  • the “center” does not necessarily need to be a center point between adjacent first antenna elements 202a or a center point between adjacent second antenna elements 202b. That is, the “center” may be a region including a line segment that substantially divides the first antenna elements 202a or a region including a line segment that substantially divides the second antenna elements 202b.
  • first element group L1 and the second element group L2 are arranged in directions orthogonal to each other, their polarizations are also orthogonal to each other.
  • the transmission / reception states of the first element group L1 and the second element group L2 are controlled separately by the communication circuit 106C. That is, the first element group L1 and the second element group L2 are respectively supplied with radio signals having different phases and powers from the communication circuit 106C.
  • the first element group L1 and the second element group L2 form an array antenna 202R that is independent of each other.
  • These array antennas 202R operate as a polarization-sharing array antenna that can form different beams for each polarization.
  • the first element group L1 and the second element group L2 are arranged on the reflecting surface 101A as described above, and thus are formed by signal radiation from the first antenna element 202a and the second antenna element 202b.
  • the possibility that regions having high strength overlap each other can be reduced. Accordingly, the first antenna element 202a and the second antenna element 202b can be disposed close to each other while suppressing electromagnetic coupling.
  • the interval formed between the first antenna element 202a and the second antenna element 202b meanders in a zigzag manner along the y-axis.
  • the air flowing by natural convection in the ventilation channel 103F formed in the radome 103 sufficiently comes into contact with the first antenna element 202a and the second antenna element 202b, so that the heat dissipation performance of the wireless communication device 200 is improved. Can be improved.
  • both the first antenna element 202a and the second antenna element 202b are arranged in a square lattice shape, but the present invention is not limited to this.
  • at least one of the first antenna element 202a and the second antenna element 202b may be arranged in a rectangular lattice shape.
  • the antenna element 102 and the antenna element 202 are each configured as a dipole antenna, but the present invention is not limited to this.
  • An antenna element 302 as a split ring resonator as shown in FIGS. 14 and 15 may be employed.
  • FIG. 14 is a perspective view of the antenna element 302
  • FIG. 15 is a perspective view of a printed wiring portion constituting the antenna element 302.
  • a substantially T-shaped printed wiring is formed on the surface of the dielectric substrate 110.
  • a region in the vicinity of the reflecting surface 101A of the reflecting plate 101 is formed into a rectangular conductor portion 307 by forming a substantially rectangular shape.
  • the upper region of the rectangular conductor portion 307 is formed into an annular conductor portion 306 by forming a substantially C shape.
  • a conductor feed line 303 is provided apart from the T-shaped printed wiring in the x-axis direction. One end of the conductor feed line 303 is connected to the lower end portion of the rectangular conductor portion 307 via the feed point 112, and the other end is connected to the upper end portion of the annular conductor portion 306 via the B conductive via 305.
  • the annular conductor portion 306 is formed with a split portion 304 that is partially cut away in the circumferential direction. As a result, a rectangular region 309 is formed inside the annular conductor portion 306 to generate a magnetic field. Moreover, the slit part 304 ensures a fixed electrostatic capacity as a capacitor.
  • the antenna element 302 as a split ring resonator can be smaller in size than a dipole antenna having the same operating frequency.
  • the wireless communication apparatus 200 can take a wider gap formed by the antenna element 202 when the antenna element 302 is used as the antenna element 202.
  • An array antenna structure that does not hinder the air flow in the ventilation flow path 103F can be realized. With this configuration, the heat generation of the communication circuit 106C can be efficiently cooled.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a modified example of the antenna element 302.
  • a plurality of T-shaped structures as split ring resonators are stacked in the x-axis direction.
  • the annular conductor portion 316 and the rectangular conductor portion 317 having the split portion 314 and the rectangular region 319 are formed in the same manner as the structure including the annular conductor portion 306 and the rectangular conductor portion 307 having the split portion 304 and the rectangular region 309.
  • the two structures are connected by vias 313 and 314.
  • a conductor feed line 303 is provided between the two structures and is connected by a B conductive via 305.
  • the heat radiation of the antenna element 102 and the antenna element 202 is promoted by the natural convection of air generated in the ventilation channel 103F of the radome 103, but the present invention is not limited to this. Regardless of the natural convection of air, forced convection of air can be generated in the ventilation channel 103F.
  • FIG. 17 is a perspective view of a wireless communication apparatus 200 according to a modification of the second embodiment.
  • the fan 140 is provided in the intake hole 104 of the ventilation flow path 103F.
  • the fan 140 is rotationally driven by electric power supplied from the outside, and forcibly introduces air from the outside into the ventilation channel 103F. As a result, forced air convection is generated in the ventilation channel 103F.
  • the fan 140 is provided in the intake hole 104 of the ventilation channel 103F, the fan 140 may be provided in another place as long as convection of air can be forcibly generated in the ventilation channel 103F. For example, even if the fan 140 is provided in the exhaust hole 105 of the ventilation channel 103F, the same heat dissipation effect can be achieved. Note that the fan 140 can also be applied to the wireless communication apparatus 100.
  • FIG. 18 is a perspective view of the wireless communication apparatus 400 according to the third embodiment of the present invention.
  • the wireless communication device 400 includes a reflecting plate 101, a radome 103, and a housing unit 106.
  • An antenna element 202 (that is, the first antenna element 202a and the second antenna element 202b) is provided on the reflection surface 101A of the reflection plate 101.
  • the wireless communication device 400 according to the third embodiment has an x-type of the radome 103 in addition to the intake holes 104 and the exhaust holes 105 formed by a plurality of openings.
  • Side vent holes 410 each having a plurality of openings are formed on both side surfaces in the axial direction.
  • the side ventilation holes 410 are formed with their openings directed in the horizontal direction (x-axis direction) intersecting the vertical direction (y-axis direction) from the intake hole 104 toward the exhaust hole 105.
  • the side ventilation holes 410 By forming the side ventilation holes 410, in addition to natural convection caused by an increase in the air temperature around the wireless communication device 400, it is possible to efficiently take outdoor wind blowing in the horizontal direction into the radome 103. Become. As a result, the heat dissipation effect of the wireless communication device 400 can be improved. In addition, even when there is no wind around the wireless communication device 400, the amount of intake air into the radome 103 through the side ventilation holes 410 increases, so that sufficient heat dissipation performance can be ensured.
  • FIG. 19 is a perspective view of a wireless communication apparatus 400 according to a first modification of the fourth embodiment.
  • the entire side surfaces in the x-axis direction of the radome 103 are opened to form the side ventilation holes 410.
  • the radome 103 is fixed to the reflecting plate 101 by support members 420 provided at the four corners. According to this configuration, since the opening area of the side vent holes 410 can be maximized, the heat dissipation performance can be further improved.
  • the support member 420 is preferably formed of a non-conductive material so as not to prevent radio wave radiation from the first antenna element 202a and the second antenna element 202b.
  • FIG. 20 is a perspective view of a wireless communication device 400 according to a second modification of the fourth embodiment.
  • a front vent hole 430 including a plurality of openings is formed on the front surface of the radome 103 in the z-axis direction.
  • outdoor wind blowing from the z-axis direction can be taken into the radome 103 efficiently, and the heat dissipation performance can be further improved.
  • small animals, birds, insects, or the like collide with the radome 103, or foreign objects such as dust or pebbles may collide.
  • the opening area of the front vent hole 430 collides with the radome 103. It is desirable to make it sufficiently smaller than the size of a small animal or a foreign object.
  • the present invention relates to a wireless communication device that transmits and receives wireless signals using a plurality of antennas, but is also applicable to other devices that transmit and receive radio waves other than base stations and mobile terminal devices.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

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。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する。

Description

無線通信装置
　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 (10)

  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ことを特徴とする無線通信装置。
  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、
    　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。
  6. 　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配置され、
    　前記反射板の前記反射面の法線方向から見て、前記複数の第２アンテナ素子を結ぶ線は、前記第１方向に配列された前記第１アンテナ素子間の中央を通るようにしたことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
  7. 　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層の各層に形成した複数のアンテナパターンと、
    　前記誘電体層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。
  8. 　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。
  9. 　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た形成されており、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。
  10. 　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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