JP4115681B2 - アクティブフェーズドアレーアンテナ、２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナ、送信装置および受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブフェーズドアレーアンテナに係り、特に、電子追尾機能を有する移動体に対して番組素材を送受信する素材伝送装置、マルチビームや空間的にビーム走査可能な衛星放送受信アンテナ、および衛星搭載用の送受信アンテナ等に使用して、携帯性、可搬性および収納性を向上させ得るアクティブフェーズドアレーアンテナと２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナに関する。
また、本発明は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナまたは２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ）は、従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの一例として、特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載の、制御モジュールが設置された多層基板上にアレーアンテナと一体化された高周波モジュールを設置して構成したアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図にて示している。
【０００３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したアクティブフェーズドアレーアンテナの接続構造を断面図にて示している。図３（ａ），（ｂ）において、高周波モジュール５００はセラミック多層基板パッケージ２１の内部に半導体チップ等が実装され、その上面にパッチアンテナを用いた複数の放射素子２０が導体パターンで形成され、また下面の周囲に複数の接続電極２４が導体パターンで形成された構造となっている。
【０００４】
一方、制御モジュール５１０は多層積層基板１０４（図３（ａ）参照）を用いて構成され、その下面に信号処理用の複数のＬＳＩが実装され、上面には高周波モジュール５００を取り付けるための接続電極（図示しない）が設けられている。高周波モジュール５００と制御モジュール５１０とは、両者の表面に設けられた接続電極（高周波モジュール５００の下面に設られた接続電極は符号２４で示されている）部分で半田付けされ接続されている。
【０００５】
また、セラミック多層基板パッケージ２１の放射素子２０を設けた面に、放射素子２０を避けるように複数の放射窓３０を設けた金属などの熱伝導性の高い材料からなるヒートシンク２９を取り付け、このヒートシンク２９と半導体チップ２７は、セラミック多層基板パッケージ２１の内部に貫通するように設けられた複数のサーマルバイアホール２８で接続されている。このサーマルバイアホール２８は、熱伝導率向上のために設けられたものである。
【０００６】
このような構成では、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０との間の接続部には高い周波数の高周波信号が通らないため、半田リフロー等の表面実装技術により、それぞれのモジュールに設けられた電極間を簡単な製造行程によって接続することができる。これによって、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０間の接続が簡単な製造行程で実現るようになり、製造コストが低減される。さらに、半導体チップ２７で発生する熱をヒートシンク２９から高周波モジュール５００の外部に排出することができ、パッケージ内で熱の発生が多い高出力の電力増幅器を実装することが可能となる。
【０００７】
図４は、以上説明した特開平１１−３４０７２４号の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナにおける、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０の各回路構成と両モジュール間の接続を示している。
図中、符号３１は周波数変換器、３２はローカル信号供給端子、３３は電力増幅器用バイアス電源供給端子、３４は可変移相器、３５は制御信号接続線路、３６はビーム制御回路、３７はビーム制御信号供給端子、および３８は中間周波数信号供給端子である。
この回路の動作は、当業者であれば容易に理解できるものと思われるので、ここでは、その説明は省略する。
【０００８】
従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの２番目の例として、特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のように、アクティブフェーズドアレーアンテナへの給電と給電用の分配・合成に電磁結合による空間分配方式を用いている場合について説明する。
図５（ａ）は、このフェーズドアレーアンテナの斜視図、そして図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ′断面図を示している。
図５（ａ），（ｂ）において、６００は１次放射部、７００は２次放射部である。そして１次放射部６００は複数の１次側アンテナ素子（第３アンテナ素子）６１０を有し、この１次側アンテナ素子６１０が配置されている面Ｃが、２次放射部７００の給電側の面Ａに対向している。
【０００９】
図６は、１次放射部６００と給電部の構成をブロック図で示している。
図６に示すように、１次放射部６００は、複数個の１次側アンテナ素子６１０と、各１次側アンテナ素子６１０ごとに設けられた増幅器６２０と、合成分配器６３０とを有している。合成分配器６３０としては、ストリップ線路からなる分岐回路が利用され得る。また、１次側アンテナ素子６１０としては、例えば、バッチアンテナ、ダイポールアンテナあるいはホーンアンテナなどを使用することができる。
【００１０】
給電部６４０から入力された高周波信号は、合成分配器６３０により分配されて各増幅器６２０に供給される。供給された高周波信号は、各増幅器６２０により増幅された後各１次側アンテナ素子６１０に供給され、各１次側アンテナ素子６１０から２次放射部７００の面Ａに向けて放射される。
【００１１】
ここで、１次放射部６００の放射指向特性は、各１次側アンテナ素子６１０に供給される高周波信号の振幅と位相とにより決定される。高周波信号の振幅は合成分配器６３０の分配比により調整される。以上説明した従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの他の例は、このように空間給電方式を用いることにより、２次放射部７００の各放射側アンテナ素子７１０に高周波信号を低損失で分配することができるとともに、給電回路が簡単に構成できるという特長がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術のうち最初の例（特開平１１−３４０７２４号の公開特許公報に記載の例）は、複数の放射素子２０が一体化された高周波モジュール５００と制御モジュール５１０との間の接続を簡単な製造行程で実現でき、従って、製造コストを低減できる利点がある。しかし、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用する場合、放熱のためのヒートシンク２９を大きくする必要があるが、ヒートシンクはアンテナの表面や側面に取り付けられているのでヒートシンクの大きさには限界がある。また、この従来技術では、ヒートパイプなどの放熱機構を構成することも非常に困難である。
【００１３】
また、この従来技術では、アレーアンテナが大型化すると全体の重量が増加するとともに高周波モジュール５００や制御モジュール５１０内の回路規模が大きく、複雑になる。さらに、高周波モジュール５００の給電線路はバイアホールなどで直接半導体チップ２７（増幅素子）と放射素子２０を接続する構造であるため、周波数が高くなるとアンテナの特性が低下するおそれがある。
【００１４】
また、従来技術の２番目の例（特開２０００−２２３９２６号の公開特許公報に記載の例）は、空間給電方式を用いたことにより、各放射側アンテナ素子７１０に高周波信号を低損失で分配することができるとともに、給電回路を簡単な構成で実現できるという利点を有している。しかし、この例においても、最初の例と同様、高出力の電力増幅器を使用した場合、ヒートシンクの規模が大きくなり、アンテナ全体の重量が増加し、構造も複雑になるという問題点がある。
【００１５】
本発明の目的は、アクティブフェーズドアレーアンテナの上述した各種問題点を解決するとともに、移動体用の素材伝送装置や衛星搭載用などの展開型アクティブフェーズドアレーアンテナに必要な単純な構造で、薄型・軽量かつコストパフォーマンスがよく、高周波帯においても高精度にビーム形成できるといった特長を具え、また、アンテナが大型化された場合でも、アクティブフェーズドアレーアンテナの構造を薄型・軽量化でき、また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用した場合でも、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することのできるアクティブフェーズドアレーアンテナと２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナは、アクティブデバイスと該アクティブデバイスの出力線路により励振される励振用アンテナ素子とを一体化してなる励振用アクティブアンテナが配置されている金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の励振用金属板とするとともに、前記励振用アクティブアンテナの上側に金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の結合用アンテナ素子が形成されている結合用アンテナ板を配置し、該配置した結合用アンテナ板の上側に放射用アンテナ素子が形成されている放射用アンテナ板を配置して前記結合用アンテナ素子から前記放射用アンテナ素子に電磁結合させることによって該放射用アンテナ素子に給電するように構成したアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記励振用アクティブアンテナを配置した前記励振用金属板の下側に、電源回路と少なくとも中間周波数回路、発振器、周波数変換器を含んでいる集積回路が配置され、前記結合用アンテナ素子が、前記周波数変換器で周波数変換して得られた高周波信号を前記励振用アクティブアンテナに電磁結合するように構成され、前記励振用金属板と前記結合用アンテナ板との間、及び前記結合用アンテナ板と前記放射用アンテナ板との間は、金属フレームによって所定の距離で固定され、前記井形状の構造に接続される中空の金属パイプは、前記集積回路の回路単位での配置に応じた配線を通すように構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、発明の実施の形態に基いて本発明を詳細に説明する。
上述したように、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナは、アクティブデバイスと励振用アンテナ素子とを一体化してなる励振用アクティブアンテナが配置される金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造とし、その中空のパイプを放熱用のヒートパイプや電力増幅器のバイアスなどに使用して、この金属板上の任意の場所に励振用アクティブアンテナを配置し、その上部に結合用のスロット素子を配置し、さらにその上部に放射用スロット板を配置して放射用スロットに電磁結合により給電するように構成したものである。
【００２２】
また、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの変形は、さらに、励振用アクティブデバイスを配置した金属板の下側に、励振用アクティブアンテナが設置されている金属板と同様の形状を有する金属板を設置し、その金属板上に少ないくとも中間周波回路、発信器、周波数変換器を含んでいる集積回路が配置され、上部に周波数変換回路で周波数変換した高周波信号を励振用アクティブアンテナに結合させるようにアクティブフェーズドアレーアンテナを構成したものである。
【００２３】
以上のように構成することにより、アレーアンテナが大型化された場合でも励振用アクティブアンテナが配置される金属板が井形構造であるため、金属板の重量を軽減することができ、従って、アクティブフェーズドアレーアンテナの構造を薄型・軽量化することができる。また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用し、ヒートシンクなどの放熱機構が多数必要になった場合でも、金属板を構成する井形状の中空のパイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとしても利用することが可能であるので、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することができる。
【００２４】
また、励振用アクティブアンテナと放射用アクティブアンテナの間に結合用スロット板を配置して両者を結合させるようにしたことで、励振用アクティブアンテナを小型化することができ、かつ、放射用スロットアレーに精度よく給電することができる。
【００２５】
また、本発明により励振用アクティブアンテナ回路を小型化し、電力増幅器を金属板上に分散配置することで電力増幅器から発生した熱を分散させることができるので、放熱機構も小型・軽量化することができる。また、中空パイプで構成された金属板の中にバイアス線や制御線などを配線することにより、励振用アクティブ回路や電源回路などの各回路を、回路単位で任意に配置するとができるので、構造の自由度が増して簡単な製造工程で製作できるようになり、従って、低価格・高精度のアクティブフェーズドアレーアンテナの実現が可能となる。
【００２６】
さらにまた、本発明によれば、給電回路とアンテナとが一体化し、電磁結合により放射アンテナヘ給電しているため、高い周波数においても効率よく高精度なアンテナの特性を期待できる。また、アンテナパネルを任意に分割して構成することができるので、収納時には非常にコンパクトとなり、可搬性、携帯性、収納性が向上する。
【００２７】
図１は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。
図１において、１は放射用スロット、２は放射用スロット板、３は結合用スロット、４は結合用スロット板、５は金属フレーム、６は放射用スロット金属板、７は中空のパイプを井形状に接続した金属板、７−１はパイプの中、７−２はバイアス線や制御線、８は金属フレーム、９は励振用スロット金属箱、９−１は励振用スロット、９−２は励振用スロット板、９−３は溝付きの金属ベース、９−４は結合用スロット、９−５は入力用ストリップ導体、９−６は電力増幅素子、９−７は出力用ストリップ導体、９−８は入力用トリプレート線路、９−９は出力用トリプレート線路、１０は励振用金属板、１１は励振用スロット金属箱、１１−１は励振用スロット、１１−２は励振用スロット板、１１−３は溝付きの金属ベース、１１−４はＭＭＩＣ素子、１１−５はストリップ導体、１１−６は出力用トリプレート線路、１２は位相制御回路および電源回路箱、１２−１は金属ベースを密封するための金属板、１２−２は溝付きの金属ベース、１２−３はＭＭＩＣ素子、１３は励振用金属板、および１４はアクティブスロットアンテナである。
【００２８】
動作につき説明する。
図１中、まず、放射用スロット金属板６は、線状に配列した放射用スロット１と、放射用スロット１が形成されている放射用スロットアレー板２と、放射用スロット１を励振するための結合用スロット３が形成されている結合用スロット板４と、放射用スロット板２と結合用スロット板４をある一定の間隔で固定するための金属フレーム５とから構成されている。
【００２９】
また、励振用金属板１０（放射用スロット金属板６の下側に配置される）は、結合用スロット板４の結合用スロット３を励振するための励振用スロット９−１と励振用スロット９−１が形成されている励振用スロット板９−２と入力用ストリップ導体９−５と入力高周波信号を増幅するための電力増幅素子９−６と電力増幅素子９−６の出力線路および励振用スロット９−１に給電するための出力用ストリップ導体９−７と入力用ストリップ導体９−５を励振するための結合用スロット９−４と入力用ストリップ導体９−５、電力増幅素子９−６、出力用ストリップ導体９−７、および結合用スロット９−４を配置するための溝付きの金属ベース９−３とから構成される励振用スロット金属箱９と、この励振用スロット金属箱９を固定するための中空のパイプを井形状に接続した金属板７と、励振用スロット板９−２と結合用スロット板４とをある一定の間隔で固定するための３属フレーム８とから構成されている。
【００３０】
また、励振用スロット金属箱９内において、入力用ストリップ導体９−５と溝付きの金属ベース９−３と励振用スロット板９−２とにより入力用トリプレート線路９−８が、また、出力用ストリップ導体９−７と溝付きの金属ベース９−３と励振用スロット板９−２とにより出力用トリプレート線路９−９がそれぞれ構成されている。そして、入力用トリプレート線路９−８と出力用トリプレート線路９−９と電力増幅素子９−６と金属ベース９−３と励振用スロット９−１が形成されている励振用スロット板９−２とにより、励振用１素子アクティブスロットアンテナが構成されている。この構成については、本願人が特願２０００−１３７９９３号「アクティブアンテナ」としてすでに出願している。
【００３１】
この出願（特願２０００−１３７９９３号）は、平面金属板の溝の中に増幅回路を実装したベース板の両側の一方の側にスロット付きの金属板を、もう一方の側に給電線基板を取り付け、両者を電磁的に結合することによって構成したことを要旨としている。
【００３２】
励振用金属板１３（これは、励振用金属板１０の下側に配置される）は、結合用スロット９−４を励振するための励振用スロット１１−１と、励振用スロット１１−１が形成されている励振用スロット板１１−２と、中間周波数（ＩＦ）回路、発振器、周波数変換器、電力増幅器などで構成されたＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integlated Circuits）素子１１−４と、ＭＭＩＣ素子１１−４の出力線路であり、かつ、結合用スロット９−４に給電するためのストリップ導体１１−５と、ストリップ導体１１−５とＭＭＩＣ素子１１−４を配置するための溝付きの金属ベース１１−３とから構成される励振用スロット金属箱１１と、さらに、位相制御回路や電源回路で構成されたＭＭＩＣ素子１２−３と、ＭＭＩＣ素子１２−３を配置するための溝付きの金属ベース１２−２と金属ベースを密封するための金属板１２−１とから構成される位相制御回路および電源回路箱１２と、励振用スロット金属箱１１と位相制御回路および電源回路箱１２を固定するための中空のパイプを井形状に接続した金属板７と、結合用スロット９−４が形成されている結合用スロット板と励振用スロット板１１−２をある一定の間隔で固定するための金属フレーム８とから構成されている。
【００３３】
また、励振用スロット金属箱１１内において、ストリップ導体１１−５と溝付きの金属ベース１１−３と励振用スロット板１１−２とにより出力用トリプレート線路１１−６が構成される。そして、最終的に、放射用スロット金属板６と励振用金属板１０と励振用金属板１３とを積層することによりアクティブスロットアンテナ１４が構成される。
【００３４】
また、中空のパイプを井形状に接続した金属板７については、パイプの中７−１にバイアス線や制御線７−２を自由に配線することができ、また、任意の場所から接続できるため、励振用スロット金属箱９、励振用スロット金属箱１１、および位相制御回路および電源回路箱１２などの各金属箱を自由に配置することができる。
【００３５】
高周波信号の流れを説明する。
ＩＦ回路、発振器、周波数変換器、電力増幅器などで構成されたＭＭＩＣ素子１１−４から出力された高周波信号は、出力用トリプレート線路１１−６を伝送して励振用スロット板１１−２上に形成されている励振用スロット１１−１に電磁結合する。結合した高周波信号は、励振用スロット１１−１から放射し、結合用スロット９−４に電磁結合する。さらに、結合用スロット９−４に結合した電磁波はさらに電磁結合により入力用トリプレート線路９−８を伝送し、電力増幅素子９−６に入力される。入力された高周波信号は電力増幅素子９−６で増幅された後、出力用トリプレート線路９−９を伝送して励振用スロット９−１に電磁結合し、結合用スロット３を経由してさらに放射用スロットアレー１に電磁結合して空間に放射される。この構造については、本願人が特願２００１−６４７６号「フェーズドアレーアンテナ及びこれを用いた送・受信装置」としてすでに出願している。
【００３６】
この出願（特願２００１−６４７６号）は、最上層の金属板に、ｎ個（ｎはｎ≧２なる任意の自然数）のスロットアンテナ素子を等間隔で、かつ偏波方向が一致するように１方向に配列し、その下層側に、上層側よりも１つ少ない素子数（ｉ段目の素子数：ｎ−ｉ＋１）のスロットアンテナ素子が上層側と同様に形成された金属板をｍ段（ｍはｍ≧２なる任意の自然数）まで積層して多層構造とし、下層側のスロットアンテナ素子がその放射した電磁波が空間的に分配あるいは合成されて、適当な結合度で上層側のスロットアンテナ素子に電磁結合するように配置されることを要旨としている。
【００３７】
以上説明した本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態においては、励振用スロットの１素子を上部の放射用スロットの８素子に結合させた（図１参照）場合である。しかし、これは任意に変更することができる。また、放射用スロット板２と励振用１素子アクティブスロットアンテナ（励振用スロット金属箱）９の間に結合用スロット３が形成されている結合用スロット板４を配置することにより、励振用アクティブスロットアンテナが小型化されても精度よく放射用スロットアレー素子に給電することができるようになる。
【００３８】
また、本発明の構成により、励振用アクティブスロットアンテナは任意の位置から励振することが可能となる。さらに、中空のパイプを井形状に接続した金属板７を使用することによって、金属板の重量を軽減でき、金属板を構成する井形状のパイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとして利用することも可能となる。
【００３９】
また、以上説明した本発明の一実施形態においては、使用するアンテナ素子はすべて線状のスロット素子であるとしたが、これは、従来技術の項で説明した特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報にみられるごとき円形の孔であってもよく、スロット素子に限られるものではない。
【００４０】
図２は、本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。なお、図２において、図１と同一の構成要素には、同一符号を付して示している。
図２において、６は放射用スロット金属板、１０は励振用金属板、１３は励振用金属板、１５は放射用スロット金属板の２次元平面板、１６は励振用金属板の２次元平面板、１７は励振用金属板の２次元平面板、および１８は２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナである。
【００４１】
動作について説明する。
本実施形態においては、本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナは、その初期状態において、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態で使用した複数の放射用スロット金属板６と複数の励振用金属板１０と複数の励振用金属板１３（図１参照）とが、それぞれ積層された状態で収納されているものとする。これら積層された各金属板を矢印で示すように２次元平面状に展開し、各金属板の２次元平面板１５、１６、１７を得る。得られた各金属板の２次元平面板を、図示のように、励振用金属板の２次元平面板１７の上方に励振用金属板の２次元平面板１６が、励振用金属板の２次元平面板１６の上方に放射用スロット金属板の２次元平面板１５がそれぞれ配置されるように、積層することで２次元平面状のアクティブフェーズドアレーアンテナ１８を構成することができる。
【００４２】
ここで、収納されている複数の放射用スロット金属板と複数の励振用金属板とを展開して２次元平面板にする技術は、本願人が、「展開型アクティブフェーズドアレーアンテナ、送信装置および受信装置」の名称で本出願と同日付で出願した特許出願明細書に記載しているが、その要点は次の通りである。
【００４３】
すなわち、複数の放射用スロット金属板と複数の励振用金属板とには、それぞれ伸展用ポールと、伸展後にそれらを回転させるための回転機構とが各金属板の側面に取り付けられていて、展開が始まると、各金属板は伸展用ポールによって伸展され、さらに、回転械構により回転させられて最終的に平面状に展開されるようになっている。平面状に展開された後に、展開された各金属板を重ね合わせることは、図２に示したのと同じである。
【００４４】
また、本実施形態の場合、展開時に、上下、および左右に隣接する励振用金属板１０，１３の中空パイプを相互接続することにより、バイアス線、制御線なども接続され、従って、電源回路や制御回路などを効率よく自由に配置することができる。
【００４５】
以上説明した本発明アクティブフェーズドアレーアンテナおよび２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナにおいては、中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の金属板上に配置されるものは、励振用スロット金属箱や制御回路および電源回路箱であり、具体的には、中間周波数回路、発振器、周波数変換器や、制御回路、電源回路などであったが、これら以外の回路を、機能ごとに小型モジュール化して構成し、上記金属板上に自由に配置してもよい。
【００４６】
また、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナおよび２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナは、いずれも送信用のアクティブフェーズドアレーアンテナの場合であるが、増幅器を低雑音増幅器で構成することによって受信用アクティブフェーズドアレーアンテナとすることもできる。
【００４７】
最後に、本発明は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナまたは２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置を含むものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）アレーアンテナが大型化した場合でも金属板が中空のパイプを平面に井形状に接続した構造のものであるため、金属板の重量を軽減でき、アクティブフェーズドアレーアンテナを薄型・軽量化することができる。また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用し、ヒートシンクなどの放熱機構が多数必要になった場合でも、金属板を構成する井形状の中空パイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとしても利用することが可能となり、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することもできる。
（２）励振用アクティブアンテナと放射用アクティブアンテナの間に結合用スロット板を配置し両者を結合させることにより、下側に配置される励振用アクティブアンテナを小型化することができ、かつ、放射用スロットアレーに精度よく給電することができる。また、励振用アクティブアンテナ回路を小型化し、電力増幅器を金属板上に分散配置することで、電力増幅器から発生した熱を分散させることができ、放熱機構を小型・軽量化することができる。
（３）金属板を構成する中空パイプの中にバイアス線や制御線などをす通すことで、励振用アクティブ回路や電源回路などの各回路についても回路単位で任意に配置することができるようになり、従って、構造の自由度が増し、簡単な製造工程で製作することが可能となり、低価格・高精度のアクティブフェーズドアレーアンテナが実現できることになる。
（４）給電回路とアンテナとが一体化し、電磁結合により放射アンテナヘ給電しているため、高い周波数においても効率よく高精度なアンテナの特性が得られることが期待される。
（５）各アンテナパネルを任意に分割構成することができるので、収納時は非常にコンパクトになり、可搬性、携帯性および収納性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明アクティブフェーズドアレーアンテナ一実施形態を示している。
【図２】 本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。
【図３】 特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図と断面図で示している。
【図４】 同じく特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナのにおける、高周波モジュールと制御モジュールの回路構成と両モジュール間の接続を示している。
【図５】 特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図と断面図で示している。
【図６】 同じく特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナの１次放射部と給電部の構成をブロック図で示している。
【符号の説明】
１ 放射用スロット
２ 放射用スロット板
３ 結合用スロット
４ 結合用スロット板
５ 金属フレーム
６ 放射用スロット金属板
７ 中空のパイプを井形状に接続した金属板
７−１ パイプの中
７−２ バイアス線や制御線
８ 金属フレーム
９ 励振用スロット金属箱
９−１ 励振用スロット
９−２ 励振用スロット板
９−３ 溝付きの金属ベース
９−４ 結合用スロット
９−５ 入力用ストリップ導体
９−６ 電力増幅素子
９−７ 出力用ストリップ導体
９−８ 入力用トリプレート線路
９−９ 出力用トリプレート線路
１０ 励振用金属板
１１ 励振用スロット金属箱
１１−１ 励振用スロット
１１−２ 励振用スロット板
１１−３ 溝付きの金属ベース
１１−４ ＭＭＩＣ素子
１１−５ ストリップ導体
１１−６ 出力用トリプレート線路
１２ 位相制御回路および電源回路箱
１２−１ 金属ベースを密封するための金属板
１２−２ 溝付きの金属ベース
１２−３ ＭＭＩＣ素子
１３ 励振用金属板
１４ アクティブスロットアンテナ
１５ 放射用スロット金属板の２次元平面板
１６ 励振用金属板の２次元平面板
１７ 励振用金属板の２次元平面板
１８ ２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブフェーズドアレーアンテナに係り、特に、電子追尾機能を有する移動体に対して番組素材を送受信する素材伝送装置、マルチビームや空間的にビーム走査可能な衛星放送受信アンテナ、および衛星搭載用の送受信アンテナ等に使用して、携帯性、可搬性および収納性を向上させ得るアクティブフェーズドアレーアンテナと２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナに関する。
また、本発明は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナまたは２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（ａ）は、従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの一例として、特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載の、制御モジュールが設置された多層基板上にアレーアンテナと一体化された高周波モジュールを設置して構成したアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図にて示している。
【０００３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したアクティブフェーズドアレーアンテナの接続構造を断面図にて示している。図３（ａ），（ｂ）において、高周波モジュール５００はセラミック多層基板パッケージ２１の内部に半導体チップ等が実装され、その上面にパッチアンテナを用いた複数の放射素子２０が導体パターンで形成され、また下面の周囲に複数の接続電極２４が導体パターンで形成された構造となっている。
【０００４】
一方、制御モジュール５１０は多層積層基板１０４（図３（ａ）参照）を用いて構成され、その下面に信号処理用の複数のＬＳＩが実装され、上面には高周波モジュール５００を取り付けるための接続電極（図示しない）が設けられている。高周波モジュール５００と制御モジュール５１０とは、両者の表面に設けられた接続電極（高周波モジュール５００の下面に設られた接続電極は符号２４で示されている）部分で半田付けされ接続されている。
【０００５】
また、セラミック多層基板パッケージ２１の放射素子２０を設けた面に、放射素子２０を避けるように複数の放射窓３０を設けた金属などの熱伝導性の高い材料からなるヒートシンク２９を取り付け、このヒートシンク２９と半導体チップ２７は、セラミック多層基板パッケージ２１の内部に貫通するように設けられた複数のサーマルバイアホール２８で接続されている。このサーマルバイアホール２８は、熱伝導率向上のために設けられたものである。
【０００６】
このような構成では、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０との間の接続部には高い周波数の高周波信号が通らないため、半田リフロー等の表面実装技術により、それぞれのモジュールに設けられた電極間を簡単な製造行程によって接続することができる。これによって、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０間の接続が簡単な製造行程で実現るようになり、製造コストが低減される。さらに、半導体チップ２７で発生する熱をヒートシンク２９から高周波モジュール５００の外部に排出することができ、パッケージ内で熱の発生が多い高出力の電力増幅器を実装することが可能となる。
【０００７】
図４は、以上説明した特開平１１−３４０７２４号の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナにおける、高周波モジュール５００と制御モジュール５１０の各回路構成と両モジュール間の接続を示している。
図中、符号３１は周波数変換器、３２はローカル信号供給端子、３３は電力増幅器用バイアス電源供給端子、３４は可変移相器、３５は制御信号接続線路、３６はビーム制御回路、３７はビーム制御信号供給端子、および３８は中間周波数信号供給端子である。
この回路の動作は、当業者であれば容易に理解できるものと思われるので、ここでは、その説明は省略する。
【０００８】
従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの２番目の例として、特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のように、アクティブフェーズドアレーアンテナへの給電と給電用の分配・合成に電磁結合による空間分配方式を用いている場合について説明する。
図５（ａ）は、このフェーズドアレーアンテナの斜視図、そして図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ′断面図を示している。
図５（ａ），（ｂ）において、６００は１次放射部、７００は２次放射部である。そして１次放射部６００は複数の１次側アンテナ素子（第３アンテナ素子）６１０を有し、この１次側アンテナ素子６１０が配置されている面Ｃが、２次放射部７００の給電側の面Ａに対向している。
【０００９】
図６は、１次放射部６００と給電部の構成をブロック図で示している。
図６に示すように、１次放射部６００は、複数個の１次側アンテナ素子６１０と、各１次側アンテナ素子６１０ごとに設けられた増幅器６２０と、合成分配器６３０とを有している。合成分配器６３０としては、ストリップ線路からなる分岐回路が利用され得る。また、１次側アンテナ素子６１０としては、例えば、バッチアンテナ、ダイポールアンテナあるいはホーンアンテナなどを使用することができる。
【００１０】
給電部６４０から入力された高周波信号は、合成分配器６３０により分配されて各増幅器６２０に供給される。供給された高周波信号は、各増幅器６２０により増幅された後各１次側アンテナ素子６１０に供給され、各１次側アンテナ素子６１０から２次放射部７００の面Ａに向けて放射される。
【００１１】
ここで、１次放射部６００の放射指向特性は、各１次側アンテナ素子６１０に供給される高周波信号の振幅と位相とにより決定される。高周波信号の振幅は合成分配器６３０の分配比により調整される。以上説明した従来のアクティブフェーズドアレーアンテナの他の例は、このように空間給電方式を用いることにより、２次放射部７００の各放射側アンテナ素子７１０に高周波信号を低損失で分配することができるとともに、給電回路が簡単に構成できるという特長がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術のうち最初の例（特開平１１−３４０７２４号の公開特許公報に記載の例）は、複数の放射素子２０が一体化された高周波モジュール５００と制御モジュール５１０との間の接続を簡単な製造行程で実現でき、従って、製造コストを低減できる利点がある。しかし、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用する場合、放熱のためのヒートシンク２９を大きくする必要があるが、ヒートシンクはアンテナの表面や側面に取り付けられているのでヒートシンクの大きさには限界がある。また、この従来技術では、ヒートパイプなどの放熱機構を構成することも非常に困難である。
【００１３】
また、この従来技術では、アレーアンテナが大型化すると全体の重量が増加するとともに高周波モジュール５００や制御モジュール５１０内の回路規模が大きく、複雑になる。さらに、高周波モジュール５００の給電線路はバイアホールなどで直接半導体チップ２７（増幅素子）と放射素子２０を接続する構造であるため、周波数が高くなるとアンテナの特性が低下するおそれがある。
【００１４】
また、従来技術の２番目の例（特開２０００−２２３９２６号の公開特許公報に記載の例）は、空間給電方式を用いたことにより、各放射側アンテナ素子７１０に高周波信号を低損失で分配することができるとともに、給電回路を簡単な構成で実現できるという利点を有している。しかし、この例においても、最初の例と同様、高出力の電力増幅器を使用した場合、ヒートシンクの規模が大きくなり、アンテナ全体の重量が増加し、構造も複雑になるという問題点がある。
【００１５】
本発明の目的は、アクティブフェーズドアレーアンテナの上述した各種問題点を解決するとともに、移動体用の素材伝送装置や衛星搭載用などの展開型アクティブフェーズドアレーアンテナに必要な単純な構造で、薄型・軽量かつコストパフォーマンスがよく、高周波帯においても高精度にビーム形成できるといった特長を具え、また、アンテナが大型化された場合でも、アクティブフェーズドアレーアンテナの構造を薄型・軽量化でき、また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用した場合でも、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することのできるアクティブフェーズドアレーアンテナと２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナは、アクティブデバイスと該アクティブデバイスの出力線路により励振される励振用アンテナ素子とを一体化してなる励振用アクティブアンテナが配置されている金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の励振用金属板とするとともに、前記励振用アクティブアンテナの上側に金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の結合用アンテナ素子が形成されている結合用アンテナ板を配置し、該配置した結合用アンテナ板の上側に放射用アンテナ素子が形成されている放射用アンテナ板を配置して前記結合用アンテナ素子から前記放射用アンテナ素子に電磁結合させることによって該放射用アンテナ素子に給電するように構成したアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記励振用アクティブアンテナを配置した前記励振用金属板の下側に、電源回路と少なくとも中間周波数回路、発振器、周波数変換器を含んでいる集積回路が配置され、前記結合用アンテナ素子が、前記周波数変換器で周波数変換して得られた高周波信号を前記励振用アクティブアンテナに電磁結合するように構成され、前記励振用金属板と前記結合用アンテナ板との間、及び前記結合用アンテナ板と前記放射用アンテナ板との間は、金属フレームによって所定の距離で固定され、前記井形状の構造に接続される中空の金属パイプは、前記集積回路の回路単位での配置に応じた配線を通すように構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、発明の実施の形態に基いて本発明を詳細に説明する。
上述したように、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナは、アクティブデバイスと励振用アンテナ素子とを一体化してなる励振用アクティブアンテナが配置される金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造とし、その中空のパイプを放熱用のヒートパイプや電力増幅器のバイアスなどに使用して、この金属板上の任意の場所に励振用アクティブアンテナを配置し、その上部に結合用のスロット素子を配置し、さらにその上部に放射用スロット板を配置して放射用スロットに電磁結合により給電するように構成したものである。
【００２２】
また、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの変形は、さらに、励振用アクティブデバイスを配置した金属板の下側に、励振用アクティブアンテナが設置されている金属板と同様の形状を有する金属板を設置し、その金属板上に少ないくとも中間周波回路、発信器、周波数変換器を含んでいる集積回路が配置され、上部に周波数変換回路で周波数変換した高周波信号を励振用アクティブアンテナに結合させるようにアクティブフェーズドアレーアンテナを構成したものである。
【００２３】
以上のように構成することにより、アレーアンテナが大型化された場合でも励振用アクティブアンテナが配置される金属板が井形構造であるため、金属板の重量を軽減することができ、従って、アクティブフェーズドアレーアンテナの構造を薄型・軽量化することができる。また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用し、ヒートシンクなどの放熱機構が多数必要になった場合でも、金属板を構成する井形状の中空のパイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとしても利用することが可能であるので、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することができる。
【００２４】
また、励振用アクティブアンテナと放射用アクティブアンテナの間に結合用スロット板を配置して両者を結合させるようにしたことで、励振用アクティブアンテナを小型化することができ、かつ、放射用スロットアレーに精度よく給電することができる。
【００２５】
また、本発明により励振用アクティブアンテナ回路を小型化し、電力増幅器を金属板上に分散配置することで電力増幅器から発生した熱を分散させることができるので、放熱機構も小型・軽量化することができる。また、中空パイプで構成された金属板の中にバイアス線や制御線などを配線することにより、励振用アクティブ回路や電源回路などの各回路を、回路単位で任意に配置するとができるので、構造の自由度が増して簡単な製造工程で製作できるようになり、従って、低価格・高精度のアクティブフェーズドアレーアンテナの実現が可能となる。
【００２６】
さらにまた、本発明によれば、給電回路とアンテナとが一体化し、電磁結合により放射アンテナヘ給電しているため、高い周波数においても効率よく高精度なアンテナの特性を期待できる。また、アンテナパネルを任意に分割して構成することができるので、収納時には非常にコンパクトとなり、可搬性、携帯性、収納性が向上する。
【００２７】
図１は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。
図１において、１は放射用スロット、２は放射用スロット板、３は結合用スロット、４は結合用スロット板、５は金属フレーム、６は放射用スロット金属板、７は中空のパイプを井形状に接続した金属板、７−１はパイプの中、７−２はバイアス線や制御線、８は金属フレーム、９は励振用スロット金属箱、９−１は励振用スロット、９−２は励振用スロット板、９−３は溝付きの金属ベース、９−４は結合用スロット、９−５は入力用ストリップ導体、９−６は電力増幅素子、９−７は出力用ストリップ導体、９−８は入力用トリプレート線路、９−９は出力用トリプレート線路、１０は励振用金属板、１１は励振用スロット金属箱、１１−１は励振用スロット、１１−２は励振用スロット板、１１−３は溝付きの金属ベース、１１−４はＭＭＩＣ素子、１１−５はストリップ導体、１１−６は出力用トリプレート線路、１２は位相制御回路および電源回路箱、１２−１は金属ベースを密封するための金属板、１２−２は溝付きの金属ベース、１２−３はＭＭＩＣ素子、１３は励振用金属板、および１４はアクティブスロットアンテナである。
【００２８】
動作につき説明する。
図１中、まず、放射用スロット金属板６は、線状に配列した放射用スロット１と、放射用スロット１が形成されている放射用スロットアレー板２と、放射用スロット１を励振するための結合用スロット３が形成されている結合用スロット板４と、放射用スロット板２と結合用スロット板４をある一定の間隔で固定するための金属フレーム５とから構成されている。
【００２９】
また、励振用金属板１０（放射用スロット金属板６の下側に配置される）は、結合用スロット板４の結合用スロット３を励振するための励振用スロット９−１と励振用スロット９−１が形成されている励振用スロット板９−２と入力用ストリップ導体９−５と入力高周波信号を増幅するための電力増幅素子９−６と電力増幅素子９−６の出力線路および励振用スロット９−１に給電するための出力用ストリップ導体９−７と入力用ストリップ導体９−５を励振するための結合用スロット９−４と入力用ストリップ導体９−５、電力増幅素子９−６、出力用ストリップ導体９−７、および結合用スロット９−４を配置するための溝付きの金属ベース９−３とから構成される励振用スロット金属箱９と、この励振用スロット金属箱９を固定するための中空のパイプを井形状に接続した金属板７と、励振用スロット板９−２と結合用スロット板４とをある一定の間隔で固定するための３属フレーム８とから構成されている。
【００３０】
また、励振用スロット金属箱９内において、入力用ストリップ導体９−５と溝付きの金属ベース９−３と励振用スロット板９−２とにより入力用トリプレート線路９−８が、また、出力用ストリップ導体９−７と溝付きの金属ベース９−３と励振用スロット板９−２とにより出力用トリプレート線路９−９がそれぞれ構成されている。そして、入力用トリプレート線路９−８と出力用トリプレート線路９−９と電力増幅素子９−６と金属ベース９−３と励振用スロット９−１が形成されている励振用スロット板９−２とにより、励振用１素子アクティブスロットアンテナが構成されている。この構成については、本願人が特願２０００−１３７９９３号「アクティブアンテナ」としてすでに出願している。
【００３１】
この出願（特願２０００−１３７９９３号）は、平面金属板の溝の中に増幅回路を実装したベース板の両側の一方の側にスロット付きの金属板を、もう一方の側に給電線基板を取り付け、両者を電磁的に結合することによって構成したことを要旨としている。
【００３２】
励振用金属板１３（これは、励振用金属板１０の下側に配置される）は、結合用スロット９−４を励振するための励振用スロット１１−１と、励振用スロット１１−１が形成されている励振用スロット板１１−２と、中間周波数（ＩＦ）回路、発振器、周波数変換器、電力増幅器などで構成されたＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integlated Circuits）素子１１−４と、ＭＭＩＣ素子１１−４の出力線路であり、かつ、結合用スロット９−４に給電するためのストリップ導体１１−５と、ストリップ導体１１−５とＭＭＩＣ素子１１−４を配置するための溝付きの金属ベース１１−３とから構成される励振用スロット金属箱１１と、さらに、位相制御回路や電源回路で構成されたＭＭＩＣ素子１２−３と、ＭＭＩＣ素子１２−３を配置するための溝付きの金属ベース１２−２と金属ベースを密封するための金属板１２−１とから構成される位相制御回路および電源回路箱１２と、励振用スロット金属箱１１と位相制御回路および電源回路箱１２を固定するための中空のパイプを井形状に接続した金属板７と、結合用スロット９−４が形成されている結合用スロット板と励振用スロット板１１−２をある一定の間隔で固定するための金属フレーム８とから構成されている。
【００３３】
また、励振用スロット金属箱１１内において、ストリップ導体１１−５と溝付きの金属ベース１１−３と励振用スロット板１１−２とにより出力用トリプレート線路１１−６が構成される。そして、最終的に、放射用スロット金属板６と励振用金属板１０と励振用金属板１３とを積層することによりアクティブスロットアンテナ１４が構成される。
【００３４】
また、中空のパイプを井形状に接続した金属板７については、パイプの中７−１にバイアス線や制御線７−２を自由に配線することができ、また、任意の場所から接続できるため、励振用スロット金属箱９、励振用スロット金属箱１１、および位相制御回路および電源回路箱１２などの各金属箱を自由に配置することができる。
【００３５】
高周波信号の流れを説明する。
ＩＦ回路、発振器、周波数変換器、電力増幅器などで構成されたＭＭＩＣ素子１１−４から出力された高周波信号は、出力用トリプレート線路１１−６を伝送して励振用スロット板１１−２上に形成されている励振用スロット１１−１に電磁結合する。結合した高周波信号は、励振用スロット１１−１から放射し、結合用スロット９−４に電磁結合する。さらに、結合用スロット９−４に結合した電磁波はさらに電磁結合により入力用トリプレート線路９−８を伝送し、電力増幅素子９−６に入力される。入力された高周波信号は電力増幅素子９−６で増幅された後、出力用トリプレート線路９−９を伝送して励振用スロット９−１に電磁結合し、結合用スロット３を経由してさらに放射用スロットアレー１に電磁結合して空間に放射される。この構造については、本願人が特願２００１−６４７６号「フェーズドアレーアンテナ及びこれを用いた送・受信装置」としてすでに出願している。
【００３６】
この出願（特願２００１−６４７６号）は、最上層の金属板に、ｎ個（ｎはｎ≧２なる任意の自然数）のスロットアンテナ素子を等間隔で、かつ偏波方向が一致するように１方向に配列し、その下層側に、上層側よりも１つ少ない素子数（ｉ段目の素子数：ｎ−ｉ＋１）のスロットアンテナ素子が上層側と同様に形成された金属板をｍ段（ｍはｍ≧２なる任意の自然数）まで積層して多層構造とし、下層側のスロットアンテナ素子がその放射した電磁波が空間的に分配あるいは合成されて、適当な結合度で上層側のスロットアンテナ素子に電磁結合するように配置されることを要旨としている。
【００３７】
以上説明した本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態においては、励振用スロットの１素子を上部の放射用スロットの８素子に結合させた（図１参照）場合である。しかし、これは任意に変更することができる。また、放射用スロット板２と励振用１素子アクティブスロットアンテナ（励振用スロット金属箱）９の間に結合用スロット３が形成されている結合用スロット板４を配置することにより、励振用アクティブスロットアンテナが小型化されても精度よく放射用スロットアレー素子に給電することができるようになる。
【００３８】
また、本発明の構成により、励振用アクティブスロットアンテナは任意の位置から励振することが可能となる。さらに、中空のパイプを井形状に接続した金属板７を使用することによって、金属板の重量を軽減でき、金属板を構成する井形状のパイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとして利用することも可能となる。
【００３９】
また、以上説明した本発明の一実施形態においては、使用するアンテナ素子はすべて線状のスロット素子であるとしたが、これは、従来技術の項で説明した特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報にみられるごとき円形の孔であってもよく、スロット素子に限られるものではない。
【００４０】
図２は、本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。なお、図２において、図１と同一の構成要素には、同一符号を付して示している。
図２において、６は放射用スロット金属板、１０は励振用金属板、１３は励振用金属板、１５は放射用スロット金属板の２次元平面板、１６は励振用金属板の２次元平面板、１７は励振用金属板の２次元平面板、および１８は２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナである。
【００４１】
動作について説明する。
本実施形態においては、本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナは、その初期状態において、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態で使用した複数の放射用スロット金属板６と複数の励振用金属板１０と複数の励振用金属板１３（図１参照）とが、それぞれ積層された状態で収納されているものとする。これら積層された各金属板を矢印で示すように２次元平面状に展開し、各金属板の２次元平面板１５、１６、１７を得る。得られた各金属板の２次元平面板を、図示のように、励振用金属板の２次元平面板１７の上方に励振用金属板の２次元平面板１６が、励振用金属板の２次元平面板１６の上方に放射用スロット金属板の２次元平面板１５がそれぞれ配置されるように、積層することで２次元平面状のアクティブフェーズドアレーアンテナ１８を構成することができる。
【００４２】
ここで、収納されている複数の放射用スロット金属板と複数の励振用金属板とを展開して２次元平面板にする技術は、本願人が、「展開型アクティブフェーズドアレーアンテナ、送信装置および受信装置」の名称で本出願と同日付で出願した特許出願明細書に記載しているが、その要点は次の通りである。
【００４３】
すなわち、複数の放射用スロット金属板と複数の励振用金属板とには、それぞれ伸展用ポールと、伸展後にそれらを回転させるための回転機構とが各金属板の側面に取り付けられていて、展開が始まると、各金属板は伸展用ポールによって伸展され、さらに、回転械構により回転させられて最終的に平面状に展開されるようになっている。平面状に展開された後に、展開された各金属板を重ね合わせることは、図２に示したのと同じである。
【００４４】
また、本実施形態の場合、展開時に、上下、および左右に隣接する励振用金属板１０，１３の中空パイプを相互接続することにより、バイアス線、制御線なども接続され、従って、電源回路や制御回路などを効率よく自由に配置することができる。
【００４５】
以上説明した本発明アクティブフェーズドアレーアンテナおよび２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナにおいては、中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の金属板上に配置されるものは、励振用スロット金属箱や制御回路および電源回路箱であり、具体的には、中間周波数回路、発振器、周波数変換器や、制御回路、電源回路などであったが、これら以外の回路を、機能ごとに小型モジュール化して構成し、上記金属板上に自由に配置してもよい。
【００４６】
また、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナおよび２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナは、いずれも送信用のアクティブフェーズドアレーアンテナの場合であるが、増幅器を低雑音増幅器で構成することによって受信用アクティブフェーズドアレーアンテナとすることもできる。
【００４７】
最後に、本発明は、本発明アクティブフェーズドアレーアンテナまたは２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナを具えてなる送信装置および受信装置を含むものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）アレーアンテナが大型化した場合でも金属板が中空のパイプを平面に井形状に接続した構造のものであるため、金属板の重量を軽減でき、アクティブフェーズドアレーアンテナを薄型・軽量化することができる。また、熱の発生が多い高出力の電力増幅器を使用し、ヒートシンクなどの放熱機構が多数必要になった場合でも、金属板を構成する井形状の中空パイプをヒートパイプや水冷冷却用のパイプとしても利用することが可能となり、効率よく、薄型・軽量な放熱機構を構成することもできる。
（２）励振用アクティブアンテナと放射用アクティブアンテナの間に結合用スロット板を配置し両者を結合させることにより、下側に配置される励振用アクティブアンテナを小型化することができ、かつ、放射用スロットアレーに精度よく給電することができる。また、励振用アクティブアンテナ回路を小型化し、電力増幅器を金属板上に分散配置することで、電力増幅器から発生した熱を分散させることができ、放熱機構を小型・軽量化することができる。
（３）金属板を構成する中空パイプの中にバイアス線や制御線などをす通すことで、励振用アクティブ回路や電源回路などの各回路についても回路単位で任意に配置することができるようになり、従って、構造の自由度が増し、簡単な製造工程で製作することが可能となり、低価格・高精度のアクティブフェーズドアレーアンテナが実現できることになる。
（４）給電回路とアンテナとが一体化し、電磁結合により放射アンテナヘ給電しているため、高い周波数においても効率よく高精度なアンテナの特性が得られることが期待される。
（５）各アンテナパネルを任意に分割構成することができるので、収納時は非常にコンパクトになり、可搬性、携帯性および収納性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明アクティブフェーズドアレーアンテナ一実施形態を示している。
【図２】 本発明２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナの一実施形態を示している。
【図３】 特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図と断面図で示している。
【図４】 同じく特開平１１−３４０７２４号「フェーズドアレーアンテナ」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナのにおける、高周波モジュールと制御モジュールの回路構成と両モジュール間の接続を示している。
【図５】 特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナを斜視図と断面図で示している。
【図６】 同じく特開２０００−２２３９２６号「フェーズドアレーアンテナ装置」の公開特許公報に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナの１次放射部と給電部の構成をブロック図で示している。
【符号の説明】
１ 放射用スロット
２ 放射用スロット板
３ 結合用スロット
４ 結合用スロット板
５ 金属フレーム
６ 放射用スロット金属板
７ 中空のパイプを井形状に接続した金属板
７−１ パイプの中
７−２ バイアス線や制御線
８ 金属フレーム
９ 励振用スロット金属箱
９−１ 励振用スロット
９−２ 励振用スロット板
９−３ 溝付きの金属ベース
９−４ 結合用スロット
９−５ 入力用ストリップ導体
９−６ 電力増幅素子
９−７ 出力用ストリップ導体
９−８ 入力用トリプレート線路
９−９ 出力用トリプレート線路
１０ 励振用金属板
１１ 励振用スロット金属箱
１１−１ 励振用スロット
１１−２ 励振用スロット板
１１−３ 溝付きの金属ベース
１１−４ ＭＭＩＣ素子
１１−５ ストリップ導体
１１−６ 出力用トリプレート線路
１２ 位相制御回路および電源回路箱
１２−１ 金属ベースを密封するための金属板
１２−２ 溝付きの金属ベース
１２−３ ＭＭＩＣ素子
１３ 励振用金属板
１４ アクティブスロットアンテナ
１５ 放射用スロット金属板の２次元平面板
１６ 励振用金属板の２次元平面板
１７ 励振用金属板の２次元平面板
１８ ２次元平面アクティブフェーズドアレーアンテナ
Claims (1)
- アクティブデバイスと該アクティブデバイスの出力線路により励振される励振用アンテナ素子とを一体化してなる励振用アクティブアンテナが配置されている金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の励振用金属板とするとともに、前記励振用アクティブアンテナの上側に金属板を中空のパイプを平面に井形状に接続した構造の結合用アンテナ素子が形成されている結合用アンテナ板を配置し、該配置した結合用アンテナ板の上側に放射用アンテナ素子が形成されている放射用アンテナ板を配置して前記結合用アンテナ素子から前記放射用アンテナ素子に電磁結合させることによって該放射用アンテナ素子に給電するように構成したアクティブフェーズドアレーアンテナであって、
前記励振用アクティブアンテナを配置した前記励振用金属板の下側に、電源回路と少なくとも中間周波数回路、発振器、周波数変換器を含んでいる集積回路が配置され、
前記結合用アンテナ素子が、前記周波数変換器で周波数変換して得られた高周波信号を前記励振用アクティブアンテナに電磁結合するように構成され、
前記励振用金属板と前記結合用アンテナ板との間、及び前記結合用アンテナ板と前記放射用アンテナ板との間は、金属フレームによって所定の距離で固定され、
前記井形状の構造に接続される中空の金属パイプは、前記集積回路の回路単位での配置に応じた配線を通すように構成されていることを特徴とするアクティブフェーズドアレーアンテナ。
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