(57)【要約】【課題】本発明は、熱や空気の流入を低減し、冷凍機が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置とそのアンテナユニットを提供することである。【解決手段】冷凍機３に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケース４と、前記ケース４の壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインド５と、前記ケース４の内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ７と、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ部８のアンテナ素子８ａと、ＬＮＡ；Low Noise Amplifier（受信用低雑音増幅器）９とを積層させた積層構造体１０を有するアンテナモジュール６とを具備する。【選択図】図１
2014027375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースと、
前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、
前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールとを具備する
ことを特徴とするアレイアンテナ装置のアンテナユニット。
【請求項２】
前記冷凍機は、コールドヘッドを備え、
前記積層構造体は、前記コールドヘッドに装着された状態で、前記ウインドに対向配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置のアンテナユニット。
【請求項３】
前記冷凍機は、前記ケースに連結された冷凍ケーブルを備え、
前記ケースは、前記冷凍機から前記冷凍ケーブルを介して接続されるコールドヘッドにより冷却される冷却構造を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ装置のアンテナユニット。
【請求項４】
冷凍機に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースと、
前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、
前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールと、を具備するアンテナユニットを備え、
前記アンテナユニットが複数、アレイ状に並設された
ことを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記冷凍機は、
前記アンテナユニットで共通に使用される冷凍機本体と、
この冷凍機本体と複数の前記アンテナユニットの前記ケースにそれぞれ連結された複数の冷凍ケーブルと、
前記ケースのそれぞれの内部に配置されたコールドヘッドを備え、
前記ケースは、前記冷凍機本体から前記冷凍ケーブルを介して接続される前記コールドヘッドにより冷却される冷却構造を有する
ことを特徴とする請求項４に記載のアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超伝導技術を用いたフィルタや、極低温技術を用いた高感度アンテナを収納する真空断熱ケースを有するアレイアンテナ装置とそのアンテナユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超電導状態は、極めて低い温度で実現でき、周囲からの断熱のために真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースが用いられる。従来のアンテナ装置は、極低温部である真空断熱ケースの内部にフィルタと、ＬＮＡ；Low Noise Amplifier（受信用低雑音増幅器）とが収納されている。アンテナは、真空断熱ケースの外部に配設されている。真空断熱ケースには２つの高周波入出力ポート（入力ポートと出力ポート）が設けられている。そして、アンテナからの受信信号は、入力ポートを介して真空断熱ケースの内部に伝送されたのち、フィルタを経て、ＬＮＡに入力される。さらに、ＬＮＡにより増幅された受信信号は、出力ポートを介してＬＮＡの後段の電気回路に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９７１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空断熱ケースの内部は、例えば７０Ｋ程度の極低温に冷却する必要がある。従来構成のアンテナは、真空断熱ケースの外部に配設されているので、真空断熱ケースには、２つの高周波入出力ポート（入力ポートと出力ポート）が必要である。そのため、２つの高周波入出力ポートからの熱の流入が大きくなり、冷凍機が大型化する傾向にある。さらに、高周波入出力ポートからの空気のリークがあり、真空断熱ケースの内部の真空度が劣化する。
【０００５】
本実施の形態は上記事情に着目してなされたもので、熱や空気の流入を低減し、冷凍機が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置とそのアンテナユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施の形態のアレイアンテナ装置のアンテナユニットによれば、冷凍機に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースと、前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールとを具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態のアレイアンテナ装置を示す全体の概略構成図。
【図２】第１の実施の形態のアレイアンテナ装置の１つのアンテナユニットを示す縦断面図。
【図３】第２の実施の形態のアレイアンテナ装置を示す全体の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１の実施の形態］  
（構成）  
図１および図２は、第１の実施の形態を示す。図１は、アレイアンテナ装置１を示す全体の概略構成図、図２は、アレイアンテナ装置１の１つのアンテナユニット２を示す縦断面図である。本実施の形態のアレイアンテナ装置１は、図２のアンテナユニット２が複数、アレイ状に並設されている。
【０００９】
１つのアンテナユニット２は、例えばスターリングサイクルの冷凍機３に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケース４を有する。この真空断熱ケース４の壁面には、レドームを兼ねた電波透過性を有するウインド５が配設されている。ここで、真空断熱ケース４には、図２中で下面に冷凍機３が連結されている。また、ウインド５は、真空断熱ケース４の上面に配設されている。
【００１０】
真空断熱ケース４の内部には、アンテナモジュール６が収納されている。このアンテナモジュール６には、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ７と、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ部８と、ＬＮＡ；Low Noise Amplifier（受信用低雑音増幅器）９とを積層させた積層構造体１０が設けられている。ここで、アンテナ部８は、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ素子８ａを有する。赤外線カットフィルタ７は、ウインド５の内面に固定された第１の誘電体多層膜フィルタ７ａと、アンテナ部８の上面に固定された第２の誘電体多層膜フィルタ７ｂとからなる。これらの第１、第２の誘電体多層膜フィルタ７ａ、７ｂは、例えば狭い帯域の赤外線をカットする誘電体フィルタを複数、積層させたものである。複数の誘電体フィルタは、それぞれ帯域の異なるものを積層させて使用することで、広い帯域の赤外線をカットするようになっている。そして、第１の誘電体多層膜フィルタ７ａと第２の誘電体多層膜フィルタ７ｂは、誘電体の厚さがアンテナで使用する電波透過と反射には影響を与えない厚さとして設定されている。なお、赤外線カットフィルタ７は、第１の誘電体多層膜フィルタ７ａと、第２の誘電体多層膜フィルタ７ｂの少なくともいずれか一方だけでもよい。
【００１１】
また、冷凍機３は、コールドヘッド２７を備えている。このコールドヘッド２７には、前記積層構造体１０が装着されている。そして、積層構造体１０は、ウインド５に対向配置されている。なお、ウィンド５を除く真空断熱ケース４の内面および、アンテナ面以外の極低温部には、放射率の低い表面処理が行われている。
【００１２】
さらに、真空断熱ケース４の側面には、１ポートの真空断熱がとれる封止したＲＦコネクタ１１が装着されている。このＲＦコネクタ１１は、ＬＮＡ９用のＤＣが重畳されている。このＲＦコネクタ１１は、ＬＮＡ９の後段に置かれている。このＲＦコネクタ１１は、合成回路１２に接続されている。
【００１３】
（作用・効果）
次に、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置１のアンテナユニット２の作用・効果について説明する。本実施の形態のアレイアンテナ装置１は、アレイ状に並設された複数のアンテナユニット２を有し、各アンテナユニット２では、１つの真空断熱ケース４の内部にアンテナモジュール６がそれぞれ収納されている。このアンテナモジュール６には、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ７と、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ部８と、ＬＮＡ９とを積層させた積層構造体１０が設けられている。これにより、１つのアンテナユニット２の真空断熱ケース４の内部にアンテナ部８のアンテナ素子８ａを収納したことにより、真空断熱ケース４には１ポートのＲＦコネクタ１１のみを設けることができる。そのため、真空断熱ケース４に２ポートの入出力ポートを設ける場合に比べて極低温部である真空断熱ケース４の内部への熱流入を抑圧することができる。
【００１４】
さらに、１ポートのＲＦコネクタ１１は、ＬＮＡ９の後段に置かれているので、ＬＮＡ９の前段にコネクタを配置した場合と比較すると、損失の要求については、緩和される。そのため、ケーブル長を長く取り、熱絶縁が容易となるので、真空断熱ケース４の内部への熱の流入が少なくなり、冷凍機３が小型化できる。
【００１５】
さらに、アンテナモジュール６の積層構造体１０は、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ７と、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ部８と、ＬＮＡ９とを積層させているので、これらの構成要素を横並びに並設させた場合に比べて表面積を小さくすることができる。そのため、真空断熱ケース４の内部への熱輻射の量を小さくでき、真空断熱ケース４の内部への熱の流入が少なくなる効果がある。
【００１６】
また、大型真空断熱ケースに、アンテナモジュールをアレイ状に設置する場合には、ＬＮＡ用のＤＣの配線構造が複雑になるが、小型の１個の真空断熱ケース４に、１個のアンテナモジュール６を入れる場合には、ＲＦコネクタ１１にＤＣを重畳させることができ、ＬＮＡ用のＤＣの配線構造を簡素化することができる。
【００１７】
さらに、本実施の形態のアレイアンテナ装置１では、アンテナユニット２毎にアンテナモジュール６の交換ができるので、整備性が格段に向上する。
【００１８】
したがって、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置１のアンテナユニット２では、熱や空気の流入を低減し、冷凍機３が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置１のアンテナユニット２を提供することができる。
【００１９】
［第２の実施の形態］  
（構成）  
図３は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態のアレイアンテナ装置２１は、第１の実施の形態のアンテナユニット２とは異なる構成のアンテナユニット２２が複数、アレイ状に並設されている。本実施の形態では、複数のアンテナユニット２２は、共通の１つの冷凍機本体２３に接続されている。また、１つのアンテナユニット２２は、冷凍機本体２３との接続部分以外の構成は第１の実施の形態のアンテナユニット２とほぼ同様である。そのため、第１の実施の形態のアンテナユニット２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
冷凍機本体２３は、複数のアンテナユニット２２で共通に使用され、複数のアンテナユニット２２のそれぞれに冷凍ケーブル２４で接続されている。各冷凍ケーブル２４は、一端が冷凍機本体２３に連結され、他端がアンテナユニット２２に連結されている。そして、アンテナユニット２２の真空断熱ケース４内にはコールドヘッド２７が配置されており、このコールドヘッド２７に冷凍機本体２３から冷凍ケーブル２４を介して例えばヘリウムガスが供給され、アンテナユニット２２の真空断熱ケース４内が冷却される冷却構造を有する。
【００２１】
また、アンテナユニット２２の真空断熱ケース４には、１ポートの真空断熱がとれる封止したＲＦコネクタ２５が装着されている。このＲＦコネクタ２５は、ＬＮＡ９用のＤＣが重畳されている。このＲＦコネクタ２５は、ＬＮＡ９の後段に置かれている。このＲＦコネクタ２５は、合成回路２６に接続されている。
【００２２】
（作用・効果）  
次に、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置２１のアンテナユニット２２の作用・効果について説明する。本実施の形態のアレイアンテナ装置２１は、第１の実施の形態と同様に、アレイ状に並設された複数のアンテナユニット２２を有し、各アンテナユニット２２では、１つの真空断熱ケース４の内部に赤外線カットフィルタ７と、アレイアンテナを構成する１つのアンテナ部８と、ＬＮＡ９とを積層させた積層構造体１０からなるアンテナモジュール６がそれぞれ収納されている。これにより、１つのアンテナユニット２２の真空断熱ケース４の内部にアンテナ部８のアンテナ素子８ａを収納したことにより、真空断熱ケース４には１ポートのＲＦコネクタ１１のみを設けることができる。そのため、熱の流入箇所が１ポートだけの封止信頼性の高いリークの少ない真空断熱ケース４となる。
【００２３】
さらに、本実施の形態では、冷凍機本体２３から冷凍ケーブル２４を介してコールドヘッド２７に例えばヘリウムガスが供給され、アンテナユニット２２の真空断熱ケース４内が冷却される冷却構造を有する。そのため、各アンテナユニット２２の真空断熱ケース４には、冷凍機本体自体が個別に直接取り付けられていないので、アンテナモジュール６を内蔵するアンテナユニット２２として、小型の真空断熱ケース４を実現することができる。その結果、１つのアンテナユニット２２の真空断熱ケース４を小型化することができるので、大気圧と真空との圧力差による真空断熱ケース４の歪みを低減することができる。
【００２４】
さらに、本実施の形態では、アンテナユニット２２のケース４から冷凍ケーブル２４を外すことにより、アンテナモジュール６毎の交換ができるので、整備性が格段に向上する。
【００２５】
そこで、本実施の形態では第１実施形態の効果に加え、熱や空気の流入を一層低減し、冷凍機本体２３が大型化することを防止できる効果がある。
【００２６】
これらの実施形態によれば、熱や空気の流入を低減し、冷凍機が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置のアンテナユニットを提供することができる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１，２１…アレイアンテナ装置、２，２２…アンテナユニット、３…冷凍機、４…真空断熱ケース、５…ウインド、６…アンテナモジュール、７…赤外線カットフィルタ、８…アンテナ部、８ａ…アンテナ素子、９…ＬＮＡ（受信用低雑音増幅器）、１０…積層構造体、１１，２５…ＲＦコネクタ、１２，２６…合成回路、２３…冷凍機本体、２４…冷凍ケーブル、２７…コールドヘッド。
【図１】
2014027375.tif 000003
【図２】
2014027375.tif 000004
【図３】
2014027375.tif 000005