(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機に固定するアンテナ装置の筐体において、航空機との線膨張係数差を小さくする。【解決手段】アンテナ素子４の配列されたアンテナ基板３と、配線基板７に搭載された高周波モジュール６とを同軸線５で接続し、アンテナ基板と配線基板の間にシャシ２を設けて、プラットフォームとアンテナ装置のシャシとを、ほとんど膨張しない繊維強化プラスチックによる複合材で構成することにより、プラットフォームとシャシ間での温度膨張率差による機器破壊およびＲＦ導通不良の発生を抑圧することができる。【選択図】図１
2008244581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子の配列されたアンテナ基板と、
複数の電子部品が収納された高周波モジュールと、
上記高周波モジュールが搭載された配線基板と、
上記アンテナ基板と高周波モジュールを接続する同軸線と、
炭素繊維強化プラスチックにより成形され、高周波モジュールおよび配線基板を収納するシャシと、
を備え、
上記シャシは炭素繊維強化プラスチックにより成形されたプラットフォームに取り付けられ、
上記シャシを構成するベースプレートは、アンテナ基板と配線基板の間に挟まれて配置されて、上記同軸線が貫通したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記配線基板は炭素繊維系複合材から成り、上記高周波モジュールに電源および制御信号を分配する電気回路が形成されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記シャシは、ライトニングスリップに接続される電気端子が設けられ、
上記シャシのベースプレートは、上記電気端子に接続される導体が内層されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
上記シャシは、プラットフォームに排熱する放熱部が外部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や人工衛星等の温度変化が激しいプラットフォームに搭載され、電子制御されるアンテナ装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機に搭載される電子制御アンテナ装置は、航空機の機体フレームとネジ等の締結具を用いて固定されている。航空機の機体は、高強度、軽量な材質が求められており、炭素繊維織物による複合材を用いている場合が多い。一般に、複合材は線膨張整数が大変小さく、炭素繊維強化プラスチックでは膨張率が０ｐｐｍ／℃である。
【０００３】
一方、電子制御アンテナには、増幅器や移相器等のＲＦ部品を有する複数個の高周波モジュールが搭載されている。これらの高周波モジュールは、アルミ合金からなる金属シャシに収納される。また、この金属シャシには、素子アンテナを形成するアンテナ樹脂基板、電源、制御分配配線基板、ＲＦ同軸線等の電子部品が実装され、接着や締結具により固定されるとともに、高周波モジュールからの発熱を逃がす構造が採られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように構成されたアンテナ装置では、例えば航空機が炎天下の滑走路から離陸して上空への飛行を行なう場合、環境温度の変化が約１００度近くにも達する。航空機に取り付ける金属シャシの大きさが１ｍ程度である場合、複合材を用いた機体フレームは環境温度変化によりほとんど膨張しないにも係らず、アルミ合金を使用した金属シャシは２．４ｍｍ程度膨張することとなる。したがって、アンテナ装置を固定する締結具には、ストレスリーフする機構が必要となるという問題点があった。
【０００６】
また、高周波モジュール、素子アンテナ、金属シャシの相互位置関係が変化する為、ＲＦ同軸線にもストレスが加わることになり、このストレスが素子アンテナと高周波モジュールとの間の導通不良の原因となるという問題があった。
【０００７】
更に、アルミ合金は加工性が良いものの、強度が必要になるほどリブのような機構的な保持部分が多くなり、それに伴って質量が増加するという問題点もあった。
【０００８】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、航空機に固定するアンテナ装置の筐体において、航空機との線膨張係数差を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によるアンテナ装置は、複数のアンテナ素子の配列されたアンテナ基板と、複数の電子部品が収納された高周波モジュールと、上記高周波モジュールが搭載された配線基板と、上記アンテナ基板と高周波モジュールを接続する同軸線と、炭素繊維強化プラスチックにより成形され、高周波モジュールおよび配線基板を収納するシャシと、を備え、
上記シャシは炭素繊維強化プラスチックにより成形されたプラットフォームに取り付けられ、上記シャシを構成するベースプレートは、アンテナ基板と配線基板の間に挟まれて配置されて、上記同軸線が貫通して構成されるものである。
【００１０】
また、上記シャシは、ライトニングスリップに接続される電気端子が設けられ、上記シャシのベースプレートは、上記電気端子に接続される導体を内層しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、プラットフォームに取り付けるシャシを、炭素繊維強化プラスチックにより構成することによって、プラットフォームとシャシ間の線膨張係数差によるストレスの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を表すものであり、図１（ａ）はアンテナ装置の構成を示す断面図、（ｂ）はＲＦ同軸線の構造を示す断面図である。
【００１３】
図において、フレーム１は、航空機や人工衛星等のプラットフォームにおいて、アンテナ装置を取り付ける周辺部分の構造体であり、炭素繊維織物による炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の複合材から構成されている。アンテナ装置は、シャシ２と、アンテナ樹脂基板３と、高周波モジュール６と、電源・制御分配配線基板７を備えて構成される。アンテナ装置は、シャシ２を構成するベースプレート２ａの取付部がフレーム１に取り付けられ、締結具８により固定されている。
【００１４】
アンテナ樹脂基板３は、基板表面に複数の素子アンテナ４が配列され、アレーアンテナを構成している。シャシ２は、ベースプレート２ａと、ケーシング２ｂと、蓋体２ｃから構成される。ベースプレート２ａは、表面側に凹部が形成され、凹部にアンテナ樹脂基板３が取り付けられる。ベースプレート２ａの裏面側の周囲には、壁面を構成するケーシング２ｂが設けられており、高周波モジュール６および電源・制御分配配線基板７等の電子部品を収納するための収納空間が形成されている。また、ケーシング２ｂには、別体に成形された蓋体２ｃが接合されて、収納空間の内部が密封される。
【００１５】
シャシ２を構成するベースプレート２ａ、ケーシング２ｂ、および蓋体２ｃは、炭素繊維織物による炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の複合材を素材として構成され、フレーム１と同一素材の複合材で構成されるのが良い。ベースプレート２ａとケーシング２ｂは、例えば、炭素繊維織物に樹脂を含浸させたカーボンプレグを積層して所定の形状を構成し、更にその積層体の周囲に炭素繊維織物のシートを貼り付けて覆った後、加熱炉内でヒートプレスすることにより、一体成形されるのが良い。
【００１６】
高周波モジュール６および電源・制御分配配線基板７は、シャシ２のケーシング２ｂにおける内部収納空間に収納される。電源・制御分配配線基板７には、複数の高周波モジュール６が搭載される。高周波モジュール６は、内部に増幅器や移相器、減衰器等の電子回路が収納され、マイクロ波信号が入出力される高周波モジュールである。また、外部にマイクロストリプ線路やコプレーナ線路等で構成される信号線２５が設けられ、フィードスル−やＲＦ同軸線のような貫通端子を通じて、内部の電子回路に接続される。ベースプレート２ａは、アンテナ樹脂基板３と電源・制御分配配線基板７に挟まれて配される。
【００１７】
高周波モジュール６は、ＲＦ同軸線５を通じて各素子アンテナ４に接続される。ＲＦ同軸線５は、信号線２０と、信号線２０を取り囲む絶縁体２１と、絶縁体２１を取り囲む外導体２２から構成される。信号線２０は、高周波モジュールとアンテナ素子４の間で、マイクロ波信号のような高周波信号（ＲＦ信号）を伝送する。ＲＦ同軸線５は、ベースプレート２ａを貫通し、信号線２０の一端部が半田付けによりアンテナ樹脂基板３のアンテナ素子４に接続され、信号線２０の他端部が導電ワイヤにより高周波モジュール６の信号線２５に接続される。絶縁体２１は、例えばフッ化樹脂により構成され、ベースプレート２ａの貫通穴に挿入される。また、ベースプレート２ａの貫通穴の内周は、例えば導電めっきが施されて外導体２２を構成する。なお、外導体２２は導電性の金属スリーブによって構成しても良く、この場合、導電性金属スリーブの内部に絶縁体２１および信号線２０を一体的に設けて、ベースプレート２ａの貫通穴に挿入すると良い。
【００１８】
このように構成したアンテナ装置を、航空機に搭載した場合について説明する。
この実施の形態では、アンテナ装置のシャシ２をフレーム１と同一の複合材で構成することにより、双方の線膨張係数が０ｐｐｍ／℃となる。このため、前述したような航空機の環境変化温度の約１００度においても、膨張がほぼ０となる。従って、フレーム１とシャシ２との間での線膨張係数差によるストレスの発生を防ぐことが可能となる。
【００１９】
また、シャシ２を複合材で構成することにより、アルミ合金と同一の強度を保持しつつ、シャシ重量をアルミ合金の１／２乃至１／３倍程度に、軽量化することが可能となる。
【００２０】
更に、シャシ２に高熱伝導特性を有する炭素繊維強化プラスチックを用いることにより、軽量で放熱性に優れたアンテナ装置を得ることが可能となり、高周波モジュールからの発熱を、効率良くフレーム１に排熱する構成とすることができる。
【００２１】
以上説明したように、この実施の形態では、複数のアンテナ素子の配列されたアンテナ基板と、複数の電子部品が収納された高周波モジュールと、高周波モジュールが搭載された配線基板と、アンテナ基板と高周波モジュールを接続する同軸線と、炭素繊維強化プラスチックにより成形されたベースプレートとベースプレートの周囲に設けられたケーシングとが一体化されて成り、高周波モジュールおよび配線基板を収納するシャシと、を備え、ベースプレートには、炭素繊維強化プラスチックにより成形されたプラットフォームに取り付けられ、アンテナ基板と配線基板の間に挟まれて配置されるとともに、同軸線が貫通したことを特徴とする。これにより、プラットフォームとシャシ間の線膨張係数差によるストレスの発生を抑えることができる。このため、ストレスによる素子アンテナと高周波モジュールとの間の導通不良を抑えることが可能となる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１においては、フレーム１とシャシ２を同一の複合材で構成した場合について説明したが、更に、電源・制御分配配線基板を、フレーム１やシャシ２と同一の炭素繊維系の複合材を用いた基板としても良い。これにより、高周波モジュールに接続する電源・制御分配配線基板を介して、アンテナシャシへの高い排熱効果が得られる。一般に、樹脂基板にはガラス素材が用いらており、その熱伝導率が凡そ１Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、ＣＦＲＰを構成するカーボンファイバー／グラファイトファイバーの熱伝導率が凡そ１００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋになるので、高い排熱効果が得られることは明らかであろう。
【００２３】
実施の形態３．
図２はこの発明の実施の形態３におけるアンテナ装置５１を、プラットフォーム５０に取り付けた状態を示す図であり、図３はこの発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成図を表す図である。ここでは、プラットフォーム５０として航空機を例示している。
【００２４】
図において、シャシ２は、内層にアンテナ樹脂基板３と平行に配線された導体層９が設けられる。プラットフォーム５０のフレーム１には、ライトニングストリップ１０が設けられており、プラットフォームの避雷針や金属筐体に接続されている。図２に示すように、プラットフォーム５０上で、ライトニングストリップ１０と導体層９とが一直線になるように配線されている。また、図３に示すように、導体層９とライトニングストリップ１０は、接続ワイヤ１１によって接続される。その他は図１と同様である。その他の構成は、実施の形態１で説明した図１と同様である。
【００２５】
この実施の形態は以上のように構成することにより、落雷時に、ライトニングストリップ１０を通じてフレーム１に流れる電流を、シャシ２の導体層９を通じて、フレーム１の端部へ流すことができる。これによって、プラットフォームが落電を受けた場合に、ライトニングストリップ１０および導体層９を通じて直線的に雷電流を流すことができ、アンテナ装置５１が存在しても、ライトニングストリップ１０を迂回させる必要がなく、アンテナ装置５１の前後で電位差を生じない。このため、落雷によるプラットフォームやアンテナ装置５１への影響を緩和することができる。
【００２６】
また、アンテナへの直撃雷を受けても、シャシ２を通じて内部の導体層９およびライトニングストリップ１０に雷電流を逃がすことができ、半導体等を有する高周波モジュールに流れる電流を抑圧し、保護することができる。これにより、高周波モジュールの破損を軽減する効果が得られる。
【００２７】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成図を表すものである。
図において、放熱機構品１２は、シャシ２の外表面と接触するように配置されたヒートパイプや冷却板等の放熱部である。アンテナ装置がフレーム１に取り付けられる際、放熱機構品１２がフレーム１に熱的に接続される。その他の構成は、実施の形態３で説明した図２と同様である。
【００２８】
このように構成することにより、高周波モジュール６からの発熱は、シャシ２を通じて、より放熱効果の高い放熱機構品１２へ熱伝導される。また、放熱機構品１２はシャシ２から伝導された熱をフレーム１に放熱する。これによって、高周波モジュール６の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、シャシ２の外周に複数の放熱機構部品を配置したり、放熱機構部品１２として内部に一定温度の冷媒液を流す構造のものを用いることによって、高周波モジュールを一定温度で動作させることが可能となる。これにより、外部環境温度による影響を更に受け難いアンテナ装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１における、アンテナ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態３における、アンテナ装置のプラットフォームへの取り付け状態を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３における、アンテナ装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４における、アンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  フレーム、２  シャシ、３  アンテナ樹脂基板、４  素子アンテナ、５  ＲＦ同軸線、６  高周波モジュール、７  電源・制御分配配線基板、８  締結具、９  導体層、１０  ライトニングストリップ、１１  接続ワイヤ、１２  放熱機構部品。
【図１】
2008244581.tif 000003
【図２】
2008244581.tif 000004
【図３】
2008244581.tif 000005
【図４】
2008244581.tif 000006