(57)【要約】【課題】アンテナ素子及び高周波モジュール部を多層基板で一体化することにより、小型化・軽量化できるレーダ用空中線を提供する。【解決手段】アンテナ素子１１縦方向１列分の素子配列と、アンテナ素子１１の縦方向１列分の高周波モジュール部１３とを多層基板で一体化した複合ユニット１２で形成され、この複合ユニット１２を冷却プレート１６に密着させ、各複合ユニット１２が横方向に横給電回路１４で高周波信号用コネクタ１５と接続された構成である。【選択図】図１
2004120325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数配列されたアンテナ素子、前記アンテナ素子に接続され高周波信号の送受信信号の増幅と位相制御する高周波モジュール部を多層基板により一体化した複合ユニットと、複数配列した前記複合ユニットの各高周波モジュール部に高周波信号を供給する第１の給電回路とを具備し、前記複合ユニットを複数配置することにより開口面を形成することを特徴とする空中線装置。
【請求項２】
複数配列されたアンテナ素子、前記アンテナ素子に接続され高周波信号の送受信信号の増幅と位相制御する高周波モジュール部を多層基板により一体化した複合ユニットと、前記各複合ユニットに密着した冷却プレートと、複数配列した前記複合ユニットの各高周波モジュール部に高周波信号を供給する給電回路とを具備し、前記複合ユニットを複数配置することにより開口面を形成することを特徴とする空中線装置。
【請求項３】
前記複合ユニットは、前記高周波モジュール部に制御信号と電源とを供給する配線回路を多層基板に一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空中線装置。
【請求項４】
前記配線回路は前記多層基板の複数層における配線パターンで立体的に形成されていることを特徴とする請求項３記載の空中線装置。
【請求項５】
前記複合ユニットは、前記アンテナ素子及び前記高周波モジュール部に第２の給電回路からの高周波信号を供給する第２の給電回路を多層基板に一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空中線装置。
【請求項６】
前記第２の給電回路は前記多層基板の複数層における配線パターンで立体的に形成されていることを特徴とする請求項５記載の空中線装置。
【請求項７】
高周波モジュール部は、多層基板に配置された高周波回路部品、高周波半導体部品、制御回路部品、及び電源回路部品とを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６記載の空中線装置。
【請求項８】
前記冷却プレートと密着させる側の前記複合ユニットに熱を前記冷却プレートに伝導させる為の金属プレート具備したことを特徴とする請求項２記載の空中線装置。
【請求項９】
前記複合ユニットに貫通穴加工部を有し、前記貫通穴加工部内の前記金属プレート上に前記高周波モジュール部の発熱部品を配置したことを特徴とする請求項８記載の空中線装置。
【請求項１０】
前記高周波モジュール部の高周波回路部分に電磁シールド用のカバーを具備することを特徴とする請求項８または請求項９記載の空中線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型化及び軽量化を目的とした空中線の回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ用空中線装置においては、高周波回路を内蔵する構成品は個々にユニット化されている。それぞれのユニットは金属ケース等の機械構造を具備しており、接続用コネクタを固定する機能や、内部回路で発生する熱をコールドプレートに伝達させるといった機能及び、高周波信号帯における電磁的な遮蔽機能を有している（例えば、特許文献１、２参照。）。
ここで、図１０は従来のレーダ等で用いられている空中線装置の構造図、図１１は図１０の空中線装置をユニット毎に分断した分断図を示したものである。例えば、アンテナ素子１０１を縦方向に８個、横方向に１６個配置する空中線装置において、アンテナ素子１０１を１個に対し１個の高周波モジュール１０２が接続されている。この場合、高周波信号系を構成するアンテナ素子１０１と高周波モジュール１０２及び、この高周波モジュール１０２と縦給電回路１０３と横給電回路１０４とは、それぞれ高周波信号用コネクタ１０５によって接続される。また、高周波モジュール１０２、縦給電回路１０３、横給電回路１０４は、金属ケース等の機械構造を具備しており、金属ケースは高周波信号用コネクタ１０５を固定する機能と電磁的な遮蔽機能を有している。内部に発熱部品を有する高周波モジュール１０２において多くの場合金属ケース等の機械構造では、コールドプレートと呼ばれる冷却プレート１０６を機械的に密着させ、熱を伝達する機能も併せて有している。更に、配線回路１０７により高周波モジュール１０２へ電源及び制御信号が送信されている。
【０００３】
このように、従来のレーダ等で用いられている空中線において、高周波信号系を構成する個々のユニットは、金属ケース等の機械構造を具備しているため、多数のアンテナ素子や高周波モジュールで構成される場合には、寸法や質量において大きな部分を占めていた。
一方、無線通信端末用として用いられる装置においては、多層基板上でパッチアンテナによる放射素子と、１パッケージ化された高周波信号モジュールと、局部発信器と外部接続部を一体化することにより小型、軽量化を図る方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
レーダに使用される高周波信号モジュールは高出力で且つ多機能である為、１パッケージ化するとサイズが大きくなってしまう。そのため、性能上必要となるアンテナ素子間隔に配置することが困難となるばかりか、信号の本数が多いためにパッケージ外周に配置される端子郡の配列を実装する多層基板側の配線パターンが交差しない順序に配列することは実質的に困難であった。従って、この方法はレーダ用に用いられる空中線装置に適用することは困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２７０号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−３５２２７２号公報（図１）
【特許文献３】
特許２００１−３４５４１９号公報（第３頁　図１）
【発明が解決しようとする課題】
このように、金属ケース等の機械構造を具備したユニット構造及びコネクタによる接続方法は、多数のユニットから構成されるレーダ用空中線等では全体の寸法や質量を決定する大きな要因となっており、空中線を小型化，軽量化する上では、この部位の小型化、軽量化が大きな障害となっていた。
本発明は上記の問題を解決するために、アンテナ素子及び高周波モジュール部を多層基板で一体化することにより、小型化・軽量化できるレーダ用空中線を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は複数配列されたアンテナ素子、前記アンテナ素子に接続された高周波モジュール部を多層基板により一体化した複合ユニットと、複数配列した前記複合ユニットの各高周波モジュール部に高周波信号を供給する第１の給電回路とを具備したことを特徴とする。
また、複数配列されたアンテナ素子、前記アンテナ素子に接続された高周波モジュール部を多層基板により一体化した複合ユニットと、前記各複合ユニットに密着した冷却プレートと、複数配列した前記複合ユニットの各高周波モジュール部に高周波信号を供給する給電回路とを具備することを特徴とする。
更に、前記複合ユニットは、前記高周波モジュール部に制御信号と電源とを供給する配線回路を多層基板に一体化されていることを特徴とする。
更に、前記配線回路は前記多層基板の複数層における配線パターンで立体的に形成されていることを特徴とする。
更に、前記複合ユニットは、前記アンテナ素子及び前記高周波モジュール部に第２の給電回路からの高周波信号を供給する第２の給電回路を多層基板に一体化されていることを特徴とする。
更に、前記第２の給電回路は前記多層基板の複数層における配線パターンで立体的に形成されていることを特徴とする。
更に、高周波モジュール部は、多層基板に配置された高周波回路部品、高周波半導体部品、制御回路部品、及び電源回路部品とを具備することを特徴とする。
また、前記冷却プレートと密着させる側の前記複合ユニットに熱を前記冷却プレートに伝導させる為の金属プレート具備したことを特徴とする。
更に、前記複合ユニットに貫通穴加工部を有し、前記貫通穴加工部内の前記金属プレート上に前記高周波モジュール部の発熱部品を配置したことを特徴とする。
更に、前記高周波モジュール部の高周波回路部分に電磁シールド用のカバーを具備することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に本発明の一実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図、図２にユニット毎に分断した分断図、図３（ａ）に高周波モジュール部の拡大図、図３（ｂ）に高周波モジュール部Ａ−Ａ’の断面図を示す。
図において１１はアンテナ素子、１２は複合ユニット、１３は高周波モジュール部、１４は横給電回路、１５は高周波信号用コネクタ、１６は冷却プレート、１７は縦給電回路、１８は配線回路、３１は高周波回路部品、３２は高周波半導体回路部品、３３は制御回路部品、３４は電源回路部品を示す。
本実施例のレーダ用空中線装置は、縦方向１列分（ここではアンテナ素子８個）のアンテナ素子配列と、アンテナ素子の縦方向１列分の高周波モジュール部１３とを多層基板で一体化した複合ユニット１２で形成され、この複合ユニット１２を冷却プレート１６に密着させ、各複合ユニット１２が横方向（ここでは複合ユニット１６個）に横給電回路１４で高周波信号用コネクタ１５と接続された構成である。複合ユニット１２にある各高周波モジュール部１３はサーキュレータ等の高周波回路部品３１、高周波信号を増幅させる増幅器及び位相制御を行う移相器等を有する高周波半導体部品３２、高周波の移相及び増幅を制御する制御回路部品３３、及び各回路部品に電源を供給する電源回路部品３４の実装部品からなり、高周波回路部品３１、高周波半導体部品３２、及びアンテナ素子１１に横給電回路１４からの高周波信号（以下ＲＦ信号とする）を供給する縦給電回路１７と、制御回路部品３３、電源回路部品３４から高周波回路部品３１、高周波半導体部品への制御信号及び電源を供給する配線回路１８が多層基板で一体化した複合ユニット１２に形成されている。
【０００７】
複合ユニット１２を形成する多層基板の一短部方向に８個のアンテナ素子１１を配置し、この８個のアンテナ素子１１に接続される８個の高周波モジュール部１３は、高周波回路部品３１、高周波半導体回路部品３２、制御回路部品３３及び電源回路部品３４に分割化し、高周波信号入出力端子と、制御信号入出力端子と、電源供給端子は、それぞれ半田付けによって基板表面層のパッドと呼ばれる配線パターンに接続されている。パッドに接続された回路は表面層に設けられた配線パターンもしくは、パッドに設けられたスルーホールを介して接続される内層パターンによって他の回路と接続される。
このため、上記構成を用いることで、縦方向１列分の回路はコネクタによる電気的接続が一切用いておらず、一体化する際に金属ケース等の機械構造によるモジュールを用いていないために、構造的にも簡素化され且つ質量も大幅に軽減することが可能となっている。
図４に本発明の他の一実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図、図５にそのユニット毎に分断した分断図、図６（ａ）に高周波モジュール部の拡大図、図６（ｂ）に高周波モジュール部Ａ−Ａ’の断面図を示す。
【０００８】
図において１１はアンテナ素子、１２は複合ユニット、１３は高周波モジュール部、１４は横給電回路、１５は高周波信号用コネクタ、１６は冷却プレート、１７は縦給電回路、１８は配線回路、１９は金属プレート、６１は高周波回路部品、６２ａは高周波半導体回路部品、６２ｂは高周波回路部品（発熱部品）、６３は制御回路部品、６４は電源回路部品、６５は貫通穴加工部を示す。
本実施例のレーダ用空中線装置は、縦方向１列分（ここではアンテナ素子８個）のアンテナ素子配列と、アンテナ素子の縦方向１列分の高周波モジュール部１３とを多層基板で一体化した複合ユニット１２で形成され、高周波モジュール部１３に実装される実装部品の内、発熱する部品を固定し熱を冷却プレートに伝導させる為の金属プレート１９が複合ユニット１２に形成され、この複合ユニット１２に形成された金属プレート１９を冷却プレート１６に密着させ、各複合ユニット１２が横方向（ここでは複合ユニット１６個）に横給電回路１４で高周波信号用コネクタ１５と接続された構成である。
複合ユニット１２にある各高周波モジュール部１３は高周波回路部品６１、高周波半導体部品６２ａ、高周波半導体部品（発熱部品）６２ｂ、制御回路部品６３、及び電源回路部品６４の実装部品からなり、高周波回路部品６１と高周波半導体部品（発熱部品）６２ｂは金属プレート１９上の複合ユニット１２の多層基板に設けられた貫通穴加工部６５に配置され、高周波回路部品６１、高周波半導体部品６２、及びアンテナ素子１１に横給電回路１４からの高周波信号（以下ＲＦ信号とする）を供給する縦給電回路１７と、制御回路部品６３、電源回路部品６４から高周波半導体部品６２ａ、ｂへの制御信号及び電源を供給する配線回路１８が多層基板で一体化した複合ユニット１２に形成されている。
【０００９】
複合ユニット１２を形成する多層基板の一短部方向に８個のアンテナ素子１１を配置し、この８個のアンテナ素子１１に接続される８個の高周波モジュール部１３は、高周波回路部品６１、高周波半導体回路部品６２、制御回路部品６３及び電源回路部品６４に分割化し、高周波信号入出力端子と、制御信号入出力端子と、電源供給端子は、それぞれ半田付けによって基板表面層のパッドと呼ばれる配線パターンに接続されている。パッドに接続された回路は表面層に設けられた配線パターンもしくは、パッドに設けられたスルーホールを介して接続される内層パターンによって他の回路と接続される。また、高周波モジュール部１３に実装される回路部品の内一般的に発熱を伴う高周波半導体部品６２ｂが位置する基板部分はリードによって接続される部位を残して貫通穴加工６５が施されており、高周波半導体部品６２ｂは直接金属プレート１９に固定されている。この金属プレート１９は複合ユニット１２を空中線装置に固定する際に、冷却プレート１６に密着し、高周波半導体部品６２ｂで発生した熱を冷却プレートに伝達される。
このため、上記構成を用いることで、縦方向１列分の回路はコネクタによる電気的接続が一切用いておらず、一体化する際に金属ケース等の機械構造によるモジュールを用いていないために、構造的にも簡素化され且つ質量も大幅に軽減することが可能となっている。高周波モジュール１３の発熱部分を金属プレート１９により冷却プレート１６に熱を直接伝達することができるので、空中線装置全体の発熱を抑制することができる。
【００１０】
更に、図７に本発明の他の一実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図、図８にそのユニット毎に分断した分断図、図９（ａ）に高周波モジュール部の拡大図、図９（ｂ）に高周波モジュール部Ａ−Ａ’の断面図を示す。
図において１１はアンテナ素子、１２は複合ユニット、１３は高周波モジュール部、１４は横給電回路、１５は高周波信号用コネクタ、１６は冷却プレート、１７は縦給電回路、１８は配線回路、１９は金属プレート、２０はカバー、９１は高周波回路部品、９２ａは高周波半導体回路部品、９２ｂは高周波回路部品（発熱部品）、９３は制御回路部品、９４は電源回路部品、９５は貫通穴加工部を示す。
本実施例のレーダ用空中線装置は、縦方向１列分（ここではアンテナ素子８個）のアンテナ素子配列と、アンテナ素子の縦方向１列分の高周波モジュール部１３とを多層基板で一体化した複合ユニット１２で形成し、高周波モジュール部１３に実装される実装部品の内、発熱する部品を固定し熱を冷却プレートに伝導させる為の金属プレート１９と高周波モジュール部１３の高周波部品のみを覆うカバー２０が複合ユニット１２に形成され、この複合ユニット１２に形成された金属プレート１９を冷却プレート１６に密着させ、各複合ユニット１２が横方向（ここでは複合ユニット１６個）に横給電回路１４で高周波信号用コネクタ１５と接続された構成である。
【００１１】
複合ユニット１２にある各高周波モジュール部１３は高周波回路部品９１、高周波半導体部品９２ａ、高周波半導体部品（発熱部品）９２ｂ、制御回路部品９３、及び電源回路部品９４の実装部品からなり、高周波回路部品９１と高周波半導体部品（発熱部品）９２ｂは金属プレート１９上の複合ユニット１２の多層基板に設けられた貫通穴加工部６５に配置され、高周波回路部品９１、高周波半導体部品（含む発熱部品）９２ａ、ｂの高周波部品をカバー２０により覆い、高周波回路部品９１、高周波半導体部品（含む発熱部品）９２ａ、ｂ、及びアンテナ素子１１に横給電回路１４からの高周波信号（以下ＲＦ信号とする）を供給する縦給電回路１７と、制御回路部品９３、電源回路部品９４から高周波半導体部品９２ａ、ｂへの制御信号及び電源を供給する配線回路１８とが多層基板で一体化した複合ユニット１２に形成されている。
複合ユニット１２を形成する多層基板の一短部方向に８個のアンテナ素子１１を配置し、この８個のアンテナ素子１１に接続される８個の高周波モジュール部１３は、高周波回路部品９１、高周波半導体回路部品９２、制御回路部品９３及び電源回路部品９４に分割化し、高周波信号入出力端子と、制御信号入出力端子と、電源供給端子は、それぞれ半田付けによって基板表面層のパッドと呼ばれる配線パターンに接続されている。パッドに接続された回路は表面層に設けられた配線パターンもしくは、パッドに設けられたスルーホールを介して接続される内層パターンによって他の回路と接続される。また、高周波モジュール部１３に実装される回路部品の内一般的に発熱を伴う高周波半導体部品９２ｂが位置する基板部分はリードによって接続される部位を残して貫通穴加工９５が施されており、高周波半導体部品９２ｂは直接金属プレート１９に固定されている。この金属プレート１９は複合ユニット１２を空中線装置に固定する際に、冷却プレート１６に密着し、高周波半導体部品９２ｂで発生した熱を冷却プレートに伝達される。一方、電磁シールド用のカバー２０は、従来はケースとしての機械構造としての機能も有していたものを、電磁シールド用としての機能に限定して高周波部品のみを覆うことにより、例えば樹脂性の薄肉のケースに金属メッキ処理したものといった機械的機能を有しない軽量な部品として実現している。
【００１２】
このため、上記構成を用いることで、縦方向１列分の回路はコネクタによる電気的接続が一切用いておらず、一体化する際に金属ケース等の機械構造によるモジュールを用いていないために、構造的にも簡素化され且つ質量も大幅に軽減することが可能となっている。更に、高周波モジュール１３の発熱部分を金属プレート１９により冷却プレート１６に熱を直接伝達することができるので、空中線装置全体の発熱を抑制することができ、高周波部品のみに電磁シールド用のカバーをすることにより、他の高周波もジュール部の高周波の影響を受けないようにすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、多数のアンテナ素子や高周波モジュールで構成されるレーダ用空中線装置において、高周波回路を構成するユニットの多くを、多層基板上で電源や制御信号を配線する回路が形成されることにより、金属ケース等の機械構造を簡素化することを可能とし、この結果従来に無い小型で軽量なレーダ用空中線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図。
【図２】図１のレーダ用空中線装置をユニット毎に分断した分断図。
【図３】図１のレーダ用空中線装置の高周波モジュール部の拡大図及び断面図。
【図４】本発明の他の実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図。
【図５】図４のレーダ用空中線装置をユニット毎に分断した分断図。
【図６】図４のレーダ用空中線装置の高周波モジュール部の拡大図及び断面図。
【図７】本発明の他の実施例によるレーダ用空中線装置の斜視図。
【図８】図７のレーダ用空中線装置をユニット毎に分断した分断図。
【図９】図７のレーダ用空中線装置の高周波モジュール部の拡大図及び断面図。
【図１０】従来のレーダ用空中線装置の斜視図。
【図１１】従来のレーダ用空中線装置をユニット毎に分断した分断図。
【符号の説明】
１１、１０１：アンテナ素子
１２：複合ユニット
１３、１０２：高周波モジュール部
１４、１０４：横給電回
１５、１０５：高周波信号用コネクタ
１６、１０６：冷却プレート
１７、１０３：縦給電回路
１８：配線回路
１９：金属プレート
２０：カバー
３１、６１、９１：高周波回路部品
３２、６２ａ、９２ａ：高周波半導体回路部品
６２ｂ、９２ｂ；高周波半導体部品（発熱部品）
３３、６３、９３：制御回路部品
３４、６４、９４：電源回路部品
【図１】
2004120325.tif 000003
【図２】
2004120325.tif 000004
【図３】
2004120325.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004120325.tif 000009
【図８】
2004120325.tif 000010
【図９】
2004120325.tif 000011
【図１０】
2004120325.tif 000012
【図１１】
2004120325.tif 000013