(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々のアンテナ素子に近接して個々のアンテナ素子に対応して設けられアンテナ素子との間で送受信信号を授受する多数の送受信ユニット（送信又は受信のみのユニットも含む。以下同じ）が枠体に挿入配列されるアレイアンテナにおいて、送受信ユニットが挿入装着された状態では、送受信ユニットと、送受信ユニットの側面に密着して送受信ユニットの発する熱を受ける受熱ブロックとが互いに挟み合うような交互配列になっており、送受信ユニットは、その平断面形状が挿入方向に向って先細になる楔型状になるような両側面を有し、受熱ブロックはその側面と隣の受熱ブロックの側面とで形成する空間が、前記楔型状の送受信ユニットを受け入れる平断面先細型となっており、送受信ユニットの挿入圧により受熱ブロックの側面と送受信ユニットの側面とが密着する構造であり、前記受熱ブロックにはヒートパイプが結合され、ヒートパイプの他端には放熱手段が設けられていることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造。
【請求項２】
送受信ユニットの、受熱ブロックに密着すべき側面の傾きが、受熱ブロックの側面に密着し易いように弾力的に可変であることを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナの冷却構造。
【請求項３】
アンテナ素子および送受信ユニットが放射面を半径方向外方に向けて円状に配列されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアレイアンテナの冷却構造。
【請求項４】
アンテナ素子および送受信ユニットが放射面を同じ向きに向けて直線状又は平面状に配列されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアレイアンテナの冷却構造。
【請求項５】
送受信ユニットの挿抜がアンテナ素子ごとアレイアンテナの前面側から行われることを特徴とする請求項３又は４記載のアレイアンテナの冷却構造。
【請求項６】
送受信ユニットの挿抜がアレイアンテナの背面側から行われることを特徴とする請求項４記載のアレイアンテナの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各アンテナ素子毎にすぐ近くに送受信ユニットを設けたアレイアンテナの送受信ユニットに対する冷却技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信の基地局におけるアンテナは、通信相手である移動局の方向に対して効率的な電波の送受が可能なように指向方向が変化できるアレイアンテナの導入の検討が始まっている。
この場合、アレイアンテナは屋外所定の位置に設置し、送受信装置は屋内機器室に設けその間をフィーダで接続することが考えられるが、近時無線通信の発達に伴い利用可能な周波数不足が逼迫しており、加えて移動機の小型化のため波長の短い周波数を利用することが余儀なくされている。このため、前記フィーダにおける損失が大きくなる。
【０００３】
フィーダの損失が大きくなると、フィーダで失われる送信電力が大きくなるとともに、受信時のＳ／Ｎが低下する。そこで、フィーダの損失の増大を抑えようとするとフィーダを太くしなければならないが、アレイアンテナのアンテナ素子の数だけの太いフィーダを屋内機器室からアンテナまで敷設することはスペース的にも、重畳的にも過大なものとなり、それを支持する構造物も相当の規模となり、問題がある。
【０００４】
そこで、フィーダには損失の小さい低い周波数での信号の授受ができるように、周波数変換部を含めた送受信機全体をアンテナに設けることが考えられて来た。こうすることにより、アンテナと屋内機器の間はベースバンドか或いは中間周波数の信号での授受ができるようになり、フィーダによる損失の問題は解決される。
【０００５】
しかし、送受信機をアンテナへ持って行くということは送信電力増幅器という発熱体を持って行くということでもあり、このため放熱対策を講じなければならず、また同時に、送受信機が故障した場合に容易に交換できる構造であることが求められる。
【０００６】
従来は、１個又は複数個のアンテナ素子に対応する送受信ユニットの形状を平たい箱状体とし、その底面を電子回路から発生した熱を除去するためのヒートシンクとし、一方、アンテナ内には複数の送受信ユニットの底面がマウント可能の冷却プレートを有し、この冷却プレートに冷却液入口から冷却液を流し込み、冷却液出口から流れ出るようにして冷却プレート内に冷却液を循環させることにより、送受信ユニットの熱を放熱器へ導き、冷却するようにしている。送受信ユニットの冷却プレートへのマウントはねじ止め或いはガイドレール付きの挿入式である。
【０００７】
また、上記のような冷却プレートを用いずに、冷却液の循環路を送受信ユニットのヒートシンクに接するようにして設け循環路に冷却液を循環させて熱伝導により、送受信ユニットを冷却する手段が採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、冷却プレートを用いる場合であっても、冷却プレートに接する面は１面だけあるし、冷却プレートを用いずに冷却液の循環路に接するだけのものにあっては冷却液への伝熱面積は更に小さくなり、冷却効率がよいとは言えないという問題があった。
【０００９】
また、送受信ユニットを挿入した場合、底面が必ずしも冷却プレートに密着しない場合があったり、循環路と確実に接触しない場合があったりするという問題もあった。
【００１０】
更に、従来技術では、冷却液を冷却する冷却装置の他、冷却液を循環させるための循環加圧装置が必要であった。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、送受信ユニットの挿抜が容易であるにもかかわらず、送受信ユニットの冷却のための伝熱面が広く確保することができ、且つ確実な密着が得られるとともに、格別に循環加圧装置を必要としないアレイアンテナの冷却構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次のような各構成を有する。
本発明の第１の構成は、個々のアンテナ素子に近接して個々のアンテナ素子に対応して設けられアンテナ素子との間で送受信信号を授受する多数の送受信ユニット（送信又は受信のみのユニットも含む。以下同じ）が枠体に挿入配列されるアレイアンテナにおいて、送受信ユニットが挿入装着された状態では、送受信ユニットと、送受信ユニットの側面に密着して送受信ユニットの発する熱を受ける受熱ブロックとが互いに挟み合うような交互配列になっており、送受信ユニットは、その平断面形状が挿入方向に向って先細になる楔型状になるような両側面を有し、受熱ブロックはその側面と隣の受熱ブロックの側面とで形成する空間が、前記楔型状の送受信ユニットを受け入れる平断面先細型となっており、送受信ユニットの挿入圧により受熱ブロックの側面と送受信ユニットの側面とが密着する構造であり、前記受熱ブロックにはヒートパイプが結合され、ヒートパイプの他端には放熱手段が設けられていることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１３】
本発明の第２の構成は、前記第１の構成において、送受信ユニットの、受熱ブロックに密着すべき側面の傾きが、受熱ブロックの側面に密着し易いように弾力的に可変であることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１４】
本発明の第３の構成は、前記第１又は第２の構成において、アンテナ素子および送受信ユニットが放射面を半径方向外方に向けて円状に配列されていることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１５】
本発明の第４の構成は、前記第１又は第２の構成において、アンテナ素子および送受信ユニットが放射面を同じ向きに向けて直線状又は平面状に配列されていることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１６】
本発明の第５の構成は、前記第３又は第４の構成において、送受信ユニットの挿抜がアンテナ素子ごとアレイアンテナの前面側から行われることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１７】
本発明の第６の構成は、前記第４の構成において、送受信ユニットの挿抜がアレイアンテナの背面側から行われることを特徴とするアレイアンテナの冷却構造である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、送受信ユニットの構造が平断面楔型の箱体をしており、その両側面が放熱面になるようにしておき、これを挿入装着したときの受け容れ側、即ちアレイアンテナの枠体側の方には、送受信ユニットの左右両側に、送受信ユニットの放熱面に密着して挟むように受熱ブロックを設ける。左右の受熱ブロックの受熱面、即ち送受信ユニットの放熱面と接する面は、下方をカットしたＶ字形のような角度で向き合っており、丁度、送受信ユニットの楔型を受け入れるようになっている。
【００１９】
このような空間へ、送受信ユニットを、装着のために挿入することは、丁度楔を打ち込むのと同じような状態となり、送受信ユニットの放熱面と受熱ブロックの受熱面との密着圧が挿入圧力より遥かに大きくなり、左右の両面で充分な密着が得られるので、熱伝導面が広く取れ、放熱面から受熱面への熱伝導は非常に高い効率で行われることとなる。
【００２０】
受熱ブロックにはヒートパイプが固着され、ヒートパイプを上方へ延ばし、所定高の所で放熱フィンに接続し、受熱ブロックで受けた熱は、この放熱フィンから外部へ放熱される。
【００２１】
以上は、１つの送受信ユニットと左右２つの受熱ブロックの関係の説明であるが、左側の受熱ブロックと更に左の受熱ブロックで送受信ユニットを挟むようにし、右側へも同様の構造を考えることにより、複数の送受信ユニットと複数の受熱ブロックが交互に挟み合うようにして、左右直線的な配列や、左右円形的な配列を実現することができ、更に、直線的な配列を上下に積み重ねることにより、平面的な配列や円筒状の配列が実現できることとなる。
【００２２】
なお、受熱ブロックの平断面形状は、直線的配列の場合には、隣り合う送受信ユニットが挟むことになる空間の平断面はやはり楔型の空間となるので、受熱ブロックの平断面も楔型とするのが無駄な空間を生じさせないこととなる。
【００２３】
円形配列の場合は、隣り合う送受信ユニットが挟むことになる空間は、直線配列の場合より楔型の程度が小さくなり、円形の半径と送受信ユニットの楔型傾斜の角度を選ぶことにより、受熱ブロックの平断面を長方形にすることができる。
【００２４】
送受信ユニットの挿抜については、円形配列や円筒配列の場合には前面側からしか挿抜ができないので、アンテナ素子ごとの挿抜となる。直線的配列や平面状配列の場合には、アンテナ前面からもアンテナ後面からも挿抜が可能であるが、前面からの場合はやはりアンテナ素子ごとの挿抜になるのに対し、後面からの挿抜の場合はアンテナ素子ごとの他、送受信ユニットのみ挿抜することが可能である。以上の説明は、送信と受信が一体となったユニットのみならず、送信又は受信のみのユニットの場合についても同じである。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１の（ａ）は本発明のアレイアンテナの冷却構造における送受信ユニット１の斜視図である。
この例ではアンテナ素子２が送受信ユニット１に取り付けられて一体となっている場合が示されている。即ち、個々のアンテナ素子２の背部に、そのアンテナ素子２と送受信信号を授受する送受信ユニット１が設けられて一体となっている例である。このような結合体が多数、直線状、平面状、円状或いは円筒状に配列されてアレイアンテナが構成される。
【００２６】
この送受信ユニット１の平断面は図１の（ｂ）に示されるように、装着のための挿入方向（図中の矢印方向）に向って先細になる楔型状になっており、両側面が放熱面３となっている。
【００２７】
一方、送受信ユニット１が挿入装着される、アレイアンテナ枠体の方には、受熱ブロック４が、送受信ユニット１を挿入したときに、左右の放熱面３が受熱ブロック４の受熱面７に密着するように、送受信ユニット１の楔型に合わせた位置に設けられている。則ち、２つの受熱ブロック４の受熱面７が丁度Ｖの字の下方部分をカットしたような形になるように配置されている。
【００２８】
図１の（ｂ）は、複数の送受信ユニット１がきちっと装着されるとアンテナ素子２の放射面が円に沿うような配列の場合を示している。従って、受熱ブロック４の形状がほぼ直方体でも、向い合う受熱面７が形成する空間は楔型に適合する。
【００２９】
このように、楔型をした送受信ユニットを、前記のように配列された受熱ブロック４と受熱ブロック４の間へ押し込むことにより放熱面３と受熱面７とがよく密着し、放熱面３から受熱面７への熱伝導が効率よく行われることになる。
【００３０】
更に、送受信ユニット１の放熱面３の傾斜を受熱面７に一層よく合うように、多少変りうるような構造にしておくと密着度は一層高まる。挿入したときは、コネクタ６は枠体側に設けられている相手方コネクタに嵌合するようになっている。
【００３１】
受熱ブロック４には、図１の（ｂ）および図２に示すようにヒートパイプ５が取り付けられており、このヒートパイプ５は上方へ（図１の（ｂ）では紙面手前側へ）伸びており、その上端はアレイアンテナの上部に設けられた放熱フィン８に接続されており、受熱面７で受けた熱はこの放熱フィン８まで運ばれて来て放熱される。そして、ファン９を設けることにより、放熱効果は一層上ることになる。
【００３２】
図３は、送受信ユニットを横１列の直線状に配列する場合の図である。
図１の（ｂ）と異なる点は、受熱ブロック１０の形状が受熱ブロック４のような直方体状ではなく楔型になっている点である。これは、楔型状の送受信ユニット１を横１列に並べるわけであるから、隣り同士の間に形成される空間は当然楔型になるところから受熱ブロック１０も楔型となる。
そして、送受信ユニット１の挿抜はアンテナ素子２ごとアンテナ前面から行われる構造となっている。
【００３３】
図４は、図３と同じ横１列の配置であるが、送受信ユニット１の挿抜はアンテナ素子２を残して、アンテナの後ろ側から行われるようにした例である。
このため、受熱ブロック１０の形状は図３の場合と同じであるその配置の前後の向きは図３とは逆になっている。こうすることにより、楔型にしたことによる放熱面と受熱面の密着効果が得られることになる。
装着時はアンテナ素子２のＲＦケーブル１２と送受信ユニット１のＲＦコネクタ１１を嵌合させ、アンテナ素子２との送受信信号の授受を行う。
【００３４】
図５は、送受信ユニット１の放熱面３の、受熱ブロック４或いは受熱ブロック１０の受熱面７との密着度を向上させるために、放熱面３の傾きが受熱面７の傾きに一致するようにわずか変化しうるようにした構造の一例を示すものである。
【００３５】
その構造は、本体ケース側面１９に放熱板２１をばね１８，１８を介して取り付け、その内側面に、送信電力増幅器のような発熱半導体１３と周辺回路が設けられている回路基板１５を、熱が放熱板２１に伝わるようにしてねじ１４，１４で放熱板２１に取り付ける。回路基板１５の回路と本体回路基板１７の回路とはコネクタ２０，２０と回路接続ケーブル１６によって接続される。
【００３６】
放熱板２１の傾きが変化することによる回路基板１５と本体回路基板１７との間の動きは回路接続ケーブル１６の柔軟性によって吸収される。以上のような構造を送受信ユニット１の両側面に設けることにより、一層、放熱効率のよい冷却構造が実現できる。
【００３７】
図６の（ａ）は、送受信ユニットを円形状に配列したものを３段重ねにして円筒状配列としたアレイアンテナの一部破断斜視図である。上部に放熱フィン８が設けられており、受熱ブロック（図では見えない）からヒートパイプを介して放熱フィン８まで上って来た熱をファン９により風を送って放熱させる構造となっている。
【００３８】
図６の（ｂ）は、（ａ）のような円筒型配列アレイアンテナを３個、支極の高さと位置を変えて設け、ダイバーシティ効果を得るようにした設置例の図である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアレイアンテナの冷却構造は、送受信ユニットの平断面形状が楔型になっており、該送受信ユニットが挿入される受熱ブロック間の空間が前記楔型に適合した空間になっていることにより、送受信ユニットを挿入装着した場合、左右両面で放熱面と受熱ブロックの受熱面との接触が可能なため、伝熱面積が広くなるとともに、楔型になっていることにより、送受信ユニットを挿入装着した場合、放熱面と受熱面との接触圧が大となり、良好な密着状態が得られ、効率的な熱伝導が行われる。
また、受熱ブロックから放熱フィンへの熱の伝達にはヒートパイプを用いているため、従来のように冷却液を循環させるための循環加圧装置も不要であるという利点がある。
【００４０】
以上のように、送受信ユニットの任意の挿抜にかかわらず、確実な冷却効果を維持できることから、送受信ユニットに故障が発生した場合にも、運用動作のままで送受信ユニットの交換が容易に行えるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却構造における楔型の送受信ユニットの外観斜視図と円形配列の場合の挿入配置図である。
【図２】本発明における受熱ブロック、ヒートパイプ、放熱フィンおよびファンによる冷却構造の概要図である。
【図３】本発明における、アンテナ素子および送受信ユニットが横方向直線配列の場合で、送受信ユニットの挿抜をアレイアンテナの前面側から行うようにした場合の構造図である。
【図４】本発明における、アンテナ素子および送受信ユニットが横方向直線配列の場合で、送受信ユニットの挿抜をアレイアンテナの背面側から行うようにした場合の構造図である。
【図５】本発明における送受信ユニットの放熱面の傾きが、受熱ブロックの受熱面に密着し得るように変化可能とした構造図である。
【図６】本発明における送受信ユニットおよびアンテナ素子を円筒状に配列したアレイアンテナの一部破断斜視図および該アンテナの設置状況図である。
【符号の説明】
１  送受信ユニット
２  アンテナ素子
３  放熱面
４  受熱ブロック
５  ヒートパイプ
６  コネクタ
７  受熱面
８  放熱フィン
９  ファン
１０  受熱ブロック
１１  ＲＦコネクタ
１２  ＲＦケーブル
１３  発熱半導体
１４  ねじ
１５  回路基板
１６  回路接続ケーブル
１７  本体回路基板
１８  ばね
１９  本体ケース側面
２０  コネクタ
２１  放熱板
２２  ドーム
２３  支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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