JP2020036365A - フェーズドアレイアンテナ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るフェーズドアレイアンテナの構成を示す図である。実施の形態1に係るフェーズドアレイアンテナ30では、冷却板であるフロントプレート1は、複数のアンテナ素子を有する発熱体である素子給電層3を前面に保持している。また、フロントプレート1の背面に取り付けられた格子状のフレーム4の枠内には、ブロック2が固定されている。ブロック2は、矢印Aで示すブロック挿入方向に沿ってフレーム4の枠内に挿入される。
図4は、本発明の実施の形態2に係るフェーズドアレイアンテナのフロントプレート内部の流路の構成を示す図である。なお、図4には、フロントプレート1とともにフレーム4の配置位置を破線で示している。実施の形態2に係るフェーズドアレイアンテナのフロントプレート1は、左側冷媒出入口13Aを入口とする流路15Aは、左側冷媒出入口13Bが出口となっており、右側冷媒出入口14Aを入口とする流路15Bは、右側冷媒出入口14Bが出口となっている。また、左側冷媒出入口13Cを入口とする流路15Cは、左側冷媒出入口13Dが出口となっており、右側冷媒出入口14Cを入口とする流路15Dは、右側冷媒出入口14Dが出口となっている。この他については実施の形態1と同様である。
図5は、本発明の実施の形態3に係るフェーズドアレイアンテナのフロントプレート内部の流路の構成を示す図である。図6は、実施の形態3に係るフェーズドアレイアンテナのフロントプレートの断面図である。図6は、図5中のVI-VI線に沿った断面を示している。なお、図5には、フロントプレート1とともにフレーム4の配置位置を破線で示している。実施の形態3に係るフェーズドアレイアンテナの高発熱体配置領域27には、他の領域に固定される構成品よりも高発熱量の部品がフロントプレート1に密着固定されている。実施の形態3では、実施の形態1と同様に、図5中に矢印Hで示すようにフロントプレート1の左端から右端へと冷媒が流れる。フロントプレート1内では、流路15A,15B,15G,15Hの内部の高発熱体配置領域27に対応する部分に冷却フィン16が設けられている。図6に示すように、冷却フィン16は凹凸のある形状をなしていて、流路の伝熱面積が増加することにより、冷媒の対流熱伝達率を局所的に向上させ、高発熱体の温度上昇を低減することができる。なお、図5では、マトリクス状に配列される配置領域のうち、四隅に位置する高発熱体配置領域27に、ブロックの代わりに電源といった高発熱構成部品が配置された形態を示している。
図8は、本発明の実施の形態4に係るフェーズドアレイアンテナの送信モジュールから冷媒までの排熱経路を示す図である。実施の形態4においては、図1に示したブロック2は、サーマルシート6、送信モジュール21、ヒートスプレッダ22及び高熱伝導性部材31で構成されている。なお、フロントプレート1はブロック2の内部の構造ではないが、構造説明のため図8には一部のみ表示している。図9は、実施の形態4に係るフェーズドアレイアンテナの高発熱体である送信モジュールから冷媒までの排熱経路を示す図であり、図8の矢印I方向から見た状態を示している。高熱伝導性部材31は、ヒートスプレッダ22の強度を確保しつつ排熱効率を向上するために、送信モジュール21の高発熱部28に接するよう局所的に適用されている。高熱伝導性部材31は、サーマルシート6との接触面積を広げ冷媒への熱輸送を効率的に行うために、L字型の形状とされている。また、高熱伝導性部材31以外のヒートスプレッダ22は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。すなわち、ヒートスプレッダ22の主構造材料はアルミニウム又はアルミニウム合金である。
図10は、実施の形態5に係るフェーズドアレイアンテナの高熱伝導性部材の構造を示す図である。実施の形態5において、高熱伝導性部材31は、同一の面内方向の高熱伝導性を持った材料であるグラファイトの積層構造を1段有する。高熱伝導性部材31は、面方向の熱伝導性が法線方向の熱伝導性よりも高い複数のシート状部材の積層構造であり、送信モジュール21の実装箇所とフロントプレート1側の端とが、複数の前記シート状部材の面方向において接続されている。
図11は、本発明の実施の形態6に係るフェーズドアレイアンテナの高熱伝導性部材の構造を示す図である。実施の形態6に係るフェーズドアレイアンテナの高熱伝導性部材31は、異なる面内方向の高熱伝導性を持った材料による2層の積層構造である。1層目の第1の積層構造43は、高熱伝導面をXZ平面とすることで、X、Z方向が高熱伝導方向411、Y方向が低熱伝導方向421となる。2層目の第2の積層構造44では、高熱伝導面をYZ平面とすることで、Y、Z方向が高熱伝導方向412、X方向が低熱伝導方向422となる。したがって、高熱伝導性部材31は、面方向の熱伝導性が法線方向の熱伝導性よりも高い複数のシート状部材の積層構造であり、送信モジュール21の実装箇所とフロントプレート1側の端とを結ぶ方向と直交する方向に複数のシート状部材の面方向が延び、送信モジュール21の実装箇所を持つ第1の積層構造43と、送信モジュール21の実装箇所とフロントプレート1側の端とを結ぶ方向と平行な方向に面方向が延びフロントプレート1側の端を含む第2の積層構造44とを有する。
図12は、実施の形態7に係るフェーズドアレイアンテナのヒートスプレッダの構造を部分的に示す斜視図である。図13は、実施の形態7に係るフェーズドアレイアンテナのヒートスプレッダの部分断面図であり、図12中のXIII-XIII線に沿った断面を示す。図14は、実施の形態7に係るフェーズドアレイアンテナのヒートスプレッダの部分断面図であり、図12中のXIV-XIV線に沿った断面を示す。ヒートスプレッダ22は、平面型のヒートパイプ構造32を備えている。実施の形態4から6とは異なり、実施の形態7では、ヒートスプレッダ22の内部に局所的に適用するだけではなく、内部構造の全体に任意の形状で適用することも可能である。ヒートスプレッダ22の内部に適用するヒートパイプ構造32は、内部にウィック33を有したものであり作動流体となる冷媒が封入されている。ウィック33は、毛細管作用により冷媒を効率的に還流する構造を有している。ウィック33には、溝型のスリットが高発熱部から放射状に広がりフロントプレート1の周辺部まで達する構造、銅線といった高熱伝導性の材料を網目状に編んだ構造又は焼結金属を有する構造を適用できる。
Claims (3)
- 送信モジュールが複数個搭載されたブロックが複数個配列されたフェーズドアレイアンテナであって、
表面及び裏面を有する一枚の板状であり、内部に冷媒の流路を複数有するフロントプレートと、
複数の前記送信モジュールの各々に接続されるアンテナ素子を有し、前記フロントプレートの表面に密着配置された素子給電層とを備え、
前記ブロックの各々は、前記フロントプレートの裏面に密着配置されたヒートスプレッダを有し、
複数の前記送信モジュールは、前記ヒートスプレッダに実装されており、
前記送信モジュールで発生した熱は、前記ヒートスプレッダ及び前記フロントプレートを介して前記冷媒に熱輸送されることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。 - 前記ブロックに電源を供給する電源配線と、
前記フロントプレートの裏面に密着配置されて、前記ブロック同士の間を区画し、前記電源配線が密着配置されたフレームとを備え、
前記電源配線で発生した熱は、前記フレーム及び前記フロントプレートを介して前記冷媒に熱輸送されることを特徴とする請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。 - 前記流路は、前記フロントプレートの内部で折り返されており、前記流路の出入口が隣接して配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフェーズドアレイアンテナ。
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