JP5925622B2 - Antenna device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、レーダや通信システム等の送受信に用いられるアンテナ装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an antenna device used for transmission / reception of a radar or a communication system.

レーダや通信システム等の信号受信機能を有したシステムにおける性能向上策として、システム雑音温度の低減による受信系の高感度化がある。システム雑音温度は、一般にアンテナからＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）までの伝送損失とＬＮＡにて生じる内部雑音が支配的となるため、アンテナからＬＮＡまでの伝送線路や受信フィルタ等の受信回路、さらにはＬＮＡを真空容器等の断熱容器内に収容し、これらを超伝導状態となるまで冷却するための冷却手段を備えることにより、アンテナからＬＮＡまでの給電損失をゼロに近づけ、ＬＮＡの内部雑音を低減し受信系の高感度化を図るアンテナ装置が考案されている。   As a measure for improving the performance of a system having a signal receiving function such as a radar or a communication system, there is a high sensitivity of a receiving system by reducing a system noise temperature. In general, the system noise temperature is dominated by transmission loss from the antenna to the LNA (Low Noise Amplifier) and internal noise generated by the LNA. Therefore, the receiving circuit such as a transmission line from the antenna to the LNA or a reception filter is used. Furthermore, the LNA is housed in a heat insulating container such as a vacuum container, and provided with a cooling means for cooling them until they are in a superconducting state. An antenna device has been devised that reduces noise and increases the sensitivity of a receiving system.

なお、従来のアンテナからＬＮＡまでの給電損失をゼロに近づけ、ＬＮＡの内部雑音を低減し受信系の高感度化を図るアンテナ装置では、アンテナ素子ごとに送信系統及び受信用移相器等の部品類を金属ケース内に並べて収容した送受信モジュールを構成して、断熱容器外の常温部に配置していた。   Note that in an antenna device for reducing the power loss from the conventional antenna to the LNA close to zero, reducing the internal noise of the LNA and increasing the sensitivity of the receiving system, components such as a transmission system and a receiving phase shifter for each antenna element The transmission / reception module which accommodated the inside in the metal case was comprised, and it has arrange | positioned in the normal temperature part outside a heat insulation container.

ここで、上記送受信モジュールは、他の部品と比較して発熱量の多い送信アンプからの発熱や送信電力に依存する伝送線路損失での発熱等を生じる。これらの送信系統部品は、極低温に冷却する断熱容器内ではなく、断熱容器外の常温部に配置することが冷凍機等の冷却手段の規模縮小に有効である。   Here, the transmission / reception module generates heat from a transmission amplifier that generates a large amount of heat compared to other components, heat generation due to transmission line loss depending on transmission power, and the like. It is effective to reduce the scale of the cooling means such as a refrigerator when these transmission system components are arranged not in the heat insulating container that is cooled to a very low temperature but in the normal temperature part outside the heat insulating container.

特開２０００−２３６２０６号公報JP 2000-236206 A

しかしながら、アンテナ素子ごとに送信系統及び受信用移相器等の部品類を金属ケース内に並べて収容した送受信モジュールを構成して、断熱容器外の常温部に配置する従来方法では、送受信モジュールに接続するための同軸コネクタ群が必要であり、複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置では、アンテナ素子数に比例して膨大な数の同軸コネクタが必要となり、大幅なコストの上昇を招いていた。また、送信モジュールごとに金属ケースを有することからアンテナ装置の寸法、質量が増大し、小型・軽量化の要求を実現する上で大きな課題となっていた。なお、送受信モジュールの金属ケースは、収容部品の固定、放熱及び隣接するモジュール間の干渉抑圧等のために必要としていた。   However, in the conventional method in which a transmission / reception module in which components such as a transmission system and a phase shifter for reception are arranged in a metal case for each antenna element and is arranged in a room temperature part outside the heat insulating container is connected to the transmission / reception module. For this reason, an antenna device having a plurality of antenna elements requires a huge number of coaxial connectors in proportion to the number of antenna elements, resulting in a significant increase in cost. In addition, since each transmission module has a metal case, the size and mass of the antenna device increase, which has been a major issue in realizing the demand for reduction in size and weight. Note that the metal case of the transmission / reception module is necessary for fixing the housing components, radiating heat, suppressing interference between adjacent modules, and the like.

そこで、本実施形態は、上記の課題を鑑みてなされたもので、同軸コネクタ数の削減及びアンテナ素子ごとの金属ケースを不要として、小型・軽量かつ薄型で低コスト、さらに受信系統の高感度化を実現することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present embodiment has been made in view of the above-mentioned problems, and is reduced in the number of coaxial connectors and does not require a metal case for each antenna element. An object of the present invention is to provide an antenna device capable of realizing the above.

本実施形態によれば、アンテナ装置は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子を備える送受信共用のアレイアンテナと、複数の送受切換器と、複数の送信用移相器、複数の送信アンプ、複数の送信フィルタ、複数の受信フィルタ、複数の低雑音増幅器、複数の受信用移相器、合成器、断熱容器及び冷却手段を備える。複数の送受切換器は、前記アレイアンテナの各アンテナ素子それぞれに対応する送信系と受信系を切替接続する。複数の送信用移相器は、前記送信系の入力段に設けられ、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号の位相を制御する。複数の送信アンプは、前記複数の送信用移相器から出力された送信信号を増幅する。複数の送信フィルタは、前記複数の送信アンプから出力された送信信号から所定の周波数帯域成分を抽出する。複数の受信フィルタは、前記受信系の入力段に設けられ、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号から所定の周波数帯域成分を抽出する。複数の低雑音増幅器は、前記複数の受信フィルタから出力された受信信号を低雑音増幅する。複数の受信用移相器は、前記複数の低雑音増幅器から出力された受信信号の位相を制御する。合成器は、前記複数の受信用移相器から出力された複数の受信信号を合成する。断熱容器は、前記受信フィルタ及び低雑音増幅器を収容し、外部からの熱を遮断する。冷却手段は、前記断熱容器に収容される受信フィルタ及び増幅器を冷却する。前記受信フィルタは、前記冷却手段の冷却によって超伝導状態となる超伝導素材で構成される。前記送信アンプを第１回路基板に配置し、前記送信用移相器、受信用移相器、及び合成器を第２回路基板で一体化する。前記第１回路基板、前記第１回路基板と前記第２回路基板とを隔てる冷却層、前記第２回路基板、前記断熱容器の順で層状に配置する。
According to the present embodiment, the antenna device includes a shared antenna array including a plurality of antenna elements arranged in an array, a plurality of transmission / reception switchers, a plurality of transmission phase shifters, a plurality of transmission amplifiers, A plurality of transmission filters, a plurality of reception filters, a plurality of low noise amplifiers, a plurality of reception phase shifters, a combiner, a heat insulating container, and a cooling means are provided. The plurality of transmission / reception switchers switch-connect a transmission system and a reception system corresponding to each antenna element of the array antenna. The plurality of transmission phase shifters are provided at the input stage of the transmission system, and control the phase of transmission signals transmitted from the plurality of antenna elements. The plurality of transmission amplifiers amplify the transmission signals output from the plurality of transmission phase shifters. The plurality of transmission filters extract predetermined frequency band components from the transmission signals output from the plurality of transmission amplifiers. The plurality of reception filters are provided at an input stage of the reception system, and extract predetermined frequency band components from reception signals received by the plurality of antenna elements. The plurality of low noise amplifiers amplify the reception signals output from the plurality of reception filters with low noise. The plurality of reception phase shifters control the phases of the reception signals output from the plurality of low noise amplifiers. The synthesizer synthesizes a plurality of reception signals output from the plurality of reception phase shifters. The heat insulating container accommodates the reception filter and the low noise amplifier, and blocks heat from the outside. The cooling means cools the reception filter and the amplifier accommodated in the heat insulating container. The receiving filter is made of a superconducting material that becomes superconducting by cooling of the cooling means. The transmission amplifier is disposed on a first circuit board, and the transmission phase shifter, reception phase shifter, and synthesizer are integrated on a second circuit board. The first circuit board, the cooling layer that separates the first circuit board and the second circuit board, the second circuit board, and the heat insulating container are arranged in this order.

本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the antenna apparatus which concerns on this embodiment. 図１に示すアンテナ装置の断面図である。It is sectional drawing of the antenna apparatus shown in FIG. 図１に示すアンテナ装置の回路基板の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the circuit board of the antenna apparatus shown in FIG. 本実施形態に係るアンテナ装置の変形例１の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the modification 1 of the antenna apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るアンテナ装置の変形例２の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the modification 2 of the antenna apparatus which concerns on this embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in subsequent figures, the detailed description is abbreviate | omitted, and a different part is mainly described. In the following embodiments, the same description is omitted.

図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the antenna device according to the present embodiment.

このアンテナ装置は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子６１〜６ｎそれぞれに対して、送信アンプ３１〜３ｎ、送信フィルタ４１〜４ｎ及び送受信切換器５１〜５ｎからなる送信層（回路基板）１５と、分配器１、送信用移相器２１〜２ｎ、受信用移相器１０１〜１０ｎ及び合成器１１からなる分配合成層（回路基板）１６と、受信フィルタ７１〜７ｎと、リミッタ８１〜８ｎと、ＬＮＡ（低雑音増幅器）９１〜９ｎと、真空容器１２と、冷却機構１３と、冷却プレート１４とを備える。   In this antenna device, a transmission layer (circuit board) 15 including transmission amplifiers 31 to 3n, transmission filters 41 to 4n, and transmission / reception switchers 51 to 5n is provided for each of a plurality of antenna elements 61 to 6n arranged in an array. A distribution / combination layer (circuit board) 16 including a distributor 1, a transmission phase shifter 21 to 2n, a reception phase shifter 101 to 10n, and a combiner 11, a reception filter 71 to 7n, and a limiter 81 to 8n. And an LNA (low noise amplifier) 91 to 9n, a vacuum vessel 12, a cooling mechanism 13, and a cooling plate 14.

なお、アンテナ装置に備える送信系統及び受信系統は、アレイ状に配列される複数のアンテナ素子数ｎに対応してｎ個ずつ設け、それぞれアンテナ素子６１〜６ｎに接続される。また、アンテナ素子６１〜６ｎは、送信層１５に含まれる。   Note that the transmission system and the reception system included in the antenna device are provided in units of n corresponding to the number n of the plurality of antenna elements arranged in an array, and are respectively connected to the antenna elements 61 to 6n. Further, the antenna elements 61 to 6 n are included in the transmission layer 15.

分配器１は、上位装置により生成される送信信号を入力し、この送信信号をｎ系統に分配する。   The distributor 1 receives a transmission signal generated by the host device and distributes this transmission signal to n systems.

送信用移相器２１〜２ｎは、それぞれ分配器１により分配された送信信号を入力し、この送信信号に所望の位相制御を施す。   Each of the transmission phase shifters 21 to 2n receives the transmission signal distributed by the distributor 1, and performs desired phase control on the transmission signal.

送信アンプ３１〜３ｎは、それぞれ対応する系統の送信用移相器２１〜２ｎから出力される送信信号を入力し、この送信信号を所望の利得で電力増幅する。   The transmission amplifiers 31 to 3n receive the transmission signals output from the corresponding transmission phase shifters 21 to 2n, respectively, and amplify the power of the transmission signals with a desired gain.

送信フィルタ４１〜４ｎは、それぞれ対応する系統の送信アンプ３１〜３ｎから出力される送信信号を入力し、この送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出する。   The transmission filters 41 to 4n receive the transmission signals output from the corresponding transmission amplifiers 31 to 3n, respectively, and extract desired transmission frequency band components from the transmission signals.

送受信切換器５１〜５ｎは、それぞれ対応する系統のアンテナ素子６１〜６ｎに対する送信系統と受信系統の切り換えを行うものであり、例えば、サーキュレータや同軸スイッチ等を用いる。また、送信周波数と受信周波数が異なる場合、ダイプレクサでも良い。   The transmission / reception switchers 51 to 5n are for switching the transmission system and the reception system for the corresponding antenna elements 61 to 6n, and use, for example, a circulator or a coaxial switch. Further, when the transmission frequency and the reception frequency are different, a diplexer may be used.

受信フィルタ７１〜７ｎは、それぞれ対応する系統の送受信切換器５１〜５ｎを介してアンテナ素子６１〜６ｎから供給される受信信号を入力し、この受信信号から所定の周波数帯域成分を抽出する。この受信フィルタ７１〜７ｎは、超伝導素材で構成される。   The reception filters 71 to 7n receive the reception signals supplied from the antenna elements 61 to 6n via the corresponding transmission / reception switchers 51 to 5n, respectively, and extract predetermined frequency band components from the reception signals. The reception filters 71 to 7n are made of a superconductive material.

リミッタ８１〜８ｎは、受信フィルタ７１〜７ｎより出力される所望の受信信号を入力し、この受信信号の信号レベルを制限し、ＬＮＡ９１〜９ｎへの過入力保護を行う。   The limiters 81 to 8n receive a desired reception signal output from the reception filters 71 to 7n, limit the signal level of the reception signal, and perform over-input protection to the LNAs 91 to 9n.

ＬＮＡ９１〜９ｎは、それぞれ対応する受信フィルタ７１〜７ｎから出力される受信信号を入力し、この受信信号を低雑音で増幅する。   The LNAs 91 to 9n receive the reception signals output from the corresponding reception filters 71 to 7n, respectively, and amplify the reception signals with low noise.

なお、図１では、上記受信フィルタ７１〜７ｎ、リミッタ８１〜８ｎ及びＬＮＡ９１〜９ｎにより、受信回路１２１１〜１２１ｎを形成している。   In FIG. 1, reception circuits 1211 to 121n are formed by the reception filters 71 to 7n, limiters 81 to 8n, and LNAs 91 to 9n.

受信用移相器１０１〜１０ｎは、それぞれ対応するＬＮＡ９１〜９ｎから出力される受信信号を入力し、この受信信号に所定の位相制御を施す。   The reception phase shifters 101 to 10n receive reception signals output from the corresponding LNAs 91 to 9n, respectively, and perform predetermined phase control on the reception signals.

合成器１１は、受信用移相器１０１〜１０ｎにより位相制御を施された各受信信号を入力し、これらの受信信号の信号合成を行う。   The synthesizer 11 receives the received signals that have undergone phase control by the receiving phase shifters 101 to 10n, and synthesizes these received signals.

真空容器１２は、上記受信回路１２１１〜１２１ｎを収容し、内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う。この真空容器１２は、極低温の効率的な維持を目的として超伝導素材を配置した周囲を真空状態として断熱するための容器である。このため、少なくとも超伝導素材を配置した周囲は気密構造とする。   The vacuum vessel 12 accommodates the receiving circuits 1211 to 121n and insulates and keeps the temperature of the contents by making the inside vacuum. The vacuum vessel 12 is a vessel for insulating the surroundings where the superconducting material is disposed in a vacuum state for the purpose of efficiently maintaining a cryogenic temperature. For this reason, at least the surroundings where the superconducting material is disposed have an airtight structure.

冷却機構１３及び冷却プレート１４は、真空容器１２内の伝送線路及び受信回路１２１１〜１２１ｎを極低温で冷却するための手段である。   The cooling mechanism 13 and the cooling plate 14 are means for cooling the transmission line in the vacuum vessel 12 and the receiving circuits 1211 to 121n at a cryogenic temperature.

上記構成において、以下にその処理動作を説明する。   The processing operation of the above configuration will be described below.

まず、送信時は、入力される送信信号を分配器１にてアレイ状に配置される各送信用移相器２１〜２ｎに分配供給し、各送信用移相器２１〜２ｎにて送信ビームの励振分布に応じた位相制御を施した後、送信アンプ３１〜３ｎで電力増幅し、送信フィルタ４１〜４ｎにて不要波成分を抑圧し、送受信切換器５１〜５ｎを介してアンテナ素子６１〜６ｎから空間へ送信信号を送出する。   First, at the time of transmission, an input transmission signal is distributed and supplied to each of the transmission phase shifters 21 to 2n arranged in an array by the distributor 1, and the transmission beam is transmitted by each of the transmission phase shifters 21 to 2n. After performing phase control according to the excitation distribution, the power is amplified by the transmission amplifiers 31 to 3n, the unnecessary wave component is suppressed by the transmission filters 41 to 4n, and the antenna elements 61 to 61 are transmitted via the transmission / reception switches 51 to 5n. A transmission signal is sent from 6n to space.

また受信時は、各アンテナ素子６１〜６ｎにて受信された信号が、送受信切換器５１〜５ｎを介して受信系統に入力され、真空容器１２内に配置される受信フィルタ７１〜７ｎにて不要波成分を抑圧し、リミッタ８１〜８ｎで振幅制限し、ＬＮＡ９１〜９ｎにて低雑音で増幅され、受信用移相器１０１〜１０ｎにて受信ビームの指向特性に応じた位相制御が施された後、合成器１１によって信号合成されて、受信ビームとして出力される。   At the time of reception, signals received by the antenna elements 61 to 6n are input to the reception system via the transmission / reception switchers 51 to 5n and are not required by the reception filters 71 to 7n disposed in the vacuum vessel 12. The wave component is suppressed, the amplitude is limited by the limiters 81 to 8n, amplified with low noise by the LNA 91 to 9n, and the phase control according to the directivity characteristics of the received beam is performed by the reception phase shifters 101 to 10n. Thereafter, the signals are synthesized by the synthesizer 11 and output as a reception beam.

図２は、図１に示すアンテナ装置の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the antenna device shown in FIG.

図２に示す真空容器１２内の受信回路１２１１〜１２１ｎを接続する伝送線路及び受信フィルタ７１〜７ｎは、超伝導素材で構成されており、これらは真空容器１２に接続する冷却機構１３等の冷却手段によって超伝導状態となる極低温に冷却される。   The transmission line and the reception filters 71 to 7n that connect the reception circuits 1211 to 121n in the vacuum vessel 12 shown in FIG. 2 are made of a superconductive material, and these cool the cooling mechanism 13 and the like that are connected to the vacuum vessel 12. It is cooled to a cryogenic temperature that becomes superconducting by means.

さて、送信層１５に配置するアンテナ素子６１〜６ｎにて受信された信号は、分配合成層１６を介して真空容器１２内に配置する受信回路１２１１〜１２１ｎへ入力される。ここで、受信回路１２１１〜１２１ｎは、真空容器１２内の冷却プレート１４により極低温に冷却され、超伝導素材を使用する伝送線路及び受信フィルタ７１〜７ｎを超伝導状態とする。このように伝送線路及び受信フィルタ７１〜７ｎを超伝導状態にすることにより、伝送損失をゼロに近づけることができる。また、ＬＮＡ９１〜９ｎも極低温に冷却することにより、ＬＮＡ９１〜９ｎ内部で生じる内部雑音を低減することができる。   Now, signals received by the antenna elements 61 to 6n arranged in the transmission layer 15 are input to the receiving circuits 1211 to 121n arranged in the vacuum vessel 12 through the distribution / synthesis layer 16. Here, the receiving circuits 1211 to 121n are cooled to a very low temperature by the cooling plate 14 in the vacuum vessel 12, and the transmission line and the receiving filters 71 to 7n using the superconducting material are brought into a superconducting state. Thus, by setting the transmission line and the reception filters 71 to 7n to the superconducting state, the transmission loss can be brought close to zero. In addition, by cooling the LNAs 91 to 9n to an extremely low temperature, internal noise generated inside the LNAs 91 to 9n can be reduced.

受信回路１２１１〜１２１ｎ内のＬＮＡ９１〜９ｎで増幅された受信信号は、分配合成層１６に配置した受信用移相器１０１〜１０ｎにて位相を制御し、合成器１１により信号合成されて受信ビームとして出力される。   The received signals amplified by the LNAs 91 to 9n in the receiving circuits 1211 to 121n are controlled in phase by the receiving phase shifters 101 to 10n arranged in the distribution / combining layer 16, and the signals are synthesized by the synthesizer 11 to be received beams. Is output as

図３は、図１に示すアンテナ装置の回路基板の構成例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a circuit board of the antenna device shown in FIG.

図３に示すように、送信層１５は、複数のアンテナ素子及びこれらに対応する送信アンプ、送受信切換器等の高周波部品、これらを接続する伝送線路及び回路パターンで構成した送信フィルタ、送信アンプのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う電源スイッチング用ＩＣや制御用ＩＣ等を単層基板または多層基板にて一体的に構成した回路基板とする。   As shown in FIG. 3, the transmission layer 15 includes a plurality of antenna elements, transmission amplifiers corresponding thereto, high-frequency components such as transmission / reception switchers, transmission lines connecting them, and circuit patterns, transmission filters, and transmission amplifiers. A circuit board in which a power switching IC that performs ON / OFF control, a control IC, and the like are integrally formed of a single layer board or a multilayer board is used.

また、分配合成層１６は、回路パターンで構成する送信信号の分配器、受信信号の合成器、送信信号及び受信信号のそれぞれを位相制御するための移相器及び移相器に設定する位相コードを制御するための制御用ＩＣを単層基板または多層基板で一体的に構成した回路基板とする。   The distribution / synthesis layer 16 includes a transmission signal distributor, a reception signal combiner, a phase shifter for phase control of each of the transmission signal and the reception signal, and a phase code set in the phase shifter. A control IC for controlling the above is a circuit board integrally formed of a single layer board or a multilayer board.

本実施形態のアンテナ装置では、送信層１５、分配合成層１６及び真空容器１２を層状に配置したことを特徴とする。   The antenna device of this embodiment is characterized in that the transmission layer 15, the distribution / synthesis layer 16, and the vacuum vessel 12 are arranged in layers.

ここで、送信層１５及び分配合成層１６を単層基板または多層基板で一体的に構成した、それぞれの層内での接続は、同軸コネクタを用いることなく回路パターンやスルーホールで接続する。   Here, the transmission layer 15 and the distribution / synthesis layer 16 are integrally formed of a single-layer substrate or a multilayer substrate, and the connections within each layer are connected by a circuit pattern or a through hole without using a coaxial connector.

分配器１及び合成器１１を複数のアンテナ素子６１〜６ｎに対応する送信系統及び受信系統と一体的に構成することによって、同軸インターフェースを削減して、使用する同軸コネクタ数を大幅に削減することができる。さらに、アンテナ素子６１〜６ｎごとに別体で金属ケースを設ける必要がなく、送信アンプ３１〜３ｎ単位での簡易なシールドカバーや回路基板単位での固定機構等、必要最小限の部品で構成することが可能となる。   By configuring the distributor 1 and the combiner 11 integrally with a transmission system and a reception system corresponding to the plurality of antenna elements 61 to 6n, the number of coaxial connectors to be used can be greatly reduced by reducing the number of coaxial interfaces. Can do. Further, it is not necessary to provide a separate metal case for each of the antenna elements 61 to 6n, and the antenna elements 61 to 6n are configured with the minimum necessary components such as a simple shield cover for the transmission amplifiers 31 to 3n and a fixing mechanism for each circuit board. It becomes possible.

図２では、最小限の同軸コネクタ及び同軸ケーブルを用いて真空容器１２内の受信系統と常温部に配置する送受信系統とを接続するように示したが、電磁結合方式等を採用して、この同軸コネクタを削除することも可能である。   In FIG. 2, a minimum coaxial connector and a coaxial cable are used to connect the receiving system in the vacuum vessel 12 and the transmission / reception system arranged in the room temperature part. It is also possible to delete the coaxial connector.

また、図２には、送信層１５の送信アンプ３１〜３ｎを冷却するための冷却層１７を有した構成を示したが、送信アンプ３１〜３ｎの発熱量が少なく、冷却層１７を必要としない場合は削除しても良い。   FIG. 2 shows a configuration having the cooling layer 17 for cooling the transmission amplifiers 31 to 3n of the transmission layer 15. However, the heat generation amount of the transmission amplifiers 31 to 3n is small and the cooling layer 17 is required. If not, you can delete it.

また、真空容器１２内のリミッタ８１〜８ｎは、受信フィルタ７１〜７ｎの入力側に配置しても良いし、削除しても良い。   Further, the limiters 81 to 8n in the vacuum vessel 12 may be arranged on the input side of the reception filters 71 to 7n or may be deleted.

ここで図１及び図２には、複数の受信回路１２１１〜１２１ｎを同一の真空容器１２内に収容して一体化した構造を示したが、アンテナ素子に対応する１回路ごとに真空容器１２を分割しても良い。   Here, FIG. 1 and FIG. 2 show a structure in which a plurality of receiving circuits 1211 to 121n are accommodated in the same vacuum container 12 and integrated, but the vacuum container 12 is provided for each circuit corresponding to the antenna element. It may be divided.

また、図１及び図２では、複数の受信回路１２１１〜１２１ｎを１つの冷却プレート１４で冷却する構成を示したが、アンテナ素子に対応する１回路ごとに冷却プレート１４を設けて、個別に冷却しても良い。   1 and 2 show a configuration in which the plurality of receiving circuits 1211 to 121n are cooled by one cooling plate 14, but the cooling plate 14 is provided for each circuit corresponding to the antenna element, and individually cooled. You may do it.

また、アンテナ素子６１〜６ｎは、送信層１５と一体的に多層基板で構成する平面アンテナでも良いが、送信層１５とは別体で平面アンテナを構成するアンテナ層を設けたり、同じく別体としてダイポール等の線状アンテナを送信層１５に接続する形態でも良い。   The antenna elements 61 to 6n may be planar antennas that are integrally formed with a multilayer substrate integrally with the transmission layer 15. However, an antenna layer that constitutes a planar antenna may be provided separately from the transmission layer 15, or may be separately separated. A form in which a linear antenna such as a dipole is connected to the transmission layer 15 may be used.

（変形例１）
図４は、本実施形態に係るアンテナ装置の変形例１の構成を示すブロック図である。 (Modification 1)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of Modification 1 of the antenna device according to the present embodiment.

図４に示すように、送信アンテナ５１１〜５１ｎ及び受信アンテナ５２１〜５２ｎを別体で設ける。この場合、送受信切換器５１〜５ｎを使用せずに、送信系統の送信信号出力を送信アンテナ５１１〜５１ｎへ接続し、受信アンテナ５２１〜５２ｎからの受信信号出力を受信系統に接続して構成する。   As shown in FIG. 4, transmission antennas 511 to 51n and reception antennas 521 to 52n are provided separately. In this case, the transmission signal output of the transmission system is connected to the transmission antennas 511 to 51n, and the reception signal output from the reception antennas 521 to 52n is connected to the reception system without using the transmission / reception switchers 51 to 5n. .

（変形例２）
図５は、本実施形態に係るアンテナ装置の変形例２の構成を示すブロック図である。 (Modification 2)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of Modification Example 2 of the antenna device according to the present embodiment.

図５では受信専用とする場合のアンテナ装置の構成を示している。常温部に配置する受信アンテナ５２１〜５２ｎ、受信用移相器１０１〜１０ｎ及び合成器１１からなる分配合成層１６を単層基板または多層基板にて一体的に構成する。   FIG. 5 shows the configuration of the antenna device in the case of dedicated reception. The distribution / synthesis layer 16 including the reception antennas 521 to 52n, the reception phase shifters 101 to 10n, and the synthesizer 11 disposed in the room temperature portion is integrally formed of a single layer substrate or a multilayer substrate.

以上のように、上記実施形態におけるアンテナ装置は、常温部に配置するアンテナ素子を含む送受信系統を単層基板または多層基板にて一体的に構成する。したがって、アンテナ装置は、同軸コネクタ数の大幅な削減やアンテナ素子ごとの金属ケースを不要として、小型・軽量かつ薄型で低コスト、さらに受信系統の高感度化を実現することができる。   As described above, in the antenna device according to the above-described embodiment, the transmission / reception system including the antenna elements arranged in the normal temperature part is integrally configured with the single layer substrate or the multilayer substrate. Therefore, the antenna device can achieve a reduction in the number of coaxial connectors and the need for a metal case for each antenna element, and can be small, light and thin, low cost, and high sensitivity of the receiving system.

上記アンテナ装置は、移相器を使用しない機械回転式のアレイアンテナ及びアンテナ素子ごとやサブアレイごとに移相器を有するフェーズドアレイアンテナのいずれにも適用可能である。   The antenna device can be applied to any of a mechanical rotating array antenna that does not use a phase shifter and a phased array antenna having a phase shifter for each antenna element or subarray.

以上、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同様に、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ものである。   Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１…分配器、２１〜２ｎ…送信用移相器、３１〜３ｎ…送信アンプ、４１〜４ｎ…送信フィルタ、５１〜５ｎ…送受信切換器、５１１〜５１ｎ…送信アンテナ、５２１〜５２ｎ…受信アンテナ、６１〜６ｎ…アンテナ素子、７１〜７ｎ…受信フィルタ、８１〜８ｎ…リミッタ、９１〜９ｎ…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１０１〜１０ｎ…受信用移相器、１１…合成器、１２１１〜１２１ｎ…受信回路、１２…真空容器、１３…冷却機構、１４…冷却プレート、１５…送信層（回路基板）、１６…分配合成層（回路基板）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Divider, 21-2n ... Transmission phase shifter, 31-3n ... Transmission amplifier, 41-4n ... Transmission filter, 51-5n ... Transmission / reception switching device, 511-51n ... Transmission antenna, 521-52n ... Reception antenna , 61 to 6n ... antenna elements, 71 to 7n ... reception filters, 81 to 8n ... limiters, 91 to 9n ... low noise amplifiers (LNA), 101 to 10n ... phase shifters for reception, 11 ... combiners, 1211 to 121n DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Reception circuit, 12 ... Vacuum container, 13 ... Cooling mechanism, 14 ... Cooling plate, 15 ... Transmission layer (circuit board), 16 ... Distribution synthetic | combination layer (circuit board).

Claims (6)

アレイ状に配列される複数のアンテナ素子を備える送受信共用のアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの各アンテナ素子それぞれに対応する送信系と受信系を切替接続する複数の送受切換器と、
前記送信系の入力段に設けられ、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号の位相を制御する複数の送信用移相器と、
前記複数の送信用移相器から出力された送信信号を増幅する複数の送信アンプと、
前記受信系の入力段に設けられ、前記複数のアンテナ素子で受信された受信信号から所定の周波数帯域成分を抽出する複数の受信フィルタと、
前記複数の受信フィルタから出力された受信信号を低雑音増幅する複数の低雑音増幅器と、
前記複数の低雑音増幅器から出力された受信信号の位相を制御する複数の受信用移相器と、
前記複数の受信用移相器から出力された複数の受信信号を合成する合成器と、
前記受信フィルタ及び低雑音増幅器を収容し、外部からの熱を遮断する断熱容器と、
前記断熱容器に収容された受信フィルタ及び低雑音増幅器を冷却する冷却手段とを具備し、
前記受信フィルタは、前記冷却手段の冷却によって超伝導状態となる超伝導素材で構成され、
前記送信アンプを第１回路基板に配置し、前記送信用移相器、受信用移相器、及び合成器を第２回路基板で一体化し、
前記第１回路基板、前記第１回路基板と前記第２回路基板とを隔てる冷却層、前記第２回路基板、前記断熱容器の順で層状に配置したことを特徴とするアンテナ装置。 An array antenna for transmission and reception comprising a plurality of antenna elements arranged in an array; and
A plurality of duplexer for switching connects the reception system and transmission system that corresponds to each of the antenna elements of said array antenna,
A plurality of phase shifters for transmission that are provided in an input stage of the transmission system and control phases of transmission signals transmitted from the plurality of antenna elements;
A plurality of transmission amplifiers for amplifying transmission signals output from the plurality of transmission phase shifters;
A plurality of receiving filters the provided in the input stage of the reception system, you extract a predetermined frequency band component from the received signal received by the plurality of antenna elements,
A plurality of low-noise amplifier for low-noise amplifying a plurality of reception filters or we output the received signal,
A plurality of reception phase shifter for controlling a phase of the plurality of low noise amplifying unit or we output the received signal,
A synthesizer that synthesizes a plurality of reception signals output from the plurality of reception phase shifters;
A heat insulating container that houses the reception filter and the low noise amplifier and blocks heat from the outside;
A cooling means for cooling the reception filter and the low noise amplifier housed in the heat insulating container,
The reception filter is composed of a superconducting material that becomes superconducting by cooling of the cooling means,
The transmission amplifier is disposed on the first circuit board, and the transmission phase shifter, the reception phase shifter, and the combiner are integrated on the second circuit board,
It said first circuit board, said first circuit board and the cooling layer that separates the second circuit board, the second circuit board, before an antenna apparatus characterized in that arranged in layers in this order Kidan heat container. 前記受信フィルタより出力される所望の受信信号を入力し、入力した受信信号の信号レベルを制限し、前記低雑音増幅器への過入力保護を行うリミッタを備え、
前記断熱容器は、前記リミッタを含めて収容することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 A desired reception signal output from the reception filter is input, a signal level of the input reception signal is limited, and a limiter that performs over-input protection to the low noise amplifier is provided,
The antenna apparatus according to claim 1, wherein the heat insulating container is accommodated including the limiter. 前記断熱容器は、少なくとも前記受信フィルタを構成する超伝導素材が配置される周囲を真空状態とすることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。   The antenna apparatus according to claim 1, wherein the heat insulating container is in a vacuum state around at least a superconducting material constituting the reception filter. 前記第２回路基板と前記断熱容器内の受信回路との接続方法として、電磁結合方式を用いることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein an electromagnetic coupling method is used as a connection method between the second circuit board and the receiving circuit in the heat insulating container. 前記アンテナ素子に対応する１回路ごとに、前記断熱容器を分割することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein the heat insulating container is divided for each circuit corresponding to the antenna element. 前記アンテナ素子に対応する１回路ごとに冷却プレートを設けて、個別に冷却することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。   The antenna device according to claim 1, wherein a cooling plate is provided for each circuit corresponding to the antenna element to individually cool the circuit.
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