JP2014027375A - Array antenna device and antenna unit of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、超伝導技術を用いたフィルタや、極低温技術を用いた高感度アンテナを収納する真空断熱ケースを有するアレイアンテナ装置とそのアンテナユニットに関する。 Embodiments described herein relate generally to an array antenna apparatus having a vacuum heat insulating case that houses a filter using superconducting technology and a high-sensitivity antenna using cryogenic technology, and an antenna unit thereof.
一般に、超電導状態は、極めて低い温度で実現でき、周囲からの断熱のために真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースが用いられる。従来のアンテナ装置は、極低温部である真空断熱ケースの内部にフィルタと、LNA;Low Noise Amplifier(受信用低雑音増幅器)とが収納されている。アンテナは、真空断熱ケースの外部に配設されている。真空断熱ケースには2つの高周波入出力ポート(入力ポートと出力ポート)が設けられている。そして、アンテナからの受信信号は、入力ポートを介して真空断熱ケースの内部に伝送されたのち、フィルタを経て、LNAに入力される。さらに、LNAにより増幅された受信信号は、出力ポートを介してLNAの後段の電気回路に出力される。 In general, a superconducting state can be realized at an extremely low temperature, and a sealed vacuum heat insulating case that can take vacuum heat insulation for heat insulation from the surroundings is used. In a conventional antenna device, a filter and an LNA (Low Noise Amplifier) are housed in a vacuum heat insulating case that is a cryogenic part. The antenna is disposed outside the vacuum heat insulating case. The vacuum heat insulation case is provided with two high frequency input / output ports (input port and output port). The received signal from the antenna is transmitted to the inside of the vacuum heat insulating case via the input port, and then input to the LNA through the filter. Further, the received signal amplified by the LNA is output to an electrical circuit subsequent to the LNA via the output port.
真空断熱ケースの内部は、例えば70K程度の極低温に冷却する必要がある。従来構成のアンテナは、真空断熱ケースの外部に配設されているので、真空断熱ケースには、2つの高周波入出力ポート(入力ポートと出力ポート)が必要である。そのため、2つの高周波入出力ポートからの熱の流入が大きくなり、冷凍機が大型化する傾向にある。さらに、高周波入出力ポートからの空気のリークがあり、真空断熱ケースの内部の真空度が劣化する。 The inside of the vacuum heat insulating case needs to be cooled to a cryogenic temperature of about 70K, for example. Since the conventional antenna is disposed outside the vacuum heat insulation case, the vacuum heat insulation case requires two high-frequency input / output ports (input port and output port). For this reason, the inflow of heat from the two high-frequency input / output ports increases, and the refrigerator tends to increase in size. Further, there is air leakage from the high frequency input / output port, and the degree of vacuum inside the vacuum heat insulating case is deteriorated.
本実施の形態は上記事情に着目してなされたもので、熱や空気の流入を低減し、冷凍機が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置とそのアンテナユニットを提供することにある。 The present embodiment has been made paying attention to the above circumstances, and is to provide an array antenna device and its antenna unit that can reduce the inflow of heat and air and prevent the refrigerator from becoming large.
本実施の形態のアレイアンテナ装置のアンテナユニットによれば、冷凍機に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケースと、前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールとを具備することを特徴とする。 According to the antenna unit of the array antenna device of the present embodiment, the sealed vacuum heat insulating case connected to the refrigerator and capable of taking vacuum heat insulation, and the radio wave transmission functioning as a radome disposed on the wall surface of the case. An antenna module having a laminated structure in which a window having an infrared cut filter which is housed in the case and shields at least infrared rays, one antenna element constituting an array antenna, and a low-noise amplifier for reception are laminated It is characterized by comprising.
[第1の実施の形態]
(構成)
図1および図2は、第1の実施の形態を示す。図1は、アレイアンテナ装置1を示す全体の概略構成図、図2は、アレイアンテナ装置1の1つのアンテナユニット2を示す縦断面図である。本実施の形態のアレイアンテナ装置1は、図2のアンテナユニット2が複数、アレイ状に並設されている。
[First Embodiment]
(Constitution)
1 and 2 show a first embodiment. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing the
1つのアンテナユニット2は、例えばスターリングサイクルの冷凍機3に連結され、真空断熱がとれる封止した真空断熱ケース4を有する。この真空断熱ケース4の壁面には、レドームを兼ねた電波透過性を有するウインド5が配設されている。ここで、真空断熱ケース4には、図2中で下面に冷凍機3が連結されている。また、ウインド5は、真空断熱ケース4の上面に配設されている。
One
真空断熱ケース4の内部には、アンテナモジュール6が収納されている。このアンテナモジュール6には、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ7と、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ部8と、LNA;Low Noise Amplifier(受信用低雑音増幅器)9とを積層させた積層構造体10が設けられている。ここで、アンテナ部8は、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ素子8aを有する。赤外線カットフィルタ7は、ウインド5の内面に固定された第1の誘電体多層膜フィルタ7aと、アンテナ部8の上面に固定された第2の誘電体多層膜フィルタ7bとからなる。これらの第1、第2の誘電体多層膜フィルタ7a、7bは、例えば狭い帯域の赤外線をカットする誘電体フィルタを複数、積層させたものである。複数の誘電体フィルタは、それぞれ帯域の異なるものを積層させて使用することで、広い帯域の赤外線をカットするようになっている。そして、第1の誘電体多層膜フィルタ7aと第2の誘電体多層膜フィルタ7bは、誘電体の厚さがアンテナで使用する電波透過と反射には影響を与えない厚さとして設定されている。なお、赤外線カットフィルタ7は、第1の誘電体多層膜フィルタ7aと、第2の誘電体多層膜フィルタ7bの少なくともいずれか一方だけでもよい。
An
また、冷凍機3は、コールドヘッド27を備えている。このコールドヘッド27には、前記積層構造体10が装着されている。そして、積層構造体10は、ウインド5に対向配置されている。なお、ウィンド5を除く真空断熱ケース4の内面および、アンテナ面以外の極低温部には、放射率の低い表面処理が行われている。
The
さらに、真空断熱ケース4の側面には、1ポートの真空断熱がとれる封止したRFコネクタ11が装着されている。このRFコネクタ11は、LNA9用のDCが重畳されている。このRFコネクタ11は、LNA9の後段に置かれている。このRFコネクタ11は、合成回路12に接続されている。
Further, a sealed
(作用・効果)
次に、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置1のアンテナユニット2の作用・効果について説明する。本実施の形態のアレイアンテナ装置1は、アレイ状に並設された複数のアンテナユニット2を有し、各アンテナユニット2では、1つの真空断熱ケース4の内部にアンテナモジュール6がそれぞれ収納されている。このアンテナモジュール6には、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ7と、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ部8と、LNA9とを積層させた積層構造体10が設けられている。これにより、1つのアンテナユニット2の真空断熱ケース4の内部にアンテナ部8のアンテナ素子8aを収納したことにより、真空断熱ケース4には1ポートのRFコネクタ11のみを設けることができる。そのため、真空断熱ケース4に2ポートの入出力ポートを設ける場合に比べて極低温部である真空断熱ケース4の内部への熱流入を抑圧することができる。
(Action / Effect)
Next, the operation and effect of the
さらに、1ポートのRFコネクタ11は、LNA9の後段に置かれているので、LNA9の前段にコネクタを配置した場合と比較すると、損失の要求については、緩和される。そのため、ケーブル長を長く取り、熱絶縁が容易となるので、真空断熱ケース4の内部への熱の流入が少なくなり、冷凍機3が小型化できる。
Further, since the 1-
さらに、アンテナモジュール6の積層構造体10は、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタ7と、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ部8と、LNA9とを積層させているので、これらの構成要素を横並びに並設させた場合に比べて表面積を小さくすることができる。そのため、真空断熱ケース4の内部への熱輻射の量を小さくでき、真空断熱ケース4の内部への熱の流入が少なくなる効果がある。
Furthermore, since the laminated
また、大型真空断熱ケースに、アンテナモジュールをアレイ状に設置する場合には、LNA用のDCの配線構造が複雑になるが、小型の1個の真空断熱ケース4に、1個のアンテナモジュール6を入れる場合には、RFコネクタ11にDCを重畳させることができ、LNA用のDCの配線構造を簡素化することができる。
Further, when an antenna module is installed in an array in a large vacuum heat insulation case, the DC wiring structure for the LNA is complicated, but one
さらに、本実施の形態のアレイアンテナ装置1では、アンテナユニット2毎にアンテナモジュール6の交換ができるので、整備性が格段に向上する。
Furthermore, in the
したがって、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置1のアンテナユニット2では、熱や空気の流入を低減し、冷凍機3が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置1のアンテナユニット2を提供することができる。
Therefore, the
[第2の実施の形態]
(構成)
図3は、第2の実施の形態を示す。本実施の形態のアレイアンテナ装置21は、第1の実施の形態のアンテナユニット2とは異なる構成のアンテナユニット22が複数、アレイ状に並設されている。本実施の形態では、複数のアンテナユニット22は、共通の1つの冷凍機本体23に接続されている。また、1つのアンテナユニット22は、冷凍機本体23との接続部分以外の構成は第1の実施の形態のアンテナユニット2とほぼ同様である。そのため、第1の実施の形態のアンテナユニット2と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
(Constitution)
FIG. 3 shows a second embodiment. In the array antenna device 21 of the present embodiment, a plurality of
冷凍機本体23は、複数のアンテナユニット22で共通に使用され、複数のアンテナユニット22のそれぞれに冷凍ケーブル24で接続されている。各冷凍ケーブル24は、一端が冷凍機本体23に連結され、他端がアンテナユニット22に連結されている。そして、アンテナユニット22の真空断熱ケース4内にはコールドヘッド27が配置されており、このコールドヘッド27に冷凍機本体23から冷凍ケーブル24を介して例えばヘリウムガスが供給され、アンテナユニット22の真空断熱ケース4内が冷却される冷却構造を有する。
The refrigerator
また、アンテナユニット22の真空断熱ケース4には、1ポートの真空断熱がとれる封止したRFコネクタ25が装着されている。このRFコネクタ25は、LNA9用のDCが重畳されている。このRFコネクタ25は、LNA9の後段に置かれている。このRFコネクタ25は、合成回路26に接続されている。
In addition, a sealed
(作用・効果)
次に、上記構成の本実施の形態のアレイアンテナ装置21のアンテナユニット22の作用・効果について説明する。本実施の形態のアレイアンテナ装置21は、第1の実施の形態と同様に、アレイ状に並設された複数のアンテナユニット22を有し、各アンテナユニット22では、1つの真空断熱ケース4の内部に赤外線カットフィルタ7と、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ部8と、LNA9とを積層させた積層構造体10からなるアンテナモジュール6がそれぞれ収納されている。これにより、1つのアンテナユニット22の真空断熱ケース4の内部にアンテナ部8のアンテナ素子8aを収納したことにより、真空断熱ケース4には1ポートのRFコネクタ11のみを設けることができる。そのため、熱の流入箇所が1ポートだけの封止信頼性の高いリークの少ない真空断熱ケース4となる。
(Action / Effect)
Next, operations and effects of the
さらに、本実施の形態では、冷凍機本体23から冷凍ケーブル24を介してコールドヘッド27に例えばヘリウムガスが供給され、アンテナユニット22の真空断熱ケース4内が冷却される冷却構造を有する。そのため、各アンテナユニット22の真空断熱ケース4には、冷凍機本体自体が個別に直接取り付けられていないので、アンテナモジュール6を内蔵するアンテナユニット22として、小型の真空断熱ケース4を実現することができる。その結果、1つのアンテナユニット22の真空断熱ケース4を小型化することができるので、大気圧と真空との圧力差による真空断熱ケース4の歪みを低減することができる。
Further, in the present embodiment, for example, helium gas is supplied from the refrigerator
さらに、本実施の形態では、アンテナユニット22のケース4から冷凍ケーブル24を外すことにより、アンテナモジュール6毎の交換ができるので、整備性が格段に向上する。
Furthermore, in the present embodiment, by removing the
そこで、本実施の形態では第1実施形態の効果に加え、熱や空気の流入を一層低減し、冷凍機本体23が大型化することを防止できる効果がある。
Therefore, in this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, there is an effect that the inflow of heat and air can be further reduced and the refrigerator
これらの実施形態によれば、熱や空気の流入を低減し、冷凍機が大型化することを防止できるアレイアンテナ装置のアンテナユニットを提供することができる。 According to these embodiments, it is possible to provide an antenna unit of an array antenna apparatus that can reduce inflow of heat and air and prevent the refrigerator from becoming large.
本発明の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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,21…アレイアンテナ装置、2,22…アンテナユニット、3…冷凍機、4…真空断熱ケース、5…ウインド、6…アンテナモジュール、7…赤外線カットフィルタ、8…アンテナ部、8a…アンテナ素子、9…LNA(受信用低雑音増幅器)、10…積層構造体、11,25…RFコネクタ、12,26…合成回路、23…冷凍機本体、24…冷凍ケーブル、27…コールドヘッド。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、
前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールとを具備する
ことを特徴とするアレイアンテナ装置のアンテナユニット。 A sealed vacuum insulation case that is connected to a refrigerator and can take vacuum insulation;
A window having radio wave transmission functioning as a radome disposed on the wall of the case;
And an antenna module having a laminated structure in which an infrared cut filter for blocking at least infrared rays, one antenna element constituting an array antenna, and a low-noise amplifier for reception are laminated. An antenna unit of an array antenna apparatus characterized by the above.
前記積層構造体は、前記コールドヘッドに装着された状態で、前記ウインドに対向配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナ装置のアンテナユニット。 The refrigerator includes a cold head,
The antenna unit of the array antenna apparatus according to claim 1, wherein the laminated structure is disposed so as to face the window in a state of being mounted on the cold head.
前記ケースは、前記冷凍機から前記冷凍ケーブルを介して接続されるコールドヘッドにより冷却される冷却構造を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のアレイアンテナ装置のアンテナユニット。 The refrigerator includes a refrigeration cable connected to the case,
The antenna unit of the array antenna apparatus according to claim 1, wherein the case has a cooling structure cooled by a cold head connected from the refrigerator through the refrigeration cable.
前記ケースの壁面に配設されたレドームを兼ねた電波透過性を有するウインドと、
前記ケースの内部に収納され、少なくとも赤外線を遮断する赤外線カットフィルタと、アレイアンテナを構成する1つのアンテナ素子と、受信用低雑音増幅器とを積層させた積層構造体を有するアンテナモジュールと、を具備するアンテナユニットを備え、
前記アンテナユニットが複数、アレイ状に並設された
ことを特徴とするアレイアンテナ装置。 A sealed vacuum insulation case that is connected to a refrigerator and can take vacuum insulation;
A window having radio wave transmission functioning as a radome disposed on the wall of the case;
And an antenna module having a laminated structure in which an infrared cut filter for blocking at least infrared rays, one antenna element constituting an array antenna, and a low-noise amplifier for reception are laminated. Equipped with an antenna unit
An array antenna apparatus comprising a plurality of the antenna units arranged in an array.
前記アンテナユニットで共通に使用される冷凍機本体と、
この冷凍機本体と複数の前記アンテナユニットの前記ケースにそれぞれ連結された複数の冷凍ケーブルと、
前記ケースのそれぞれの内部に配置されたコールドヘッドを備え、
前記ケースは、前記冷凍機本体から前記冷凍ケーブルを介して接続される前記コールドヘッドにより冷却される冷却構造を有する
ことを特徴とする請求項4に記載のアレイアンテナ装置。 The refrigerator is
A refrigerator main body commonly used in the antenna unit;
A plurality of refrigeration cables respectively connected to the case of the refrigerator unit and the plurality of antenna units;
Comprising a cold head disposed within each of the cases;
The array antenna device according to claim 4, wherein the case has a cooling structure that is cooled by the cold head connected from the refrigerator main body via the refrigeration cable.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012164161A JP2014027375A (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Array antenna device and antenna unit of the same |
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Cited By (1)
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WO2016060306A1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | 주식회사 케이엠더블유 | Base station antenna device |
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2012
- 2012-07-24 JP JP2012164161A patent/JP2014027375A/en active Pending
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