JP3974082B2

JP3974082B2 - 空中線装置

Info

Publication number: JP3974082B2
Application number: JP2003178720A
Authority: JP
Inventors: 大平中田; 剛熊本; 浩二近藤; 健次大久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005020106A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブフェーズドアレイレーダ等の空中線装置に係り、特に
空中線装置に搭載されるアンテナ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空中線装置、例えばアクティブフェーズドアレイレーダは、多数の空中線素子から構成されている。
【０００３】
そして、空中線素子が送受信する信号を処理するために、それぞれの空中線素子に送受信モジュールが接続されている。
【０００４】
送受信モジュールにはマイクロ波半導体素子等の素子が組み込まれ、送受信する信号を増幅し、あるいは位相の調整を行なっている。
【０００５】
このような構成の空中線装置の場合、送受信モジュールに組み込まれたマイクロ波半導体素子は温度によって特性が変化する性質がある。
【０００６】
このため、各送受信モジュールに対し一様な温度になるように冷却し、マイクロ波半導体素子が均一な特性で動作するようにしている。
【０００７】
この種の空中線装置として、特開２００１−５３５４１号公報（特許文献１参照）に示すものがある。
【０００８】
この特許文献１によれば、アクティブフェーズドアレイレーダが示されている。
【０００９】
この従来の空中線装置について図３を参照して説明する。
【００１０】
空中線装置１は、複数の空中線素子２を備え、上下方向２列に配置されている。
【００１１】
また、空中線素子２には、それぞれ送受信モジュール３が接続されている。
【００１２】
送受信モジュール３には、マイクロ波半導体素子等の素子（図示せず）が組み込まれ、空中線素子２で送受信される信号を、増幅したりあるいは位相の調整などを行なっている。
【００１３】
送受信モジュール３は、長方形状の開口が両端に形成された枠体状プレート４の両側の外壁面に取り付けられている。
【００１４】
この送受信モジュール３は、アクティブフェーズドアレイレーダが作動中において、自己発熱する。
【００１５】
この自己発熱による異常温度上昇が原因して、送受信モジュール３自体の性能劣化や故障の原因となっていた。
【００１６】
これを解決すために図示しない冷却装置を設けている。
【００１７】
この冷却装置には、冷却パイプ５が備えられ、枠体状プレート４の壁面に、送受信モジュール３を冷却するための冷却用液体を流す複数の冷却パイプ５を平行に配置している。
【００１８】
冷却パイプ５の上部および下部にはそれぞれ冷却用液体を冷却パイプ５に供給し、あるいは、冷却パイプ５を流れた冷却用液体を回収するために、ベッダ構造の供給回収機構が設けられている。
【００１９】
ヘッダ構造の供給回収機構は、例えば冷却用液体を流す主パイプ６と、この主パイプ６から分岐した複数のヘッダ状中間パイプ７、中間パイプ７に接続される複数の冷却パイプ５と、各冷却パイプ５から出てきた冷却用液体を集める中間パイプ８、中間パイプ８に集められた冷却用液体を回収する主パイプ９などから構成されている。
【００２０】
空中線装置１は、複数の空中線素子から構成されている。
【００２１】
このため、空中線装置１は、複数の空中線素子２や複数の送受信モジュール３がそれぞれ取り付けられた上記した構造の枠体状プレート４を複数組み合わせて構成されている。
【００２２】
この場合、複数の空中線素子２や送受信モジュール３が取り付けられた同じ構造の複数の枠体状プレート４が１つの筐体１０に収納されて空中線装置が構成される。
【００２３】
このような構成によれば、送受信モジュール３の冷却によって、例えば各半導体素子は、ほぼ一定の温度に保たれ、均一の特性で動作する。
【００２４】
【特許文献１】
特開２００１−５３５４１号公報（第３頁右欄の第３１行〜第４頁左欄第１９行並びに図１および図２）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空中線装置に設けられる冷却装置は、送受信モジュール側の均一冷却を目的に設けられたものであって、アレイアンテナ装置が限られたスペースに設置される場合や、装置全体として高密度に実装される場合には、送受信モジュール側と一体化構成される各種制御機器や電源系機器等の機器への発熱対策（故障や誤動作対策）が十分ではなく、また、これが対策として冷却装置を大型化したりあるいは、別個に各種制御機器や電源系機器等の機器用の冷却装置を用意しなければならなかった。
【００２６】
また、このように別個の冷却装置を設ける場合には、設置スペースの制限もあり実用的ではなかった。
【００２７】
更には、各種制御機器や電源系機器等の機器に対する冷却のみを目的として冷却装置が設けられたものであるが、周囲温度が寒冷地などでは送受信モジュールのみならず、他の各種制御機器や電源系機器等の機器に対する誤動作や凍結対策の必要な場合も想定される。
【００２８】
従って、使用温度条件によっては、冷却装置のみならず加熱装置の装備も求められる。
【００２９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、限られたスペースに配置される冷却装置によって、送受信モジユールや各種制御機器や電源系機器等の機器を効率的に冷却または加熱して空中線装置全体としての性能維持・向上を図ることができる空中線装置を提供することを主な目的とする。
【００３０】
また、本発明の他の目的は、空中線装置を構成する各種制御機器や電源系機器等の機器が、例えば冷却装置の不作動で異常温度上昇により故障や誤動作をした場合に、部品や装置の取替え等緊急に対応することができる空中線装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、空中線装置の枠組を構成する額縁状枠体と、この額縁状枠体の枠内に、この額縁状枠体と熱伝導的に取り付けられる送受信モジュール組立体と、前記送受信モジュール組立体および前記額縁状枠体と熱伝導的に額縁状枠体内に設けられる熱交換器と、前記額縁状枠体の外周縁部に熱伝導的に取り付けられる空中線装置付属機器とを具備したことを特徴とする空中線装置を提供する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る空中線装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明における空中線装置２０の概要図である。
【００３４】
図２は、図１に示す空中線装置２０の分解斜視図である。
【００３５】
本発明の空中線装置は、例えばアクティブフェーズドアレイレーダ２０に適用することができる。
【００３６】
このアクティブフェーズドアレイレーダ２０は、例えば方形状に構成され、空中線装置の枠組を構成する額縁状枠体２１と、この額縁状枠体２１内に収納される方形状に構成された送受信モジュール組立体２２と、この送受信モジュール組立体２２および額縁状枠体２１と熱伝導的に額縁状枠体２１内に設けられる熱交換器２３と、額縁状枠体２１の外周縁部に設けられる空中線装置付属機器２４とから構成される。
【００３７】
額縁状枠体２１は、方形状の送受信モジュール組立体２２が効率よく収納するに適する形状、例えば方形状に構成される。
【００３８】
この額縁状枠体２１は、例えば熱伝導性の良好な、例えばアルミニウムにより形成される。
【００３９】
この額縁状枠体２１の外周縁部２５には、所定の奥行き幅を有する枠縁部２５ａと、この枠縁部２５ａの長手方向両側に延びて形成される鍔部２５ｂと、この鍔部２５ｂ間に跨る複数の仕切り部２５ｃとが設けられる。
【００４０】
各仕切り部２５ｃは、鍔部２５ｂの長手方向へほぼ等ピッチに補強リブとして設けられると共に、これらのブリッジ間を空中線装置付属機器２４の収納スペースとして構成している。
【００４１】
また、枠縁部２５ａと鍔部２５ｂによって区画される空間の開口を塞ぐように遮蔽蓋２７をそれぞれ設けて複数の箱型空間部ａを形成している。
【００４２】
この複数の箱型空間部ａは、額縁状枠体２１の外周縁部２５全周に形成される。
【００４３】
額縁状枠体２１の外周縁部２５の全周に形成される複数の箱型空間部ａは、図１および図２には、額縁状枠体２１の外周縁部２５の上縁側および両側において形成された複数の箱型空間部ａのみを示している。
【００４４】
他の下縁側については、図示は省略するが、上縁側と同様に複数の箱型空間部ａが形成される。
【００４５】
このような形成した箱型空間部ａは、この箱型空間部ａ内部が仕切り部２６による熱交換作用も加わり、熱交換器２４による熱交換作用効率を向上させることができる。
【００４６】
また、額縁状枠体２１は、アクティブフェーズドアレイレーダ２０が、航空機等の飛翔体に搭載される場合には、限られたスペース内に収納する必要があり、特に額縁状枠体２１の縦幅および横幅寸法には制約が伴なう。
【００４７】
この制約条件によっては、額縁状枠体２１は、例えば８角形状のように多角形状に構成することができる。
【００４８】
送受信モジュール組立体２２は、図２に示すように、複数の送受信モジュール２８が額縁状枠体２１の枠内にあって、長手方向に並列的に配列している。
【００４９】
この送受信モジュール２８は、多数の半導体素子（図示せず）を備えており、空中線装置２０の作動時には電気エネルギが熱エネルギに変換されて発熱するようになっている。
【００５０】
熱交換器２３は、図１に示すように、図示しない熱交換装置、例えば冷却サイクルに接続され、冷媒を循環させることにより、空中線装置付属機器２３の異常温度上昇を防止するために必要程度に冷却するためのものである。
【００５１】
この熱交換器２３は、熱交換装置から供給される冷媒を導入する冷媒導入口３３，この冷媒導入口３３から導入した冷媒を送受信モジュール組立体２２と熱交換可能に配設される図示しない冷媒流通路、例えば冷媒配管および前記冷媒を導入する冷媒導出口３４とを備えている。
【００５２】
空中線装置付属機器２４は、空中線装置２０の、例えばアレーアンテナ（図示せず）の向きを制御するアンテナ制御機器等のレーダ制御機器３０および電源側であるレーダ電源部３１等の各機器が含まれる。
【００５３】
レーダ制御機器３０は、図１および図２に示すように、額縁状枠体２１の外周縁部２５に形成される箱型空間部ａ内に収納される。
【００５４】
レーダ制御機器３０が収納される箱型空間部ａは、アクティブフェーズドアレイレーダ２０の冷媒導入口３３側に設けられ、レーダ制御機器３０が箱型空間部ａの外周縁部２５に熱伝導的に取り付けられる。
【００５５】
また、レーダ電源部３１は、図２に示すように、額縁状枠体２１の外周縁部２５に形成される箱型空間部ａ内に収納される。
【００５６】
レーダ電源部３１が収納される箱型空間部ａは、アクティブフェーズドアレイレーダ２０の冷媒導出口３４側に設けられ、レーダ電源部３１が額縁状枠体２１の外周縁部２５に熱伝導的に取り付けられる。
【００５７】
また、レーダ電源部３１は、図２に示すように、額縁状枠体２１の外周縁部２５に位置する冷媒導出口３４側に設けられる箱型空間部ａ内に収納し、熱伝導的に取り付けられる。
【００５８】
なお、符号３５は、アクティブフェーズドアレイレーダ２０の裏側開口を遮蔽するレーダ装置裏板である。
【００５９】
次に、アクティブフェーズドアレイレーダ２０における熱交換器２３の作用について説明する。
【００６０】
アクティブフェーズドアレイレーダ２０を始動させると、空中線装置付属機器２４や送受信モジュール組立体２２が作動してレーダ機能が始動する。
【００６１】
このレーダ機能の始動に伴い、空中線装置付属機器２４や送受信モジュール組立体２２から熱エネルギを放出する。
【００６２】
アクティブフェーズドアレイレーダ２０の作動と同時に熱交換装置が作動して、額縁状枠体２１の冷媒導入口３３側から熱交換器２３へ冷媒が導入される。
【００６３】
この熱交換器２３へ導入された冷媒は、送受信モジユール組立体２２内の図示しない冷媒流通路を流れながら冷媒導出口３４側から導出される。
【００６４】
前記冷媒が冷媒流通路を流れる間に、複数の送受信モジュール２８側の放熱を吸収する一方、空中線装置付属機器２４からの放熱を吸収する。
【００６５】
この冷媒の熱交換作用により、送受信モジュール２８および空中線装置付属機器２３が冷却される。
【００６６】
この冷却度合いについては、想定される送受信モジュール２８および空中線装置付属機器２４からの発熱量に応じて熱交換装置の能力が予め定められる。
【００６７】
額縁状枠体２１の外周縁部２５に取り付けられる空中線装置付属機器２４の内、レーダ制御機器３０は、冷媒導入口３３側に取り付けられる。
【００６８】
このレーダ制御機器３０は、冷媒導入口３３側から導入した直後の冷媒による良好な吸熱作用のもとにレーダ制御機器３０に対して冷却作用がなされる。
【００６９】
レーダ制御機器３０の動作特性は、例えば周囲温度が８５℃以上の高温状態では、誤動作や故障の状況が顕著に表れる特性があり、この状況をできるだけ防ぐ必要があることから、レーダ制御機器３０を冷却作用の良好な部位に配置すべく設けている。
【００７０】
また、額縁状枠体２１の外周縁部２５の冷媒導出口３４側には、レーダ電源部３１が取り付けられている。
【００７１】
このレーダ電源部３１は、動作特性として、例えば周囲温度が８５℃前後の高温状態では、誤動作や故障の状況が表れないため、前記冷媒が送受信モジュール２８やレーダ制御機器３０側から吸熱した後の気化状冷媒によりやや吸熱作用が低下した状態のもとに冷却されるようになっている。
【００７２】
このように、アクティブフェーズドアレイレーダ２０においては、限られたスペースに配置される熱交換装置によって、送受信モジユールや各種制御機器や電源系機器等の機器を効率的に冷却して空中線装置全体としての性能維持・向上を図ることができる。
【００７３】
また、アクティブフェーズドアレイレーダ２０によれば、熱交換装置の不作動等で異常温度上昇し空中線装置付属機器２４が故障や誤動作が発生した場合には、速やかに部品や装置の取替え等で対応することができる。
【００７４】
すなわち、アクティブフェーズドアレイレーダ２０を装着する、例えば航空機側の収納スペースにおいて、この収納スペース壁面と額縁状枠体２１の正面外周端との間には、取り付け，取り外しが可能なように、作業者による作業用の隙間が設けられる。
【００７５】
空中線装置付属機器２４の故障や誤動作が発生した場合には、この隙間を利用して部品（装置）交換作業を比較的容易に行なうことができる。
【００７６】
すなわち、この部品（装置）交換作業が、額縁状枠体２１の外周縁部２５側に取り付けられる空中線装置付属機器２４の内、交換の必要な部品（装置）のみを前記隙間の部分を利用して取り付け，取り外しができるように、額縁状枠体２１が設計されている。
【００７７】
例えば、額縁状枠体２１の外周縁部２５側において、アクティブフェーズドアレイレーダ２０の前方側の鍔部２５ｂを除去するように構成することもできる。
【００７８】
この構成を採用することにより、空中線装置付属機器２４がアクティブフェーズドアレイレーダ２０の前方側より取り付け，取り外し作業をより容易にすることができる。
【００７９】
なお、本発明の空中線装置、例えばアクティブフェーズドアレイレーダ２０によれば、送受信モジユール組立体２２や空中線装置付属機器２４に対して、当該送受信モジユール組立体２２や空中線装置付属機器２４からの放熱に対して、これを吸収する（すなわち冷却する）熱交換装置を設けたが、寒冷地等使用条件によっては、送受信モジユール組立体２２のみならず、空中線装置付属機器２４に対しても凍結等の異常な状況を回避するために、加熱しなければならない状況
になる。
【００８０】
この場合を想定して、熱交換装置として例えばヒートポンプ可能な冷却サイクルを採用することもできる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、限られたスペースに配置される熱交換装置によって、送受信モジユールや空中線装置付属機器を効率的に冷却または加熱して空中線装置全体としての性能維持・向上を図ることができる空中線装置を提供することができる。
【００８２】
また、本発明によれば、空中線装置を構成する各種制御機器や電源系機器等の機器が、例えば冷却装置の不作動で異常温度上昇により故障や誤動作をした場合に、部品や装置の取替え等緊急に対応することができる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】本発明の空中線装置の実施形態の概要図。
【図２】図１に示す空中線装置の分解斜視図。
【図３】従来の空中線装置の概要図。
【符号の説明】
２０アクティブフェーズドアレイレーダ
２１額縁状枠体
２２送受信モジュール組立体
２３熱交換器
２４空中線装置付属機器
２５外周縁部
２５ａ枠縁部
２５ｂ鍔部
２５ｃ仕切り部
２７遮蔽蓋
２８送受信モジユール
３０レーダ制御機器
３１レーダ電源部
３３冷媒導入口
３４冷媒導出口
３５レーダ装置裏板
ａ箱型空間部

Claims

空中線装置の枠組を構成する額縁状枠体と、
この額縁状枠体の枠内に、この額縁状枠体と熱伝導的に取り付けられる送受信モジュール組立体と、
前記送受信モジュール組立体および前記額縁状枠体と熱伝導的に額縁状枠体内に設けられる熱交換器と、
前記額縁状枠体の外周縁部に熱伝導的に取り付けられる空中線装置付属機器とを具備したことを特徴とする空中線装置。
額縁状枠体には、その外周縁部に空中線装置付属機器を収納するスペースを形成する仕切り部を設けたことを特徴とする請求項１記載の空中線装置。
前記熱交換器には、一方側から他方側へ冷媒を循環させるように冷媒導入口および冷媒導出口を備えたことを特徴とする請求項１記載の空中線装置。
前記額縁状枠体の外周縁部に熱伝導的に取り付けられる空中線装置付属機器は、前記熱交換器の冷媒導入口に近い側に配置される空中線制御機器と、冷媒導出口に近い側に配置される空中線電源部であることを特徴とする請求項３記載の空中線装置。