JP7590463B2 - 多重入出力アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、多重入出力アンテナ装置（ＭＵＬＴＩ ＩＮＰＵＴ ＡＮＤ ＭＵＬＴＩ ＯＵＴＰＵＴ ＡＮＴＥＮＮＡ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ）に関し、より詳しくは、ＲＦ素子から発生した熱をメインハウジングの後方に放熱させることにより、アンテナ性能を向上させることができる多重入出力アンテナ装置に関する。

無線通信技術、例えば、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）技術は、複数のアンテナを用いてデータの伝送容量を画期的に増加させる技術であって、送信機ではそれぞれの送信アンテナを介して互いに異なるデータを伝送し、受信機では適切な信号処理により送信データを区分するＳｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ手法である。

したがって、送受信アンテナの個数を同時に増加させることによりチャネル容量が増加してより多くのデータを伝送可能にする。例えば、アンテナ数を１０個に増加させると、現在の単一アンテナシステムに比べて同じ周波数帯域を用いて約１０倍のチャネル容量を確保する。このようなＭＩＭＯ技術が適用された送受信装置の場合、アンテナの個数が増加するに伴い、送信機（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）とフィルタ（Ｆｉｌｔｅｒ）の個数も一緒に増加する。

特に、メインハウジングには複数の基板（例えば、メインハウジングの設置空間上で背面側に密着配置されたＰＢＡ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｂｏａｒｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ＰＢＡの前方側に所定距離離隔して積層配置されたアンテナボード、およびＰＢＡまたはアンテナボードの一側に配置されたＰＳＵ基板など）が積層配置され、作動時、多量の駆動熱を発生させる複数のＲＦ給電ネットワーク素子およびＲＦフィルタが設けられる。

ところが、従来の多重入出力アンテナ装置の場合、作動時、メインハウジングの内部に発生する多量の駆動熱をメインハウジングの外部（特に、後方）に効果的に放熱しなければならないが、このために、ＰＢＡの前面に発熱素子を実装した後、発熱素子の実装面であるＰＢＡの後方に貫通する複数のビアホールを加工するか、複数のビアホールに対応する位置に熱伝達コインを設けることで放熱させる構造を採用する。

しかし、ＰＢＡは、一般的に熱伝導率が低い基板材質からなることから、ビアホールを介して熱を排出する構造は、発熱素子とビアホールとの間の接触面積が小さくて放熱効率が小さい一方、熱伝達コインを用いた構造も、発熱素子との接触面の接触公差による所定の放熱効果の低下を示す問題点がある。

本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであって、メインハウジングの背面側に直接密着するようにメインボードから分離されたサブボードを介して放熱性能を極大化できる多重入出力アンテナ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、サブボードの前面と後面にＲＦ給電ネットワーク素子のような発熱素子を分散実装することにより、接地面積を拡張させることはもちろん、サブボードの接地パターンとのインピーダンスマッチングを可能にする多重入出力アンテナ装置を提供することを他の目的とする。

また、マルチバンドフィルタの後段部にクラムシェル部を一体形成し、一体形成されたクラムシェル部を用いて同一のマルチバンドフィルタ内のＴｘ／ＲｘおよびＴｘ／Ｔｘの間を遮蔽してＩｓｏｌａｔｉｏｎ（遮蔽性）を確保することにより、信号干渉を低下させることができる多重入出力アンテナ装置を提供することをさらに他の目的とする。

本発明の課題は以上に言及した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明による多重入出力アンテナ装置の一実施例は、少なくとも一領域に所定の空間形態で収容空間が形成されたメインボードと、前記メインボードの後面部側に積層され、前記収容空間を向く前面部に複数の発熱素子が実装されたサブボードとを含み、前記発熱素子から発生した熱は、前記サブボードの後面部側に放熱されることを特徴とする。

ここで、前記メインボードは、前記サブボードより相対的に前方部に配置され、前記サブボードは、前面部が前記メインボードの後面部の一部と密着して積層配置され、前記メインボードの後面部と非接触の範囲である前記収容空間を形成し、前記収容空間に相当する前面部に前記複数の発熱素子が実装される。

また、前記メインボードは、前後方に積層されたマルチレイヤ層が一体に接合形成された一体型ワンボードであり、後面部のうち一部の領域から前記マルチレイヤ層の少なくとも一部が除去された収容空間を形成し、前記サブボードは、前記マルチレイヤ層のうち前記メインボードの最後方に位置したレイヤ層の後面部側に積層され、前記収容空間を向く前面部に前記複数の発熱素子が実装される。

また、前記発熱素子の駆動による温度上昇による前記サブボードの熱膨張量は、前記メインボードの熱膨張量より小さい。

また、前記サブボードの前後の厚さは、前記メインボードの前後の厚さより小さい。

また、前記メインボードの前面部には第１発熱素子が配置され、前記サブボードの前面部には第２発熱素子が配置され、前記第２発熱素子の出力電力は、前記第１発熱素子の出力電力より大きい。

また、前記第１発熱素子は、Ｒｘ素子（ＬＮＡ）であり、前記第２発熱素子は、Ｔｘ素子（ＰＡおよびＤＡ）であってもよい。

また、前記サブボードの後面部側には第３発熱素子がさらに配置される。

また、前記第３発熱素子は、ＦＰＧＡを含むことができる。

また、前記メインボードの後面部のうち前記サブボードの前面部と重ならない後面部にはデジタル半導体が実装配置され、前記メインボードのデジタル半導体から発生した熱は、前記サブボードの複数の発熱素子から発生した熱と一緒に前記サブボードの後面部側に放熱されることを特徴とする。

また、前記メインボードと前記サブボードは、エポキシ樹脂材質からなる。

また、前記メインボードは、複数の送受信チャネルを有する複数のセクションを含み、前記サブボードは、前記複数のセクションそれぞれに対応する個数からなる。

また、前記サブボードは、前記発熱素子の発振を防止する発振防止回路をさらに含むことができる。

また、前記サブボードは、少なくとも２つのレイヤ層を有する多層基板であってもよい。

また、前記サブボードの前面に相当するレイヤ層には、前記発熱素子の一部として能動素子が実装配置され、前記サブボードの後面に相当するレイヤ層には、前記発熱素子の残りとして受動素子が配置され、前記能動素子および受動素子から発生した熱は、前記サブボードの後面側に放熱される。

また、前記サブボードの後面に相当するレイヤ層のうち前記発熱素子の間には接地パターン（ＧＮＤパターン）が形成され、前記接地パターンは、前記メインボードおよび前記サブボードが設けられるアンテナハウジング部の内部面と接触して、前記サブボードから発生する電磁波の遮蔽面積を増加させることができる。

また、前記サブボードは、前記少なくとも２つのレイヤ層が前記メインボードのマルチレイヤ層と同一の方式で接合形成される。

また、前記サブボードには、前記発熱素子から発生した熱を後方に排出するための少なくとも１つの熱伝達ブリッジホールが形成される。

また、前記熱伝達ブリッジホールには、熱伝導性材質が充填される。

また、前記サブボードは、メタルＰＣＢであってもよい。

また、前方部には、前記メインボードおよび前記サブボードが設けられる装着空間が備えられ、後方部には、前記発熱素子から発生した熱が伝達されて外部に放熱する複数のヒートシンクフィンが一体に形成されたアンテナハウジング部をさらに含むことができる。

また、前記発熱素子から発生した熱は、前記サブボードの後面部側に伝達されて前記複数のヒートシンクフィンを介して放熱されるように、前記サブボードの後面部と前記アンテナハウジング部の内部面とは表面熱接触することができる。

また、共振器を収容する収容空間が備えられ、前記メインボードの前方部に載置される複数のフィルタと、前記複数のフィルタの前方部に積層され、前記複数のフィルタを介して所定の電気的な信号ラインを構築する複数のアンテナ素子が前面に実装されたアンテナボードとをさらに含むことができる。

また、前記複数のフィルタの後段部には、前記電気的な信号ラインとの信号干渉を遮蔽するためのクラムシェル部が一体に形成される。

また、前記メインボードの前面には、前記電気的な信号ラインに対応する送信チャネルおよび受信チャネルが複数個備えられ、前記クラムシェル部は、前記送信チャネルおよび受信チャネルの領域が空間上区画されるように遮蔽する送受信区画リブを含むことができる。

また、前記クラムシェル部は、前記送信チャネルのうち一対で備えられて、所定距離離隔している送信回路パターンが相互空間上区画されるように遮蔽する送信部区画リブをさらに含むことができる。

また、前記複数のフィルタの後段部には、前記メインボード側に突出した少なくとも１つの位置固定突起が形成され、前記クラムシェル部は、前記少なくとも１つの位置固定突起が前記メインボードの対応する位置に形成された少なくとも１つの位置設定溝に載置される時、前記送受信区画リブおよび前記送信部区画リブによって前記送信チャネルおよび受信チャネルの領域および前記送信回路パターンを完全区画することができる。

また、前記複数のフィルタの後段部には、前記メインボードと電気的に連結する一対のメインボード側ＲＦコネクタが備えられ、前記複数のフィルタの前段部には、前記複数のフィルタの前段部に積層されたアンテナボードと電気的に連結する一対のアンテナボード側ＲＦコネクタが備えられる。

本発明による多重入出力アンテナ装置によれば、次のような多様な効果を達成することができる。

第一、メインボードとは別個に、サブボードを用いて発熱素子から発生した熱をアンテナハウジング部の外部により容易に放熱させることにより、放熱性能を向上させる効果を有する。

第二、サブボードを２つのレイヤ層で構成することにより、アンテナハウジング部との間で接地遮蔽効果を向上させることができる。

第三、マルチバンドフィルタの後段部にクラムシェル部を一体に形成することにより、共振器の設けられる空間が拡張されるので、フィルタ性能を向上させることができる。

第四、マルチバンドフィルタに一体に形成されたクラムシェル部を用いてメインボードに含まれた複数の送受信チャネルからなる複数のセクションを１つの組立行為でそれぞれ電磁波遮蔽が可能という効果を有する。

本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の課題は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明による多重入出力アンテナ装置の一実施例を示す斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１の分解斜視図であって、メインボードからサブボードおよびマルチバンドフィルタが分離された状態を示す分解斜視図である。 図３のＡ－Ａ線に沿った一部断面図である。 図１の分解斜視図であって、メインボードからマルチバンドフィルタが分離された状態を示す下方斜視図である。 図１の分解斜視図であって、メインボードからマルチバンドフィルタが分離された状態を示す上方斜視図である。 図１の構成のうちマルチバンドフィルタを示す下方斜視図および上方斜視図である。 マルチバンドフィルタの構成のうちクラムシェル部によって区画されるメインボードの複数のセクション領域を示す断面図である。 図１の構成のうちサブボードを示す前面図および後面図である。 図１の構成のうちマルチバンドフィルタが装着された状態であって、図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図９の放熱構造を詳細化した多様な実施例の模式図である。

以下、本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

各図面の構成要素に参照符号を付すにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されてもできるだけ同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の実施例を説明するにあたり、かかる公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の実施例に対する理解を妨げると判断された場合、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使うことができる。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。また、他に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含む、ここで使われるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。

図１は、本発明による多重入出力アンテナ装置の一実施例を示す斜視図であり、図２は、図１の分解斜視図であり、図３は、図１の分解斜視図であって、メインボードからサブボードおよびマルチバンドフィルタが分離された状態を示す分解斜視図である。

本発明による多重入出力アンテナ装置１の一実施例は、前方（図１の図面上、上側）に開口した装着空間を形成し、略上下方向に長くて薄い前後収容幅を有する直方体形状に形成されたアンテナハウジング部（図示せず）の装着空間の内側に一次的に積層された第１積層アセンブリ１００と、第１積層アセンブリ１００の前面に実装固定された第２積層アセンブリ２００と、第２積層アセンブリ２００の前段部に積層される第３積層アセンブリ３００とを含む。

これとともに、本発明による多重入出力アンテナ装置１の一実施例は、図１および図２に示すように、第１積層アセンブリ１００の長手方向の一端部（下端部）に配置されて、第１積層アセンブリ～第３積層アセンブリ１００～３００に備えられた複数のＲＦ給電ネットワーク部品に電源を供給するパワーサプライユニット部（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｕｎｉｔ、以下、「ＰＳＵ」と略称する）５０をさらに含むことができる。

ＰＳＵ５０は、キャリブレーション給電制御および周波数フィルタリングを行うために、第１積層アセンブリ～第３積層アセンブリ１００～３００に備えられた複数のＲＦ給電ネットワーク部品への電源供給を制御する役割を果たす。

第１積層アセンブリ１００は、図２および図３に示すように、メインボード１１０と、サブボード１５０とを含むことができる。

メインボード１１０の前面と後面、およびサブボード１５０の前面と後面には、上述した複数のＲＦ給電ネットワーク部品として、電源の印加による作動時、所定の熱を放出する発熱素子１１１、１５１、１８１が分散実装される。

メインボード１１０およびサブボード１５０は、それぞれエポキシ樹脂材質からなるＦ４樹脂系の基板で備えられる。しかし、必ずしもメインボード１００およびサブボード１５０がエポキシ樹脂材質で備えられなければならないわけではなく、基板の主な機能に応じて異なる材質で採用されても構わない。例えば、サブボード１５０は、後述のように、放熱機能が優先されるという点から、メタルＰＣＢ材質からなる。

メインボード１１０は、所定の厚さを有し、上述のように、エポキシ樹脂材質からなる四角形の薄い板体で形成される。

ここで、メインボード１１０の前面には、上述した発熱素子のうち第１発熱素子として、Ｒｘ素子であるＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が少なくとも１つ以上実装される。また、メインボード１１０の後面には、上述した発熱素子のうち第３発熱素子として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｌｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）のようなデジタル半導体素子が実装配置される。ＦＰＧＡは、メインボード１１０の背面に実装されかつ、サブボード１５０と相互重ならずに後方に露出するメインボード１１０の背面に実装されて、アンテナハウジング部の装着空間の内側面に表面熱接触して、生成された熱が直接アンテナハウジング部の背面に一体に形成された複数のヒートシンクフィン（図示せず）を介して直接放熱できる。

メインボード１１０は、複数の送受信チャネルを有する複数のセクションを含むことができる。ここで、複数の送受信チャネルは、送信部チャネルと、受信部チャネルとを含み、それぞれの送信部チャネルおよび受信部チャネルがメインボード１１０の左右幅方向に所定距離離隔してパターン配列される。このような複数の送受信チャネルを有するセクションは、メインボード１１０の上下長手方向に所定距離離隔して複数個備えられる。

ここで、それぞれのセクションは、後述する第２積層アセンブリ２００の構成のうち単位マルチバンドフィルタ２１０に対応する列の個数で形成されかつ、１つのセクション範囲内にＴｘ素子１６個とＲｘ素子１６個が実装配列され、このようなセクションを４つ有することにより、６４Ｔ／Ｒの伝送容量を備えるＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術が適用可能である。

参照として、１つの単位マルチバンドフィルタ２１０は、後述のように、内部に２つのキャビティ２０５が隔壁（図面符号不表記）によって区画され、各キャビティ２０５内の共振器２１５を用いて送信チャネルおよび受信チャネルの周波数フィルタリングが可能という点から、１つの単位マルチバンドフィルタ２１０に対応する領域には、前記発熱素子のうち第１発熱素子１１１である２つのＲｘ素子（ＬＮＡ）および第２発熱素子である２つのＴｘ素子（ＴＲ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））がメインボード１１０とサブボード１５０の当該領域に実装配置される。

一方、サブボード１５０は、メインボード１１０の後面に密着結合される補助基板の役割を果たすことができる。ここで、サブボード１５０の厚さは、相対的にメインボード１１０の厚さよりも小さく形成されることが好ましい。また、サブボード１５０は、アンテナハウジング部の装着空間の内側面に直接熱接触して、複数の発熱素子１１１、１５１、１８１から発生した熱を伝達する機能を追加的に行うという点から、エポキシ樹脂材質よりも熱伝達が容易なメタルＰＣＢで備えられることが好ましい。

サブボード１５０の前面には、上述のように、発熱素子のうち第２発熱素子１５１である２つのＴｘ素子が実装されるパターン回路が印刷される。パターン回路それぞれには、第２発熱素子１５１がそれぞれ１つずつ実装され、２つのパターン回路によって送信チャネルおよび受信チャネルを完成することができる。送信チャネルと受信チャネルは、それぞれ後述する単位マルチバンドフィルタ２１０に備えられたメインボード側ＲＦコネクタ２３０の一対と電気的にコネクティングされる。

図４は、図３のＡ－Ａ線に沿った一部の断面図であり、図５Ａおよび図５Ｂは、図１の分解斜視図であって、メインボードからマルチバンドフィルタが分離された状態を示す下方斜視図および上方斜視図であり、図６は、図１の構成のうちマルチバンドフィルタを示す下方斜視図および上方斜視図であり、図７は、マルチバンドフィルタの構成のうちクラムシェル部によって区画されるメインボードの複数のセクション領域を示す断面図である。

第２積層アセンブリ２００は、図４～図６に示すように、第１積層アセンブリ１００のメインボード１１０と第３積層アセンブリ３００のアンテナボード３１０との間に配置されて、周波数フィルタリングを行うフィルタ２１０を含むことができる。ここで、フィルタ２１０は、キャビティフィルタ（Ｃａｖｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）、導波管フィルタ（Ｗａｖｅ－Ｇｕｉｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ）および誘電体フィルタ（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ）のいずれか１つで採用可能である。これとともに、ここでのフィルタは、多重周波数帯域をカバーするマルチバンドフィルタ（Ｍｕｌｔｉ Ｂａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒ、ＭＢＦ）を除外しない。

フィルタ２１０は、上述のように、メインボード１１０に備えられた複数のセクションに対応する領域をカバーするように複数個が固定され、その対応領域に一対の送信チャネルおよび受信チャネルを含むことができる。

より詳しくは、フィルタ２１０は、２つのキャビティ２０５が隔壁によって左右に区画され、各キャビティ２０５内に備えられた複数の共振器２１５によって送信チャネルおよび受信チャネルを介した周波数フィルタリングを行うことができる。

フィルタ２１０は、その内部のキャビティ２０５と外部のノイズ（電磁波などによる信号など）が遮蔽されるように、その内部面が金属薄膜状にメッキされて備えられ、後述のように、フィルタ２１０の後段部に一体に形成されたクラムシェル部２５０も同様であり得る。

一方、メインボード１１０には、単位ＭＢＦ２１０それぞれの設置位置を指定するための少なくとも１つの位置設定溝１１５ａ、１１５ｂが形成される。ここで、単位フィルタ２１０の後段部にも、メインボード１１０に形成された少なくとも１つの位置設定溝１１５ａ、１１５ｂそれぞれに挿入固定されるように、メインボード１１０側に突出した少なくとも１つの位置固定突起２１５ａ、２１５ｂが形成される。

これとともに、フィルタ２１０の後段部には、電気的な信号ラインとの信号干渉を遮蔽するためのクラムシェル部２５０が一体に形成される。

クラムシェル部２５０は、図５Ａおよび図５Ｂと図７に示すように、メインボード１１０に含まれる送信チャネル２５３”および受信チャネル２５１’の領域が空間上区画されるように遮蔽する送受信区画リブ２５１と、送信チャネル２５３”のうち一対で備えられて、所定距離離隔している送信回路パターンが相互空間上区画されるように遮蔽する送信部区画リブ２５３ａ、２５３ｂとを含むことができる。

ここで、クラムシェル部２５０の送受信区画リブ２５１は、メインボード１１０の前面に実装された第１発熱素子１１１である一対のＲｘ素子を空間上相互区画および遮蔽する役割を果たす。

また、クラムシェル部２５０の送信部区画リブ２５３ａ、２５３ｂは、サブボード１５０の各パターン回路に実装された第２発熱素子１５１である２つのＴｘ素子を空間上相互区画および遮蔽する役割を果たす。

このように、フィルタ２１０の後段部に一体に形成されたクラムシェル部２５０の各区画リブ２５１、２５３を用いてＲｘ素子およびＴｘ素子間の電磁波の影響を最大限に遮蔽すると同時に、一対のＴｘ素子間の信号の影響を遮蔽することにより、周波数フィルタ性能を大きく向上させることができる。

また、フィルタ２１０の後段部にクラムシェル部２５０を一体に形成することにより、フィルタ２１０のキャビティ２０５の空間を後方側により拡張させることにより、複数の共振器２１５の離隔空間をより広く確保可能になることから、Ｑ値を向上させて、作動時、発熱量を最小化できるというさらなる利点も確保することができる。

一方、フィルタ２１０のクラムシェル部２５０は、その後段部に形成された少なくとも１つの位置固定突起２１５ａ、２１５ｂがメインボード１１０の位置設定溝１１５ａ、１１５ｂに載置される時、送受信区画リブ２５１および送信部区画リブ２５３の後端がメインボード１１０の前面に密着する動作で送信チャネルおよび受信チャネルの領域および送信回路パターンを相互完全区画できるように備えられる。ここで、位置固定突起２１５ａ、２１５ｂおよび位置設定溝１１５ａ、１１５ｂを貫通する不図示の組立ねじにより、フィルタ２１０をメインボード１１０に所定の組立力で組立てることができる。

これとともに、フィルタ２１０の後段部には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、メインボード１１０と電気的に連結する一対のメインボード側ＲＦコネクタ２３０が備えられ、フィルタ２１０の前段部には、フィルタ２１０の前段部に積層された第３積層アセンブリ３００の構成のうちアンテナボード３１０と電気的に連結する一対のアンテナボード側ＲＦコネクタ２４０が備えられる。

一対のメインボード側ＲＦコネクタ２３０は、それぞれ送信チャネルおよび受信チャネルを担当するように、フィルタ２１０の各キャビティ２０５側に連結される一側コネクタ２３０ａおよび他側コネクタ２３０ｂを備え、一対のアンテナボード側ＲＦコネクタ２４０も、それぞれ送信チャネルおよび受信チャネルを担当するように、フィルタ２１０の各キャビティ２０５側に連結される一側コネクタ２４０ａおよび他側コネクタ２４０ｂを備えることができる。

ここで、メインボード側ＲＦコネクタ２３０は、図４に示すように、コネクティングボス２３１と、コネクティングボス２３１の内部を貫通するように配置されたコネクティング端子ピン２３３と、フィルタ２１０とメインボード１１０との間の組立公差を吸収するとともに接地の役割を果たす弾性接地ワッシャ２３５とを含むことができる。

メインボード１１０には、コネクティング端子ピン２３３が挿入締結されるためのコネクティング部１４０がホール形状に設けられ、コネクティング部１４０の周辺にインピーダンス整合のための誘電体１３０がエンベデッド（ｉｍｂｅｄｅｄ）形状に備えられる。コネクティング端子ピン２３３は、誘電体１３０を貫通してメインボード１１０の背面側に積層結合されたサブボード１５０と電気的に信号連結可能である。従来は、サブボード１５０を備えず、メインボード１１０の前面にコネクティング部１４０が備えられたことから、コネクティング部１４０の周辺に対するインピーダンス整合のための前記誘電体１３０の設置が不可能であったが、本発明の一実施例の場合、メインボード１１０の背面にサブボード１５０を分離積層し、メインボード１１０の厚さだけ誘電体１３０をエンベデッド形状に設置可能という点から、サブボード１５０のグラウンド層（Ｇｒｏｕｎｄ ｌａｙｅｒ）との間に上述したインピーダンス整合設計が非常に容易という利点を有する。

一方、アンテナボード側ＲＦコネクタ２４０は、図４に示すように、アンテナボード３１０の後面側に備えられた接点部（図面符号不表記）に接点する接点端子ピン２４３と、接点端子ピン２４３をインピーダンス整合を維持したままフィルタ２１０に固定させるための誘電体ブロック２４１と、フィルタ２１０とアンテナボード３１０との間の組立公差を吸収するとともに接地の役割を果たす弾性接地ワッシャ２４５とを含むことができる。

このような構成からなる本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置１は、信号受信過程の間には、第３積層アセンブリ３００のアンテナ素子３２０を介して受信された信号が第２積層アセンブリ２００の構成のうちフィルタ２１０を経由して所定の周波数帯域でフィルタリングされた後、第１積層アセンブリ１００のメインボード１１０に入力されてデータ処理される。この時、信号は、受信部チャネルを経由し、Ｒｘ素子およびＴｘ素子のうち関与する素子が駆動して発熱し、これから生成された駆動熱は、メタルＰＣＢで備えられたサブボード１５０を経由して後方放熱が容易になる。

逆に、信号送信過程の間には、第１積層アセンブリ１００のメインボード１１０から伝達される信号は、第２積層アセンブリ２００の構成のうちフィルタ２１０を経由して所定の周波数帯域でフィルタリングされた後、第３積層アセンブリ３００のアンテナ素子３２０を介して発振できる。この時にも同じく、信号は、送信部チャネルを経由し、Ｒｘ素子およびＴｘ素子のうち関与する素子が駆動して発熱し、これから生成された駆動熱は、メタルＰＣＢで備えられたサブボード１５０を経由して後方放熱できる。

そして、フィルタ２１０の後段に一体に形成されたクラムシェル部２５０によって受信チャネル部と送信チャネル部がそれぞれ空間区画されて遮蔽されることにより、信号干渉が事前に防止可能になる。

第３積層アセンブリ３００は、図１～図７に示すように、フィルタ２１０の前段部に積層配置されたアンテナボード３１０と、アンテナボード３１０の前面に実装固定された複数のアンテナ素子３２０とを含むことができる。

図８は、図１の構成のうちサブボードを示す前面図および後面図であり、図９は、図１の構成のうちマルチバンドフィルタが装着された状態であって、図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、図１０は、図９の放熱構造を詳細化した多様な実施例の模式図である。

本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置１は、ＰＳＵ５０から電源供給を受けて作動するメインボード１１０の第１発熱素子１１１および第３発熱素子１８１と、サブボード１５０の第２発熱素子１５１から相当量の駆動熱が発生しうる。

従来は、メインボード１１０の前面と後面に前記複数の発熱素子１１１、１５１、１８１を分散実装し、前記発熱素子１１１、１５１、１８１から発生した熱は、メインボード１１０の後方に放出し、メインボード１１０の後面と表面熱接触するように配置されたアンテナハウジング部の複数のヒートシンクフィンを介在させて放熱する構造を採用していた。

しかし、複数の発熱素子１１１、１５１、１８１のうち第２発熱素子１５１であるＴｘ素子の発熱量は非常に大きいのに対し、熱伝導性が低い基板材質で形成されたメインボード１１０の前面に実装されていたという点から、メインボード１１０の後方への熱伝達効率（すなわち、放熱性能）が非常に低い問題点があった。

本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置１は、上述した問題点を解決するために、次のような多様な設計方策を提示する。

第１実施例として、本発明による多重入出力アンテナ装置１は、図１０の（ａ）に示すように、少なくとも一領域に所定の空間形態で収容空間１１０ｓ－１が形成されたメインボード１１０ａと、メインボード１１０ａの後面部側に積層され、収容空間１１０ｓ－１を向く前面部に複数の発熱素子（例えば、第２発熱素子１５１）が実装されたサブボード１５０とを含むことができる。

また、第２実施例として、本発明による多重入出力アンテナ装置１は、図１０の（ｂ）に示すように、相対的に前方部に配置されたメインボード１１０ｂと、前面部がメインボード１１０ｂの後面部の一部と密着して積層配置され、メインボード１１０ｂの後面部と非接触の範囲（図面符号「１１０ｓ－２」参照）を有するように前面部に複数の発熱素子１５１が実装されたサブボード１５０とを含むことができる。

一方、第３実施例として、本発明による多重入出力アンテナ装置１は、図１０の（ｃ）に示すように、前後方に積層されたマルチレイヤ層が一体に接合形成された一体型ワンボードであり、後面部のうち一部の領域からマルチレイヤ層の少なくとも一部が除去された収容空間１１０ｓ－３を有するメインボード１１０ｃと、マルチレイヤ層のうちメインボード１１０ｃの最後方に位置したレイヤ層の後面部側に積層され、収容空間１１０ｓ－３を向く前面部に複数の発熱素子が実装されたサブボード１５０とを含むことができる。

ここで、第１実施例～第３実施例による放熱構造は、発熱素子１５１から発生した熱がサブボード１５０の後面部側に放熱されることをその特徴とする。

このために、サブボード１５０には、発熱素子１５１から発生した熱を後方に排出するための少なくとも１つの熱伝達ブリッジホール１５３が形成される。

ここで、熱伝達ブリッジホール１５３は、ホール形状に加工されて、発熱素子１５１から発生した熱を後方に排出できることはもちろん、熱伝導性に優れた金属材質が充填できる。

したがって、サブボード１５０の前面部に実装された発熱素子１５１から発生した熱は、熱伝達ブリッジホール１５３を介在させてサブボード１５０の後面部側に円滑に伝達できる。

一方、発熱素子１５１の駆動による温度上昇によるサブボード１５０の熱膨張量は、メインボード１１０の熱膨張量より小さいように備えられることが好ましい。これは、発熱素子１１１、１５１、１８１のうち実質的に最も多い発熱が予想される第２発熱素子１５１が実装されたサブボード１５０の熱膨張量が小さいように設計することにより、熱変形を最小化して、熱接触抵抗が増加するのを防止するためである。

同様の理由から、サブボード１５０の前後の厚さは、メインボード１１０の前後の厚さより小さいように設計可能である。

一般的に、メインボード１１０は、複数のマルチレイヤ層が一体に接合された形態で備えられ、各レイヤ層に沿って不図示のパターン設計が行われるという点から、レイヤ層の個数を減らすように設計するには物理的な限界がある。

本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置１において新たに提案する放熱構造は、メインボード１１０の厚さは、既存の設計値どおりに維持しかつ、実質的に放熱性能をさらに向上させるために、サブボード１５０の導入を提案する。

サブボード１５０の前面には、発熱素子１１１、１５１、１８１のうち最も発熱が多いと予想される第２発熱素子１５１が実装されるように、送信チャネルおよび受信チャネルに対応する回路パターンが印刷される。

メインボード１１０は、上述したサブボード１５０に実装された第２発熱素子１５１が前方に露出するか、少なくとも上述した収容空間１１０ｓ－１、１１０ｓ－３においてメインボード１１０とは非接触の範囲１１０ｓ－２に収容されるように形成される。

図１０の（ａ）に示すように、収容空間１１０ｓ－１は、メインボード１１０ａを前後方に貫通させた開口部の形態で備えられる。

また、図１０の（ｂ）に示すように、非接触範囲１１０ｓ－２は、メインボード１１０ｂの後面の一部が後方に切開された形態で備えられる。

これとともに、図１０の（ｃ）に示すように、収容空間１１０ｓ－３は、メインボード１１０ｃに備えられたマルチレイヤ層のうち一部の領域からマルチレイヤ層の少なくとも一部が除去された形態で備えられることも可能である。この場合、サブボード１５０は、メインボード１１０ｃとその名称を異にするものであるが、物理的に区分されず、メインボード１１０ｃと同一のレイヤ層として２つのレイヤ層で備えられて、第２発熱素子１５１が前面部に実装された状態で収容空間１１０ｓ－３に収容されるように、メインボード１１０の後面部に一体に接合具備される。

一方、メインボード１１０の前面部には第１発熱素子１１１が配置され、サブボード１５０の前面部には第２発熱素子１５１が配置される時、第２発熱素子１５１の出力電力（すなわち、発熱量）は、第１発熱素子１１１の出力電力（すなわち、発熱量）より大きいように設定されることが好ましい。これは、出力電力が大きい第２発熱素子１５１をアンテナハウジング部の複数のヒートシンクフィンにより近く位置させることにより、放熱性能を極大化させるためである。したがって、本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置では、発熱素子１１１、１５１、１８１のうち相対的に最も発熱量が大きい第２発熱素子１５１であるＴｘ素子をサブボード１５０の前面部に実装配置した設計を採用した。

これとともに、メインボード１１０の後面部のうちサブボード１５０の前面部と重ならない後面部には、第３発熱素子１８１としてＦＰＧＡのようなデジタル半導体が実装配置され、メインボード１１０の第３発熱素子１８１から発生した熱は、サブボード１５０の複数の第２発熱素子１５１から発生した熱と一緒にサブボード１５０の後面部側に放熱できる。

この場合、第３発熱素子１８１は、サブボード１５０とメインボード１１０とが相互重ならない範囲のメインボード１１０の後面部に実装されるので、直接アンテナハウジング部の内側面に表面熱接触して熱伝導が行われることも可能である。

一方、図１０の（ｃ）に示すように、サブボード１５０が２つのレイヤ層を有する多層基板で備えられた場合、サブボード１５０の前面に相当するレイヤ層には、発熱素子の一部として能動素子が実装配置され、サブボード１５０の後面に相当するレイヤ層には、発熱素子の残りとして受動素子が配置される。ここで、能動素子および受動素子から発生した熱は、サブボード１５０の後面側に放熱されることは当然である。

ここで、サブボード１５０の後面に相当するレイヤ層のうち発熱素子（受動素子）の間には接地パターン（ＧＮＤパターン）（図示せず）が形成される。接地パターンは、メインボード１１０およびサブボード１５０が設けられるアンテナハウジング部の内部面と接触して、サブボード１５０から発生する電磁波を遮蔽する機能を行う。このように、メインボード１１０の後面部に配置されたサブボード１５０の前面部と後面部にそれぞれ上述した発熱素子を分散配置することにより、発熱素子の間に形成可能な接地パターン（ＧＮＤパターン）の面積を増加させることができ、接地パターンの面積増加は、アンテナハウジング部の内部面との接触面積を増加させて、より向上した電磁波遮蔽率を達成することができる。

これとともに、図示しないが、サブボード１５０は、発熱素子の発振を防止する発振防止回路をさらに含むことができる。発振防止回路は、発熱素子が回路構成によって高周波発振することを事前遮断することで駆動熱を最小化し、最小化された駆動熱を、上述のようにサブボード１５０の後面側に容易に放熱させることができる。

このように、本発明の一実施例による多重入出力アンテナ装置は、従来のワンボード形態のメインボード１１０に集中実装されていた発熱素子をサブボード１５０に分けて分散実装して熱集中現象を防止し、効果的にサブボード１５０の後面側に備えられたアンテナハウジング部の複数のヒートシンクフィンを介在させて後方放熱することにより、全体的な放熱性能を向上させることができるという利点を有する。

以上、本発明による多重入出力アンテナ装置の一実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明した。しかし、本発明の実施例が必ずしも上述した一実施例によって限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者による多様な変形および均等な範囲での実施が可能であることは当然であろう。そのため、本発明の真の権利範囲は後述する特許請求の範囲によって定められる。

本発明は、メインボードとは別個に、サブボードを用いて発熱素子から発生した熱をアンテナハウジング部の外部により容易に放熱させることにより、放熱性能を向上させることができる多重入出力アンテナ装置を提供する。

１：多重入出力アンテナ装置 １００：第１積層アセンブリ
１１０：メインボード １５０：サブボード
２００：第２積層アセンブリ ２１０：マルチバンドフィルタ
２５０：クラムシェル部 ３００：第３積層アセンブリ
３１０：アンテナボード ３２０：アンテナ素子

Claims (26)

1. 少なくとも一領域に所定の空間形態で収容空間が形成されたメインボードと、
   前記メインボードの後面部側に積層され、前記収容空間を向く前面部に複数の発熱素子としての能動素子が実装されたサブボードと、を含み、
   前記能動素子から発生した熱は、前記サブボードの後面部側に放熱されるものであり、
   前記サブボードは、少なくとも２つのレイヤ層を有する多層基板であり、
   前記サブボードの前面に相当するレイヤ層には、前記能動素子が実装配置され、
   前記サブボードの後面に相当するレイヤ層には、発熱素子としての受動素子が配置され、
   前記能動素子および受動素子から発生した熱は、前記サブボードの後面側に放熱される、多重入出力アンテナ装置。
2. 前記メインボードは、前記サブボードより相対的に前方部に配置され、
   前記サブボードは、前面部が前記メインボードの後面部の一部と密着して積層配置され、前記メインボードの後面部と非接触の範囲である前記収容空間を形成し、前記収容空間に相当する前面部に前記能動素子が実装された、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
3. 前記メインボードは、前後方に積層されたマルチレイヤ層が一体に接合形成された一体型ワンボードであり、後面部のうち一部の領域から前記マルチレイヤ層の少なくとも一部が除去されて前記収容空間を形成し、
   前記サブボードは、前記マルチレイヤ層のうち前記メインボードの最後方に位置したレイヤ層の後面部側に積層され、前記収容空間を向く前面部に前記能動素子が実装された、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
4. 前記発熱素子の駆動による温度上昇による前記サブボードの熱膨張量は、前記メインボードの熱膨張量より小さい、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
5. 前記サブボードの前後の厚さは、前記メインボードの前後の厚さより小さい、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
6. 前記メインボードの前面部には第１発熱素子が配置され、前記サブボードの前面部には第２発熱素子が配置され、
   前記第２発熱素子の出力電力は、前記第１発熱素子の出力電力より大きい、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
7. 前記第１発熱素子は、Ｒｘ素子（ＬＮＡ）であり、前記第２発熱素子は、Ｔｘ素子（ＰＡおよびＤＡ）である、請求項６に記載の多重入出力アンテナ装置。
8. 前記メインボードの後面部側には第３発熱素子がさらに配置される、請求項６に記載の多重入出力アンテナ装置。
9. 前記第３発熱素子は、ＦＰＧＡを含む、請求項８に記載の多重入出力アンテナ装置。
10. 前記メインボードの後面部のうち前記サブボードの前面部と重ならない後面部にはデジタル半導体が実装配置され、
    前記メインボードのデジタル半導体から発生した熱は、前記サブボードの複数の発熱素子から発生した熱と一緒に前記サブボードの後面部側に放熱されることを特徴とする、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
11. 前記メインボードと前記サブボードは、エポキシ樹脂材質からなる、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
12. 前記メインボードは、複数の送受信チャネルを有する複数のセクションを含み、
    前記サブボードは、前記複数のセクションそれぞれに対応する個数からなる、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
13. 前記サブボードは、前記発熱素子の発振を防止する発振防止回路をさらに含む、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
14. 前記サブボードの後面に相当するレイヤ層のうち前記受動素子の間には接地パターン（ＧＮＤパターン）が形成され、
    前記接地パターンは、前記メインボードおよび前記サブボードが設けられるアンテナハウジング部の内部面と接触して、前記サブボードから発生する電磁波の遮蔽面積を増加させる、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
15. 前記サブボードは、前記少なくとも２つのレイヤ層が前記メインボードのマルチレイヤ層と同一の方式で接合形成された、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
16. 前記サブボードには、前記発熱素子から発生した熱を後方に排出するための少なくとも１つの熱伝達ブリッジホールが形成された、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
17. 前記熱伝達ブリッジホールには、熱伝導性材質が充填される、請求項１６に記載の多重入出力アンテナ装置。
18. 前記サブボードは、メタルＰＣＢである、請求項１６に記載の多重入出力アンテナ装置。
19. 前方部には、前記メインボードおよび前記サブボードが設けられる装着空間が備えられ、後方部には、前記発熱素子から発生した熱が伝達されて外部に放熱する複数のヒートシンクフィンが一体に形成されたアンテナハウジング部、をさらに含む、請求項１に記載の多重入出力アンテナ装置。
20. 前記発熱素子から発生した熱は、前記サブボードの後面部側に伝達されて前記複数のヒートシンクフィンを介して放熱されるように、前記サブボードの後面部と前記アンテナハウジング部の内部面とは表面熱接触する、請求項１９に記載の多重入出力アンテナ装置。
21. 少なくとも一領域に所定の空間形態で収容空間が形成されたメインボードと、
    前記メインボードの後面部側に積層され、前記収容空間を向く前面部に複数の発熱素子が実装されたサブボードと、を含み、
    前記発熱素子から発生した熱は、前記サブボードの後面部側に放熱されるものであり、
    共振器を収容する収容空間が備えられ、前記メインボードの前方部に載置される複数のフィルタと、
    前記複数のフィルタの前方部に積層され、前記複数のフィルタを介して所定の電気的な信号ラインを構築する複数のアンテナ素子が前面に実装されたアンテナボードと、をさらに含む、多重入出力アンテナ装置。
22. 前記複数のフィルタの後段部には、前記電気的な信号ラインとの信号干渉を遮蔽するためのクラムシェル部が一体に形成された、請求項２１に記載の多重入出力アンテナ装置。
23. 前記メインボードの前面には、前記電気的な信号ラインに対応する送信チャネルおよび受信チャネルが複数個備えられ、
    前記クラムシェル部は、前記送信チャネルおよび受信チャネルの領域が空間上区画されるように遮蔽する送受信区画リブ、を含む、請求項２２に記載の多重入出力アンテナ装置。
24. 前記クラムシェル部は、前記送信チャネルのうち一対で備えられて、所定距離離隔している送信回路パターンが相互空間上区画されるように遮蔽する送信部区画リブ、をさらに含む、請求項２３に記載の多重入出力アンテナ装置。
25. 前記複数のフィルタの後段部には、前記メインボード側に突出した少なくとも１つの位置固定突起が形成され、
    前記クラムシェル部は、前記少なくとも１つの位置固定突起が前記メインボードの対応する位置に形成された少なくとも１つの位置設定溝に載置される時、前記送受信区画リブおよび前記送信部区画リブによって前記送信チャネルおよび受信チャネルの領域および前記送信回路パターンを完全区画する、請求項２４に記載の多重入出力アンテナ装置。
26. 前記複数のフィルタの後段部には、前記メインボードと電気的に連結する一対のメインボード側ＲＦコネクタが備えられ、
    前記複数のフィルタの前段部には、前記複数のフィルタの前段部に積層されたアンテナボードと電気的に連結する一対のアンテナボード側ＲＦコネクタが備えられた、請求項２２に記載の多重入出力アンテナ装置。

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