JP6797143B2 - アンテナ給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、排熱特性を改善するアンテナ給電装置に関する。

将来の高速衛星通信においては、地上−衛星間トラフィックの増大に伴って、衛星の通信性能の向上が要求される。衛星の通信性能の向上を実現するための１つの策として、アンテナビームをマルチビーム化する方法がある。このようなアンテナビームをマルチビーム化する方法では、多数のビームを並べ、ビームの覆域面積を小さくし、アンテナパターン形状を急峻にすることによって、アンテナ利得を大きくし、通信性能の向上を図っている。

例えば、マルチビームの高密度化を実現するためには、衛星に搭載する一次放射器を高密度配置する必要がある。一次放射器を高密度配置する結果として、特に、一次放射器が密集する中央部に熱がこもる。このため、マルチビームの高密度化を実現するためには、排熱特性を考慮する必要がある。

一次放射器から発生する熱を、ヒートパイプ等を用いて、強制冷却することによって排熱する従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、マイクロ波増幅素子を２次元配置した増幅素子アレーによって発生した熱を、複数のヒートパイプにより排熱している。

そして、この特許文献１における複数のヒートパイプは、マイクロ波増幅素子を２次元配置した平面上で、増幅素子アレーの外側から中心位置まで延在している。この結果、マイクロ波増幅素子の長軸方向の発熱分布に応じて、最適な動作温度および熱輸送力を持つヒートパイプが選定でき、冷却部を増幅素子アレーの外側に配置することができ、効率的な熱輸送を可能としている。

特開２００６−０４２１２５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
高密度配置された限られたスペースの中でヒートパイプを這い回すことは、物理的に困難であることが多く、適切な排熱路を設けることが課題となる。特許文献１では、ヒートパイプを適切に選定することで、効率的な熱輸送を可能としている。しかしながら、この特許文献１では、排熱性能を向上させるためのアンテナ給電装置の高密度な配置方法についてまでは、開示も示唆もされていない。

上述したように、マルチビームの高密度化を実現するためには、衛星に搭載する一次放射器を高密度配置する必要があり、特に、一次放射器が密集する中央部に熱がこもる。しかしながら、限られた搭載スペースの中でヒートパイプを這い回すことは、困難であることが多い。従って、高密度配置された構成を有するアンテナ給電装置の配置方法を工夫することで、排熱特性を向上させることが重要な課題となる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、排熱特性を向上させた上で、一次放射器の高密度配置を実現するアンテナ給電装置を得ることを目的とする。

本発明に係るアンテナ給電装置は、アレー構成された複数の一次放射器と、複数の一次 放射器のそれぞれのスロート部と接触し、スロート部を支持するベースプレートとを備え 、複数の一次放射器のそれぞれは、電磁波を送受信する複数の一次放射器のそれぞれの開 口部が、対向配置された主反射鏡の中央方向を向く角度で配置され、かつ、隣り合う前記開口部の端部同士が互いに接していることで、ベースプレートに支持された、隣接するスロート部の端部の間隔が離れるように配置されているものである。

本発明に係るアンテナ給電装置は、マルチビーム衛星の一次放射器の開口部を高密度密集させつつ、一次放射器のスロート部を互いに離して配置させる構成を備えている。この結果、排熱特性を向上させた上で、一次放射器の高密度配置を実現するアンテナ給電装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用のヒートパイプを適用した第１の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用のヒートパイプを適用した第２の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用シートを適用した構成例を示した図である。

以下、本発明のアンテナ給電装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置の構成を示す説明図である。図１中の左側には、主反射鏡１０が示されている。この主反射鏡１０に対向する位置には、複数の一次放射器２０が配置されている。すなわち、一次放射器２０は、複数並べられて、アレー構成されている。

それぞれの一次放射器２０は、開口部２１とスロート部２２を有して構成されている。開口部２１は、主反射鏡１０の中央方向を向いている。ホーンアンテナに相当する一次放射器２０は、例えば、逆錐台形状のホーンを有する複数のアンテナ素子を、アンテナ開口面が高密度になるように配列したアレーアンテナとして構成される。一次放射器２０は、電磁波を送信および受信するものである。

ベースプレート３０は、高密度にアレー配置化された複数の一次放射器２０を支持する。また、ベースプレート３０は、複数の一次放射器２０で発生した熱を一次放射器２０のそれぞれのスロート部２２を経由して排出するための構造物として機能する。図１に示すように、ベースプレート３０は、複数の一次放射器２０のそれぞれのスロート部２２と接触している。

一次放射器２０で発生した熱は、スロート部２２を介してベースプレート３０からの輻射によって排熱される。従って、複数の一次放射器２０のそれぞれのスロート部２２を、できるだけ離して配置することで、排熱面積を大きくすることができる。

一方、それぞれのスロート部２２を離して配置すると、一次放射器２０の開口部同士が離れた配置になるおそれがある。また、それぞれのスロート部２２を離して配置すると、開口部２１が主反射鏡１０の中央方向に向かなくなり、電磁波が主反射鏡１０に反射される量が減少する「スピルオーバー」が大きくなるおそれがある。

そこで、図１に示した本実施の形態１に係る複数の一次放射器２０は、それぞれの開口部２１が主反射鏡１０の中央方向を向くような角度で配列されている。それぞれの一次放射器２０は、主反射鏡１０の中央方向を向くように、個々に傾けて配置され、かつ、隣り合う開口部２１の端部同士が互いに接している。

この結果、複数の一次放射器２０のそれぞれの開口部２１は、高密度に配置され、かつ、主反射鏡１０の中央方向を向く。一方、ベースプレート３０に支持されている一次放射器２０のスロート部２２同士は、互いに離して配置され、かつ、中央部分に配置される一次放射器２０のスロート部が、ベースプレート３０のより奥の方まで挿入された状態となる。

換言すると、図１に示した本実施の形態１に係る複数の一次放射器のそれぞれは、以下のように配置されている。
・電磁波を送受信する複数の一次放射器２０のそれぞれの開口部２１は、対向配置された主反射鏡１０の中央方向を向く角度で配置されている。
・ベースプレート３０に支持された、隣接するスロート部２２の端部の間隔Ｌは、２つの一次放射器２０を平行に隣接配置したときのスロート部２２の端部の間隔よりも離れるように配置されている。
・それぞれのスロート部２２は、両端に配置された一次放射器２０よりも、中央部分に配置された一次放射器２０の方が、より大きな接触面でベースプレート３０と接している。

従って、それぞれのスロート部２２について、スロート部２２同士を互いに離さずに配置した場合と比較して、排熱先であるベースプレート３０の排熱面積を大きく確保することができる。

ここで、主反射鏡１０の中央に向けた複数の一次放射器２０における開口部２１同士の高密度と、スロート部２２同士の疎密度との配置構造に関しては、地上に照射するビーム配置、要求されるアンテナ性能等に応じて、各一次放射器２０の配置位置、傾斜角度等の最適な設計が必要となる。

一次放射器２０からスロート部２２を介してベースプレート３０に放出された熱は、さらにベースプレート３０から異なる構造物に対して排熱することも可能である。図２は、本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用のヒートパイプ４０を適用した第１の構成例を示した図である。本実施の形態１では、図１を用いて説明した構成を有することで、スロート部２２同士が互いに離れるように、ベースプレート３０内で配置できる。

従って、図２の構成では、隣接するスロート部２２同士の間に、管軸が紙面垂直方向に延在するヒートパイプ４０を配置することで、排熱効果の向上を実現している。すなわち、ベースプレート３０に放出された熱は、ヒートパイプ４０の内壁から排熱される。このようにして、排熱面積をさらにおおきく確保することができる。

図３は、本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用のヒートパイプ４０を適用した第２の構成例を示した図である。先の図２では、隣接するスロート部２２同士の間に配置された複数のヒートパイプ４０が、一直線上に配置されていた。これに対して、図３では、複数のヒートパイプ４０が、隣接するスロート部２２の端部間に配置されている。このような配置によっても、排熱効果の向上を実現できる。すなわち、スロート部２２の端部まで伝搬した熱を、効率よくヒートパイプ４０から排熱することができる。

なお、図２、図３は、例示に過ぎず、複数の一次放射器２０の配置、個数等に応じて、それぞれのヒートパイプ４０の大きさ、配置を適切に設計することが可能である。すなわち、本実施の形態１では、スロート部２２同士が互いに離れるように配置されるため、ヒートパイプ４０のレイアウト設計の自由度を向上させることができる。

また、図４は、本発明の実施の形態１によるアンテナ給電装置に、排熱用シート５０を適用した構成例を示した図である。図４では、排熱効果を高めるために、ベースプレート３０における、複数の一次放射器２０が配列された面と反対側の面に、排熱用シート５０が貼付されている。このような構成によっても、排熱効果の向上を実現できる。なお、排熱用シート５０の貼付位置および排熱用シート５０のサイズは、図４に示した構成例には限定されず、アンテナ給電装置の仕様に応じて、適宜設計することが可能である。

さらに、ヒートパイプ４０と排熱用シート５０を併用することで、排熱効果のさらなる向上を実現できる。

なお、図１〜図４に示したベースプレート３０は、いずれも直方体形状を有している。しかしながら、ベースプレート３０の形状は、直方体形状には限定されず、一次放射器２０の配置、ヒートパイプの配置等に応じて、湾曲させた形状、あるいは傾けた形状とすることも可能である。

また、通常、一次放射器２０は、導波管と接続される。このため、ベースプレート３０は、導波管の機能を併せ持つ構成とすることも可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、マルチビーム衛星の一次放射器の開口部を高密度密集させつつ、一次放射器のスロート部を互いに離して配置させる構成を備えている。この結果、排熱特性を向上させた上で、一次放射器の高密度配置を実現するアンテナ給電装置を実現できる。

１０ 主反射鏡、２０ 一次放射器、２１ 一次放射器の開口部、２２ 一次放射器のスロート部、３０ ベースプレート、４０ ヒートパイプ、５０ 排熱用シート。

Claims (3)

1. アレー構成された複数の一次放射器と、
   前記複数の一次放射器のそれぞれのスロート部と接触し、前記スロート部を支持するベースプレートと
   を備え、
   前記複数の一次放射器のそれぞれは、電磁波を送受信する前記複数の一次放射器のそれぞれの開口部が、対向配置された主反射鏡の中央方向を向く角度で配置され、かつ、隣り合う前記開口部の端部同士が互いに接していることで、前記ベースプレートに支持された、隣接するスロート部の端部の間隔が離れるように配置されている
   アンテナ給電装置。
2. 前記ベースプレート内に配置され、それぞれのスロート部から前記ベースプレートに放出された熱を排熱するヒートパイプをさらに備える
   請求項１に記載のアンテナ給電装置。
3. 前記ベースプレートに貼り付けられ、それぞれのスロート部から前記ベースプレートに放出された熱を排熱する放熱用シートをさらに備える
   請求項１または２に記載のアンテナ給電装置。

Images