JPH1032427A - アクティブフェーズドアレイ給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射素子をパラボラ、球面のごとき曲面に配
列した状態で排熱効率のよいアクティブフェーズドアレ
イ給電装置を提供する。 【解決手段】 パネル（１−３）の曲面による第１の表
面にそって放射素子（１−１）が配列される。第１の表
面との間隔がパネルの各部でほぼ等しくなるようにもう
けられる第２の表面に増幅器（１−２）と排熱用のヒー
トパイプ（５）がもうけられ、放射素子と増幅器とは同
軸ケーブル（１−５）により結合する。第２の表面は、
段差をつけた平面により近似することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人工衛星に搭載する
アクティブフェーズドアレイ用の給電装置に用いられる
熱制御構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の衛星搭載用のアクティブ
フェーズドアレイ方式を採用した給電装置の例であっ
て、１はアクティブフェーズドアレイ給電装置の全体図
であり、アクティブフェーズドアレイ給電装置は、１−
１の放射素子、１−２の増幅器、１−３の放射素子と増
幅器の搭載パネル、１−４のビーム形成装置から形成さ
れる。１−１の放射素子は電波を放射する部分であり、
１−２の増幅器は電波を増幅する装置であり、１−３の
機器搭載パネルは放射素子、および増幅器を搭載するハ
ニカムサンドイッチパネルであり、１−４のビーム形成
装置は信号を各増幅器へ分配する装置である。

【０００３】信号はビーム形成装置１−４から各増幅器
１−２へ送信され、増幅器１−２で増幅され、各放射素
子１−１から放射される。そして、空間で所定の電界強
度や指向を持つ電波として合成される。

【０００４】これまでのアクティブフェーズドアレイ給
電装置の構造としては、増幅器１−２と放射素子１−１
は１枚のハニカムサンドイッチパネル１−３に取り付け
られており、その間を同軸ケーブル１−５で接続してい
た。ハニカムパネルは２枚のハニカムパネル表皮１−３
−１と表皮間に存在するハニカムコア１−３−２で構成
される。放射素子と増幅器はネジ１−６によってそれぞ
れ取り付けられている。増幅器の発熱は増幅器内の電子
回路チップ１−２−１で生じる。そこから発熱する熱量
はパネル内に埋め込まれ、ハニカム表皮に接触している
ヒートパイプ５によって放熱面まで熱輸送され、そこで
排熱される。

【０００５】図７はアクティブフェーズドアレイ給電装
置からの発熱を衛星の放熱面まで輸送する手段の例を示
す図である。図７ではアクティブフェーズドアレイ給電
装置から出力される電波は主反射鏡３に向かい照射さ
れ、地球に照射される方式を採った衛星を記載してい
る。

【０００６】アクティブフェーズドアレイ給電装置から
の発熱を宇宙空間へ放射するためにはアクティブフェー
ズドアレイ給電装置表面からだけの放熱では十分ではな
く、放熱面となる南北面へ輸送する必要がある。そこ
で、パネル埋め込みヒートパイプ５の長さを十分長くし
て、ヒートパイプ５を衛星構体２における地球指向面パ
ネル２−１に接触できるように曲げて設置する。さらに
地球指向面パネル内に埋め込み、かつ南面あるいは北面
パネル表面に接触させたヒートパイプを配置することに
よってアクティブフェーズドアレイ給電装置からの発熱
を南北面まで輸送することができ、宇宙空間へ放熱可能
となる。

【０００７】一方、図８は地上で用いられるフェーズド
アレイ給電装置であって、放射素子を球面になるように
配置した例である。このような放射素子の配置によって
電波を広角に出力でき、広領域に電波を照射することが
可能となる。地上で用いられるアクティブフェーズドア
レイ給電装置は一般的に出力が小さいために発熱量も小
さく、発熱が大きくなる場合にはファンなどの空冷装置
を取り付けて冷却していた。従って、冷却用のヒートパ
イプを用いる必要はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の人工衛星用のア
クティブフェーズドアレイ給電装置では、平面パネルに
放射素子を取り付けていた。しかし、図７に示すように
大形の主反射鏡と平面型のアクティブフェーズドアレイ
給電装置を組み合わせて用いる場合には、平面に放射素
子を配置すると放射素子の向きが全て同じになる。従っ
て、それぞれの放射素子から電波が平行に放射され、パ
ラボラ形状を持つ主反射鏡面全体に均一な電波強度で照
射させることが困難になり、鏡面全面を有効に使用する
ことができない。そこで、アクティブフェーズドアレイ
給電装置の放射素子を主反射鏡面と同じようなパラボラ
面などの曲面を有する形状にすることにより主反射鏡面
全面を有効に使用することができる。

【０００９】しかし、これまで曲率を持つパネル面上に
放射素子を並べた衛星は無い。さらに伝送容量の増大に
よって出力が大きくなり、発熱量も増大するため、空冷
を用いることができない宇宙空間ではアクティブフェー
ズドアレイ給電装置からの排熱方法が重要な問題点とな
る。

【００１０】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、放射素子をパラボラ形状や球面形状
の曲面に配置した状態で排熱効率のよいアクティブフェ
ーズドアレイ給電装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、少なくとも、曲面による表面を有す
るパネルと、該表面の上に配列される電波を放出する複
数の放射素子と、各放射素子毎にもうけられ各放射素子
と電気的に結合する増幅器と、該増幅器の放熱のための
ヒートパイプとを有する、アクティブフェーズドアレイ
給電装置において、前記パネルは、規定された曲面によ
る第１の表面と、該第１の表面と対向する平面による第
２の表面とを有し、該第２の表面は段差を有することに
よりパネルの各部における第１の表面と第２の表面の間
の距離が相互にほぼ等しくなるように構成され、第１の
表面に前記放射素子が配列され、第２の表面に放射素子
に対応する増幅器が配列され、前記パネルの中にヒート
パイプが埋め込まれるアクティブフェーズドアレイ給電
装置にある。

【００１２】好ましくは、第１の表面の前記曲面はパラ
ボラ面または球面である。

【００１３】本発明の別の特徴は、少なくとも、曲面に
よる表面を有するパネルと、該表面にそって配列される
電波を放出する複数の放射素子と、各放射素子毎にもう
けられ各放射素子と電気的に結合する増幅器と、該増幅
器の放熱のためのヒートパイプとを有する、アクティブ
フェーズドアレイ給電装置において、前記パネルは、規
定された曲面による第１の表面と該第１の表面とほぼ平
行に対向する曲面による第２の表面とを有し、第１の表
面にそって前記放射素子が配列され、第２の表面に放射
素子に対応する増幅器とこれに結合するヒートパイプが
配列されるアクティブフェーズドアレイ給電装置にあ
る。

【００１４】好ましくは、放射素子と対応する増幅器の
対が一体化されたケースに固定され、該ケースが放射素
子が第１の表面にそって配列され増幅器が第２の表面に
配列されるようにパネルに固定される。

【００１５】さらに、好ましくは、第２の表面の曲面
が、折り曲げた平面により近似され、ヒートパイプが該
平面にそって折り曲げられる。

【００１６】以上の各構成により、曲面を持つパネルに
設置されたアクティブフェーズドアレイ給電装置からの
発熱を効率的に熱輸送して排熱できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例である。放射素子と
増幅器を搭載するパネルは１枚のハニカムサンドイッチ
パネルであり、曲率を有する第１の面側には放射素子１
−１が取り付けられており、それと対向する第２の面は
平面であり、増幅器１−２を取り付けている。対となる
放射素子と増幅器の間をできるだけ近づかせ、かつ全て
の放射素子と増幅器間がほぼ等しくなるように、中央付
近におけるパネルの厚みを削って高低のある段違いの平
面状態として、そこに増幅器を設置している。増幅器と
放射素子は同軸ケーブル１−５により結合する。

【００１９】さらに長尺のヒートパイプ５を図１に示す
ように列をなした複数の増幅器の真下に設置するように
パネル内部に埋め込み、ヒートパイプの一端を地球指向
面などの他の面に取り付けることができるようにするこ
とで増幅器からの熱が埋め込みヒートパイプへ入ること
を容易にし、かつ地球指向面パネルへの効率よい熱輸送
が可能となる。埋め込みヒートパイプを用いて中央部の
段差が存在するパネルにもうけた増幅器とそれ以外の増
幅器を同時に熱制御するには、パネルの段差に合わせて
ヒートパイプを曲げる必要がある。

【００２０】このような構成にすることにより、中央部
の放射素子と増幅器間の同軸ケーブルが短くでき、同軸
ケーブルの長さによる電力損失が軽減できるため、発熱
量も小さくできる。さらにヒートパイプによって増幅器
から熱輸送ができ、ヒートパイプが接触している複数の
増幅器はほぼ一様に温度が設定可能なため、温度による
電気特性のバラツキを抑えることができ、所要の電波特
性を容易に実現できる。

【００２１】図２は図１で説明した本発明を実施した実
施例を示すもので、放射素子取付ハニカムサンドイッチ
パネルと増幅器取付ハニカムサンドイッチパネルの２種
類のパネルを用いた例である。放射素子を取り付けるパ
ネルは凸面の表皮とし、増幅器は平面パネル上に取り付
ける。さらにヒートパイプを増幅器搭載パネルに埋め込
む。増幅器を取り付けるパネルは中央部分と周囲部分の
２枚から成る。このように増幅器搭載パネルを複数枚に
分けることによって中央部に設置する増幅器と周囲近傍
に配置する増幅器とそれぞれの放射素子間の距離をでき
るだけ等しく設定できる。この構成とすることによっ
て、同軸ケーブルをパネル内に埋め込む必要がないた
め、増幅器をパネルから取り外すことが容易となり、ま
た増幅器配置のフレキシビリティも向上する。

【００２２】図３は本発明の実施例を示すものであり、
曲率を持つハニカムサンドイッチパネルに放射素子と増
幅器を取り付ける一例を示す図である。ヒートパイプは
曲率を持たせるように曲げられ、ハニカムサンドイッチ
パネル内部に埋め込まれている。増幅器は埋め込まれた
ヒートパイプ側のハニカム表皮に取り付けられている。
本実施例では構造的な強度を高めるために増幅器の背面
に補強用のパネル７を設置し、機器取付パネルと補強用
パネル間を梁４で接続している例である。このような構
造にすることによって、増幅器を設置するための厚いパ
ネルや複数のパネルが必要にならず、軽量化が実現でき
る。さらに取付方もシンプルとなり、放射素子や増幅器
の取付も容易にできる。

【００２３】図４は本発明の実施を示す図であり、放射
素子と増幅器が一体化されて、曲面を持ったハニカムサ
ンドイッチパネルに埋め込まれており、かつパネルと同
じ曲率を持ったヒートパイプがパネル表面と増幅器シャ
ーシに接触している例である。このような構成にするこ
とによって同軸ケーブルが不用となり、同軸ケーブルを
通過するときに損失する電力や同軸ケーブルを接続する
ためのコネクタと同軸ケーブル間で損失する電力がな
い。損失する電力は熱に変わり出力が大きくなるとコネ
クタや同軸ケーブルの温度が高温となる。従って、より
効率よく電波を出力でき、大電力の増幅器を実現でき
る。また、パネルに増幅器を埋め込むようにパネルに穴
を開けてはめ込むようにしているため、機器の取り外し
が容易であり、故障した機器を取り替えることが容易と
なる。さらにヒートパイプもパネルに埋め込む必要はな
く、外部から接触させる方法を採用しているため、製造
が容易にもなり、パネル表皮を介さずしてヒートパイプ
を増幅器シャーシに接触できるため、パネル表皮の熱抵
抗を減らすことができ、増幅器からの発熱量をより大き
くできる。

【００２４】図５は本発明の実施を示す図であり、放射
素子と増幅器が一体化されて、曲面を持ったハニカムサ
ンドイッチパネルに埋め込まれており、かつパネルの曲
率にそって直線的に曲げたヒートパイプがパネル外部か
ら取り付けられており、ヒートパイプとの接触面積を増
加させるように増幅器シャーシの形状を決定している。
このような構成にすることによって、ヒートパイプを直
線的に曲げて、かつ増幅器シャーシの形状を工夫するこ
とによって、ヒートパイプと増幅器の間の接触熱抵抗を
減少させることが可能となるため、パネルの曲率が小さ
くなり、増幅器とヒートパイプやパネル表皮間の接触が
困難になる場合でも十分な接触面が確保でき、その結
果、熱抵抗が減少し、より大出力の増幅器が実現でき
る。

【００２５】

【発明の効果】上記説明した構成によって、曲面を持つ
パネルに設置されたアクティブフェーズドアレイ給電装
置からの発熱を効率的に熱輸送して排熱できるため、大
出力のアクティブフェーズドアレイ給電装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクティブフェーズドアレイ給電
装置であり、アクティブフェーズドアレイ給電装置を搭
載するパネルとして、厚手のハニカムサンドイッチパネ
ルを使用した場合である。

【図２】本発明によるアクティブフェーズドアレイ給電
装置であり、放射素子搭載用のパネルと増幅器搭載用の
パネルの２種類のパネルから構成され、増幅器搭載パネ
ル内にヒートパイプを埋め込んだ例である。

【図３】本発明によるアクティブフェーズドアレイ給電
装置であり、放射素子と増幅器の搭載パネルを曲率を持
つ面にして内部にヒートパイプを埋め込んだ実施例を示
す図である。

【図４】本発明によるアクティブフェーズドアレイ給電
装置であり、放射素子と増幅器を一体化させて、放射素
子と増幅器を搭載するパネルを曲率を持たせ、さらに増
幅器をパネルに埋め込むことができるように穴を開け、
増幅器シャーシにヒートパイプが接触する例を示す図で
ある。

【図５】本発明によるアクティブフェーズドアレイ給電
装置であり、放射素子と増幅器を一体化させて、放射素
子と増幅器を搭載するパネルを曲率を持たせ、さらに増
幅器をパネルに埋め込むことができるように穴を開け、
増幅器シャーシにヒートパイプが接触する例を示す図で
ある。ヒートパイプは曲面を持つパネルとできるだけ近
づけるように直線的な曲がり方をしている。

【図６】従来技術を説明する図で、アクティブフェーズ
ドアレイ給電装置を示す例である。

【図７】従来技術を説明する図で、アクティブフェーズ
ドアレイ給電装置と大形の主反射鏡を搭載した人工衛星
の例である。

【図８】従来技術を説明する図で、地上で用いられてい
るアクティブフェーズドアレイ給電装置で、放射素子が
曲面を持つように配置されている例である。

【符号の説明】

１ アクティブフェーズドアレイ給電装置 １−１ 放射素子 １−２ 増幅器 １−２−１ 電子回路チップ １−３ 放射素子、及び増幅器搭載パネル １−３−１ ハニカムパネル表皮 １−３−２ ハニカムコア １−４ ビーム形成装置 １−５ 同軸ケーブル １−６ 取り付け用ネジ ２ 衛星構体 ２−１ 地球指向面パネル ３ 大形主反射鏡 ４ 梁 ５ アクティブフェーズドアレイ給電装置制御用ヒート
パイプ ６ 地球指向面埋め込みヒートパイプ ７ 補強用ハニカムサンドイッチパネル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、曲面による表面を有するパ
   ネルと、該表面の上に配列される電波を放出する複数の
   放射素子と、各放射素子毎にもうけられ各放射素子と電
   気的に結合する増幅器と、該増幅器の放熱のためのヒー
   トパイプとを有する、アクティブフェーズドアレイ給電
   装置において、 前記パネルは、規定された曲面による第１の表面と、該
   第１の表面と対向する平面による第２の表面とを有し、 該第２の表面は段差を有することによりパネルの各部に
   おける第１の表面と第２の表面の間の距離が相互にほぼ
   等しくなるように構成され、 第１の表面に前記放射素子が配列され、第２の表面に放
   射素子に対応する増幅器が配列され、前記パネルの中に
   ヒートパイプが埋め込まれることを特徴とする、アクテ
   ィブフェーズドアレイ給電装置。
2. 【請求項２】 第１の表面の前記曲面がパラボラ面また
   は球面であることを特徴とする、請求項１記載のアクテ
   ィブフェーズドアレイ給電装置。
3. 【請求項３】 少なくとも、曲面による表面を有するパ
   ネルと、該表面にそって配列される電波を放出する複数
   の放射素子と、各放射素子毎にもうけられ各放射素子と
   電気的に結合する増幅器と、該増幅器の放熱のためのヒ
   ートパイプとを有する、アクティブフェーズドアレイ給
   電装置において、 前記パネルは、規定された曲面による第１の表面と該第
   １の表面とほぼ平行に対向する曲面による第２の表面と
   を有し、 第１の表面にそって前記放射素子が配列され、第２の表
   面に放射素子に対応する増幅器とこれに結合するヒート
   パイプが配列されることを特徴とするアクティブフェー
   ズドアレイ給電装置。
4. 【請求項４】 放射素子と対応する増幅器の対が一体化
   されたケースに固定され、該ケースが放射素子が第１の
   表面にそって配列され増幅器が第２の表面に配列される
   ようにパネルに固定される、請求項３記載のアクティブ
   フェーズドアレイ給電装置。
5. 【請求項５】 第２の表面の曲面が、折り曲げた平面に
   より近似され、ヒートパイプが該平面にそって折り曲げ
   られる、請求項３記載のアクティブフェーズドアレイ給
   電装置。