フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリおよびその形成方法
【課題】 熱伝導性および静電気放電保護が改良されたフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリを提供する。
【解決手段】 １つの実施例においては、熱伝導性発泡基板と、この発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを有するフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリである。別の実施例においては、熱伝導性基板と、熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、この放射素子に接触する、レードームを熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを有するフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。
【解決手段】 １つの実施例においては、熱伝導性発泡基板と、この発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを有するフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリである。別の実施例においては、熱伝導性基板と、熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、この放射素子に接触する、レードームを熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを有するフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
この開示は、フェーズドアレイアンテナに関し、より具体的には、熱伝導性および静電気放電保護が改良されたフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
この項における記述は、この開示に関連する背景情報を提供するのみであって、先行技術を構成するものではない。
【０００３】
宇宙を拠点とする活動のための大規模に実現可能なフェーズドアレイアンテナを製造するとき、課題であるのは、大量生産が簡単であり、軽量および薄型で、厳しい性能要求に応えるフェーズドアレイラジエータアセンブリを製造することである。これらの要求には、内部ラジエータ構造を通した良好な熱伝導率と、アンテナの外側露出面における良好な寿命末期熱放射特性（太陽光吸収率および放射率）と、要求される低ＲＦ損失性能を損なうことのない、フローティングメタルエレメントに対する静電気放電（ＥＳＤ）接地要求とが含まれる。加えて、選択される材料は、自然放射線環境によるまたは原子酸素（ＡＯ）侵食を通じた劣化に耐えることが可能でなくてはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば特定の市販の発泡体のような、ＲＦ特性が良好な既存の解決策は、典型的に、フェーズドアレイアンテナの受動冷却が必要とされる用途には一般に不適格な熱伝導性を有する。したがって、既に存在している発泡体は、概して、大規模に実現可能なフェーズドアレイアンテナのプリント配線板（ＰＷＢ）モジュールからの熱を、このアンテナのラジエータアセンブリを通じて放散するためには不適格であると考えられている。アレイの端部でヒートパイプおよびラジエータを用いて熱を放散する既存の解決策は、重く、フェーズドアレイアンテナのための組込みおよび検査における複雑性を増大させる。このような解決策は、製造コストもまた著しく増大させることが多い。
【０００５】
多くの現在のラジエータ設計は、隙間を作られたレードームを有し、このレードームは「サンシールドブランケット」とも呼ばれ、アンテナ開口面を覆って発泡タイルアセンブリの上方に配置される。この配置も、概して、熱を放散するためには不適格であると考えられている。ＥＳＤ接地フローティングメタルパッチについて、既存の解決策は、各パッチの中央に接地ピンを設けることである。しかしながら、これを、発泡体で実現するのは非常に困難で複雑である。なぜなら、発泡体を貫通するめっきされたビアホールを製造することは、信頼性が実証済の標準ＰＷＢプロセスではなく、積層パッチ構成のためには、有用ではないかも知れないためである。
【０００６】
概して、フェーズドアレイアンテナのための既存のラジエータ設計の主要な不利点は、その製造が非常に複雑であることである。現行の解決策は、フェーズドアレイアンテナを作成するのに十分に大量に製造するためには実用的ではない。また、現在入手可能な発泡タイルの熱伝導性は、熱を放散するためには低過ぎ、他の熱放散解決策（たとえばヒートパイプ）および他の接地方法（たとえば金属ピン）は、重量を追加する。その上、フルオロポリマーベースの接着剤は、宇宙放射線効果によって劣化する惧れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
１つの局面において、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。このラジエータアセンブリは、熱伝導性発泡基板と、この発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを含んでもよい。
【０００８】
別の局面において、熱伝導性基板と、熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、この放射素子と接触する、レードームを熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを含んでもよいフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。
【０００９】
別の局面において、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリを形成するための方法が開示される。この方法は、熱伝導性発泡基板上に複数の放射素子を形成するステップと、放射素子を覆ってレードームを被せるステップと、レードームをこの発泡基板に接着するステップとを含んでもよい。
【００１０】
さらなる適用可能な分野は、この明細書中に記載される説明から明らかとなるであろう。説明および特定の例は、例示目的のみを意図するものであり、この開示の範囲を限定することを意図しないものであることが理解されるべきである。
【００１１】
この明細書中に説明される図面は、例示目的のみのためのものであり、この開示の範囲を限定することは全く意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この開示の１つの実施例に従うフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリの破断斜視図である。
【図２】レードームを示さない図１のアンテナラジエータアセンブリのラジエータの平面図である。
【図３】図１のアンテナラジエータアセンブリの、図１中の断面線３−３に沿う側断面図である。
【図４】図１のアンテナラジエータアセンブリにおいて用いられる発泡基板の誘電特性を説明するグラフである。
【図５】図１のアンテナラジエータアセンブリにおいて用いられる発泡基板のロスタンジェントのグラフである。
【図６】図１のアンテナラジエータアセンブリの製造において行なわれる操作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、この開示、応用、または用途を限定することを意図しない。
【００１４】
図１を参照して、この開示の１つの実施例に従うフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ１０（以下「ラジエータアセンブリ」１０）を示す。この実施例におけるラジエータアセンブリ１０は、複数の独立した金属電磁放射／受信（以下単に「放射」）素子で構成される複数の放射層１４および１６を備える多層アセンブリを有する。「サンシールド」としても知られるレードーム１２は、第１の放射層１４を覆って配置され、第１の放射層１４の第１の表面１８に接着される。第１の放射層１４の第２の表面２０は、第２の放射層１６の第１の表面２２に接着される。ラジエータアセンブリ１０全体は、ＲＦ給電をアンテナ放射素子１０に提供するための電子回路（図示せず）を有するプリント配線基板２４上に支持され基板２４に電気的に結合されてもよいマイクロストリップラジエー
タを形成する。
【００１５】
図２を参照して、以下の段落にさらに説明されるように、第１の放射層１４は、フォトリソグラフィプロセスによって形成されてもよく、このプロセスでは、銅または別の適切な金属導体などの金属の層を堆積して、典型的には厚さが約０．００１インチから０．００４インチ（０．０２５４ｍｍから０．１０１６ｍｍ）の間であるフィルム層が形成される。金属層は、次にマスクの使用を通じてエッチングされ、複数の独立した放射素子が形成されるように金属を取り除いてもよい。図１の金属放射素子は、第１の放射層１４中では１４ａと符号を付けられ、第２の放射層１６中では１６ａと符号を付けられている。金属放射素子１４ａおよび１６ａを、「フローティング」金属「パッチ」と考えてもよい。放射素子１４ａおよび１６ａは、図２において概ね正方形の形状を有するように示されるが、放射素子１４ａおよび１６ａは、たとえば円形、六角形、五角形、矩形などの任意の他の適切な形状を有するよう形成し得たことが理解されるであろう。また、放射素子は２層のみが図示されているが、ラジエータアセンブリ１０は、２未満または２を超える層を含み、特定の用途のニーズに応え得ることが理解されるであろう。１つの実施例において、放射素子１４ａおよび１６ａは、各々、約０．５２０インチ（１３．２１ｍｍ）四方であってもよい。
【００１６】
レードーム１２は、本質的にＲＦ透過性である任意の適切な材料で構築されてもよい。たとえば、レードーム１２は、KAPTON（登録商標）で構築されてもよい。これに代わって、レードームは、多層積層品として構築されてもよい。
【００１７】
図３を参照して、ラジエータアセンブリ１０の一部分のより詳細な図を示す。ラジエータアセンブリ１０は、レードーム１２と、静電気消散性接着剤の層２６と、第１のエポキシ樹脂フィルム接着剤層２８と、第１の低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３０と、第２のエポキシ樹脂フィルム接着剤層３２と、第２の静電気消散性接着剤層３４と、第３のエポキシ樹脂フィルム接着剤層３６と、第２の低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３８と、第４のエポキシ樹脂フィルム接着剤層４０とを含む。層２６、２８、３０、および３２は、放射素子の第１の層１４を形成していると見ることができ、層３４、３６、３８、および４０は、放射素子の第２の層１６を形成していると見ることができる。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、放射層１４および１６を形成するために用いられる金属箔を、それらそれぞれの発泡基板３０および３８にそれぞれ接着する働きをする。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、また、さまざまな層が積層されラジエータアセンブリ１０を形成するときに用いられる標準のプリント配線基板（ＰＷＢ）処理溶液からシンタクチックフォーム基板３０および３８を封止する。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、エポキシ樹脂ベースまたはシアン酸エステルベースの材料で構成されてもよい。これら両材料は、容易にフィルム接着剤にすることができ、両方とも良好な電気的特性を有する。
【００１８】
図３に示すさまざまな層の厚さを変えて特定の用途のニーズに応えてもよいが、１つの例において、シンタクチックフォーム基板３０および３８は、各々厚さが約０．０４５インチから０．０５５インチ（１．１４３ｍｍから１．３９７ｍｍ）の間である。静電気消散性接着剤２６および３４は、厚さがさまざまである層を形成してもよいが、１つの実施例においては、厚さが約０．００１インチから０．００５インチ（０．０２５４ｍｍから０．１２７ｍｍ）の間である。エポキシ樹脂接着剤フィルム２８、３２、３６、および４０も、厚さを大きく変えて特定の用途のニーズに応えてもよいが、１つの実施例においては、厚さが約０．００１インチから０．００３インチ（０．０２５４ｍｍから０．０７６２ｍｍ）である。レードーム１２は、典型的に、厚さが約０．００３インチから０．００５インチ（０．０７６２ｍｍから０．１２７ｍｍ）の間であってもよい。
【００１９】
ラジエータアセンブリ１０の顕著な特徴は、低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３０および３８を用いることである。発泡基板３０および３８は、これらそれぞれの放射層１４または１６の厚さを通過する優れた熱経路を各々形成する。よって、ラジエータアセンブリ１０の「能動」冷却は不要である。「能動」冷却とは、適切な網状または格子状管を通じて流されラジエータアセンブリ１０によって生成される熱を吸収しこの熱を宇宙空間に放散すべく熱放射体に輸送する水または何らかの他の冷却媒体を使用する冷却システムを意味する。能動冷却を用いると、フェーズドアレイアンテナシステムのコストならびに複雑性、大きさ、および重量が著しく増大する。したがって、シンタクチックフォーム基板３０および３８を用いることを通じて達成される受動冷却は、ラジエータアセンブリ１０を、以前に製造されたフェーズドアレイラジエータアセンブリよりも、小寸法で、より重量が少なく、より低コストで、製造複雑性がより低いものにすることを可能にする。
【００２０】
シンタクチックフォーム基板３０および３８は、各々、マイクロ波周波数領域において低損失特性を示す、完全に架橋され低密度の複合発泡基板として形成されてもよい。発泡基板３０および３８は、図４に示す誘電率および図５に示すロスタンジェントを各々有してもよい。図５において、発泡基板３０または３８を通過する電磁波の無線周波（ＲＦ）損失であるロスタンジェントは、約０．００５であることが注目されるであろう。有利なことに、この損失は、広い帯域幅に亘っても比較的一定であり、約１２ＧＨｚから約３３ＧＨｚまで測定された。発泡基板３０および３８各々の熱抵抗は、好ましくは約５０．２℃／Ｗ未満である。発泡基板３０および３８各々は、好ましくはまた、少なくとも約０．００１５ワット／インチ・℃（Ｗ／ｉｎＣ）または少なくとも約０．０５９７ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率を有する。市販されていて使用に適している１つの特定のシンタクチックフォームは、カリフォルニア州バレンシアのAptek Laboratories社から入手可能なDI-STRATE（登録商標）発泡タイルである。
【００２１】
ラジエータアセンブリ１０の構造のもう１つの顕著な利益は、静電気消散性接着剤２６を用いてレードーム１２をシンタクチックフォーム基板３０へ接着することおよび静電気消散性接着剤３４を用いてシンタクチックフォーム基板３０をシンタクチックフォーム基板３８へ接着することである。この例において、接着剤２６および３４は同一であるが、これらが静電気消散性特性を各々有するのであれば、僅かに異なる接着剤配合を用い得る。接着剤２６は、各放射素子１４ａを覆い取囲んで延在し、各放射素子１４ａと物理的に接触する。この接着剤により、放射素子１４ａ上に蓄積された一切の静電荷を、放射素子１４ａから奪い伝導することが可能になる。同じ構造が、放射素子１６ａを取囲み覆って延在し各放射素子と接触する静電気消散性接着剤３４に適用される。ラジエータアセンブリ１０が、図１に示すプリント配線基板２４上に支持されるとき、静電気消散性接着剤２６および３４は、各々接地されることが理解されるであろう。静電気消散性接着剤２６および３４は、数パーセントの、たとえば５％の導電性ポリアニリン塩で各々ドープされたエポキシ樹脂接着剤、ポリウレタンベースの接着剤またはシアン酸エステル接着剤から形成されてもよい。ドーピングの厳密な量は、特定の用途のニーズによって決まるであろう。
【００２２】
静電気消散性層２６の別の重要な特性は、シンタクチックフォーム基板３０への熱伝導経路の形成を助け、レードーム１２と放射素子１４ａの最上面との間に典型的に存在するであろう隙間をなくすことである。レードーム１２の内側表面と放射素子１４ａの間の隙間をなくすことによって、優れた熱経路が、レードーム１２から第１の放射層１４を通って形成される。静電気消散性接着剤３４は、同様に機能し、第１のシンタクチックフォーム基板３０から第２のシンタクチックフォーム基板３８への熱の熱伝導性の促進を助け、その一方で、放射素子１６ａ上に蓄積する一切の静電荷を徐々に減らす導電路を提供もする。
【００２３】
次に図６を参照して、ラジエータアセンブリ１０の形成における操作を説明するフローチャート１００を示す。まず、操作１０２に示すように、エポキシ樹脂接着剤フィルム２８、３２および３６、４０を、それぞれ両シンタクチックフォーム基板３０および３８の両面に貼る。操作１０４において、銅箔を、発泡基板３０および３８に積層または銅電着し、発泡基板の両面を覆う。操作１０６において、次に積層を生成し、この積層は、最上層から最下層へ、銅箔、エポキシ樹脂フィルム接着剤、発泡体（たとえば発泡基板３０）、エポキシ樹脂フィルム接着剤、および銅箔を含んでもよい。これは、シンタクチックフォーム基板３０および３８の各々に対して行う。
【００２４】
操作１０８において、各積層を、エポキシ樹脂フィルム接着剤の硬化温度で、積層を硬化するのに十分な所定の硬化時間、真空またはラミネートプレスにかける。エポキシ樹脂が硬化した後、さらなるプリント配線基板処理（たとえば、フォトリソグラフィ、エッチング、めっきなど）を受けることができる材料「コア」が形成される。
【００２５】
操作１１０において、フォトリソグラフィプロセスを用いて、銅箔の上に放射素子のマスクの像を形成する。操作１１２において、次にエッチングプロセスを用いて、放射素子１４ａおよび１６ａをそれぞれ放射層１４および１６上に形成するのに不要であろう銅を選択的に取り除く。
【００２６】
操作１１４において、発泡体コアがフォトリソグラフィおよびエッチング処理を経た後に、静電気消散性接着剤を、最上層のコアに、および放射素子（すなわち、素子１４ａまたは１６ａ）を既に上に形成されて有するすべてのその他のコア間に施す。操作１１６において、最上層コアの上面上の静電気消散性接着剤にレードームを貼る。操作１１８において、次に、最終積層（すなわち両方の発泡コアを含む積層）に、静電気消散性接着剤を硬化させ、すべての層を永久的に互いに接着し、アセンブリが形成される別の硬化処理をかける。操作１２０において、最終機械加工が行なわれ、過大な材料積層を切断し、アンテナラジエータアセンブリ１０の最終寸法にする。
【００２７】
この開示のラジエータアセンブリ１０は、他のフェーズドアレイアンテナに必要とされる高価で複雑な能動加熱を必要とせず、さらに従来の製造プロセスを用いてコスト効率よく製造することができる。ラジエータアセンブリ１０の受動冷却機能は、ラジエータアセンブリを、多くの以前に開発されたフェーズドアレイラジエータアセンブリよりもいっそう小型で、複雑性がより低く、より軽量で、より低コストにすることを可能にする。ラジエータアセンブリ１０の受動冷却機能は、宇宙設置型のレーダおよび通信システムのためなどの、コスト、複雑性、または重量がともすれば能動冷却フェーズドアレイアンテナの使用を制限する用途において、ラジエータアセンブリ１０が実施されることを可能にすることが期待される。
【００２８】
さまざまな実施例が説明されたが、当業者は、この開示から逸脱することなくなされるかも知れない変形例または変更例を認めるであろう。例は、さまざまな実施例を説明し、この開示を限定することを意図しない。したがって、説明および請求項は、関連のある先行技術の観点から必要とされる制限のみで、自由に解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ、１２ レードーム、１４，１６ 放射層、２４ プリント配線基板、２６，３４ 静電気消散性接着剤層、２８，３２，３６，４０ エポキシ樹脂フィルム接着剤層、３０，３８ 発泡基板。
【技術分野】
【０００１】
分野
この開示は、フェーズドアレイアンテナに関し、より具体的には、熱伝導性および静電気放電保護が改良されたフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
この項における記述は、この開示に関連する背景情報を提供するのみであって、先行技術を構成するものではない。
【０００３】
宇宙を拠点とする活動のための大規模に実現可能なフェーズドアレイアンテナを製造するとき、課題であるのは、大量生産が簡単であり、軽量および薄型で、厳しい性能要求に応えるフェーズドアレイラジエータアセンブリを製造することである。これらの要求には、内部ラジエータ構造を通した良好な熱伝導率と、アンテナの外側露出面における良好な寿命末期熱放射特性（太陽光吸収率および放射率）と、要求される低ＲＦ損失性能を損なうことのない、フローティングメタルエレメントに対する静電気放電（ＥＳＤ）接地要求とが含まれる。加えて、選択される材料は、自然放射線環境によるまたは原子酸素（ＡＯ）侵食を通じた劣化に耐えることが可能でなくてはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば特定の市販の発泡体のような、ＲＦ特性が良好な既存の解決策は、典型的に、フェーズドアレイアンテナの受動冷却が必要とされる用途には一般に不適格な熱伝導性を有する。したがって、既に存在している発泡体は、概して、大規模に実現可能なフェーズドアレイアンテナのプリント配線板（ＰＷＢ）モジュールからの熱を、このアンテナのラジエータアセンブリを通じて放散するためには不適格であると考えられている。アレイの端部でヒートパイプおよびラジエータを用いて熱を放散する既存の解決策は、重く、フェーズドアレイアンテナのための組込みおよび検査における複雑性を増大させる。このような解決策は、製造コストもまた著しく増大させることが多い。
【０００５】
多くの現在のラジエータ設計は、隙間を作られたレードームを有し、このレードームは「サンシールドブランケット」とも呼ばれ、アンテナ開口面を覆って発泡タイルアセンブリの上方に配置される。この配置も、概して、熱を放散するためには不適格であると考えられている。ＥＳＤ接地フローティングメタルパッチについて、既存の解決策は、各パッチの中央に接地ピンを設けることである。しかしながら、これを、発泡体で実現するのは非常に困難で複雑である。なぜなら、発泡体を貫通するめっきされたビアホールを製造することは、信頼性が実証済の標準ＰＷＢプロセスではなく、積層パッチ構成のためには、有用ではないかも知れないためである。
【０００６】
概して、フェーズドアレイアンテナのための既存のラジエータ設計の主要な不利点は、その製造が非常に複雑であることである。現行の解決策は、フェーズドアレイアンテナを作成するのに十分に大量に製造するためには実用的ではない。また、現在入手可能な発泡タイルの熱伝導性は、熱を放散するためには低過ぎ、他の熱放散解決策（たとえばヒートパイプ）および他の接地方法（たとえば金属ピン）は、重量を追加する。その上、フルオロポリマーベースの接着剤は、宇宙放射線効果によって劣化する惧れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
１つの局面において、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。このラジエータアセンブリは、熱伝導性発泡基板と、この発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを含んでもよい。
【０００８】
別の局面において、熱伝導性基板と、熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、この放射素子と接触する、レードームを熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを含んでもよいフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリが開示される。
【０００９】
別の局面において、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリを形成するための方法が開示される。この方法は、熱伝導性発泡基板上に複数の放射素子を形成するステップと、放射素子を覆ってレードームを被せるステップと、レードームをこの発泡基板に接着するステップとを含んでもよい。
【００１０】
さらなる適用可能な分野は、この明細書中に記載される説明から明らかとなるであろう。説明および特定の例は、例示目的のみを意図するものであり、この開示の範囲を限定することを意図しないものであることが理解されるべきである。
【００１１】
この明細書中に説明される図面は、例示目的のみのためのものであり、この開示の範囲を限定することは全く意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この開示の１つの実施例に従うフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリの破断斜視図である。
【図２】レードームを示さない図１のアンテナラジエータアセンブリのラジエータの平面図である。
【図３】図１のアンテナラジエータアセンブリの、図１中の断面線３−３に沿う側断面図である。
【図４】図１のアンテナラジエータアセンブリにおいて用いられる発泡基板の誘電特性を説明するグラフである。
【図５】図１のアンテナラジエータアセンブリにおいて用いられる発泡基板のロスタンジェントのグラフである。
【図６】図１のアンテナラジエータアセンブリの製造において行なわれる操作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、この開示、応用、または用途を限定することを意図しない。
【００１４】
図１を参照して、この開示の１つの実施例に従うフェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ１０（以下「ラジエータアセンブリ」１０）を示す。この実施例におけるラジエータアセンブリ１０は、複数の独立した金属電磁放射／受信（以下単に「放射」）素子で構成される複数の放射層１４および１６を備える多層アセンブリを有する。「サンシールド」としても知られるレードーム１２は、第１の放射層１４を覆って配置され、第１の放射層１４の第１の表面１８に接着される。第１の放射層１４の第２の表面２０は、第２の放射層１６の第１の表面２２に接着される。ラジエータアセンブリ１０全体は、ＲＦ給電をアンテナ放射素子１０に提供するための電子回路（図示せず）を有するプリント配線基板２４上に支持され基板２４に電気的に結合されてもよいマイクロストリップラジエー
タを形成する。
【００１５】
図２を参照して、以下の段落にさらに説明されるように、第１の放射層１４は、フォトリソグラフィプロセスによって形成されてもよく、このプロセスでは、銅または別の適切な金属導体などの金属の層を堆積して、典型的には厚さが約０．００１インチから０．００４インチ（０．０２５４ｍｍから０．１０１６ｍｍ）の間であるフィルム層が形成される。金属層は、次にマスクの使用を通じてエッチングされ、複数の独立した放射素子が形成されるように金属を取り除いてもよい。図１の金属放射素子は、第１の放射層１４中では１４ａと符号を付けられ、第２の放射層１６中では１６ａと符号を付けられている。金属放射素子１４ａおよび１６ａを、「フローティング」金属「パッチ」と考えてもよい。放射素子１４ａおよび１６ａは、図２において概ね正方形の形状を有するように示されるが、放射素子１４ａおよび１６ａは、たとえば円形、六角形、五角形、矩形などの任意の他の適切な形状を有するよう形成し得たことが理解されるであろう。また、放射素子は２層のみが図示されているが、ラジエータアセンブリ１０は、２未満または２を超える層を含み、特定の用途のニーズに応え得ることが理解されるであろう。１つの実施例において、放射素子１４ａおよび１６ａは、各々、約０．５２０インチ（１３．２１ｍｍ）四方であってもよい。
【００１６】
レードーム１２は、本質的にＲＦ透過性である任意の適切な材料で構築されてもよい。たとえば、レードーム１２は、KAPTON（登録商標）で構築されてもよい。これに代わって、レードームは、多層積層品として構築されてもよい。
【００１７】
図３を参照して、ラジエータアセンブリ１０の一部分のより詳細な図を示す。ラジエータアセンブリ１０は、レードーム１２と、静電気消散性接着剤の層２６と、第１のエポキシ樹脂フィルム接着剤層２８と、第１の低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３０と、第２のエポキシ樹脂フィルム接着剤層３２と、第２の静電気消散性接着剤層３４と、第３のエポキシ樹脂フィルム接着剤層３６と、第２の低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３８と、第４のエポキシ樹脂フィルム接着剤層４０とを含む。層２６、２８、３０、および３２は、放射素子の第１の層１４を形成していると見ることができ、層３４、３６、３８、および４０は、放射素子の第２の層１６を形成していると見ることができる。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、放射層１４および１６を形成するために用いられる金属箔を、それらそれぞれの発泡基板３０および３８にそれぞれ接着する働きをする。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、また、さまざまな層が積層されラジエータアセンブリ１０を形成するときに用いられる標準のプリント配線基板（ＰＷＢ）処理溶液からシンタクチックフォーム基板３０および３８を封止する。エポキシ樹脂フィルム接着剤層２８、３２および３６、４０は、エポキシ樹脂ベースまたはシアン酸エステルベースの材料で構成されてもよい。これら両材料は、容易にフィルム接着剤にすることができ、両方とも良好な電気的特性を有する。
【００１８】
図３に示すさまざまな層の厚さを変えて特定の用途のニーズに応えてもよいが、１つの例において、シンタクチックフォーム基板３０および３８は、各々厚さが約０．０４５インチから０．０５５インチ（１．１４３ｍｍから１．３９７ｍｍ）の間である。静電気消散性接着剤２６および３４は、厚さがさまざまである層を形成してもよいが、１つの実施例においては、厚さが約０．００１インチから０．００５インチ（０．０２５４ｍｍから０．１２７ｍｍ）の間である。エポキシ樹脂接着剤フィルム２８、３２、３６、および４０も、厚さを大きく変えて特定の用途のニーズに応えてもよいが、１つの実施例においては、厚さが約０．００１インチから０．００３インチ（０．０２５４ｍｍから０．０７６２ｍｍ）である。レードーム１２は、典型的に、厚さが約０．００３インチから０．００５インチ（０．０７６２ｍｍから０．１２７ｍｍ）の間であってもよい。
【００１９】
ラジエータアセンブリ１０の顕著な特徴は、低ＲＦ損失、シンタクチックフォーム基板３０および３８を用いることである。発泡基板３０および３８は、これらそれぞれの放射層１４または１６の厚さを通過する優れた熱経路を各々形成する。よって、ラジエータアセンブリ１０の「能動」冷却は不要である。「能動」冷却とは、適切な網状または格子状管を通じて流されラジエータアセンブリ１０によって生成される熱を吸収しこの熱を宇宙空間に放散すべく熱放射体に輸送する水または何らかの他の冷却媒体を使用する冷却システムを意味する。能動冷却を用いると、フェーズドアレイアンテナシステムのコストならびに複雑性、大きさ、および重量が著しく増大する。したがって、シンタクチックフォーム基板３０および３８を用いることを通じて達成される受動冷却は、ラジエータアセンブリ１０を、以前に製造されたフェーズドアレイラジエータアセンブリよりも、小寸法で、より重量が少なく、より低コストで、製造複雑性がより低いものにすることを可能にする。
【００２０】
シンタクチックフォーム基板３０および３８は、各々、マイクロ波周波数領域において低損失特性を示す、完全に架橋され低密度の複合発泡基板として形成されてもよい。発泡基板３０および３８は、図４に示す誘電率および図５に示すロスタンジェントを各々有してもよい。図５において、発泡基板３０または３８を通過する電磁波の無線周波（ＲＦ）損失であるロスタンジェントは、約０．００５であることが注目されるであろう。有利なことに、この損失は、広い帯域幅に亘っても比較的一定であり、約１２ＧＨｚから約３３ＧＨｚまで測定された。発泡基板３０および３８各々の熱抵抗は、好ましくは約５０．２℃／Ｗ未満である。発泡基板３０および３８各々は、好ましくはまた、少なくとも約０．００１５ワット／インチ・℃（Ｗ／ｉｎＣ）または少なくとも約０．０５９７ワット／メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率を有する。市販されていて使用に適している１つの特定のシンタクチックフォームは、カリフォルニア州バレンシアのAptek Laboratories社から入手可能なDI-STRATE（登録商標）発泡タイルである。
【００２１】
ラジエータアセンブリ１０の構造のもう１つの顕著な利益は、静電気消散性接着剤２６を用いてレードーム１２をシンタクチックフォーム基板３０へ接着することおよび静電気消散性接着剤３４を用いてシンタクチックフォーム基板３０をシンタクチックフォーム基板３８へ接着することである。この例において、接着剤２６および３４は同一であるが、これらが静電気消散性特性を各々有するのであれば、僅かに異なる接着剤配合を用い得る。接着剤２６は、各放射素子１４ａを覆い取囲んで延在し、各放射素子１４ａと物理的に接触する。この接着剤により、放射素子１４ａ上に蓄積された一切の静電荷を、放射素子１４ａから奪い伝導することが可能になる。同じ構造が、放射素子１６ａを取囲み覆って延在し各放射素子と接触する静電気消散性接着剤３４に適用される。ラジエータアセンブリ１０が、図１に示すプリント配線基板２４上に支持されるとき、静電気消散性接着剤２６および３４は、各々接地されることが理解されるであろう。静電気消散性接着剤２６および３４は、数パーセントの、たとえば５％の導電性ポリアニリン塩で各々ドープされたエポキシ樹脂接着剤、ポリウレタンベースの接着剤またはシアン酸エステル接着剤から形成されてもよい。ドーピングの厳密な量は、特定の用途のニーズによって決まるであろう。
【００２２】
静電気消散性層２６の別の重要な特性は、シンタクチックフォーム基板３０への熱伝導経路の形成を助け、レードーム１２と放射素子１４ａの最上面との間に典型的に存在するであろう隙間をなくすことである。レードーム１２の内側表面と放射素子１４ａの間の隙間をなくすことによって、優れた熱経路が、レードーム１２から第１の放射層１４を通って形成される。静電気消散性接着剤３４は、同様に機能し、第１のシンタクチックフォーム基板３０から第２のシンタクチックフォーム基板３８への熱の熱伝導性の促進を助け、その一方で、放射素子１６ａ上に蓄積する一切の静電荷を徐々に減らす導電路を提供もする。
【００２３】
次に図６を参照して、ラジエータアセンブリ１０の形成における操作を説明するフローチャート１００を示す。まず、操作１０２に示すように、エポキシ樹脂接着剤フィルム２８、３２および３６、４０を、それぞれ両シンタクチックフォーム基板３０および３８の両面に貼る。操作１０４において、銅箔を、発泡基板３０および３８に積層または銅電着し、発泡基板の両面を覆う。操作１０６において、次に積層を生成し、この積層は、最上層から最下層へ、銅箔、エポキシ樹脂フィルム接着剤、発泡体（たとえば発泡基板３０）、エポキシ樹脂フィルム接着剤、および銅箔を含んでもよい。これは、シンタクチックフォーム基板３０および３８の各々に対して行う。
【００２４】
操作１０８において、各積層を、エポキシ樹脂フィルム接着剤の硬化温度で、積層を硬化するのに十分な所定の硬化時間、真空またはラミネートプレスにかける。エポキシ樹脂が硬化した後、さらなるプリント配線基板処理（たとえば、フォトリソグラフィ、エッチング、めっきなど）を受けることができる材料「コア」が形成される。
【００２５】
操作１１０において、フォトリソグラフィプロセスを用いて、銅箔の上に放射素子のマスクの像を形成する。操作１１２において、次にエッチングプロセスを用いて、放射素子１４ａおよび１６ａをそれぞれ放射層１４および１６上に形成するのに不要であろう銅を選択的に取り除く。
【００２６】
操作１１４において、発泡体コアがフォトリソグラフィおよびエッチング処理を経た後に、静電気消散性接着剤を、最上層のコアに、および放射素子（すなわち、素子１４ａまたは１６ａ）を既に上に形成されて有するすべてのその他のコア間に施す。操作１１６において、最上層コアの上面上の静電気消散性接着剤にレードームを貼る。操作１１８において、次に、最終積層（すなわち両方の発泡コアを含む積層）に、静電気消散性接着剤を硬化させ、すべての層を永久的に互いに接着し、アセンブリが形成される別の硬化処理をかける。操作１２０において、最終機械加工が行なわれ、過大な材料積層を切断し、アンテナラジエータアセンブリ１０の最終寸法にする。
【００２７】
この開示のラジエータアセンブリ１０は、他のフェーズドアレイアンテナに必要とされる高価で複雑な能動加熱を必要とせず、さらに従来の製造プロセスを用いてコスト効率よく製造することができる。ラジエータアセンブリ１０の受動冷却機能は、ラジエータアセンブリを、多くの以前に開発されたフェーズドアレイラジエータアセンブリよりもいっそう小型で、複雑性がより低く、より軽量で、より低コストにすることを可能にする。ラジエータアセンブリ１０の受動冷却機能は、宇宙設置型のレーダおよび通信システムのためなどの、コスト、複雑性、または重量がともすれば能動冷却フェーズドアレイアンテナの使用を制限する用途において、ラジエータアセンブリ１０が実施されることを可能にすることが期待される。
【００２８】
さまざまな実施例が説明されたが、当業者は、この開示から逸脱することなくなされるかも知れない変形例または変更例を認めるであろう。例は、さまざまな実施例を説明し、この開示を限定することを意図しない。したがって、説明および請求項は、関連のある先行技術の観点から必要とされる制限のみで、自由に解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ、１２ レードーム、１４，１６ 放射層、２４ プリント配線基板、２６，３４ 静電気消散性接着剤層、２８，３２，３６，４０ エポキシ樹脂フィルム接着剤層、３０，３８ 発泡基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリであって、
熱伝導性発泡基板と、
前記発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、
前記金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを備える、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項２】
前記発泡基板上に配置され、前記放射素子と接触する、前記放射素子の静電気接地のための静電気消散性接着剤層をさらに備える、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項３】
前記静電気消散性接着剤層は、前記レードームを前記発泡基板に接着もする、請求項２に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項４】
前記放射素子と前記発泡基板の間に置かれる、前記放射素子を前記発泡基板に接着するためのフィルム接着剤をさらに備える、請求項２に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項５】
前記フィルム接着剤は、エポキシ樹脂フィルム接着剤を含む、請求項４に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項６】
前記発泡基板は、約５０．２℃／Ｗ以下の熱抵抗を有する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項７】
前記発泡基板は、約１１ＧＨｚから約３３ＧＨｚの間の周波数範囲に亘って約０．００５以下のロスタンジェントを有する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項８】
前記静電気消散性接着剤は、ポリアニリンでドープされた接着剤材料を含む、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項９】
前記静電気消散性接着剤は、
ポリウレタン、
エポキシ樹脂、および
シアン酸エステルのうち１つを含む、請求項８に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１０】
前記発泡基板に面し前記発泡基板に接着される第１の表面と追加の発泡基板に接着される第２の表面とを有する追加の複数の放射素子をさらに備え、多層アセンブリを形成する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１１】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリであって、
熱伝導性基板と、
前記熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、
前記金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、
前記放射素子に接触する、前記レードームを前記熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを備える、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１２】
前記放射素子と前記発泡基板の間に置かれる、前記放射素子を前記発泡基板に接着するためのフィルム接着剤をさらに備える、請求項１１に記載のアンテナラジエータアセンブ
リ。
【請求項１３】
前記基板は、シンタクチックフォーム基板を含む、請求項１１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１４】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリを形成するための方法であって、
熱伝導性発泡基板上に複数の放射素子を形成するステップと、
前記放射素子を覆ってレードームを被せるステップと、
前記レードームを前記発泡基板に接着するステップとを備える、方法。
【請求項１５】
前記複数の放射素子を形成するステップは、前記熱伝導性発泡基板上に銅を電着させるステップと、前記銅の一部をエッチングして取除き放射素子を形成するステップとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１６】
前記発泡基板上に前記放射素子を覆って静電気消散性接着剤を配置するステップと、前記静電気消散性接着剤を用いて、前記放射素子が前記発泡基板と前記レードームの間に挟持された状態で、前記レードームを前記発泡基板に接着するステップとをさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリであって、
熱伝導性発泡基板と、
前記発泡基板に接着される複数の金属放射素子と、
前記金属放射素子に隣接して支持されるレードームとを備える、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項２】
前記発泡基板上に配置され、前記放射素子と接触する、前記放射素子の静電気接地のための静電気消散性接着剤層をさらに備える、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項３】
前記静電気消散性接着剤層は、前記レードームを前記発泡基板に接着もする、請求項２に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項４】
前記放射素子と前記発泡基板の間に置かれる、前記放射素子を前記発泡基板に接着するためのフィルム接着剤をさらに備える、請求項２に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項５】
前記フィルム接着剤は、エポキシ樹脂フィルム接着剤を含む、請求項４に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項６】
前記発泡基板は、約５０．２℃／Ｗ以下の熱抵抗を有する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項７】
前記発泡基板は、約１１ＧＨｚから約３３ＧＨｚの間の周波数範囲に亘って約０．００５以下のロスタンジェントを有する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項８】
前記静電気消散性接着剤は、ポリアニリンでドープされた接着剤材料を含む、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項９】
前記静電気消散性接着剤は、
ポリウレタン、
エポキシ樹脂、および
シアン酸エステルのうち１つを含む、請求項８に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１０】
前記発泡基板に面し前記発泡基板に接着される第１の表面と追加の発泡基板に接着される第２の表面とを有する追加の複数の放射素子をさらに備え、多層アセンブリを形成する、請求項１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１１】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリであって、
熱伝導性基板と、
前記熱伝導性基板に接着される複数の金属放射素子と、
前記金属放射素子に隣接して支持されるレードームと、
前記放射素子に接触する、前記レードームを前記熱伝導性基板に接着するための静電気消散性接着剤とを備える、フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１２】
前記放射素子と前記発泡基板の間に置かれる、前記放射素子を前記発泡基板に接着するためのフィルム接着剤をさらに備える、請求項１１に記載のアンテナラジエータアセンブ
リ。
【請求項１３】
前記基板は、シンタクチックフォーム基板を含む、請求項１１に記載のアンテナラジエータアセンブリ。
【請求項１４】
フェーズドアレイアンテナラジエータアセンブリを形成するための方法であって、
熱伝導性発泡基板上に複数の放射素子を形成するステップと、
前記放射素子を覆ってレードームを被せるステップと、
前記レードームを前記発泡基板に接着するステップとを備える、方法。
【請求項１５】
前記複数の放射素子を形成するステップは、前記熱伝導性発泡基板上に銅を電着させるステップと、前記銅の一部をエッチングして取除き放射素子を形成するステップとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１６】
前記発泡基板上に前記放射素子を覆って静電気消散性接着剤を配置するステップと、前記静電気消散性接着剤を用いて、前記放射素子が前記発泡基板と前記レードームの間に挟持された状態で、前記レードームを前記発泡基板に接着するステップとをさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７８６１７（Ｐ２００９−２７８６１７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７０８９（Ｐ２００９−９７０８９）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]