JP2003347840A

JP2003347840A - 反射鏡アンテナ

Info

Publication number: JP2003347840A
Application number: JP2002150352A
Authority: JP
Inventors: Akio Mochizuki; 昭夫望月
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量且つ高剛性を有し、製造が容易である人工
衛星搭載に好適な反射鏡アンテナを提供する。【解決手段】３軸織物１０を構成する３軸方向の繊維１
１〜１３のうち、予め決められた１軸方向の繊維１２内
に所要の間隔で導電性繊維１２Ａを、残りに誘電体繊維
１２Ｂを使用する。これにより、電波の反射特性および
電波の反射方向に対する選択性（偏波フィルタ）を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射鏡アンテナに関
し、特に通信衛星又は人工衛星搭載用として好適な放物
面（パラボラ）反射鏡を有する反射鏡アンテナに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】反射鏡アンテナ（Parabolic Antenna）
は、パラボラ（お椀状）の反射鏡を有するアンテナであ
る。反射鏡の焦点位置に放射器（電波を送受信する装
置）が置かれ、主にマイクロ波である電波を送受信す
る。この反射鏡アンテナは、指向性が強いことを特徴と
し、人工衛星（通信衛星）、地上でのマイクロ波通信中
継およびレーダ等に広く使用されている。

【０００３】上述した特徴により、反射鏡アンテナは、
人工衛星の衛星および地上間通信等の送受信用アンテナ
に好適である。しかし、人工衛星又は通信衛星は、ロケ
ットにより打ち上げられるので、軽量であると共に厳し
い環境条件である宇宙空間で使用されるために堅牢性お
よび耐久性を要求される。斯かる目的に使用される反射
鏡アンテナの従来技術は、例えば特開２００１-１４８
６１１号公報の「アンテナリフレクタ」等に開示されて
いる。このアンテナリフレクタの素材の１つとして、カ
ーボン繊維の３軸織物を使用していた。

【０００４】図３および図４に３軸織物による従来の反
射鏡アンテナの例を示す。図３は、３軸織物の構成を示
す一部拡大図であり、図４は、３軸織物による反射鏡ア
ンテナの一部分の正面図である。図３に示す如く、３軸
織物３０は、それ自身軽量且つ剛性強度の高いカーボン
繊維等の導電性素材３１〜３３を使用する。これら３本
（又は３種類）のカーボン繊維３１〜３３は、相互に均
等角度で交差させ、更に所用反射特性を得るのに十分な
範囲で疎にカーボン繊維を配置する。

【０００５】即ち、図３に示す如く、第１カーボン繊維
３１に対して第２カーボン繊維３２は、時計方向にθ１
（１２０度）の角度であり、また第２カーボン繊維３３
は第１カーボン繊維３１に対して反時計方向θ２（１２
０度）又は時計方向２４０度の角度である。このような
角度関係で多数のカーボン繊維３１〜３３を所定密度で
編組する（図４参照）。斯かる構成により、所用強度を
得るために背面構造部材を別に配置したとしても、従来
のハニカムサンドイッチ構造の反射鏡に比較して反射鏡
アンテナの軽量化が実現できる。また、カーボン繊維３
１〜３３を均等角度で交差させるため、面内の異方性も
均一化され芯材としての軌道上熱環境下での機械精度も
従来よりも高くなることが期待できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】軽量化のために３軸織
物を採用した従来の反射鏡アンテナのグリッド反射鏡を
製造する場合に、従来は大別して反射鏡構造部成形およ
びグリッド素子の接着（又は蒸着、エッチング）の２工
程で行われている。グリッド素子の実装は、フィルム基
材にグリッド状に導体を形成したものを貼り付ける方法
がとられることが多かったが、反射鏡構造を成形する際
にグリッドフィルムを同時接着および硬化させることは
非常に困難であり且つ鏡面形状を、成形ビームを得るた
めに理想放物面から修正（凹凸状に変形）している場合
には、後工程での接着も非常に困難であった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、従来技術の上述した課題に鑑
みなされたものであり、構造機能を担当する部分と電気
性能を担当する部分に分けて製作していたグリッド反射
鏡を、構造機能担当部分に電気性能を担当する機能も併
せ持たせ且つ構造機能部分に軽量化構造を採用し、製造
工程を簡略化するのと同時に高精度、軽量且つ高剛性の
反射鏡アンテナを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の反射鏡アンテナは次のような特徴的な構成
を採用している。

【０００９】（１）人工衛星に搭載され、地上との無線
通信等に使用するため軽量化され、３軸織物により放物
面状に構成される反射鏡アンテナにおいて、前記３軸織
物の少なくとも１軸の繊維の少なくとも一部を剛性を有
する導電性繊維とし、残りの繊維を誘電体繊維とする反
射鏡アンテナ。

【００１０】（２）前記１軸の繊維として使用される導
電性繊維は、カーボン繊維である上記（１）の反射鏡ア
ンテナ。

【００１１】（３）前記誘電体繊維は、ケブラー繊維で
ある上記（１）又は（２）の反射鏡アンテナ。

【００１２】（４）前記３軸織物の前記１軸は、所要周
波数に応じて隣接する導電性繊維間に１以上の誘電体繊
維を使用する上記（１）、（２）又は（３）の反射鏡ア
ンテナ。

【００１３】（５）前記１軸の繊維として短く切断した
導電性繊維と誘電性繊維を混合した繊維を使用する上記
（１）の反射鏡アンテナ。

【００１４】（６）複数の前記３軸織物を積層して前記
放物面を形成する上記（１）乃至（５）の何れかの反射
鏡アンテナ。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による反射鏡アンテ
ナの好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照
して詳細に説明する。

【００１６】先ず、図１は、本発明による反射鏡アンテ
ナの好適実施形態を示す部分拡大図である。図１（Ａ）
は、上述した図３と同様の３軸織物１０の基本構成を示
す拡大図である。一方、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示
す３軸織物１０による反射鏡アンテナ２０の一部分の拡
大図である。

【００１７】本発明の反射鏡アンテナ２０に使用する３
軸織物１０は、図１（Ａ）に示す如く、第１繊維１１、
第２繊維１２および第３繊維１３により構成される。こ
の特定例の３軸繊維１０において、第１繊維１１乃至第
３繊維１３は、相互に等角度である。即ち、第２繊維１
２の第１繊維１１に対する角度θ１は、時計方向に１２
０度である。また、第３繊維１３の第１繊維１１に対す
る角度θ２は、反時計方向１２０度である。

【００１８】この３軸織物１０の繊維１１〜１３の全て
を、上述した従来のカーボン繊維の如く導電性繊維によ
らず、その一部である例えば第２繊維１２のみをカーボ
ン繊維とし、残りの繊維である（例えば第１繊維１１お
よび第３繊維１３）を電波透過性素材である誘電体繊
維、好ましくは光ファイバーケーブルの補強部材等に使
用されるケブラー繊維に置換することを特徴とする。こ
のケブラー繊維１１、１３は、人工衛星搭載用反射鏡等
に使用している上述した従来の３軸織物のカーボン繊維
と同様に、軽量且つ剛性強度の高い素材である。従っ
て、斯かるケブラー繊維１１、１３を使用すれば、カー
ボン繊維による３軸織物製の軽量反射鏡と同様の軽量反
射鏡が実現できる。尚、ケブラー繊維１１、１３の代わ
りにガラス繊維（ＧＦＲＰ）を使用してもよい。

【００１９】次に、本発明の反射鏡アンテナ２０は、図
１（Ｂ）に示す如く、３軸織物の３方向の繊維方向のう
ち、特定の１角度方向の繊維をカーボン繊維１２で置き
換える。しかし、図１（Ｂ）に示す如く、本発明の反射
鏡アンテナ２０は、1方向の繊維の全てにカーボン繊維
１２Ａを使用するのではなく、所用周波数より決まる反
射素子（グリッド、格子）として必要な間隔をカーボン
繊維１２Ａで置換し、残りをケブラー繊維１２Ｂとす
る。

【００２０】上述の如く構成された反射鏡アンテナ２０
の一部分を図２に示す。このように、反射鏡アンテナを
３軸織物とすることで軽量化し且つ３軸繊維の殆どを電
波透過性素材とし所要方向（反射特性を要する方向）１
軸の一部を導電性素材とすることでグリッドエレメント
（格子、反射素子）としての電気性能を実現する。反射
鏡自体を３軸織物で成形すると同時にグリッド状の反射
素子も形成する。そのため、従来は、反射鏡構造部成形
およびグリッド素子接着（又は蒸着、エッチング）の２
工程で構成された軽量グリッド反射鏡の製造工程を１工
程に短縮可能となる。

【００２１】誘電体繊維と導電性繊維は、線膨張係数が
一般に１桁以上異なる。そのため、反射鏡を形成する３
軸繊維のうち、１方向繊維の一部を導電性繊維とする
と、使用温度範囲がある程度狭い範囲では面積比で支配
的な誘電体繊維の３軸繊維の特性を示すことが期待され
る。しかし、広範囲の温度変動を想定した場合には、熱
ひずみ（面内異方性）が現れることが予想される。この
場合には、線膨張係数差による熱ひずみの影響を抑える
ために、誘電体繊維と導電性繊維にそれぞれ一般的な材
質にはない負の線膨張係数を持っているケブラー繊維と
カーボン繊維を選択する。ケブラー繊維とカーボン繊維
は双方負の線膨張係数を持っているが、線膨張係数とし
ては依然１桁異なる。

【００２２】そこで、本発明の他の実施形態では、機械
構造的にはケブラー繊維を主体として、電波反射特性を
持たせるべく、短く切断した導電性繊維（例えばカーボ
ン）をケブラー繊維に混合したものを１軸に使用する。
この場合には、電波反射特性は実現しつつ（全繊維を導
電性繊維とした場合に比較して、電波反射率は低くなる
が）上述した実施形態に比較して全面同一繊維の３軸織
物との等価性が高まり、熱ひずみの影響の更なる低減が
可能である。また、本発明の更に他の実施形態として、
上述の如き３軸織物を複数積層して構成してもよい。こ
の場合、複数の３軸織物のうち少なくとも１層が上述し
た構成であれば、他の３軸織物は任意構成であってもよ
い。

【００２３】以上、本発明による反射鏡アンテナの好適
実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる
実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明
を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱すること
なく特定用途に応じて種々の変形変更が可能であるこ
と、当業者には容易に理解できよう。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
の反射鏡アンテナによると、次の如き実用上の顕著な効
果が得られる。本発明の反射鏡アンテナによると、３軸
織物の少なくとも１軸の一部をカーボン繊維等の導電性
繊維とし、残りにケブラー繊維を使用することにより、
一層軽量化が可能である。また、１軸に剛性を有するカ
ーボン繊維等の導電性繊維を使用するので、所定の放物
面形状に形成可能であり且つ必要な電気特性（反射特
性）が得られる。更に、熱膨張率等を考慮して、対環境
特性を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射鏡アンテナの好適実施形態の
説明図であり、（Ａ）は３軸織物の構成を示す拡大図、
（Ｂ）は３軸織物を使用する反射鏡アンテナの部分拡大
図である。

【図２】本発明による反射鏡アンテナの好適実施形態の
部分正面図である。

【図３】一般的な３軸織物の説明図である。

【図４】従来の反射鏡アンテナの部分正面図である。

【符号の説明】

１０３軸織物１１、１３誘電体（ケブラー）繊維１２Ａ導電性（カーボン）繊維１２Ｂ誘電体（ケブラー）繊維２０反射鏡アンテナ

フロントページの続きＦターム(参考） 4L048 AA05 AA25 AA52 AC13 BA01 BA22 CA05 CA06 DA24 5J020 AA03 AA07 BA05 BA08 BD04 CA05 DA06 5J046 AA04 AA19 AB05 AB15 KA03 KA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人工衛星に搭載され、地上との無線通信等
に使用するため軽量化され、３軸織物により放物面状に
構成される反射鏡アンテナにおいて、前記３軸織物の少なくとも１軸の繊維の少なくとも一部
を剛性を有する導電性繊維とし、残りの繊維を誘電体繊
維とすることを特徴とする反射鏡アンテナ。
【請求項２】前記１軸の繊維として使用される導電性繊
維は、カーボン繊維であることを特徴とする請求項１に
記載の反射鏡アンテナ。
【請求項３】前記誘電体繊維は、ケブラー繊維であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の反射鏡アンテ
ナ。
【請求項４】前記３軸織物の前記１軸は、所要周波数に
応じて隣接する導電性繊維間に１以上の誘電体繊維を使
用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の反
射鏡アンテナ。
【請求項５】前記１軸の繊維として短く切断した導電性
繊維と誘電性繊維を混合した繊維を使用することを特徴
とする請求項１に記載の反射鏡アンテナ。
【請求項６】複数の前記３軸織物を積層して前記放物面
を形成することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに
記載の反射鏡アンテナ。