JP2004221901A

JP2004221901A - インフレータブル支持アンテナ

Info

Publication number: JP2004221901A
Application number: JP2003006311A
Authority: JP
Inventors: Yumi Senbokutani; 由美仙北谷; Hiroaki Tsunoda; 博明角田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】膜面への重量負担増のない、大形でかつ軽量で展開型のアンテナを実現する。
【解決手段】リング状のインフレータブル構造をなす支持部１１と、電波を反射する導電性を有し支持部１１の中央に配置されてその周部がケーブル１３を介して支持部１１により展開張架される膜１２とからなるインフレータブル構造物１０と、リング状のインフレータブル構造をなす支持部２１と、支持部２１の中央に配置されてその周部がケーブルを介して支持部２１により展開張架される膜２２とからなるインフレータブル構造物２０とを、互いに平行するよう連結部３１で連結支持し、膜１２，２２が凹面形状となって膜１２で電波反射面を形成するように、これら膜１２，２２の間をそれぞれの接続位置に応じた長さの接続ケーブル３２で個別に張架接続する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インフレータブル支持アンテナに関し、特にインフレータブル構造により支持されて宇宙空間に配置されるインフレータブル支持アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間に配置されるアンテナなどの支持・補強構造として、インフレータブル構造の研究・開発が進んでいる。
このインフレータブル構造とは、密閉された袋状構造物の内室に気体を充填して、その内圧でチューブやバルーンなどの所定形状の構造物を構成するものである。
チューブ形状のインフレータブル構造については、それ自体が支柱やトラス構造などのユニット部材となり、あるいは角環や円環状のリングチューブとしてその内側にアンテナ素子を実装した膜を展開する構造とすることができる（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
またリング状のインフレータブル構造については、一例として、図３に示すような、インフレータブル支持アンテナ５がある。
図３は従来のインフレータブル反射鏡アンテナを示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。
このインフレータブル支持アンテナ５は、放射素子、例えば穴状のスロット５２が多数形成して導電処理を施した柔軟な円形の膜５０と、その背側に配置された、グランド面として全面導電処理を施した柔軟な円形の膜６０とから構成されている。
【０００４】
そして、これら膜５０，６０の周部外側を囲うようにリング状のインフレータブル構造からなる支持部７０を配置して、ケーブル５１，６１を介して膜５０，６０の周部と全周にわたって接続することにより、支持部７０で膜５０，６０が展開張架されている。
これにより、全体として平面アンテナからなるインフレータブル支持アンテナ５０を構成している。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】
特開２００１−０９９３９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のインフレータブル支持アンテナでは、２つの膜５０，６０を平行配置して平面アンテナを構成していることから、給電のための増幅装置などをアンテナ膜面上の放射素子の近傍に実装して、アンテナ放射特性等の劣化を防止する必要がある。したがって、これら装置による膜面への重量負担が増加するため、膜や支持部の強度を増す必要があり、結果としてアンテナ全体の重量が増加するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、膜面への重量負担増のない、大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル反射鏡アンテナを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかるインフレータブル支持アンテナは、リング状のインフレータブル構造をなす第１の支持部と、電波を反射する導電性を有し第１の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して第１の支持部により展開張架される第１の膜とからなる第１のインフレータブル構造物と、リング状のインフレータブル構造をなす第２の支持部と、電波透過性を有し第２の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して第２の支持部により展開張架される第２の膜とからなる第２のインフレータブル構造物と、第１および第２の支持部を連結固定して、第１および第２のインフレータブル構造物を互いに平行に配置する連結部と、第１および第２の膜の間をそれぞれの接続位置に応じた長さで個別に張架接続する複数の接続ケーブルとを備え、接続ケーブルによって接続された第１および第２の膜は、凹面形状となって第１の膜で電波反射面を形成するようにしたものである。
【０００８】
電波反射面を構成する第１の膜に代えて、金属網を用いてもよい。
接続ケーブルと第１の膜との接続については、第１の膜に予め縫い込まれたケーブルネットに接続するようにしてもよく、第１の膜に設けられた支持膜に接続するようにしてもよい。
第１および第２の支持部を形成する膜として、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化する樹脂を用いてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるインフレータブル支持アンテナについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態にかかるインフレータブル支持アンテナを示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示している。
このインフレータブル支持アンテナ１は、平行に配置された２つのインフレータブル構造物１０，２０から構成されており、これらインフレータブル構造物１０，２０から、全体として反射鏡アンテナを形成している。
【００１０】
インフレータブル構造物１０は、リング状のインフレータブル構造からなる支持部１１と、この支持部１１の中央空間に配置され、電波を反射する凹面１４を形成するための導電性を有する柔軟な樹脂からなる略円形の膜１２とから構成されている。
支持部１１は、その内室１５への気体充填により、その内圧で膨張展開して半径方向の力に対して十分な強度を有しており、膜１２は、その周部が全周にわたってケーブル１３を介して支持部１１と接続されて展開張架されている。
【００１１】
インフレータブル構造物２０は、リング状のインフレータブル構造からなる支持部２１と、この支持部２１の中央空間に配置され、電波透過性を有する柔軟な樹脂からなる略円形の膜２２とから構成されている。
支持部２１は、その内室２５への気体充填により、その内圧で膨張展開して半径方向の力に対して十分な強度を有しており、膜２２は、その周部が全周にわたってケーブル２３を介して支持部２１と接続されて展開張架されている。
なお、図１では、支持部１１，２１および膜１２，２２の外形が円形をなす場合を例として示してあるが、これに限定されるものではなく多角形でもよい。
【００１２】
インフレータブル支持アンテナ１は、これらインフレータブル構造物１０，２０を、連結部３１を用いて支持部１１，２１間を平行配置されるよう連結固定し、複数の接続ケーブル３２を用いて、膜１２，２２間をそれぞれ対向する位置で張架接続している。この連結部３１についてもインフレータブル構造を適用してもよい。
また、接続ケーブル３２の長さは、その接続位置が膜１２，２２の中心に近くなるにしたがって短くなっている。したがって、膜１２，２２の弾性張力により接続ケーブル３２の両端がそれぞれ反対方向に引っ張られて接続ケーブル３２が膜１２，２２の間に張架され、結果として、膜１２，２２は互いの中心部が引き合うように凹面、より望ましくは回転放物面を形成し、これにより電波を反射するための凹面１４が膜１２に形成される。
【００１３】
この接続ケーブル３２と膜１２との接続については、膜１２に予め電波透過性を有する網状のケーブルネット（図示せず）を縫い込んでおき、そのケーブルネットに接続ケーブル３２を接続すればよい。これにより、膜１２と接続ケーブル３２との接続点に対する張力を分散でき、歪みの少ない凹面１４を形成できる。
また、ケーブルネットの代わりに電波透過性を有する支持膜（図示せず）を、膜１２の背面側に貼り合わせて設け、この支持膜に接続ケーブル３２を接続するようにしてもよく、ケーブルネットと同様の作用効果が得られる。
なお、これらケーブルネットや支持膜については、接続ケーブル３２と膜２２との接続にも適用してもよい。また、膜２２、接続ケーブル３２、支持膜については、電波を反射する凹面の裏側に位置するため電波透過性のないものを用いてもよい。
【００１４】
気体充填装置４１，４２は、宇宙空間でインフレータブル支持アンテナ１を展開する際、支持部１１，２１の内室へ気体を充填する装置である。図１では、気体充填装置４１，４２が支持部２１に接続されており、気体充填装置４１，４２からの気体が支持部２１の内室２５へ充填されるとともに、連結部３１に形成された通気孔（図示せず）を介して支持部１１の内室１５にも充填され、これら支持部１１，２１が膨張展開される。
なお、気体充填装置４１，４２は、支持部１１にのみ接続してもよく、支持部１１，２１へ個別に接続してもよい。
【００１５】
このように、リング状のインフレータブル構造をなす支持部１１と、電波を反射する導電性を有し支持部１１の中央に配置されてその周部がケーブル１３を介して支持部１１により展開張架される膜１２とからなるインフレータブル構造物１０と、リング状のインフレータブル構造をなす支持部２１と、支持部２１の中央に配置されてその周部がケーブルを介して支持部２１により展開張架される膜２２とからなるインフレータブル構造物２０とを、互いに平行するよう連結部３１で連結支持し、膜１２，２２が凹面形状となって膜１２で電波反射面を形成するように、これら膜１２，２２の間をそれぞれの接続位置に応じた長さの接続ケーブル３２で個別に張架接続するようにしたので、従来の平面アンテナとは異なる反射鏡アンテナをインフレータブル構造で形成することができる。これにより、反射鏡の構成上、放射素子の近傍に増幅装置などを配置する必要がないことから膜面への重量負担増がなくなり、大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル支持アンテナを実現できる。
【００１６】
また、支持部１１，２１を形成する膜の樹脂については、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応により硬化する樹脂を用いるようにしたので、支持部１１，２１を形成する膜を硬化させるための手段を別途も受ける必要がなく、また内圧を高めて剛性を得るため膜厚を大きくする必要もなくなり、重量を増加させることなく支持部１１，２１の剛性を容易に高めることができる。
【００１７】
なお、宇宙環境へ露出した際に生ずる物理的反応（宇宙環境で得られる物理的作用）としては、紫外線、太陽光、あるいは太陽熱による温度変化に対する反応を利用できる。
例えば、宇宙環境での物理的反応として太陽からの紫外線の影響を利用する場合、樹脂として紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性を有する樹脂を用いればよい。このような紫外線硬化性を有する樹脂としては、紫外線（ＵＶ）硬化型エポキシ樹脂など、公知の樹脂を利用できる。また、紫外線以外の光を利用する場合も光の波長が変わるだけで、同様の光硬化型エポキシ樹脂などを利用すればよい。
【００１８】
また、宇宙環境での物理的反応として温度変化の影響を利用する場合、樹脂として温度変化により硬化する温度硬化性樹脂を用いればよい。人工衛星は、太陽光を受けている状態と地球の陰に入った食の状態とでは、その温度が大きく変化し、衛生の軌道によっては温度差が数１００℃も生じる場合もあり、これを樹脂の硬化に利用する。
加熱により硬化する熱硬化性を有する樹脂としては、熱硬化型エポキシ樹脂など公知の樹脂を用いればよい。また加熱後の冷却により半永久的に硬化する熱硬化性を有する樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ：ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ＰｏｌｙＥｔｈｅｒＥｔｈｅｒＫｅｔｏｎｅ）、ポリアリレンサルファイド（ＰＡＳ：ＰｏｌｙａｒｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）などの公知の樹脂を利用すればよい。
【００１９】
膜１２については、金属網を用いてもよい。なお、膜１２は少なくとも凹面１４に導電性を有していればよく、例えば凹面１４の表面にカーボンや金属の導電膜を形成したり、導電性塗料を塗布するなどの公知の導電処理を予め施しておけばよい。また、導電性樹脂として、炭素繊維（カーボンファイバー）やガラス繊維（グラスファイバー）などの強化繊維に樹脂を浸透させ、加熱や加圧して成形した炭素繊維複合部材を用いて膜１２自体を形成してもよい。
また、支持部１１，２１について、その内室の気密性を高めるため、樹脂の内側に気密層を設けてもよい。
【００２０】
図２は前述したインフレータブル支持アンテナを衛星搭載用反射鏡アンテナとして利用する場合の適用例である。
インフレータブル支持アンテナ１Ａ，１Ｂは、インフレータブルチューブ２Ａ，２Ｂを介して衛星構体４に取り付けられている。
送信の場合、電波は衛星構体４に取り付けられた一次放射器３Ａ，３Ｂから放射され、インフレータブル支持アンテナ１Ａ，１Ｂの電波反射面に反射し、地表に届く。一方、受信の場合はこの反対の経路になる。
インフレータブルチューブ２，２Ｂは、炭素繊維複合材料に硬化型の樹脂を含長させたものを用いて作成する。この場合、インフレータブルチューブ２Ａ，２Ｂに気体を導入して展開後、加熱することによって硬化させてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、リング状のインフレータブル構造をなす第１の支持部と、電波を反射する導電性を有し第１の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して第１の支持部により展開張架される第１の膜とからなる第１のインフレータブル構造物と、リング状のインフレータブル構造をなす第２の支持部と、第２の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して第２の支持部により展開張架される第２の膜とからなる第２のインフレータブル構造物とを、互いに平行するよう連結部で連結支持し、第１および第２の膜が凹面形状となって第２の膜で電波反射面を形成するように、これら第１および第２の膜の間をそれぞれの接続位置に応じた長さの複数の接続ケーブルで個別に張架接続するようにしたので、従来の平面アンテナとは異なる反射鏡アンテナをインフレータブル構造で形成することができる。これにより、反射鏡の構成上、膜面の近傍に増幅装置などを配置する必要がなくなって膜面への重量負担増がなくなり、大形でかつ軽量で展開型のインフレータブル支持アンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるインフレータブル支持アンテナを示す構成図である。
【図２】インフレータブル支持アンテナの適用例である。
【図３】従来のインフレータブル支持アンテナを示す構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…インフレータブル支持アンテナ、１０，２０…インフレータブル構造体、１１，２１…支持部、１２…膜（電波反射用）、１３，２３…ケーブル、１４…凹面、１５，２５…内室、２２…膜、３１…連結部、３２…接続ケーブル、４１，４２…気体充填装置、２Ａ，２Ｂ…インフレータブルチューブ、３Ａ，３Ｂ…一次放射器、４…衛星構体。

Claims

リング状のインフレータブル構造をなす第１の支持部と、電波を反射する導電性を有し前記第１の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して前記第１の支持部により展開張架される第１の膜とからなる第１のインフレータブル構造物と、
リング状のインフレータブル構造をなす第２の支持部と、前記第２の支持部の中央に配置されてその周部がケーブルを介して前記第２の支持部により展開張架される第２の膜とからなる第２のインフレータブル構造物と、
前記第１および第２の支持部を連結固定して、前記第１および第２のインフレータブル構造物を互いに平行に配置する連結部と、
前記第１および第２の膜の間をそれぞれの接続位置に応じた長さで個別に張架接続する複数の接続ケーブルとを備え、
前記接続ケーブルによって接続された前記第１および第２の膜は、凹面形状となって前記第１の膜で電波反射面を形成することを特徴とするインフレータブル支持アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル支持アンテナにおいて、
前記第１の膜に代えて、金属網を用いることを特徴とするインフレータブル支持アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル支持アンテナにおいて、
前記接続ケーブルは、前記第１の膜に予め縫い込まれたケーブルネットに接続されていることを特徴とするインフレータブル支持アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル支持アンテナにおいて、
前記接続ケーブルは、前記第１の膜に設けられた支持膜に接続されていることを特徴とするインフレータブル支持アンテナ。
請求項１に記載のインフレータブル支持アンテナにおいて、
前記第１および第２の支持部を形成する膜は、宇宙環境への露出に応じて生ずる物理的反応で硬化する樹脂からなることを特徴とするインフレータブル支持アンテナ。