JP2010011148A - アンテナ反射鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】日射による熱量により反射鏡パネル表裏の温度差が大きいと、反射鏡パネルが熱膨張によるバイメタル変形を生じ、反射鏡パネルの鏡面精度を劣化させる。
【解決手段】鏡面処理された電波反射面１１ａを有する反射鏡パネル１１と、この反射鏡パネルの背面を支持するリブ構造体１２とを有し、リブ構造体は反射鏡パネルの外周部を支持するリブの幅（厚み）Ｄ１を反射鏡パネルの中心部を支持するリブの幅（厚み）Ｄ２より大きくして熱抵抗値を下げるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、電波を送受信するパラボラアンテナ装置のアンテナ反射鏡に関するものである。

ミリ波、サブミリ波のパラボラアンテナ装置においては、主反射鏡および副反射鏡を構成する反射鏡パネルを有したアンテナ反射鏡に高い鏡面精度が要求される。特に主反射鏡は、複数の円周方向および径方向のセグメントに分割した反射鏡パネルで電波反射面が回転放物面になるように構成し、電波反射方向に向けて姿勢変化され、電波を所定の方向へ反射する。
そのため主反射鏡を構成する反射鏡パネルは、その位置（高さ）の調整は勿論のこと、互いに隣り合う反射鏡パネル間の段差をなくすように、種々の工夫がなされている。（例えば、特許文献１参照）

一般に主反射鏡または副反射鏡を構成するアンテナ反射鏡は、電波反射面を有する反射鏡パネルとそのパネルの背面を支持するリブ構造体で構成されている。そして、反射鏡パネルとリブ構造体は、金属板からの削り出しにより一体構造で作られることが多く、このような削り出しアンテナ反射鏡は、軽量化のために電波反射面の反対側を可能な限り大きく削り込んだリブ構造をしている。

また、上記のように各反射鏡パネルを調整したとしても、主反射鏡を構成する反射鏡パネルは太陽による日射を受け、その熱量による熱放散が均一でないと熱変形を生じる。主反射鏡の反射鏡パネルに熱変形が生じると、電波反射面は高い鏡面精度が保つことができず、電波を所定の方向へ正確に反射することができない。
温度変化が大きい環境下にアンテナ装置が設置されても、主反射鏡の鏡面精度を維持するために、反射鏡パネルの裏面中央部を支持するセンターリングとアンテナ架台部とを連結する連結部材に、円周方向に沿って複数枚の板ばねを用いるようにしたものがある。（例えば、特許文献２参照）

また、電波を送受信するアンテナではないが、Ｘ線装置などに用いられる反射ミラーの熱変形を抑えるために、熱変形を光電素子、熱電素子または焦電素子を用いて電圧に変換し、この電圧で圧電素子を駆動して熱変形と逆方向にひずませ、熱変形を打ち消すようにした自己補償機構を組み込んだ反射ミラーも知られている。（例えば、特許文献３参照）

特開平７−１５２３１号公報 特開２００２−２３７７０８号公報 特開２００２−１００５５１号公報

従来の反射鏡の熱変形に対応する手段として、特許文献２に示されるものは、主反射鏡のセンターリングとアンテナ架台部の材質の違いによる線膨張係数が異なることに伴う連結部の熱変形を吸収するものであり、主反射鏡を構成するアンテナ反射鏡自体の熱変形を抑えるものではない。
また、特許文献３に示されるものは、光電素子、熱電素子または焦電素子と圧電素子を用いて熱変形を抑えるものであるので駆動力は弱く、電波を送受信するパラボラアンテナ装置のアンテナ反射鏡自体の熱変形を抑えるには適用できないし、多くの変換素子を必要とするため高価となる。

更に、従来の削り出しアンテナ反射鏡では、姿勢変化による自重変形を小さくすることにのみ着目して最適化したリブ構造をしていたため、電波反射面の反射鏡パネルとその裏側のリブ構造体とでは熱抵抗値が大きく異なっていた。そのため、反射鏡パネルが日射方向に向けられた場合、電波反射面の反射鏡パネルが受けた熱量がリブ構造体の最端部に到達する前に外気へ逃げてしまい、アンテナ反射鏡表裏の温度差が大きくなって、反射鏡パネル側の熱膨張によるバイメタル変形を生じ、鏡面精度を大きく劣化させる原因となっていた。

このバイメタル変形を抑える方法としてアンテナ反射鏡の支持点数を増やすことが考えられるが、支持点数が増加することによる支持構造の複雑化、重量増加、コスト増加、反射鏡パネルの位置調整作業の煩雑化、過拘束による鏡面精度劣化を生じることになる。

この発明は、反射鏡パネル内に生じる温度差を低減し、熱変形を小さくしたアンテナ反射鏡を提供することを目的とするものである。

この発明のアンテナ反射鏡は、鏡面処理された電波反射面を有する反射鏡パネルと、この反射鏡パネルの背面を支持するリブ構造体と、このリブ構造体を介して反射鏡パネルの鏡面形状を保持するパネル支持構造物とを有し、リブ構造体は反射鏡パネルの外周部を支持するリブの幅（厚み）を反射鏡パネルの中心部を支持するリブの幅（厚み）より大きくして熱抵抗値を下げるようにしたものである。

この発明によれば、リブ構造体のリブの幅（厚み）を変えて各部の熱抵抗値を意図的に変化させることで、反射鏡パネル内に生じる温度差を低減し、熱変形を小さくすることができるので、反射鏡パネルの鏡面精度を日射にかかわらず高い精度で保つことが出来る。
また、アンテナ反射鏡の支持点数を最小である３点で支持することが可能となり、支持構造の簡略化、軽量化、低コスト化が図れるとともに、過拘束でなくなることにより鏡面精度劣化を防止することができる。さらに、支持点数が減ることで反射鏡パネルの位置調整作業の時間短縮も可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるアンテナ反射鏡を図面に基づき説明する。図１（ａ）（ｂ）は実施の形態１におけるアンテナ反射鏡が使用された反射鏡部全体の正面図および側面断面図を示す。図２（ａ）（ｂ）は実施の形態１におけるアンテナ反射鏡の正面図および側面図を示す。

図１に示す反射鏡部全体の外観図において、アンテナ装置の反射鏡部は、電波を反射する主反射鏡１と、この主反射鏡１を支持する骨組構造の主反射鏡支持構造体２と、主反射鏡１の焦点位置に配され、電波を反射する副反射鏡３と、この副反射鏡３を支持する骨組構造の副反射鏡支持構造体４とで構成されている。
主反射鏡１および副反射鏡３は、それぞれ１枚の反射鏡パネルで構成されとは限らず、複数枚使用されることもある。図１では、主反射鏡１は円周方向および径方向のセグメントに分割した数百枚の扇形（または台形）の反射鏡パネルが使用され、全体で円形になるようにしている。また副反射鏡３は１枚の円形の反射鏡パネルが使用されているものを示している。そして、主反射鏡１は全部の反射鏡パネルで電波反射面が回転放物面になるように構成される。

図２は主反射鏡１または副反射鏡３を構成する１枚のアンテナ反射鏡を示すもので、高精度に鏡面処理された電波反射面１１ａを有する反射鏡パネル１１と、この反射鏡パネル１１の背面１１ｂを支持するリブ構造体１２と、このリブ構造体１２の３つの支持点１３を介して反射鏡パネル１１の鏡面形状を保持する図示していないパネル支持構造物とで構成されている。リブ構造体１２は、反射鏡パネル１１の電波反射面１１ａの姿勢変化による形状変化を抑制する役割を持つもので、姿勢変化による自重変形を小さくするため、格子状にして軽量化を図っている。

反射鏡パネル１１とリブ構造体１２は、アルミニウムなどの金属板の削り出し、あるいはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などの樹脂ブロックまたは鋳造（アルミダイキャスト）により一体成形で製作され、同じ材質の一体構造となっている。
なお、アルミニウムなどの金属板以外に、鉄やチタンなどの金属板を用いてもよいが、その場合は、電波反射面１１ａにアルミを蒸着させる必要がある。またＣＦＲＰの樹脂ブロックを用いる場合は、電波反射面１１ａに導電性塗料を塗布する。

図２（ｂ）の側面図に示すように、反射鏡パネル１１は電波反射面１１ａが放物面に形成され、リブ構造体１２は下面が平面に形成されている。したがって、反射鏡パネル１１の中心部はリブ構造体１２の高さｈが低くなり、反射鏡パネル１１の外周部はリブ構造体１２の高さｈが高くなっている。
このような構成のため、反射鏡パネル１１の中心部の背面にあるリブ構造体１２の高さ方向の熱抵抗値は小さく、反射鏡パネル１１の外周部の背面にあるリブ構造体１２の高さ方向の熱抵抗値は大きい。

反射鏡パネル１１の電波反射面１１ａが受けた日射による熱量は、反射鏡パネル１１の面内方向へ伝わり反射鏡パネル１１の端部から逃げる、あるいは反射鏡パネル１１の面外方向へ伝わり、リブ構造体１２を通過して裏側から逃げていく。そのため、リブ構造体１２の上下の温度を比較すると、反射鏡パネル１１側は温度が高く、裏面側は低く、さらにその温度差も大きい。
また、反射鏡パネル１１からリブ構造体１２にかけては熱抵抗値が急激に変わるために熱が伝わりにくく、反射鏡パネル１１の端部から逃げていく面内方向への熱が面外方向へ伝わる熱よりも多くなって、反射鏡パネル１１の中心部と外周部との温度差も大きくなり、反射鏡パネル１１に熱変形を生じさせる原因となる。

特に、リブ構造体１の高さは上述したように反射鏡パネル１１の中心部と外周部で異なり、リブ構造体１２の高さ方向の熱抵抗値は、反射鏡パネル１１の中心部では小さく、反射鏡パネル１１の外周部では大きいため、反射鏡パネル１１の中心部は外周部よりも熱放散が多い。そのため反射鏡パネル１１の中心部と外周部での温度差も大きくなり、反射鏡パネル１１に熱変形を生じさせ、これが結果的に電波反射面１１ａの放物面の形状にひずみをもたらす。

このためこの発明では、図２（ａ）の正面図に示すように、リブ構造体１２は反射鏡パネル１１の外周部を支持するリブの幅（厚み）Ｄ１を、反射鏡パネル１１の中心部を支持するリブの幅（厚み）Ｄ２より大きくして、反射鏡パネル１１の外周部にあるリブ構造体１２の高さ方向の熱抵抗値を、反射鏡パネル１１の中心部にあるリブ構造体１２の高さ方向の熱抵抗値よりも小さくする。
リブ構造体１２のリブ幅（厚み）を配置位置によって変える場合、実際には、まず、リブ構造体１２のリブ幅（厚み）が等しい主反射鏡パネルで熱解析を実施し、リブ構造体１２の上下の温度差が大きいリブを見出す。次に、それらのリブの幅（厚み）を変化させ、主反射鏡パネル全体で最適化を図るようにする。

このようにすれば、反射鏡パネル１１が受けた日射の熱量は面外方向へ熱が伝わりやすくなって、リブ構造体１２の上下の温度差が小さくなる。こうして反射鏡パネル１１の中心部および外周部にあるリブ構造体１２からの熱放散は均一になり、反射鏡パネル内の温度を均一化でき、反射鏡パネル１１の熱変形を小さくすることが可能となる。
また、反射鏡パネル１１の熱変形が小さいため、アンテナ反射鏡の支持点数を最小の３点にしても問題なく、支持構造の簡略化、軽量化、低コスト化が図れる。

実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２におけるアンテナ反射鏡について説明する。実施の形態１の発明では反射鏡パネル１１とリブ構造体１２は同じ材質の一体構造であったが、実施の形態２の発明は、反射鏡パネル１１とリブ構造体１２を別々の部品にしたものである。
実施の形態２では、反射鏡パネル１１はアルミニウムの金属板で構成し、リブ構造体１２はアルミニウムの熱伝導率よりも１．５〜２倍の熱伝導率を有する銅で構成したものである。この場合、反射鏡パネル１１とリブ構造体１２の結合は、接着またはボルト接合により行なう。
なお、その他の構成は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

このように、実施の形態２の発明は、リブ構造体１２は反射鏡パネル１１の外周部を支持するリブの幅（厚み）を反射鏡パネル１１の中心部を支持するリブの幅（厚み）より大きくして熱抵抗値を下げるようにすると共に、リブ構造体１２を反射鏡パネル１１よりも熱伝導率の高い材質にすることで、反射鏡パネル１１の熱変形をさらに小さくすることが可能である。

実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３におけるアンテナ反射鏡について説明する。実施の形態２の発明では反射鏡パネル１１とリブ構造体１２を別々の部品にしたものであったが、実施の形態３の発明は、更にリブ構造体１２を反射鏡パネルの外周部と中心部で異なる材質のものにしたものである。
実施の形態３では、例えば反射鏡パネル１１は鉄またはチタンの金属板で構成し、リブ構造体１２は、反射鏡パネル１１の中心部を支持するリブにはアルミニウムを使用し、反射鏡パネル１１の外周部を支持するリブにはアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅を使用して構成したものである。
なお、その他の構成は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

このように、実施の形態３の発明は、リブ構造体１２は反射鏡パネル１１の外周部を支持するリブの幅（厚み）を反射鏡パネル１１の中心部を支持するリブの幅（厚み）より大きくして熱抵抗値を下げるようにすると共に、リブ構造体１２は反射鏡パネル１１の外周部を支持するリブの熱伝導率を反射鏡パネル１１の中心部を支持するリブの熱伝導率より高い材質にすることで、反射鏡パネル１１の熱変形をさらに小さくすることが可能である。

この発明の実施の形態１におけるアンテナ反射鏡が使用された反射鏡部全体の正面図および側面断面図を示す。 この発明の実施の形態１におけるアンテナ反射鏡の正面図および側面図を示す。

符号の説明

１：主反射鏡 ２：主反射鏡支持構造体
３：副反射鏡 ４：副反射鏡支持構造体
１１：反射鏡パネル １１ａ：電波反射面
１１ｂ：反射鏡パネルの背面 １２：リブ構造体
１３：支持点 ｈ：リブ構造体の高さ
Ｄ１，Ｄ２：リブ構造体の幅（厚み）。

Claims (5)

1. 鏡面処理された電波反射面を有する反射鏡パネルと、この反射鏡パネルの背面を支持するリブ構造体と、このリブ構造体を介して前記反射鏡パネルの鏡面形状を保持するパネル支持構造物とを有し、前記リブ構造体は前記反射鏡パネルの外周部を支持するリブの幅（厚み）を前記反射鏡パネルの中心部を支持するリブの幅（厚み）より大きくして熱抵抗値を下げるようにしたアンテナ反射鏡。
2. 反射鏡パネルとリブ構造体は同じ材質の一体構造で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ反射鏡。
3. 反射鏡パネルとリブ構造体は別部品で構成され、前記リブ構造体は前記反射鏡パネルより熱伝導率の高い材質にしたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ反射鏡。
4. リブ構造体は反射鏡パネルの外周部を支持するリブと前記反射鏡パネルの中心部を支持するリブとを別材質で構成し、前記反射鏡パネルの外周部を支持するリブの熱伝導率を前記反射鏡パネルの中心部を支持するリブの熱伝導率より高くしたことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ反射鏡。
5. リブ構造体は３ヶ所の支持点でパネル支持構造物に支持固定されてなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ反射鏡。

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