JP2012160828A

JP2012160828A - アンテナリフレクタ

Info

Publication number: JP2012160828A
Application number: JP2011017901A
Authority: JP
Inventors: Saburo Murase; 三朗村瀬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】人工衛星搭載用デュアルグリッドリフレクタにおいて、インターコスタルによる電波散乱を抑える。
【解決手段】前面反射鏡と、前面反射鏡に対しオフセット角を有しかつ鏡面が平行移動した位置に配置される後面反射鏡と、前面反射鏡と後面反射鏡とを機械的に結合するインターコスタルから構成され、インターコスタルは円筒の形状を有し、後面反射鏡は、後面反射鏡の側面がインターコスタルの一方の内壁に接してインターコスタルと固定され、前面反射鏡は、インターコスタルの他端に接してインターコスタルと固定されるようにした。このように、後面反射鏡の電気開口径よりも大きい円筒形のインターコスタルを設けるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、人工衛星等に搭載され、地上局との間で通信を行うデュアルグリッド型のアンテナリフレクタに関するものである。

人工衛星等に使われるデュアルグリッドリフレクタは、特定の偏波を反射し、その偏波と直交する偏波を透過するようにグリッドが設けられた前面反射鏡と、グリッドの無い導体面である後面反射鏡と、前面反射鏡と後面反射鏡とを結合するためのインターコスタルとから構成される。
一般的に、前面反射鏡および後面反射鏡はサンドイッチ構造であり、前面反射鏡を構成する部品はグリッドパターンを導電体とし、グリッドパターン以外の表皮、コアなどは誘電体となっている。
このような前面反射鏡、後面反射鏡、インターコスタルより構成されるデュアルグリッドリフレクタの部品構成は種々提案されている。

例えば、後面反射鏡の一部に貫通穴を設け、貫通穴からスタンドオフを通して前面反射鏡を支持する方法が提案されている。インターコスタルとスタンドオフは前面反射鏡と後面反射鏡を機械的に結合するという観点において同じ役割を有する（例えば、特許文献１参照）。

また、前面反射鏡と後面反射鏡との間に挟みこむようにインターコスタルを配置し、インターコスタルの一部を切り欠くか、もしくは穴を配置する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、前面反射鏡と後面反射鏡との間に挟みこむように複数のインターコスタルを配置してインターコスタルを二重リングとして使用する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−３７４１８号公報特開２０００−１３８５２６号公報特開２００９−２２５００３号公報

しかしながら、特許文献１のように後面反射面の一部に貫通穴を設けて貫通穴にスタンドオフを通し、このスタンドオフが前面反射鏡を支持するような構造の場合、後面反射面に設けられた貫通穴の箇所は電波反射面としては機能しなくなるため、電波特性が劣化するという課題があった。
また、後面反射面の面内に立てられたスタンドオフが後面反射鏡の電波進行方向に平行でない場合には電波の散乱の原因になるという課題があった。

また、特許文献２のように前面反射鏡と後面反射鏡に挟みこまれるように円筒状のインターコスタルが配置され、このときのインターコスタルの円筒半径が後面反射鏡の電気開口径よりも小さい場合、インターコスタルが後面反射鏡の電波進行方向に平行でないときは電波の散乱の原因になるという課題があった。

また、特許文献３のように、前面反射鏡と後面反射鏡に挟みこまれるように複数のインターコスタルを配置し、インターコスタルを二重リングとして配置する場合、二重リングのうち、内側に配置されたインターコスタルが後面反射鏡の電波の散乱の原因になるという課題があった。また、外側に配置されたインターコスタルについても同様に、後面反射鏡の電波の散乱の原因になるという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたもので、デュアルグリッド型のアンテナリフレクタにおいて、後面反射鏡の面内に電波の散乱の原因となる部品を配置しないことにより、電波散乱を抑えて電波特性の劣化を防止するアンテナリフレクタを提供する。

この発明のアンテナリフレクタは、第１の電波を放射または受信する第１の放射器と、前記第１の電波に直交する第２の電波を放射または受信する第２の放射器と、前記第１の電波を反射し前記第２の電波を透過するようにグリッドパターンを設けた第１の反射鏡と、前記第２の電波を反射する第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とを鏡軸方向に重ねて結合する結合部材とを備え、前記結合部材は円筒の形状を有し、前記第２の反射鏡は、前記第２の反射鏡の側面が前記円筒の一方の端部の内壁に接して前記結合部材と固定され、前記第１の反射鏡は、前記円筒の他方の端部に接して前記結合部材と固定される。

この発明のアンテナリフレクタによれば、デュアルグリッド型アンテナリフレクタの後面反射鏡で反射した電波が前面反射鏡と後面反射鏡とを結合するインタコスタルによって散乱することを抑え、衛星通信の品質を向上させることができる。

実施の形態１に係るアンテナリフレクタの斜視図である。実施の形態１に係るアンテナリフレクタの正面図と断面図である。実施の形態２に係るアンテナリフレクタの斜視図である。実施の形態２に係るアンテナリフレクタの正面図と断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナリフレクタ１００を概略的に示した斜視図である。また、図２（ａ）は図１のアンテナリフレクタ１００を前面反射鏡１側の正面からみた正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）内のＡ-Ａにおける断面図を示した図である。
図１において、アンテナリフレクタ１００は、電波を送受信する前面側に配置された前面反射鏡１と、前面反射鏡１の後面側で、前面反射鏡１に対しオフセット角を有し、かつ鏡面が平行移動した位置に配置される後面反射鏡２と、中心部が中空である円筒形状のインターコスタル３とから構成される。前面反射鏡１と後面反射鏡２は鏡軸方向からみて円形開口で重なるように配置される。
アンテナリフレクタ１００には、第１の偏波方向に励磁された第１の電波を放射または受信する第１の放射器や、第１の偏波方向と直交する第２の偏波方向に励磁された第２の電波を放射または受信する第２の放射器が、前面反射鏡１と後面反射鏡２の前面側に配置されているが、ここでは記載を省略する。第１の電波は前面反射鏡１で反射され、第２の電波は前面反射鏡を通過して、後面反射鏡２で反射される。
なお、前面反射鏡は第１の反射鏡の一例であり、後面反射鏡は第２の反射鏡の一例である。また、インターコスタルは結合部材の一例である。

前面反射鏡１と後面反射鏡２は放物線状の曲面で凹状の形状である。前面反射鏡１にはグリッドパターンが鏡面上に設けられており、グリッドに直交する偏波成分のみを反射する。前面反射鏡１の鏡面は例えば、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）やアラミド繊維強化複合材料（ＡＦＲＰ）等により成形される。グリッドパターンは前面反射鏡１の成形鏡面に、所定の間隔で配列された導体スリットを設けることによって構成される。また、後面反射鏡２はＣＦＲＰにより成形されたグリッドパターンの無い鏡面であり、前面反射鏡１の透過波を反射する。

インターコスタル３は前面反射鏡１と後面反射鏡２を機械的に結合する。インターコスタル３は、人工衛星に搭載することを想定した機械性能（熱変形および剛性）が考慮されて設計される。例えば、宇宙空間での温度環境変化に伴い前面反射鏡と後面反射鏡の間で発生する熱変形により、前後反射鏡面間でアンテナビーム軸がずれないように、インターコスタルによって前後反射鏡面を高剛性に支持する。

実施の形態１のインターコスタル３は円筒形状を有する。円形の後面反射鏡２の外形寸法は円筒形状を有するインターコスタル３の筒の内径と略同一とし、インターコスタル３は片側の円筒端部の内側に後面反射鏡２を嵌め込んで、円筒内壁と後面反射鏡２の側面とが接するようにし、円筒の内側で後面反射鏡２の側面を保持して固定する。後面反射鏡２とインターコスタル３とは例えば接着剤で固定する。インターコスタルの筒面は後面反射鏡２の電波進行方向と略平行な方向とする。
インターコスタル３の他方の円筒端部は、前面反射鏡１の鏡面の反対側の面に接して固定される。
このようにして、前面反射鏡１と後面反射鏡２はインターコスタル３によって、高剛性に支持される。

インターコスタル３は、例えばＦＲＰなどの誘電体とすることが望ましい。
インターコスタル３を、前面反射鏡１や後面反射鏡２とは別部品として予め形成しておき、後の組立工程で、前面反射鏡１とインターコスタル３を接着剤で固定し、また、後面反射鏡２とインターコスタル３と接着剤で結合するようにしてもよい。

また、インターコスタル３は、前面反射鏡１と一緒に一体成形されるようにしてもよい。一般的に反射鏡面は熱膨張係数１ｐｐｍ/℃以下で低熱膨張であるのに対して接着剤は熱膨張係数２０〜５０ｐｐｍ/℃と非常に大きな熱膨張を有するため、鏡面と結合部品の間に接着層が存在すると、局所的に鏡面の結合部品との接着面近傍の熱膨張率を増大させ、温度変化により鏡面精度を悪化させる。
そこで、インターコスタル３として、繊維体積含有率が前面反射鏡１の繊維体積含有率と略同一の繊維織物を強化材とする複合材料を適用し、インターコスタル３と前面反射鏡１とを一体化成形により同時に形成するようにしてもよい。前面反射鏡１とインターコスタル３を一体化成形することによって、前面反射鏡１とインターコスタル３との間に接着層がない結合構造をとることが可能となり、接着層による熱変形の影響を除いて高精度の鏡面精度を維持することができる。
また、繊維体積含有率が略同一のインターコスタル３と前面反射鏡１とを一体化成形することによって、前面反射鏡１とインターコスタル３の結合面近傍の繊維体積含有率が前面反射鏡１もしくはインターコスタル３の繊維体積含有率とほぼ同じ値となり、異なる部材を結合した際の熱膨張の差の影響を抑えて高精度の鏡面精度を維持することができる。

このようにインターコスタル３と前面反射鏡１とを一体化成形した後に、電気開口径がインターコスタル３の内径と略同一の後面反射鏡２を、インターコスタル３の円筒の内側に嵌め込んで固定する。

これにより、電気進行方向から見たインターコスタル３の直径を後面反射鏡２の電気開口径よりも大きくし、インターコスタルの筒面を後面反射鏡２の電波進行方向と略平行方向とすることで、後面反射鏡２で反射した電波がインターコスタルによってブロックされることがなくなり、電波が散乱することを回避することができる。
インターコスタルの内径と後面反射鏡２の電気開口径を一致させるように寸法を設計することで機械的な結合、例えばＦＲＰによってウェット成形結合をする際に必要な強度を抑えることができ、結合部品を軽量化することができる。また、アンテナリフレクタ収納時のエンベロープを小さくして衛星打ち上げ時のロケットフェアリングとの干渉を抑えることもできる。

なお、上記では、インターコスタル３と前面反射鏡１とを一体化成形した後に、電気開口径がインターコスタル３の内径と略同一の後面反射鏡２をインターコスタル３の円筒の内側に嵌め込んで固定するようにしたが、インターコスタル３と後面反射鏡２とを一体化成形した後に、前面反射鏡１とインターコスタル３とを結合するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、インターコスタル３として円筒形状の部品を用いたが、実施の形態２では、複数のパイプ状インターコスタル５を用いて、前面反射鏡１と後面反射鏡２とを結合する。

図３はこの発明の実施の形態２に係るアンテナリフレクタ１００を概略的に示した斜視図である。また、図４（ａ）は図１のアンテナリフレクタ１００を前面反射鏡１側の正面からみた正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）内のＡ-Ａにおける断面図を示した図である。
図３において、実施の形態２のアンテナリフレクタ１００は、電波を送受信する前面側に配置された前面反射鏡１と、前面反射鏡１の後面側で、前面反射鏡１に対しオフセット角を有し、かつ鏡面が平行移動した位置に配置される後面反射鏡２と、複数のパイプ状部品５（５ａ、５ｂ、・・・）からなるインターコスタル５０とから構成される。前面反射鏡１と後面反射鏡２は鏡軸方向からみて円形開口で重なっている。なお、パイプ状部品は前面反射鏡１と後面反射鏡２とを結合する柱部品の一例である。

インターコスタル５０をなす複数のパイプ状部品５は前面反射鏡１と後面反射鏡２を機械的に結合する。ここで、複数のパイプ状部品５は仮想的な円を構成するように配置されており、この仮想的な円の内接円は後面反射鏡２の電気開口径と一致する。パイプ状部品５は後面反射鏡２の電波進行方向と略平行方向となるように設置する。
仮想的な円を構成するパイプ状部品５の内側は、後面反射鏡２の側面と接して固定される。また、パイプ状部品５の片端は、前面反射鏡１の鏡面と反対側の面と固定される。
このように、複数のパイプ状部品５からなるインターコスタル５０は前面反射鏡１と後面反射鏡２を機械的に結合し、例えば、宇宙空間での温度環境変化に伴い前面反射鏡と後面反射鏡の間で発生する熱変形により前後反射鏡面間でアンテナビーム軸がずれないように、インターコスタル５０によって前後反射鏡面を高剛性に支持する。

パイプ状部品５は、例えばＦＲＰなどの誘電体とすることが望ましい。インターコスタルを円筒ではなくパイプ状部品とすることで、インターコスタルによる電波のブロッキングを抑えて、電波が散乱することを回避することができる。

パイプ状部品５は、前面反射鏡１や後面反射鏡２とは別の部品として予め形成しておき、後の組立工程で、パイプ状部品５と前面反射鏡１と後面反射鏡２とを接着剤等で結合するようにしてもよい。

また、パイプ状部品５を、前面反射鏡１と一緒に一体成形するようにしてもよい。
パイプ状部品５として、繊維体積含有率が前面反射鏡１の繊維体積含有率と略同一の繊維織物を強化材とする複合材料を適用し、複数のパイプ状部品５と前面反射鏡１とを一体化成形により同時に形成する。
前面反射鏡１とパイプ状部品５を一体化成形することによって、前面反射鏡１とパイプ状部品５との間に接着層がない結合構造をとることが可能となり、接着層による熱変形の影響を除いて高精度の鏡面精度を維持することができる。
また、繊維体積含有率が略同一のパイプ状部品５と前面反射鏡１とを一体化成形することによって、前面反射鏡１とインターコスタル３の結合面近傍の繊維体積含有率が前面反射鏡１もしくはインターコスタル３の繊維体積含有率とほぼ同じ値となり、異なる部材を結合した際の熱膨張の差の影響を抑えて高精度の鏡面精度を維持することができる。

このようにパイプ状部品５と前面反射鏡１とを一体化成形した後に、電気開口径が仮想的にパイプ状部品５がなす円の径と略同一の後面反射鏡２を、パイプ状部品５が仮想的になすの円の内側に嵌め込んで固定する。

これにより、電気進行方向から見たインターコスタル５０の仮想円の直径を後面反射鏡２の電気開口径よりも大きくし、パイプ状部品５を後面反射鏡２の電波進行方向と略平行方向に設置することで、後面反射鏡２で反射した電波がインターコスタル５０によってブロックされることがなくなり、電波が散乱することを抑えることができる。
インターコスタル５０の仮想円の内径と後面反射鏡２の電気開口径を一致させるように寸法を設計することで機械的な結合、例えばＦＲＰによってウェット成形結合をする際に必要な強度を抑えることができ、結合部品を軽量化することができる。また、アンテナリフレクタ収納時のエンベロープを小さくして衛星打ち上げ時のロケットフェアリングとの干渉を抑えることもできる。

なお、上記では、パイプ状部品５と前面反射鏡１とを一体化成形した後に、電気開口径がインターコスタル５０の仮想円の内径と略同一の後面反射鏡２をインターコスタル３の円筒の内側に嵌め込んで固定するようにしたが、インターコスタル３と後面反射鏡２とを一体化成形した後に、前面反射鏡１とインターコスタル３とを結合するようにしてもよい。

１前面反射鏡、２後面反射鏡、３インターコスタル、５パイプ状部品、５０インターコスタル、６０偏波進行方向、１００アンテナリフレクタ。

Claims

第１の電波を放射または受信する第１の放射器と、
前記第１の電波に直交する第２の電波を放射または受信する第２の放射器と、
前記第１の電波を反射し前記第２の電波を透過するようにグリッドパターンを設けた第１の反射鏡と、
前記第２の電波を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とを鏡軸方向に重ねて結合する結合部材と、
を備え、
前記結合部材は円筒の形状を有し、
前記第２の反射鏡は、前記第２の反射鏡の側面が前記円筒の一方の端部の内壁に接して前記結合部材と固定され、
前記第１の反射鏡は、前記円筒の他方の端部に接して前記結合部材と固定されることを特徴とするアンテナリフレクタ。
第１の電波を放射または受信する第１の放射器と、
前記第１の電波に直交する第２の電波を放射または受信する第２の放射器と、
前記第１の電波を反射し前記第２の電波を透過するようにグリッドパターンを設けた第１の反射鏡と、
前記第２の電波を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とを鏡軸方向に重ねて結合する結合部材と、
を備え、
前記結合部材は複数の柱部材から成り、前記柱部材の各々は前記第２の反射鏡の外側に配置され、
前記第２の反射鏡は、前記第２の反射鏡の側面が外側に配置された前記柱部材の一方の端部と接して前記結合部材と固定され、
前記第１の反射鏡は、前記柱部材の他方の端部に接して前記結合部材と固定されることを特徴とするアンテナリフレクタ。
前記第１の反射鏡と前記結合部材は繊維強化複合材料（ＦＲＰ）からなり、前記第１の反射鏡と前記結合部材とは一体成形されることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のアンテナリフレクタ。