JP3066061B2 - メッシュアンテナ - Google Patents
メッシュアンテナInfo
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- JP3066061B2 JP3066061B2 JP2301917A JP30191790A JP3066061B2 JP 3066061 B2 JP3066061 B2 JP 3066061B2 JP 2301917 A JP2301917 A JP 2301917A JP 30191790 A JP30191790 A JP 30191790A JP 3066061 B2 JP3066061 B2 JP 3066061B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属メッシュを反射鏡として用いた開口面
アンテナ、あるいは例えば通信衛星に搭載されるアンテ
ナの内、軌道上の所定の位置で大型アンテナへ展開し、
ロケット収納時にはコンパクトに収納可能であるメッシ
ュアンテナに関するものである。
アンテナ、あるいは例えば通信衛星に搭載されるアンテ
ナの内、軌道上の所定の位置で大型アンテナへ展開し、
ロケット収納時にはコンパクトに収納可能であるメッシ
ュアンテナに関するものである。
金属メッシュは軽量で収納性が良いため、大型、軽量
のアンテナの鏡面材として大変に有望であるが、それ自
体では形状を持たないので、鏡面精度向上のために、複
数のケーブルから構成されたケーブルネットワークによ
って金属メッシュを支持・成型し、メッシュ、ケーブル
の張力を支持する構造を用いることでアンテナ反射鏡を
構成する方法が、従来用いられてきた。ケーブルネット
ワークを用いたメッシュアンテナの従来例を第４図及び
第５図に示す。
のアンテナの鏡面材として大変に有望であるが、それ自
体では形状を持たないので、鏡面精度向上のために、複
数のケーブルから構成されたケーブルネットワークによ
って金属メッシュを支持・成型し、メッシュ、ケーブル
の張力を支持する構造を用いることでアンテナ反射鏡を
構成する方法が、従来用いられてきた。ケーブルネット
ワークを用いたメッシュアンテナの従来例を第４図及び
第５図に示す。
（参考文献;RUSSEL R.A., COMPBELL T.G., FREELAND R.
E., “NASA Technology for Large Space Antennas",
AGARDRep., no.676,PP2.1−2.27,1980, ELVIN L.A., MI
LLER J.B., “15 Meter diamete Hoop/ Column Antenna
Surface Control Actuator System",NASA CP−2506,PP
−11, 1988, BELVIN W.K.,EDIGHOFFER H.H., HERSTROM
C.L,.“Quasi−static Shape Adjustmennt of a 15M
eter Diameter Hoop Column Antenna",Proceedings of
28 th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dy
namics and Materials Conference, Part 1,pp705−71
3,1987.） 第４図は従来の展開メッシュアンテナを示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はメッシ
ュ取付部の拡大図である。図中100は展開リブ、101は金
属メッシュ、102はフェイスケーブル、103は補助ケーブ
ル、104は展開機構である。
E., “NASA Technology for Large Space Antennas",
AGARDRep., no.676,PP2.1−2.27,1980, ELVIN L.A., MI
LLER J.B., “15 Meter diamete Hoop/ Column Antenna
Surface Control Actuator System",NASA CP−2506,PP
−11, 1988, BELVIN W.K.,EDIGHOFFER H.H., HERSTROM
C.L,.“Quasi−static Shape Adjustmennt of a 15M
eter Diameter Hoop Column Antenna",Proceedings of
28 th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dy
namics and Materials Conference, Part 1,pp705−71
3,1987.） 第４図は従来の展開メッシュアンテナを示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はメッシ
ュ取付部の拡大図である。図中100は展開リブ、101は金
属メッシュ、102はフェイスケーブル、103は補助ケーブ
ル、104は展開機構である。
このアンテナ鏡面は、展開リブが大まかにパラボラ曲
面を近似し、さらにリブ間にケーブルネットワークを張
架することによって鏡面精度の向上を狙ったものであ
る。ケーブルネットワークは金属メッシュが直接取付け
られるフェイスケーブルと、フェイスケーブルを引っ張
るための補助ケーブルから成っている。このうちフェイ
スケーブルは全て同一の伸び剛性のクォーツケーブルで
製造され、補助ケーブルはインバーで製造されている。
面を近似し、さらにリブ間にケーブルネットワークを張
架することによって鏡面精度の向上を狙ったものであ
る。ケーブルネットワークは金属メッシュが直接取付け
られるフェイスケーブルと、フェイスケーブルを引っ張
るための補助ケーブルから成っている。このうちフェイ
スケーブルは全て同一の伸び剛性のクォーツケーブルで
製造され、補助ケーブルはインバーで製造されている。
第５図はNASAで開発されたフープカラムアンテナであ
る。図中105は展開フープ、106は展開カラム、107は金
属メッシュ、108,109はケーブルネットワークである。
金属メッシュはケーブルネットワークの内、同図（ａ）
に示すネットワーク108に取付けられ、109の成型用ネッ
トワークで引っ張ることによって、鏡面を構成してい
る。
る。図中105は展開フープ、106は展開カラム、107は金
属メッシュ、108,109はケーブルネットワークである。
金属メッシュはケーブルネットワークの内、同図（ａ）
に示すネットワーク108に取付けられ、109の成型用ネッ
トワークで引っ張ることによって、鏡面を構成してい
る。
第５図（ａ）に示すケーブルネットワーク108は伸び
剛性の等しいケーブルで製造されている。
剛性の等しいケーブルで製造されている。
従来のケーブルネットワークを用いて鏡面精度を向上
させるタイプのメッシュアンテナのケーブルネットワー
クは、金属メッシュが直接取り付くフェイスケーブルネ
ットワークと、それ以外の補助・成型ケーブルネットワ
ークに大別でき、金属メッシュが直接取り付くフェイス
ケーブルネットワークは全て伸び剛性の等しいケーブル
で製造されていた。
させるタイプのメッシュアンテナのケーブルネットワー
クは、金属メッシュが直接取り付くフェイスケーブルネ
ットワークと、それ以外の補助・成型ケーブルネットワ
ークに大別でき、金属メッシュが直接取り付くフェイス
ケーブルネットワークは全て伸び剛性の等しいケーブル
で製造されていた。
今、第６図に基づいて、このタイプのメッシュアンテ
ナ鏡面外周部において、ケーブル張力の内面平衡を考え
る。面内張力をN,外周部ケーブルの張力をTP,外周の曲
率半径をＲとすると、それらは次の式によって関係づけ
られる。
ナ鏡面外周部において、ケーブル張力の内面平衡を考え
る。面内張力をN,外周部ケーブルの張力をTP,外周の曲
率半径をＲとすると、それらは次の式によって関係づけ
られる。
ケーブル・メッシュを用いる限り、面内張力Ｎをゼロ
とすることはできないため、何らかの曲率半径Ｒが生じ
ることは避けることが出来ない。一方、開口面アンテナ
のゲインＧは次の式で与えられる。
とすることはできないため、何らかの曲率半径Ｒが生じ
ることは避けることが出来ない。一方、開口面アンテナ
のゲインＧは次の式で与えられる。
ここでＳはアンテナの実効的な面積、λは電波波長で
ある。従って、実効面積Ｓの低下は直接アンテナゲイン
の低下を引き起こすことが理解される。従って、外周部
の曲率半径Ｒが減少することは実効面積Ｓの低下を意味
することになり、逆にアンテナゲインの向上のためには
Ｒの増大化を図ることが必要である。
ある。従って、実効面積Ｓの低下は直接アンテナゲイン
の低下を引き起こすことが理解される。従って、外周部
の曲率半径Ｒが減少することは実効面積Ｓの低下を意味
することになり、逆にアンテナゲインの向上のためには
Ｒの増大化を図ることが必要である。
今、アンテナ鏡面内で、単位長さ当たり平均ｎ本のケ
ーブルが配され、各ケーブルの張力がＴ、伸び剛性が
ｋ、平均歪みをεとすると、面内張力Ｎは次の式で近似
される。
ーブルが配され、各ケーブルの張力がＴ、伸び剛性が
ｋ、平均歪みをεとすると、面内張力Ｎは次の式で近似
される。
Ｎ＝nT＝nkε （３） 外周部ケーブルの張力をTp、伸び剛性をKp、歪みをε
ｐとすると、釣り合い式は と書き直せる。ここからえぐれ込み曲率半径Ｒに関して
陽な形に変形すると、次式を得る。
ｐとすると、釣り合い式は と書き直せる。ここからえぐれ込み曲率半径Ｒに関して
陽な形に変形すると、次式を得る。
従来のメッシュアンテナ鏡面では伸び剛性が全て等し
いため、Kp＝ｋ、であり、すなわち、 となって、アンテナゲインを増大させるため、Ｒを大き
くするためには、単位長さ当たりに配される、ケーブル
本数ｎを減らすか、あるいは外周部ケーブルを大きく歪
ませるか、鏡面内ケーブルの歪みを小さくするかの選択
しかありえなかった。ところが、単位長さ当たりに配さ
れるケーブル本数の減少は、結局、鏡面精度を犠牲にす
ることになり、また外周部ケーブルの歪みも材料的な制
限が存在し無闇に大きくできないこと、さらに、鏡面内
ケーブルの歪みを小さくすると、製造公差などによるケ
ーブル長さ誤差を歪みで吸収できなくなり、たわむケー
ブルが生じる恐れがあるといった問題があり、現実には
外周部Ｒの減少による、アンテナゲイン向上の試みはな
されていない。
いため、Kp＝ｋ、であり、すなわち、 となって、アンテナゲインを増大させるため、Ｒを大き
くするためには、単位長さ当たりに配される、ケーブル
本数ｎを減らすか、あるいは外周部ケーブルを大きく歪
ませるか、鏡面内ケーブルの歪みを小さくするかの選択
しかありえなかった。ところが、単位長さ当たりに配さ
れるケーブル本数の減少は、結局、鏡面精度を犠牲にす
ることになり、また外周部ケーブルの歪みも材料的な制
限が存在し無闇に大きくできないこと、さらに、鏡面内
ケーブルの歪みを小さくすると、製造公差などによるケ
ーブル長さ誤差を歪みで吸収できなくなり、たわむケー
ブルが生じる恐れがあるといった問題があり、現実には
外周部Ｒの減少による、アンテナゲイン向上の試みはな
されていない。
そこで本発明の目的は、外周部の曲率半径Ｒの増大に
よる、アンテナゲインの向上を図ることで、従来に比べ
て高いゲインの開口面メッシュアンテナを提供すること
にある。
よる、アンテナゲインの向上を図ることで、従来に比べ
て高いゲインの開口面メッシュアンテナを提供すること
にある。
前記の目的を解決するための本発明の特徴は、金属メ
ッシュを直接取り付けるフェイスケーブルネットワーク
を伸び剛性の異なる２種類のケーブルによって構成し、
アンテナ鏡面外周部に伸び剛性の高いケーブルを配する
点にある。従来技術とは、金属メッシュが取り付くフェ
イスケーブルネットワークが伸び剛性の異なるケーブル
で構成された点が特に異なる。
ッシュを直接取り付けるフェイスケーブルネットワーク
を伸び剛性の異なる２種類のケーブルによって構成し、
アンテナ鏡面外周部に伸び剛性の高いケーブルを配する
点にある。従来技術とは、金属メッシュが取り付くフェ
イスケーブルネットワークが伸び剛性の異なるケーブル
で構成された点が特に異なる。
本発明によるメッシュ鏡面の釣り合い式は、式（５）
で表せられる。従って、鏡面ケーブルの単位長さ当たり
配される本数n,鏡面内ケーブルの歪みε、および外周部
に配されたケーブルの歪みεｐを変化させる事なく、面
内ケーブルの伸び剛性ｋ、と外周ケーブルの伸び剛性Kp
を変化させることで外周の曲率半径Ｒを変化させること
ができる。ケーブルの伸び剛性は、材料のヤング率と断
面積の積で与えられるため、異なる材料を使用する事は
もちろん、ケーブル径を変化させることでも、えぐり込
みを小さくすることができるようになる。従来のメッシ
ュアンテナとは異なり、こうした、調整は材料強度など
に適当なマージンを残しつつ行えるため、有効である。
で表せられる。従って、鏡面ケーブルの単位長さ当たり
配される本数n,鏡面内ケーブルの歪みε、および外周部
に配されたケーブルの歪みεｐを変化させる事なく、面
内ケーブルの伸び剛性ｋ、と外周ケーブルの伸び剛性Kp
を変化させることで外周の曲率半径Ｒを変化させること
ができる。ケーブルの伸び剛性は、材料のヤング率と断
面積の積で与えられるため、異なる材料を使用する事は
もちろん、ケーブル径を変化させることでも、えぐり込
みを小さくすることができるようになる。従来のメッシ
ュアンテナとは異なり、こうした、調整は材料強度など
に適当なマージンを残しつつ行えるため、有効である。
ここで、具体的数値列を単純化したモデルで計算して
みる。まず、周辺部ケーブルの弾性定数と開口径ロスと
の関係を第７図に示すような一点荷重の単純化したモデ
ルで考える。図中A,Bに張架されたケーブルの無応力時
の長さをＬ、ケーブルの弾性定数をｋ、荷重Ｗ（これは
面内張力のモデル化である。）をかけたときのケーブル
の張力をＴ、両端の開く角度をθとする。Ｏ点における
力の釣り合いより、 Ｗ＝2T sinθ （７） 荷重Ｗによって伸びた分のケーブルの長さをｘとする
と2T＝kxなので、 Ｗ＝kx sinθ （８） ここで、ｘは次のように書ける。
みる。まず、周辺部ケーブルの弾性定数と開口径ロスと
の関係を第７図に示すような一点荷重の単純化したモデ
ルで考える。図中A,Bに張架されたケーブルの無応力時
の長さをＬ、ケーブルの弾性定数をｋ、荷重Ｗ（これは
面内張力のモデル化である。）をかけたときのケーブル
の張力をＴ、両端の開く角度をθとする。Ｏ点における
力の釣り合いより、 Ｗ＝2T sinθ （７） 荷重Ｗによって伸びた分のケーブルの長さをｘとする
と2T＝kxなので、 Ｗ＝kx sinθ （８） ここで、ｘは次のように書ける。
ｘ＝（1/cosθ−１）Ｌ （９） したがって、 Ｗ＝kL（1/cosθ−１）sinθ （10） 一方、荷重Ｗによって生じる三角形の面積は次のよう
に書ける。
に書ける。
Ｓ＝（L/2）2sinθ/cosθ （11） （10）式からθが求まり、それを（11）式に代入して
Ｓを求めることができる。具体的にＷ＝0.5kg,L＝2000m
mとして、直径0.3mmのナイロンケーブル（Ｋ＝0.04kg/m
m）と、直径1mmのケブラーワイヤー（Ｋ＝4kg/mm）の場
合を比較し、開口径ロスの計算結果を表１にまとめた。
これより、ナイロンケーブルの代わりに周辺部に100倍
の弾性定数をもつケブラーワイヤーを用いると、開口径
ロスが1/5程度まで小さくなることがわかる。
Ｓを求めることができる。具体的にＷ＝0.5kg,L＝2000m
mとして、直径0.3mmのナイロンケーブル（Ｋ＝0.04kg/m
m）と、直径1mmのケブラーワイヤー（Ｋ＝4kg/mm）の場
合を比較し、開口径ロスの計算結果を表１にまとめた。
これより、ナイロンケーブルの代わりに周辺部に100倍
の弾性定数をもつケブラーワイヤーを用いると、開口径
ロスが1/5程度まで小さくなることがわかる。
〔実施例〕 （実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例を表す図で、第１図
（ａ）にその構造を示す。図中112は金属メッシュ、113
はフェイスケーブルネットワーク、114はスタンドオ
フ、115は当該金属メッシュとフェイスケーブルネット
ワークの張力を支持するためのトラス構造である。第１
図（ｂ）は当該構造物の1/6基本単位のケーブルネット
ワークを示したもので、116は伸び剛性の低いフェイス
ケーブル、117は伸び剛性の高いフェイスケーブルを用
いた外周部ケーブルである。この改良により、周辺部の
えぐれが小さくなり、金属メッシュ鏡面の開口径ロスが
低減される。
（ａ）にその構造を示す。図中112は金属メッシュ、113
はフェイスケーブルネットワーク、114はスタンドオ
フ、115は当該金属メッシュとフェイスケーブルネット
ワークの張力を支持するためのトラス構造である。第１
図（ｂ）は当該構造物の1/6基本単位のケーブルネット
ワークを示したもので、116は伸び剛性の低いフェイス
ケーブル、117は伸び剛性の高いフェイスケーブルを用
いた外周部ケーブルである。この改良により、周辺部の
えぐれが小さくなり、金属メッシュ鏡面の開口径ロスが
低減される。
（実施例２） 第２図に本発明による第２の実施例を示す。このアン
テナは、第１の実施例に述べたメッシュアンテナを基本
単位モジュールとして、それらを７つ結合することによ
って構成される。ここで、基本単位となるアンテナモジ
ュールは第３図に示すように展開収納が可能であり、全
体として10メートル級の大型展開アンテナを形成する。
各単位モジュールの周辺部分118を強化してえぐれ部分1
19を小さくすることによりアンテナ鏡面の有効開口面積
を稼げるほか、鏡面上の周期的な歪みを抑えることにも
なり、アンテナの放射特性上のサイドローブを低減する
ことも可能となる。
テナは、第１の実施例に述べたメッシュアンテナを基本
単位モジュールとして、それらを７つ結合することによ
って構成される。ここで、基本単位となるアンテナモジ
ュールは第３図に示すように展開収納が可能であり、全
体として10メートル級の大型展開アンテナを形成する。
各単位モジュールの周辺部分118を強化してえぐれ部分1
19を小さくすることによりアンテナ鏡面の有効開口面積
を稼げるほか、鏡面上の周期的な歪みを抑えることにも
なり、アンテナの放射特性上のサイドローブを低減する
ことも可能となる。
以上の事から、本発明を用いれば、ケーブルネットワ
ークの張力によって鏡面外周部に構造的に生じる内側へ
のえぐれ込みが小さくなり、有効開口面積が増大してア
ンテナゲインを向上させることができる。これを衛星搭
載用大型アンテナとして用いると、電界強度の大きいマ
ルチビーム配置を敷くことができ、地上局の経済化、周
波数の有効利用等に極めて効果があり、衛星通信方式の
大容量化、経済化が実現可能となる。
ークの張力によって鏡面外周部に構造的に生じる内側へ
のえぐれ込みが小さくなり、有効開口面積が増大してア
ンテナゲインを向上させることができる。これを衛星搭
載用大型アンテナとして用いると、電界強度の大きいマ
ルチビーム配置を敷くことができ、地上局の経済化、周
波数の有効利用等に極めて効果があり、衛星通信方式の
大容量化、経済化が実現可能となる。
第１図は本発明の第１の実施例、第２図は本発明の第２
の実施例、第３図は本発明に係るアンテナに展開機能を
設けたときの展開図、第４図は従来の展開リブメッシュ
アンテナの構造、第５図は従来のNASAで開発されたフー
プカラムアンテナである。第６図は外周部ケーブルの張
力の面内平衡の様子を表したもの、第７図は開口径ロス
を計算する際に用いる単純化モデルである。 100……展開リブ、 101……金属メッシュ、 102……フェイスケーブル、 103……補助ケーブル、 104……展開機構、 105……展開フープ、 106……展開カラム、 107……金属メッシュ、 108……ケーブルネットワーク、 109……成型用ネットワーク、 Ｎ……面内張力、 Tp……外周部ケーブルの張力、 Ｒ……外周部ケーブルの曲率半径。 110……従来通りのケーブルを使った場合の外周部ケー
ブル、 111……改良後の外周部ケーブル、 112……金属メッシュ、 113……フェイスケーブルネットワーク、 114……スタンドオフ、 115……トラス構造、 116……伸び剛性の低いフェイスケーブル、 117……伸び剛性の高いフェイスケーブル。 118……伸び剛性の高い外周部ケーブル、 119……開口径ロス。
の実施例、第３図は本発明に係るアンテナに展開機能を
設けたときの展開図、第４図は従来の展開リブメッシュ
アンテナの構造、第５図は従来のNASAで開発されたフー
プカラムアンテナである。第６図は外周部ケーブルの張
力の面内平衡の様子を表したもの、第７図は開口径ロス
を計算する際に用いる単純化モデルである。 100……展開リブ、 101……金属メッシュ、 102……フェイスケーブル、 103……補助ケーブル、 104……展開機構、 105……展開フープ、 106……展開カラム、 107……金属メッシュ、 108……ケーブルネットワーク、 109……成型用ネットワーク、 Ｎ……面内張力、 Tp……外周部ケーブルの張力、 Ｒ……外周部ケーブルの曲率半径。 110……従来通りのケーブルを使った場合の外周部ケー
ブル、 111……改良後の外周部ケーブル、 112……金属メッシュ、 113……フェイスケーブルネットワーク、 114……スタンドオフ、 115……トラス構造、 116……伸び剛性の低いフェイスケーブル、 117……伸び剛性の高いフェイスケーブル。 118……伸び剛性の高い外周部ケーブル、 119……開口径ロス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−88903（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−143706（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 15/20 H01Q 15/14
Claims (2)
- 【請求項１】アンテナ鏡面として機能する金属フィラメ
ントの編み物である金属メッシュと、金属メッシュを直
接取り付けるフェイスケーブルで構成されるフェイスケ
ーブルネットワークと、該フェイスケーブルネットワー
クを引っ張ることによって金属メッシュ鏡面を所定の曲
面に形成するための補助ケーブルからなる補助ケーブル
ネットワークと、金属メッシュおよびケーブル張力を支
持するための支持構造物とからなり、前記フェイスケー
ブルネットワークは、金属メッシュ鏡面の外周部に配さ
れる伸び剛性の高いフェイスケーブルと、金属メッシュ
鏡面の内部に配される伸び剛性の低いフェイスケーブル
の２種類によって構成されることを特徴とするメッシュ
アンテナ。 - 【請求項２】上記支持構造物が展開・収納可能であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のメッシュアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2301917A JP3066061B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | メッシュアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2301917A JP3066061B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | メッシュアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172803A JPH04172803A (ja) | 1992-06-19 |
| JP3066061B2 true JP3066061B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17902673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2301917A Expired - Fee Related JP3066061B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | メッシュアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3066061B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5975325B2 (ja) | 2012-02-09 | 2016-08-23 | Ｎｅｃスペーステクノロジー株式会社 | 展開式アンテナ反射鏡 |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP2301917A patent/JP3066061B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04172803A (ja) | 1992-06-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090512 Year of fee payment: 9 |
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