JP3571525B2

JP3571525B2 - メッシュアンテナ

Info

Publication number: JP3571525B2
Application number: JP06828798A
Authority: JP
Inventors: 豊栗林; 和秀安藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: JPH11266116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として人工衛星等に搭載され、地上との通信に用いられるメッシュアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工衛星等に搭載されるアンテナはロケットの打ち上げ重量の制約から軽量であることが要求され、またロケットでの収納領域の制約から打ち上げ時には小さく折り畳んで収納し、宇宙空間で展開してアンテナの形状を形成する展開アンテナが必要とされる。このため、人工衛星等に搭載されるアンテナは金属や合成物質にメッキを施したメッシュを反射鏡面として用いた展開アンテナとすることがある。
【０００３】
図７は従来のメッシュアンテナの展開状態を示した斜視図で、図において１は金属や合成物質にメッキを施したメッシュ鏡面、２はメッシュ鏡面１を所望の放物面形状に形成するために複数のケーブルを用いて構成されるケーブルネットワーク、３はケーブルネットワーク２においてケーブルの交差する位置においてケーブルを結合するノード、４はケーブルネットワーク２に結合して張架するための支柱、５は支柱４を取り付け展開させる支持構造である。ケーブルネットワーク２のうち２ａはメッシュ鏡面１を所望の放物面形状に近似させる鏡面ケーブル、２ｂは鏡面ケーブル２ａを下から引っ張るための支えとなるバックケーブル、２ｃは鏡面ケーブル２ａとバックケーブル２ｂとを結び鏡面ケーブル２ａを放物面形状にするために下に引っ張り力を与えるタイケーブルである。なおメッシュ鏡面１およびケーブルネットワーク２は全体の１／６の部分のみを示している。また図８は従来のメッシュアンテナの展開途中の状態を示した斜視図で、例えばこの図のように打ち上げ時には傘のように小さく折り畳んで収納を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにメッシュアンテナは複数のケーブルを用いて放物面形状を形成するが、このケーブルの剛性および強度は要求される鏡面精度や宇宙空間上での温度変化による熱変形量、地上での調整・試験における自重変形量、および打ち上げ時に加わる荷重等によって最適化する必要がある。特に剛性が低く強度が高いケーブルにおいては、形状の調整性が良く、支持構造の変形に対して形状感度の鈍い鏡面を構成でき、強度が高いので展開収納時に過大な張力がかかっても破損しない、といった特徴がある。
【０００５】
しかしながら従来のメッシュアンテナにおいてはケーブルはアラミド繊維やクオーツ繊維等をより合わせたり真っ直ぐな繊維を剛性樹脂等で固めて製造されているため、ケーブルとしての剛性や強度は材料であるアラミド繊維やクオーツ繊維等の剛性や強度そのままで決まってしまい、剛性を決めるとそれに対応した強度が決まってしまう。特に剛性の低いケーブルとするためにはケーブルを細くしなければならず、ケーブルを細くすると強度が小さくなるため、ケーブルの剛性をあまり小さくすることができないという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるメッシュアンテナは、バネ用の材料を複数の波状に成形してケーブルとし、端部に折り曲げ可能な関節部を設けたものである。
【０００８】
また、第２の発明によるメッシュアンテナは、バネ用の材料を複数のループ状に成形してケーブルとし、端部に折り曲げ可能な関節部を設けたものである。
【０００９】
また、第３の発明によるメッシュアンテナは、波状あるいはループ状に成形したバネ用の材料をノード間において数分割し、端部に折り曲げ可能な関節部を設けノード間でも関節部で折り畳めるようにして収納を容易にしたものである。
【００１０】
また、第４の発明によるメッシュアンテナは、ノード間において数分割したバネ材料の関節部に収納方向に力が働く別のバネを設けて収納を自動化したものである。
【００１１】
また、第５の発明によるメッシュアンテナは、コイルバネをアラミド繊維やクオーツ繊維等によるケーブルの一部に取り付けたものである。
【００１２】
さらに、第６の発明によるメッシュアンテナは、コイルバネをノード付近にメッシュ鏡面と垂直に並べて取り付けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す図であり、アンテナを広げた状態での上面から見たケーブル付近の拡大図を示す。図において１０はピアノ線等のバネ用の材料を曲率半径Ｒ１で複数の波状に成形したケーブル、１３はケーブル１０の交差する位置においてケーブル１０を結合するノード、１１はノード１３においてケーブル１０を折り曲げ可能とするための関節部である。この関節部１１は例えばピアノ線等のバネ用の材料を用いたケーブル１０の端部を円形に加工してフックとし、ノード１３からはピアノ線やアラミド繊維を半円形にして突き出し上記バネ用の材料１０の端部のフックを引っかけることにより実現できる。
【００１４】
前記のように構成されたメッシュアンテナにおいては、ケーブルに用いたピアノ線等の材料の縦弾性係数をＥ１、太さをｄ１、曲率半径をＲ１、直線部の長さを２・ａ１、波の数をｎ１とすると、ケーブル１０の剛性（バネ定数）ｋ１は
【００１５】
【数１】

【００１６】
となり、またケーブル１０の両端に働く荷重をＰ１とすると、ケーブル１０の強度（最大応力）σ１ｍａｘは
【００１７】
【数２】

【００１８】
となり、ケーブル１０の剛性や強度はそのケーブルに用いたピアノ線等の材料の縦弾性係数Ｅ１、強度、太さｄ１、曲率半径Ｒ１、直線部の長さ２・ａ１および波の数ｎ１により決まるため、材料や太さｄ１、曲率半径Ｒ１、直線部の長さ２・ａ１および波の数ｎ１を変えることによりケーブルとしての剛性や強度を自由に設計できる。特に縦弾性係数Ｅ１が小さく許容応力が大きい材料を選定するか、波の数ｎ１を多くすることにより剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることができ、形状の調整性の改善、支持構造の変形に対して形状感度の鈍い鏡面が構成可能であり、また強度が高いので展開収納時に過大な張力がかかっても破損しないメッシュアンテナを実現できる。またノード１３において関節部１１を有しているため、収納が容易となる。
【００１９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を示す図であり、アンテナを広げた状態での上面から見たケーブル付近の拡大図を示す。図において１４はピアノ線等のバネ用の材料を曲率半径Ｒ２で複数のループ状に成形したケーブル、１３はケーブル１４の交差する位置においてケーブル１４を結合するノード、１５はノード１３においてケーブル１０を折り曲げ可能とするための関節部である。このように構成されたメッシュアンテナにおいては、ケーブルに用いたピアノ線等の材料の縦弾性係数をＥ２、太さをｄ２、曲率半径をＲ２、波の数をｎ２とすると、ケーブル１４の剛性（バネ定数）ｋ２は
【００２０】
【数３】

【００２１】
となり、またケーブル１４の両端に働く荷重をＰ２とすると、ケーブル１４の強度（最大応力）σ２ｍａｘは
【００２２】
【数４】

【００２３】
となり、ケーブル１４の剛性や強度はそのケーブルに用いたピアノ線等の材料の縦弾性係数Ｅ２、強度、太さｄ２、曲率半径Ｒ２およびループの数ｎ２により決まるため、材料や太さｄ２、曲率半径Ｒ２およびループの数ｎ２を変えることによりケーブルとしての剛性や強度を自由に設計できる。特に縦弾性係数Ｅ２が小さく許容応力が大きい材料を選定するか、ループの数ｎ２を多くすることにより剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることができる。またピアノ線等の材料の縦弾性係数・強度・太さ・曲率半径およびループの数を発明の実施の形態１と同じにした時には発明の実施の形態２の方が剛性が小さくなるため、より剛性の小さいケーブルを得ることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示すケーブル付近の拡大図を示す。図において１６は複数の波状あるいはループ状に成形したバネ材料をノード間において数分割したケーブル、１３はケーブル１６の交差する位置においてケーブル１６を結合するノード、１７はノード１３およびケーブル１６間においてケーブル１６を折り曲げ可能とするための関節部である。この発明によればケーブル１６を短い長さに分割してノード１３の間でも関節部で折り畳めるようにしたため収納性が向上され、小さく収納することが可能となる。
【００２５】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４を示すケーブルの関節部の拡大図であり、図において１６は複数の波状あるいはループ状に成形したバネ材料をノード間において数分割したケーブル、１７はノードおよびケーブル１６間においてケーブル１６を折り曲げ可能とするための関節部、１８は関節部１７に収納方向（ケーブル１６が折り畳まれる方向）に力が働くように設けたバネである。この発明によればケーブル１６を折り畳む際にバネ１８の力で自動的に折り畳まれるために人力で折り畳む必要がなく、収納作業が楽になる。
【００２６】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５を示す図であり、アンテナを広げた状態での上面から見たケーブル付近の拡大図を示す。図において１はメッシュ鏡面、２０はピアノ線等のバネ用の材料を用いたコイルバネ、２１はノード１３においてコイルバネ２０を折り曲げ可能とするための関節部、２２はアラミド繊維やクオーツ繊維等で製造されたケーブルであり、このケーブル２２はコイルバネ２０と結合している。２３はコイルバネ２０が展開や収納時に伸び縮みする際にメッシュ鏡面１やケーブル２２に引っかからないように覆うカバーであり、このカバーはパイプ形状をしているが、図においてはその断面を示している。この発明によればノード間のケーブルとして、アラミド繊維やクオーツ繊維等で製造されたケーブル２２とそれに結合したコイルバネ２０を合わせた物全体がケーブルとして機能し、その剛性は主としてコイルバネ２０の剛性（バネ定数）で決まる。ここで、コイルバネ２０の材料の横弾性係数をＧ３、太さをｄ３、コイルの平均径をＤ３、コイルの有効巻数をｎ３とすると、コイルバネ２０の剛性（バネ定数）ｋ３は
【００２７】
【数５】

【００２８】
となるため、コイルバネ２０の材料を横弾性係数Ｇ３、太さをｄ３、コイルの平均径Ｄ３およびコイルの有効巻数ｎ３を変えることによりケーブルとしての剛性を自由に設計できる。よってアラミド繊維やクオーツ繊維等で製造されたケーブル２２は太くて強度の強い物を使用することができ、剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることができる。また、コイルバネ２０が関節部２１で折れ曲がれるばかりでなく、ケーブル２２が任意の位置で曲がることが可能なため収納性が非常に良くなり、小さく収納することが可能となる。
【００２９】
実施の形態６．
図６（ａ）はこの発明の実施の形態６を示す図であり、アンテナを広げた状態での上面から見たケーブル付近の拡大図を示し、また図６（ｂ）はアンテナを広げた状態で側面から見たケーブル付近の拡大図を示す。図において１はメッシュ鏡面、２４はピアノ線等のバネ用の材料を用いたコイルバネで、メッシュ鏡面１に対して垂直に伸び縮みするように取り付けている。２２はアラミド繊維やクオーツ繊維等で製造されたケーブルであり、このケーブル２２はコイルバネ２４と結合している。２７はケーブルの交差する位置においてケーブルを結合するノード、２５はコイルバネ２０が展開や収納時に伸び縮みする際にメッシュ鏡面やケーブル２２に引っかからないように覆うカバーであり、メッシュ鏡面１に対して垂直に取り付けている。このカバー２５はパイプ形状をしているが、図においてはその断面を示している。また２６はケーブル２２をカバー２５の入口付近で直角に方向を変えるためのプーリーである。この発明によればコイルバネ２４およびカバー２５をメッシュ鏡面１に対して垂直に取り付けているためのメッシュ鏡面１の上面から見た面積が小さくなり、コイルバネ２４やカバー２５による電波の反射が少なくなるため反射鏡としての性能が良くなる。
【００３０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、材料や太さ・曲率半径および波の数を変えることによりケーブルとしての剛性や強度を自由に設計できるため、剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることができ、形状の調整性が良く、支持構造の変形に対して形状感度の鈍い鏡面を構成でき、強度が高いので展開収納時に過大な張力がかかっても破損しないというより理想的な鏡面を得ることができる。
【００３１】
また、第２の発明によれば、材料や太さ・曲率半径および波の数を変えることによりケーブルとしての剛性や強度を自由に設計でき、剛性が小さくても強度の高いケーブルを得ることができるとともに、より剛性の小さいケーブルを得ることができるため、形状の調整性が良く、支持構造の変形に対して形状感度の鈍い鏡面を構成でき、強度が高いので展開収納時に過大な張力がかかっても破損しないというより理想的な鏡面を得ることができる。
【００３２】
また、第３の発明によれば、ケーブルを短い長さに分割して関節部で折り畳めるようにしたため収納性が向上され、小さく収納することが可能となる。
【００３３】
また、第４の発明によれば、ケーブルを折り畳む際にバネの力で自動的に折り畳まれるために人力で折り畳む必要がなく、収納作業が楽になる。
【００３４】
また、第５の発明によれば、コイルバネが関節部で折れ曲がれるばかりでなく、ケーブルが任意の位置で曲がることが可能なため、収納性が非常に良くなり、小さく収納することが可能となる。
【００３５】
また、第６の発明によれば、コイルバネおよびカバーをメッシュ鏡面に対して垂直に取り付けているためメッシュ鏡面１の上面から見た面積が小さくなり、コイルバネやカバーによる電波の反射が少なくなるため反射鏡としての性能が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態１を示す図である。
【図２】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態２を示す図である。
【図３】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態３を示す図である。
【図４】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態４を示す図である。
【図５】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態５を示す図である。
【図６】この発明によるメッシュアンテナの実施の形態６を示す上面および側面図である。
【図７】従来のメッシュアンテナの展開状態を示す図である。
【図８】従来のメッシュアンテナの展開途中の状態を示す図である。
【符号の説明】
１メッシュ鏡面、２ケーブルネットワーク、２ａ鏡面ケーブル、２ｂバックケーブル、２ｃタイケーブル、３ノード、４支柱、５支持構造、１０ケーブル、１１関節部、１３ノード、１４ケーブル、１５関節部、１６ケーブル、１７関節部、１８バネ、２０コイルバネ、２１関節部、２２ケーブル、２３カバー、２４コイルバネ、２５カバー、２６プーリー、２７ノード。

Claims

メッシュ鏡面と、
上記メッシュ鏡面を所望の形状に形成するための複数のケーブルと上記ケーブル相互を結合するための複数のノードで構成されたケーブルネットワークと、
上記ケーブルネットワークと結合して張架するための支柱と、
上記支柱を取り付け展開させる支持構造とを備えたメッシュアンテナにおいて、
上記それぞれのケーブルは、曲率Ｒ１の半円形部と当該半円形部の両端に接続された長さａ１の直線部とで成る半波を、複数波状に接続して成形したケーブルとし、かつ当該ケーブルの端部に上記ノードにおいて折り曲げ可能な関節部を設けた
ことを特徴とするメッシュアンテナ。
メッシュ鏡面と、
上記メッシュ鏡面を所望の形状に形成するための複数のケーブルと上記ケーブル相互を結合するための複数のノードで構成されたケーブルネットワークと、
上記ケーブルネットワークと結合して張架するための支柱と、
上記支柱を取り付け展開させる支持構造とを備えたメッシュアンテナにおいて、
上記ケーブルを複数のループ状に成形したケーブルとし、かつ当該ケーブルの端部に上記ノードにおいて折り曲げ可能な関節部を設けた
ことを特徴とするメッシュアンテナ。
メッシュ鏡面と、
上記メッシュ鏡面を所望の形状に形成する
ための複数のケーブルと上記ケーブル相互を結合するための複数のノードで構成されたケーブルネットワークと、上記ケーブルネットワークと結合して張架するための支柱と、上記支柱を取り付け展開させる支持構造とを備えたメッシュアンテナにおいて、
上記ケーブルを複数の波状あるいはループ状に成形し、上記ノード間において数分割したケーブルとし、かつ当該ケーブルの端部に上記ノードと当該ケーブル間において折り曲げ可能な関節部を設けた
ことを特徴とするメッシュアンテナ。
上記関節部に、ケーブルの折り畳まれる方向にバネ力が作用するバネを設けたことを特徴とする請求項３記載のメッシュアンテナ。
メッシュ鏡面と、
上記メッシュ鏡面を所望の形状に形成するための複数のケーブルと上記ケーブル相互を結合するための複数のノードで構成されたケーブルネットワークと、
上記ケーブルネットワークと結合して張架するための支柱と、
上記支柱を取り付け展開させる支持構造とを備えたメッシュアンテナにおいて、
上記それぞれのケーブルの端部と上記ノード間を結合するコイルバネと、
上記コイルバネのノード側の一端に設けられ、上記ノードにおいて上記コイルバネを折り曲げ可能とするための関節部と、
上記コイルバネを覆うカバーとを設けた
ことを特徴とするメッシュアンテナ。
メッシュ鏡面と、
上記メッシュ鏡面を所望の形状に形成するための複数のケーブルと
上記ケーブル相互を結合するための複数のノードで構成されたケーブルネットワークと、
上記ケーブルネットワークと結合して張架するための支柱と、
上記支柱を取り付け展開させる支持構造とを備えたメッシュアンテナにおいて、
上記それぞれのケーブルの端部と結合され、かつ上記メッシュ鏡面と垂直方向に上記ノードに取り付けられたコイルバネと、
上記コイルバネを覆うカバーと、
上記ケーブルを上記カバーの入口付近で直角に方向を変えるためのプーリーとを設けた
ことを特徴とするメッシュアンテナ。