JP4189697B2 - 高周波対応アンテナ用反射材料、及び高周波対応アンテナ用反射材料の設計パラメータの設定方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、三軸織物を用いたアンテナ用反射材料に関し、特に20〜60［GHz］）といった高周波領域まで対応できるアンテナ用の反射材料に関する。
背景技術
人工衛星によるTV等のディジタル放送や移動体通信等の放送および通信市場が拡大する中で、アンテナの大型化やハイパワー化が進んでいる。
最近になって、三軸織物を反射材料として用い、三軸織物の特性を活かしたアンテナが開発されている。
その理由は次の通りである。
三軸織物は軽量で剛性が高く、大型化も容易で寸法および形状精度も高い。
単層で熱膨張係数をほぼ０近くに設計でき、寸法安定性に優れている。
開孔部や柔軟性が振動や衝撃をかわすため、打ち上げ時の衝撃荷重に強い。
反射面の支持部材が簡単な構造で済む。
成形行程が簡略化でき、安定した品質と低コスト化が図れる。
こういった状況の中で、より多くの情報量を伝達できる高周波数のマイクロ波、ミリ波に対応する三軸織物の反射材料が要請されている。
しかし、20〜60［GHz］といった高周波帯域に対応できる三軸織物を用いたアンテナ用反射材料は従来無かった。
本発明は20〜60［GHz］といった高周波帯域まで対応できる三軸織物を用いたアンテナ用反射材料を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明者は、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度を中心に調整することによって、三軸織物の長所を損なうことなく、高周波帯域に対応する反射材料をできることを見い出した。
すなわち、本発明は、単層の三軸織物によって構成されるアンテナ反射材料であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度のうち少なくとも一つをパラメータとして電波の周波数と反射率の関係を変化させ、前記反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように、前記各パラメータを設定したことを特徴とする。
すなわち、４つのパラメータのうち一つのパラメータを変えてもよいし、２つのパラメータを変えてもよいし、３つのパラメータを変えてよいし、４つのパラメータを変えてもよい。
このうち、主要なパラメータは織密度、体積抵抗率、繊度の３つである。また、繊維密度も重要なパラメータである。
フィラメント数およびサイズ剤付着率についてもパラメータとして追加してもよい。フィラメント数は織物厚さに関係するファクタで、単繊維自体の繊維径が同一であれば繊度と比例関係にある。単繊維自体の繊維径が異なれば独立のパラメータとなる。また、サイズ剤付着率は通常３パーセント程度以内のレベルであり、付随的なパラメータである。
前記各パラメータの設定は、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって定めることを特徴とする。
低い周波数帯域では織目の開孔部の影響は小さいが、高周波帯域になると開孔部の影響が大きくなるからである。
このようにすれば、計算によって各パラメータを定めることができ、種々の周波数特性の反射材料を合理的に設計することができる。
本発明はまた、三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料の周波数特性のシミュレーション方法としてとらえることもできる。
すなわち、単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料の周波数と反射率の関係である周波数特性のシミュレーション方法であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとして周波数と反射率の関係である周波数特性を決定するシミュレーション方法である。
本発明はまた、三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料のパラメータ設定方法の発明としてとらえることもできる。
すなわち、単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料のパラメータ設定方法であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとし、周波数と反射率の関係である周波数特性が目標の周波数特性となるように各パラメータを設定するものである。
もちろん、所定の周波数帯域において許容反射率の範囲を設定し、反射率がこの許容反射率の範囲に入るように設定するようにすることもできる。
また、反射率の周波数特性の未知の三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料の反射率の周波数特性を評価する方法としてとらえることもできる。
すなわち、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとし、パラメータをシミュレーションモデルに入力して周波数と反射率の関係である周波数特性が評価するものである。
上記シミュレーション方法、パラメータ設定方法および周波数特性評価方法におけるパラメータについても、アンテナ用反射材料と同様に、フィラメント数およびサイズ剤付着率をパラメータとして追加してもよいことはもちろんである。
織密度は５〜28［本／in］とすることが好ましい。
５［本／in］を下回ると、20［GHz］以上の周波数領域において、−0.5dB以上の反射率が得られなくなる。織密度28［本／in］を上回ると、三軸織機の機構的限界により製織が事実上不可能となる。
特に、織密度を７〜25［本／in］とすることが好適である。
上記したように、５［本／in］付近までは一定の反射率が得られるものの、７［本／in］付近より少なくなると高周波領域での反射率が急激に低下する傾向があるので、７［本／in］以上とすることが好ましい。25［本／in］を超えると上記したように28［本／in］程度までは製織が可能であるが、繊維の損傷が大きくなって反射効率が悪くなる傾向があるので、25［本／in］程度とすることが好適である。
繊度を10〜460tex（ｇ／1000m）の範囲に設定したことを特徴とする。
10texより小さいと、繊維の強度が不足して製織が困難になる。
また、460texより大きいと、20［GHz］以上の周波数領域において−0.5［dB］以上の反射率が得られなくなる。10〜460texの範囲であれば、20〜60［GHz］といった高周波帯域の周波数の電波についても反射率の低下を可及的に抑えることが可能となる。このように設定すると、反射率が−0.5［dB］（入力が出力の約90パーセントになる反射率）以上の高反射率を実現することができることが実験的に確かめられている。
また、体積抵抗率を10-4〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定したことを特徴とする。このようにすれば、このような高周波帯域の反射率を一層向上させることができる。
特に、体積抵抗率を0.7×10-3〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定することが好適である。
体積抵抗率が0.7×10-3より小さいと、繊維が脆くなり製織が困難となる。一方、2.0×10-3より大きいと、高周波に対応する三軸織物の設計が難しくなる。
また、三軸織物の織物組織は、ベーシック組織とバイプレーン組織のいずれを用いてもよく、いずれについても20［GHz］以上の高周波域において−0.5［dB］の反射率を実現している。
ベーシック組織とは、１の方向に互いに平行に配列される多数本の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群が互い違いに交差するように織られて織目に六角形状の開孔部が形成された組織である。
バイプレー組織とは、第１の方向に互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群が互い違いに交差するように織られた組織である。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態に係るアンテナ用反射材料の構成図、図１（ｂ）はバイプレーンタイプの三軸織物の織物組織を示す図である。
図２（ａ）,（ｂ）は複合モデル反射率の計算結果と、実測値とを比較して示すグラフである。
図３（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各織密度における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図４（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各繊度における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図５（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各体積抵抗率における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図６（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各織物組織における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図７（ａ）は矩形導波管近似の説明図、図７（ｂ）は円形導波管近似の説明図である。
図８（ａ）は反射率に対する織密度の影響をシミュレーションしたグラフ、図８（ｂ）は反射率に対する繊維密度の影響をシミュレーションしたグラフである。
図９（ａ）は反射率に対する繊度の影響をシミュレーションしたグラフ、図８（ｂ）は反射率に対する体積抵抗率の影響をシミュレーションしたグラフである。
図10（ａ）は反射率に対するフィラメント数の影響をシミュレーションしたグラフ、図10（ｂ）は反射率に対するサイズ剤付着率の影響をシミュレーションしたグラフである。
図11は反射率に対する織り組織の影響をシミュレーションしたグラフである。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
本発明の一実施の形態に係る高周波対応アンテナ用反射材料を示す図１において、１はアンテナ用反射材料に用いられる単層の三軸織物を示している。
本実施の形態のアンテナ用反射材料は、この三軸織物１に不図示のマトリックス樹脂を含浸させたものである。
三軸織物１の織物組織は、ベーシック組織となっている。ベーシック組織は、第１の方向に互いに平行に配列される多数本の緯糸２と、緯糸２に対して直交する直交線に対して斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第１の経糸３と、緯糸２に対して直交する直交線に対して第１の経糸３と対称的に斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第２の経糸４と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸2,3,4が互い違いに交差するように織られており、織目に六角形状の開孔部５が形成されている。
三軸織物１の織物組織としては、図１（ｂ）に示すように、上記したベーシック構造の開孔部５を埋めるように、緯糸と第1,第２の経糸2,3,4を織り込んだバイプレーン組織としてもよい。
すなわち、このバイプレーン組織は、第１の方向に互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の緯糸２と、緯糸２に対して直交する直交線に対して斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第１の経糸３と、緯糸２に対して直交する直交線に対して第１の経糸３と対称的に斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第２の経糸４と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群2,3,4が互い違いに交差するように織られている。
三軸織物１に使用される繊維は、電波を反射するために、繊維自体が導電性を有することが好ましい。さらに、宇宙空間で使用することを考慮すると、打ち上げ時のコストは重さの２乗に反比例するために重量が軽いことが必要である。また、打ち上げ時の振動、衝撃荷重や寸法、形状精度の問題を考慮すると、強度、弾性率が高いことが要求される。また、宇宙空間では−180〜130［℃］での機能、形状安定性が要求されることから、熱膨張率が小さいことが必要である。また、日照部と日陰部の温度差を緩和するために熱伝導性は高い材料が好適である。
このような材料としては、たとえば炭素繊維（CF）（黒鉛繊維を含む）が好適である。その他、導電性繊維あるいは金属メッキ等によって導電性を持たせた繊維等を用いることができる。導電性を持たせるには、製織後に導電性加工を施してもよい。
また、マトリックス樹脂３は、宇宙空間での材質安定性を確保するために脱ガス性が小さく、また、脱湿変形を抑えるために湿潤膨張率が小さい材料が好ましい。たとえば、ポリシアネート樹脂が好適である。その他エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等も使用可能である。
本発明は、三軸織物の織密度ｎ［本／in］、体積抵抗率ρ［Ω・cm］、繊度η［tex］、繊維密度γ［ｇ／cm3］、フィラメント数Fcおよびサイズ剤付ｓ着率の少なくとも一つをパラメータとして電波の周波数ｆ［GHz］と反射率［dB］の関係を変化させ、前記反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように、前記各パラメータを設定したことを特徴とする。
すなわち、４つのパラメータのうち一つのパラメータを変えてもよいし、２つのパラメータを変えてもよいし、３つのパラメータを変えてよいし、４つのパラメータすべてを変えてもよい。
このうち、主要なパラメータは織密度n［本／in］、体積抵抗率ρ［Ω・cm］、繊度η［tex］の３つである。また、繊維密度γ［ｇ／cm3］も重要なパラメータである。
一方、フィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓについてもパラメータとして追加してもよい。フィラメント数Fcは織物厚さに関係するファクタで、単繊維自体の繊維径が同一であれば繊度と比例関係にある。単繊維自体の繊維径が異なれば独立のパラメータとなる。また、サイズ剤付着率ｓは通常３パーセント程度以内のレベルであり、付随的なパラメータである。
この各パラメータの設定は、式１に示すように、三軸織物の面抵抗Rsに基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部５に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって定める。低い周波数帯域では織目の開孔部の影響は小さいが、高周波帯域になると開孔部の影響が大きくなるからである。
Γ＝Γｓ＋Γｐ・・・（式１）
第１の反射率Γｓは、たとえば、抵抗被膜近似による計算式（式３）によって求めることができる。
この計算式（式３）は上記したパラメータの織密度n,繊度η,体積抵抗率ρ,繊維密度γ,フィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓ等によって計算することができる。たとえば、これらのパラメータを用いて（式３）のＲ′ｓを変形整理したのが（式４）である。式４中、ｃは織り糸の波打ちの度合いを表すクリンプ係数である。
この第１の反射率Γｓは、また、Schelkunoff（シェルクノフ）理論による計算式（式２）によって求めることもできる。
一方、第２の反射率Γｐは矩形導波管近似による計算式（式６）によって求めることができる。
この計算式（式６）は開孔部の形状,寸法（織密度ｎから幾何学的に求まる）をパラメータとして求めることができる。すなわち、図７（ａ）には矩形導波管近似における開孔幅a,開孔部周期ｂを示すもので、これらの値は織密度ｎから幾何学的に導き出せる。これに基づき式６中のA,B,βを変形整理したのが（式７）である。
なお、第２の反射率Γｐは、この他、円形導波管近似による計算式（式５）、あるいはメッシュ解析モデルによる反射率等によって求めることができる。
図７（ｂ）は円形導波管近似における外接円半径ａ、開孔部周期ｂを示すもので、これについても幾何学的に決定される。
また、メッシュ解析モデルの場合には、特に図示しないが、織目を取り囲む四角形状のメッシュを単位として解析するものである。
図２は、本実施の形態のアンテナ用反射材料の電波反射率の周波数特性を示すものである。
電波反射率の周波数特性は、周波数が高くなるに低下していくが、20〜60［GHz］以上の高周波波帯域からは急激に低下する。
図中、プロット（○）は実測値であり、上式で演算した第１の反射率Γｓ、第２の反射率Γｐ、第１の反射率と第２の反射率の和として演算された複合モデル反射率Γ＝Γｓ＋Γｐを示す。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織で、
▲１▼体積抵抗率（ρ）が2.0×10-3［Ω・cm］］、織密度（ｎ）が9.25［本／in］、繊度（η）が66［tex］のもの（図２（ａ））と、
▲２▼体積抵抗率（ρ）が1.5×10-3［Ω・cm］］、織密度（ｎ）が18.5［本／in］、繊度（η）が33［tex］のもの（図２（ｂ））について求めた。
この結果、実測値は、10［GHz］程度までは面抵抗による計算式（抵抗被膜近似）（式3,式４）で求めた第１の反射率Γｓによく合致している。この間は、開孔部による計算式（式6,式７）で求めた第２の反射率Γｐはほとんど変化しない。
10［GHz］を超えると、第１の反射率Γｓの計算値から外れて低下し、その低下率はΓ＝Γｓ＋Γｐによく合致している。
許容反射率を−0.5［dB］（入力が出力の約90％となる反射率）とした場合に、▲１▼の材料は30［GHz］程度まで使用可能で、▲２▼の材料では60［GHz］程度まで使用可能な特性を有することが分かる。
このように、上式で演算した反射率は、低周波数帯域から高周波数帯域まで広い範囲にわたって実測値とよく一致しており、様々な周波数特性を備えた三軸織物を使ったアンテナ用反射材料を設計することが可能となった。
さらに、織密度ｎ、繊度η、体積抵抗率ρについて、電波反射率に周波数特性にどのように影響するかを具体的に検討した結果が図３〜図５である。
図３（ａ）は、織密度ｎをパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図３（ｂ）は計算結果をを示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織、体積抵抗率（ρ）は2.0×10-3［Ω・cm］］とし、織密度として、4.625［本／in］（繊度η：396［tex］）（SG−801）、9.25［本／in］（繊度η：198［tex］）（SK−802）、18.5［本／in］（繊度η：33［tex］）（SA−8005）の三種類について測定した。
この結果、許容反射率を−0.5［dB］（入力が出力の約90％となる反射率）とした場合に、織密度（ｎ）が4.625［本／in］では10［GHz］を越えた当りで許容反射率を下回り、9.25［本／in］、18.5［本／in］では許容反射率を満たすことが分かった。
鋭意研究の結果、織密度（ｎ）は５〜28［本／in］とすることが好ましい。５［本／in］を下回ると、20［GHz］以上の周波数領域において、−0.5dB以上の反射率が得られなくなる。織密度28［本／in］を上回ると、三軸織物の機構的限界により製織が事実上不可能となる。
特に、織密度を７〜25［本／in］とすることが好適である。上記したように、５［本／in］付近までは一定の反射率が得られるものの、７［本／in］付近より少なくなると高周波領域での反射率が急激に低下する傾向があるので、７［本／in］以上とすることが好ましい。25［本／in］を超えると上記したように28［本／in］程度までは製織が可能であるが、繊維の損傷が大きくなって反射効率が悪くなる傾向があるので、25［本／in］程度とすることが好適である。
また、図４（ａ）には、繊度（η）をパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図４（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織、織密度（ｎ）は9.25［本／in］とし、体積抵抗率（ρ）を2.0×10-3［Ω・cm］、繊度（η）が33［tex］（ｇ／1000m）（SK−802）と198［tex］（SK−801）の２種類について測定した。
この結果、繊度（η）が大きい方が反射率が向上することがわかった。
鋭意研究の結果、繊度（η）が10texより細いと、繊維強度が不足して繊維の製造および三軸織物の製織が難しく反射率も悪くなる。また、460texより大きいと、20［GHz］以上の周波数領域において−0.5［dB］（入力が出力の約90パーセントになる反射率の範囲）以上の反射率が得られなくなる。10〜460texであれば、20〜60［GHz］といった高周波帯域の周波数の電波についても反射率の低下を可及的に抑えることが可能となることが確かめられている。
また、図５（ａ）には、繊維の体積抵抗率（ρ）をパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図５（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN（パン）系とPitch（ピッチ）系の炭素繊維の２種類、織物組織はベーシック組織、織密度（ｎ）は9.25［本／in］とし、繊度（η）をPAN系が66［tex］、Pitch系が60［tex］とした。体積抵抗率（ρ）は、PAN系の炭素繊維が2.0×10-3［Ω・cm］（SK−802）、Pitch系炭素繊維が0.7×10-3（SK−920）である。
その結果、体積抵抗率（ρ）が小さい方が反射率が向上することがわかった。
一般に、使用に適した炭素繊維の体積抵抗率は10-4〜2,0×10-3［Ω・cm］程度の範囲である。このようにすれば、このような高周波帯域の反射率を一層向上させることができる。
特に、体積抵抗率を0.7×10-3〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定することが好ましい。体積抵抗率が0.7×10-3もより小さいと、繊維が脆くなり製織が困難となる。一方、2.0×10-3より大きいと、高周波に対応する三軸織物の設計が難しくなる。
さらに、図６（ａ）には、織物組織による、電波反射率の周波数特性の違いを測定した結果、図６（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織密度（ｎ）は単純に比較できないので目付け重量を220［ｇ／m2］,150［ｇ／m2］、繊度（η）が198,66［tex］、体積抵抗率（ρ）を2.0×10-3［Ω・cm］として測定した。
その結果、ベーシック組織（SK−801）よりもバイプレーン組織（SP−802）の方が電波反射率が向上することがわかった。
現状においてベーシック組織では、織密度（ｎ）18.5［本／in］、繊度（η）33［tex］、体積抵抗率（ρ）1.5×10-3［Ω・cm］の条件で、60［GHz］で−0.5［dB］の反射率が得られている。
また、バイプレーン組織では、織密度（ｎ）18.5［本／in］、繊度（η）66［tex］、体積抵抗率（ρ）2.0×10-3［Ω・cm］の条件で、80GHz］で−0.5［dB］の反射率が得られている。
したがって、反射率だけからすれば、ベーシック組織よりもバイプレーン組織の方が開孔部の開孔面積が小さくなるので効果的である。しかし、成形性、物性、機能性、形状安定性等を総合的に考慮すると、ベーシック組織が好ましい。
以上の図３〜図６については、それぞれ各パラメータを変化させた場合の反射率の変化の実験例であるが、実際には、実験に用いる炭素繊維は製糸メーカの規格品であって、各パラメータを個別独立に変化させて実験することが現状では不可能で、他のパラメータの変化の影響も受けた実験例となっている。したがって、個別のパラメータによる影響を実測することは現状では不可能で、これが反射率特性を設計することを困難としている。
本発明によれば、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって、個別のパラメータの反射率特性に与える影響をシミュレーションすることができ、合理的な設計が可能となった。
たとえば、図８〜10は個別のパラメータを変えた場合の反射率特性のシミュレーションの結果を示している。
図８（ａ）は織密度ｎのみを変化させた場合、図８（ｂ）は繊維密度γのみを変化させた場合、図９（ａ）は繊度ηのみを変化させた場合、図９（ｂ）は体積抵抗率ρのみを変化させた場合、図10（ａ）はフィラメント数Fcを変化させた場合、図10（ｂ）はサイズ剤付着率ｓを変化させた場合の影響を計算してグラフ化したものである。このようにフィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓについては、影響が小さいことがわかる。
また、図11は織組織がベーシック組織とバイプレーン組織とした場合の影響を示す。バイプレーン組織の方が高周波になるほど反射率の低下が小さいことがわかる。
以上の通り、本発明は、三軸織物の織密度（ｎ）、体積抵抗率（ρ）、繊度（η）を中心に調整することによって、三軸織物の長所を損なうことなく、高周波帯域に対応する反射材料ができることを見い出したもので、織密度（ｎ）、体積抵抗率（ρ）および繊度（η）を、電波の反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように設定すればよい。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、三軸織物の織り密度、体積抵抗率および繊度等のパラメータを調整することによって、単層構成で三軸織物の長所を損なうことなく高周波帯域に対応するアンテナ用反射材料を実現できる。
本発明は、三軸織物を用いたアンテナ用反射材料に関し、特に20〜60［GHz］）といった高周波領域まで対応できるアンテナ用の反射材料に関する。
背景技術
人工衛星によるTV等のディジタル放送や移動体通信等の放送および通信市場が拡大する中で、アンテナの大型化やハイパワー化が進んでいる。
最近になって、三軸織物を反射材料として用い、三軸織物の特性を活かしたアンテナが開発されている。
その理由は次の通りである。
三軸織物は軽量で剛性が高く、大型化も容易で寸法および形状精度も高い。
単層で熱膨張係数をほぼ０近くに設計でき、寸法安定性に優れている。
開孔部や柔軟性が振動や衝撃をかわすため、打ち上げ時の衝撃荷重に強い。
反射面の支持部材が簡単な構造で済む。
成形行程が簡略化でき、安定した品質と低コスト化が図れる。
こういった状況の中で、より多くの情報量を伝達できる高周波数のマイクロ波、ミリ波に対応する三軸織物の反射材料が要請されている。
しかし、20〜60［GHz］といった高周波帯域に対応できる三軸織物を用いたアンテナ用反射材料は従来無かった。
本発明は20〜60［GHz］といった高周波帯域まで対応できる三軸織物を用いたアンテナ用反射材料を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明者は、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度を中心に調整することによって、三軸織物の長所を損なうことなく、高周波帯域に対応する反射材料をできることを見い出した。
すなわち、本発明は、単層の三軸織物によって構成されるアンテナ反射材料であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度のうち少なくとも一つをパラメータとして電波の周波数と反射率の関係を変化させ、前記反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように、前記各パラメータを設定したことを特徴とする。
すなわち、４つのパラメータのうち一つのパラメータを変えてもよいし、２つのパラメータを変えてもよいし、３つのパラメータを変えてよいし、４つのパラメータを変えてもよい。
このうち、主要なパラメータは織密度、体積抵抗率、繊度の３つである。また、繊維密度も重要なパラメータである。
フィラメント数およびサイズ剤付着率についてもパラメータとして追加してもよい。フィラメント数は織物厚さに関係するファクタで、単繊維自体の繊維径が同一であれば繊度と比例関係にある。単繊維自体の繊維径が異なれば独立のパラメータとなる。また、サイズ剤付着率は通常３パーセント程度以内のレベルであり、付随的なパラメータである。
前記各パラメータの設定は、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって定めることを特徴とする。
低い周波数帯域では織目の開孔部の影響は小さいが、高周波帯域になると開孔部の影響が大きくなるからである。
このようにすれば、計算によって各パラメータを定めることができ、種々の周波数特性の反射材料を合理的に設計することができる。
本発明はまた、三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料の周波数特性のシミュレーション方法としてとらえることもできる。
すなわち、単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料の周波数と反射率の関係である周波数特性のシミュレーション方法であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとして周波数と反射率の関係である周波数特性を決定するシミュレーション方法である。
本発明はまた、三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料のパラメータ設定方法の発明としてとらえることもできる。
すなわち、単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料のパラメータ設定方法であって、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとし、周波数と反射率の関係である周波数特性が目標の周波数特性となるように各パラメータを設定するものである。
もちろん、所定の周波数帯域において許容反射率の範囲を設定し、反射率がこの許容反射率の範囲に入るように設定するようにすることもできる。
また、反射率の周波数特性の未知の三軸織物を用いた高周波対応アンテナ用反射材料の反射率の周波数特性を評価する方法としてとらえることもできる。
すなわち、三軸織物の織密度、体積抵抗率、繊度および繊維密度をパラメータとし、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γをシミュレーションモデルとし、パラメータをシミュレーションモデルに入力して周波数と反射率の関係である周波数特性が評価するものである。
上記シミュレーション方法、パラメータ設定方法および周波数特性評価方法におけるパラメータについても、アンテナ用反射材料と同様に、フィラメント数およびサイズ剤付着率をパラメータとして追加してもよいことはもちろんである。
織密度は５〜28［本／in］とすることが好ましい。
５［本／in］を下回ると、20［GHz］以上の周波数領域において、−0.5dB以上の反射率が得られなくなる。織密度28［本／in］を上回ると、三軸織機の機構的限界により製織が事実上不可能となる。
特に、織密度を７〜25［本／in］とすることが好適である。
上記したように、５［本／in］付近までは一定の反射率が得られるものの、７［本／in］付近より少なくなると高周波領域での反射率が急激に低下する傾向があるので、７［本／in］以上とすることが好ましい。25［本／in］を超えると上記したように28［本／in］程度までは製織が可能であるが、繊維の損傷が大きくなって反射効率が悪くなる傾向があるので、25［本／in］程度とすることが好適である。
繊度を10〜460tex（ｇ／1000m）の範囲に設定したことを特徴とする。
10texより小さいと、繊維の強度が不足して製織が困難になる。
また、460texより大きいと、20［GHz］以上の周波数領域において−0.5［dB］以上の反射率が得られなくなる。10〜460texの範囲であれば、20〜60［GHz］といった高周波帯域の周波数の電波についても反射率の低下を可及的に抑えることが可能となる。このように設定すると、反射率が−0.5［dB］（入力が出力の約90パーセントになる反射率）以上の高反射率を実現することができることが実験的に確かめられている。
また、体積抵抗率を10-4〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定したことを特徴とする。このようにすれば、このような高周波帯域の反射率を一層向上させることができる。
特に、体積抵抗率を0.7×10-3〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定することが好適である。
体積抵抗率が0.7×10-3より小さいと、繊維が脆くなり製織が困難となる。一方、2.0×10-3より大きいと、高周波に対応する三軸織物の設計が難しくなる。
また、三軸織物の織物組織は、ベーシック組織とバイプレーン組織のいずれを用いてもよく、いずれについても20［GHz］以上の高周波域において−0.5［dB］の反射率を実現している。
ベーシック組織とは、１の方向に互いに平行に配列される多数本の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群が互い違いに交差するように織られて織目に六角形状の開孔部が形成された組織である。
バイプレー組織とは、第１の方向に互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群が互い違いに交差するように織られた組織である。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態に係るアンテナ用反射材料の構成図、図１（ｂ）はバイプレーンタイプの三軸織物の織物組織を示す図である。
図２（ａ）,（ｂ）は複合モデル反射率の計算結果と、実測値とを比較して示すグラフである。
図３（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各織密度における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図４（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各繊度における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図５（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各体積抵抗率における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図６（ａ）,（ｂ）は本実施の形態のアンテナ反射材料の各織物組織における周波数と反射率の関係を示すグラフである。
図７（ａ）は矩形導波管近似の説明図、図７（ｂ）は円形導波管近似の説明図である。
図８（ａ）は反射率に対する織密度の影響をシミュレーションしたグラフ、図８（ｂ）は反射率に対する繊維密度の影響をシミュレーションしたグラフである。
図９（ａ）は反射率に対する繊度の影響をシミュレーションしたグラフ、図８（ｂ）は反射率に対する体積抵抗率の影響をシミュレーションしたグラフである。
図10（ａ）は反射率に対するフィラメント数の影響をシミュレーションしたグラフ、図10（ｂ）は反射率に対するサイズ剤付着率の影響をシミュレーションしたグラフである。
図11は反射率に対する織り組織の影響をシミュレーションしたグラフである。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
本発明の一実施の形態に係る高周波対応アンテナ用反射材料を示す図１において、１はアンテナ用反射材料に用いられる単層の三軸織物を示している。
本実施の形態のアンテナ用反射材料は、この三軸織物１に不図示のマトリックス樹脂を含浸させたものである。
三軸織物１の織物組織は、ベーシック組織となっている。ベーシック組織は、第１の方向に互いに平行に配列される多数本の緯糸２と、緯糸２に対して直交する直交線に対して斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第１の経糸３と、緯糸２に対して直交する直交線に対して第１の経糸３と対称的に斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第２の経糸４と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸2,3,4が互い違いに交差するように織られており、織目に六角形状の開孔部５が形成されている。
三軸織物１の織物組織としては、図１（ｂ）に示すように、上記したベーシック構造の開孔部５を埋めるように、緯糸と第1,第２の経糸2,3,4を織り込んだバイプレーン組織としてもよい。
すなわち、このバイプレーン組織は、第１の方向に互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の緯糸２と、緯糸２に対して直交する直交線に対して斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第１の経糸３と、緯糸２に対して直交する直交線に対して第１の経糸３と対称的に斜め30度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第２の経糸４と、を備え、これら緯糸群と第1,第２の経糸群2,3,4が互い違いに交差するように織られている。
三軸織物１に使用される繊維は、電波を反射するために、繊維自体が導電性を有することが好ましい。さらに、宇宙空間で使用することを考慮すると、打ち上げ時のコストは重さの２乗に反比例するために重量が軽いことが必要である。また、打ち上げ時の振動、衝撃荷重や寸法、形状精度の問題を考慮すると、強度、弾性率が高いことが要求される。また、宇宙空間では−180〜130［℃］での機能、形状安定性が要求されることから、熱膨張率が小さいことが必要である。また、日照部と日陰部の温度差を緩和するために熱伝導性は高い材料が好適である。
このような材料としては、たとえば炭素繊維（CF）（黒鉛繊維を含む）が好適である。その他、導電性繊維あるいは金属メッキ等によって導電性を持たせた繊維等を用いることができる。導電性を持たせるには、製織後に導電性加工を施してもよい。
また、マトリックス樹脂３は、宇宙空間での材質安定性を確保するために脱ガス性が小さく、また、脱湿変形を抑えるために湿潤膨張率が小さい材料が好ましい。たとえば、ポリシアネート樹脂が好適である。その他エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等も使用可能である。
本発明は、三軸織物の織密度ｎ［本／in］、体積抵抗率ρ［Ω・cm］、繊度η［tex］、繊維密度γ［ｇ／cm3］、フィラメント数Fcおよびサイズ剤付ｓ着率の少なくとも一つをパラメータとして電波の周波数ｆ［GHz］と反射率［dB］の関係を変化させ、前記反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように、前記各パラメータを設定したことを特徴とする。
すなわち、４つのパラメータのうち一つのパラメータを変えてもよいし、２つのパラメータを変えてもよいし、３つのパラメータを変えてよいし、４つのパラメータすべてを変えてもよい。
このうち、主要なパラメータは織密度n［本／in］、体積抵抗率ρ［Ω・cm］、繊度η［tex］の３つである。また、繊維密度γ［ｇ／cm3］も重要なパラメータである。
一方、フィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓについてもパラメータとして追加してもよい。フィラメント数Fcは織物厚さに関係するファクタで、単繊維自体の繊維径が同一であれば繊度と比例関係にある。単繊維自体の繊維径が異なれば独立のパラメータとなる。また、サイズ剤付着率ｓは通常３パーセント程度以内のレベルであり、付随的なパラメータである。
この各パラメータの設定は、式１に示すように、三軸織物の面抵抗Rsに基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部５に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって定める。低い周波数帯域では織目の開孔部の影響は小さいが、高周波帯域になると開孔部の影響が大きくなるからである。
Γ＝Γｓ＋Γｐ・・・（式１）
第１の反射率Γｓは、たとえば、抵抗被膜近似による計算式（式３）によって求めることができる。
この計算式（式３）は上記したパラメータの織密度n,繊度η,体積抵抗率ρ,繊維密度γ,フィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓ等によって計算することができる。たとえば、これらのパラメータを用いて（式３）のＲ′ｓを変形整理したのが（式４）である。式４中、ｃは織り糸の波打ちの度合いを表すクリンプ係数である。
この第１の反射率Γｓは、また、Schelkunoff（シェルクノフ）理論による計算式（式２）によって求めることもできる。
一方、第２の反射率Γｐは矩形導波管近似による計算式（式６）によって求めることができる。
この計算式（式６）は開孔部の形状,寸法（織密度ｎから幾何学的に求まる）をパラメータとして求めることができる。すなわち、図７（ａ）には矩形導波管近似における開孔幅a,開孔部周期ｂを示すもので、これらの値は織密度ｎから幾何学的に導き出せる。これに基づき式６中のA,B,βを変形整理したのが（式７）である。
なお、第２の反射率Γｐは、この他、円形導波管近似による計算式（式５）、あるいはメッシュ解析モデルによる反射率等によって求めることができる。
図７（ｂ）は円形導波管近似における外接円半径ａ、開孔部周期ｂを示すもので、これについても幾何学的に決定される。
また、メッシュ解析モデルの場合には、特に図示しないが、織目を取り囲む四角形状のメッシュを単位として解析するものである。
図２は、本実施の形態のアンテナ用反射材料の電波反射率の周波数特性を示すものである。
電波反射率の周波数特性は、周波数が高くなるに低下していくが、20〜60［GHz］以上の高周波波帯域からは急激に低下する。
図中、プロット（○）は実測値であり、上式で演算した第１の反射率Γｓ、第２の反射率Γｐ、第１の反射率と第２の反射率の和として演算された複合モデル反射率Γ＝Γｓ＋Γｐを示す。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織で、
▲１▼体積抵抗率（ρ）が2.0×10-3［Ω・cm］］、織密度（ｎ）が9.25［本／in］、繊度（η）が66［tex］のもの（図２（ａ））と、
▲２▼体積抵抗率（ρ）が1.5×10-3［Ω・cm］］、織密度（ｎ）が18.5［本／in］、繊度（η）が33［tex］のもの（図２（ｂ））について求めた。
この結果、実測値は、10［GHz］程度までは面抵抗による計算式（抵抗被膜近似）（式3,式４）で求めた第１の反射率Γｓによく合致している。この間は、開孔部による計算式（式6,式７）で求めた第２の反射率Γｐはほとんど変化しない。
10［GHz］を超えると、第１の反射率Γｓの計算値から外れて低下し、その低下率はΓ＝Γｓ＋Γｐによく合致している。
許容反射率を−0.5［dB］（入力が出力の約90％となる反射率）とした場合に、▲１▼の材料は30［GHz］程度まで使用可能で、▲２▼の材料では60［GHz］程度まで使用可能な特性を有することが分かる。
このように、上式で演算した反射率は、低周波数帯域から高周波数帯域まで広い範囲にわたって実測値とよく一致しており、様々な周波数特性を備えた三軸織物を使ったアンテナ用反射材料を設計することが可能となった。
さらに、織密度ｎ、繊度η、体積抵抗率ρについて、電波反射率に周波数特性にどのように影響するかを具体的に検討した結果が図３〜図５である。
図３（ａ）は、織密度ｎをパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図３（ｂ）は計算結果をを示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織、体積抵抗率（ρ）は2.0×10-3［Ω・cm］］とし、織密度として、4.625［本／in］（繊度η：396［tex］）（SG−801）、9.25［本／in］（繊度η：198［tex］）（SK−802）、18.5［本／in］（繊度η：33［tex］）（SA−8005）の三種類について測定した。
この結果、許容反射率を−0.5［dB］（入力が出力の約90％となる反射率）とした場合に、織密度（ｎ）が4.625［本／in］では10［GHz］を越えた当りで許容反射率を下回り、9.25［本／in］、18.5［本／in］では許容反射率を満たすことが分かった。
鋭意研究の結果、織密度（ｎ）は５〜28［本／in］とすることが好ましい。５［本／in］を下回ると、20［GHz］以上の周波数領域において、−0.5dB以上の反射率が得られなくなる。織密度28［本／in］を上回ると、三軸織物の機構的限界により製織が事実上不可能となる。
特に、織密度を７〜25［本／in］とすることが好適である。上記したように、５［本／in］付近までは一定の反射率が得られるものの、７［本／in］付近より少なくなると高周波領域での反射率が急激に低下する傾向があるので、７［本／in］以上とすることが好ましい。25［本／in］を超えると上記したように28［本／in］程度までは製織が可能であるが、繊維の損傷が大きくなって反射効率が悪くなる傾向があるので、25［本／in］程度とすることが好適である。
また、図４（ａ）には、繊度（η）をパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図４（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織物組織はベーシック組織、織密度（ｎ）は9.25［本／in］とし、体積抵抗率（ρ）を2.0×10-3［Ω・cm］、繊度（η）が33［tex］（ｇ／1000m）（SK−802）と198［tex］（SK−801）の２種類について測定した。
この結果、繊度（η）が大きい方が反射率が向上することがわかった。
鋭意研究の結果、繊度（η）が10texより細いと、繊維強度が不足して繊維の製造および三軸織物の製織が難しく反射率も悪くなる。また、460texより大きいと、20［GHz］以上の周波数領域において−0.5［dB］（入力が出力の約90パーセントになる反射率の範囲）以上の反射率が得られなくなる。10〜460texであれば、20〜60［GHz］といった高周波帯域の周波数の電波についても反射率の低下を可及的に抑えることが可能となることが確かめられている。
また、図５（ａ）には、繊維の体積抵抗率（ρ）をパラメータとして、電波反射率の周波数特性を測定した結果、図５（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN（パン）系とPitch（ピッチ）系の炭素繊維の２種類、織物組織はベーシック組織、織密度（ｎ）は9.25［本／in］とし、繊度（η）をPAN系が66［tex］、Pitch系が60［tex］とした。体積抵抗率（ρ）は、PAN系の炭素繊維が2.0×10-3［Ω・cm］（SK−802）、Pitch系炭素繊維が0.7×10-3（SK−920）である。
その結果、体積抵抗率（ρ）が小さい方が反射率が向上することがわかった。
一般に、使用に適した炭素繊維の体積抵抗率は10-4〜2,0×10-3［Ω・cm］程度の範囲である。このようにすれば、このような高周波帯域の反射率を一層向上させることができる。
特に、体積抵抗率を0.7×10-3〜2.0×10-3［Ω・cm］の範囲に設定することが好ましい。体積抵抗率が0.7×10-3もより小さいと、繊維が脆くなり製織が困難となる。一方、2.0×10-3より大きいと、高周波に対応する三軸織物の設計が難しくなる。
さらに、図６（ａ）には、織物組織による、電波反射率の周波数特性の違いを測定した結果、図６（ｂ）には計算結果を示している。
ここで、糸種はPAN系炭素繊維、織密度（ｎ）は単純に比較できないので目付け重量を220［ｇ／m2］,150［ｇ／m2］、繊度（η）が198,66［tex］、体積抵抗率（ρ）を2.0×10-3［Ω・cm］として測定した。
その結果、ベーシック組織（SK−801）よりもバイプレーン組織（SP−802）の方が電波反射率が向上することがわかった。
現状においてベーシック組織では、織密度（ｎ）18.5［本／in］、繊度（η）33［tex］、体積抵抗率（ρ）1.5×10-3［Ω・cm］の条件で、60［GHz］で−0.5［dB］の反射率が得られている。
また、バイプレーン組織では、織密度（ｎ）18.5［本／in］、繊度（η）66［tex］、体積抵抗率（ρ）2.0×10-3［Ω・cm］の条件で、80GHz］で−0.5［dB］の反射率が得られている。
したがって、反射率だけからすれば、ベーシック組織よりもバイプレーン組織の方が開孔部の開孔面積が小さくなるので効果的である。しかし、成形性、物性、機能性、形状安定性等を総合的に考慮すると、ベーシック組織が好ましい。
以上の図３〜図６については、それぞれ各パラメータを変化させた場合の反射率の変化の実験例であるが、実際には、実験に用いる炭素繊維は製糸メーカの規格品であって、各パラメータを個別独立に変化させて実験することが現状では不可能で、他のパラメータの変化の影響も受けた実験例となっている。したがって、個別のパラメータによる影響を実測することは現状では不可能で、これが反射率特性を設計することを困難としている。
本発明によれば、三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率Γｓと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率Γｐとの和によって得られる複合モデル反射率Γによって、個別のパラメータの反射率特性に与える影響をシミュレーションすることができ、合理的な設計が可能となった。
たとえば、図８〜10は個別のパラメータを変えた場合の反射率特性のシミュレーションの結果を示している。
図８（ａ）は織密度ｎのみを変化させた場合、図８（ｂ）は繊維密度γのみを変化させた場合、図９（ａ）は繊度ηのみを変化させた場合、図９（ｂ）は体積抵抗率ρのみを変化させた場合、図10（ａ）はフィラメント数Fcを変化させた場合、図10（ｂ）はサイズ剤付着率ｓを変化させた場合の影響を計算してグラフ化したものである。このようにフィラメント数Fcおよびサイズ剤付着率ｓについては、影響が小さいことがわかる。
また、図11は織組織がベーシック組織とバイプレーン組織とした場合の影響を示す。バイプレーン組織の方が高周波になるほど反射率の低下が小さいことがわかる。
以上の通り、本発明は、三軸織物の織密度（ｎ）、体積抵抗率（ρ）、繊度（η）を中心に調整することによって、三軸織物の長所を損なうことなく、高周波帯域に対応する反射材料ができることを見い出したもので、織密度（ｎ）、体積抵抗率（ρ）および繊度（η）を、電波の反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲に入るように設定すればよい。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、三軸織物の織り密度、体積抵抗率および繊度等のパラメータを調整することによって、単層構成で三軸織物の長所を損なうことなく高周波帯域に対応するアンテナ用反射材料を実現できる。
Claims (11)
- 単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料の設計パラメータの設定方法であって、
設計パラメータとして、
三軸織物の織密度ｎ、体積抵抗率ρ、繊度η、繊維密度γ、サイズ剤付着率ｓおよび厚さｔを与えるステップと、
三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率ΓSと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率ΓPとの和によって得られる複合モデル反射率Γを用いて、与えられた前記設計パラメータに基いて算出される反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲内に入るように前記設計パラメータを設定するステップとを有し、
前記Γ S は、
ｆ：周波数（Ｈｚ）
Ｚ 0 ：自由空間の波動インピーダンス（３７６．７Ω）
μ 0 ：真空中の透磁率（４×π×１０ -7 ）
で与えられ、
前記Γ P は、
- 単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料の設計パラメータの設定方法であって、
設計パラメータとして、
三軸織物の織密度ｎ、体積抵抗率ρ、繊度η、繊維密度γ、サイズ剤付着率ｓおよび厚さｔを与えるステップと、
三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率ΓSと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率ΓPとの和によって得られる複合モデル反射率Γを用いて、与えられた前記設計パラメータに基づき算出される反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲内に入るように前記設計パラメータを設定するステップとを有し、
前記Γ S は、
ｆ：周波数（Ｈｚ）
Ｚ 0 ：自由空間の波動インピーダンス（３７６．７Ω）
μ 0 ：真空中の透磁率（４×π×１０ -7 ）
で与えられ、
前記Γ P は、
- 単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料であって、
設計パラメータとして、
三軸織物の織密度ｎ、体積抵抗率ρ、繊度η、繊維密度γ、サイズ剤付着率ｓおよび厚さｔを有し、
前記設計パラメータは、
三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率ΓSと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率ΓPとの和によって得られる複合モデル反射率Γを用いて、与えられた前記設計パラメータに基づき算出される反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲内に入るように設定され、
前記Γ S は、
ｆ：周波数（Ｈｚ）
Ｚ 0 ：自由空間の波動インピーダンス（３７６．７Ω）
μ 0 ：真空中の透磁率（４×π×１０ -7 ）
で与えられ、
前記Γ P は、
- 単層の三軸織物によって構成される高周波対応アンテナ用反射材料であって、
設計パラメータとして、
三軸織物の織密度ｎ、体積抵抗率ρ、繊度η、繊維密度γ、サイズ剤付着率ｓおよび厚さｔを有し、
前記設計パラメータは、
三軸織物の面抵抗に基づく第１の反射率ΓSと三軸織物の開孔部に基づく第２の反射率ΓPとの和によって得られる複合モデル反射率Γを用いて、与えられた前記設計パラメータに基づき算出される反射率が所定の周波数帯域における許容反射率の範囲内に入るように設定され、
前記Γ S は、
ｆ：周波数（Ｈｚ）
Ｚ 0 ：自由空間の波動インピーダンス（３７６．７Ω）
μ 0 ：真空中の透磁率（４×π×１０ -7 ）
で与えられ、
前記Γ P は、
- 織密度を５〜２８［本／ｉｎ］とする請求項３または４に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 織密度を７〜２５［本／ｉｎ］とする請求項５に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 繊度を１０〜４６０ｔｅｘ（ｇ／１０００ｍ）の範囲に設定したことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 体積抵抗率を１０-4〜２．０×１０-3［Ω・ｍ］の範囲に設定したことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 体積抵抗率を０．７×１０-3〜２．０×１０-3［Ω・ｍ］の範囲に設定したことを特徴とする請求項８に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 三軸織物の織物組織は、第１の方向に互いに平行に配列される多数本の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ３０度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ３０度方向に交差する互いに平行に配列される多数本の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第１、第２の経糸群が互い違いに交差するように織られて織目に六角形状の開孔部が形成されたベーシック組織である請求項３乃至９のいずれか１項に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
- 三軸織物の織物組織は、第１の方向に互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の緯糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して斜めほぼ３０度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第１の経糸と、緯糸に対して直交する直交線に対して第１の経糸と対称的に斜めほぼ３０度方向に交差する互いに平行に配列される２本で一組とする多数組の第２の経糸と、を備え、これら緯糸群と第１、第２の経糸群が互い違いに交差するように織られたバイプレーン組織である請求項３乃至９のいずれか１項に記載の高周波対応アンテナ用反射材料。
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