JP5911793B2

JP5911793B2 - 電波反射体

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Publication number: JP5911793B2
Application number: JP2012284987A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　剛; 剛長谷川; 知憲江副
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014127950A

Description

一実施形態は電波反射体に関する。

従来、航空機に搭載されたアンテナ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

アンテナ装置の性能試験を地上で実施する際、装置設置場所の周辺の障害物による電波への影響を確認する必要がある。例えば電波を送信するアンテナ装置の周囲に電波を反射する物体が存在すると、この物体によりアンテナ装置から離れた位置での電界強度が影響を受ける。特に航空機や車両等の移動機に搭載されるアンテナ装置には、実装スペースの制約から機体や車両自体が障害物となる。例えば障害物の方向にアンテナビームが指向性を有すると、アンテナ装置のアンテナ特性が変動する。このため、アンテナ装置の特性の確認は必須となっている。航空機等に搭載されるアンテナ装置の試験装置は、実装される箇所及び実装される場所周辺の形状に合わせて加工され機体胴体を模擬する電波反射体と、この電波反射体に取付けられたアンテナ装置とを備える。電波反射体により機体胴体を模擬した部分は胴体の材料と同等の材料の板金（板材）で製作され、試験装置の一部として構成している。

また、試験装置以外に電波反射体を反射鏡として用いるパラボラ型のアンテナが知られており、電波反射面がメッシュにより形成されたアンテナが知られている（例えば特許文献２参照）。エキスパンドメタルを用いた構造物が知られている（例えば特許文献３、非特許文献１参照）。

特開２００２−１６８９４１号公報特開平４−８６１０６号公報特開２００４−３５３２９４号公報

ＪＩＳＧ３３５１−１９８７

しかし、アンテナ試験装置あるいは反射鏡アンテナに用いられる電波反射体の重量はかさみ、取扱いが困難である。重い電波反射体を使って電波を反射する構造物を製造するためには、アンテナ試験装置はこの電波反射体を支えこの構造物の形状を保つために多数本の骨組み材を必要とする。構造物全体のコストが増大する。

例えばアンテナ試験装置用として電波反射体が単一の板材でありこの板材が機体胴体を模擬する形状に加工されている場合、電波反射体の寸法は大きくなる。アンテナ試験装置の重量は増大する。アンテナビームの指向性を変えるためのポジショナ上への電波反射体の固定、及び電波反射体の移動作業等、電波反射体の取扱いが困難となる。

あるいは電波反射体が反射鏡アンテナである場合、反射鏡アンテナの搬送や設置が煩雑になる。

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、電波の一波長よりも小さい目開き寸法をそれぞれが持つ複数の基材が連続する細目メッシュによって電波反射構造物を形成する薄厚の細目エキスパンドメタルと、この細目エキスパンドメタルの前記目開き寸法よりも大きな目開き寸法をそれぞれが持つ複数の基材が連続し、前記細目メッシュの剛性よりも高い剛性を持つ粗目メッシュを有する粗目エキスパンドメタルと、を備え、これらの細目エキスパンドメタルおよび粗目エキスパンドメタルにより二重構造が形成され、前記細目エキスパンドメタルはしなやかさを有し前記電波をシールドし、前記粗目エキスパンドメタルは前記細目エキスパンドメタルの剛性よりも高い剛性の板厚により前記電波反射構造物の形状を保持する構造的強度を有する電波反射体が提供される。

第１の実施形態に係る電波反射体を含むアンテナ試験装置の側面図である。（ａ）は第１の実施形態に係る電波反射体を含むアンテナ試験装置の縦断面図であり、（ｂ）は同アンテナ試験装置の上面図である。第１の実施形態に係る電波反射体に用いられる金属薄板及び支持板による二重構造を示す平面図である。（ａ）は第１の実施形態に係る電波反射体に用いられる粗目エキスパンドメタルの基材を示す図であり、（ｂ）は同基材の縦断面図である。第１の実施形態に係る電波反射体に用いられる粗目エキスパンドメタルの加工装置を示す図である。第２の実施形態に係る電波反射体を含む反射鏡アンテナの斜視図である。

以下、実施の形態に係る電波反射体について、図１乃至図６を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る電波反射体を含むアンテナ試験装置の側面図である。本実施形態に係る電波反射体はアンテナ試験装置の航空機の機体に用いられている。

アンテナ試験装置１０は航空機に実装されるアンテナ部１１の性能を地上で試験する装置である。アンテナ試験装置１０は、試験対象であるアンテナ部１１と、同図左方に機首を持つ機体の円筒状部分の構造を模型化した機体胴体１２（模擬胴体）と、この機体胴体１２の姿勢角を試験位置に調節するポジショナ１３と、このポジショナ１３を支持し床面に置かれたベース１４とを備えている。このアンテナ試験装置１０は機体胴体１２の背中に設けたアンテナ部１１から電波を発射しこの機体胴体１２による反射波がアンテナ部１１に入る状況の測定環境を得るようにしている。

アンテナ部１１は電波を送受信する。機体胴体１２は、ポジショナ１３に固定されこの機体胴体１２の枠組を構成する機枠１５と、この機枠１５を覆うように設けられた二重構造エキスパンドメタル１６（電波反射体）とを備える。

図２（ａ）はアンテナ試験装置１０の縦断面図である。同図は図１のＡＡ′に沿って機軸に直交する垂直面で切断したときの構造を示しており、機首方向から後方を見た例が示されている。図２（ｂ）はアンテナ試験装置１０の上面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。機枠１５は、上下左右に組み合わせられた複数本の骨組み材によって構成される下部構造体１７の上に、機軸に沿って左右に傾斜した屋根状のフレーム１８を有する。図１に示されるように、機枠１５の下部構造体１７はそれぞれ屋根勾配に沿って互いに平行に設けられた複数本の縦桁と、それぞれこれらの縦桁に直交して複数本の縦桁に支持され互いに平行に設けられた複数本の横梁とを有する。フレーム１８はこの下部構造体１７に固定される。フレーム１８はフレーム１８の内部にそれぞれ機軸方向に水平な複数本の骨を貫通させて設けてもよい。この屋根状のフレーム１８の上側外面が二重構造エキスパンドメタル１６により覆われており、この二重構造エキスパンドメタル１６が電波反射構造物としてアンテナ部１１からの電波を反射し又は吸収するようになっている。

図３は二重構造エキスパンドメタル１６の平面図である。同図手前及び奥側にそれぞれ細目及び粗目の２種類のメッシュが重ねられている。二重構造エキスパンドメタル１６は、例えばＫｕ帯の電波の一波長よりも小さい目開き寸法を持つ基材が連続する細目メッシュによって電波反射構造物を形成する細目エキスパンドメタル１（金属薄板）と、この細目エキスパンドメタル１の目開き寸法よりも大きな目開き寸法を持つ基材が連続し細目メッシュの剛性よりも高い剛性を持つ粗目メッシュを有する粗目エキスパンドメタル２（支持板）とを備えている。基材とは菱形の目開きを持つエキスパンドメタル部位である。一枚の鋼板から、エキスパンド加工により厚み方向に段差を有する細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２が生成される。

図４（ａ）は粗目エキスパンドメタル２の一つの基材を示す図である。図４（ｂ）は同基材のＢＢ′に沿う縦断面図である。ここで、Ｔは板厚（ｍｍ）を表す。Ｗは刻み幅（ｍｍ）を表す。ＳＷはメッシュ短目方向（メッシュの短めの方向）の中心間距離（ｍｍ）を表す。ＬＷはメッシュ長目方向（メッシュの長めの方向）の中心間距離（ｍｍ）を表す。

粗目エキスパンドメタル２の一つの基材１９は４本のストランド２０と、それぞれこれらのストランド２０間を連結する４箇所のボンド２１とを有する。粗目エキスパンドメタル２には日本工業規格ＪＩＳＧ３３５１（非特許文献１）に規定された鋼板が用いられる。粗目エキスパンドメタル２には例えばＪＩＳＸＳタイプの鋼板が用いられる。材質は鉄、亜鉛、ステンレス、アルミニウムが用いられる。粗目エキスパンドメタル２の短目方向中心間距離ＳＷおよび長目方向中心間距離ＬＷはそれぞれ１２ｍｍ×３０．５ｍｍである。板厚は２．０ｍｍである。引伸率は２.０〜３．５以上である。引伸率は（ＳＷ／２）／（Ｗ）＝（ＳＷ／２Ｗ）で表される。引伸率は元々は１枚の板だった材料を、どのくらい引き伸ばしてメッシュ状にしたかを表す量である。直感的には、引伸率はひとつのメッシュの幅とメッシュを構成している元々の板材の幅との比を示す。

粗目エキスパンドメタル２には開口率が４８〜８０％程度のエキスパンド加工品を用いてもよい。開口率（開孔率）は［｛ＳＷＯ×（ＬＷＯ＋Ｂ）｝／（ＳＷ×ＬＷ）］×１００により求められる。ここでＳＷＯ＝開口部の短目方向長さ、ＬＷＯ＝開口部の長目方向長さ、ＳＷ＝メッシュの短目方向中心間距離、ＬＷ＝メッシュの長目方向中心間距離及びＢ＝ボンドの長さ（例えば２ｍｍ）をそれぞれ表す。

また、図３の細目エキスパンドメタル１には例えばアートメタルが用いられる。材質には例えば鉄、ステンレス、アルミニウムが用いられる。細目エキスパンドメタル１の基材の菱形形状も図４の例と実質同様に短目方向寸法ＳＷおよび長目方向寸法ＬＷで決まる。細目エキスパンドメタル１について短目方向中心間距離ＳＷおよび長目方向中心間距離ＬＷはそれぞれ３ｍｍ×４ｍｍである。３ｍｍ×４ｍｍという目開き寸法は、Ｋｕ帯の電波の一波長よりも小さい。板厚Ｔは０．５ｍｍ以下である。引伸率は３.０以上である。上記例と同様に引伸率とは、網目加工前の鋼板上の細長の一矩形領域が引伸ばされた網目加工後の同領域の面積の引伸ばしの割合いを示す。

二枚のエキスパンドメタルを比較すると、粗目エキスパンドメタル２はそれぞれ細目エキスパンドメタル１の網目寸法よりも大きな網目寸法を持つ複数の基材を有する。粗目エキスパンドメタル２は細目エキスパンドメタル１の剛性よりも高い剛性の板厚を有する。

このような構成の細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２を備える二重構造エキスパンドメタル１６（図１）は機体胴体１２に用いられる。アンテナ試験装置１０はアンテナ部１１からＫｕ帯の電波を送出する。細目エキスパンドメタル１の目開き寸法３×４ｍｍは、周波数は１４Ｇ〜１８ＧＨｚに対応する一波長２．１ｃｍ〜１．７ｃｍの数十パーセントに相当する。目開きの長目寸法及び短目寸法のうちの何れかが試験対象の電波の一波長よりも小さいと、電波からはこの細目エキスパンドメタル１の目開きが塞がって見える。電波にとっては細目エキスパンドメタル１の各孔が見えないため、電波にとっては細目エキスパンドメタル１が孔無し板に見える。電波は反射される。

仮にＫｕ帯の電波の波長より短い波長の電波を同じ細目エキスパンドメタル１に照射するとする。この場合、電波からはこの細目エキスパンドメタル１の目開きがスカスカに透過的に見えるため、Ｋｕ帯の電波の波長より短い波長の電波は通過する。細目エキスパンドメタル１によれば、電波の一波長及び目開き寸法により、Ｋｕ帯の周波数帯域の電波をシールドすることができる。このように細目エキスパンドメタル１は電波反射構造物として機能する。

また、粗目エキスパンドメタル２はこの電波反射構造物の形状を保持する支持板として機能する。薄厚の細目エキスパンドメタル１はしなやかさを有し、機体胴体１２の形状を保持するために十分な構造的強度が足りない。細目エキスパンドメタル１だけで電波反射構造物を構成するためにはこの細目エキスパンドメタル１が構造的な強度を要する。強度を増大させるためには板厚が大きい鋼板を細目エキスパンドメタル１は使用する必要がある。板厚の増大は重量がかさみ、アンテナ試験装置１０のコストの増加になる。二重構造エキスパンドメタル１６によれば、電波の反射機能を軽量の細目エキスパンドメタル１が行い、機体胴体１２の形状を保持する機能を粗目エキスパンドメタル２が行う。粗目エキスパンドメタル２によって骨材の本数を減らすことができる。二枚により全体としてアンテナ試験装置１０の軽量化が図れる。

二重構造エキスパンドメタル１６の重量については更に、細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２が所定の引伸率以上のものを使うことによって軽量化が図られる。これは引伸率がより大きいほど、細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２の重量をより小さくできるからである。引伸率はエキスパンド加工によって元の鋼板の一領域の面積の引伸ばしの割合いに相当する。粗目エキスパンドメタル２については加工前の鋼板の面積はエキスパンド加工によって増大する。

図５はエキスパンド加工装置を示す側面図である。既述の符号、記号はそれらと同じ要素を表す。図５のように、一枚の鋼板２２は板厚Ｔを有する。エキスパンド加工装置２３はローラ対２４によってこの鋼板２２を送る。送り方向の下流側にエキスパンド加工装置２３は上刃２５と下刃２６とを有する。これらの上刃２５及び下刃２６は剪断のための運動をする。更に上刃２５及び下刃２６は鋼板２２の進行方向に直交し且つ水平方向に距離ＬＷ／２だけ前後に往復運動をする。一回の往動と一回の復動とが２回の剪断によって完了する。上刃２５及び下刃２６は一回の剪断運動によって鋼板２２に切れ目を入れるとほぼ同時にあるいは切れ目を入れた後に切れ目を押し広げる。エキスパンドメタル加工装置２３は押し広げて先端寄り鋼板片と、鋼板母材とに分離生成する。これらのうち、先端寄りの複数の細長の鋼板片領域を、一枚の鋼板母材から複数のボンド２１（図４）を残してそれぞれ下方に押し下げる。これらの細長の片領域が下方へ押し下げられることによって各細長の片領域は下方へ向かって引き伸ばされ、それぞれ複数のストランド２０が形成される。細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２のそれぞれの引伸率が３．０や２．５〜３．０といった値よりも大きい仕様を用いることによって二重構造エキスパンドメタル１６は軽量化できるようになる。

また、引伸率が与えられると、エキスパンド加工後の粗目エキスパンドメタル２の単位面積当たりの重量が、（粗目エキスパンドメタル２の単位面積当たりの重量）＝（鋼板の単位面積当たりの重量）／（引伸率）で求められる。

このように本実施形態に係る電波反射体によれば、細目エキスパンドメタル１と粗目エキスパンドメタル２とを組み合わせることによって電気的性能、構造的強度及び剛性を、アンテナ試験装置１０の性能試験に必要なそれらに満足させることができる。電気的性能や剛性等を満足させた上、軽量で取扱いが容易なアンテナ試験装置１０を提供することができる。

エキスパンドメタルの二重構造にすることにより、求められる強さ及び軽さが両方達成されるようになる。細かいメッシュのエキスパンドメタルだけでは、機体胴体１２の構造を保つことができない。単純に構造を保つためだけのためには骨組み材の本数が増大し、コストが結局かかる。従来、複数本の骨材を組み合わせて機体胴体１２の部分を重い単板によって支えており、これらの骨材が多数必要であるためアンテナ試験装置の総重量がかさばっていた。

本実施形態に係る電波反射体によれば、骨材の本数を減らすことができる。電気的性能および構造的強度を満足した上で軽量且つ取扱い容易なアンテナ試験装置１０を提供できる。また、この電波反射体によれば、一枚の板金（板材）に比べて材料を削減することができ、コストを削減できる。

本実施形態に係る電波反射体によれば、機体胴体１２を組み立てる作業時、屋根状フレーム１８の上を二重構造エキスパンドメタル１６で覆い被せる作業によって簡略化することができる。屋根状フレーム１８や骨組みからなる下部構造体１７とも二重構造エキスパンドメタル１６はなじみやすいという利点がある。金属メッシュによりしなやかに機体胴体１２の曲面を模擬することができ、金属メッシュを骨組みの上に被せて貼りやすくなる。

細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２の間は複数本のリベットにより共締めされてもよい。更にこれらの細目エキスパンドメタル１及び粗目エキスパンドメタル２は骨組み材に共締めされてもよい。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る電波反射体を含む反射鏡アンテナの斜視図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。本実施形態に係る電波反射体は反射鏡アンテナ３０の反射鏡面に用いられている。

反射鏡アンテナ３０は反射鏡面の形状を持つ枠体３１と、この枠体３１上に覆い被され反射鏡面の湾曲面を形成した状態で固定された二重構造エキスパンドメタル１６（電波反射体）とを備える。更に反射鏡アンテナ３０は、これらの枠体３１及び二重構造エキスパンドメタル１６による反射鏡面の焦点位置に設けられた給電器３２と、給電器３２に電力を供給する導波管３３とを備えている。

このような構成の反射鏡アンテナ３０はＫｕ帯の電波を送受信する。細目エキスパンドメタル１の短目方向中心間距離ＳＷおよび長目方向中心間距離ＬＷによって決まる目開き寸法３×４ｍｍは、周波数は１４Ｇ〜１８ＧＨｚの対応する一波長２．１ｃｍ〜１．７ｃｍの数十パーセントに相当する。粗目エキスパンドメタル２はパラボラアンテナの電波反射面としての形状を保持する。

この実施形態に係る電波反射体によれば、細目エキスパンドメタル１と粗目エキスパンドメタル２とを組み合わせることによって電気的性能、構造的強度及び剛性を、反射鏡アンテナ３０に求められる送受信性能を満たすことができる。軽量で取扱いが容易な反射鏡アンテナ３０を提供することができる。

この実施形態に係る電波反射体によれば、電気的性能および構造的強度を満足した上で軽量且つ取扱い容易な反射鏡アンテナ３０を提供できる。また、板金に比べて材料を削減することができ、コストを削減できる。また、金属メッシュは板金に比べしなやかであるため容易に枠体３１に沿って貼ることができ、加工性が向上し製造コストを削減できる。

（他の実施形態）
金属メッシュ材の代わりに、実施の形態に係る電波反射体はパンチングメタルであってもよい。電波反射体は電解質を保持してなる多孔質集電体でもよい。

電波反射体は、金属細線が格子状に編組された金属製織物や、多数の貫通孔を有する金属板を用いてもよい。電波反射体のメッシュを構成する基材は細線や太線の代わりに帯状あるいは柱状であってもよい。

メッシュパターンの開口部の形状は種々変更可能である。例えば亀甲形でもよく、それ以外の多角形、円形又は楕円形などでもよい。あるいは、幾何学的に、格子模様、ハニカム模様、ランダムな網目模様などのパターンでもよい。

構造材としての粗目エキスパンドメタル２の材質は例えば合成樹脂やカーボンであってもよい。

細目の金属メッシュ及び粗目の金属メッシュの二枚の間は密着させてもよく、あるいは隙間が空いていてもよい。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…細目エキスパンドメタル（金属薄板）、２…粗目エキスパンドメタル（支持板）、１０…アンテナ試験装置、１１…アンテナ部、１２…機体胴体（模擬胴体）、１３…ポジショナ、１４…ベース、１５…機枠、１６…二重構造エキスパンドメタル（電波反射体）、１７…下部構造体、１８…フレーム、１９…基材、２０…ストランド、２１…ボンド、２２…鋼板、２３…エキスパンド加工装置、３０…反射鏡アンテナ、３１…枠体、３２…給電器、３３…導波管。

Claims

電波の一波長よりも小さい目開き寸法をそれぞれが持つ複数の基材が連続する細目メッシュによって電波反射構造物を形成する薄厚の細目エキスパンドメタルと、
この細目エキスパンドメタルの前記目開き寸法よりも大きな目開き寸法をそれぞれが持つ複数の基材が連続し、前記細目メッシュの剛性よりも高い剛性を持つ粗目メッシュを有する粗目エキスパンドメタルと、を備え、
これらの細目エキスパンドメタルおよび粗目エキスパンドメタルにより二重構造が形成され、前記細目エキスパンドメタルはしなやかさを有し前記電波をシールドし、前記粗目エキスパンドメタルは前記細目エキスパンドメタルの剛性よりも高い剛性の板厚により前記電波反射構造物の形状を保持する構造的強度を有する電波反射体。
航空機の機体の胴体の部分的な模擬胴体と、この模擬胴体に設けられ前記電波を送信するアンテナ部とを更に備え、
前記模擬胴体に前記二重構造が用いられ、前記細目エキスパンドメタルは前記アンテナ部からの前記電波を反射し、前記粗目エキスパンドメタルは前記電波反射構造物の形状を保持する請求項１記載の電波反射体。
反射鏡面と、前記反射鏡面の焦点位置に設けられた給電器と、前記給電器に電力を供給する導波管とを更に備え、
前記反射鏡面に前記二重構造が用いられた請求項１記載の電波反射体。
前記細目エキスパンドメタルの前記基材の網目は短目方向寸法および長目方向寸法で決まる菱形形状を有し、
この細目エキスパンドメタルの短目方向中心間距離および長目方向中心間距離はそれぞれ３ｍｍ×４ｍｍ及び板厚は０．５ｍｍ以下であり、および網目加工前の鋼板上の一領域が引伸ばされた網目加工後の同領域の面積の引伸ばしの割合いを示す引伸率が３.０以上である請求項２又は請求項３記載の電波反射体。
前記粗目エキスパンドメタルの前記基材の網目は短目方向寸法および長目方向寸法で決まる菱形形状を有し、
この粗目エキスパンドメタルの短目方向中心間距離および長目方向中心間距離はそれぞれ１２ｍｍ×３０．５ｍｍ及び板厚は２．０ｍｍであり、および網目加工前の鋼板上の一領域が引伸ばされた網目加工後の同領域の面積の引伸ばしの割合いを示す引伸率が２.０〜３．５以上である請求項２又は請求項３記載の電波反射体。