JPH0153801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は二重サンドイツチ構造のマイクロス
トリツプアレイアンテナに関するものである。

一般に大形アンテナ方式としてはプリント化ス
ロツトアレイアンテナ方式、マイクロストリツプ
アレイアンテナ方式などがある。前者は帯域が広
くとれるなどの利点はあるが構造的に複雑であり
製作が困難であつてあまり使用されない。これに
反し、マイクロストリツプアレイアンテナは構造
的に簡単であり大形アンテナとして良く使用され
る。このマイクロストリツプアレイアンテナの基
本的構造は第１図のように示される。すなわち誘
電体から成る基板１の片面に金属の放射素子２と
その放射素子２を連結する給電線３が被着され、
前記基板１のもう一方の面には全面にわたつて金
属の地導体４を有する構造の薄くて軽いアンテナ
である。第２図はこのアンテナの実際例を示すも
のである。図中、２は金、銀、銅など電気伝導度
の極めて高い金属箔から成る矩形状の放射素子、
３は前記放射素子２を電気的に連結する給電線、
４は前記放射素子２と同じく電気伝導度の極めて
高い金属箔から成る地導体、５はナイロン、
GFRP（ガラス繊維強化プラスチツク）あるいは
高分子発泡材等の低誘電率を有する材料から成る
誘電体コア、６ａ，６ｂはGFRPあるいはアラミ
ツド繊維強化プラスチツクのような誘電率及び誘
電体損失の小さな材料から成り、前記誘電体コア
５と接着された誘電体表皮であり、前記誘電体コ
ア５および前記誘電体表皮６ａ，６ｂが第１図に
示した基板１を構成する。放射素子２は一方の誘
電体表皮６ａ上に、地導体４は他方の誘電体表皮
６ｂ上にそれぞれ被着されている。

このようなアンテナにおいて、放射素子２の長
さ（第２図にＡで示した）を使用周波数の波長の
半分に選定すると、放射素子２と地導体４との間
で電磁波が共振し、放射素子２の先端より電波が
漏れ、これが放射波となりアンテナとして動作す
る。

従来のマイクロストリツプアレイアンテナは以
上のような基本構成により成つているが、しかし
欠点も有していた。それは誘電体表皮６ａ，６ｂ
の厚みや誘電体コアの厚みは電気性能により一義
的に決定され、また使用材料も限定されるので、
アンテナの大容量化に伴う大形化にあたり、アン
テナパネル単体では電気的・機械的精度を確保す
ることが難しいということである。すなわち人工
衛生搭載用の高利得な大開口アンテナ等において
は、アンテナパネル単体の剛性では放射素子面の
精度が低下し、そのため放射パターンが乱れ、利
得の低下やサイドローブの上昇が生じるなど電気
性能が低下する。また機械的にはパネルの剛性あ
るいは強度の低下により、外力を受けた際の信頼
性の低下をきたす。

このような欠点を解消する方法として二重サン
ドイツチ構造がある。この方法は従来のマイクロ
ストリツプアレイアンテナパネルにおいて、地導
体に接合させて、軽量かつ高剛性の表皮材と軽量
なコア材からなる補強サンドイツチパネルを設
け、全体として電気的・機械的精度の高いアンテ
ナパネルを得るものである。この方法により従来
では得られなかつた大開口のアンテナパネルも自
由に得られるようになつた。第３図にこの二重サ
ンドイツチ構造のマイクロストリツプアレイアン
テナを示す。

ここで２から６ａ，６ｂまでは第２図と同じで
あるが、地導体４の外側に、CFRP（炭素繊維強
化プラスチツク）やアラミツド繊維強化プラスチ
ツクやGFRPなどの比剛性、比強度の高い表皮７
ａ，７ｂと、この表皮７ａ，７ｂに接着されたア
ルミハニカムコアなどの軽量なコア材８から成る
サンドイツチパネルで補強する構造とするもので
あり、この補強サンドイツチパネルは、アンテナ
パネルに接着もしくはネジ止め、あるいは両者の
組合せで接合されているものである。

このように構成されたアンテナでは補強サンド
イツチパネルの表皮材７ａ，７ｂやコア材８の厚
みを適切に設定することにより所要の剛性と重量
を有する構造のものが得られるので、アンテナが
たわみにくく面精度不足による電気性能低下を生
じることがなくなり、さらにアンテナパネル全体
の剛性が高くなつた分、誘電体表皮材の厚みを薄
くすることも可能なのでアンテナ基板の等価誘電
率を下げることができ、アンテナの電気性能が向
上する。さらに剛性の増加に伴い、機械的強度上
の信頼性が向上する効果も有する等、この二重サ
ンドイツチ構造を持つマイクロストリツプアレイ
アンテナは非常に有益なものであると言える。

しかしながらこの二重サンドイツチ構造を持つ
マイクロストリツプアレイアンテナにおいても解
決困難な問題点を有していた。それは補強パネル
を構成する表皮材に基因するものである。すなわ
ち軽量かつ高剛性の表皮材であるCFRP、GFRP
アラミツド繊維強化プラスチツク等のいわゆる
FRP表皮材は剛性に異方性を有しており、この
為もつとも剛性の低い方向にサンドイツチパネル
成形時の成形ひずみや雰囲気の温度差による熱ひ
ずみによる「そり」や「ゆがみ」を生じることが
あり、金属のように等方性でなおかつFRPのよ
うに軽量・高剛性の表皮材の出現が望まれてい
た。

そこで本発明者らは鋭意研究の結果、金属のよ
うに面内等方性でなおかつ軽量・高剛性の表皮材
を見い出し、これを補強パネルの表皮材として適
用することにより、電気的・機械的精度及び信頼
性のよい向上した二重サンドイツチ構造のマイク
ロストリツプアレイアンテナを得ることが出来、
本発明を完成するに至つた。

すなわち本発明は誘電体コア材の両面に誘電体
表皮材を被着したサンドイツチパネルの一方の表
面に金属箔を被着形成させて地導体とし、他方の
表面に任意形状の金属箔を被着形成させて放射素
子としたマイクロストリツプアレイアンテナにお
いて、前記地導体に接合させて、フイラメントワ
インデイング法により、0゜、±60゜の三方向に均等
に強化された繊維強化プラスチツク（FRP）製
の表皮材と軽量なコア材からなる補強サンドイツ
チパネルを設け、二重サンドイツチ構造としたこ
とを特徴とするマイクロストリツプアレイアンテ
ナに関するものである。ここで従来のFRP表皮
材の異方性について若干説明を加えると、従来サ
ンドイツチパネルの表皮材として通常用いられて
いるFRPとしては、繊維を一方向に配列したも
の、またはそれを数枚多方向に積層したもの、ま
たは直交する二方向に織つた織布のそれぞれに樹
脂を含浸硬化させたものがある。ここで一方向及
び織布のFRPはいずれも繊維強化方向と繊維間
の方向での剛性に非常に差があり、サンドイツチ
パネルを形成させた時、繊維間の方向に「そり」
「ゆがみ」が生じやすい。また一方向に繊維が配
列されたシートを数枚積層し三方向以上多方向強
化させたものは、引張り応力に関しては面内で等
方性の性質を示すが、曲げ応力に関しては異方性
を示す。すなわち最外層において繊維強化された
方向が最も曲げ弾性率が高く、最内層（表皮の中
央部）において繊維強化された方向が最も曲げ弾
性率が低くなり、その方向に「そり」、「ゆがみ」
が生じやすい。このように従来のFRPによるサ
ンドイツチパネルはいずれも表皮に引張り応力ま
たは曲げ応力に対し何らかの異方性を有し、金属
表皮材によるもののように表皮の異方性に基因し
た「そり」「ゆがみ」のないサンドイツチパネル
は得られなかつた。ここで本発明のマイクロスト
リツプアレイアンテナの効果について実施例によ
りさらに詳しく説明する。第４図に本発明のマイ
クロストリツプアレイアンテナの補強パネルを構
成する表皮材を示す。この表皮材はフイラメント
ワインデイング法でワインデイングを行う際、マ
ンドレルの軸に対して0゜、＋60゜−60゜方向に順次マ
ンドレルに巻き付けを行うことにより得られ、0゜
方向に配向された繊維９、＋60゜方向に配向された
繊維１０、−60゜方向に配向された繊維１１がそれ
ぞれ等しく配置され、しかもそれぞれの方向に層
を形成しない為、面内のあらゆる方向に金属板の
ように等方性を示す。この為、第３図の補強パネ
ルの表皮材７ａ，７ｂとして、この等方性の
FRPを用いた本発明の二重サンドイツチ構造の
マイクロストリツプアレイアンテナは、成形ひず
み、熱ひずみによる「そり」、「ゆがみ」がほとん
ど見られず、電気的・機械的精度にすぐれ、また
信頼性の面においても非常にすぐれたものであ
る。

また本発明のマイクロストリツプアレイアンテ
ナは補強パネルの表皮材として高弾性炭素繊維強
化プラスチツク（CFRP）製表皮材１２ａ，１２
ｂを用いることにより、第５図に示すように地導
体として用いている金属箔を取除き、アンテナパ
ネルの重量を軽減させることもできる。すなわち
ここでいう高弾性炭素繊維とはレーヨン、ポリア
クリロニトリル等の有機繊維、リグニン、ピツチ
等を数段階の温度で炭化焼成して黒鉛結晶の軸方
向への配向がきわめて進んだ高弾性率（引張弾性
率30000Kg／mm²以上）及び体積固有抵抗値１×
10^-3Ω・cm以下の特性を有する炭素繊維を意味
し、その低い抵抗値により金属箔の代わりに地導
体として用いることができるためである。

なお以上は、矩形の放射素子を有するマイクロ
ストリツプアレイアンテナの例を示したが、この
発明は円形、その他の形状の放射素子を有するマ
イクロストリツプアレイアンテナに適用できるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はマイクロストリツプアレイアンテナの
原理を示す斜視図、第２図は従来のこの種のアン
テナの一例を示す斜視図、第３図は本発明の先行
する技術を示す斜視図、第４図はフイラメントワ
インデイング法により形成された補強パネル表皮
の平面図、第５図は本発明の一実施例によるマイ
クロストリツプアレイアンテナを示す斜視図であ
る。 図中、１は基板、２は放射素子、３は給電線、
４は地導体、５は誘電体コア、６ａ，６ｂは誘電
体表皮、７ａ，７ｂは補強パネル表皮、８は補強
パネルコア、９は0゜方向強化繊維、１０は＋60゜
方向強化繊維、１１は−60゜方向強化繊維、１２
ａ，１２ｂは高弾性炭素繊維プラスチツク製表皮
をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体コア材の両面に誘電体表皮材を被着し
   たサンドイツチパネルの一方の表面に地導体を形
   成し、他方の表面に任意形状の金属箔を被着形成
   させて放射素子としたマイクロストリツプアレイ
   アンテナにおいて、前記地導体に接合させて、フ
   イラメントワインデイング法により、0゜、±60゜の
   三方向に均等に強化された繊維強化プラスチツク
   製の表皮材と軽量なコア材からなる補強サンドイ
   ツチパネルを設け、二重サンドイツチ構造とした
   ことを特徴とするマイクロストリツプアレイアン
   テナ。 ２ 前記補強サンドイツチパネルの表皮材に高弾
   性炭素繊維強化プラスチツクを用いたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロスト
   リツプアレイアンテナ。