JPH04172803A

JPH04172803A - メッシュアンテナ

Info

Publication number: JPH04172803A
Application number: JP30191790A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Ando; 和秀安藤; Masafumi Shimizu; 雅史清水; Hitoshi Mitsugi; 仁三次
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1992-06-19
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JP3066061B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金属メツ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ツシュ
アンテナに関するものである。

〔従来の技術〕

金属メツ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
て金属メツシュを支持・成型し、メツシュ、ケーブルの
張力を支持する構造を用いることて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ツ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　Ｌａｒ
ｇｅ　５ｐａｃｅ　Ａｎｔｅｎｎａｓ”、ＡＧＡＲＤＲ
ｅｐ、　、　ｎｏ、　６７６、　ＰＰ２．　ｌ−２，２
７，１９８０゜ＥＬＶＩＮ　Ｌ、Ａ、、　ＭＩＬＬＥＲ
Ｊ、Ｂ、、“１５　Ｍｅｔｅｒ　ｄｉａｍｅｔｅＨｏｏ
ｐ／　Ｃｏｌｕｍｎ　Ａｎｔｅｎｎａ　５ｕｒｆａｃｅ
　ＣｏｎｔｒｏｌＡｃｔｕａｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ”、
ＮＡＳＡ　ＣＰ−２５０６，ＰＰ、−１１，１９８８゜
ＢＥＬＶＩＮ　　Ｗ、に、、　ＥＤＩＧＨＯＦＦＥＲＨ
，Ｈ，、ＨＥＲ３ＴＲＯＭ　Ｃ，Ｌ、。

“Ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｃ　　５ｈａｐｅ　　Ａｄｊ
ｕｓｔｍｅｎｎｔ　ｏｆ　ａ　１５Ｍｅｔｅｒ　Ｄｉａ
ｍｅｔｅｒ　Ｈｏｏｐ　Ｃｏｌｕｍｎ　Ａｎｔｅｎｎａ
″。

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　２８　ｔｈ　ＡＩＡＡ
　／ＡＳＭＥ　／ＡＳＣＥ　／ＡＨ３Ｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅｓ、　５ｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ　ａ
ｎｄＭａｔｅｒｊａｌｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、　Ｐ
ａｒｔ　ｌ、ｐｐ７０５−７１３゜１９８７、）第４図は従来の展開メツシュアンテナを示す図であり、
ｔａ＋は平面図、（ｂ）は側面図、（Ｃ１はメツツユ取
付部の拡大図である。図中１００は展開リブ、１０１は
金属メツシュ、１０２はフェイスケーブル、１０３は補
助ケーブル、１０．４は展開機構であるっこのアンテナ
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
トワークは金属メツ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て′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は金属メツシュ、１０８．１０９はケーブルネ
ットワークである。金属メツ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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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
せるタイプのメツシュアンテナのケーブルネットワーク
は、金属メツシュが直接取付（ネットワークと、それ以
外の補助・成型ネットワークに大別でき、メツシュが直
接取付く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、このタイプのメツシュアンテナ
鏡面外周部において、ケーブル張力の面内平衡を考える
。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・メツシュを用いる限り、面内張力Ｎをゼロと
することはできないため、何らがの曲率半径Ｒが生しる
ことは避けることが出来ない。一方、開口面アンテナの
ケインＧは次の式％式％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。

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。

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
εｐとすると、釣り合い式はＲ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。

ｎｋε 従来のメツシュアンテナ鏡面では伸び剛性か全て等しい
ため、Ｋｐ＝ｋ、てあり、すなわち、ｎ　ε となって、アンテナケ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
限が存在し無闇に太き（できないこと、さらに、鏡面内
ケーブルの歪みを小さ（すると、製造公差などによるケ
ーブル長さｌ（差を歪みて吸収てきな（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、アンテナケイン向上の試みは
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二とて、従来に比べて
高いゲインの開口面メソシュアンテナを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を解決するための本発明の特徴は、金属メツ
シュを直接取付けるケーブルネットワークを伸び剛性の
異なる２種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
の技術とは、金属メツシュが取付く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。

〔作用〕

本発明によるメツ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Ｋ
ｐを変化させることて外周の曲率半径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（することができるようになる。従来のメツ
シュアンテナとは異なり、こうした、調整は材料強度な
どに適当なマーシンを残しつつ行えるため、有効である
。

ここで、具体的数値例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し、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。

０点における力の釣り合いより、Ｗ＝２Ｔｓｉｎθ　　　　　　　　（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２　Ｔ＝ｋ　
ｘなので、Ｗ＝ｋｘｓｉｎθ　　　　　　　　（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／ｃｏ　ｓθ−１）ｓｉｎθ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。

Ｓ＝　（Ｌ／２）２　ｓ　ｉ　ｎθ／　ｃ　ｏ　ｓθＤ α０）式からθが求まり、それをＯｌ）式に代入してＳ
を求めることができる。具体的にＷ＝０．５　ｋｇ。

Ｌ＝２０００ｍｍとして、直径０．３ｍｍのナイロンケ
ーブル（Ｋ　＝　０．０４ｋｇ／　ｍｍ　）と、直径１
ｍｍのケブラ−ワイヤー（Ｋ　＝　４　ｋｇ／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１０
０倍の弾性定数をもつケブラーワイヤーを用いると、開
ロ径ロスカ月１５程度まで小さくなることがわかる。

表１゜１　　　　　　　ｌ　　　　　　　１：１材　　料Ｉ角度　θ・損失開口（ □ 、１１ ’−）（Ｏｚｌ　　”°°“　１ｊ０．２３５　　　’ ：〔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
ｌにその構造を示す。図中１１２は金属メツシュ、１１
３はケーブルネットワーク、１１４はスタンドオフ、１
１５当該金属メツシユと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（ｂｌは当該
構造物の１７′６基本単位のケーブルネットワークを示
したもので、１１６は伸び剛性の低いケーブル、Ｉ１７
は伸び剛性の高い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、周辺部のえくれか小さくなり、金
属メツ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ツシュアンテ
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ｌ１８を強化し
てえぐれ部分＋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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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ツシュ
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。１．００・・・展開リブ、１０１・・・金属メツシュ、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・・・金属メツシュ、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、＋１２・・・金
属メツシュ、１１３・・・ケーブルネットワーク、１１４・・・スタンドオフ、１１５・・・トラス構造、１１６・・・伸び剛性の低いケーブル、１１７・・・伸
び剛性の高いケーブル。１１８・・・伸び剛性の高い外周部ケーブル、１１９・
・・開口径ロス。（α）第２図拓３図（ｌノ　　　　　　　　　　　　　　　　（−Ｌ）第７
　図

Claims

【特許請求の範囲】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付け
る複数のケーブルからな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事に
よってメッシュ鏡面を所定の曲面に成型するために複数
のケーブルからなる補助ケーブルネットワークと、メッ
シュおよびケーブルの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が伸び
剛性の異なる２種のケーブルによって構成され、かつ、
鏡面の外周部に配されるケーブルの伸び剛性が、その他
のケーブルの伸び剛性に比して高い事を特徴とするメッ
シュアンテナ。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）記載のメッシュアンテナ。