JPH04312003A - 特に宇宙空間で使用するためのネットワークアンテナ - Google Patents
特に宇宙空間で使用するためのネットワークアンテナInfo
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- JPH04312003A JPH04312003A JP4015489A JP1548992A JPH04312003A JP H04312003 A JPH04312003 A JP H04312003A JP 4015489 A JP4015489 A JP 4015489A JP 1548992 A JP1548992 A JP 1548992A JP H04312003 A JPH04312003 A JP H04312003A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
- H01Q1/288—Satellite antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
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- Details Of Aerials (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特に宇宙空間で使用する
ためのネットワークアンテナに関するものである。
ためのネットワークアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ネットワークアンテナには、多数の放射
部材で作られる開口部を有するという特色がある。その
アンテナの放射は、それゆえ各放射部材の放射の合成で
ある。このようなアンテナの発達は最近のことであり、
現在は以下のような多様な分野での応用が認められてい
る。
部材で作られる開口部を有するという特色がある。その
アンテナの放射は、それゆえ各放射部材の放射の合成で
ある。このようなアンテナの発達は最近のことであり、
現在は以下のような多様な分野での応用が認められてい
る。
【0003】・航空輸送の統制
・衛星による受信(テレビ、電子メール、移動体との通
信) ・宇宙アンテナ:地表の遠隔探査及び観察(レーダー)
、データリレー、電気通信アンテナ対象となる周波数は
UHF 及びVHF からミリメートル波に及ぶ。放射
部材が個別に振幅及び/ 又は相の制御を受ける時、能
動アンテナという。アンテナの放射のダイアグラムの形
状を選ぶことによって、例えば、非常に異なったカバー
区域(狭い、幅広い、又は形を決められたビーム)を選
択すること、或いは電子走査を行うことは、実際に可能
なことである。
信) ・宇宙アンテナ:地表の遠隔探査及び観察(レーダー)
、データリレー、電気通信アンテナ対象となる周波数は
UHF 及びVHF からミリメートル波に及ぶ。放射
部材が個別に振幅及び/ 又は相の制御を受ける時、能
動アンテナという。アンテナの放射のダイアグラムの形
状を選ぶことによって、例えば、非常に異なったカバー
区域(狭い、幅広い、又は形を決められたビーム)を選
択すること、或いは電子走査を行うことは、実際に可能
なことである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】アンテナを形成する放
射部材は、その固有無線性能、ネットワークにセットす
るキャパシティ及びテクノロジーによって、性能、技術
特性(質量、環境耐性、信頼性)及びアンテナのコスト
を条件づける。
射部材は、その固有無線性能、ネットワークにセットす
るキャパシティ及びテクノロジーによって、性能、技術
特性(質量、環境耐性、信頼性)及びアンテナのコスト
を条件づける。
【0005】一個のアンテナは数十から数千のそのよう
な放射部材から構成されており、放射部材の単位コスト
がアンテナ全体のコストにおいて決定的なものとなる。 これと同種の論理が質量などの他のパラメータにも当て
はまる。テクノロジーの選択が重要なのは、それによっ
てアンテナをその環境に適合させる問題が単純化できる
からである。例えば、静止軌道上の宇宙空間に応用する
際に重要となるのは、アンテナを熱的に管理できるよう
にすることで、その際、システムのエネルギーバランス
の負担となる加熱パワーの要求に訴えることなく(熱カ
バー、塗装等の)単純な手段を用いることなのである。 これらの条件の下で、表面の熱光学的特性を考慮に入れ
て、−150 ℃から+120 ℃という幅広い温度範
囲が得られうるのである。このようなアンテナは更に、
荷電粒子束にさらされるが、荷電粒子が材質を劣化させ
てはならず、絶縁区域またはアース接続不良区域での蓄
積の後に静電放電を誘発してもならない。
な放射部材から構成されており、放射部材の単位コスト
がアンテナ全体のコストにおいて決定的なものとなる。 これと同種の論理が質量などの他のパラメータにも当て
はまる。テクノロジーの選択が重要なのは、それによっ
てアンテナをその環境に適合させる問題が単純化できる
からである。例えば、静止軌道上の宇宙空間に応用する
際に重要となるのは、アンテナを熱的に管理できるよう
にすることで、その際、システムのエネルギーバランス
の負担となる加熱パワーの要求に訴えることなく(熱カ
バー、塗装等の)単純な手段を用いることなのである。 これらの条件の下で、表面の熱光学的特性を考慮に入れ
て、−150 ℃から+120 ℃という幅広い温度範
囲が得られうるのである。このようなアンテナは更に、
荷電粒子束にさらされるが、荷電粒子が材質を劣化させ
てはならず、絶縁区域またはアース接続不良区域での蓄
積の後に静電放電を誘発してもならない。
【0006】打ち上げによる強い機械的ストレスを受け
た後でも、アンテナは固有の無線品質の全てを保持して
いなくてはならない。
た後でも、アンテナは固有の無線品質の全てを保持して
いなくてはならない。
【0007】放射部材は、ネットワークを構成するため
、インタフェース装置により支持構造体の上に集結させ
られねばならない。これら2つの部材、即ち支持構造体
及びインタフェース装置は、質量が最適化されねばなら
ないが、その最適化で考慮に入れられるのが打ち上げに
必要な剛性及び機械的強度の性能並びに、軌道衛星の場
合の電波技術的要請から必要とされる剛性及び寸法安定
性の性能である。目下の解決法によって可能な単位表面
積当たりの質量(masse surfacique)
の値はおよそ4.5 から 7kg/m2 である。
、インタフェース装置により支持構造体の上に集結させ
られねばならない。これら2つの部材、即ち支持構造体
及びインタフェース装置は、質量が最適化されねばなら
ないが、その最適化で考慮に入れられるのが打ち上げに
必要な剛性及び機械的強度の性能並びに、軌道衛星の場
合の電波技術的要請から必要とされる剛性及び寸法安定
性の性能である。目下の解決法によって可能な単位表面
積当たりの質量(masse surfacique)
の値はおよそ4.5 から 7kg/m2 である。
【0008】本発明はこれらの問題の解決を目的とする
。
。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明がそのために提案
するのは、層状タイプの構造を有する放射部材から構成
される宇宙空間用ネットワークアンテナであって、それ
ら部材は放射部材の下で透かし彫りの穴を開けられた支
持構造体の上に固定されていることを特徴とするもので
ある。
するのは、層状タイプの構造を有する放射部材から構成
される宇宙空間用ネットワークアンテナであって、それ
ら部材は放射部材の下で透かし彫りの穴を開けられた支
持構造体の上に固定されていることを特徴とするもので
ある。
【0010】有利な実施例においては、ネットワークア
ンテナは4つの放射部材で形成されるサブネットワーク
を少なくとも一つ有し、各放射部材は中央ディスクと上
方マスの平面部材との間に設けられたスリットで形成さ
れ、下方レベルに位置する導線が当該スリットに給電し
、各サブネットワークは以下の各種の層からなる。
ンテナは4つの放射部材で形成されるサブネットワーク
を少なくとも一つ有し、各放射部材は中央ディスクと上
方マスの平面部材との間に設けられたスリットで形成さ
れ、下方レベルに位置する導線が当該スリットに給電し
、各サブネットワークは以下の各種の層からなる。
【0011】・伝導性下方マスの平面体・誘電接着層
・放射部材の各々に給電する4本の導線に小分けされた
伝導性トラックを戴置する第1の誘電スペーサー部材・
第2の誘電スペーサー部材 ・誘電接着層 ・伝導性上方マスの平面体
伝導性トラックを戴置する第1の誘電スペーサー部材・
第2の誘電スペーサー部材 ・誘電接着層 ・伝導性上方マスの平面体
【0012】
【作用】本発明により、単位表面積当たりの質量(ma
sse surfacique)の値が非常に低いネッ
トワークアンテナのための放射パネルが得ることが可能
になる。
sse surfacique)の値が非常に低いネッ
トワークアンテナのための放射パネルが得ることが可能
になる。
【0013】提案された本発明の技術的及び経済的品質
は、単純な修正を加えて場合によっては他の分野応用し
ても問題はないが、特に宇宙空間での使用に適している
。
は、単純な修正を加えて場合によっては他の分野応用し
ても問題はないが、特に宇宙空間での使用に適している
。
【0014】
【実施例】本発明の特徴及び長所は、非限定的な例とし
て次の添付図面を参照しつつ、更に以下の記述を読めば
分かる。
て次の添付図面を参照しつつ、更に以下の記述を読めば
分かる。
【0015】図1に示すような放射部材は普通、環状ス
リットと呼ばれている。M.Haneishi、Y.H
akura、S.Saito 及びT.Hasegaw
aの”a new circularly polar
ized planar antenna fed b
y electromagnetical coupl
ing and its subarray”(電磁カ
プセリング及びサブアレイを備えた新しい円形極性プレ
ーナアンテナ)(”18th european mi
crowave conference procee
ding” 12−15 september 198
8;Stockholm)という論文に、このような放
射部材が記載されている。このような放射部材において
は、スリット10はマスの第1平面体11の中で実施さ
れている。その給電は、マスの第1平面体11とマスの
第2平面体13との間の下方レベルに位置する、三枚プ
レートタイプの伝播ライン12からの電磁カプリングに
よって行われている。 このライン12は誘電部材14によって位置が維持され
ている。
リットと呼ばれている。M.Haneishi、Y.H
akura、S.Saito 及びT.Hasegaw
aの”a new circularly polar
ized planar antenna fed b
y electromagnetical coupl
ing and its subarray”(電磁カ
プセリング及びサブアレイを備えた新しい円形極性プレ
ーナアンテナ)(”18th european mi
crowave conference procee
ding” 12−15 september 198
8;Stockholm)という論文に、このような放
射部材が記載されている。このような放射部材において
は、スリット10はマスの第1平面体11の中で実施さ
れている。その給電は、マスの第1平面体11とマスの
第2平面体13との間の下方レベルに位置する、三枚プ
レートタイプの伝播ライン12からの電磁カプリングに
よって行われている。 このライン12は誘電部材14によって位置が維持され
ている。
【0016】図2及び3に示すようなサブネットワーク
は放射部材の4つで形成されている。各放射部材は中央
ディスク(又は「パッチ」)と上方マスの平面体との間
に設けられた環状スリットで形成され、下方レベルに位
置する導線が当該スリットに給電する。
は放射部材の4つで形成されている。各放射部材は中央
ディスク(又は「パッチ」)と上方マスの平面体との間
に設けられた環状スリットで形成され、下方レベルに位
置する導線が当該スリットに給電する。
【0017】このサブネットワークは、それゆえ、以下
の各種の層からなる。
の各種の層からなる。
【0018】・(伝導性)下方マスの平面体・誘電接着
層 ・機械的見地から必要なら伝導性スペーサー部材・放射
部材の各々に給電する4本の導線に小分けされた伝導性
トラックを戴置する第1の誘電スペーサー部材・第2の
誘電スペーサー部材 ・誘電接着層 ・伝導性上方マスの平面体 このサブネットワークは、それゆえ伝導性あるいは絶縁
性の層を積み重ねて製作されるものであり、その質量は
、このサブネットワークが良好に機能するために最低限
の機械的特性を与えられる限りにおいて最小化される。 それゆえマスの平面体を構成しているのは、金属シート
か、メッキされた誘電体層である。サブネットワークの
マスの平面体を構成する材質の選択は、良好に機能する
ために最低限の機械的特性を、より小さい質量について
得られるようになされる。
層 ・機械的見地から必要なら伝導性スペーサー部材・放射
部材の各々に給電する4本の導線に小分けされた伝導性
トラックを戴置する第1の誘電スペーサー部材・第2の
誘電スペーサー部材 ・誘電接着層 ・伝導性上方マスの平面体 このサブネットワークは、それゆえ伝導性あるいは絶縁
性の層を積み重ねて製作されるものであり、その質量は
、このサブネットワークが良好に機能するために最低限
の機械的特性を与えられる限りにおいて最小化される。 それゆえマスの平面体を構成しているのは、金属シート
か、メッキされた誘電体層である。サブネットワークの
マスの平面体を構成する材質の選択は、良好に機能する
ために最低限の機械的特性を、より小さい質量について
得られるようになされる。
【0019】マスの平面体間の間隔は非常に密度の低い
材質、海綿または「ハニカム」( 巣房状構造) によ
って与えられる。これらの材質の選択については、それ
らが設置される場所の電磁場が強いかいなかによって、
誘電性のものか伝導性のものを選ぶことができる。これ
らの部材は接着によって互いに組み合わされて「サンド
イッチ」タイプの層状構造を構成する。
材質、海綿または「ハニカム」( 巣房状構造) によ
って与えられる。これらの材質の選択については、それ
らが設置される場所の電磁場が強いかいなかによって、
誘電性のものか伝導性のものを選ぶことができる。これ
らの部材は接着によって互いに組み合わされて「サンド
イッチ」タイプの層状構造を構成する。
【0020】幾つものサブネットワークを連続的な同一
のサンドイッチに統合してもよいし、そのことによって
本発明が変更されることはない。
のサンドイッチに統合してもよいし、そのことによって
本発明が変更されることはない。
【0021】このように質量が最小化された、これらサ
ブネットワークは、それ自体が最適化された支持構造体
30の上に固定される。図に示されるように、この支持
構造体30は、それらの周辺の上にサブネットワークを
固定するためのインタフェースゾーンを提供するべく、
飾り穴が開けられている。
ブネットワークは、それ自体が最適化された支持構造体
30の上に固定される。図に示されるように、この支持
構造体30は、それらの周辺の上にサブネットワークを
固定するためのインタフェースゾーンを提供するべく、
飾り穴が開けられている。
【0022】アンテナ全体の機械的機能を良好に保証す
る支持構造体30の製作には、機械的及び経済的制約を
考慮に入れて、強化カーボン複合材、ベリリウム、また
は軽合金などの、機械的性能の高い材料を用いれば有利
である。この支持構造体30は、加工によって透かし彫
りの穴を開けられたアンテナの寸法の「サンドイッチ」
プレートから得ることもできる。この解決法によって構
造の節点の問題が単純化される。しかしながら、図4に
示すような形鋼管を組み合わせるなどの他の解決法が引
用されることもできる。
る支持構造体30の製作には、機械的及び経済的制約を
考慮に入れて、強化カーボン複合材、ベリリウム、また
は軽合金などの、機械的性能の高い材料を用いれば有利
である。この支持構造体30は、加工によって透かし彫
りの穴を開けられたアンテナの寸法の「サンドイッチ」
プレートから得ることもできる。この解決法によって構
造の節点の問題が単純化される。しかしながら、図4に
示すような形鋼管を組み合わせるなどの他の解決法が引
用されることもできる。
【0023】サブネットワークは接着によって支持構造
体30にその周辺31で連結されるが、それらの熱塑性
デカップリングに都合がよいように、サブネットワーク
と支持構造体の間にハニカムまたは海綿などの柔軟な層
を一つ介在させれば好都合である。
体30にその周辺31で連結されるが、それらの熱塑性
デカップリングに都合がよいように、サブネットワーク
と支持構造体の間にハニカムまたは海綿などの柔軟な層
を一つ介在させれば好都合である。
【0024】一つの実施例においては、L バンドで移
動体と通信するための宇宙アンテナは、衛星のプラット
フォームの上に6点で固定された2.1m×2.1mの
平面パネルを有している。アンテナを構成しているのは
、各自が同軸アクセスを有する4つの放射環状スリット
の、36個のサブネットワークである。各サブネットワ
ークを構成するのは、マスの平面体を構成する非常に薄
いアルミ合金シートとアルミ「ハニカム」とを無線機能
の無い区域内で貼り合わせた集合体である。無線機能を
有する区域内では、アルミ「ハニカム」の代わりに銅ト
ラックを包囲する誘電体「ハニカム」を使用し、それに
よって、同軸アクセスからのTEM モード伝播と電磁
カプリングによる4つの放射部材への給電とが可能とな
る。アルミシートの厚さは丁度必要なだけの剛性と耐性
を得るように計算される。
動体と通信するための宇宙アンテナは、衛星のプラット
フォームの上に6点で固定された2.1m×2.1mの
平面パネルを有している。アンテナを構成しているのは
、各自が同軸アクセスを有する4つの放射環状スリット
の、36個のサブネットワークである。各サブネットワ
ークを構成するのは、マスの平面体を構成する非常に薄
いアルミ合金シートとアルミ「ハニカム」とを無線機能
の無い区域内で貼り合わせた集合体である。無線機能を
有する区域内では、アルミ「ハニカム」の代わりに銅ト
ラックを包囲する誘電体「ハニカム」を使用し、それに
よって、同軸アクセスからのTEM モード伝播と電磁
カプリングによる4つの放射部材への給電とが可能とな
る。アルミシートの厚さは丁度必要なだけの剛性と耐性
を得るように計算される。
【0025】支持構造体30は「超高モジュール」(
つまり非常に固い) カーボンファイバーとエポキシマ
トリクスとの皮膜からなる「サンドイッチ」プレートを
加工し、それらをアルミ「ハニカム」の上に貼りつけて
得られる。被膜の厚さは、打ち上げの環境耐性の為に必
要な機械特性を得るために、最小化される。サブネット
ワークは「ハニカム」層を介した接着によって支持構造
体に取りつけられる。
つまり非常に固い) カーボンファイバーとエポキシマ
トリクスとの皮膜からなる「サンドイッチ」プレートを
加工し、それらをアルミ「ハニカム」の上に貼りつけて
得られる。被膜の厚さは、打ち上げの環境耐性の為に必
要な機械特性を得るために、最小化される。サブネット
ワークは「ハニカム」層を介した接着によって支持構造
体に取りつけられる。
【0026】これらのテクノロジーは大きな温度変化に
耐えられるので、温度管理は単純なものが使用される。 即ち、サブネットワークではアンテナ前正面に白い塗装
を施し、支持構造体では後正面に超絶縁性の多重層を張
りめぐらせるのである。
耐えられるので、温度管理は単純なものが使用される。 即ち、サブネットワークではアンテナ前正面に白い塗装
を施し、支持構造体では後正面に超絶縁性の多重層を張
りめぐらせるのである。
【0027】これら種々の部材並びに給電同軸ケーブル
が機械的寸法において考慮されており、(同軸ケーブル
を除いた)単位表面積当たりの質量(masse su
rfacique)の合計を3kg/m2 以内にする
ことができる。
が機械的寸法において考慮されており、(同軸ケーブル
を除いた)単位表面積当たりの質量(masse su
rfacique)の合計を3kg/m2 以内にする
ことができる。
【0028】ベリリウム、金属マトリクスの複合材、有
機マトリクスの「超高モジュール」カーボンファイバー
複合材を(25μm 以下の) 薄い合板用薄板ととも
に使用したもの等の、更に高性能の材料を使用して、(
同軸ケーブルを除いた)単位表面積当たりの質量(ma
sse surfacique) の合計をおよそ2
.3 kg/m2 にすることが見込める。
機マトリクスの「超高モジュール」カーボンファイバー
複合材を(25μm 以下の) 薄い合板用薄板ととも
に使用したもの等の、更に高性能の材料を使用して、(
同軸ケーブルを除いた)単位表面積当たりの質量(ma
sse surfacique) の合計をおよそ2
.3 kg/m2 にすることが見込める。
【0029】本発明の上記の記述及び描写は、単に好ま
しい例を挙げたのみであって、本発明の範囲を逸脱しな
い限りにおいて、それらの構成要素を同等の構成要素で
置き換えてもよい。
しい例を挙げたのみであって、本発明の範囲を逸脱しな
い限りにおいて、それらの構成要素を同等の構成要素で
置き換えてもよい。
【図1】公知技術の装置を示す。
【図2】本発明の装置を示す。
【図3】本発明の装置を示す。
【図4】本発明の装置の変形例を示す。
14 サブネットワーク
15 放射部材
16 スリット
17 中央ディスク
18 上方マスの平面体
19 導線
20 下方マスの平面体
21、26 接着層
Claims (12)
- 【請求項1】層状タイプの構造を有する放射部材から構
成され、その放射部材が支持構造体の表面に配置される
サブネットワークを形成すべく結集されている、特に宇
宙空間で使用するためのネットワークアンテナであって
、当該支持構造体が、放射部材の下で透かし彫りの穴を
開けられ、且つ当該サブネットワークをその周辺上に固
定するためのインタフェースゾーンを提供するべく設け
られていることを特徴とするネットワークアンテナ。 - 【請求項2】各サブネットワークが4つの放射部材で形
成され、各放射部材が中央ディスクと上方マスの平面体
との間に設けられたスリットで形成され、下方レベルに
位置する導線が当該スリットに給電することを特徴とす
る請求項1に記載のネットワークアンテナ。 - 【請求項3】各サブネットワークが、伝導性下方マスの
平面体と、誘電接着層と、放射部材の各々に給電する4
本の導線に小分けされた伝導性トラックを戴置する第1
の誘電スペーサー部材と、第2の誘電スペーサー部材と
、誘電接着層と、伝導性上方マスの平面体との各種の層
からなることを特徴とする請求項1に記載のネットワー
クアンテナ。 - 【請求項4】前記伝導性層が、金属層であるか、メッキ
された誘電体層であるか、さもなくば金属マトリクスの
複合材層であることを特徴とする請求項3に記載のネッ
トワークアンテナ。 - 【請求項5】前記サブネットワークが、それらの周辺上
で支持構造体の上に接着されていることを特徴とする請
求項3に記載のネットワークアンテナ。 - 【請求項6】前記サブネットワークがハニカムまたは海
綿の層を介して支持構造体の上に接着されていることを
特徴とする請求項4に記載のネットワークアンテナ。 - 【請求項7】前記支持構造体が、加工によって透かし彫
りの穴を開けられたサンドイッチ状のプレートから得ら
れることを特徴とする請求項1に記載のネットワークア
ンテナ。 - 【請求項8】前記サンドイッチ状のプレートが、強化カ
ーボンと有機物または金属のマトリクスとの複合材の皮
膜からなることを特徴とする請求項7に記載のネットワ
ークアンテナ。 - 【請求項9】前記サンドイッチ状のプレートが金属皮膜
からなることを特徴とする請求項7に記載のネットワー
クアンテナ。 - 【請求項10】前記支持構造体が、形鋼管を組み合わせ
て得られることを特徴とする請求項1に記載のネットワ
ークアンテナ。 - 【請求項11】前記形鋼管が、強化カーボンと有機物ま
たは金属のマトリクスとの複合材からなることを特徴と
する請求項10に記載のネットワークアンテナ。 - 【請求項12】前記形鋼管が金属または金属の合金から
なることを特徴とする請求項10に記載のネットワーク
アンテナ。
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