JPH05505922A - アンテナ構造およびその製造方法 - Google Patents

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】 本発明は、電磁波信号を放射および／または受信するアンテナ装置と、その製造 方法とに関する。その実施例においては、それは特に、例えば打上げられる人工 衛星への応用における、宇宙への打上げ、および宇宙での使用、に適するヘリカ ルアンテナに関する。

発明の背景 特に極めて高い周波数において（例えば、ＵＨＦまたはＬバンド周波数において ）用いられる、通常のアンテナ構造は、所望される電気的特性のために、本来ど ちらかというとこわれやすいことが知られている。１つのそのようなアンテナ構 造はヘリカルアンテナであり、それは通常、鋼などの適切な導体の螺旋から成る 。１つまたはそれ以上のそのようなアンテナ構造を反射器上におけるアレイに組 立てることができるが、それらはまた個々に用いられても有用である。これらの ヘリカルアンテナは、通常は片持梁式に１端部において取付けられ、従って、自 身の強度および剛性に依存して幾何学的完全性を保持する。地面に基礎を置く応 用においては、これは容易に可能であるが、アンテナ構造が人工衛星上にあって 宇宙へ打上げられる場合には、そのような自己支持構造は変形または破壊を受け 、あるいは少なくとも、それらの動作特性にある損傷を受ける。

そのような形式のアンテナに対して支持構造を具備するさまざまな試みが過去に おいてなされ、その支持構造は、アンテナ自体の電気的性質に妨害を与えること なく所望の剛性および強度を備えるべく意図されたものであった。人工衛星への 使用のためには、そのような支持構造は、打上げの衝撃および振動に対して高度 の抵抗力を存し、比較的に軽量のものであり、その動作対象である電磁波に対し て透明であり、さらに化学的に不活性のものであるべきである。それはまた、正 確に所望の形態に経済的かつ容易に製造され、好ましくは、それを取付けるため のフランジなどの適切な手段を１端部に一体的に有するものであることが所望さ れる。上述の所望の特徴の１つまたはいくつかを具備するアンテナ構造は公知で あるが、これらの特徴の大部分または全てを、所望される程度に１つの構造内に 具備するものを出願者は知らない。

従って、本発明は、新しい有用なアンテナ構造と、その製造方法とを提供するこ とを目的とする。

もう１つの目的は、衝撃に対する高度の抵抗力を存し、比較的に大きい温度範囲 を許容し、軽量であり、さらに化学的に安定である、そのようなアンテナ構造を 提供することである。

もう１つの目的は、簡単で経済的であり、かつ機械加ニステップをなんら必要と しない、そのようなアンテナ構造の製造方法を提供することである。

発明の要約 本発明のこれらの、およびその他の、目的は、アンテナ素子の導電材料が上に配 置された、電磁波に対して十分に透明な、十分に不活性な材料の編組スリーブを 含むアンテナ構造を提供することにより達成される。このアセンブリは、不活性 な硬化樹脂により含浸され、被覆されるが、この樹脂もまた、電磁波に対し十分 に透明であり、高レベルの衝撃および振動による機械的損傷または変形に対して 高度の抵抗力を有し、さらに広い温度範囲を許容する。

このアンテナ構造は、好ましくは、支持構造の所望形状と同様の形状ではあるが やや直径の小さい外表面をもった心棒を準備し、次にその心棒の外面に、繊維ガ ラスを１例とする適切な材料の編組スリーブを形成し、次にその編組被覆の外面 に、例えば銅箔の、導電性アンテナ材料を配置して、このアセンブリを密に適合 する壓の中に置き、その中に液状樹脂を供給して、編組物および螺旋形の細長い 一片を覆うことにより製造される。そのようにして供給された液状樹脂は、編組 物を含浸し、導電性アンテナ材料を被覆してそれを所望のアンテナ形態をなすよ うに該編組物に接着する。次に、この樹脂は、加熱によるなどして硬化せしめら れ、アセンブリは室内から取出され、心棒が除去される。もし心棒が編組スリー ブ内に捕えられて保持されるような形状のものならば、それが破壊または溶解に よって除去されるように、それは初めにこわれやすい、または溶解可能な材料か ら作られ、一方、もしそれが捕えられて保持されることのないものであれば、そ れはアルミニウムなどの適切な金属から作られて、単に引出すことによって除去 される。

実施例においては、アンテナ素子は、編組スリーブの回りに巻回された金属箔で 螺旋形の細長い形状のものであり、該スリーブは外方へ張出した取付フランジで 終り、そのフランジは、最初の心棒上に同様のフランジを設け、アセンブリを型 の中に入れる前に、心棒のフランジの上側および周の上および回りに編組材料を 編組することによって作製される。ヘリカルアンテナに対する電気接点は、フラ ンジ付近の少量の樹脂コーティングを除去し、このようにして露出せしめられた 金属箔に導体を固定することによって作られる。実施例においては、取付フラン ジの厚さ、従って強度は、樹脂材料の付与以前にフランジの面に対し、１つまた はそれ以上の堅固な薄層を配置することによって増大せしめられる。

完成製品においては銅のストリップはボッティング樹脂内に埋込まれて該樹脂に よって保護され、含浸された編組物は、所望のように強い、耐衝撃性かつ耐振動 性の支持構造を与え、それは、電磁波に対して透明であり、また広範囲の温度変 化を許容する。さらに、それは、繊維および樹脂の低密度性と、中空であること とによって軽量であり、選択されたアンテナの幾何学的形態によって所望される 通りに正確に形成され、また、機械加工をなんら必要としない工程によって製造 され得る。さらに、実施例においては、取付フランジは、なんら別個の多くの経 費を要するステップを必要とすることなく設けられる。

図面の簡単な説明 本発明のこれらの、およびその他の、目的および特徴は、添付図面を参照しつつ 、以下の詳細な説明を考察することにより、一層容易に理解されよう。添付図面 において、 第１図は、縦軸の回りに円対称である、本発明の実施例の完成されたアンテナ構 造の、部分切取り側面図である。

第２図は、第１図の２−２線における断面図である。

第３図は、末端フランジの厚さを増大せしめるために好んで用いられる環状薄層 を示す部分断面部分図である。

第４図は、そのような環状薄膜の斜視図である。

第５図は、本発明のアンテナ構造の製造に用いるに適する編組心棒の側面図であ る。

第６図は、アンテナを形成するための螺旋筒が回りに巻かれた編組心棒の一部分 の側面図である。

第７図は、完成されたアンテナ構造の拡大部分側面図ここで、以下に与えられる 、アンテナ構造およびその製造方法の特定例を、本発明の範囲の制限を伴うこと なく言及すると、この場合の目的は、銅でできた螺旋形の細長い一片１２を担持 する樹脂含浸編組スリーブｌＯから成る、第１図および第２図に示されているよ うなアンテナ構造を提供することであると言うことができ、その螺旋形の細長い 一片１２は、編組スリーブと同じ樹脂ボデー１４内に埋込まれている。このアセ ンブリは、１端部に一体的樹脂含侵フランジ１６を具備し、これによってアンテ ナ構造は、例えば電磁波反射器上に取付けられる。

次に第５図を参照すると、そこには、Ｌバンド周波数において動作するそのよう なアンテナを製造するに適する心棒２０が示され、その上には編組スリーブＩＯ Ａが形成されている。この例においては、心棒はアルミニウム製のものであれば よく、図示されている形状のものである場合は、それは工程の終了時に最終成形 物から容易に抜去される。心棒が成形されたアセンブリ内に捕えられるような形 状を有する他の場合においては、心棒が最終製品から除去されるように、それは 可溶性または容易にこわされつる性質のものから作られる。

心棒２０の外面は、最終製品に対して所望される寸法より、最終製品の材料の厚 さだけ小さい寸法を有する。

すなわち、それは、最終的な円筒状アンテナ支持構造の内部表面に対して適切で ある寸法および形状を画定する。

この例においては、Ｌバンドアンテナ構造がほぼ以下の寸法を存するものと仮定 される。

構造の円筒状部分の長さ＝約４．３５６ｘｌＯ−’ｍｌ端部の円錐状部分の長さ ＝約１．１６Ｘ１０−’ｍ円筒状部分の直径＝約５．５４ｘｌＯ−”ｍ円錐状端 部のテーバ＝約２５°、これによりその小さい方の端部は、約４．７８ｘｌＯ− ”ｍの直径を有する。

アンテナの縦軸に沿ってのフランジ１６の厚さ＝約５、ｌＸ１０−’ｍで、約１ ．３ＸＩＯ−’ｍの直径を育する。

製造に際しては、心棒２０が、その円錐状端部を上向きにして、通常の編組機の 鉛直軸に沿い所定位置に鉛直に置かれ、編組機が動作している間に上方へ移動す る制御された鉛直方向持上げ装置によりつかまれる。通常は７２キャリア編組機 が使用されて、通常の２オーバー、２アンダーの編組物が作製され、編組材料は ２５０イールド（ｙｉｅｌｄ）繊維ガラスで、編組はＷａｒｄｗｅｌｌＢｒａｎ ｌｅｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｆａｌｌｓ、　Ｒ，ｌ　により製 造されているような市販の編組機によるを適切とする、通常の「メイポール（ｍ ａｙｐｏｌｅ）　Ｊ式で行なわれる。動作パラメータの最後の正確な調節は、好 ましくは公知のように経験的に行なわれるが、通常は、２．５ｍ／ｓ程度の持上 げ速度が、心棒の外面上に好ましい４５°角度の編組物を生せしめる。

所望の厚さを有するフランジ１６を設けるためには、好ましくは編組作業の前に 、フランジ上にこれに対して、通常は織られた繊維ガラスから成る（４０）（第 ４図および第５図）のような、薄いガスケット形の環状パッドまたは薄層を少な くともいくつか設置する。それらは、フランジに対して着座するまで、心棒２０ 上へそのテーパーした端部を経て滑らされる。この例においては、それぞれの厚 さが約７．　６２Ｘ　１０−’ｍ　（約３ミル）である約３０個のそのようなパ ッドが用いられる。これによって、構造の残余部分の厚さの約２倍、例えば約５ ．ＩＸ　１０−”ｍ、の厚さを有する最終的フランジが得られ、それに対応して 強度が増大する。

銅の螺旋１２は、好ましくは約７．６２Ｘ１０−’ｍ（約３ミル）の厚さおよび 約１．３Ｘ１０−”ｍの輻を育する箔とする。編組された心棒の回りにそれが形 成する螺旋のピッチは約１４．５°で、全部で９．５回巻かれ、これらのうちの ２回は編組支持構造の円錐状にテーパーした端部上に巻かれている。ヘリカルア ンテナの細長い一片の正確な形態は、設計者により設計された電気的特性によっ て決定され、本発明の目的のためには、さまざまな応用において比較的多様な形 態のいずれをもとり得る。

ポツティングすなわち樹脂埋込みは、エポキシ樹脂を用いる通常樹脂圧送成形（ ＲＴＭ）と呼ばれる標準形式のものて良い。型は雌空洞を有し、それは加圧され た液状樹脂のある流れを可能ならしめるのに十分な、極めてわずかな空隙を有す るように、編組された心棒の外表面の回りに密に適合する。

そのようなＲＴＭ工程において通常行なわれるように、流動可能状態の加圧樹脂 が型の底部付近の開口を経て供給され、壓の頂部は通常大気に対して開放されて いるか、またはある真空度を与えられていて、型の内部を通る樹脂の流れを助け る。通常の圧力差は、約３．４ＸＩＯ’パスカルであるが、これらのパラメータ は、特定の応用のための最適条件を実現するように実質的に変化せしめられる。

所望されるのは、所定の比較的短い時間間隔の後に、編組物が樹脂により一様に 含浸され、塁と編組物の外面との間の極めて狭い空間内にあるアセンブリの外面 上に、樹脂の薄くて連続的な滑らかなコーティングが確実に形成されることであ る。通常は、樹脂の外部層の厚さは、約７．　６２Ｘ　１０−’ｍ　（約３ミル ）またはそれ以下でさえある。

通常の硬化時間は、約１５０°Ｃの型温度において約２時間であるが、これらの パラメータも、ポツティングされる製品および使用される樹脂の正確な寸法およ び性質により変化せしめられ得る。

完成された部品は、次に梨から取出され、冷却された後に中央の心棒が除去され る。この例においては、心棒はフランジの端部から引出されつる。心棒が両端部 または製品の内部に増大せしめられた直径および減少せしめられた直径の双方を 存する他の応用においては、捕えられる心棒を好ましくは可溶性の、またはこわ されうる材料から作り、工程のこの段階においてそれを溶解または破壊して、そ れを編組スリーブの内部から除去し、所望の完成されたアンテナ構造を得る。

アセンブリを取付けるためには、支持用のねしまたはボルトを受入れるための（ ５０）のような穴をフランジに穴あけする。ある応用においては、宇宙の人工衛 星において有用な、「アンテナ７７−ム（ａｎｔｅｎｎａ　ｆａｒｍ）　Ｊとし て知られるものを形成するために、比較的多数のこのようなアンテナ構造を、共 通の反射器上に取付ける。

上述のように、ヘリカルアンテナに対する電気接点は、フランジに隣接する螺旋 の端部を被覆している樹脂の小部分を除去し、そこへ電気導線を固定することに よって作られる。

このアンテナ構造を作製するのには、なんら機械加工工程が必要とされないこと 、また個々の製造ステップが本技術分野に習熟した者の容易に行ないつる種類の ものであることに注目すべきである。出来上がった構造は、寸法が正確で、比較 的に軽量であり、電磁波に対して透明で、衝撃および振動に対する高度の抵抗力 を有し、また広範囲の温度変化を許容する。銅の螺旋は、所定の位置に堅固に支 持されて保持され、それと同時に、硬化した樹脂の薄層によって保護される。

前述のように、アンテナの他の電気的設計は、それに対応する異なった支持構造 を必要とし、それぞれの場合における支持構造の形状は、アンテナを正確にその 所望の電気的形態をなすように支持するようになっている。

以上においては、本発明を特定の実施例に関し、完全な明確さをもつように説明 してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、ここに詳述された ものとは異なるさまざまな形でそれを実施しうることは理解されよう。

浄書（内容に変更なし） 要　約　書 アンテナが、螺旋状の箔（１２）を中空円筒状編組物（ｌＯ）に巻回することに より支持されている該螺旋状の箔（１２）の形式のものであり、箔（１２）およ び編組円筒（１０）が樹脂内においてボッティングされている、アンテナ構造。

一体的取付フランジ（Ｉ６）が、ｌ端部に具備されている。この構造は、１端部 にフランジを有する円筒状心棒（２０）を準備し、例えば繊維ガラスのスリーブ （１０）を該心棒の外面上に編組し、銅箔などの導体箔（１２）を編組された心 棒の回りにアンテナの形態をなすように巻回し、このアセンブリを適切な樹脂内 においてボッティングし、次に前記心棒を除去することにより製造される。ボッ ティングに先立って、取付フランジ（１６）は、好ましくは、複数の薄い環状の 、中心部が加工された円板（４０）を、前記円筒上に、かつ前記フランジに対し て、配置することにより、厚さおよび強度を増大せしめられる。

１、事件の表示 アンテナ構造およびその製造方法 ザ　ベントリイ　−　ハリス　マニュファクチュアリング　カンパニー４、代理 人 ６−補正により増加する請求項の数 ７、補正の対象 明細書、請求の範囲及び要約書翻訳文 国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．心棒上に電気絶縁材料を編組することにより編組スリープを形成するステッ プと、 該編組スリープの外面上に導電性アンテナ素子を、その最終的に所望される形態 に配置するステップと、前記編組スリープと前記アンテナ素子とのアセンブリを 電気絶縁性液状ポッティング材料で充満し、該ポッティング材料により前記偏組 スリープを含侵し、かつ前記アンテナ素子を被覆するステップと、 その後、前記ポッティング材料を硬化せしめることにより剛性の複合構造を形成 し、前記アンテナ素子が前記所望される形態に堅固に支持され、また該アンテナ 素子が前記硬化したポッティング材料により被覆されるようにするステップと、 その後、前記心棒を前記剛性複合構造から除去するステップと、 を含む、アンテナ構造の製造方法。
2. ２．前記スリープが管状をなし、前記アンテナ素子が螺旋状をなして該スリープ に沿いかつ該スリープの回りに延長している、請求項１記載の方法。
3. ３．前記アンテナ素子が導電性の箔である、請求項１記載の方法。
4. ４．前記箔が、前記スリープに沿って間隔をあけた螺旋状の巻回をなして配置さ れた銅の細長い一片である、請求項３記載の方法。
5. ５．前記編組スリープの材料と、前記ポッティング材料とが、共に十分に電磁波 に対して透明である、請求項４記載の方法。
6. ６．前記充満ステップが、前記アセンブリを密に適合する型内に配置するステッ プと、流動可能状態の前記ポッティング材料を該型内へ前記編組スリープの含浸 と前記アンテナ素子の前記被覆とが完了するまで強制的に供給するステップと、 を含み、前記ポッティング材料が熱硬化性樹脂であり、前記硬化ステップが、前 記樹脂を硬化せしめるために加熱するステップを含む、請求項１記載の方法。
7. ７．前記心棒が少なくとも１端部にフランジを形成されていることにより、前記 スリープに取付フランジを設けるようになっている、請求項１記載の方法。
8. ８．前記ポッティング材料による前記充満ステップに先立って、前記スリープ上 に該フランジに対して、１つまたはそれ以上の織られた電気絶縁材料から成る環 状リングを配置することにより前記フランジを強化するステップを含み、該リン グもまた前記ポッティング材料により充満され該ポッティング材料により被覆さ れることによって、最終製品上に厚くされたフランジを形成する、請求項７記載 の方法。
9. ９．前記編組スリープが繊維ガラスの糸から構成され、前記ポッティング樹脂が エポキシ樹脂である、請求項８記載の方法。
10. １０．外表面上に配置されたアンテナ素子を有する編組された繊維から構成され た管状ボデーと、該管状編組ボデーおよび前記アンテナ素子を含侵しかつ被覆す ることによって該アンテナ素子に対する剛性支持体を与えかつ該アンテナ素子を 前記ボデーに結合する硬化せしめられた樹脂性材料と、 を含むアンテナ構造。
11. １１．前記アンテナ素子が、前記ボデーの回りに、かつ該ボデーに沿って実質的 に螺旋状を成して延長している、請求項１０記載のアンテナ構造。
12. １２．前記螺旋状素子の巻回が、前記管状ボデーに沿って互いに間隔をあけてい る、請求項１１記載のアンテナ構造。
13. １３．前記繊維および前記樹脂性材料が共に電気絶縁性のものである、請求項１ ０記載のアンテナ構造。
14. １４．前記繊維がガラスから成り、前記樹脂性材料がエポキシ樹脂である、請求 項１３記載のアンテナ構造。
15. １５．前記管状ボデーが前記繊維の４５管状編組物から構成される、請求項１４ 記載のアンテナ構造。
16. １６．請求項１から請求項９までのいずれかに記載の方法によって製造されるア ンテナ構造。