JPH0728174B2 - マイクロ波アンテナリフレクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般にアンテナに係り、更に具体的にいえば、
新しいハイブリッドRF反射メッシュに係り、そしてその
メッシュから成るRF反射面を有するアンテナに係るもの
である。

従来の技術 先行技術は、地球上と宇宙空間との両方で使用する各種
のアンテナを豊富に揃えている。本発明のアンテナとハ
イブリッドアンテナメッシュとは地球上と宇宙空間との
両方にとって有用な特徴を有している。しかしこの明細
書では宇宙船のパラボラアンテナとして説明する。

簡単にいうと、パラボラアンテナはパラボラリフレクタ
とそのリフレクタの焦点にあるフィードとを備えてい
る。送信アンテナでは、フィードがRFエネルギーをリフ
レクタへ輻射し、リフレクタはそれの軸に沿ってビーム
としてエネルギーを反射する。受信アンテナではリフレ
クタの軸に平行にリフレクタに入ってきたRFエネルギー
が焦点に向かって反射され、そしてフィードに集められ
る。パラボラアンテナは受信アンテナとしても送信アン
テナとしても動作するよう設計されている。

宇宙船アンテナの主要件には次のものがある。すなわ
ち、比較的軽量であること；発進時にはコンパクトな形
に畳めることができ、そして宇宙ではそれの作動形態に
広げることができること；宇宙で広げるとその放物反射
面は所望のパラボラの形態に精確に一致することであ
る。地上のパラボラアンテナはこれらの要件を必要とし
ないけれども、本発明を多くの地上での用途、特に電波
望遠鏡に有利に利用できるということが明らかとなろ
う。多分大型の電波望遠鏡を除いて、地上用パラボラア
ンテナの全てではないが、大抵のものが剛性のパラボラ
リフレクタを利用しているが、宇宙船アンテナの開傘と
重量の要件は剛性のリフレクタの使用を排除することと
なる。そこで各種各様のパラボラアンテナリフレクタが
考案された。あるものは、パラボラの形態に開くことが
できる剛性であるが畳める花びらの様な部材を使用して
いる。これらの花びら状のリフレクタの利点は、広げる
と比較的滑らかで精密なパラボラ面を作るということで
あるが、非常に重くそして複雑な構造となる。別の形式
の広げることのできるパラボラリフレクタは、パラボラ
反射面として折り畳められる金属ネットもしくはメッシ
ュ又は金属化したプラスチックフィルムを使用してい
る。この反射面は、ハブから外へのびていてリフレクタ
を開閉するよう折り畳めるフレームへ取付けられてい
る。リフレクタを広げたとき放物面に反射面を一致させ
られるようにリブの形を決めている。既述の特許396115
3;3982248;3987457はこの後者の形式の広げられるパラ
ボラリフレクタを開示している。本発明の好ましい実施
例はこれらの後の方の広げられるアンテナの改良であっ
て、遥かに高い周波数で作動できるようにしている。

上述の特許に説明されたパラボラアンテナリフレクタを
最初に理解することが本発明を理解するのに最もよいこ
とである。そのリフレクタフレームは、周辺方向に間隔
を置き、そして内端で中心ハブに回動するよう取付けら
れている全体として放物線状に曲げられた複数のリブを
含んでいる。リブはハブに対して内方に回動してその閉
じた状態となり、その状態ではリブはハブの前側に集め
られている。又、リブはハブに対して外方に回動してそ
の広げられた状態となり、その状態ではリブは方物面に
一致する。

これらのリブに取付けられたワイヤーメッシュは第１と
第２の平行ワイヤーを含み、第１の平行ワイヤーは隣接
リブ間にのび、そしてリブに沿って間隔を置いてそれら
の内端で隣接リブに固定されている。第２の平行ワイヤ
ーは第１のワイヤーと交差関係にリブの長さ方向にのび
ている。第１と第２のワイヤーはそれらの交差点で相互
に溶接されて、溶接したメッシュ構造を形成し、そのメ
ッシュ構造はリフレクタのリブを広げたとき放物面と一
致する。メッシュは畳めてリブを閉じさせれる。

この先行技術の溶接メッシュの独自の特徴は、リフレク
タのリブ間をのびるワイヤーがスプリングのような、又
は弾性の形態が成形され、それによりそのメッシュが宇
宙で受ける変化する温度に応じて伸縮できるようになっ
ていることである。スプリングワイヤーに引張りも維持
しておくだけの負荷を予めかけた所定の張力でスプリン
グワイヤーを引張って、そしてリフレクタが宇宙で受け
る全温度範囲にわたって放物面を溶接メッシュリフレク
タが維持できるような仕方でメッシュをリフレクタに取
り付けている。

この溶接したメッシュは特許３、961、153の溶接機で作
られる。この機械はそれを通してメッシュの交差ワイヤ
ーを送って、そしてワイヤーの交差点でワイヤーを溶接
する。

この溶接メッシュは従来の宇宙での使用に限界を与える
ある性質を持っている。本発明はこのメッシュの欠点を
解消している。

この点について説明すると、先ずワイヤーメッシュが有
効なRFリフレクタであるためには、それの網目の大き
さ、すなわちそれの開口の寸法または平行メッシュワイ
ヤー間の間隔の寸法は反射しようとする無線周波数の波
長と比較して小さくなければならないということはよく
知られている。今日まで使用されてきている無線周波数
に対しては、有効な反射面を作るだけの小さい網目の溶
接メッシュを作ることはできる。しかし、従来の宇宙通
信でははるかに高い周波数を、従って、はるかに短い波
長を使用することとなるのであって、それに対してはそ
の必要とする小さい網目の有用な溶接したメッシュを作
ることは至難であり、不可能でさえある。

このような高い周波数に対しての小さい網目の溶接され
たメッシュを製作するのが困難であるというのには２つ
の理由がある。第１に、典型的な宇宙船のパラボラリフ
ラクタの溶接されたメッシュを作るときの溶接の数は非
常に大きくて、製作することは、少なくとも経済的な意
味で、実際的でなく、不可能でさえある。第２に、その
できた溶接されたメッシュの溶接部は、相互に近接しす
ぎているため、開閉式パラボラリフレクタとしては固く
なりすぎてしまうということである。こういうことで、
これらの将来の高い周波数で使用できるRF反射メッシュ
の改良が必要となってくるのである。

発明の構成 本発明は、従来の宇宙通信で使用されるであろう非常に
高い周波数の動作に対して寸法を定められる；容易に製
作できる；そして皿状のパラボラリフレクタのような開
閉式宇宙船アンテナリフレクタに使用するに適した改良
型の高周波反射メッシュを提供する。

この改良メッシュは、支持メッシュと、この支持メッシ
ュの上になっていて、支持メッシュへ固定された導電メ
ッシュとを含むハイブリッドメッシュである。導電メッ
シュは、ハイブリッドメッシュのRF反射面を形成し、そ
して反射しようとする高周波電磁波波長に適した比較的
小さい網目を有している。この点について、本発明の最
良の実施態様の導電メッシュは、24ギガヘルツ程度の周
波数で使用できるインチ当たり16本のワイヤーを配した
非常に小さい網目にして作れるニットワイヤのファブリ
ック状もしくは織物状のメッシュである。

本発明の以下に説明する実施例は、イフレクタの反射放
物面としてハイブリッドメッシュを利用する宇宙船用の
開閉式パラボラアンテナのリフレクタである。この実施
例の支持メッシュは、網目は都合のよい大きさとしてよ
い上述の特許に記載の弾性の、溶接したワイヤーメッシ
ュである。このハイブリッドメッシュは比較的しなやか
で、容易に開閉して、リフレクタをつぼめたり、広げた
りできる。支持メッシュと織ったメッシュとの弾性とに
より、ハイブリッドメッシュは宇宙船で遭遇する温度範
囲にわたってそれの放物輪郭を保てる。

実施例 第１、２図の広げられるパラボラアンテナ10は、それの
パラボラリフレクタまたは皿14のRF反射面12を除けば普
通のものと同じである。従ってアンテナの詳しい説明は
不要である。アンテナのリフレクタ14のフレーム15は、
例えば宇宙船の一部分である支持部に取付けられた中心
ハブ16を含み、このハブにヒンジ22によりパラボラのリ
ブ20の内端を取り付けているとだけ述べておけば充分で
ある。

これらのリブは、第２図の破線で示す畳んだ、すなわち
縮めた状態と、第２図の実線で示す開いた、すなわち拡
げた状態との間で回転することができる。その縮めた状
態ではリブは全体としてハブの前方に向かってのびてい
て、ハブとほぼ同じ直径の包囲空間内に納まる。拡げた
状態ではリブはハブの前面24を含むパラボラもしくは放
物面に揃う。スプリング26はリブを拡げた状態にしてい
る。リブを縮めた状態に維持するための開放手段（図示
せず）を設ける。

これから詳しく説明するが、パラボラリフレクタ14のRF
反射面12は本発明のハイブリッドメッシュ28を備えてい
る。このメッシュはリフレクタリブ20へ取付けられてい
て、リブと一緒に開閉する。リブを拡げると、反射メッ
シュ28とハブ前面24と、焦点ｆを有するパラボラ面に一
致する。

アンテナフィード30は中心軸に沿ってハブ16から前方に
のびている。焦点ｆのところにフィードの輻射器及び／
又は受信器32がある。

本発明の要旨は、パラボラリフレクタ14のRF反射面12を
形成するハイブリッドメッシュ28の構造にある。このメ
ッシュを第３−７図を参照して説明する。

ハイブリッドメッシュ28は、支持メッシュ34とこの支持
メッシュの上になっていて、それへ固定されている導電
メッシュ36とを備えている。支持メッシュ34の網目は簡
単に作れる大きさの網目でよい。導電メッシュ36は、ワ
イヤメッシュ又は金属化した合成繊維のメッシュであ
る。その網目は、反射しようとする無線周波数の波長に
対して適切な大きさとなっている。本発明の主な利点
は、将来の宇宙工学で意図されている非常に高い周波数
に適している。非常に小さい網目のメッシュを、普通の
編物技術と編物機械を使用して、作れるということであ
る。例えば、直ぐ理解されることであるが、メッシュは
５−６ギガヘルツの範囲の周波数に適した0.10インチ程
度の網目の、布目のような編めとなっている。

更に詳しく添付図を参照する。好ましい支持メッシュ34
は既述の先行特許に説明されたのと同じ溶接されたワイ
ヤメッシュである。この好ましい支持メッシュのストラ
ンド又はワイヤー38はリフレクタ14の隣接リブ20の間
を、全体としてリフレクタの周囲方向に沿ってのびてお
り、そしてストランド又はワイヤー40はワイヤー38に直
交して、全体としてリフレクタの半径方向にのびてい
る。ワイヤー38、40は相互に横断し、そしてそれらの交
点42で溶接されている。周囲方向のワイヤー38は第５図
に示すように、そして既述の先行特許に説明しているよ
うにうねっていて、これらのワイヤーはそれの端の方に
弾性的に引張れるように弾性を持つ形態とされている。
こうして、支持メッシュ34はワイヤー38に平行な端の方
へ向かう方向に弾性的に引張れるようになる。スプリン
グワイヤー38は先行特許に記載のように所定の引張りを
掛けられている。

ニットワイヤーメッシュ36は、メッシュの一方の端に向
かってのびるニットワイヤーチェーン44と、これらのチ
ェーン44と直交してのび、そしてチェーン同志の交点で
相互に結合しているニットワイヤー織物又はファブリッ
クから本質的になる。ニットメッシュは種々のオープン
ニットパターンを備えている。第４図に示す好ましいパ
ターンはトリコット２バーニットパターンである。この
ニットパターンはよく知られており、説明するまでもな
い。そのニットメッシュ36は、全ての端の方向に向かっ
て面内でかなりの程度のびることができるが、メッシュ
の網目48の対角線方向に主としてのびることができる。

導電メッシュ織物又はファブリック36を支持メッシュ3
8、40の上に配置し、支持メッシュ38、40にニットメッ
シュの網目48の対角線方向にのびている。支持メッシュ
ワイヤー38、40とニットワイヤーチェーン44、46との適
当な交点でニットメッシュは支持メッシュに溶接されて
いる。ここまでの説明で、バイブリットメッシュ28が支
持メッシュ34の弾性スプリングワイヤー38の端に向かう
方向に弾性的にのびることが理解されよう。

図に示すパラボラリフレクタ14では、ハイブリッドメッ
シュ反射面12は複数のパネル50を備えている。各パネル
は２つの隣接リフレクタリブ20の間に固定されて配置さ
れる。第６、７図はこれらのパネル１つを拡大して示し
ている。各リフレクタパネル50は一対の金属の取付片52
を備え、これらの取付片に支持メッシュ弾性ワイヤー38
の端を固定している。これらの取付片はリフレクタフレ
ームのリブ20へ固定されている。。

リフレクタ14を一様に拡げると、支持メッシュ34は、先
行特許に説明されているように、パラボラ面に一致す
る。支持メッシュ34が導電メッシュファブリック36を支
持し、そしてこの導電メッシュファブリック36は、支持
メッシュ34が定めたパラボラ面に一致する。この支持メ
ッシュは作り易い網目の大きさとなっている。導電メッ
シュファブリック36は、反射しようとするRF波長に適し
た網目の大きさに作られている。例として、５−６ギガ
ヘルツの範囲の周波数では10ゲージの網目、すなわち10
本の導線（１インチ当たり10本のワイヤーチェーン44/4
6）である。

既に記したように、導電メッシュファブリック36の好ま
しいニットパターンは２バートリコットニットである。
他のニットパターン、例えば、ラシシェルニットも使用
できる。更に、導電メッシュファブリック36はニットフ
ァブリックでなくて織られたファブリックであってもよ
い。

ここに説明した導電メッシュファブリック36はニットワ
イヤーファブリックである。しかし、導電メッシュファ
ブリックは金属化した合成繊維でもよい。

支持メッシュ34はワイヤーメッシュもしくは合成繊維メ
ッシュでもよい。非導電性繊維の支持メッシュの上にワ
イヤー支持メッシュを配する利点は、導電メッシュファ
ブリックに破れがあってもその破れをワイヤー支持メッ
シュが短絡させられるということである。この欠点は合
成繊維支持メッシュを金属化することにより克服され
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のハイブリッド、メッシュリフレクタ
を使用したパラボラアンテナの斜視図である。 第２図は、リフレクタの断片の拡大図である。 第３図は、第１、２図のアンテナのハイブリッドメッシ
ュの拡大図である。 第４図は、ハイブリッドメッシュの別の拡大図である。 第５図は、ハイブリッドメッシュの支持メッシュに使用
した弾性ワイヤーの拡大図である。 第６図は、第１図のリフレクタのハイブリッドメッシュ
パネルを示す。 第７図は、パネルの拡大斜視図である。 図中： 10:パラボラアンテナ 12:RF反射面 14:リフレクタ 15:フレーム 16:ハブ 20:リブ 22:ヒンジ 24:前面 26:スプリング 28:ハイブリッドメッシュ 30:フイード 32:輻射器及び／又は反射器 34:支持メッシュ 36:導電メッシュファブリック 38:ストランド又はワイヤー 40:ストランド又はワイヤー 42:交点 44;46:ニットワイヤーチェーン 48:網目 50:パネル 52:取付片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心ハブと、この中心ハブへ一端を回転軸
   として回転するように取り付けられ、畳んだ状態と開い
   た状態との間で回転する複数の放射線状のリブから成る
   畳める支持フレーム、 縮らせて弾性を持たした周辺方向のワイヤーとこれらに
   交差する半径方向のワイヤーとを交点で相互に結合して
   成り、前記の放射線状のリブへ固定されている支持ワイ
   ヤメッシュ、及び 超短波に適するメッシュの大きさになっている織ったワ
   イヤもしくは金属化した合成繊維の布状メッシュから成
   り、前記の支持ワイヤメッシュの上の固定され、支持さ
   れているマイクロ波反射メッシュ を備えるマイクロ波アンテナリフレクタ。