JPH08307146A - 超軽量薄膜アンテナ反射器 - Google Patents

超軽量薄膜アンテナ反射器

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JPH08307146A
JPH08307146A JP8007957A JP795796A JPH08307146A JP H08307146 A JPH08307146 A JP H08307146A JP 8007957 A JP8007957 A JP 8007957A JP 795796 A JP795796 A JP 795796A JP H08307146 A JPH08307146 A JP H08307146A
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JP
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reflector
antenna
thin film
woven
antenna reflector
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JP8007957A
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Inventor
Louis B Brydon
ビー． ブライドン ルイス
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Lanteris Space LLC
Original Assignee
Space Systems Loral LLC
Loral Space Systems Inc
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Publication date
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
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    • H01Q15/141—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing reflecting surfaces
    • H01Q15/142—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing reflecting surfaces using insulating material for supporting the reflecting surface
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 相当の温度変化、放射の照射、及び宇宙の外
乱の作用による宇宙で歪に対抗する十分な強度を有しな
がらも超軽量である宇宙アンテナ及び衛星アンテナの反
射器を提供する。 【解決手段】 宇宙アンテナ反射器１０は、一子撚り複
合材料として、３つ以上の異なる軸に沿って延びるグラ
ファイトなどからなる高弾性繊維の織り糸で織られて硬
化性プラスチック内に閉じこめられた織物コア２４を有
する複合メンブレン２６を有する。この反射器は、一子
撚りで織られた軽量のグラファイト織物を下地としてい
るが、準等方性特性を呈し、すなわち、ほぼ全方向に対
して、強度、熱安定性及び歪抵抗が同一になっている。
また反射器１０は、宇宙船や衛星に取り付けるために、
モールド成形された支持体またはハニカムの支持体を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相当の温度変化、
放射の照射、及び宇宙の外乱の作用による宇宙での歪に
対抗する十分な強度を有しながらも超軽量である宇宙ア
ンテナ及び衛星アンテナの反射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙で、特に地球軌道での使用のために
設計された電磁波やマイクロ波反射型ミラーアンテナ
は、重量の軽量化と、宇宙からの作用、特に太陽や闇に
よって生じる広範囲の温度変化を受けている間の強度や
信頼性との間で、妥協を余儀なくされてきた。
【０００３】グランダ（Grounder）らによる米国特許第
４，６３５，０７１号には、宇宙反射器構造が開示され
ている。本発明は、この宇宙反射器構造に対して、宇宙
環境で存分に機能するための十分な強度及び信頼性を備
えながらも重量に対してかなりの改善を行うものであ
る。グランダ特許の反射器は、準等方性特性を呈する、
すなわちほぼ全方向に対して強度、熱安定性及び歪抵抗
が同一となる反射器部材を有する。大切な特性が、グラ
ファイト繊維強化エポキシテープや織物の複数層から反
射部材を形成することによって付与され、層の各々は、
互いに６０度の角度をなす３つの層のテープや織物を有
して準等方性特性を備えている。上記反射器は、所望の
強度と安定特性とを有するが、比較的重量があり、宇宙
に送ることのできるアンテナ寸法を制限している。ま
た、この反射器は、製造が比較的困難であり、また製造
コストも高価である。
【０００４】タナー（Tanner）による米国特許第３，３
２４，５５６号を参照する。この特許は、地上設置の双
円錐形グリッドワイヤアンテナに関する。このアンテナ
は、周囲の非導電性支柱及びガイワイヤの複数によって
距離を介して各々が支持されている２つの導電性ワイヤ
アレイを備える。このアレイは、直径が１８２．８８ｍ
（６００フィート）と非常に大きく、故に自立しない。
故に、このアンテナは、宇宙での展開や使用とは無関係
である。
【０００５】宇宙アンテナ反射器素子としてグラファイ
ト強化複合体の使用は、周知である。ジョンダ（Jonda
）の米国特許第４，０９２，４５３号を参照する。こ
の特許は、炭素繊維強化プラスチック複合体が巻回され
た層状物を開示し、この層状物はハニカム基板に支持さ
れることもある。強化繊維織物からなるアンテナ反射器
の開示のために、米国特許４，８１２，８５４号及び米
国特許第４，８６８，５８０号も参照する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、相当量の温度
変化、放射の照射及び宇宙の外乱の作用による歪に対抗
する高周波数マイクロ波反射器として、宇宙での使用に
対して展開可能な超軽量であり且つ熱安定性を呈する一
子撚りまたは単糸撚りの織物アンテナ反射器に関する。
【０００７】本発明は、宇宙アンテナ反射器が、一子撚
り複合材料として、異なる３軸方向またはそれ以上の軸
に沿ってそれぞれ延びるグラファイト繊維が織られて硬
化性プラスチック内に閉じこめられた織物コアを有する
複合メンブレンを備え、一子撚りで織られた軽量のグラ
ファイト織物を下地としながらも、準等方性（quasi-is
otropic ）特性を呈する、すなわち、ほぼ全方向におい
て強度、熱安定性及び歪抵抗が同一となるという発見に
基づいている。
【０００８】このように、本発明の反射器は、上記のグ
ランダ特許に開示されたタイプの反射器の準等方性特性
を有しながらも、一子撚り構造によりグランダ特許の反
射器よりもかなり軽量となり、一子撚り構造により製造
がさらに安価でさらに容易となる。本発明の反射器は、
一子撚りからなる自立構造を採り、アンテナ宇宙船に接
続された支援枠構造体に取り付けられており、異なる複
数の軸方向に延びる一子撚りの織り糸で織られた織物反
射器層の反対側の面に固着されるハニカムコア材料など
の軽量コアを備える。
【０００９】
【実施例】本発明は、図１に示す衛星などの宇宙船１４
においてアンテナ１２との使用に適した超軽量薄膜単糸
撚り反射器アセンブリ（ultra-light weight thin memb
rane single ply reflector assembly）１０に関する。
なお、本発明において、「薄膜」とは、厚みの薄いメン
ブレン（thin membrane ）を指すものである。宇宙船
は、本発明とは直接関係しないベーン（操縦面）１５も
備える。薄膜反射器アセンブリ１０は、図２に示すよう
に、外側周縁反射器リング２０、及び後部支援または支
持枠部２２を含む支持体１８を有する。反射器アセンブ
リ１０は、一子撚りの織物メンブレン２６を有する。こ
の織物メンブレン２６は、後述の如く向きが決められた
グラファイト繊維などの多数の高弾性繊維を含む織り糸
が異なる複数の軸方向に延びて織られた織物２４からな
る。多軸反射器アセンブリ（multi-axially reflector
assembly）１０が適切に支持されるとき、このアセンブ
リ１０の代表的な寸法は、１ｍから３ｍの範囲である
が、必要に応じて、また、利用可能な、展開可能な適宜
の寸法を採ることができる。
【００１０】図５及び図６に、支援支持体１８の分解斜
視図及び側面図をそれぞれ示す。支持体は、外周リング
部２０及び後部支持枠部２２を含むようにモールド成形
される。外方リング及び内方支持部は、反射器部材２６
（図２に図示）を平面、放物面、双曲面、または用途に
応じて必要とされる適宜の形状に保持するように構成さ
れている。支持枠部２２は、図５に示すように、支持体
２０の接続部２９に取り付けられた適宜のタイプの締め
具を利用して宇宙船１４に取り付けられる。反射器メン
ブレン２６は、図３及び図４に示すように、好ましくは
グラファイトハニカム構造体から形成された強化コアを
有し、頑丈且つ軽量の構造体を形成するとともに、熱膨
張をかなり低くする。しかしながら、膨張係数がかなり
低い合成発泡レジンなどの軽量材料が、補強コアとして
使用される。このような合成材料は、周知の製造技術を
使用して形成されるが、発泡モールド成形が適している
ことが判っている。
【００１１】図３及び図４の実施例を参照すると、反射
器部材２６ａは、ペーパファイバボード（繊維質板
紙）、熱抵抗プラスチック、アルミニウム合金などの軽
量ハニカム材料からなる中心強化コア１９に一子撚り薄
膜外側層１６を硬化性接着層１７によって積層すること
によって形成される。層１６は、グラファイトなどの高
弾性繊維からなる一子撚りの織り糸が異なる複数の軸方
向に延びて織られて、ポリシアン酸塩エステルレジン
や、エポキシレジン、または航空機産業にて使用されて
いる繊維強化複合織物を形成するために従来から使用さ
れている硬化性ポリマなどの硬化性プラスチック成分の
中にとじこめられている織物からなる。図示の如く、様
々な層が重層されて加熱結合されて、反射器サンドイッ
チ２６ａを形成する。なお、ハニカムコア１９は、所望
の大きさや形状、曲率に形成され、さらに外側の反射器
層１６はコア１９の表面形状に沿って反射器部材２６ａ
が形成されることは、明かである。
【００１２】本発明の反射器部材２６の最も重要な特徴
は、内部に封じ込められている一子撚りの織り糸が異な
る複数の軸方向に延びて織られた織物２４である。この
織物２４は、図７に示すように、少なくとも３本の異な
る軸に沿って均一に延びる繊維からなるという事実によ
り、準等方性特性を呈する。複合反射器部材２６は、図
８に示すように繊維が直交交錯して織られた従来の織物
に比較すると、熱膨張及び熱収縮に対するかなりの抵抗
を有する。
【００１３】太陽の影になっている反射器の側面と、太
陽と対向する反射器の側面との間の温度変化は激しいの
で、低い熱膨張係数は、衛星での使用に対して不可欠で
ある。宇宙船の温度は、太陽を向いているときの＋１３
０℃から太陽の影にあるときの−１８０℃までの範囲で
変化する。この温度変化により、衛星反射器を通信分野
において信頼性を有して使用するために、熱膨張係数
は、１℃の温度変化に対しておよそ１×１０-6程度とか
なり低いことが大切である。用途が異なる衛星反射器に
対して必要とされる熱膨張係数は、これよりも大きかっ
たり、また小さかったりする。
【００１４】図２の反射器用メンブレン２６は、支持部
材１８の外側リング２０において互いに距離を介して離
れている領域、すなわち不連続の取り付け箇所に取り付
けられて支持されている。後方支持枠部２２は、放射状
に延びる複数の支持指部３２と内側リング３３とを含
む。外側リング２０は、複数の支持指部３２（好ましく
は最低６本）によって支持される。この支持指部３２
は、メンブレン２６に取り付けられていない内側リング
３３に取り付けられて支持されている。支持部材１８
は、高弾性であり且つ低い熱膨張係数を有する硬化性レ
ジン成分が染み込んでいるグラファイトや他の高弾性繊
維から好ましくは形成された織物テープの一方向性複合
体からモールド成形される。このような材料や製造技術
が使用されて、内側リング３３と支持部材３２とがモー
ルド形成される。後方支持枠部２２は、最小数の管状部
品から一体形成されて、重量を最少とするように設計さ
れている。多層絶縁体も付与されて、軌道上で被る熱環
境から反射器及び支持構造体の全てまたは少なくとも一
部を保護している。反射器部材２６の前面は、被覆され
ずに塗料やその他のカバー部材の熱的作用を防止する。
【００１５】図７に示すように、異なる複数の軸方向に
延びる織り糸で織られた厚みの薄い織物２４は、異なる
３軸方向の各々に延びる織り糸によって織られて硬化性
レジンが予め染み込んでいる隙間のある均一な織物とし
て、一子撚り（太さがおよそ０．２５４０ｍｍ［０．０
１０インチ］から１．０１６０ｍｍ［０．０４０イン
チ］）の高弾性繊維（好ましくはグラファイト）４０で
織られている。このようなメンブレンの寸法が、通常マ
イクロ波スペクトルの放射を反射する部材を形成するた
めに使用される。上記織物材料の寸法は、可視光やその
他の短波長電磁スペクトルに対しては使用できないが
（放射はメンブレンを透過するかまたは任意の角度で各
繊維から任意の角度で逸れる）、織物が連続していれ
ば、マイクロ波放射は、０．２５４ｍｍ（０．０１０イ
ンチ）から１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）までの
厚みの織物と相互作用する。故に、このように織られた
薄い織物２４は、高周波数やマイクロ波に関する用途に
対してのみ適している。
【００１６】図７に、異なる３軸方向に延びる織り糸で
織られた織物を示すが、異なる軸方向が少なくとも３つ
以上であれば、異なる複数の軸方向に延びる織り糸で織
られた均一な織物として使用することができる。例え
ば、図７に示すように３つの軸方向のなす角度がそれぞ
れ等角になる織物の場合、１組の繊維が、同一面内にあ
る３つの軸方向、すなわち３軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃ
に沿って延在し、各軸はおよそ６０度の角度で互いに交
差している。軸の各々に沿って延びる繊維は、別の軸に
沿って延びている繊維と織り合わされている。図７に示
す異なる複数の軸方向に延びる織り糸によって織られた
織物の効果を、図８に示す従来の直交交錯の織物と比較
して説明する。直交交錯の織物は、歪力Ｆ１が一方の軸
４６，４８に対してほぼ平行な方向に作用するとき、斜
め方向の歪力Ｆ２が２本の軸に対して角度５０ａ，５０
ｂに作用した場合に比較すると、かなり大きな歪み抵抗
を呈する。図７に示す本発明の異なる３軸方向に延びる
織り糸で織られた織物は、歪力Ｆ３が３つの軸方向、す
なわち軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃの１つとほぼ平行に作
用したとしても、また、歪力Ｆ４が３軸４２ａ，４２
ｂ，４２ｃの各々に対してゼロでない角度５４ａ，５４
ｂ，５４ｃで作用したとしても、このいずれにも拘ら
ず、歪力Ｆ４は、通常力Ｆ２の場合よりもいずれかの軸
とより平行に近い状態を採るので、より均一な歪抵抗を
呈する。この歪抵抗の均一性（材料は織物の面内にて準
等方的である）は、任意の力が織物に加えられたときに
薄膜がほぼ一定の歪を被ることを保証するのみならず、
薄膜２６に永久歪を生ぜしむるタイプの力に織物２４が
抵抗できることも保証するものである。また、異なる３
軸方向に延びる織り糸で織られた織物は、反射器１０の
重量を相当量増大させること無く任意の方向から作用す
る力に対抗する所望の抵抗を呈することも保証するもの
である。
【００１７】等方的一子撚りメンブレン２６の上記構成
は、超軽量であり、通信衛星１４に対して安定且つ耐久
性のあるアンテナ反射器１０を提供する。一子撚り薄膜
２６の異なる複数の軸方向に延びる織り糸で織られた織
物２４は、非常に軽量であり、熱的安定性、耐久性及び
信頼性を有し、無線周波数（ＲＦ）及びマイクロ波周波
数における反射面を形成する。反射器部材１０は、平
面、放物面、双曲面、及び任意の所望の形状に形成する
ことができる。一子撚り反射器用メンブレン２６は、宇
宙船が打ち上げられて展開されるときにアセンブリ１０
が遭遇する力（Ｇ力または接触力）の作用により変形自
在であり折曲自在である。
【００１８】反射器薄膜２６は、いわゆる成形（形のあ
る）面を形成する特異な形態に形成することもできる。
このような成形面は、放射が所望の状態でメンブレンの
表面を反射するように構成されている。例えば、大陸を
横切って放射を供給するために反射器用メンブレン２６
が使用される場合、通常形状が不規則である大陸の輪郭
内に放射の方向を決めることが必要になる。所望の場所
に対する放射の送受信のパーセンテージが高くなるよう
に、反射器の表面の形状を変えることが必要になる。膜
の形状は、上記用途を補助する。本発明の効果は、他の
堅い反射器と比較した場合、本発明の一子撚りの薄膜２
６は、色々な形状に製造することが容易である。従来の
反射器の多くは、厚みがあり比較的堅いために、正確に
形を取ることがかなり困難である。
【００１９】単糸撚りの反射器薄膜２６の生産は、薄膜
２６の熱容量を低下させて、熱膨張係数（ＣＴＥ）を殆
どゼロに低下させることによって、熱安定性を改善し、
また、製造工程をかなり簡単なものにしている。織物の
隙間によって、音響振動力（音波によって作用する圧
力）は膜面を経て解放される。衛星１４の打ち上げ中に
被る音響振動環境は、本発明の反射器アセンブリ１０な
どの大型軽量面に対して厳しい負荷となる。
【００２０】なお、上記記載は本発明の一例にすぎな
い。当業者においては、様々な代替例や変形例を本発明
から逸脱せずに導き出すことができるものである。従っ
て、本発明は、請求の範囲に含まれる変形例及び適用例
の全てを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による、アンテナ（１２）
と、１対の反射器（１０）と、ベーン（１５）とを含む
宇宙船（１４）を示す斜視図である。
【図２】図１に示す宇宙船（１４）とともに使用される
本発明の反射器（１０）の一実施例を示す側面図であ
る。
【図３】本発明の実施例により、異なる３軸方向に延び
る織り糸で織られたグラファイトハニカムサンドイッチ
反射器部材の構成を説明する斜視図である。
【図４】図３により形成された反射器部材（２６ａ）を
示す斜視図である。
【図５】図２の反射器の支持体（１８）の斜視図であ
る。
【図６】図５の支持体（１８）の側面図である。
【図７】図２の反射器に使用される異なる複数の軸方向
に延びる織り糸で織られた織物の一実施例を示す分解図
である。
【図８】縦糸及び横糸のみで織られた従来の織物に関す
る図７と同様な図である。
【主要部分の符号の説明】
１０ アンテナ反射器 １６ 一子撚り薄膜層 ２４ 織物 ２６ 反射器用メンブレン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロ波を含む高周波数放射を反射し
    且つ熱膨張係数の小さい超軽量薄膜宇宙アンテナ反射器
    であって、 高強度且つ高弾性繊維からなるとともに硬化性ポリマに
    埋め込まれた一子撚り織物の複合体からなり、 前記一子撚り織物は、少なくとも３つの異なる軸方向に
    沿って延びる高強度繊維から形成されて準等方性強度特
    性を備えることを特徴とする超軽量薄膜宇宙アンテナ反
    射器。
  2. 【請求項２】 前記織物は異なる３軸方向に延びるグラ
    ファイト繊維からなる織り糸で織られた織物であること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナ反射器。
  3. 【請求項３】 前記硬化性ポリマはポリシアン酸塩エス
    テルであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ反
    射器。
  4. 【請求項４】 支持部材に固着されている薄膜複合体を
    有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ反射
    器。
  5. 【請求項５】 前記反射器は前記複合体に固着されてい
    る軽量ハニカム材料を有することを特徴とする請求項１
    記載のアンテナ反射器。
  6. 【請求項６】 前記薄膜複合体材料の表面層に固着され
    た前記軽量ハニカム支持部材のサンドイッチ構造体を有
    することを特徴とする請求項５記載のアンテナ反射器。
  7. 【請求項７】 前記支持部材は、前記薄膜複合反射器の
    外周縁部に固着された外方周縁リング部と、内方リング
    部と、前記内方リング部及び前記外方周縁リング部を接
    続する複数の放射状支持指部と、を備えて、前記薄膜複
    合反射器を支持する軽量モールド成形構造体を有するこ
    とを特徴とする請求項４記載のアンテナ反射器。
  8. 【請求項８】 前記支持部材は、前記反射器を宇宙船に
    取り付ける延長部材をさらに有することを特徴とする請
    求項４記載のアンテナ反射器。
JP8007957A 1995-05-05 1996-01-22 超軽量薄膜アンテナ反射器 Pending JPH08307146A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/435,718 US5686930A (en) 1994-01-31 1995-05-05 Ultra lightweight thin membrane antenna reflector
US08/435718 1995-05-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08307146A true JPH08307146A (ja) 1996-11-22

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ID=23729554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8007957A Pending JPH08307146A (ja) 1995-05-05 1996-01-22 超軽量薄膜アンテナ反射器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5686930A (ja)
EP (1) EP0741435B1 (ja)
JP (1) JPH08307146A (ja)
CA (1) CA2164362A1 (ja)
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