JPH11220322A - 展開アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラボラ面としては曲げ剛性のない金属メッ
シュを用いていたため、電波反射面は真のパラボラ面で
はなく、ケーブルで囲まれた三角形または四角形の平面
の集まりで近似された疑似パラボラ面となっており、そ
のために鏡面精度が悪く電波反射性能が良くなかった。
またこの鏡面精度を向上させるには、ケーブルネットワ
ークを非常に細かい複雑なものにしなければならず、コ
スト高騰の原因となっていた。 【解決手段】 電波反射面を曲げ剛性の無い金属メッシ
ュではなく、正確なパラボラ形状を有しかつ可撓性を有
する薄肉シェルで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、宇宙空
間において展開および収納が可能な展開アンテナに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の宇宙用大型展開アンテ
ナの１例である。この例においては、中心構造１、中心
構造１に取り付けられ半径方向外側に展開可能な展開リ
ブ２、中心構造１にその内周を支持され、展開リブ２の
先端に外周を支持されるケーブルネットワーク６、ケー
ブルネットワーク６上の張架された金属メッシュ１２か
ら構成される。ケーブルネットワーク６はさらに鏡面ケ
ーブル６ａ、背面ケーブル６ｂおよび鏡面ケーブル６ａ
と背面ケーブル６ｂを結合する面外方向ケーブル６ｃか
ら構成される。鏡面ケーブル６ａと面外方向ケーブル６
ｃは鏡面ノード４を介して結合され、背面ケーブル６ｂ
と面外方向ケーブル６ｃは背面ノード５を介して結合さ
れる。鏡面ノード４が展開時に所定のパラボラ面上に来
るように、各ケーブルの長さは正確に調整され製造され
ている。金属メッシュ１２は鏡面ノード４および鏡面ケ
ーブル６ａを含むように張架されている。展開リブ２は
さらに半径方向のリブマスト２ａとリブマスト２ａの先
端にそれと直角でかつアンテナ面外方向のバッテン２ｂ
とから構成され、バッテン２ｂの上端で鏡面ケーブル６
ａの外周を支持し、下端で背面ケーブル６ｂの外周を支
持する。リブマスト２ａはその根元をヒンジ１３を介し
て中心構造１に取り付けられる。収納時にはリブ２はモ
ータなどの動力によってヒンジ１３まわりに回転して半
径方向内側に移動し、保持解放機構７がバッテン２ｂの
上端を固定する。展開時には地上からのコマンド等によ
り保持解放機構７は解放動作を行ってバッテン２ｂを解
放し、リブ２はヒンジ１３を介してバネまたはモータな
どの動力によって半径方向外側に回転する。展開リブ２
を展開すると、ケーブルネットワーク６に張力が与えら
れ、従って鏡面ノード４は所定のパラボラ面上に乗り、
鏡面ケーブル６ａは鏡面ノード４同士を直線で結び、し
たがって鏡面ノード４と鏡面ケーブル６ａに張架された
金属メッシュ１２は鏡面ケーブル６ａで囲まれた平面の
集合で構成された近似パラボラ面を形成し、電波反射面
となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
アンテナは、パラボラ面としては曲げ剛性のない金属メ
ッシュを用いていたため、電波反射面は真のパラボラ面
ではなく、ケーブルで囲まれた三角形または四角形の平
面の集まりで近似された疑似パラボラ面となっており、
そのために鏡面精度が悪く電波反射性能が良くなかっ
た。この鏡面精度を向上させるには、図１０の例に示す
ように１個の三角形をさらに複数の三角形に分割する等
の方法によりケーブルネットワークを非常に細かい複雑
なものにしなければならず、コスト高騰の原因となって
いた。

【０００４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、きわめて高い鏡面精度を要求さ
れる宇宙用展開型アンテナで、ケーブルネットワークを
粗くして構造を簡単にしてコストを低減し、かつ金属メ
ッシュのアンテナよりも高い鏡面精度を得ることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明の展開アンテ
ナは、電波反射面を曲げ剛性の無い金属メッシュではな
く、正確なパラボラ形状を有しかつ可撓性を有する一枚
の薄肉シェルで構成し、薄肉シェル上の複数の点に設け
られたノードをケーブルネットワークで結合してそれら
の位置を精度良く拘束したものである。

【０００６】また、第２の発明の展開アンテナは、電波
反射面を、複数の可撓性を有しかつ正確なパラボラ形状
を有する薄肉シェルのセグメントで構成し、各セグメン
ト上の複数の点に設けられたノードをケーブルネットワ
ークで結合してそれらの位置を精度良く拘束したもので
ある。

【０００７】また、第３の発明の展開アンテナは、電波
反射面を正確なパラボラ形状を有しかつ可撓性を有する
一枚の薄肉シェルで構成し、薄肉シェル上の外周に設け
られた複数のノードを展開リブに結合してそれらの位置
を精度良く拘束したものである。

【０００８】また、第４の発明の展開アンテナは、電波
反射面を正確なパラボラ形状を有しかつ可撓性を有する
一枚の薄肉シェルで構成し、薄肉シェル上の外周に設け
られた複数のノードを収納ケーブルに結合してそれらの
位置を精度良く拘束したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１および図２は
この発明の実施の形態１を示す図である。これらの図に
示すように、本実施の形態１は中心構造１、中心構造１
にヒンジ１３を介して取り付けられ半径方向外側に展開
可能な展開リブ２、中心構造１にその内周をシェル用ヒ
ンジ１４を介して周方向軸まわりに回転可能なように支
持される薄肉シェル３、薄肉シェル３上に複数個配置さ
れた鏡面ノード４および薄肉シェルから裏側に離れた位
置に複数個配置された背面ノード５を結合するケーブル
ネットワーク６、および中心構造１の上端に設けられた
保持解放機構７から構成される。ケーブルネットワーク
６はさらに鏡面ケーブル６ａ、背面ケーブル６ｂおよび
鏡面ケーブル６ａと背面ケーブル６ｂを結合する面外方
向ケーブル６ｃから構成される。鏡面ケーブル６ａと面
外方向ケーブル６ｃは鏡面ノード４を介して結合され、
背面ケーブル６ｂと面外方向ケーブル６ｃは背面ノード
５を介して結合される。展開リブ２はさらに半径方向の
リブマスト２ａとリブマスト２ａの先端にそれと直角で
かつアンテナ面外方向のバッテン２ｂとから構成され、
バッテン２ｂの上端で鏡面ケーブル６ａの外周を支持
し、下端で背面ケーブル６ｂの外周を支持する。リブマ
スト２ａはその根元をヒンジ１３を介して中心構造１に
取り付けられる。

【００１０】図５に示すように、収納時にはリブ２はモ
ータ等の動力によってヒンジ１３まわりに回転して半径
方向内側に移動し、同時に薄肉シェル３もシェル用ヒン
ジ１４を介してその内周は周方向軸まわりに回転して全
体は湾曲するように曲げられ、保持解放機構７がバッテ
ン２ｂの上端を固定する。展開時には地上からのコマン
ド等により保持解放機構７は解放動作を行ってバッテン
２ｂを解放し、リブ２はヒンジ１３を介してバネまたは
モータなどの動力によって半径方向外側に回転し、アン
テナの展開が行われる。

【００１１】図３は直交する３軸ｘ，ｙ，ｚ上で２次元
曲面薄肉シェルおよび３次元曲面薄肉シェルを示す図で
ある。２次元曲面薄肉シェル１５および３次元曲面薄肉
シェル１６ともに原点（ｘ＝０，ｙ＝０，ｚ＝０）にお
いてｘｙ平面に接するように描かれている。２次元曲面
薄肉シェル１５とｚｘ平面に平行な任意の平面との交線
は直線であり、ｙｚ平面な任意な平面との交線は曲線で
ある。すなわちｘ軸方向には直線でありｙ軸方向には曲
線を描くように製造されたものである。３次元曲面薄肉
シェル１６とｚｘ平面に平行な任意の平面との交線は曲
線であり、ｙｚ平面に平行な任意な平面との交線も曲線
である。すなわちｘ軸およびｙ軸両方向に曲線を描くよ
うに製造されたものである。２次元曲面薄肉シェルは、
製造時の形状の曲がりが１方向のみであり、その形状は
薄肉シェルの面外曲げ剛性のみに依存するので不安定で
あり、収納した後再び開いた時の形状再現性は悪い。し
かし、３次元曲面薄肉シェルは製造時の形状はｘ，ｙ２
方向ともに曲率を有しており、その形状は薄肉シェルの
面内剛性に依存するので安定であり、したがって収納
後、再展開してももとの形状が正確に再現される。

【００１２】図１および図２に示すこの発明のアンテナ
においては、薄肉シェル３が３次元曲面であるパラボラ
形状を有するため、収納展開を繰り返しても、展開時に
は正確なパラボラ形状が再現される。したがって、金属
メッシュのような近似パラボラ面に比較して鏡面精度が
高いという特徴があり、ケーブルネットワークも金属メ
ッシュの場合より粗くて済み、構造が簡単になってコス
トが低減されるという効果がある。また薄肉シェル厚さ
は例えば直径１０ｍ程度のアンテナでも０．１ｍｍ以下
にすることにより、これを弾性限度以内で曲げることが
でき、図２に示すように展開リブを収納すれば、鏡面も
曲がることにより収納される。以上のように薄肉シェル
３は収納時には展開リブ２が内側に収納されることによ
って湾曲変形して収納され、展開時には弾性変形復元力
によって展開し、展開後には弾性変形復元力によってパ
ラボラ面を形成する。

【００１３】実施の形態２．図４および図５はこの発明
の実施の形態２を示す図である。これらの図に示すよう
に、本実施の形態は中心構造１、中心構造１にヒンジ１
３を介して取り付けられ半径方向外側に展開可能な展開
リブ２、中心構造１にシェル用ヒンジ１４を介してその
内周を周方向軸まわりに回転可能なように支持される複
数の薄肉シェルセグメント８、薄肉シェルセグメント８
上に複数個配置された鏡面ノード４および薄肉シェルセ
グメント８から裏側に離れた位置に複数個配置された背
面ノード５を結合するケーブルネットワーク６、および
中心構造１の上端に設けられた保持解放機構７から構成
される。ケーブルネットワーク６はさらに鏡面ケーブル
６ａ、背面ケーブル６ｂおよび鏡面ケーブル６ａと背面
ケーブル６ｂを結合する面外方向ケーブル６ｃから構成
される。鏡面ケーブル６ａと面外方向ケーブル６ｃは鏡
面ノード４を介して結合され、背面ケーブル６ｂと面外
方向ケーブル６ｃは背面ノード５を介して結合される。
展開リブ２はさらに半径方向のリブマスト２ａとリブマ
スト２ａの先端にそれと直角でかつアンテナ面外方向の
バッテン２ｂとから構成され、バッテン２ｂの上端で鏡
面ケーブル６ａの外周を支持し、下端で背面ケーブル６
ｂの外周を支持する。リブマスト２ａはその根元をヒン
ジ１３を介して中心構造１に取り付けられる。

【００１４】図５に示すように、収納時にはリブ２はモ
ータ等の動力によってヒンジ１３まわりに回転して半径
方向内側に移動し、同時に薄肉シェルセグメント８もシ
ェル用ヒンジ１４を介してその内周は周方向軸まわりに
回転して全体は湾曲するように曲げられ、保持解放機構
７がバッテン２ｂの上端を固定する。展開時には地上か
らのコマンド等により保持解放機構７は解放動作を行っ
てバッテン２ｂを解放し、リブ２はヒンジ１３を介して
バネまたはモータなどの動力によって半径方向外側に回
転し、アンテナの展開が行われる。薄肉シェルセグメン
ト８は、３次元曲面であるパラボラ形状を有するため、
実施の形態１で説明したと同じ理由により、収納展開を
繰り返しても、展開時には正確なパラボラ形状が再現さ
れる。したがって、金属メッシュのような近似パラボラ
面に比較して鏡面精度が高いという特徴があり、ケーブ
ルネットワークも金属メッシュの場合より粗くて済み、
構造が簡単になってコストが低減されるという効果があ
る。また薄肉シェル厚さは例えば直径１０ｍ程度のアン
テナでも０．１ｍｍ以下にすることにより、これを弾性
限度以内で曲げることができ、図２に示すように展開リ
ブ２を収納すれば、鏡面も曲がることにより収納され
る。さらに薄肉シェルがセグメント８に分割されている
ため、図５に示すように収納が実施の形態１よりさらに
容易であるという効果がある。

【００１５】実施の形態３．図６および図７はこの発明
の実施の形態３を示す図である。これらの図に示すよう
に、本実施の形態は中心構造１、中心構造１にヒンジ１
３を介して取り付けられ半径方向外側に展開可能な展開
リブ２、中心構造１にシェル用ヒンジ１４を介してその
内周を円周方向軸まわりに回転可能なように支持される
薄肉シェル３、および中心構造１の上端に設けられた保
持解放機構７から構成される。展開リブ２はさらに半径
方向のリブマスト２ａとリブマスト２ａの先端にそれと
直角でかつアンテナ面外方向のバッテン２ｂとから構成
され、バッテン２ｂの上端で薄肉シェル３の外周を支持
する。図７に示すように、収納時にはリブ２はモータ等
の動力によりヒンジ１３まわりに回転して半径方向内側
に移動し、同時に薄肉シェル３もシェル用ヒンジ１４を
介してその内周は周方向軸まわりに回転して全体は湾曲
するように曲げられ、保持解放機構７がバッテン２ｂの
上端を固定する。展開時には地上からのコマンド等によ
り保持解放機構７は解放動作を行ってバッテン２ｂを解
放し、リブ２はヒンジ１３を介してバネまたはモータな
どの動力によって半径方向外側に回転し、アンテナの展
開が行われる。

【００１６】薄肉シェル３は、３次元的曲面であるパラ
ボラ形状を有するため、実施の形態１で説明したと同じ
理由により、収納展開を繰り返しても、展開時には正確
なパラボラ形状が再現される。したがって、金属メッシ
ュのような近似パラボラ面に比較して鏡面精度が高いと
いう特徴があり、さらにケーブルネットワークが不要で
あるので、実施の形態１，２と比較して鏡面精度は多少
劣るが、構造がさらに簡単でコストが低くなる特徴があ
る。また薄肉シェル厚さは例えば直径１０ｍ程度のアン
テナでも０．１ｍｍ以下にすることにより、これを弾性
限度以内で曲げることができ、図２に示すように展開リ
ブ２を収納すれば、鏡面も曲がることにより収納され
る。

【００１７】実施の形態４．図８および図９はこの発明
の実施の形態４を示す図である。これらの図に示すよう
に、本実施の形態は中心構造１、中心構造１にシェル用
ヒンジ１４を介してその内周を円周方向軸まわりに回転
可能なように支持される薄肉シェル３、薄肉シェル３の
外縁に設けられた複数の外周ノード９、外周ノード９に
結合される収納ケーブル１０、中心構造上部に取り付け
られ、収納ケーブル１０を巻き取るケーブル巻き取り機
構１１から構成される。

【００１８】図９に示すように、収納時にはケーブル巻
き取り機構１１はモータ等の動力によって収納ケーブル
１０を巻き取ることによって外周ノード９をたぐり寄せ
て外周ノード９の上端を固定し、同時に薄肉シェル３も
シェル用ヒンジ１４を介してその内周は周方向軸まわり
に回転して全体は湾曲するように曲げられ、ケーブル巻
き取り機構１１が外周ノード９を引き寄せるようにして
中心構造１に固定する。展開時にはケーブル巻き取り機
構１１は解放動作を行って巻き取っていた収納ケーブル
１０を解放し、薄肉シェル３はそれ自身の弾性復元力に
よって展開する。

【００１９】薄肉シェル３は、３次元的曲面であるパラ
ボラ形状を有するため、実施の形態１で説明したと同じ
理由により、収納展開を繰り返しても、展開時には正確
なパラボラ形状が再現される。したがって、金属メッシ
ュのような近似パラボラ面に比較して鏡面精度が高いと
いう特徴があり、さらにケーブルネットワークが不要で
あるので、実施の形態１，２と比較して鏡面精度は多少
劣るが、構造がさらに簡単でコストが低くなる特徴があ
る。また薄肉シェル厚さは例えば直径１０ｍ程度のアン
テナでも０．１ｍｍ以下にすることにより、これを弾性
限度以内で曲げることができ、図９に示すようにケーブ
ル巻き取り機構１１によって収納ケーブルを巻き取れ
ば、鏡面も曲がることにより収納される。

【００２０】

【発明の効果】第１の発明によれば、薄肉シェル自体が
パラボラ形状を保ち、かつ薄肉シェル内部の複数の鏡面
ノードをケーブルネットワークで正確な位置に拘束する
ので、金属メッシュのような近似パラボラ面に比較して
鏡面精度が高いという特徴があり、さらにケーブルネッ
トワークも金属メッシュの場合より粗くて済み、構造が
簡単になってコストが低減されるという効果がある。

【００２１】第２の発明によれば、薄肉シェルセグメン
ト自体がパラボラ形状を保ち、かつ薄肉シェル内部の複
数の鏡面ノードをケーブルネットワークで正確な位置に
拘束するので、金属メッシュのような近似パラボラ面に
比較して鏡面精度が高いという特徴があり、ケーブルネ
ットワークも金属メッシュの場合より粗くて済み、コス
トが低減されるという効果がある。さらに薄肉シェルが
セグメントに分割されているため、収納がさらに容易で
あるという効果がある。

【００２２】第３の発明によれば、薄肉シェル自体がパ
ラボラ形状を保つため、金属メッシュのような近似パラ
ボラ面に比較して鏡面精度が高いという特徴があり、構
造が簡単でコストが低減されるという効果がある。

【００２３】第４の発明によれば、薄肉シェル自体がパ
ラボラ形状を保つため、金属メッシュのような近似パラ
ボラ面に比較して鏡面精度が高いという特徴があり、構
造が簡単でコストが低減されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
１の展開状態を示す図である。

【図２】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
１の収納状態を示す図である。

【図３】 この発明に係わる２次元曲面および３次元曲
面を形成する薄肉シェルを示す図である。

【図４】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
２の展開状態を示す図である。

【図５】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
２の収納状態を示す図である。

【図６】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
３の展開状態を示す図である。

【図７】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
３の収納状態を示す図である。

【図８】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
４の展開状態を示す図である。

【図９】 この発明に係わる展開アンテナの実施の形態
４の収納状態を示す図である。

【図１０】 従来の展開アンテナを示す図である。

【符号の説明】

１ 中心構造、２ 展開リブ、２ａ リブマスト、２ｂ
バッテン、３ 薄肉シェル、４ 鏡面ノード、５ 背
面ノード、６ ケーブルネットワーク、７ 保持解放機
構、８ 薄肉シェルセグメント、９ 外周ノード、１０
収納ケーブル、１１ 収納ケーブル巻き取り機構、１
２ 金属メッシュ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央支持構造と、この中央支持構造にそ
   の内周が取り付けられ、それ自身がパラボラ面をなし、
   かつ可撓性を有する薄肉シェルと、上記中央支持構造に
   取り付けられ半径方向外側に向かって伸展する複数の展
   開リブと、内周を上記中央支持構造に、外周を上記展開
   リブ先端に、さらに中間部分を上記薄肉シェル上の複数
   の点に結合され展開後はリブによって張力を付与されて
   上記薄肉シェルの位置を維持するケーブルネットワーク
   とから構成され、上記薄肉シェルは、収納時には上記展
   開リブが内側に収納されることによって湾曲変形して収
   納され、展開時には弾性変形復元力によって展開し、ま
   た展開後には弾性変形復元力によってパラボラ面を形成
   することを特徴とする展開アンテナ。
2. 【請求項２】 中央支持構造と、この中央支持構造にそ
   の内周が取り付けられ、それ自身がパラボラ面をなし、
   かつ可撓性を有する複数の薄肉シェルセグメントと、上
   記中央支持構造に取り付けられ半径方向外側に向かって
   伸展する複数の展開リブと、内周を上記中央支持構造
   に、外周を上記展開リブ先端に、さらに中間部分を上記
   薄肉シェルセグメント上の複数の点に結合され展開後は
   上記展開リブによって張力を付与されて上記薄肉シェル
   セグメントの位置を維持するケーブルネットワークとか
   ら構成され、上記薄肉シェルセグメントは収納時には上
   記展開リブが内側に収納されることによって湾曲変形し
   て収納され、展開時には弾性変形復元力によって展開
   し、また展開後には弾性変形復元力によってパラボラ面
   を形成することを特徴とする展開アンテナ。
3. 【請求項３】 中央支持構造と、この中央支持構造にそ
   の内周が取り付けられ、それ自身がパラボラ面をなし、
   かつ可撓性を有する薄肉シェルと、上記中央支持構造に
   取り付けられ半径方向外側に向かって伸展する複数の展
   開リブとから構成され、上記薄肉シェルは収納時には上
   記展開リブが内周に収納されることによって湾曲変形し
   て収納され、展開時には弾性変形復元力によって展開
   し、また展開後には弾性変形復元力によってパラボラ面
   を形成することを特徴とする展開アンテナ。
4. 【請求項４】 中央支持構造と、この中央支持構造にそ
   の内周が取り付けられ、それ自身がパラボラ面をなし、
   かつ可撓性を有する薄肉シェルと、上記中央支持構造に
   上記薄肉シェル外周を連結しかつ収納時に上記中央支持
   構造内に巻き取られる複数の収納ケーブルとから構成さ
   れ、上記薄肉シェルは収納時には上記収納ケーブルが上
   記中央支持構造内に巻き取られることによって湾曲変形
   して収納され、展開時には弾性変形復元力によって展開
   し、また展開後には弾性変形復元力によってパラボラ面
   を形成することを特徴とする展開アンテナ。