(57)【要約】【課題】少なくとも一層の複合材料層を備える複合材料で作成されるアンテナ反射面の反射率を高めるプロセスを提供すること。【解決手段】本発明は、ａ）金属化物層(4)を備えるプラスチックの層(3)を複合材料層(2)上に積層し、金属化物層を、事前含浸状態にて該複合材料の樹脂自体により該複合材料層の基材に対して結合する段階と、ｂ）複合材料層と、金属化物層を備えるプラスチックの層とのアセンブリを切断する段階と、ｃ）段階ｂ）のアセンブリから、複数の細片もしくは複数のパターン化物を形成する段階と、ｄ）段階ｃ）の複数の細片もしくはパターン化物を、鋳型治具上に第1層として積層する段階と、ｅ）真空硬化バッグを準備する段階と、ｆ）オートクレーブ内へと導入する段階と、ｇ）重合時に、複合材料の樹脂が、金属化物層を備えるプラスチックの層を、該複合材料層の基材の残部に対して結合するという硬化サイクルを実施する段階とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナの反射面(1)であって少なくとも一層の複合材料層(2)を備える複合材料で作成されるという反射面(1)の反射率を高めるプロセスにおいて、
ａ）金属化物層(4)を備えるプラスチックの層(3)を少なくとも一層の前記複合材料層(2)上に積層し、前記金属化物層(4)を、事前含浸状態にて前記複合材料の樹脂自体により前記複合材料層の基材に対して結合する段階と、
ｂ）前記複合材料層(2)と、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)とのアセンブリを切断する段階と、
ｃ）前記複合材料層(2)と、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)とで形成された段階ｂ）の前記アセンブリから、複数の細片、もしくは、所定形状を有する複数のパターン化物を形成する段階と、
ｄ）段階ｃ）の前記複数の細片もしくはパターン化物を、鋳型治具上に第1層として積層する段階と、
ｅ）真空硬化バッグを準備する段階と、
ｆ）オートクレーブ内へと導入する段階と、
ｇ）重合時に、前記複合材料の樹脂が、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)を、前記複合材料層の基材の残部に対して結合するという硬化サイクルを実施する段階と、
を有することを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
前記段階ａ）において、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)は、数層の複合材料(2)の間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項３】
前記段階ａ）において、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)は、反射特性が付与されるべきアンテナの反射面(1)の外側面に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項４】
前記段階ａ）において、前記金属化物層(4)は前記プラスチックの層(3)上に連続的に配置されることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項５】
前記段階ａ）において、前記金属化物層(4)は、前記アンテナにより発信もしくは受信される電磁波の応答の改変を達成するために、前記プラスチックの層(3)上に不連続的に配置されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項６】
前記不連続な金属化物層(4)は周期的もしくは非周期的とされ得ることを特徴とする、請求項５に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項７】
前記段階ｄ）において、前記金属化物層(4)が前記プラスチックの層(3)により覆われることから該金属化物層は外部環境に対してまたは接触によるもしくは清浄化の欠如による可能的な汚染に対して露出されないので該金属化物層(4)が保護される如く、前記プラスチックの層(3)の側は前記鋳型治具と接触する側であることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項８】
前記段階ｇ）において、前記硬化サイクル全体の間において圧力が維持されることで、前記金属化物層(4)を備える前記プラスチックの層(3)を、前記複合材料層の基材の残部に対して適切に結合することが確実とされることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項９】
前記段階ｇ）において、前記硬化サイクルは前記複合材料の樹脂の種類により決定されることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項１０】
前記複合材料層(2)の複合材料は樹脂マトリクスおよびカーボン・ファイバを備えることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項１１】
前記金属化物層(4)の厚みは4ミクロン〜100ミクロンにわたることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【請求項１２】
前記反射面(1)は衛星アンテナ内に配置されることを特徴とする、先行請求項のいずれか一つの請求項に記載のアンテナの反射面(1)の反射率を高めるプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの反射面であって複合材料で作成されるという反射面の反射率を高めるプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、開放空間に対して電磁波を発信もしくは受信する目的で設計されたデバイスである。送信器アンテナは電圧を電磁波へと変換する一方、受信器アンテナは逆の機能を達成する。アンテナに関する従来の分類は本質的に、アンテナ自体において電磁界が分布される様式、または、使用される技術に基づくが、分類は、アンテナの特徴および技術、アンテナの特定用途、および、アンテナの動作に基づき、更に実用的な観点からも為され得る。
【０００３】
反射鏡を備えたアンテナの場合、電磁波を生成かつ受信する様式は、反射鏡としても知られるひとつ以上の反射面を通して実現される。もし、焦点までの大きな距離を伴う大寸の主反射鏡および／または大きな焦点距離の使用が必要ならば、通常は、上記主反射鏡とは別に、ひとつ以上の副反射鏡もしくは補助反射鏡が使用される。上記主反射鏡は入射放射線を一次焦点に向けて反射するが、上記副反射鏡もしくは補助反射鏡は、上記放物線反射鏡と共通であるひとつの焦点を有すると共に、電磁波を二次焦点へと送り出す。
【０００４】
故に本発明は、電気通信、レーダ、放射計、電波望遠鏡、および、地球観測衛星、ならびに、他の用途に対するアンテナの反射要素(主反射鏡および／または副反射鏡)に関する。上記反射要素が複合材料で作成された場合、反射率(反射率とは、反射面に対する入射放射線を反射する該反射面の能力である)の損失は、周波数が増大するにつれて増大する。故に、言及されたアンテナの動作周波数に依存し、それらの反射面の反射率は、該アンテナの特徴を容認できないほどに低下させる損失を引き起こさない様に十分に高くされねばならない。
【０００５】
多くの用途においては、金属材料を用いて反射面を構成する代わりに、ファイバ(カーボン、ガラス、石英など)および樹脂マトリクスにより形成された複合材料が使用される。これらの材料は、本来的に低い反射率(石英、ガラス)を有するか、または、カーボン・ファイバが塗装されてもされなくても該カーボン・ファイバが複合材料として使用された場合に生ずる抵抗損失の故に高周波(15GHzまたは20GHz)に対して容認できない値まで低下するという反射率を有することから、これらの表面の反射率を高める解決策を考慮することが必要である。
【０００６】
複合材料で作成されたアンテナ反射鏡の反射率を高めるために今日において使用されるプロセスのひとつは、上記反射鏡上に金属化層を配置する段階(金属化と称されるプロセス)から成る。反射率の損失の減少は、温度、金属化層の純度、および、その厚みの関数である。
【０００７】
特に衛星に対するアンテナ反射鏡の場合と同様に、複合材料から製造された構成要素に対して適用され得る複数の金属化方法が知られている。これらの方法は３つの群に含まれ得る：物理的方法、化学的方法、および、その他。
【０００８】
而して、物理的方法は、２つの群に細分され得る：金属溶射プロセスおよび真空蒸着プロセス。また金属溶射は、幾つかの技術(火炎溶射、電気溶射、および、プラズマ溶射)により実施され得る。それらは全て本質的に、析出されるべき金属の温度をその溶融温度より高く上昇させる段階、および、引き続き結果的な粒子を特殊なガンにより発射する段階から成る。真空蒸着もまた幾つかの技術(気化、スパッタリング、および、イオン・メッキ)を使用でき、それらの全てにおいて金属の原子または気化された金属は、金属化されるべき基材上へと真空環境において析出される。
【０００９】
一方、上記化学的方法は、自己触媒被覆、電着、および、化学蒸着の如き幾つかのプロセスを包含する。自己触媒被覆は、斯かる目的のために調製された溶液中で生成された金属イオンが、金属化されるべき表面上に析出される如く、該表面を活性化する段階を有する。電着は、金属化されるべき表面が導入されるべき容器内に電流を流したときに該表面上に金属を析出させる段階を有する。
【００１０】
他の方法においては、上述の分類により網羅されないプロセスであって、複数の金属薄寸体を、連続的に、もしくは、複数の細片として接着剤結合する如きプロセスが考慮される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
言及された全ての方法の内で、特に衛星に対する宇宙用途において今まで使用されてきた方法は、真空蒸着法である。しかしこの技術は深刻な欠点および制限を有する、と言うのも、それは非常に洗練された設備の使用を要する高コストの技術だからであり、大寸に対するこの種の設備は実質的に存在せず、また存在する幾つかの設備は工業的ではなく科学的機関のものであることから、それらの設備は、衛星に搭載される望遠鏡ミラーの場合の如く、非常に特殊な場合に対する使用に限られてきた。
【００１２】
これに加え、大きな導電率を有する材料が主にアルミニウムであるという一般的に使用される真空蒸着金属化技術は、表面の外側面上に配置された非常に薄寸で非常に繊細な金属化析出物を生成し、これらの金属化物層は上記表面を清浄化したときでさえも非常に容易に破損され、多くの場合において上記金属化物層は上記表面を清浄化するプロセスが実施されるときに除去されてしまう。上記金属化物層が破損された場合、配置された層の全体を除去し、非常に高いコストを伴う金属化プロセスを再び実施する必要がある。
【００１３】
本発明は、先に言及された欠点を解決することを企図している。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
故に本発明は、衛星に配置されるアンテナの反射面であって複合材料で作成されるという反射面の反射率を、金属化誘電プラスチックの層を、アンテナの反射特性が付与されるべき該アンテナの反射面の複合材料の複数の層間にまたは外側面に組み込む際に高めるプロセスを記述する。この金属化誘電プラスチックの層は、言及された反射面を形成しようとする上記複合材料を積層する間に配置される。
【００１５】
本発明の上記プロセスに依れば、反射鏡に組み込まれる上記金属化プラスチックの層は、金属化されるべき反射面に対する最適な適合化を達成するために適切なサイズを有する複数の細片として配置され得るか、または、所定のパターン化物に追随する異なる形状化物を形成し得る。そのときに上記反射面は、連続的に金属化され得、すなわち上述の複数の細片が上記反射面全体を完全に覆う如く適合化されるか、あるいは、上述の複数の細片が上述の反射面を完全に覆うのではなく該複数の細片が上記反射面の幾つかの所定領域のみに配置される如く上述の複数の細片を不連続的に配置し得る。夫々の所定のパターン化物もしくは形状化物を形成する金属化細片の金属化物もまた、特定の効果を達成するために除去され得る。(金属化された複数の細片による、または、複数のパターン化物による)上記金属化物が不連続である場合、それは周期的もしくは非周期的とされ得る。
【発明の効果】
【００１６】
これらの周期的もしくは非周期的な金属化形状物は、電磁界を分極する、その位相および振幅を変更する、および、要約すると簡素な様式でアンテナの放射図を制御するなどの如く、アンテナの特性を向上させる幾つかの効果を達成し得る。
【００１７】
本発明に依れば、上記金属化層は上記複合材料の樹脂自体により上記反射面の該複合材料基材に対して結合される、と言うのも、この金属化層は上記反射面自体の上記複合材料を積層するプロセスの間に組み込まれることから、(上記金属化プラスチックと共に上記複合材料により形成される)上記反射面のアセンブリの一部として硬化サイクルに入るからである。
【００１８】
特に衛星のためのアンテナの反射面であって複合材料で作成されるという反射面の金属化を実施する本発明の上記プロセスであって、該プロセスによれば上記反射面の反射率の損失を減少することで該反射面の反射率が高められるというプロセスは以下の段階を備えて成るが、アンテナの反射面が意図されるという特定用途に依れば、これらの段階の幾つかは必要とされないこともある：
ａ）上記金属化プラスチックを、上記反射面の上記複合材料上に積層する段階；
ｂ）複合材料と金属化プラスチックとのアセンブリを切断する段階；
ｃ）段階ｂ）の複合材料と金属化プラスチックとの上記アセンブリから、複数の細片、もしくは、所定形状を有する複数のパターン化物を形成する段階；
ｄ）複合材料と金属化プラスチックとの上記アセンブリにより形成された段階ｃ）の複数の細片もしくはパターン化物を、鋳型治具上に第1層として積層する段階であって、上記複数の細片もしくはパターン化物の金属化プラスチック側が上記鋳型治具に接触するという段階；
ｅ）積層プロセスを終了し、上記反射面の複合材料層の残部を、段階ｄ）において作成された上記第1層に対して加える段階；
ｆ）真空硬化バッグを準備する段階；
ｇ）ｅ）において獲得された上記アセンブリをオートクレーブ内へと導入する段階；
ｈ）上記反射面の上記複合材料の樹脂により画成される上述のアセンブリの硬化サイクルを実施する段階。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の目的である代表的実施例に対する添付図面に関する以下の詳細な説明から理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のプロセスの第１実施例に従い、異なる材料の層がアンテナの金属化反射面に配置されるという方法を示す図である。
【図２】本発明のプロセスの第２実施例に従い、連続的な金属化物層がアンテナの金属化反射面上に配置されるという方法を示す図である。
【図３】本発明のプロセスの第３実施例に従い、金属化が実施され且つ引き続き電磁波の応答の改変を達成するために金属化物の部分的除去が実施されたアンテナの金属化反射面を示す図である。
【図４】本発明のプロセスの第４実施例に従い、金属化物が配置された複数の細片を備えて成るアンテナの金属化反射面を示す図である。
【図５】本発明のプロセスの第５実施例に従い、金属化物が配置された別の種類の複数の細片を備えて成るアンテナの金属化反射面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、衛星内に配置されるアンテナの反射面1であって複合材料から作成されるという反射面1の反射率を高めるプロセスを記述する。上記複合材料は樹脂マトリクスとファイバとを備えて成り、これらのファイバは好適にはカーボン・ファイバである。本発明のプロセスに依れば金属化誘電プラスチックの層3は金属化物層4により、反射特性が付与されるべきアンテナの反射鏡の、複数の複合材料層2間に(図１)、または、外側面に(図２)、組み込まれる。(金属化物層4により金属化された)金属化誘電プラスチックの層3は、言及された反射鏡すなわち反射面1を形成する上記複合材料を積層する間に配置される。
【００２２】
上述の金属化物層4を備えて成るプラスチックの層3は反射面1内に組み込まれると共に、該プラスチック層は、金属化されるべき反射面1に対する最適な適合化を達成するために適切なサイズを有する複数の細片として配置され得るか、または、所定のパターン化物に追随する異なる形状化物を形成し得る(図３、図４および図５)。反射面1は、連続的(図４および図５)、または、不連続的(図３)に金属化され得る。夫々の所定のパターン化物もしくは形状化物を形成する金属化細片の金属化物もまた、特定の効果を達成するために除去され得る。上記金属化物が不連続である場合、それは周期的もしくは非周期的とされ得る。
【００２３】
金属化層4は複合材料層2の樹脂自体により反射面1の該複合材料基材2に対して結合される、と言うのも、この金属化層4は反射面1自体の複合材料2を積層するプロセスの間に組み込まれることから、(金属化物層4を備えて成るプラスチック3と共に複合材料2により形成される)反射面1のアセンブリの一部として硬化サイクルに入るからである。
【００２４】
本発明の上記プロセスは以下の段階を備えて成る(用途に従い、幾つかの段階は不要となることもある)：
ａ）金属化物層4を備えて成るプラスチック3を、反射面1の複合材料2上に積層する段階；
ｂ）複合材料2と金属化プラスチック(層3＋4)とのアセンブリを切断する段階；
ｃ）段階ｂ）の複合材料2と金属化プラスチック(層3＋4)との上記アセンブリから、複数の細片、もしくは、所定形状を有する複数のパターン化物を形成する段階；
ｄ）複合材料2と金属化プラスチック(層3＋4)との上記アセンブリにより形成された段階ｃ）の複数の細片もしくはパターン化物を、鋳型治具上に第1層として積層する段階であって、上記複数の細片もしくはパターン化物の金属化プラスチック側(層3＋4)が上記鋳型治具に接触するという段階；
ｅ）積層プロセスを終了し、反射面1の複合材料層2の残部を、段階ｄ）において作成された上記第1層に対して加える段階；
ｆ）真空硬化バッグを準備する段階；
ｇ）ｅ）において獲得された上記アセンブリをオートクレーブ内へと導入する段階；
ｈ）反射面1の上記複合材料の樹脂により画成もしくは決定される上述のアセンブリの硬化サイクルを実施する段階。
【００２５】
図１は、本発明の上記プロセスにより種々の材料の各層が配置されて反射面1を形成する方法を示している。用途に依り、これらの層の内の幾つかは部分的にもしくは完全に排除され得る。
【００２６】
一方、図２は支持プラスチックの層3を示しており、該層上には、先に析出された連続的な金属化物層4が見られる。
【００２７】
図３はプラスチックの層3を示し、該層上には、先に析出された金属化物層4であって、電磁波の応答の改変を達成するために該金属化物層4を部分的に除去した後であるという金属化物層4が視認され得る。金属化されたままの部分(層4)は、周期的とされても良く、されなくても良く、且つ、各領域において夫々のパターン化物は同一もしくは別個とされ得る。この金属化層4は、陰画ともされ得る。
【００２８】
図４は、複数の細片の形態で配置された金属化層4を備えて成る反射面1を示している。
【００２９】
図５は、本発明の別実施例に従う別の種類の複数の細片(各細片は任意の形状およびサイズを有し得る)を備えた反射面1を示している。
【００３０】
図３、図４および図５は、金属化物層4の配置の異なる実施例を示している。それらの全てにおいて金属化物層4は、反射特性が付与されるべきアンテナの反射面1の、(図１に示された如く)複数の複合材料層2の間に、または、(図２に示された如く)外側面に、配置され得る。
【００３１】
金属化物層4を備えて成るプラスチック3は、事前含浸状態にて段階ａ）にて該複合材料に対して結合される。複合材料2と金属化プラスチック(層3＋4)とのアセンブリの薄寸体は段階ｂ）において、段階ｄ）の積層を実施するために適切な様式で切断される。
【００３２】
上述の段階ｈ）において定義された硬化プロセスにおいて、複合材料層2の樹脂は重合され、且つ、それにより、金属化プラスチック(層3＋4)および複合材料基材層2は相互に結合する。
【００３３】
段階ｄ）においては金属化物層4の金属を保護する目的で、該金属化物層4がプラスチック層3により覆われることから該金属化物層は外部環境に対してまたは接触によるもしくは清浄化の欠如による可能的な汚染に対して露出されないので該金属化物層4が保護される如く、金属化プラスチック(層3＋4)はプラスチック面(層3)を外側に配置して載置される。
【００３４】
複数の細片が密着結合されるという上述の公知の真空蒸着金属化プロセスに対する、本発明により定義された上記プロセスの差異は、本発明においては、結合を実施する要素として取入れられる接着剤により付着が実施されるのではなく、上記硬化サイクルの間における重合時に金属化プラスチック(層3＋4)の層を複合材料層の基材の残部に対して結合するのが該複合材料層2の樹脂自体である、という事実に基づいている。
【００３５】
本発明のプロセスにおいては、段階ｈ）における上記複合材料の樹脂の重合プロセス全体の間に圧力(硬化サイクルのそれ)が維持されて、結合されるべき表面同士の間の適切な接触が確実とされるならば、複合材料層の基材に対する金属化物層もしくは金属化層4の付着は、(真空蒸着もしくは化学析出プロセスにより)密着結合された金属層の場合よりも良好であり、上述の付着は真空によるもしくは化学プロセスによる金属析出物の付着よりも相当に良好である、と言うのも、上記の最後の場合において付着は、各表面の適切な活性化と、複合材料層の基材の清浄化とに相当に依存するからである。
【００３６】
本発明のプロセスは更に、公知技術におけるのと同様である複雑な金属化設備は必要とせず、寧ろ該プロセスは、上記複合材料の各要素が製造された設備における何物をも変更せずに、この同一の設備において実施され得る。
【００３７】
故に、本発明のプロセスの主要利点の幾つかは：
それは、金属化されようとする構成要素または表面が製造されるのと同一の設備においてそれが実施されることで製造時間を短縮し得るならば必要なプロセスを簡素化する、と言うのも、上記各構成要素はそれらに対する製造設備の外部へと搬送される必要が無く、このことは、納期が常に非常に重要であるというこの種の製品における非常に適切な見地だからである、ということ；
それは、反射面の複合材料を積層する操作者が、同時に本発明の金属化プロセスも実施する操作者であるならば、必要なプロセスを簡素化するということ；
それは、複合材料の複合材料層の基材に対する金属化層4の付着を増進すること；
それは、言及された上記プロセスにより獲得される金属層もしくは金属化物層4の優れた均一性を確実とすること；
それは、積層段階における金属化物層4の金属の保護を確実とする、と言うのも、金属化物層4が上記プラスチックにより覆われ且つ該金属化物層は外部環境に対してまたは接触によるもしくは清浄化の欠如による可能的な汚染に対して露出されないので該金属化物層4が保護される如く、金属化プラスチック(層3＋4)はプラスチック(層3)を外側に配置して配置されるからである、ということ；
である。
【００３８】
本発明の上記プロセスは、市場に存在する任意の種類のプラスチック(好適には、Kapton（登録商標）；任意の種類の材料が取り込まれたKapton；ポリアミド；任意の種類の材料が取り込まれたポリアミド)、または、任意の種類の材料(好適にはアルミニウム、銀もしくは金)を包含する任意の種類の金属化プラスチックを用いて実施され得る。同様に、金属化物層4の厚みは、(8ミクロン程度の)最も小さい厚みから(50ミクロンまたは100ミクロン程度の)最も大きい厚みにわたる任意の厚みとされ得る。更に、本発明の上記プロセスが実施される複合材料層の基材は、当該複合材料の樹脂が上記硬化プロセスにおいて重合されるという任意の種類の複合材料とされ得る。
【００３９】
本発明のプロセスの別の特徴は、反射面1の金属化物(金属化物層4)が、図４および図５の如く(複数の金属化物細片を用いて)連続的に、または、図３の如く(複数の金属化物細片または複数のパターン化物を用いて)不連続的に実施され得るということである。上記金属化物が不連続である場合(図３)、それは周期的または非周期的とされ得る。この金属化物を周期的もしくは非周期的な様式で変更し得るということは、アンテナの反射面1の電磁特性、フィルタリング極性、フィルタリング周波数を変更し得るか、または、ひとつの極性を別の極性へと変換し得るという利点を有する。反射面1により反射される電磁波の極性を変更することにより、上記波の電磁的挙動は変化することから、必要な要件に従い上記挙動を制御することができる。
【００４０】
以下の各請求項により定義される有効範囲内に包含される改変形態は、上述の好適実施形態に導入され得る。
【符号の説明】
【００４１】
1    反射面
2    複合材料層
3    プラスチック層
4    金属化物層／金属化層
【図１】
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【図２】
2010268467.tif 000004
【図３】
2010268467.tif 000005
【図４】
2010268467.tif 000006
【図５】
2010268467.tif 000007
【外国語明細書】
2010268467000001.pdf