(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製の複数の構成物を組み合わせてアンテナパネルを構成したアンテナ装置において、所定の曲率半径を有する各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成し、太陽光よりも波長の長い使用電波に対しては正反射させ、太陽光に対しては散乱させるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
アルミニウム合金製の複数の構成物に対して所定の曲率半径を有する各構成物の表面及び裏面を加工してその厚さを薄くする加工工程と、この加工工程後に各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成するブラスト工程と、このブラスト工程後に前記各構成物の表面に無色の化学表面皮膜を形成する工程と、前記ブラスト工程を施した構成物を複数組み合わせて所望の形状のアンテナパネルを構成する工程と、前記アンテナパネルを主鏡とし、副反射鏡を取り付ける工程とを備えたことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム合金製の複数の構成物に対して所定の曲率半径を有する各構成物の表面及び裏面を加工してその厚さを薄くする加工工程と、この加工工程後に各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成するブラスト工程と、このブラスト工程後に前記各構成物の表面をアルカリ洗浄し、その表面をエッチングする工程と、前記ブラスト工程を施した構成物を複数組み合わせて所望の形状のアンテナパネルを構成する工程と、前記アンテナパネルを主鏡とし、副反射鏡を取り付ける工程とを備えたことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンテナの焦点付近に集光する太陽光の影響を低減するミリ波用のアンテナ装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のミリ波用のアンテナ装置については、図１０に示すような構成ものがあった。図１０は、従来のアンテナ装置の概略図である。図１０において、１はアンテナパネル、２はアンテナパネル１の表面に白色又は半つやに塗装された塗膜、３は塗膜２側に配置された副反射鏡である。入射したミリ波はアンテナパネル１によって副反射鏡３に収束される。一方、入射した光はミリ波に比べて波長が短い（１μｍ以下）ため、塗膜２の表面で乱反射して副反射鏡３には収束しない。しかしながら、この種のアンテナ装置に使用する周波数が高くなると、塗膜２の内部を通過したミリ波は減衰してアンテナ感度が低下したり、観測した信号の雑音比が悪くなるといった課題があった。
【０００３】
従来、かかる課題を改善するため、例えば特開昭６２−１３１６１１号公報に記載されたものがあった。図１１は、従来のミリ波用アンテナ装置の模式的な断面図である。図１１において、アンテナパネル１の一方の表面に微細凹凸４が形成されたものである。この従来のアンテナ装置は、直径５０ｃｍ程度の大きさで、塗装しなくて使用可能なアンテナパネル１を製作するものである。その製作方法は、平らな板の表面に微小な溝を形成し、これを曲げ変形させてアンテナパネル１を構成している。こうして、塗膜２をなくすことによって高い周波数でも使用可能とし、アンテナパネル１の表面に微細凹凸４を設けることによってアンテナパネル１で反射した光の集光部への集光を抑制して高温化を防止している。
【０００４】
このように従来のアンテナ装置における上記微細凹凸４は、アンテナパネル１の表面に傷を付けることにより又はブラステイングやエッチングにより形成されている。そこで、厚さ２ｍｍのアルミニウム板（アルミ板）を用い、その表面を研磨して光の反射特性を測定した。図１２は、その測定方法を説明するための説明図である。その測定方法は、図１２に示すように、平板加工サンプルを太陽に正対させて正面からの光のみを感知するように筒を付けた照度計により平板に対する角度を変えながら測定した。図１３及び図１４は、その反射特性図であって、それぞれ♯４０研磨品及び♯３２０の研磨品である。♯４０の研磨品の表面粗度ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）は４．４μｍ、♯３２０の研磨品のそれは０．７μｍである。なお、♯４０、♯３２０は、砥粒の粒度（大きさ）を表わし、数字が大きいほど砥粒径が小さくなる。図１３及び図１４より、いずれも角度が０°付近における照度が非常に高く、それほど光が散乱されていない様子が覗える。もっとも、従来におけるアンテナ装置は、アンテナパネルの大きさが５０ｃｍ程度を想定しているため、その反射特性もこの程度で多少の効果がある。
【０００５】
理論的に、どの程度の反射特性が必要かは次のようにして決められる。図１５は、１０ｍ級の大型ミリ波用パラボラアンテナ装置の場合において、その焦点部にある副反射鏡（４５０ｍｍ）に集まる散乱光の割合と散乱角（半値幅）との関係を示す関係図である。この場合に、パラボラアンテナが太陽に正対したときにパラボラアンテナに対して入射するエネルギーは１×１０（５乗）Ｗであって、これに対して光が集光する割合と副反射鏡の吸収率とを掛けると、集光の割合が０．０１５の場合、温度上昇は１００℃程度となる。太陽に正対する時間があまり長くなければ、この程度が使用限界だと考えられる。集光割合が０．０１５のとき、散乱角は５５度であり、散乱角はこれより大きい必要がある。機械的な研磨をした上記サンプルでは散乱角が１０度であり、同様な計算を行うと集光割合が０．３で、温度は２０００℃となる。これでは、アルミニウム（Ａｌ）の融点を超えるので、適用不可能となる。
【０００６】
また、高周波でも使用するためには、１０ｍ級のアンテナパネル全体に亘って表面粗度ＲＭＳが１０μｍ以下である必要がある。このため、アンテナパネルを加工する場合には、アンテナパネルのそり（歪み）をできるだけ抑える必要がある。アンテナパネルを研磨する前に機械加工によって良好な鏡面精度が得られていても、その表面の研磨によって所定の鏡面精度が得られないということが起こり得る。また、ミリ波及びサブミリ波を対象とする非常に高精度なアンテナパネルを作製する場合に，アンテナパネルの表面を機械加工等により「うねり」の少ない鏡面に仕上げるには、事前に溝加工を鏡面に施すということは困難である。また、アンテナパネルの鏡面成形後に、アンテナパネルの曲面に対して研磨加工を施すというのも非常に難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、アンテナパネルの表面及び裏面に微細凹凸をブラスト処理により形成することにより、アンテナパネルのそりを低減してアンテナパネルの表面精度を確保しつつ、太陽光の集光を抑制しうる新規なアンテナ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るアンテナ装置は、アルミニウム合金製の複数の構成物を組み合わせてアンテナパネルを構成したアンテナ装置において、所定の曲率半径を有する各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成し、太陽光よりも波長の長い使用電波に対しては正反射させ、太陽光に対しては散乱させるようにしたものである。
【０００９】
請求項２に係るアンテナ装置の製造方法は、アルミニウム合金製の複数の構成物に対して所定の曲率半径を有する各構成物の表面及び裏面を加工してその厚さを薄くする加工工程と、この加工工程後に各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成するブラスト工程と、このブラスト工程後に前記各構成物の表面に無色の化学表面皮膜を形成する工程と、前記ブラスト工程を施した構成物を複数組み合わせて所望の形状のアンテナパネルを構成する工程と、前記アンテナパネルを主鏡とし、副反射鏡を取り付ける工程とを備えたものである。
【００１０】
請求項３に係るアンテナ装置の製造方法は、アルミニウム合金製の複数の構成物に対して所定の曲率半径を有する各構成物の表面及び裏面を加工してその厚さを薄くする加工工程と、この加工工程後に各構成物の表面側及び裏面側からそれぞれアルミナ、セラミックス、樹脂又は金属の砥粒を吐出させたブラスト処理により、各構成物の表面及び裏面に表面粗度が０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内の微細凹凸を形成するブラスト工程と、このブラスト工程後に前記各構成物の表面をアルカリ洗浄し、その表面をエッチングする工程と、前記ブラスト工程を施した構成物を複数組み合わせて所望の形状のアンテナパネルを構成する工程と、前記アンテナパネルを主鏡とし、副反射鏡を取り付ける工程とを備えたものである。
【００１６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１はアンテナパネル１の表面を模式的に拡大した断面図である。アンテナパネル１はアルミニウム合金から構成し、その表部及び裏部には微細凹凸４を形成している。図１に示すように、アンテナパネル１の表部における微細凹凸４の形成によって、入射する太陽光に対しては乱反射をするが、太陽光よりも波長の長い使用電波に対しては正反射をするように構成している。微細凹凸４の形成は、アンテナパネル１の表部及び裏部にアルミナ砥粒（♯４００）を所定の吐出圧、例えば０．２ＭＰａ程度（Ｐａは圧力の単位である。）で吐出させるブラスト処理により行う。このように、アンテナパネル１の表部及び裏部に対してブラスト処理を行うとしたのは、ブラスト処理によるアンテナパネル１のそりを防止するためである。ブラスト処理によれば、砥粒を被加工物であるアンテナパネル１の表面に吐出するだけであるから、アンテナパネル１のどのような曲面形状に対しても、全面にほぼ均一に微細凹凸４を形成することができる。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態１に係るアンテナパネルの製造方法について説明する。アンテナパネル１は複数の構成物を組み合わせて構成するが、各構成物はアルミニウム合金製であって、一辺が約１ｍの４角形で、厚さが３０ｍｍ程度とする。各構成物は１０ｍ級アンテナパネルを構成するため、そのアンテナパネル１の位置に対応して所定の曲率半径をもたせる。各構成物はそのままでは重量が大きすぎるため、マシニングセンタで表面及び裏面を加工して厚さが２〜３ｍｍになるように薄く形成する。このとき、アンテナパネル１の表面はＲＭＳ１０μｍ以下に抑えておく。この後に、上述のように各構成物に対してアルミナ砥粒（♯４００）を裏面全体に吐出する。このとき、アルミナ砥粒の吐出圧は０．２ＭＰａ程度とする。同様に、各構成物の表面全体に対してもアルミナ砥粒を吐出する。このように各構成物の表面及び裏面をブラスト加工することにより、表面のみブラスト加工することによって生ずるそりを低減している。
【００１８】
例えば、一辺が１００ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム合金板において、構成物の表面のみブラスト加工した場合には、そりは約２００μｍ程度を生じていたが、表面及び裏面の両面をブラスト加工した場合には約３μｍ程度以下に低減することができる。この曲率では、１ｍ角の大きさの場合に、そりは１０μｍを超えるが、アンテナパネル１の厚さはそれよりも少し厚く２〜３ｍｍ程度であるので、ブラスト加工によるそり（歪み）が既定値を超えることはない。こうして、各構成物にブラスト加工を施した後にアロジン処理を施し、これらを所定の位置に組み合わせることにより、パネルの表面精度が表面粗度ＲＭＳで１０μｍ程度以下にすることが可能である。こうして各構成物を複数組み合わせて所望形状のアンテナパネル１を構成するとともに、このアンテナパネル１を主鏡とする副反射鏡３を取り付けて１０ｍ級の大型アンテナ装置を構成する。
【００１９】
更に、この発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、アンテナパネル１の表面粗度ＲＭＳと使用周波数との関係を示す特性図である。図２に示すように、使用周波数が１０ＴＨｚ程度の高周波まで使用できるためには、表面粗度ＲＭＳで１μｍ以下にする必要がある。一方、理論上、光の散乱は入射角が垂直の場合は、（正反射光）／（全反射光）＝ｅｘｐ[−（４πＲｒｍｓ／λ）２]なる式で表され、半波長程度の    Ｒｒｍｓが必要となる。また、図３に示すように、太陽光に対しては波長（λ）が０．４μｍ〜０．６μｍ辺りで最もエネルギー（Ｊ／ｍ３ｓ）が大きいので、その１／４波長の０．１μｍ以上の表面粗さであれば、正反射成分は全反射光の１％以下となる。従って、表面粗さは光の散乱と使用周波数を考慮すると、表面粗度ＲＭＳで０．１μｍ〜１μｍとなる。
【００２０】
次に、図４は、アンテナパネルの表面を上述のブラスト加工した場合における太陽光の反射特性図である。このとき、表面粗度ＲＭＳは０．３４μｍ程度であり、半値幅（ピーク値の半分の値をもつ幅）は、５５°よりも大きく太陽光はアンテナパネルの表面でかなり散乱している。このように太陽光を散乱させることによって副反射鏡３の高温化を抑制することができる。
【００２１】
また、上述では、アルミナ砥粒を♯４００としたが、これに限るわけでなく、♯４００以外でもよく、またアルミナ砥粒以外のセラミックス、樹脂その他の金属を使用してもよい。図５は、粒度と表面粗度ＲＭＳとの関係を示す粒度特性図である。この図５に示すように砥粒径が大きくなると，表面粗度ＲＭＳも大きくなる。また、図６は、ブラスト吐出圧（ＭＰａ）に対する表面粗度ＲＭＳの特性図であり、吐出圧は上述の０．２ＭＰａに限る必要はない。また、アンテナパネルの表面粗度が大きくなると、そりも大きくなる傾向にあるが、上述のとおりアンテナパネルの表面及び裏面をブラスト加工すれば、そりをかなり低減することができる。従って、アンテナパネルの表面に形成する微細凹凸４が表面粗度ＲＭＳで０．１μｍから１．０μｍにするために、ブラスト吐出圧および砥粒径を図５、図６を参考にして設定することができる。さらに、ブラスト加工は、アンテナパネルの表面及び裏面をそれぞれ１回だけブラスト加工してもよいし、複数回のブラスト加工を施してもよい。
【００２２】
上述のブラスト加工後の処理工程は、次のとおりである。即ち、アルカリ脱脂処理工程、アルカリ（ＮａＯＨ）洗浄によるライトエッチング処理工程、スマット除去工程，及びアロジン処理工程を順次に施すことになる。もっとも、各処理工程には水洗等が含まれる。なお、アンテナパネルの表面に形成される化学表面被膜５が何らかの原因で着色した場合には、太陽光の吸収率が大きくなってアンテナパネルの温度が上昇し、アンテナパネルの精度・特性劣化が生じる虞もあるため、化学表面皮膜５は無色であることが望ましい。
【００２３】
このように上記実施の形態１、２によれば、アンテナパネル１に入射したミリ波は、散乱することなく入射角を保持しながら反射する。一方、入射した太陽光は、アンテナパネル１の表面で乱反射して集光せず，反射した太陽光で副反射鏡３やステーが影響を受けることはない。また、アンテナパネル１の表面にアロジン処理による化学表面皮膜５を設けているため、耐候性に富んだアンテナパネル１を構成することができる。
【００２４】
実施の形態３．
この発明に係る実施の形態３では、アンテナパネル１の表面及び裏面にブラスト加工を施して微細凹凸４を設ける点については、実施の形態１又は２の場合と同様である。アンテナパネル１のブラスト加工後に、実施の形態１に示すような化学表面皮膜処理は行わずに、アルカリ洗浄又は酸洗浄を行ってアンテナパネル１を組み立てる。アンテナパネル１を屋外に配設して風雨にさらされる場合には、アンテナパネル１のアルミニウム表面を化学表面皮膜５により覆う必要があるが、それほど雨が降らない地域や塩害の少ない地域に配設する場合には化学表面皮膜５を設けなくてもよい場合がある。この場合には、ブラスト加工後にアルカリ洗浄等を行うだけでもよい。一方、アンテナパネル１の表面をブラスト加工するのみでは、アンテナパネル１の素材である塑性変形したアルミニウムが黒ずんでおり、太陽光を乱反射させずに一部を吸収し、アンテナパネル１自身の温度上昇を招き、アンテナ測定精度を低下させる要因ともなる。このため、アンテナパネル１の表面にアルカリ洗浄等を行い、その表面層を少しだけエッチングして屑等を除去すれば、その表面は白っぽくなってアンテナパネル１自身の温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
ここで、図７は、サンプル６の温度上昇の様子を測定するための測定装置の概略図である。サンプル６は４角形の一辺が２００ｍｍ、厚さが２ｍｍのアルミニウム板である。そのサンプル６の裏面に熱電対７を付けて発泡スチロール８に貼り付ける。そのサンプル６は、その表面を太陽光の入射光と略垂直になるように配置して温度上昇を測定した。なお、この測定方法では、測定時の風や天候に大きく左右されるため、比較用サンプル（図示せず）を置く必要がある。図８及び図９は、それぞれサンプル６をブラスト加工処理のみ施した場合及びこれに更にアルカリ洗浄処理を施した場合における温度上昇特性図である。図８より、ブラスト加工処理を施した場合の温度上昇が、白塗装又は♯１５０研磨の場合に比して大きい様子がわかる。また、図９より、更にアルカリ洗浄を施した場合には、その温度上昇は白塗装なみに抑えることができる。なお、ここではアルカリ洗浄としたが、サンプル６表面に付着したごみや加工変質等を取り去る効果があるものであれば、他の洗浄方法でもライトエッチングでもよい。
【００２６】
【発明の効果】
この発明に係るアンテナ装置によれば、アンテナパネルの表面及び裏面に微細凹凸をブラスト処理により形成することにより、アンテナパネルのそりを低減してアンテナパネルの表面精度を確保しつつ、太陽光の集光を有効に抑制することができる。
【００２７】
また、この発明に係るアンテナ装置の製造方法によれば、複数個の構成物を組み合わせてアンテナパネルを製造するものであって、各構成物の表部及び裏部に微細凹凸を形成するブラスト工程及びこのブラスト工程を施した構成物を複数組み合わせて所望形状のアンテナパネルを構成するため、高精度の大型アンテナ装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るアンテナ装置におけるアンテナパネルの表面を模式的に拡大した断面図である。
【図２】この発明に係るアンテナパネルの表面粗度ＲＭＳと使用周波数との関係を示す特性図である。
【図３】この発明に係るアンテナパネルの波長に対するエネルギー特性図である。
【図４】この発明に係るアンテナパネルの表面を上述のブラスト加工した場合における太陽光の反射特性図である。
【図５】この発明に係るアンテナパネルの粒度と表面粗度ＲＭＳとの関係を示す特性図である。
【図６】この発明に係るアンテナパネルのブラスト吐出圧に対する特性図である。
【図７】この発明に係るサンプルの温度上昇の様子を測定するための測定装置の概略図である。
【図８】この発明に係るアンテナパネルのサンプルをブラスト加工処理のみ施した場合における温度上昇特性図である。
【図９】この発明に係るアンテナパネルに更にアルカリ洗浄処理を施した場合における温度上昇特性図である。
【図１０】従来のアンテナ装置の概略図である。
【図１１】従来のミリ波用アンテナ装置の模式的な断面図である。
【図１２】従来のアンテナ装置における反射特性の測定方法を説明するための説明図である。
【図１３】従来のアンテナ装置における反射特性図である。
【図１４】従来のアンテナ装置における反射特性図である。
【図１５】従来の大型ミリ波用パラボラアンテナ装置の場合において、その焦点部にある副反射鏡に集まる散乱光の割合と散乱角（半値幅）との関係を示す関係図である。
【符号の説明】
１…アンテナパネル、２…塗膜、３…副反射鏡、４…微細凹凸、５…化学表面皮膜、６…サンプル、７…熱電対、８…発泡スチロール
【図１】
0003543743.tif 000002
【図２】
0003543743.tif 000003
【図３】
0003543743.tif 000004
【図４】
0003543743.tif 000005
【図５】
0003543743.tif 000006
【図６】
0003543743.tif 000007
【図７】
0003543743.tif 000008
【図８】
0003543743.tif 000009
【図９】
0003543743.tif 000010
【図１０】
0003543743.tif 000011
【図１１】
0003543743.tif 000012
【図１２】
0003543743.tif 000013
【図１３】
0003543743.tif 000014
【図１４】
0003543743.tif 000015
【図１５】
0003543743.tif 000016