(57)【要約】  アンテナ用の展開可能膜構造物は、低剛性材料の１つまたは複数の第２の領域を介して一体に連結された高剛性材料の複数の第１の領域を備える膜を備え、１つまたは複数の第２の領域は、膜を折り畳み構成へと畳み、その後、展開構成へと広げることを可能にするように構成されたコンプライアンス性材料から形成されており、複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域が互いに重なるように折り畳まれることを可能にするように配置される。いくつかの実施形態では、膜は、コンプライアンス性マトリクスの中に複数本の繊維を備える複合材料で形成され、複数の第１の領域は、１つまたは複数の第２の領域よりも繊維密度が高い材料を備える。展開可能膜構造物を備える展開可能アンテナも開示される。
2021530126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ用の展開可能膜構造物であって、前記展開可能膜構造物が、
低剛性材料の１つまたは複数の第２の領域を介して一体に連結された、高剛性材料の複数の第１の領域を有する膜
を備え、
前記１つまたは複数の第２の領域は、前記膜を折り畳み構成へと畳み、その後、展開構成へと広げることを可能にするように構成されたコンプライアンス性材料から形成されており、前記複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域が互いに重なるように畳まれることを可能にするように配置されている、
展開可能膜構造物。
【請求項２】
前記折り畳み構成では、前記複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域が、互いに重なるように、前記隣接する複数の第１の領域を連結する前記１つまたは複数の第２の領域のうちのそれぞれの１つまたは複数の第２の領域のあたりで畳まれる、請求項１に記載の展開可能膜構造物。
【請求項３】
前記膜が、前記複数の第１の領域と前記１つまたは複数の第２の領域との全体にわたって延在する連続的なマトリクスを有する、請求項１または２に記載の展開可能膜構造物。
【請求項４】
前記膜が、コンプライアンス性マトリクスの中に複数本の繊維を含む複合材料で形成されている、請求項３に記載の展開可能膜構造物。
【請求項５】
前記複数の第１の領域が、前記１つまたは複数の第２の領域よりも繊維密度が高い材料を含み、かつ／あるいは前記１つまたは複数の第２の領域に含まれる第２のマトリクス材料よりも剛性が高い第１のマトリクス材料を含む、請求項４に記載の展開可能膜構造物。
【請求項６】
前記複数本の繊維が、
前記複数の第１の領域と前記１つまたは複数の第２の領域とにわたって分布する複数本の第１の繊維と、
前記複数の第１の領域に閉じ込められた複数本の第２の繊維と
を含み、
前記複数本の第２の繊維が、前記複数の第１の領域において前記膜を強化するように機能する、
請求項５に記載の展開可能膜構造物。
【請求項７】
前記複数本の繊維が炭素繊維である、請求項４から６のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物。
【請求項８】
前記膜が、前記展開構成においてパラボラ形状を取るように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物。
【請求項９】
前記膜が前記展開構成にあるとき、前記１つまたは複数の第２の領域が半径方向および周方向に沿ってストリップ状に配置される、請求項８に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１０】
前記複数の第１の領域が互いに電気的に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１１】
前記複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域が、前記１つまたは複数の第２の領域のうちのそれぞれの１つまたは複数の第２の領域によって互いに間隔を空けて配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１２】
前記複数の第１の領域のうちの前記隣接する複数の第１の領域と、前記１つまたは複数の第２の領域のうちの前記それぞれの１つまたは複数の第２の領域とが互いに電気的に接続されている、請求項１０に従属するときの、請求項１１に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１３】
前記複数の第１の領域と前記１つまたは複数の第２の領域とが、導電性繊維を含む複合材料で形成されている、請求項１２に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１４】
前記複合材料が炭素繊維強化シリコーンＣＦＲＳ複合物である、請求項７に従属するときの、請求項１３に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１５】
前記膜が、
基板と、
前記複数の第１の領域のうちの１つの第１の領域に配されて、前記複数の第１の領域のうちの前記１つの第１の領域において前記膜を強化する、１つまたは複数の強化部材と、
前記１つまたは複数の強化部材の下の前記基板に形成された１つまたは複数の開口と
を有する、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の強化部材が、前記複数の第１の領域のうちの前記１つの第１の領域において前記膜の連続的な表面を維持するように前記基板の前記１つまたは複数の開口の全体にわたって延在する、請求項１５に記載の展開可能膜構造物。
【請求項１７】
展開可能アンテナであって、
前記展開構成にあるときに前記展開可能アンテナの主反射器を形成するように構成された、請求項１から１６のいずれか一項に記載の展開可能膜構造物と、
前記膜が前記展開構成にあるときに前記展開可能膜構造物を介して信号を送信または受信するためのアンテナフィードと
を備える、
展開可能アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、展開可能構造物に関する。より詳細には、本発明はアンテナ用の展開可能膜構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置の物理的なサイズを一時的に縮小することを可能にするために、展開可能構造物が種々の用途で使用されている。たとえば、人工衛星または宇宙ビークルなどの宇宙配備型の用途では、装置を折り畳んで体積を小さくし、ローンチビークルのペイロードベイへと搭載することを可能にするために、展開可能構造物が提供される場合がある。宇宙へと打ち上げられてペイロードベイから解放されると、展開可能構造物は、人工衛星またはビークルを動作させるために展開構成に入ることができる。
【０００３】
展開可能構造物は、アンテナの反射器として一般に使用されている。反射器面積は大きいことが望ましいが、これは、反射器面積が大きいことにより、より多くのエネルギーをアンテナによって受信および／または送信することが可能になるので、アンテナの能力が向上させられるからである。しかし、反射器が大きいとアンテナが扱いにくくなり、また輸送が困難になる場合がある。薄い可撓性の膜を使用して反射器の表面を形成する展開可能反射器が開発されてきている。膜は小さい空間へと折り畳むことができる。しかし、高い収納効率には、寸法安定性を確実にするために適切なレベルの面内剛性および面外剛性を備えた、高度にコンプライアンス性の膜が必要とされる。通常は、膜を展開し、展開された後に膜を所望の形状に保持するため、またシステムの全体的な剛性を向上させ、それによって膜の幾何形状に対する望ましくない外乱の影響を軽減するために、複雑なバッキング構造物が使用される。展開可能バッキング構造物は、通常、ヒンジによって連結された支柱のフレーム構造を含み、これにより、展開可能反射器の全体的なコスト、複雑さ、および質量が不可避的に増加する。
【０００４】
本発明は、この文脈において製作される。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、アンテナ用の展開可能膜構造物が提供され、展開可能膜構造物は、低剛性材料の１つまたは複数の第２の領域を介して一体に連結された、高剛性材料の複数の第１の領域を備える膜を備え、１つまたは複数の第２の領域は、膜を折り畳み構成へと畳み、その後、展開構成へと広げることを可能にするように構成されたコンプライアンス性材料から形成されており、複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域が互いに重なるように畳まれることを可能にするように配置されている。
【０００６】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、折り畳み構成では、複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域は、互いに重なるように、上記隣接する複数の第１の領域を連結する１つまたは複数の第２の領域のそれぞれのあたりで畳まれる。
【０００７】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、複数の第１の領域と１つまたは複数の第２の領域との全体にわたって延在する連続的なマトリクスを備える。
【０００８】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、コンプライアンス性マトリクスの中に複数本の繊維を備える複合材料で形成されている。
【０００９】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数の第１の領域は、１つまたは複数の第２の領域よりも繊維密度が高い材料を備え、かつ／あるいは１つまたは複数の第２の領域に含まれる第２のマトリクス材料よりも剛性が高い第１のマトリクス材料を備える。
【００１０】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数本の繊維は、複数の第１の領域と１つまたは複数の第２の領域とにわたって分布する複数本の第１の繊維と、複数の第１の領域に閉じ込められた複数本の第２の繊維とを備え、複数本の第２の繊維は、複数の第１の領域において膜を強化するように機能する。
【００１１】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数本の繊維は炭素繊維である。
【００１２】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、展開構成においてパラボラ形状を取るように構成されている。
【００１３】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜が展開構成にあるとき、第２の領域は半径方向および周方向に沿ってストリップ状に配置される。
【００１４】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数の第１の領域は互いに電気的に接続される。
【００１５】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数の第１の領域のうちの隣接する複数の第１の領域は、１つまたは複数の第２の領域のうちのそれぞれの１つまたは複数の第２の領域によって互いに間隔を空けて配置される。
【００１６】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数の第１の領域のうちの上記隣接する複数の第１の領域と、１つまたは複数の第２の領域のうちの上記それぞれの１つまたは複数の第２の領域とは互いに電気的に接続される。
【００１７】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複数の第１の領域と１つまたは複数の第２の領域とは、導電性繊維を備える複合材料で形成される。
【００１８】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、複合材料は炭素繊維強化シリコーンＣＦＲＳ複合物である。
【００１９】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、基板と、複数の第１の領域のうちの１つの第１の領域に配されて、複数の第１の領域のうちの上記１つの第１の領域において膜を強化する１つまたは複数の強化部材と、上記１つまたは複数の強化部材の下の基板に形成された１つまたは複数の開口とを備える。
【００２０】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、上記１つまたは複数の強化部材は、複数の第１の領域のうちの上記１つの第１の領域において膜の連続的な表面を維持するように基板の１つまたは複数の開口の全体にわたって延在する。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、展開可能アンテナであって、展開構成にあるときにアンテナの主反射器を形成するように構成された、第１の態様による展開可能膜構造物と、膜が展開構成にあるときに展開可能膜構造物を介して信号を送信または受信するためのアンテナフィードとを備える、展開可能アンテナが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
次に、単なる一例として、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図１】本発明の一実施形態による展開可能膜構造物を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、膜に一体化されている低剛性材料のストリップに沿って畳んだ後の、図１の展開可能膜構造物を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、完全折り畳み構成における図１の展開可能膜構造物を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、アンテナのパラボラ形反射器を形成するように構成された展開可能膜構造物を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、展開構成におけるパラボラ形展開可能膜構造物の上面図である。
【図６】本発明の一実施形態による、パラボラ形展開可能膜構造物を通る断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による、部分的折り畳み構成におけるパラボラ形展開可能膜構造物の上面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、パラボラ形展開可能膜構造物が折り畳み構成にされるときの、この構造物の１つのセグメントの折り方の構成を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、パラボラ形展開可能膜構造物が折り畳み構成にされるときの、この構造物の１つのセグメントの折り方の構成を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による、パラボラ形展開可能膜構造物が折り畳み構成にされるときの、この構造物の１つのセグメントの折り方の構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、高剛性領域に形成された複数の開口を備える展開可能膜構造物を示す図である。
【図１０】図９の展開可能膜構造物を通る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明では、単なる説明のために、本発明のいくつかの例示的な実施形態のみを示し、説明している。当業者には認識されるように、説明されている実施形態は、すべて本発明の範囲から逸脱しない限り、種々の様々な方式で修正されてもよい。したがって、図面および説明は本質的に例示的なものとみなされるべきではり、限定的なものではない。同様の参照符号は、本明細書の全体を通して同様の要素を示す。
【００２４】
ここで図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態による展開可能膜構造物１００の一部が示してある。図１には、展開構成における展開可能膜構造物１００が示してあり、図２には、膜に一体化されている低剛性材料のストリップに沿って畳んだ後の、半折り畳み構成における展開可能膜構造物１００が示してあり、図３には、完全折り畳み構成における展開可能膜構造物１００が示してある。展開構成においては、膜はアンテナの反射器を形成することができる。
【００２５】
展開可能膜構造物１００は、折り畳み構成へと畳むことができ、その後、展開構成へと広がることができる膜を備える。膜は、高剛性材料の複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４を備え、これらは低剛性材料の１つまたは複数の第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４を介して互いに一体に連結されている。
【００２６】
第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４により、低剛性材料の線が構造物に提供され、これらの線により、膜を折り畳み構成へと畳むことが可能になる。第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４は、構造物を畳むときに生じる応力に耐えることができ、その結果ほとんどまたはまったく損傷を受けない、回復力のある材料から形成することができる。第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４の材料特性は、普通ならアンテナの性能を著しく劣化させる恐れのある損傷を受けることなしに膜を何度も繰り返し畳み、展開することを可能にするように、特定の用途に合わせられてもよい。
【００２７】
第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４は、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４よりも剛性が高い材料から形成されており、展開構成における構造物の寸法安定性を確実にする。第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４のそれぞれは、クローズドセルの連続的な膜として形成することができる。第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４が第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４よりも剛性で高密度の材料で形成されている結果として、第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４は、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４の低剛性材料よりも、高周波の無線周波数（ＲＦ）信号を効率的に反射することができる。第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４も、アンテナの表面全体にわたる満足な性能を確実にするために、優れたＲＦ反射器となる材料から形成されてもよい。したがって、展開された膜がアンテナの反射器として使用されるとき、第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４により、アンテナが高い動作周波数を得ることが可能になる。アンテナの構成に応じて、展開された膜構造物は主反射器として使用される場合もあり、副反射器として使用される場合もある。導電性反射器が必要とされる実施形態、たとえばＲＦアンテナにおいては、たとえば膜に埋め込まれた導電性繊維により、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４を互いに電気的に接続させることができる。第１の領域を互いに電気的に接続させることにより、アンテナの性能が向上する。しかし、いくつかの用途では、第１の領域が互いに電気的に接続されることなしに、依然として満足な性能が得られる場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、コンプライアンス性の低い第１の領域を連結するコンプライアンス性の高い第２の領域が電気絶縁材料を含むことができ、したがって、高剛性の複数の第１の領域は、互いに電気的に分離される。
【００２８】
本実施形態では、図１に示されている膜の一部は、４つの第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４と、４つの第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４とを備える。それぞれの第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４により、隣接する２つの第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４が連結される。本実施形態では、４つの第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４は十字の形状に配置されて、膜が水平中心線および垂直中心線に沿って畳まれることを可能にする。他の実施形態では、異なる数および配置の第１の領域および第２の領域が提供されてもよい。図１に示されている配置は、より大きい構造体全体にわたって繰り返されてもよい。たとえば、図４に示してあるパラボラ形反射器４００では、隣接する４つの領域間のそれぞれの交点は、図１に示してある構成と類似した構成を有することができる。
【００２９】
図２には、垂直中心線に沿って畳んだ後の展開可能膜構造物１００が示してある。図２に示されている構成は、部分的折り畳み構成または部分的展開構成と呼ばれる場合がある。部分的折り畳み構成では、構造物１００は、より占有面積が小さい構成へと広げられている場合もあり、畳まれている場合もある。図３に示されている構成は完全折り畳み構成と呼ばれる場合がある。構造物１００が第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４のすべてに沿って畳まれており、したがって構造物１００のサイズをこれ以上縮小することはできないからである。
【００３０】
折り畳み構成において構造体の全体的なサイズを大幅に縮小するために、本実施形態では、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４は、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４のうちの隣接する第１の領域が、互いに重なるように畳まれることを可能にするように配置されている。たとえば、図２に示されている半折り畳み構成では、第１の領域のうちの１番目のもの１０１は、第２の領域のうちの１番目のもの１１１のあたりで畳まれて第１の領域のうちの２番目のもの１０２に重なり、第１の領域のうちの４番目のもの１０４は、第２の領域のうちの３番目のもの１１３のあたりで畳まれて第１の領域のうちの３番目のもの１０３に重なる。第２の領域のうちの１番目のもの１１１は、第１の領域のうちの１番目のもの１０１を第１の領域のうちの２番目のもの１０２に連結させる領域であり、第２の領域のうちの３番目のもの１１３は、第１の領域のうちの３番目のもの１０３を第１の領域のうちの４番目のもの１０４に連結させる領域である。図３に示されている完全折り畳み構成では、構造物は、第１の領域のうちの２番目のもの１０２と第１の領域のうちの３番目のもの１０３とが互いに重なるように、第２の領域のうちの２番目のもの１１２と第２の領域のうちの４番目のもの１１４とに沿ってさらに畳まれている。
【００３１】
いくつかの実施形態では、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４のうちの隣接する複数の第１の領域は、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４のそれぞれによって互いに間隔を空けて配置され得る。言い換えれば、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４のうちの１つの表面を、隣接する２つの第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４の間に露出させることができる。この構成により、隣接する第１の領域を折り畳み構成において互いに重なるように畳むのをより容易にすることができ、また第２の領域のあたりで第１の領域を畳むときの曲げ半径を大きくすることにより、第２の領域の材料に生じる損傷のリスクを軽減することができる。さらに、隣接する第１の領域が第２の領域のうちの１つによって間隔を空けて配置され、それによって第２の領域の表面が露出される実施形態では、第２の領域を導電性材料から形成することにより、アンテナ性能を改善することができる。
【００３２】
膜は、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４と１つまたは複数の第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４との全体にわたって延在する連続的なマトリクスを備えることができる。いくつかの実施形態では、膜は、コンプライアンス性マトリクスの中に複数本の繊維を備える複合材料、たとえば炭素繊維複合物で形成することができる。複数本の繊維は、連続的な、または離散的な繊維をベースとした織物として配置することができ、膜の主たる構造を提供することができる。複数本の繊維はコンプライアンス性マトリクスに埋め込まれ、繊維が互いに結合される。マトリクスは任意の適した材料、たとえばコンプライアンス性のエポキシまたはシリコーンから形成することができる。いくつかの実施形態では、膜は、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４を互いに電気的に接続するために、炭素繊維などの導電性繊維の織物を含むことができる。上述のように第２の領域も導電性材料から形成されている実施形態では、隣接する第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４と連結する第２の領域とを、導電性繊維を介してすべて互いに電気的に接続することができる。たとえば、第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４と第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４とは、炭素繊維強化シリコーン（ＣＦＲＳ）複合材料で形成されてもよい。第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４に導電性材料を使用することにより、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４における露出された材料の区域がＲＦ反射器として機能できることが確実となり、したがって、アンテナの表面全体にわたって、ＲＦ周波数における満足な性能が確実となる。
【００３３】
複合材料を使用すると、たとえばマトリクスの組成、繊維寸法、重量パーセント（ｗｔ％）および／または配向などのパラメータを変動させることにより、第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４および第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４のそれぞれにおいて、膜の機械的特性を精密に制御することが可能になる。繊維複合物を使用して膜を形成するとき、第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４の膜の剛性を第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４の膜の剛性に比べて高くするために、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４の繊維密度に比べて、複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４においてより高い繊維密度を使用することができる。繊維密度を高くすると、導電性繊維間の間隔が縮小されることにより、反射器の動作周波数を高めることもできる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、繊維寸法、ｗｔ％、または繊維配向など、複合物の他のパラメータを変動させる代わりに、または変動させることに加えて、必要な特性を提供するために、第２の領域１１１、１１２、１１３、１１４とは異なるマトリクスが第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４に使用されてもよい。複数の第１の領域１０１、１０２、１０３、１０４は、１つまたは複数の第２の領域に含まれる第２のマトリクス材料よりも剛性が高い第１のマトリクス材料を含むことができる。たとえば、第１のマトリクス材料はエポキシ樹脂でもよく、第２のマトリクス材料はシリコーンでもよい。
【００３５】
本実施形態では、折り畳み構成から展開構成へと膜を広げるために、別個の展開機構を使用することができる。膜は、構造物が展開構成に近づくにつれて、反射器において必要とされる形状を自動的に取るように形成することができる。たとえば、膜は、対称な放物面形状、または対称な放物面の一部など、展開構成においてパラボラ形状を取るように構成されてもよい。このように、反射器の形状は展開機構ではなく膜によって制御される。これにより、反射器を展開させるためだけではなく展開させた後に反射器を所望の形状に保持するためにも複雑なバッキング構造物が必要とされる従来技術の展開可能アンテナと比較して、展開機構の複雑さを軽減することが可能になる。
【００３６】
他の実施形態では、膜は、展開構成において自動的に所望の３次元形状を取るように事前に形状設定されてもよい。たとえば、膜は適した型の中で事前に形状設定されてもよい。複合材料が使用されるとき、繊維を型の中に置いて液体またはゲルでコーティングすることができ、この液体またはゲルは、硬化されると、繊維が内部に埋め込まれた、形状設定されたコンプライアンス性マトリクスを形成する。たとえば、いくつかの実施形態では、繊維は、硬化されるとコンプライアンス性マトリクスを形成する低粘度シリコーンゲルでコーティングされる場合がある。膜が折り畳み構成へと畳まれるとき、第２の領域の変形したマトリクスおよび繊維は弾性エネルギーを蓄積することができ、この弾性エネルギーは、構造物を広げて展開するプロセスを助けるために使用することができる。たとえば、バッキング構造物を使用して膜を展開させる実施形態では、展開プロセスを進めるためのエネルギーのうちのいくらかを、膜構造物において蓄積された弾性歪みエネルギーによって供給することができるので、バッキング構造物が加える必要のある力を、従来の展開可能アンテナの場合よりも小さくすることができる。したがって、従来の展開可能アンテナと比較して、バッキング構造物のサイズおよび質量を軽減することができる。
【００３７】
ここで図４〜図８を参照すると、本発明の一実施形態による、アンテナのパラボラ形反射器を形成するように構成された展開可能膜構造物４００が示されている。図１〜図３の展開可能膜構造物１００と同様に、本実施形態のパラボラ形展開可能膜構造物４００は、低剛性材料の複数の第２の領域４１１、４１２によって連結された、高剛性材料の複数の第１の領域４０１、４０２を備える。
【００３８】
図５に示されているように、本実施形態では、膜が展開構成にあるとき、複数の第２の領域４１１、４１２は半径方向および周方向に沿ってストリップ状に配置される。他の実施形態では、複数の第２の領域は、展開される反射器の最終的な形状、および選択された折り畳み機構に応じて様々な構成で配置される場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、膜はオフセットアンテナ用の反射器を形成するように構成される場合がある。オフセットアンテナでは、反射器は非対称な形状を有する場合がある。たとえば、オフセットアンテナ用の反射器は、対称な放物面の一部として形成される場合がある。反射器が非対称な形状を有するとき、異なる折り方の構成が必要とされる可能性があるので、第２の領域は半径方向または周方向に沿って配置されない場合がある。
【００３９】
図６には、パラボラ形展開可能膜構造物４００における、高剛性材料の２つの隣接する領域４０１、４０２を通る断面図が示してある。本実施形態では、膜は、膜全体を通って、すなわち第１の領域４０１、４０２および第２の領域４１１、４１２のすべてを通って延在する、下側の基板を備える。基板は任意の適した材料で形成されてもよく、本実施形態では、シリコーンマトリクスに埋め込まれた三軸炭素繊維織物から形成されている。複数の第１の領域４０１、４０２は、繊維密度が異なりかつ／または基板に対する配向が異なる炭素繊維複合物など、より剛性が高い材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の第１の領域４０１、４０２は、よりコンプライアンス性の高い第２の領域４１１、４１２とは異なるマトリクス材料を使用してもよい。たとえば、複数の第１の領域４０１、４０２は炭素繊維の平織、薄織物、または任意の他のクローズドセル織物から形成されてもよい。複数の第１の領域４０１、４０２はゴアと呼ばれる場合があり、成形プロセス中に膜に一体化させることができる。
【００４０】
図６に示されているように、本実施形態では、基板は、複数の第１の領域４０１、４０２と複数の第２の領域４１１、４１２とにわたって分布しかつコンプライアンス性マトリクス６０２に埋め込まれた複数本の第１の繊維６０１を備える。第１の領域４０１、４０２のそれぞれは、たとえば平織、薄織物、または他のクローズドセル織物の形をとる、複数の第１の領域に閉じ込められた複数本の第２の繊維を備える。第２の繊維は、第１の領域４０１、４０２において膜を強化するように機能し、展開構成において膜の所望の形状を維持する助けとなる。上述のように、導電性繊維が使用されているとき、第１の繊維は、膜の隣接する領域の間の電気接続部を提供するようにも機能することができる。
【００４１】
図７には部分的折り畳み構成におけるパラボラ形展開可能膜構造物４００の上面図が示してあり、図８Ａ〜図８Ｃは、パラボラ形展開可能膜構造物４００が折り畳み構成にされるときの、この構造物の１つのセグメント４１０の折り方の構成を示す一続きの図である。図７および図８Ａ〜図８Ｃに示してあるように、半径方向および周方向に沿って低剛性領域が配置されているので、折り畳み構成ではパラボラ形の膜を畳んで体積を小さくすることが可能であり、それによって高い収納効率が得られる。その後、膜は展開構成へと広げられて、折り畳み構成における構造物の直径に対して大きい表面積をパラボラ形反射器に与えることができる。パラボラ形反射器は、膜が展開構成にあるときにパラボラ形展開可能膜構造物を介して信号を送信または受信するためのアンテナフィードを備える展開可能アンテナに含まれてもよい。
【００４２】
ここで図９および図１０を参照すると、展開可能膜構造物の全体的な質量を軽減するために、膜が、高剛性領域に形成された複数の開口を備える実施形態が示されている。図９には膜９００の一部が平面図で示してあり、図１０には展開可能膜構造物を通る断面図が示してある。膜９００は高剛性材料の複数の第１の領域を備え、これらは低剛性材料の複数の第２の領域９１１、９１２、９１３、９１４を介して互いに一体に連結されている。図６に示してある実施形態の場合のように、本実施形態の展開可能膜構造物は、下側の基板と、第１の領域のそれぞれにおいて基板を強化するように機能する複数のゴア９０１、９０２、９０３、９０４とを備える。
【００４３】
構造物９００は、下側の基板に形成された複数の開口９２１、９２２、９２３、９２４をさらに備える。開口９２１、９２２、９２３、９２４は下側の基板の質量を軽減する働きをし、一体化されたゴア９０１、９０２、９０３、９０４は開口９２１、９２２、９２３、９２４のそれぞれに被さる。ゴアは複数の第１の領域において構造物を強化する働きをし、それによって複数の第１の領域に必要な剛性を与え、強化部材とも呼ばれる場合がある。それぞれのゴア９０１、９０２、９０３、９０４は、それぞれの第１の領域において膜の連続的な表面を維持するために、基板における下側の開口にまたがって延在することができる。ここでは、「下側の」や「被さる」などの用語は、単に、構造物のいくつかの要素の相対的な位置関係を伝えるために便宜的に使用されており、アンテナが動作している間の膜構造物の特定の配向を示唆すると解釈されるべきではないことが理解されよう。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照しながら本明細書に記載してきたが、添付の特許請求の範囲において定義された本発明の範囲から逸脱しない限り、多くの変更および修正が可能であろうことが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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