(57)【要約】  アンテナ用の展開可能反射器が開示される。展開可能反射器は、展開構成において予め形成された形状を取るように構成された展開可能膜と、膜の表面に配された導電性メッシュとを備え、導電性メッシュは、反射器の展開中に導電性メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成される。展開構成では、導電性メッシュは膜の形状を取り、反射器の反射表面を形成する。展開可能反射器を製造する方法も開示される。
2021530125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ用の展開可能反射器であって、前記展開可能反射器が、
展開構成において予め形成された形状を取るように構成された展開可能膜と、
導電性メッシュであって、前記展開構成において前記導電性メッシュが前記展開可能膜の前記形状を取り、前記展開可能反射器の反射表面を形成するように前記展開可能膜の表面に配された、導電性メッシュと
を備え、
前記導電性メッシュが、前記展開可能反射器の展開中に前記導電性メッシュと前記展開可能膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成されている、
展開可能反射器。
【請求項２】
前記展開可能膜がオープンセル織物材料を有する、請求項１に記載の展開可能反射器。
【請求項３】
前記オープンセル織物材料が三軸織構造を含む、請求項２に記載の展開可能反射器。
【請求項４】
前記オープンセル織物材料が、シリコーンマトリクスに埋め込まれたパラアラミド繊維の織物を含む、請求項２または３に記載の展開可能反射器。
【請求項５】
前記導電性メッシュが、前記展開構成において前記展開可能膜の凸形表面に配されるように配置されており、したがって、前記展開可能反射器の展開中、前記展開可能膜が前記導電性メッシュを押圧し、前記予め形成された形状に変形させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の展開可能反射器。
【請求項６】
前記展開可能膜が、無線周波数波長の電磁放射に対して透過性である材料で形成されている、請求項５に記載の展開可能反射器。
【請求項７】
前記導電性メッシュを前記展開可能膜に連結する複数の第１の連結部材を備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の展開可能反射器。
【請求項８】
それぞれの第１の連結部材が、前記導電性メッシュの１本または複数本の繊維の周りに巻き付けられて前記展開可能膜に固定されるループの形をとる可撓性連結部を有する、請求項７に記載の展開可能反射器。
【請求項９】
それぞれの第１の連結部材が、前記導電性メッシュと前記展開可能膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように伸縮できる弾性材料で形成されている、請求項８に記載の展開可能反射器。
【請求項１０】
それぞれの第１の連結部材の前記ループの長さが、前記導電性メッシュの前記１本または複数本の繊維を囲むのに必要とされる最短距離よりも長く、それにより、前記導電性メッシュと前記展開可能膜との間の相対的な横方向の移動の間に前記ループのたるみが取られ得る、請求項８または９に記載の展開可能反射器。
【請求項１１】
前記展開可能膜が第１の膜であり、前記導電性メッシュが前記第１の膜と第２の膜との間に配されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の展開可能反射器。
【請求項１２】
前記導電性メッシュを通過する複数の第２の連結部材をさらに備え、前記複数の第２の連結部材のそれぞれが、前記展開可能反射器の展開中に前記第１の膜と前記第２の膜との間の間隔を維持するように前記第１の膜および前記第２の膜に連結されている、
請求項１１に記載の展開可能反射器。
【請求項１３】
前記展開可能膜が、前記展開構成において前記導電性メッシュを形状設定するための連続的な３次元湾曲表面を提供するように構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の展開可能反射器。
【請求項１４】
成形ビームアンテナ向けの形状設定された反射器として構成され、前記展開構成では、前記展開可能膜の前記３次元湾曲表面は、変則的なパターンを有するビームを生成するために、曲率が異なる複数の領域を含む、請求項１３に記載の展開可能反射器。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の展開可能反射器を備える展開型アンテナ。
【請求項１６】
前記展開可能反射器を展開させるように構成されたバッキング構造物をさらに備える、
請求項１５に記載の展開型アンテナ。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の展開型アンテナを備える人工衛星。
【請求項１８】
アンテナ用の展開可能反射器を製造する方法であって、前記方法が、
展開構成において展開可能自己支持膜が型の形状を取るように、前記型の上に前記展開可能自己支持膜を予め形成する段階と、
前記展開構成において導電性メッシュが前記展開可能自己支持膜の形状を取り、前記展開可能反射器の反射表面を形成するように、前記展開可能自己支持膜の上に前記導電性メッシュを配する段階と
を備え、
前記導電性メッシュが、前記展開可能反射器の展開中に前記導電性メッシュと前記展開可能自己支持膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成されている、
方法。
【請求項１９】
前記展開可能自己支持膜を予め形成する段階が、
オープンセル織物材料を前記型の上に置く段階と、
前記オープンセル織物材料を前記型の上に置く前または置いた後に、ゲルを前記オープンセル織物材料に塗布する段階と、
前記展開可能自己支持膜が前記型の上にとどまっている間に、前記ゲルを硬化して前記オープンセル織物材料の周りに固形のマトリクスを形成する段階と
を有する、
請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ用の展開可能反射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星および他の宇宙用途では、展開可能構造物が広く使用されている。こうした構造物により、ローンチビークルのペイロードベイへと搭載するために装置の物理的なサイズを縮小することが可能になる。軌道に入ってペイロードベイから解放されると、構造物はより大きい構成へと展開されて、装置の全体的な寸法を拡大することができる。たとえば、展開可能構造物は広げられ、伸展させられ、または膨張させられることができ得る。
【０００３】
展開可能バッキング構造物と金属メッシュとを備える展開可能アンテナ反射器が開発されてきている。展開可能バッキング構造物により金属メッシュがパラボラ形状に形成されて、アンテナの反射器として機能する。展開可能バッキング構造物は２つの目的を果たす。第一に、展開可能バッキング構造物は、軌道に入った後に金属メッシュを展開させる機構を提供し、第二に、熱弾性的に安定なプラットフォームを反射器に提供する。金属メッシュには固有の剛性がないので、したがってｉｎ−ｓｉｔｕの金属メッシュをその所望の構成に形状設定するために、張力要素およびケーブルネットワーク構造の複雑な集合体が必要とされる。
【０００４】
メッシュをベースとする従来の展開可能反射器はいくつかの欠点に苦慮している。ケーブルネットワークはケーブルがメッシュに取り付けられている箇所において局所的に金属メッシュを形状設定するだけであり、したがって金属メッシュのすべての他の区域にはピロー効果およびファセット効果が生じる。その結果、反射器の最終的な形状は、単に理想的な放物面を近似するだけになり得る。また、ケーブルネットワーク構造は設計および製造が複雑であり、展開中にもつれるリスクを増加させる恐れがある。
【０００５】
本発明はこの文脈において製作される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、アンテナ用の展開可能反射器が提供され、展開可能反射器は、展開構成において予め形成された形状を取るように構成された展開可能膜と、導電性メッシュであって、展開構成において導電性メッシュが膜の形状を取り、反射器の反射表面を形成するように膜の表面に配された、導電性メッシュとを備え、導電性メッシュは、反射器の展開中に導電性メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成される。
【０００７】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜はオープンセル織物材料を備える。たとえば、オープンセル織物材料は三軸織構造を有してもよい。いくつかの実施形態では、オープンセル織物材料は、シリコーンマトリクスに埋め込まれたパラアラミド繊維の織物を備える。
【０００８】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、導電性メッシュは、展開構成において展開可能膜の凸形表面に配されるように配置されており、したがって、反射器の展開中、展開可能膜が導電性メッシュを押圧し、予め形成された形状に変形させる。
【０００９】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、無線周波数波長の電磁放射に対して透過性である材料で形成される。
【００１０】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、導電性メッシュは、反射器の展開中に導電性メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成される。
【００１１】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、展開可能膜は第１の膜であり、導電性メッシュはこの膜と第２の膜との間に配される。
【００１２】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、展開可能反射器は、メッシュを膜に連結するように構成された複数の第１の連結部材を備える。
【００１３】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、それぞれの第１の連結部材は、メッシュの１本または複数本の繊維を膜に固定するように構成されたループの形をとる可撓性連結部を備える。
【００１４】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、それぞれの第１の連結部材は、メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように伸縮できる弾性材料で形成される。
【００１５】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、それぞれの第１の連結部材のループの長さは、メッシュの１本または複数本の繊維を囲むのに必要とされる最短距離よりも長く、それにより、メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動の間にループのたるみが取られ得る。
【００１６】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、展開可能反射器は、導電性メッシュを通過する複数の第２の部材をさらに備え、複数の第２の部材のそれぞれは、反射器の展開中に第１の膜と第２の膜との間の間隔を維持するように第１の膜および第２の膜に連結される。
【００１７】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、膜は、展開構成において導電性メッシュを形状設定するための連続的な３次元湾曲表面を提供するように構成される。
【００１８】
第１の態様によるいくつかの実施形態では、展開可能反射器は成形ビームアンテナ向けの形状設定された反射器として構成され、展開構成では、膜の３次元湾曲表面は、変則的なパターンを有するビームを生成するために、曲率が異なる複数の領域を含む。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による展開可能反射器を備える展開型アンテナが提供される。
【００２０】
第２の態様によるいくつかの実施形態では、展開型アンテナは、展開可能反射器を展開させるように構成されたバッキング構造物をさらに備える。
【００２１】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様による展開型アンテナを備える人工衛星が提供される。
【００２２】
本発明の第４の態様によれば、アンテナ用の展開可能反射器を製造する方法が提供され、方法は、展開構成において展開可能膜が型の形状を取るように、型の上に膜を予め形成する段階と、展開構成において導電性メッシュが自己支持膜の形状を取り、反射器の反射表面を形成するように、膜の上に導電性メッシュを配する段階とを備え、導電性メッシュは、反射器の展開中に導電性メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成される。
【００２３】
第４の態様によるいくつかの実施形態では、展開可能膜を予め形成する段階が、オープンセル織物材料を型の上に置く段階と、オープンセル織物材料を型の上に置く前または置いた後に、ゲルをオープンセル織物材料に塗布する段階と、膜が型の上にとどまっている間に、ゲルを硬化してオープンセル織物材料の周りに固形のマトリクスを形成する段階とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
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、アンテナ用の展開可能反射器の層構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１の展開可能反射器における膜層の三軸織構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、展開可能反射器を備える反射器アンテナを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、形状設定された展開可能反射器を備える成形ビームアンテナを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図４の成形ビームアンテナを備える人工衛星を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、アンテナ用の展開可能反射器を製造する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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あり、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。
【００２６】
ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態によるアンテナ用展開可能反射器１００の層構造の断面図が示してある。展開可能反射器１００は、第１の膜１０１と、第２の膜１０３と、導電性メッシュ１０２とを備える。導電性メッシュ１０２は第１の膜１０１と第２の膜１０３との間に配されている。
【００２７】
本実施形態では、第１の膜１０１は展開可能膜である。「展開可能」とは、第１の膜１０１をコンパクトな収納構成へと折り畳むことができ、その後、展開構成へと広げることができることを意味する。展開中に反射器自体が広がることができるアンテナは、一般に「展開型」アンテナと呼ばれている。したがって、本発明の実施形態では、展開型アンテナの主反射器が、第１の膜１０１を備えることができる。展開可能膜は「展開型」膜とも呼ばれる場合がある。第１の膜１０１は、展開構成において、予め形成された形状を取るように構成される。たとえば、パラボラアンテナ用の反射器を形成するために、適正な幾何学的特性を備えたパラボラ形の型上に第１の膜１０１が予め形成され得る。展開構成では、第１の膜１０１は、導電性メッシュ１０２を形状設定することにより、反射器１００を所望の３次元形状に維持することができ得る。
【００２８】
導電性メッシュ１０２は第１の膜１０１の表面に配され、それにより、展開構成では、導電性メッシュ１０２は膜１０１の形状を取り、反射器１００の反射表面を形成する。導電性メッシュ１０２は、反射器の展開中、導電性メッシュ１０２と第１の膜１０１および／または第２の膜１０３との間の相対的な横方向の移動を可能にするように構成され得る。たとえば、導電性メッシュ１０２は第１の膜１０１および／または第２の膜１０３の表面上を自由に摺動して、導電性メッシュ１０２と上記第１の膜１０１および／または第２の膜１０３との間の相対的な横方向の移動を可能にすることができる。代替的に、導電性メッシュ１０２の表面は、展開中に２つの表面の相対的な横方向の移動を可能にする１つまたは複数の接着性接合部または機械的接合部により、第１の膜１０１および／または第２の膜１０３の隣接する表面に連結されてもよい。こうした接合部は、リンク部、連結部、またはテザーとも呼ばれる場合がある。導電性メッシュ１０２が反射表面として機能し、必要な反射特性を反射器１００に与えるので、第１の膜１０１および第２の膜１０３は反射性材料で形成される必要はない。
【００２９】
相対的な横方向の移動を可能にすることにより、メッシュ１０２ならびに／または第１の膜１０１および第２の膜１０３の応力が低減されるので、展開可能反射器は展開中に損傷を受けにくくなり得る。また、メッシュ１０２と第１の膜１０１および／または第２の膜１０３との間の相対的な横方向の移動を可能にすることにより、アンテナは、アンテナが宇宙で展開された後で熱サイクルにさらされたとき、メッシュ１０２と第１の膜１０１および第２の膜１０３との異なる材料間の異なる熱膨張率に対応することができる。
【００３０】
本実施形態では、導電性メッシュ１０２は、展開構成において、展開可能な第１の膜１０１の凸形表面に配されるように配置されており、したがって、反射器１００の展開中、第１の膜１０１が導電性メッシュ１０２を押圧し、予め形成された形状に変形させる。このように、展開構成では、第１の膜１０１によって導電性メッシュ１０２を張力下におくことができ、導電性メッシュ１０２の引張り歪みが、展開構成において第１の膜１０１の凸形表面に対してメッシュ１０２を保持する助けとなることができ、それにより、メッシュ１０２は展開された第１の膜１０１と同じ形状を取る。
【００３１】
導電性メッシュ１０２が第１の膜１０１の凸形の面に配される実施形態では、アンテナによって受信または送信される電磁放射は、導電性メッシュ１０２によって反射される前に、第１の膜１０１を通過しなければならない。こうした実施形態では、第１の膜１０１は、無線周波数（ＲＦ）波長の電磁放射に対してＲＦ透過性である材料で形成することができる。ここで、「ＲＦ透過性」とは、第１の膜１０１が、ＲＦ波長において無視できる程度の損失および無視できる程度の追加的な反射を示し、したがって第１の膜１０１の存在がアンテナの性能にほとんど、またはまったく影響を与えないことを意味する。第１の膜１０１をＲＦ損失が小さい材料から形成することにより、導電性メッシュ１０２に固有の反射効率を維持することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、導電性メッシュ１０２および展開可能膜１０１、１０３は、使用中、入射電磁放射が、膜１０１、１０３に到達する前にメッシュ１０２によって反射されるように配置されてもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、導電性メッシュ１０２は展開可能膜１０１、１０３の凹形表面に配されてもよく、したがって、入射電磁放射は、展開可能膜１０１、１０３を通過することなしに導電性メッシュ１０２によって反射される。こうした実施形態では、アンテナの性能は展開可能膜１０１、１０３のＲＦ特性に依存しない可能性があり、したがって、展開可能膜１０１、１０３はＲＦ反射性材料から形成されても、ＲＦ透過性材料から形成されてもよい。
【００３３】
第２の膜１０３も展開可能膜でもよい。いくつかの実施形態では、第１の膜１０１および第２の膜１０３は互いに同じ材料から形成されてもよく、同じかまたは同様の厚みを有してもよい。たとえば、第１の膜１０１および／または第２の膜１０３はオープンセル織物材料から形成されてもよい。他の実施形態では、第１の膜１０１および第２の膜１０３は互いに異なる材料から形成されてもよく、かつ／または実質的に異なる厚みを有してもよい。第２の膜１０３を提供することにより、展開構成における反射器１００の形状をより正確に制御することができる。いくつかの実施形態では、第２の膜１０３は省かれてもよい。
【００３４】
本実施形態の展開可能反射器１００は、第１の膜１０１または第２の膜１０３にメッシュ１０２を連結する複数の第１の連結部材１０６、１０７を備える。いくつかの実施形態では、第１の連結部材１０６、１０７により、メッシュ１０２が第１の膜１０１と第２の膜１０３との両方に連結され得る。第１の連結部材１０６、１０７は、上述のように接着性接合部または機械的接合部として形成され得る。それぞれの第１の連結部材１０６、１０７により、メッシュ１０２と第１の膜１０１および第２の膜１０３との間のある程度の横方向の移動が可能になると同時に、メッシュ１０２の一部が第１の膜１０１または第２の膜１０３の表面上のある点に連結される。
【００３５】
本実施形態では、それぞれの第１の連結部材１０６、１０７はループの形をとる可撓性連結部を備え、これはメッシュ１０２の１本または複数本の繊維の周りに巻き付けられて、１本または複数本の繊維を第１の膜１０１および／または第２の膜１０３に固定する。たとえば、図１に示されているように、ループの両端部は第１の膜１０１または第２の膜１０３のマトリクス材料に埋め込まれてもよく、膜１０１、１０３を通過し、膜１０１、１０３の反対側で固定されてもよい。いくつかの実施形態では、相対的な横方向の移動は、メッシュ１０２が第１の膜１０１または第２の膜１０３の表面を摺動することを可能にするように伸縮できる弾性材料からそれぞれのループ１０６、１０７を製作することによって可能になり得る。いくつかの実施形態では、相対的な横方向の移動は、それぞれのループ１０６、１０７を、メッシュ１０２の１本または複数本の繊維を囲むのに必要とされる最短距離よりも長くすることによって可能にされてもよく、それにより、ある程度のたるみがループ１０６、１０７に提供され、メッシュ１０２が第１の膜１０１または第２の膜１０３に対して横方向に移動している間にこのたるみが取られ得る。
【００３６】
本実施形態では、展開可能反射器１００は、導電性メッシュ１０２を通過する複数の第２の連結部材１０４、１０５をさらに備える。複数の第２の連結部材１０４、１０５のそれぞれは、反射器１００の展開中に第１の膜１０１と第２の膜１０３との間の間隔を維持するように第１の膜１０１および第２の膜１０３に連結される。たとえば、第２の連結部材１０４、１０５は、膜１０１、１０３を形成するときに第２の連結部材１０４、１０５の端部を膜１０１、１０３のマトリクスに埋め込むことにより、第１の膜１０１および／または第２の膜１０３に連結されてもよい。代替的に、第２の連結部材１０４、１０５を受けるための凹部が、膜１０１、１０３の形成中または形成後に膜１０１、１０３のうちの一方の表面に形成されてもよく、その後、適した接着剤を使用して第２の連結部材１０４、１０５が凹部に固定されてもよい。さらなる代替策として、第２の連結部材１０４、１０５は、適した機械的手段によって第１の膜および／または第２の膜に連結されてもよい。たとえば、ねじ山がそれぞれの第２の連結部材１０４、１０５の端部に形成されてもよく、このねじ山は膜１０１、１０３のうちの一方の穴を通過して、このねじ山にねじ留めされるナットによって第２の連結部材１０４、１０５を固定することを可能にすることができる。
【００３７】
第２の連結部材１０４、１０５により、第１の膜１０１と第２の膜１０３とが互いに結びつけられて、反射器１００が展開されているときに第１の膜１０１および第２の膜１０３が互いから離れるように動くことを防止する。第２の連結部材１０４、１０５は、メッシュ１０２が第１の膜１０１と第２の膜１０３との間にしっかりと保持されたままになるのを確実にすることにより、導電性メッシュ１０２のファセッティングおよびピローイングを防止する助けとなる。第２の膜１０３が省かれている実施形態では、第２の連結部材１０４、１０５は省かれてもよい。さらに、第２の膜１０３が省かれ、第１の連結部材１０６、１０７が提供されている実施形態では、第１の連結部材１０６、１０７は、メッシュ１０２を第１の膜１０１にのみ連結することができる。
【００３８】
ここで図２を参照すると、本発明の一実施形態による、図１の展開可能反射器における膜層の三軸織構造が示されている。図２に示されている構造は、図１の第１の膜１０１および第２の膜１０３の一方または両方に使用することができる。本実施形態では、膜層１０１、１０３は、三軸織構造を有するオープンセル織物材料を備える。織物材料は、３本の主軸に沿って配向された、複数本の織られた繊維２０１を備える。繊維２０１は、マトリクス材料２０２に埋め込むことができる。本実施形態では、シリコーンマトリクス２０２に埋め込まれたパラアラミド繊維２０１の三軸織が使用されている。宇宙用途においては、宇宙グレードのシリコーンをマトリクス２０２に使用することができる。
【００３９】
三軸織材料はいかなる任意の３次元形状にも形成することができ、したがって第１の膜１０１または第２の膜１０３が形成される型の外形に正確に形状を合致させることができる。しかし、オープンセル構造のため、三軸織材料は、特にＲＦ波長では一般に反射特性が不十分である。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、三軸織材料を導電性メッシュと組み合わせて、低ＲＦ損失に加えて展開構成における正確な形状制御性を示す反射器を提供することができる。
【００４０】
他の実施形態では、膜は三軸織以外の別の適した材料、たとえば編まれた布から形成されてもよい。膜は、高いドレープ性を示す材料から形成することができる。ここでは、「ドレープ性」は、材料がその自重で変形する能力を指す従来の意味で使用されている。ドレープ性が高い材料は、しわになることなく、３次元の複雑な湾曲形状を形成でき得る。材料のドレープ性はドレープ係数（ＤＣ）を使用して定量化することができ、ドレープ性が高い材料のＤＣは小さく、その材料がしわになることなく複雑なカーブ上で容易に変形することができることを意味する。膜が形成される材料についての許容可能な最大ＤＣは、その膜を取ることが必要とされる特定の予め形成された形状に従って、実施形態間で変動する場合がある。たとえば、本発明の実施形態では、膜は、しわになることなく予め形成された所望の形状へと変形することができるのに十分に高いドレープ性を有する材料を含むことができる。
【００４１】
ここで図３を参照すると、本発明の一実施形態による、展開可能反射器３１０を備える反射器アンテナ３００が示してある。反射器アンテナ３００は、展開可能反射器３１０と、アンテナフィード３２０と、副反射器３３０とを備える。本実施形態では、展開可能反射器３１０がアンテナ３００の主反射器を形成する。他の実施形態では、副反射器３３０は省かれる場合があり、したがって、主反射器３１０はビームをアンテナフィード３２０へと直接方向付ける。
【００４２】
本実施形態では、展開可能反射器３１０の膜１０１は、展開構成において導電性メッシュ１０２を支持するための、連続的な３次元湾曲表面を提供するように構成される。「連続的な」により、導電性メッシュ１０２のすべての区域が膜１０１の一部によって支持されていることが意味される。連続的な膜１０１を使用することにより、展開構成における反射器３１０の形状を最も正確に制御することが可能になり得る。
【００４３】
しかし、他の実施形態では、導電性メッシュ１０２のいくつかの部分は、下側の膜１０１によって直接支持されていない場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、膜１０１は、アンテナ３００の全体的な質量を低減するために１つまたは複数のアパーチャを含み、導電性メッシュ１０２は、アパーチャをまたいで連続的な反射表面を提供する場合がある。こうした構成は、アンテナの質量を可能な限り軽減することが必要であり、またアパーチャの領域において正確な形状制御性が損なわれることによる性能の低下が許容可能な妥協である用途において使用することができる。
【００４４】
アンテナ３００は、反射器３１０を自動的に展開させるためのバッキング構造物３４０も備えることができる。たとえば、バッキング構造物３４０は、ケーブル３４２によっていくつかの点で反射器３１０に留められた弾性フレーム３４１を備えることができる。弾性フレーム３４１は、展開可能反射器３１０とともにコンパクトな収納構成へと畳むことができる。バッキング構造物３４０に加わる拘束力が解放されると、弾性フレーム３４１は自動的に広がり、展開可能反射器３１０を引っ張って展開構成にする。反射器を展開および支持するためのバッキング構造物は当技術分野で知られており、本発明の発明概念を不明瞭にしないために、詳細な説明はここでは行わない。
【００４５】
従来のバッキング構造物は、展開されると反射器を所望の形状に保持することが必要とされるので、これらの構造物は非常に複雑である。対照的に、本発明の実施形態では、展開可能反射器が、自動的に反射器の所望の形状を取る膜を備える。このように、展開構成における反射器３１０の形状は、バッキング構造物３４０によって制御されるのではなく、自己支持膜１０１、１０３によって制御され得る。
【００４６】
したがって、本発明の実施形態では、バッキング構造物３４０は展開された後に反射器３１０の形状を正確に制御することが必要とされておらず、反射器３１０を広げるのに十分な力を加えるだけでよい。したがって、従来の設計と比較してバッキング構造物の複雑さを著しく軽減することができ、反射器３１０およびバッキング構造物３４０を備えるアンテナ組立体の全体的なサイズおよび質量が小さくなる。膜は、展開構成では自動的に予め形成された形状を取るので、複雑なケーブルネットワーク構造によってメッシュの形状が制御される、メッシュをベースとする従来の展開可能アンテナとは対照的に、導電性メッシュ層１０２は、ピローイングまたはファセッティングに苦慮しないことも理解されよう。
【００４７】
さらに、反射器３１０を展開させるためのバッキング構造物３４０が図３に示されているが、いくつかの実施形態では、バッキング構造物３４０は省かれてもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、収納された反射器３１０に蓄積された弾性歪みエネルギーが、特に無重力環境において、反射器を自動的に広げ、展開させるのに十分である場合がある。さらに、いくつかの実施形態では、第１の膜１０１、および／または存在する場合には第２の膜１０３が、展開構成において、予め形成された所望の形状に反射器１００を支持することができる場合があり、したがって「自己支持」膜と呼ばれる場合がある。しかし、反射器３１０が比較的長期間にわたり収納構成のままになる場合、マトリクスのクリープにより、自己支持膜１０１、１０３に蓄積された弾性エネルギーの総量が減少する場合がある。したがって、反射器３１０を展開させるのに十分な力が利用可能になることを確実にするために、バッキング構造物３４０が提供されてもよい。
【００４８】
ここで図４を参照すると、本発明の一実施形態による、形状設定された展開可能反射器４１０を備える成形ビームアンテナ４００が示されている。図３の反射器アンテナ３００と同様に、成形ビームアンテナ４００もアンテナフィード４２０と副反射器４３０とを備える。本実施形態では、形状設定された反射器４１０は実質的にパラボラ形であるが、変則的なパターンを有するビームを生成するために、曲率が異なる複数の領域４１１を含む。曲率が異なる領域４１１は、たとえば反射器が特定の国および大陸に的を絞ることを可能にするために、任意の所望の形状を有するビームを生成するように構成され得る。図５には成形ビームアンテナ４００を備える人工衛星５００が示してあり、人工衛星５００では、変則的なパターンを有するダウンリンクビーム５１０が生成される。
【００４９】
これまで、形状設定された従来の反射器は、複雑な製造方法を使用したソリッドディッシュアーキテクチャにおいてのみ実現されてきた。図４に示してある実施形態では、図１に示してあるように展開可能膜１０１、１０３と導電性メッシュ１０２とを組み合わせることにより、形状設定された反射器が実現される。展開構成では、任意に形状設定された予め形成された膜１０１、１０３により、金属メッシュ１０２が予め形成された膜１０１、１０３と同じ形状に変形され、それによって形状設定された展開可能反射器４１０が実現される。たとえば、図２に示されている三軸織材料を使用して、任意に形状設定された予め形成された膜を形成することができる。三軸織は複雑な形状に形成することができるので、三軸織は、図４に示されている反射器のような、形状設定された展開可能反射器において使用するのに特に適している。
【００５０】
ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態による、アンテナ用の展開可能反射器を製造する方法を示すフローチャートが示されている。方法は、型の上に展開可能膜を予め形成することと、続いて膜の上に導電性メッシュを配することとを含む。その結果、展開構成において、導電性メッシュは膜の形状を取ることになり、アンテナにおける反射表面として機能することができる。
【００５１】
第一に、ステップＳ６０１では、オープンセル織物材料を型の上に置く。たとえば、図２を参照して上に述べたように、三軸織が使用されてもよい。次に、ステップＳ６０２では、マトリクスを形成するために、ゲルをオープンセル織物材料に塗布する。実施形態に応じて、ゲルはオープンセル織物材料を型の上に置く前に塗布されてもよく、置いた後に塗布されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、ステップＳ６０２はステップＳ６０１の前に実施される場合がある。次いで、ステップＳ６０３では、膜が型の上にとどまっている間に、ゲルを硬化してオープンセル織物材料の周りに固形のマトリクスを形成する。このように、膜は、展開構成において自動的に型と同じ形状を取るように予め形成される。次いで、上述のように反射器の展開中に導電性メッシュと膜との間の相対的な横方向の移動を可能にするような方式で、膜の上に導電性メッシュが配される。
【００５２】
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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【国際調査報告】
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