(57)【要約】【課題】アンテナ装置およびアンテナ装置に関連する方法を提供する。【解決手段】伸長可能なマスト（２）と、マストに一体的に連結されたアンテナ（６）と、を備えるアンテナ装置（１）であって、マスト（２）は、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状にて弾性的にバイアスされ、巻回時にはその長手方向とは横の方向に延びる軸周りに巻回され、アンテナは、伸長時にはマストがアンテナを支持すると共に位置を定め、巻回時にはマストとアンテナが共に巻回される、アンテナ装置。【選択図】図９
2016530829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸長可能なマストと、前記マストに一体的に連結されたアンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状に弾性的にバイアスされ、巻回時にはマストの長手方向に対し横方向に延びる軸周りに巻回され、
前記アンテナは、伸長時には前記マストが前記アンテナを支持すると共に位置を定め、巻回時には前記マストと前記アンテナが共に巻回される、アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナは前記マストの表面に結合されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナは前記マストの構成部品中に結合されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記マストの前記構成部品は導電性材料で構成され、導電性要素と前記アンテナの間に絶縁層を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナは、前記マストが巻回された時に生じるひずみを受け入れるための織布材料、編紐材料、または有孔材料で構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナは前記マストの曲げ中立軸に位置する、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記マストは、前記アンテナが前記マストに対して滑ることができるように、前記アンテナを受け入れるポケットを備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記マストは強化複合材料を備えている、請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記マストは双安定材料を備えている、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記マストの前記構成部品が導電性材料で構成され、前記構成部品がアンテナとしても機能する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記マストに通信システムと接続するためのコネクタを備える、請求項１〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記コネクタは前記アンテナから離れて前記マストに配置され、前記マストの一部に沿って、前記アンテナと前記コネクタを接続するケーブルをマストに一体的に連結された状態で備え、マストとケーブルは共に巻き回される、請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
ケーブルを保つポケットを前記マストの側端部に備える、請求項１２に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
巻回された前記マストを収納し、前記マストが伸長される際に前記マストを誘導する筐体を備える、請求項１〜１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記筐体はマストを巻回する、又は伸長する、もしくはその両方を行うための巻き機構を備える、請求項１４に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
アンテナ装置を製造する方法であって、
伸長可能なマストにアンテナを一体的に連結する工程を含み、
前記マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、
前記伸長時にはマストは長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状に弾性的にバイアスされ、前記巻回時にはマストの長手方向に対し横方向に延びる軸周りにマストが巻回されており、伸長時には前記マストが前記アンテナを支持すると共に位置を定め、巻回時には前記マストと前記アンテナが共に巻回される、
アンテナ装置を製造する方法。
【請求項１７】
アンテナ装置を展開する方法であって、
前記アンテナ装置は、伸長可能なマストと、前記マストに一体的に連結されたアンテナと、を備え、
前記マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状に弾性的にバイアスされ、巻回時にはマストの長手方向に対し横方向に延びる軸周りに巻回され、
前記アンテナは、伸長時には前記マストが前記アンテナを支持すると共に、位置を定め、巻回時には前記マストと前記アンテナが共に巻回され、
前記マストを前記巻回状態から前記伸長状態へと位置決めしつつ、延ばすことで、前記アンテナを引き上げる、アンテナ装置を展開する方法。
【請求項１８】
アンテナ装置を収納する方法であって、
前記アンテナ装置は、伸長可能なマストと、前記マストに一体的に連結されたアンテナと、を備え、
前記マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状に弾性的にバイアスされ、巻回時にはマストの長手方向に対し横方向に延びる軸周りに巻回され、
前記アンテナは、伸長時には前記マストが前記アンテナを支持すると共に位置を定め、巻回時には前記マストと前記アンテナが共に巻回され、
前記マストを前記伸長状態から巻回する工程を含む、アンテナ装置を収納する方法。
【請求項１９】
前記アンテナ装置が請求項１〜１５のいずれかに記載のアンテナ装置である、請求項１６〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
図面を参照しつつ上記した実施形態に実質的に従った、あるいは、図示された形態に実質的に従ってなる、アンテナ装置。
【請求項２１】
図面を参照しつつ上記した実施形態に実質的に従った、あるいは、図示された形態に実質的に従ってなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置、アンテナ装置の製造方法、アンテナ装置の展開方法およびアンテナ装置の収納方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スリットチューブ構造は、一般的にＳＴＥＭｓとして知られており、１９５０年代から、伸縮性または接続された機器の代替品として使用されており、小型の初期の包装体から伸縮可能な部材を提供する。これらは、長手方向にスリットを備えたチューブからなり、スリットラインに沿って開くことが可能であり、コイル状にコンパクトに収納可能であり、巻回状態から伸長状態の間で駆動され、駆動されたアーム、マスト、ブームを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
簡素なスリットメタルチューブは、主にコンパクトなサイズであることが必須である宇宙船等の分野で用いられてきたが、扱いにくく、ねじり剛性が非常に低い。単発用に作られたスプリングメタルのシンプルコイル以外の形態では、基本デバイスの利点の多くを否定するような、相対的に、大きく、重たい抑制構造が求められる。
【０００４】
１９９０年代には、ＷＯ９７/３５７０６に記載されているような、一般に双安定リールドコンポジット（bi-stable reeled composites (BRCs)）と呼ばれる装置が、一般的に使われるようになった。それらは、巻回しやすく、扱いやすいように設計された材料でＳＴＥＭ型構造を形成することにより、扱いにくく、複雑な構造であるという問題を解決し、それらの多くは伸長状態及び巻回状態の両方で、安定した形状を示す。
【０００５】
これらの双安定チューブはアンテナ支柱として２０００年代初頭から使われてきた。伸縮式、接合式又は連結式のロッド又はチューブよりずっと小さなスペースでアンテナマストを輸送する手段として、英国や米国、その他の武装部隊により、現在の戦域で大量に使われている。これにより、例えば英国軍「ボウマン」通信システムは、以前はこのシステムにとって標準だった１．２メートルの断面ガラス繊維チューブに代わって、５メートルのマストをリュックサックのサイドポーチに入れて運ぶことが可能になった。簡易で、結合部分がないことは、交互に暑くなったり、寒くなったりする気候や、比較的わずかな衝撃の結果である、テレスコープ部位の粘着結合または局部損傷などの失敗が戦場で起き難いことを意味する。
【０００６】
これらのマストは、より信頼性があり、より一層コンパクトな、性能を向上させるためのアンテナ上昇手段を提供する一方で、アンテナ自体は前世代のマストより大きいので扱いにくくなりがちで、時に、それらを支える次世代のＢＲＣマストよりも、明らかに多くのスペースをとり、重さもあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１実施形態は、伸長可能なマストと、マストに一体的に連結されたアンテナと、を備えるアンテナ装置であって、マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブ状に弾性的に（復元可能に）バイアスされており、巻回時にはマストの長手方向に対し横方向に延びる軸周りに巻回され、伸長時にはマストがアンテナを支持するとともにアンテナの位置を定めるように、巻回時にはマストとアンテナが共に巻回されるようにアンテナがマストに連結された、アンテナ装置である。
【０００８】
このように、アンテナ装置は、アンテナとマストを共に巻回、伸長させ、それらの装置の配置、保管、輸送を簡素化する、一体アンテナ付き伸長可能マストを提供する。アンテナ装置は巻回状態で保管、輸送することが可能であり、アンテナが信号を受信／送信できるように、シンプルにマストを伸長して展開される。この分野でのアンテナ展開の先行技術は、標準のアンテナであり、特定のマストと用いるために設計されたアンテナではなく、マストと別々に輸送され、マストが直立する場所で遠心端に固定されるものである。このような先行技術は、本発明と比較して明らかに扱いにくく、問題がある。
【０００９】
アンテナ装置は、原則として、広く多様なアンテナ型と、所望の異なる大きさのマストで作動出来る。マストは、比較的薄い材料や巻回を補助する材料、例えば１ｍｍから５ｍｍの間の材料により構成されていることが好ましい。アンテナ素子またはアンテナを備える素子も、マストが巻回される能力に影響を与えないために、同様に薄いもの、例えば２ｍｍ以下が好ましい。このようにして、部材全体に多くの体積を加えることなく、アンテナはマストの設置面積内に完全に収容出来る。
【００１０】
実施形態では、アンテナは１つ以上のアンテナ素子から形成される。場合によってはアンテナ素子はマストの長手方向に長さを有していてもよく、例えば、ある場合では５ｃｍより大きく、または２０ｃｍより大きく、または５０ｃｍより大きくてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、アンテナはマスト全体の長さに伸長する。他の形態では、アンテナはマスト底部と距離を取っている。例えば、アンテナ装置が直立したときに上昇できるように、マストの長手方向の少なくとも４分の１、又は２分の１、又は４分の３の距離を取っている。
【００１２】
マストは巻回状態からスリットチューブ状態に、次第に伸長できる。このように、実施形態では、マストは展開されたときに、所望により完全に又は部分的に伸長することが出来る。
【００１３】
ある実施形態では、アンテナには、マストの構成的な部品は備えられていない。該部品とは、例えば、マストの直立を保つために軸剛性または曲げ剛性、あるいは、スリットチューブ状のときにおける弾力性を提供するためのフープ率（hoop modulus）を完全にまたは大きく提供するような材料、展開されアンテナを支持する際においてマスト上に発生する圧力やひずみおおむね耐え得る材料、などである。それゆえ、アンテナはマストの全長まで伸長しなくてはならないという制約はない。また、アンテナとマストは異なる材料から構成されてもよい。
【００１４】
ある実施形態では、アンテナはマストの表面に結合されている。アンテナとマストに使われる材料に応じて、好ましい接着剤や結合技術を限定なく用いてよい。
【００１５】
ある実施形態では、アンテナはマストの構成部品に結合されている。したがって、アンテナは、マストの構造的な特性に寄与するマストの材料内で、マストと一体化されている。
【００１６】
ある実施形態では、マストの構成部品は導電性材料で構成され、アンテナ装置は導電性要素とアンテナとの間に絶縁層を有する。これにより、導電性材料を、アンテナの操作に影響を与えることなく、使うことが可能になる。
【００１７】
ある実施形態では、アンテナはマストを巻回したときに、アンテナ内に誘導されるひずみに対応するよう、織布材料、編紐材料、または穴をあけられた材料で構成される。アンテナがマストの表面、又はマストの表面の近くに結合されている形態においては、これらの材料が使われることによって、層間剥離やマストを巻回したり、伸長させたりするときのひずみによる部材への損傷を避けることが出来る。
【００１８】
ある実施形態では、アンテナはマストの曲げ中立軸（neutral axis）に配置される。これによりアンテナをマストに結合すると共に、層間剥離やマストを巻回したり、伸長させたりするときのひずみによる部材への損傷を避けることが出来る、アンテナをマストに結合する、別の技術を提供する。
【００１９】
ある実施形態では、マストは、アンテナがマストに関連して滑ることができるように、アンテナを受け入れるポケットを備えている。アンテナは、マストが巻回しているとき、及び伸長されているときに、アンテナとマストが相対的に動き、ひずみを受け入れることができるように、マストにゆるく取り付けられている。ポケットは例えば、シートや複数のシート状材料で構成されたマストを、マストの残り部分の表面や裏面における、異なる円周部位に配置し、側にスペースが出来るようにして作られる。それがすなわちポケットである。シートや複数のシートは、マストの構造的な要求に対して、寄与しなくてもよい。したがって、シートはマストの残り部分が巻回伸長できるように、マストの残りの部分との衝突を生じさせないように薄くすることが可能である。
【００２０】
ある実施形態では、マストは強化複合材料で構成される。したがって、マストは繊維強化ポリマーなどの層で作ることが出来る。また、ある実施形態では、マストは双安定材料で構成される。これらの材料は、マストを多くの用途に適用するにあたり、好ましい材料になることが予測される。
【００２１】
ある実施形態では、マストの構造部品は導電性材料で構成されており、部品もアンテナとしての役目を果たす。例えば、マストは繊維強化複合構造で、複合強化材料の層が導電性であってもよい。たとえば、１つ以上の層がガラス繊維から構成されており、１つ以上の層が導電性でアンテナとしての役目を果たすことができる炭素繊維から構成されていてもよい。
【００２２】
ある実施形態では、アンテナ装置は、アンテナ装置を通信システムに接続するコネクタをマストに備えている。アンテナがマストの材料に完全に囲まれている場合は、アンテナにアクセス及び接続するために、マストに穴を設けたり、又はマストを貫通するワイヤーを設けてもよい。
【００２３】
ある実施形態では、コネクタはアンテナと距離を置いてマストの上に配置されており、アンテナ装置は、マストの一部に沿ってマストと一体に連結されたアンテナとコネクタとを接続するケーブルを備えており、マストとケーブルは一緒に巻回される。
【００２４】
ある実施形態では、アンテナ装置はケーブルを保持するポケットをマストの側端部に備えている。マストのスリットチューブ形状により、マストの長手方向に走る２つの側端部が形成されており、どちらか又は両方がマストの材料、又は、マストに付加的に結合、又は固定された材料で形成されたポケットを備えることが出来る。巻回状態のとき、マストはチューブのスリットにおいて扁平になり、側端部はコイルの側面となる。これにより、ポケットの中のケーブルは、コイルの側面においてマストと共に巻回され、マストの設置面積の外に置かれる。すなわち、巻かれたマストの隙間部分に置かれるのではなく、ケーブルの巻回はマストの巻回を妨げない。
【００２５】
ある実施形態では、アンテナ装置は巻回されたマストを収納し、マストが伸長されるにつれマストを誘導する筐体を備える。筐体は、マストを巻回する、又は伸長する、もしくはその両方を行うための巻き機構を備えていてもよい。したがって、アンテナ装置は手動で伸長及び格納されてよく、コイル装置を抑制するメカニズムを解除することにより、自ら伸長するようにしてもよく、クランクや電源式システムにより展開するように機械化されていてもよい。本発明における具体的な実施形態の提供においては、上記のいずれの手段が使われていてもよい。
【００２６】
本発明の第２実施形態は、伸長可能なマストにアンテナを一体的に連結する工程を含むアンテナ装置の製造方法であって、マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置されており、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長されたチューブの形状において弾性的にバイアスされており、巻回時にはマストの長手方向とは横の方向に延びる軸周りに巻回されており、伸長時にはマストがアンテナを支持すると共に位置を定め、巻回時にはマストとアンテナとが共に巻回される、アンテナ装置を製造する方法である。
【００２７】
本発明の第３実施形態は、アンテナ装置を展開する方法であって、アンテナ装置は、伸長可能なマスト、および、マストに一体的に連結されたアンテナを備え、
マストは、巻回状態と伸長状態の間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブの形状において弾性的にバイアスされ、巻回時にはマストの長手方向とは横の方向に延びる軸周りに巻回されており、アンテナは、伸長時にはマストがアンテナを支持する共に位置を定めるようにされ、巻回時にはマストとアンテナが共に巻回されるようにされており、該方法はマストを位置づけ、そして、マストをコイル状態から伸長させ、アンテナを引き上げる工程を含む。
【００２８】
本発明の第４実施形態は、伸長可能なマストと、マストに一体的に連結されたアンテナとを備えるアンテナ装置であって、マストは巻回状態と伸長状態との間で変形可能に構成、配置され、伸長時には長手方向に沿ってスリットを持つ伸長チューブの形状において弾性的にバイアスされており、巻回時にはマストの長手方向とは横の方向に延びる軸周りに巻回され、アンテナは、伸長時にはマストがアンテナを支持すると共に、位置を定めるように、巻回時にはマストとアンテナが共に巻回されるようにマストに連結されている、アンテナ装置である。
【００２９】
実施形態において、上記に説明されたいずれの方法も、本発明内で説明されたいずれの例や実施形態に基づくアンテナ装置で用いることができる。
【００３０】
「一例」、「好ましい」又は実施形態として説明された特徴は、１つ又は１つ以上の本発明の態様と共に、１つ又は１つ以上の他の特徴と組み合わせて提供される。
【００３１】
本発明の実施形態を例と共に、図面に言及しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるアンテナ装置の一例の斜視図である。
【図２】図１のアンテナ装置との使用に適した、伸長可能マストの一例の斜視図である。
【図３】アンテナ装置の一例の断面図である。
【図４】アンテナ装置の別の例の断面図である。
【図５】アンテナ装置のさらに別例の断面図である。
【図６】伸長状態のアンテナ装置の一例の斜視図である。
【図７】図６のアンテナ装置が巻回状態のときの斜視図である。
【図８】アンテナ装置のさらに異なる例の断面図である。
【図９】アンテナ装置を引き出すための筐体の断面図である。
【図１０】アンテナ装置を引き出すための、別の筐体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１はアンテナ装置１の例を示す。装置１は、マストの全長または全長の一部に沿って、１つ以上のアンテナ素子から構成されたインテグラルアンテナ６（図１の例の破線）を包含する伸長可能マスト２を備える。ここで、マスト２やアンテナ装置の長手方向や軸方向は、通常マストが伸長されたときの方向を意味する。マスト６は、マストの両端に付けられた、トップキャップ３と底キャップ４を備える。任意で、マストの頂点またはトップキャップ３にロープ５が取り付けられ、アンテナ装置１をしっかりと固定するために、地面にピンで刺されている。あるいは、装置１は自立してもよい。
【００３４】
アンテナ装置１は、コネクター７を備える。これにより、ケーブル８によりアンテナ装置にとって便利な位置において接続することができる。ケーブル８は、例えば、通信システム９にアンテナ装置１を接続する同軸ケーブルである。コネクタ７がアンテナ６と一定の距離を取っている場合は、マストはそれらをつなぐケーブル１８を備えてもよい。
【００３５】
伸長可能マスト２はＳＴＥＭ構造（スリットチューブ状伸長部材）を備える。したがって、図２に詳細が示されているように、マスト２はシート状の伸長する部材で構成される。すなわち、断面において薄い部材、例えば、一般的には１ｍｍから５ｍｍの間の部材である。部材は扁平状態に広がることが出来、巻回してコイル１１となる。伸長部分１２は、カーブした断面を持つように、弾性的にバイアスされている。この例では、円や一部円の形状をしている。したがって、完全に伸長されたとき、部材は弾性的にバイアスされ、スリットチューブ状になる。チューブの端は完全なチューブを形成するように合わさっていてもよいし、重なっていてもよい。又はギャップが残されてもよい。円形でない断面が使われてもよい。例えば、楕円や連続性の円でない弧が断面として形成されてもよい。断面は、おおまかにカーブしつつ、カーブ部分との間に直線部分を形成してもよい。アンテナはマスト２と共に巻回状態になったり、巻回状態を解かれたりするように、伸長可能マストと一体化されている。そのための様々な技術が、後述の開示で説明される。
【００３６】
このように、エンドキャップ３と底キャップ４が外された状態で、アンテナ装置１は、完全な巻回状態から完全な伸長状態の間を、長手方向に対して垂直な軸の周りで徐々に、巻回／展開することができる。希望するのであれば、巻回状態のアンテナ装置を収納し、マスト伸長の誘導を助ける筐体を備えてもよい。
【００３７】
ここで説明する技術により、アンテナ機能と巻回可能なマスト２の機能とを集約し、サイズを小さくし、時に軽量化し、通信アンテナの展開を大いに簡素化する、ＳＴＥＭ型マスト２の生産が可能となる。この技術により、ＳＴＥＭの一般的なカテゴリに該当するようなマスト２を用いたマストとアンテナの一体化したシステムの生産が可能となるが、
マスト２に用いられる材料のベースがアンテナ６のＲＦの要求を妨げないようなものであれば、複合材料や繊維強化プラスチック（又はポリマー）（ＦＲＰｓ）、双安定リールドコンポジット（bi-stable reeled composites (BRCs)）等も、それらの特徴が使用にとても適していることから、多くの場面で用いられることが予測される。弾性特性のあるポリマーや金属等の他の材料も使用できるが、一般にはＦＲＰにより優れた性能の製品が生産される。
【００３８】
ＦＲＰは、それ自体が公知であり、ここでは詳細を説明しない。しかし、手短に述べれば、ＦＲＰは繊維で強化されてポリマーマトリクスで作られた、複合材料である。繊維は通常は、繊維ガラス、カーボン、もしくはアラミドであり、ポリマーは通常エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル熱硬化性プラスチックもしくは熱可塑性プラスチック、例えばポリプロピレン、ポリエチレンナイロン、ポリエーテルエーテルケトンなどである。しかし、熱硬化性樹脂の利用は、ＦＲＰ生産の伝統的な基盤を形成し、熱可塑性マトリクスポリマーは、生産の早さ、優れた機械的パフォーマンスのため、徐々に使われるようになった。繊維状の材料を使うことは、機械的にプラスチックの強度と弾力性を増進する。繊維強化なしの、元のプラスチック材料は、マトリクスとして知られている。マトリクスは屈強ではあるが、強く堅く強化するためのフィラメントや繊維により強化されるような、相対的に弱いプラスチックである。繊維強化プラスチックにおいて高められる強度と弾力性の度合いは、繊維とマトリクス両方の機械的特性にかかっている。それらの度合いは互いに関連しており、繊維の長さとマトリクス内の配置による。しばしばＦＲＰは、異なる材料の層を統合したり、積層したりすることにより製造される。下記に示すように、この積層技術は、層中にアンテナを配置することで、アンテナをマストに一体に連結させるために使うことが出来る。
【００３９】
ある例では、マスト２に用いられる材料は、ＦＲＰなどで構成される双安定部材を備えるＢＲＣである。このような双安定部材は巻回状態で第一安定状態となり、その際部材の断面がおおよそ平坦である。また、伸長状態で第二安定状態となり、その際部材の断面が前述したようにカーブしている。好ましくは、双安定部材は巻回状態と伸長状態の間で、複数回、可逆的変換が可能であることが望ましい。ふさわしい構造は、下記の国際特許出願に開示されており、各文献を参照して説明される。：ＷＯ−Ａ−８８／０８６２０、ＷＯ−Ａ−９７／３５７０６、ＷＯ−Ａ−９９／６２８１１、ＷＯ−Ａ−９９／６２８１２
このような双安定構造は英国、Ｌｙｍｉｎｇｔｏｎのローラチューブ・テクノロジー・リミテッドより入手可能である。
【００４０】
上記の特許文献に記載のように、通常そのような双安定部材は、材料が伸長状態（例えば、この例では円状の断面を持っている）になることを目的としてバイアスを形成する材料で構成されると共に、最初のバイアスと反対側にバイアスを形成する材料（例えば、部材をバイアスして、平坦状、格納状態、または巻回状にする材料）で構成される。部材は、伸長状態になるようにバイアスされ（例えば、部材が円状の断面を持つようにバイアスされ）例えば金属等で作られる、弾性のある基板を備えてもよく、部材が格納状態になる（たとえば、平坦な断面を持つ）ように、部材をバイアスする傾向のあるプラスチック層を積層してもよい。
また、部材は、プレストレス手段を有する熱可塑性材料からなる片やシートが付着又は埋め込まれていてもよい。ある具体例では、プレストレス繊維（ガラス繊維、カーボン又は高分子材料など）をその中に持つ、熱可塑性片が用いられている。繊維は、例えばひとつのセットが長手方向に伸長するように構成され、もう１つのセットが横方向に伸長するように構成されているなど、巻回状部材の平面において、互いに異なる角度で配置されることが出来る。そのような繊維強化複合材料（例えば、ガラス、カーボン、またはアラミドなどの異なる材料からなる繊維が埋め込まれているポリエチレンやポリプロピレンといった熱可塑性樹脂）が本発明に好ましい。
【００４１】
単純金属やもしくは導電性ＳＴＥＭで作られたマスト２は、マストに求められる構造特性に貢献するとともに、それ自体がアンテナとしての構造として使われることができる。しかし、これは多くの現代の通信システムに用いられるようにならなかった。これは主に、アンテナを機能させるべく希望する位置に持ち上げるために、アンテナ６の長さを個別にあつらえる必要があるからである。高ゲインアンテナを区分すること、アンテナ素子の接点の近くに配置される必要のある平衡電子回路を使用することなど、効率的ＲＦデザインが要求する点はすべて、この簡素な方法が少ない環境でしか使われていないことを意味する。例えば、高周波の２〜４ＧＨｚ帯の、現代セルラー通信では、アンテナは数センチ向こうに配置すればよいかもしれないが、受信状態をよくするためには、空中数メートルにあることが必要かもしれない。
【００４２】
したがって、多くのケースでは、マスト２とアンテナ６はそれぞれ異なる材料で構成されることが望ましい。ひとつの装置１に、アンテナ６とマスト２の機能を結合させるためには、アンテナ６が、ＳＴＥＭマスト２の繰り返される巻回と伸長に悪影響されないようにして異なる材料が組み合わされる必要があるということが上記の考察から明らかである。
【００４３】
アンテナ６が小さい場合、例えば上記の２〜４ＧＨｚタイプのとき、上記組み合わせは、簡易導電性ホイルアンテナをマスト２に結合させること（図３参照）、又は、複合材料（例えば、ＦＲＣやＢＲＣ）マストの薄層の中に導電性部品を埋め込むこと（図４参照）で達成できる。
【００４４】
アンテナ素子６が完全に埋め込まれている場合、接続可能にするために表面まで走っている導電性ワイヤーやその他の部品、又は、ＳＴＥＭ２の構造の中に穴または空洞１４（図４を参照）のどちらかを、アンテナ６と外部の通信装置９を接続するために、用意しなくてはならない。
【００４５】
ＳＴＥＭの材料が導電性の場合、図５に示されているように、ＳＴＥＭ２とアンテナ素子６との間に、防壁として機能するように、絶縁層１５を配置しなくてはならない。
【００４６】
より長いアンテナ素子の場合、図３から５に示した、同じ一般的な技術を用いることができるが、そうすると新たに、アンテナ装置１が巻回状態になることがアンテナ装置１を損傷させるのを防ぐように、アンテナ２をマスト２に組み入れる必要がある。それは例えば以下のように要約された方法で解決できる。
・アンテナ６をマスト２の材料に対してスリップするように取り付け、巻回、伸長するときに、マスト２の表面で起きるひずみからアンテナ６を分離させる。
・伸長と収縮の循環が繰り返すことに耐性のある素材から、アンテナ６を形成する
・アンテナ６をマスト２の中立軸（neutral axis）の近くに配置することにより、巻き回しおよび伸長の際に、アンテナ６が経験するひずみを最少とする。
【００４７】
アンテナ６が、ＳＴＥＭマスト２に対してスリップするように、ゆるく取り付けられている場合、ＳＴＥＭマスト２の巻回を邪魔しないという性質を持つのであれば、電気的視点からふさわしいと思われる材料を、アンテナ６の形成に用いてよい。これは、実際には、薄い素材、金属フィルム、金属被覆ポリマーフィルム、織られた、又は編まれたワイヤークロスやその他導電性ポリマー、繊維素材が成功のうちに用いられる材料であることを意味する。多くの場合、フェライトチョーク（ferrite chokes）とバラン変圧器（balun transformers）やアンテナ給電点の近くに配置される必要のある電気回路の形成には厚い部品が必要となるが、これらは、ＳＴＥＭのコイル履歴の非連続部位を小さく、局所的として、コイルを阻害しないように、局所的である必要がある。ＳＴＥＭと共に隙間に巻くことのできない物理的な大きさや形の部品に電気的要請がある場合は、部品をＳＴＥＭの端に配置するという選択もある。
【００４８】
図６は、ＳＴＥＭ２の内表面に複数のスラット（slats）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・が、全長に沿って、間隔をおいて、存在する例を示している。２０ａ、２０ｂ、２０ｃはそれぞれＳＴＥＭ２に交差する２点で、両端がＳＴＥＭ２に取り付けられており、スラット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの後ろにポケットが形成されている。図６に示されているように、いくつかのスラットは、説明のために、スラット２０ｃのようにＳＴＥＭ２の内表面から持ち上げられた位置にある。アンテナ６はスラット２０によって作られるポケットの中に配置することが出来る。確実にアンテナ６が伸長と収縮との繰り返しにより累積的にスリップしないようにするため、アンテナ６の一端をマスト２に固定してもよい。アンテナ６の曲がりを予防し、滑らかな伸長と伸縮を保障するため、もう一方の端を伸長可能な弾性の連結器でマスト２に取り付けることが望ましいかもしれない。このようにして、アンテナ６はもう一方の端の固定された取り付けに対して、張力を保った状態で固定されるだろう。したがって、アンテナ６は、マスト２がアンテナ６と共に巻回されるような方法（図７参照）で、巻回状態と伸長状態の間において、隙間においてマスト２と一体化することが出来る（図６参照）。
【００４９】
生産と利用の視点から、アンテナ６とマスト２の構造の間にスリップを起こす技術では、いくつかの付加的な課題が発生する。アンテナ６を機械的にＳＴＥＭの本体から離すと、外環境から保護するための、ゆるいカバー、例えばアンテナを収納するポケットとして機能し、結合されていない部分を持つ、ＳＴＥＭ上の被覆層のようなものを備えることができるが、破損点となりうる箇所を多く持つ装置になりやすく、滑り作用はアンテナとＳＴＥＭの両方で摩擦を引き起こす可能性がある。この理由から、後述される、アンテナ６をマスト２に結合させる他の技術が、いくつかの実施例には好ましいかもしれない。
【００５０】
アンテナ素子６がＳＴＥＭの表面、又は中立軸（neutral axis）から大きく距離を置いたＳＴＥＭの一部に結合される場合、ＳＴＥＭの伸長及び巻回の性能品質を落とさない材料を選ぶ必要がある。実際には、ＳＴＥＭの主軸に沿って、大いに伸長可能な材料を使うことを意味する。単純金属ホイルや金属化ポリマーフィルムは、これに関して性能が不十分となる傾向がある。これらを繊維強化ベースのＳＴＥＭ構造に結合することが難しいだけでなく、周期的ひずみへの反応も不十分である。この問題を解決する最も簡単な方法は、織られた、又は、編まれた導電性布で構成され、繊維角がＳＴＥＭの主軸に対して大きいアンテナ素子を使うことである。これは、二つの方法で実行可能な解決方法を提供する。
・材料の開口生地は、製造時および固定後において、開口した折り目や網目を通して、ＳＴＥＭのベースポリマーが継続的であることを可能とする。
・織物構造、または編み上げ構造はとても高いポワソン比を表す。したがって、ＳＴＥＭが巻回されたとき、軸に沿った伸長により、繊維が格子状フェンスのようにお互いに動き、長軸に沿った伸長は、ＳＴＥＭが巻回されたときの表面ひずみのあおりを受けて、フープ軸に沿って、短縮を引き起こす。伸長時、これは反転する。その効果は、個々の導電性布にかかるひずみを非常に低い水準まで削減することである。特徴として、ＢＲＣ型ＳＴＥＭ軸における表面のひずみは、２％程度になる。織り目の角度が軸に対し４５度である生地の繊維ひずみは、約０．１５％から０．３％の間にまで削減され、多くの導電性材料の周期的ひずみの許容範囲となる。これは、マスト構造、および、アンテナの構成材料についていくつか調整を加えると共に、繊維角を操作することで可能になる。実際には、ほとんどの双安定構造は、表面層において、構造の長軸に対して、正負３０度の間で繊維角が作られ、これは、織られた、又は編まれたアンテナ素子においてもそのようになる傾向がある。
【００５１】
表面層におけるポワソン比効果は、双安定の工学的基本的特性、及び、コヒーレントな伸長と巻回を生じさせるために、ＢＲＣ型ＳＴＥＭにおいて利用されている。ＢＲＣ型ＳＴＥＭ上にて使用する場合、導電性布は下層の構造に同調して作用し、よって、下層のＳＴＥＭに対するアンテナのせん断ひずみはゼロ近くにまで削減され、これが、結合の完全性を高め、操作時の損傷可能性を最小にする。
【００５２】
アンテナ素子６が分離層、又は、薄層としての元のＳＴＥＭの材料の構造の中に、完全に埋め込まれ、ＳＴＥＭの曲げ中立軸（neutral axis）の近くに配置されている場合は、周期的ひずみは大幅に削減され、アンテナの材料は、その性能について関係なく選ぶことができる。どの材料も、曲げたときに外輪面での伸長と、内輪面での圧縮を経験する。そして材料平面のいくつかの点のあるレベルでは、伸長も圧縮もしない。これは曲げ中立軸（neutral axis）として知られている。均質な直交異方性材料では、中立軸（neutral axis）は曲げの主軸と副軸に対して垂直な材料の中心平面の上、又は近くに存在している。一方、積層複合材料などの非直交異方性材料では、ゼロ軸方向ひずみのこの点の位置が、曲げ途中での中心平面からわずかに移動するが、マストの材料内のこの地点では比較的伸長性のない材料を配置することで、曲げ途中に起きるひずみを最小化することができる。
【００５３】
アンテナ材料のＳＴＥＭマスト２の材料への結合は、アンテナ材料がＳＴＥＭマスト２の構造に含まれる場合、重要な意味を持つ。
【００５４】
アンテナ素子６を、ＳＴＥＭの性質に関係なく、目立たない層として配置する場合、定義によれば導電性アンテナの両側に絶縁構造素子を持つ積層構造となる。これは、薄層の結合は、脱結合が起こらないように、該場所への局所せん断力の潜在的な影響を減らすようにされなければならないということである。
これは以下のように対処することができる。
・多くは上述したように、アンテナ６に、導電性の織布材料、編紐材料又は穴の開いた材料を用いる。しかし、導電性布上の周期的ひずみに対して、織布材料、編組の繊維角は以前ほど重要ではないという例外がある。
穴が開いた材料を用いる場合、穿孔は、穿孔の間に引くことが出来る連続線が曲げの主軸と福軸以外の角度に沿って位置するよう配置され、材料への連続したひずみを削減することが出来るようにすることが好都合となりうる。
・アンテナ６にＳＴＥＭ２の材料と互換性のある材料を使用し、製造中に十分な接着性結合が得られるようにする‐例えば、特定のエポキシ樹脂により、エポキシマトリクス複合体から作られたＳＴＥＭが、構造内への金属やその他の導電性層の含有に耐えることができるのに十分な程度に金属を結合させる。
・繊維強化複合材構造における繊維強化材と一体として、アンテナ６を形成する。この技術は、例えば、ガラス、および、他の導電性であるカーボンファイバー等により少なくとも一部が形成された複合材料強化材の層を形成するものである。このように補強材の予備形成シートは、その構造のいくつかの部分における繊維強化材の性質の変化させることによるアンテナパターンを備えるものとして製造されてもよい。これは、その後、ＳＴＥＭ複合体を形成するように、その分野においてよく知られた方法により処理される。
【００５５】
多くの場合、アンテナ６はサポートＳＴＥＭマスト２の両端からの距離において、電気的に分断されている。アンテナ６の給電点において、別体のケーブル８により、電気的に接続することが可能であるが、利用者にとって便利な点で接続するのが明らかに望ましい。この目的のために、アンテナ２をコネクタ７に接続するために、ＳＴＥＭマスト２の中にケーブルを埋め込んでもよい。
【００５６】
図８は、ケーブル１８をＳＴＥＭマスト２のへりに沿って、ポケット１６の中に走らせることで上記を達成する一例を示す。これは、機能するために一定の直径を必要とする、同軸ケーブルやその他に、特に適している。ケーブル２をへりに配置することで、構造全体の厚さの増加はないか、又は最小限に保たれ、マスト２が巻回する能力への影響は最小化される。対照的に、ケーブルがマストの表面に配置された場合、全体の構造は、付加的なケーブルギャップやその他の部分によって、その一部が分離されるので、巻回中にゆがむだろう。そこで、相殺するためにＳＴＥＭやのほかの場所の厚みを増加させる必要があり、その結果大きく扱いにくい巻回となる。
【００５７】
また、アンテナ６への接続は、１つ以上の薄い導電性部材を、ＳＴＥＭマスト２の表面にその全長に沿って結合することで達成できる。また、アンテナ６への接続は、１つ以上の薄い導電性部材を、ＳＴＥＭマスト２の材料の全長に沿って中に埋め込むことで達成出来る。
【００５８】
実際にはアンテナ素子６の性質に関係して選択されるだろう。同軸フィードが要求される場合は、図８に示すように、長端に沿って、ポケット１６の中に同軸ケーブル１８を走らせるのが望ましいことを、通例では証明するだろう。同軸フィードが必要でない場合、つまりアンテナ素子６がＳＴＥＭマスト２の表面に結合されている場合、導電体を表面に結合することの方が簡単だと証明されるだろう。同様に、アンテナ６がＳＴＥＭマスト２の構造の中に埋め込まれている場合、ＳＴＥＭマスト２の構造の中に、接続点７につながる導電性部材を埋め込むことは、より簡単だと証明されるだろう。
【００５９】
ここで説明する技術は、巻回可能なマスト２の機能とアンテナ機能を集約し、サイズを小さくし、時に軽量化し、通信アンテナの配置を大いに簡素化する、ＳＴＥＭ型マスト２の生産を可能にする。図で示されるように、ここで開示された原則によるアンテナ装置の一例は、５ｍの高さで、７．５ｃｍの直径のマストと、底がマストの底から２．５ｍの高さに配置された、高位置に配置されたダイポールアンテナ素子を持つ。このアンテナ装置１は、直径１８ｃｍ、高さ２５ｃｍで重さ４ｋｇの円筒に巻くことが可能である。
【００６０】
装置１は、完全に、又は部分的に伸長可能な、巻かれたマスト２を収納する筐体５０を備えてもよい。筐体５０は、展開時に、伸長したアンテナ装置を支える土台を形成してもよい。図８は、コイル１１を保持し、マスト２がプッシュプル式に伸長及び格納する簡易なプッシュプル式のカセットを備える筐体５０を示す。筐体５０は、マスト２がそれ自体で巻回するように、マスト２の巻回部分１１を強制するような開放装置を備えていてもよい。筐体５０は、マスト２の巻回及び伸長のために、伸長状態１２とコイル１１の状態の間でマスト２が駆動されるように設定された、手動又は電動の駆動装置を備えてもよい。例えば、図９では、筐体５０はマスト２を駆動可能なピンチ車輪を備えている。
【００６１】
筐体５０の提供と、マスト２の駆動には、その他の手段も採用可能である。筐体５０は、完全な格納体であってもよく、または、コイル１１の周りに配置されたロッドやローラーで備えていてもよい。ロッドやローラーは、使用時にロッドやローラーの間に行かないよう、スペースを空けつつ、近くに配置されるが、それにより、巻回表面の摩擦が軽減される。
【００６２】
本発明の実施形態について、図示された例を特に参照して説明したが、本発明の範囲内であれば、該例に変化や修正を加えてもよい。
【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８】
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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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