特開 2024-98623 断熱材、アンテナ及び物体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024098623

(43)【公開日】2024-07-24

(54)【発明の名称】断熱材、アンテナ及び物体

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20240717BHJP

   H01Q 15/14 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q15/14 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023002221

(22)【出願日】2023-01-11

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(71)【出願人】

【識別番号】514066561

【氏名又は名称】株式会社パナソニックシステムネットワークス開発研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 修平

(72)【発明者】

【氏名】粟野 穣太

(72)【発明者】

【氏名】田中 洸輔

(72)【発明者】

【氏名】高橋 健

【テーマコード（参考）】

5J020

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020AA06

5J020BA06

5J020BC13

5J045AA05

5J045AB08

5J045DA10

5J045LA03

5J045NA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】車両の熱リークを減少させつつ、通信効率を向上させる断熱材、アンテナ及び物体を提供する。
【解決手段】板状アンテナと共に用いられる断熱材であって、非導電性膜と、非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜（アルミニウム膜３０２）と、を備える。反射膜には、板状アンテナの放射素子の端部２００に沿うようにスリット３０３が形成されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状アンテナと共に用いられる断熱材であって、
非導電性膜と、
前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、
を備え、
前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている断熱材。

【請求項2】

前記反射膜は、導電性を有する、
請求項１に記載の断熱材。

【請求項3】

前記板状アンテナは送信アンテナであり、
前記反射膜は、前記送信アンテナから放射された電波を中継する、
請求項２に記載の断熱材。

【請求項4】

請求項３に記載の断熱材と、
前記送信アンテナと、
を備え、
前記送信アンテナは、前記断熱材の表面から、ｎλ／２（ｎは整数、λは前記送信アンテナから送信される電波の波長）だけ離れた位置に配置されている、
アンテナ。

【請求項5】

請求項１に記載の断熱材を複数積層した多層断熱材であって、
前記断熱材の表面に垂直な方向から前記多層断熱材を見た場合に、隣接する断熱材間のスリットの領域が一部重なり、かつ各断熱材のスリットがすべて同じ位置で重ならないように積層されている、
多層断熱材。

【請求項6】

前記多層断熱材は、
隣接する断熱材間のスリットの領域が第１の方向に位置がずれて積層されている第１の断熱材群と、
隣接する断熱材間のスリットの領域が前記第１の方向と異なる第２の方向に位置がずれて積層されている第２の断熱材群と、
を含む請求項５に記載の多層断熱材。

【請求項7】

前記第１の断熱材群及び前記第２の断熱材群における隣接する断熱材間のスリットの領域の位置のずれは、前記板状アンテナから送信される電波の波長の１／１００以下１／１０００以上の距離である、
請求項６に記載の多層断熱材。

【請求項8】

前記多層断熱材において、
各断熱材のスリットの幅は同じであり、
前記各断熱材のスリットの大きさは、受信アンテナが設けられている側の断熱材のスリットほど大きい、
請求項５に記載の多層断熱材。

【請求項9】

隣接する断熱材間の前記スリットの大きさは、前記板状アンテナから送信される電波の波長の１／１００以下１／１０００以上の距離だけ異なる、
請求項８に記載の多層断熱材。

【請求項10】

断熱材で覆われた構体と、
前記構体に設置され、前記断熱材の反対側に存在する受信アンテナに対して電波を送信する板状アンテナと、
を備え、
前記断熱材は、
非導電性膜と、
前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、
を備え、
前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている、
物体。

【請求項11】

板状アンテナである前記受信アンテナをさらに有する、
請求項１０に記載の物体。

【請求項12】

第１の板状アンテナから通信に使用する電波を送信する工程と、
断熱材を中継アンテナとして使用して、前記第１の板状アンテナに対して前記断熱材の反対側に存在する第２の板状アンテナに対して前記電波を送信する工程と、
を含み、
前記断熱材は、
非導電性膜と、
前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、
を備え、
前記反射膜には、前記第１の板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている、
通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、断熱材、アンテナ及び物体に関する。

【背景技術】

【0002】

ローバ等の車両は、断熱のため、主構体が多層断熱材(MLI:Multi-layer-Insulation)という膜（フィルム）で覆われている。多層断熱材は、複数の断熱フィルムを縫製等により積層して生成されている。

【0003】

月面又は火星表面等、地球以外の星の表面探査においては、ローバで越夜をすることが求められる。越夜をするためには、長期間日陰となる夜間において各搭載機器の許容温度の下限を担保し、夜が明けて日が照る昼となった際に各搭載機器が正常に動作復帰することが必要である。

【0004】

各搭載機器の許容温度下限を担保するにはヒータが用いられるが、ヒータに必要な電力をバッテリから供給する場合、膨大な量のバッテリが必要になる。そのため、従来、ラジオアイソトープヒーター(RHU:Radioisotope Heater Unit)や原子力電池(RTG:Radioisotope Thermoelectric Generator)が保温用熱源として使用されてきた（例えば、非特許文献１、２を参照。）。

【0005】

しかし、日本の宇宙分野においてラジオアイソトープヒーターや原子力電池を使用することは、原子力に関わる法規制や国内情勢、技術実績等の面から超えるべき課題が多い。越夜を想定した月面や火星表面における国際的なミッションが多く立案されているが、そのようなミッションに日本が参画するために、原子力に頼らずに越夜する技術が求められている。

【0006】

例えば、特許文献１には、ハーネスを用いてローバに給電するのではなく、断熱材を挟んだコイル間で磁界を利用してワイヤレス給電を行うことにより、ハーネスからの熱リークの問題を解消し、ローバの断熱性能を高める技術が開示されている。さらにこの技術では、断熱材に金属が蒸着されていない非蒸着部を形成することでワイヤレス給電時の渦電流の発生による効率低下を抑制し、かつ非蒸着部の位置を表裏でずらすことで断熱性を維持した断熱材が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１９２７５８号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Leopold Summer “TECHNICAL ASPECTS OF SPACE NUCLEAR POWER SOURCES VII. Radioisotope Heater Units”、ACT-RPT-2327-RHU、2006

【非特許文献2】NASA Technology Roadmaps TA3:Space Power and Energy Storage、2015

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

越夜時にローバの内部から外部へリークする熱量は、ローバのサイズ等に依るところがあるが、電力供給線や信号線等に用いられるハーネス起因の熱リーク量が、ローバ全体の熱リーク量の約１／３程度を占めると予想される。従って、ハーネスからの熱リーク量を減少させることが、越夜に必要な高断熱化に大きく寄与する。

【0010】

ローバからの熱放射は、ローバ全体から放射される赤外線つまりＴＨｚ帯の電波の寄与が大きいので、ローバの主構体を覆う多層断熱材は、ＴＨｚ帯の電波を通過させないことが必要である。

【0011】

特許文献１に記載される断熱材は、表皮効果を利用して渦電流を抑制している。そして、表皮効果の程度を表す表皮深さは周波数に依存し、ワイヤレス給電に用いられるｋＨｚ～ＭＨｚ程度の周波数に対しては高効率で電力を伝送することができる。したがって、給電用のハーネスを用いる必要がなくなるので、ハーネスからの熱リークを減少させることができる。

【0012】

しかし、主にＧＨｚ帯を用いる通信について、ハーネスからの熱リークを抑制しつつ通信を行う方法はこれまで検討されていなかった。地上と宇宙空間との間の通信にはＧＨｚ帯を用いており、その他の通信にも、ＧＨｚ帯は広く用いられているから、ＧＨｚ帯を用いる通信アンテナ間に用いる断熱材について、断熱性を担保しつつ通信特性を向上させるための更なる検討が必要である。

【0013】

本開示の非限定的な実施例は、車両の熱リークを減少させつつ、通信特性を向上させることが可能な断熱材、アンテナ及び車両の提供に資する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本開示の一実施例に係る断熱材は、板状アンテナと共に用いられる断熱材であって、非導電性膜と、前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、を備え、前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている。

【0015】

また、本開示の一実施例に係るアンテナは、前記断熱材と、前記板状アンテナと、を備え、前記反射膜は導電性を有し、前記板状アンテナは送信アンテナであり、前記反射膜は前記送信アンテナから放射された電波を中継し、前記送信アンテナは、前記断熱材の表面から、ｎλ／２（ｎは整数、λは前記送信アンテナから送信される電波の波長）だけ離れた位置に配置されている。

【0016】

また、本開示の一実施例に係る物体は、断熱材で覆われた構体と、前記構体に設置され、前記断熱材の反対側に存在する受信アンテナに対して電波を送信する板状アンテナと、を備え、前記断熱材は、非導電性膜と、前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、を備え、前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている。

【発明の効果】

【0017】

本開示の断熱材、アンテナ及び物体によれば、物体の熱リークを減少させつつ、通信特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ローバの構成の一例を示す図

【図2】パッチアンテナの一例を示す図

【図3】パッチアンテナのＡ－Ａ’断面の電気力線を示す図

【図4】パッチアンテナのＢ－Ｂ’断面の電気力線を示す図

【図5】通信用多層断熱材に用いられる断熱フィルムの正面図

【図6】通信用多層断熱材に用いられる断熱フィルムのＣ－Ｃ’断面図

【図7】多層断熱材を用いた場合の構成の一例を示す図

【図8】通信用断熱材を中継アンテナとして機能させる原理を示す図

【図9】通信用断熱材と送信アンテナとの距離に応じた電波の減衰を示す図

【図10】スリットのない断熱フィルムを積層した多層断熱材とスリットがある通信用断熱フィルムを積層した通信用多層断熱材を用いた場合の電波の減衰を示す図

【図11】各アルミニウム膜のスリットの位置を所定の方向にずらして形成された通信用多層断熱材を用いた構成の一例を示す図

【図12】図１１に示した通信用多層断熱材１１７の正面図

【図13】スリットの大きさを受信アンテナ側のスリットほど大きくした通信用多層断熱材を用いた構成の一例を示す図

【図14】図１３に示した通信用多層断熱材１１７の正面図

【図15】放射素子が円形の場合の通信用断熱フィルムの正面図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を適宜参照して、実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0020】

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0021】

本実施の形態においては、一例として、車両が、月面又は火星表面等、地球以外の星の探査を行うローバである場合について説明する。

【0022】

（実施の形態１）
図１にローバ１００の構成の一例を示す。ローバ１００は、太陽電池１０１、インバータ１０２、送電コイル１０３、受電コイル１０４、整流回路１０５、電源制御器１０６、バッテリ１０７、電力分配器１０８、内部通信機１０９、送信アンテナ１１０、受信アンテナ１１１、外部通信機１１２、外部送信アンテナ１１３、ローバ構体１１４を備える。

【0023】

整流回路１０５、電源制御器１０６、バッテリ１０７、電力分配器１０８、内部通信機１０９は、ローバ構体１１４の内部に備えられている。受電コイル１０４と送信アンテナ１１０は、ローバ構体１１４の外部表面に設けられている。

【0024】

ワイヤレス通信に使用する送信アンテナ１１０には、使用する目的及び周波数帯等によって様々な形状のアンテナが用いられる。本実施の形態では、ＧＨｚ帯によく用いられ、形状が平面的で機械的に安定し、衛星搭載に適しているパッチアンテナを例に挙げて説明する。

【0025】

図１に示す太陽電池１０１は、光のエネルギーを直流電力に変換する。インバータ１０２は、太陽電池１０１から入力された直流電力を交流電力に変換する。送電コイル１０３は、インバータから入力された交流電力を送信する。受電コイル１０４は、送電コイル１０３が送信した交流電力を受信する。

【0026】

整流回路１０５は、受電コイル１０４が受信した交流電力を直流電力に変換する。電源制御器１０６は、整流回路１０５から入力された直流電力を制御して、バッテリ１０７及び／又は電力分配器１０８に出力し、また、バッテリ１０７から入力された直流電力を制御して、電力分配器１０８に出力する。

【0027】

バッテリ１０７は、電源制御器１０６から入力された直流電力を蓄電し、必要により電源制御器１０６に対して直流電力を出力する。電力分配器１０８は、内部通信機１０９へ電力を供給する他、図示しない他の回路に電力を供給する。

【0028】

内部通信機１０９は、送信する信号を符号化、変調、及び増幅する。送信アンテナ１１０は、内部通信機１０９から受信した信号を電波として空間に放射する。受信アンテナ１１１は、送信アンテナ１１０が放射した電波を受信する。外部通信機１１２は、受信アンテナ１１１が受信した電波を、復調、復号、符号化、変調、及び増幅する。外部送信アンテナ１１３は、外部通信機１１２から受信した信号を電波として空間に放射することで、地球上若しくは月面上の制御装置、月若しくは火星等を周回している人工衛星、着陸機等に信号を送信する。

【0029】

ここで、受電コイル１０４、整流回路１０５、電源制御器１０６、バッテリ１０７、電力分配器１０８、内部通信機１０９、送信アンテナ１１０は、断熱フィルムを積層した多層断熱材１１５、受電用多層断熱材１１６、及び、通信用多層断熱材１１７で覆われている。

【0030】

受電用多層断熱材１１６は、送電コイル１０３と受電コイル１０４の間に用いられ、通信用多層断熱材１１７は、送信アンテナ１１０と受信アンテナ１１１の間に用いられる。多層断熱材１１５、及び、受電用多層断熱材１１６には、特許文献１に記載の断熱材を用いることができる。通信用多層断熱材１１７については後に詳しく説明する。

【0031】

多層断熱材１１５は、受電用多層断熱材１１６、及び、通信用多層断熱材１１７と縫製等により一体化されている。多層断熱材１１５、受電用多層断熱材１１６、及び、通信用多層断熱材１１７でローバ構体１１４の全体を覆うことにより、ローバが高断熱化される。

【0032】

なお、多層断熱材１１５、受電用多層断熱材１１６、及び、通信用多層断熱材１１７は断熱フィルムを５～４０層積層して構成されるが、これらの代わりに１層の断熱フィルムを用いてもよい。断熱フィルムの積層の数は、断熱性、重量、製造の困難さ、扱いやすさ等を考慮して決定されるので、５層以下、あるいは４０層以上であってもよい。

【0033】

図２は、パッチアンテナの一例を示す図である。図３は、図２に示したパッチアンテナのＡ－Ａ’断面の電気力線を示す図であり、図４は、図２に示したパッチアンテナのＢ－Ｂ’断面の電気力線を示す図である。

【0034】

図２～４に示すように、パッチアンテナは、地導体板２０１、誘電体基板２０２、放射素子２０３を備える。誘電体基板２０２の表面と裏面には、パッチアンテナが放射する電波の波長をλとした場合に、一辺がλ／２程度の正方形をした放射素子２０３と地導体板２０１が配置されている。放射素子２０３は、薄膜銅板等の電気伝導体である。

【0035】

図３及び図４に示すように、パッチアンテナを用いた場合、電波は、放射素子２０３の端部から、放射素子２０３の中心に対して外側に広がるように放射されることが知られている。矢印の太さは電波の強さを示している。図４において、中央部分の矢印が細いことは、中央部分から放射される電波が弱いことを示している。２カ所から給電を行うパッチアンテナを用いた場合、電波は、放射素子２０３のすべての端部から、放射素子２０３の中心に対して外側に広がるように放射される。以下の説明においては、放射素子２０３のすべての端部から電波が放射されるとする。

【0036】

図５に、通信用多層断熱材１１７に用いられる断熱フィルムの正面図、図６に通信用多層断熱材１１７に用いられる断熱フィルムのＣ－Ｃ’断面図を示す。図５には、送信アンテナ１１０であるパッチアンテナの放射素子の端部２００の位置を点線で示している。

【0037】

この断熱フィルムは、数～数十μmのポリエステル(PET:Poly Ethylene Terephthalate)膜３０１と、ポリエステル膜３０１の両面に５０ｎｍ以上、例えば１００ｎｍ前後の厚さでアルミニウムを蒸着したアルミニウム膜３０２で構成される。

【0038】

なお、ここではポリエステル膜３０１の両面にアルミニウム膜３０２を蒸着することとしたが、ポリエステル膜３０１の少なくとも片方の表面にアルミニウム膜３０２を蒸着することとしてもよい。

【0039】

また、ポリエステル膜３０１の代わりにポリイミド（PI:Polyimide）膜、あるいは他の電気的絶縁性を有する非導電性膜が用いられてもよい。さらに、アルミニウム膜３０２の代わりにアルミニウム以外の金属膜、又は金属以外のＴＨｚ帯の電波を反射する反射膜が用いられてもよい。

【0040】

また、アルミニウム膜は、蒸着の代わりにスパッタ、化学気相成長（CVD:Chemical Vapor Deposition）等、別の薄膜生成方法により生成されてもよい。

【0041】

アルミニウム膜３０２には、パッチアンテナの放射素子の端部２００に沿って、アルミニウムが蒸着されていない非蒸着部であるスリット３０３が形成されている。すなわち、スリット３０３の形状は、放射素子の端部２００の形状と相似である。なお、スリット３０３の形状は、放射素子の端部２００の形状と同じであってもよい。

【0042】

アルミニウム膜３０２にスリット３０３をアンテナから電波が出力される位置に形成することで、アンテナから出力される電波を透過しつつ、スリット３０３以外の領域において赤外線に対応するＴＨｚ帯の電波を反射することができる。

【0043】

すなわち、この断熱フィルムは、断熱と通信を両立させるため、通信に用いるＧＨｚ帯の電波を通過させつつ、赤外線に対応するＴＨｚ帯の電波を反射するフィルムである。

【0044】

ここでスリット３０３を、ＧＨｚ帯の電波だけでなくＴＨｚ帯の電波が通過するが、スリット３０３の幅はごく狭いので、ローバ内部から放射されるＴＨｚ帯の電波の殆どはアルミニウム膜３０２により反射される。一方、通信に用いるＧＨｚ帯の電波は、放射素子の端部２００から出力され、ＧＨｚ帯の電波の殆どはスリット３０３を通過するので、通信を効率的に行うことができる。

【0045】

また、スリット３０３は、ポリエステル膜３０１にアルミニウム膜３０２を蒸着する際に、スリットの形にマスキングすることで生成することができる。また、アルミニウム膜３０２はポリエステル膜３０１の片面だけに生成されてもよいし、両面に生成されてもよい。

【0046】

図７に、断熱材として通信用多層断熱材１１７を用いた場合の構成の一例を示す。送信アンテナ１１０と受信アンテナ１１１は、図２で説明した地導体板２０１、誘電体基板２０２、放射素子２０３を含むパッチアンテナである。

【0047】

通信用多層断熱材１１７は、図５及び図６で説明した、アルミニウム膜３０２にスリット３０３が設けられている断熱フィルムを積層した多層断熱材である。なお、図７では、ポリエステル膜３０１は省略されている。各断熱フィルムは、通信用多層断熱材１１７の表面に垂直な方向から通信用多層断熱材１１７を見た場合に、スリット３０３の領域が重なるように積層されている。

【0048】

この場合、各スリット３０３を通して、通信に用いるＧＨｚ帯の電波と赤外線に対応するＴＨｚ帯の電波が通過するが、各スリット３０３の幅はごく狭いので、ローバ全体から放射されるＴＨｚ帯の電波の殆どはアルミニウム膜３０２により反射される。一方、通信に用いるＧＨｚ帯の電波は、放射素子２０３の端部から出力されるので、ＧＨｚ帯の電波の殆どは各スリット３０３を通過して通信を行うことができる。

【0049】

なお、図７の例では、送信アンテナ１１０、及び、受信アンテナ１１１としてパッチアンテナを用いる場合について説明したが、パッチアンテナの代わりに板状逆Ｆアンテナ等の板状アンテナを用いてもよい。

【0050】

また、図５及び図６に示した１層の断熱フィルムからなる通信用断熱材、または、図７に示した通信用多層断熱材１１７は、中継アンテナとして機能することもできる。図８に、１層の断熱フィルムからなる通信用断熱材を無給電素子として扱い、中継アンテナとして機能させる原理を示す。なお、図７では、ポリエステル膜３０１は省略されている。また、通信用多層断熱材１１７を用いる場合についても原理は同じである。

【0051】

図８に示す通信用断熱材３００では、放射素子２０３の端部に沿って形成されたスリット３０３をアルミニウム膜３０２が有する。スリット３０３の大きさＬは、放射素子２０３の端部の大きさと同じか又は若干大きい。例えば、スリット３０３の大きさＬは、放射素子２０３の端部の大きさより波長の１／１００だけ大きい。

【0052】

また、スリット３０３の幅は、波長に対して１／１００以上２／１００以下としてよい。例えば、放射される電波の周波数帯域がＳ－ｂａｎｄ（２．１８５ＧＨｚ）の場合、波長は１３７．２ｍｍであるから、スリットの幅は２ｍｍとしてよい。スリットの大きさＬ及びスリットの幅は、断熱性と通信の減衰度を考慮して決定されればよい。

【0053】

放射素子２０３の端部から放射された電波は、スリット３０３を通過して通信用断熱材３００の反対側に放射される。一方、電波が放射されない放射素子２０３の端部以外の部分は、アルミニウム膜３０２により覆われることで、ローバ内部から放射されるＴＨｚ帯の電波がアルミニウム膜により反射されるので、断熱性を確保することができる。

【0054】

このように、スリット３０３以外の部分は、アルミニウム膜３０２で覆われていて断熱性が保たれている一方、スリット３０３をＧＨｚ帯の電波が通過するので、断熱性を考慮しつつ効率よく通信を行うことが可能な通信用断熱材３００が実現される。

【0055】

一方、送信アンテナ１１０の放射素子２０３の端部から放射された電波は、アルミニウム膜３０２のスリット３０３を通過して通信用断熱材３００の反対側に出力される一方、スリット３０３以外の部分に放射された電波はアルミニウム膜３０２により反射される。したがって、通信用断熱材３００を通過する電波は減衰する。

【0056】

しかし、放射素子２０３と通信用断熱材３００との間の距離をｎλ／２（ｎは整数、λは送信アンテナから送信される電波の波長）とすると、放射素子２０３と通信用断熱材３００のアルミニウム膜３０２との間で定在波が発生して電波を強め合う。

【0057】

したがって、通信用断熱材３００の位置を放射素子２０３から定在波が発生する位置であるｎλ／２だけ離れた位置に設定することにより、通信用断熱材３００を中継アンテナとして機能させることができ、電波の減衰が抑制される。複数の通信用断熱フィルムを積層した通信用多層断熱材１１７の場合は、最も送信アンテナに近い通信用断熱材３００と放射素子２０３との間の距離をｎλ／２に設定すればよい。

【0058】

これにより、断熱性を保ちつつ、電波の減衰を抑制することができる。

【0059】

図９に、通信用多層断熱材１１７と送信アンテナとの間の距離に応じた電波の減衰を示す。スリット３０３のない従来型の多層断熱材を用いた場合の実験結果を白丸で、通信用多層断熱材１１７を用いた場合の実験結果を黒丸で示す。また、通信用多層断熱材１１７を用いた場合のシミュレーションの結果を黒い三角で示す。

【0060】

図９によれば、本実施形態の通信用多層断熱材１１７を放射素子２０３からｎλ／２だけ離れた位置に設定することで、通信用多層断熱材１１７による電波の減衰を、スリット３０３のない従来型の多層断熱材よりも抑えることができる。

【0061】

また、図１０に、７枚のスリット３０３のない断熱フィルムを積層した従来型の多層断熱材と、１０枚のスリット３０３がある断熱フィルムを積層した本実施の形態の通信用多層断熱材１１７を用いた場合の電波の減衰を示す。従来型の多層断熱材を用いた場合の実験結果を白丸で、本実施の形態の通信用多層断熱材１１７を用いた場合の実験結果を黒丸で示す。

【0062】

図１０によれば、本実施の形態の通信用多層断熱材１１７を用いた場合であっても、多層断熱材による電波の減衰を３ｄＢ程度に抑えることが可能である。

【0063】

なお、中継アンテナとして機能するためには、スリット３０３以外の部分が導電性であればよい。したがって、アルミニウム膜３０２の代わりに、金属以外の導電性を有する材料を使用することもできる。

【0064】

（実施の形態２）
実施の形態１では、各アルミニウム膜３０２のスリット３０３の位置がそろった通信用多層断熱材１１７について説明したが、スリット３０３の位置は必ずしも一致している必要はない。

【0065】

図１１に、各アルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉのスリット３０３の位置を所定の方向にずらして形成された通信用多層断熱材１１７を用いた構成の一例を示す。また、図１２は、図１１に示した通信用多層断熱材１１７の正面図の一例を示す。図１２は、通信用多層断熱材１１７の表面に垂直な方向から通信用多層断熱材１１７を見た場合の図である。

【0066】

図１２には、各アルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉに形成されたスリット３０３ａ～３０３ｉが示されている。なお、図１２において、スリット３０３ａの位置はスリット３０３ｉの位置と、スリット３０３ｂの位置はスリット３０３ｈの位置と、スリット３０３ｃの位置はスリット３０３ｇの位置と、スリット３０３ｄの位置はスリット３０３ｆの位置とそれぞれ重なっている。

【0067】

ここで、送信アンテナ１１０、及び、受信アンテナ１１１は、図２～図４を用いて説明したものと同様のものである。また、通信用多層断熱材１１７を構成する各断熱フィルムも、図５及び図６で説明した断熱フィルムと同様のものである。なお、図１１及び図１２では、ポリエステル膜３０１は省略されている。

【0068】

図１２では隣接する断熱フィルムのスリット３０３ａ～３０３ｉの領域が一部重なっている。図１２では、各スリット３０３ａ～３０３ｅの位置は対角線の方向にずれている。また、各スリット３０３ｆ～３０３ｉの位置は、上記対角線の方向とは反対の対角線の方向にずれている。このような構成を採用することにより、各スリット３０３ａ～３０３ｉがすべて同じ位置で重ならないようにしている。図１２では、各スリット３０３ａ～３０３ｅの位置は対角線の方向にずれているが、一辺に沿ってずれてもよい。一辺に沿ってずれる場合は、途中から別の一辺に沿ってずれるようにすれば、各スリットがすべて同じ位置で重ならない。

【0069】

例えば、各スリット３０３ａ～３０３ｅの位置をずらす距離は、パッチアンテナが放射する電波の波長をλとした場合に、λ／１００以下λ／１０００以上とすればよい。

【0070】

電波の周波数が高くなると電波の直進性が高くなるため、ＴＨｚ帯の電波の直進性は極めて高い。また、電波は、アルミニウム膜で反射される。

【0071】

このため、スリット３０３ａ～３０３ｉの重なりをなくすと、ＴＨｚ帯の電波は一部のスリット３０３ａ～３０３ｉを通過しても、他の断熱フィルムのアルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉにより反射される。つまり、通信用多層断熱材１１７全体としてみると、ＴＨｚ帯の電波が全てのスリット３０３ａ～３０３ｉを通過して通信用多層断熱材１１７の反対側に放射されることがない。また、ＴＨｚ帯の電波が通過しないことは、熱リークが減少することを意味する。

【0072】

一方、図１１に示すように、ＴＨｚ帯の電波よりも低い周波数であるＧＨｚ帯の電波は、回折によって、少しずつ位置がずれているスリット３０３ａ～３０３ｉを通過して外部に放射されるので、ＧＨｚ帯の電波を用いた通信を行うことができる。

【0073】

なお、図１１及び図１２では、各スリット３０３ａ～３０３ｅの位置が対角線の方向に、各スリット３０３ｆ～３０３ｉの位置が、上記対角線の方向とは反対の対角線の方向にずれていることとしたが、各スリット３０３ａ～３０３ｅの位置がずれる方向は、各スリット３０３ａ～３０３ｉがすべて同じ位置で重ならない限り、どのような方向であってもよい。

【0074】

（実施の形態３）
実施の形態２では、各アルミニウム膜３０２のスリット３０３ａ～３０３ｉの位置が所定の方向にずれた通信用多層断熱材１１７について説明したが、スリット３０３の位置を実施の形態２とは異なる方法でずらすようにしてもよい。

【0075】

図１３に、各アルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉのスリット３０３ａ～３０３ｉの大きさＬを受信アンテナ１１１が設けられている側のスリット３０３ａ～３０３ｉほど大きくした通信用多層断熱材１１７を用いた構成の一例を示す。

【0076】

また、図１４は、図１３に示した通信用多層断熱材１１７の正面図の一例を示す。図１４は、通信用多層断熱材１１７の表面に垂直な方向から通信用多層断熱材１１７を見た場合の図である。
図１４には、各アルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉに形成されたスリット３０３ａ～３０３ｉが示されている。図１４は、隣接する断熱フィルムのスリット３０３ａ～３０３ｉの領域が一部重なっている。

【0077】

ここで、送信アンテナ１１０、及び、受信アンテナ１１１は、図２～図４を用いて説明したものと同様のものである。また、通信用多層断熱材１１７を構成する各断熱フィルムも、図５及び図６で説明した断熱フィルムと同様のものである。なお、図１３及び図１４では、ポリエステル膜３０１は省略されている。

【0078】

図１３及び図１４に示すように、各スリット３０３ａ～３０３ｉの大きさＬは、受信アンテナ１１１が設けられている側のスリット３０３ａ～３０３ｉほど大きくなっている。このような構成を採用することにより、各スリット３０３ａ～３０３ｉがすべて同じ位置で重ならないようにしている。

【0079】

例えば、各スリット３０３ａ～３０３ｉの大きさＬの差は、パッチアンテナが放射する電波の波長をλとした場合に、λ／１００以下λ／１０００以上とすればよい。

【0080】

また図１３及び図１４では、受信アンテナ１１１に近づくにつれ、各スリット３０３ａ～３０３ｉの大きさＬが順に大きくなっているが、各スリット３０３ａ～３０３ｉがすべて同じ位置で重ならない限り、順に小さくなるようにしてもよいし、大きくなったり小さくなったりしてもよい。

【0081】

スリットの大きさＬを順に大きくした場合、ＧＨｚ帯の電波は、放射素子２０３の端部から放射されるので、放射の方向と各スリット３０３ａ～３０３ｉが連なる方向が同じであれば、効率的にＧＨｚ帯の電波が通過する。一方、ＴＨｚ帯の電波は、ローバ構体１１４の全体から出力されるので、スリットが連なる方向にはほとんど放射されず、アルミニウム膜３０２ａ～３０２ｉにより反射される。したがって、効率的にＧＨｚ帯の電波を通過させつつ、熱リークを減少させることができる。

【0082】

＜変形例＞
なお、上記実施の形態においては、パッチアンテナの放射素子２０３として、正方形の放射素子を用いた例を説明したが、正方形以外の放射素子が用いられてもよい。正方形以外の放射素子が用いられる場合も同様に、通信用断熱材は、放射素子の端部に沿ってアルミニウムが蒸着されていない非蒸着部であるスリットが形成されたアルミニウム膜を有する。

【0083】

すなわち、スリットの形状は放射素子の端部の形状と同じか相似である。パッチアンテナ以外のアンテナを使用する場合は、電波が放射される位置に沿うように、アルミニウム膜のスリットを形成すればよい。

【0084】

図１５に、放射素子が円形の場合の通信用断熱フィルムの正面図を示す。この通信用断熱フィルムでは、図５及び図６に示した通信用断熱フィルムと同様に、ポリエステル膜の少なくとも一方の表面にアルミニウム膜５０１が蒸着される。そして、アルミニウム膜５０１は、送信アンテナであるパッチアンテナの円形の放射素子の端部４００に沿って形成されたスリット５０２を有する。

【0085】

また、スリット５０２の外周の大きさは、放射素子の端部４００の大きさと同じか又は若干大きい。例えば、スリット５０２は、その外周が放射素子の端部４００の直径よりもλ／１００だけ大きい直径となる円環であり、円環の幅は、例えば２ｍｍとすればよい。

【0086】

また、上記実施の形態においては、ローバ構体１１４から外部への通信を行う例を説明したが、外部からローバ構体１１４への通信を行う場合に用いてもよい。この場合、送信アンテナ１１０の代わりに受信アンテナを設け、受信アンテナ１１１の代わりに送信アンテナを設けた構成が採用される。また、送信アンテナ１１０および受信アンテナ１１１の代わりに送受信アンテナを設け、ローバ構体１１４から外部への通信及び外部からローバ構体１１４への通信を行ってもよい。

【0087】

さらに、太陽電池１０１、インバータ１０２、送電コイル１０３、受信アンテナ１１１、外部通信機１１２、外部送信アンテナ１１３は、外部装置に設けられてもよい。そして、ローバと外部装置との間で無線による電力の伝送及び通信を行ってもよい。

【0088】

なお、外部装置が月面基地の場合、ローバと月面基地間の送電及び通信を無線により行うことができるので、ローバと月面基地をケーブル接続する必要がない。したがってケーブルを接続する人手やロボットアームを必要としないので、設備の故障リスク及び人間の外部作業に伴うリスクを低減することができる。

【0089】

さらに、月面基地の一部を本開示の断熱材で覆うことにより、月面基地のコネクタを外部に露出させる必要がなくなるので、高断熱化を行いつつ、故障リスクを低減することができる。

【0090】

また、上記実施の形態においては、月面又は火星表面等、地球以外の星の探査機に用いた例を説明したが、断熱性を維持しつつ電波による通信を行う物体、例えば月面基地、月面の貯蔵タンク、及び探査機等に本開示の断熱材を適用することができる。

【0091】

すなわち、衛星の機器間通信を行う装置、南極又は北極等の厳冬地域あるいは石油掘削現場等の高温地域で使用される装置に本開示の断熱材を適用することができる。さらに、衛星間での通信や地上との通信を行う人工衛星に本開示の断熱材を適用することもできる。

【0092】

以上、図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変形例又は修正例が容易に想到し得ることは明らかである。そのような変形例又は修正例についても、本発明に属するものと了解される。また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施形態の各構成要素が任意に組み合わされてもよい。

【0093】

（１）本開示の一実施例に係る断熱材は、板状アンテナと共に用いられる断熱材であって、非導電性膜と、前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、を備え、前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている。

【0094】

（２）本開示の一実施例に係る断熱材は、（１）の断熱材において、前記反射膜は、導電性を有する。

【0095】

（３）本開示の一実施例に係る断熱材は、（２）の断熱材において、前記板状アンテナは送信アンテナであり、前記反射膜は、前記送信アンテナから放射された電波を中継する。

【0096】

（４）本開示の一実施例に係るアンテナは、（３）に記載の断熱材と、前記送信アンテナと、を備え、前記送信アンテナは、前記断熱材の表面から、前記送信アンテナから送信される電波の波長のｎλ／２（ｎは整数、λは前記送信アンテナから送信される電波の波長）だけ離れた位置に配置されている。

【0097】

（５）本開示の一実施例に係る多層断熱材は、（１）に記載の断熱材を複数積層した多層断熱材であって、前記断熱材の表面に垂直な方向から前記多層断熱材を見た場合に、隣接する断熱材間のスリットの領域が一部重なり、かつ各断熱材のスリットがすべて同じ位置で重ならないように積層されている。

【0098】

（６）本開示の一実施例に係る多層断熱材は、（５）の多層断熱材において、前記多層断熱材は、隣接する断熱材間のスリットの領域が第１の方向に位置がずれて積層されている第１の断熱材群と、隣接する断熱材間のスリットの領域が前記第１の方向と異なる第２の方向に位置がずれて積層されている第２の断熱材群と、を含む。

【0099】

（７）本開示の一実施例に係る多層断熱材は、（６）の多層断熱材において、前記第１の断熱材群及び前記第２の断熱材群における隣接する断熱材間のスリットの領域の位置のずれは、前記板状アンテナから送信される電波の波長の１／１００以下１／１０００以上の距離である。

【0100】

（８）本開示の一実施例に係る多層断熱材は、（５）の多層断熱材において、各断熱材のスリットの幅は同じであり、前記各断熱材のスリットの大きさは、受信アンテナが設けられている側の断熱材のスリットほど大きい。

【0101】

（９）本開示の一実施例に係る多層断熱材は、（８）の多層断熱材において、隣接する断熱材間の前記スリットの大きさは、前記板状アンテナから送信される電波の波長の１／１００以下１／１０００以上の距離だけ異なる。

【0102】

（１０）本開示の一実施例に係る物体は、断熱材で覆われた構体と、前記構体に設置され、前記断熱材の反対側に存在する受信アンテナに対して電波を送信する板状アンテナと、を備え、前記断熱材は、非導電性膜と、前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、を備え、前記反射膜には、前記板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている。

【0103】

（１１）本開示の一実施例に係る物体は、（１０）の物体において、板状アンテナである前記受信アンテナをさらに有する。

【0104】

（１２）本開示の一実施例に係る通信方法は、第１の板状アンテナから通信に使用する電波を送信する工程と、断熱材を中継アンテナとして使用して、前記第１の板状アンテナに対して前記断熱材の反対側に存在する第２の板状アンテナに対して前記電波を送信する工程と、を含み、前記断熱材は、非導電性膜と、前記非導電性膜の表面に設けられた電波を反射する反射膜と、を備え、前記反射膜には、前記第１の板状アンテナの放射素子の端部に沿うようにスリットが形成されている。

【産業上の利用可能性】

【0105】

本発明は、地球以外で用いられる探査機に有効である。また、南極北極等の厳冬地域や石油掘削現場等の高温地域等、断熱性を維持しつつ電波の通信を行いたい機器に使用可能である。さらに、人工衛星、月面基地、月面の貯蔵タンク等にも使用可能である。

【符号の説明】

【0106】

１００ ローバ
１０１ 太陽電池
１０２ インバータ
１０３ 送電コイル
１０４ 受電コイル
１０５ 整流回路
１０６ 電源制御器
１０７ バッテリ
１０８ 電力分配器
１０９ 内部通信機
１１０ 送信アンテナ
１１１ 受信アンテナ
１１２ 外部通信機
１１３ 外部送信アンテナ
１１４ ローバ構体
１１５ 多層断熱材
１１６ 受電用多層断熱材
１１７ 通信用多層断熱材
２０１ 地導体板
２０２ 誘電体基板
２０３ 放射素子
３０１ ポリエステル膜
３０２、３０２ａ～３０２ｉ、５０１ アルミニウム膜
２００、４００ 放射素子の端部
３０３、３０３ａ～３０３ｉ、５０２ スリット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】