Reflektorantenne

Abstract

 Eine, insbesondere für ein Raumfluggerät vorgesehene und parabolisch ausgebildete Reflektorantenne (1, 1') wird in zusammengefaltetem Zustand paketförmig in den Weltraum gebracht und dort durch den Druck eines mitgeführten gasförmigen Mediums aufgeblasen. Hierfür bilden der Antennenreflektor (2, 2') und eine Antennenhaube (3, 3') einen aufblasbaren Hohlraum (15, 15') der von einem Versteifungsring (13, 13') stabilisiert ist. Das Hüllenmaterial des Antennenreflektors, der Antennenhaube und des Versteifungsringes weist eine durch ein Kunstharz imprägnierte Gewebeschicht auf. Nach dem Aufblasen im Weltraum wird die Antenne (1) vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie durch die Sonne gleichmässig erwärmt wird und das Kunstharz aushärtet. Im ausgehärteten Zustand muss die erfindungsgemässe Reflektorantenne im Gegensatz zu den bekannten Antennen nicht mehr durch Gasdruck in ihrer Form gehalten werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Reflektorantenne, insbesondere einer aus einem entfaltbaren Laminat-Flächengebilde parabolisch ausgebildeten Reflektorantenne, bestehend aus einer zu einem Hüllenkörper aufblasbaren Antennenhaube, einem Reflektor und einem Versteifungsring.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin eine nach diesem Verfahren hergestellte Reflektorantenne, deren Reflektor mit einer Antennenhaube zu einem Hohlkörper vereinigt und von einem rohrförmigen Versteifungsring stabilisiert ist.

[0003] Für derartige Antennen, die beispielsweise für Raumflugkörper vorgesehen sind, bestehen neben den allgemeinen Anforderungen, die an solche Antennen zu stellen sind, wie z.B. hohe Formgenauigkeit der Antennenstruktur, noch weitere besondere Anforderungen, die sich aufgrund der Transportbedingungen zum Orbit ergeben, d.h., sie sollen möglichst leicht sein und sich auf ein möglichst kleines Stauvolumen zusammenfalten lassen.

[0004] Die bekannten, für Weltraumbedingungen vorgesehenen Antennenkonstruktionen mechanischer Bauweise verwenden Rippen- und/oder Panelkonstruktionen mit zahlreichen Einzelheiten, wie Scharniere, Stützen, Federn, Spannseile, Bremssysteme für eine kontrollierte Entfaltung u. dgl., so dass sie aufwendig herzustellen sind und aufgrund ihrer aus vielen Einzelteilen aufgebauten Struktur einen Kompromiss hinsichtlich der Formgenauigkeit und/oder der Zuverlässigkeit des Reflektors darstellen.

[0005] Die Problematik solcher mechanisch entfaltbarer Parabolantennen ist beispielsweise in dem Artikel "Stand der Technik auf dem Gebiet grösserer entfaltbarer Parabolantennen-Strukturen für Raumfluggeräte" von W.Schäfer (Z. Flugwissenschaftliche Weltraumforschung 4, 1980, Heft 5) ausführlich dargelegt.

[0006] Daneben ist seit langem auch eine ständig unter dem Druck eines Gases in ihrer formgebenden Ausgestaltung gehaltene, d.h. aufblasbare Parabolantenne bekannt (American Institut of Aeronautics and Astronautics, Januar 1980), die bei verhältnismässig kleinem Gewicht und geringem Stauvolumen besonders grosse Durchmesser aufweisen kann, wobei der verwendete Gasdruck eine hohe Formgenauigkeit des Reflektors gewährleistet. Eine solche Antenne ist jedoch durch Meteorite gefährdet, hat eine entsprechend geringere Lebensdauer und erfordert die Mitführung von Gas zum Nachfülle& für die Aufrechterhaltung des Innendrucks der Antenne, d.h. um Gasverlust aufgrund von Undichtigkeiten an den Nähten und durch Meteoriteneinschlag auszugleichen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Stand der Technik aufblasbarer Antennen, das Verfahren und die Antenne der eingangsgenannten Art derart zu verbessern, dass die Antenne zusätzlich zu den grundsätzlichen Vorteilen ihrer aufblasbaren Art, eine stabilere Form und eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt im wesentlichen durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale.

[0008] Das Aushärten kann allein unter der Einwirkung der Sonnenbestrahlung erfolgen, indem die Antenne während der Aushärtung zur Sonne hin ausgerichtet wird oder unter zusätzlicher Einwirkung eines Katalysatorgases, das Bestandteil des zum Herstellen der Antennenform verwendeten Gases ist.

[0009] Die erfindungsgemässe Antenne kann sowohl als zentralgespeiste Antenne als auch als Offset-Antenne ausgeführt sein.

[0010] Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden näheren Beschreibung und der Zeichnung. Es zeigt:

Fig.l eine Schnittansicht durch eine parabolische Reflektorantenne in vereinfachter Darstellung,

Fig.2 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch die Antenne nach Fig.1 im zusammengefaltenen Zustand und einseitiger Andeutung der entfalteten Antennenform,

Fig.3 eine Ansicht der zusammengefalteten und von mehreren Gehäuseschalen gehaltene Antenne,

Fig.4 einen Teilquerschnitt durch einen zentralen Bereich der Antenne nach den Fig.1 bis 3, in grösserem Massstab,

Fig.5 ein Detail des Reflektors und des Versteifungsringes mit seinem Gasanschluss,

Fig.6 eine Ansicht einer parabolischen Offset-Antenne, und

Fig.7 die in Draufsicht dargestellte Antenne nach Fig.6.

[0011] Fig.l zeigt eine in der Gesamtheit mit 1 bezeichnete und als zentral gespeiste Parabolantenne ausgebildete Reflektorantenne, welche einen von einem Reflektor 2 und einer Antennenhaube 3 kreissymmetrisch umschlossenen Antennenturm 4 hat. Der Antennenturm 4 besteht im wesentlichen aus einem Interface-Sockelteil 5, mit mehreren am Umfang verteilten, seine Länge bestimmenden und von einer Folie 6 umschlossenen Stäben 7 sowie aus einem Speisekopf 8, wobei an Stelle des Speisekopfes 8 auch ein Subreflektor vorgesehen sein kann. Durch den Interface-Sockelteil 5 kann die mechanische und elektrische Verbindung zu einem nicht dargestellten Raumflugkörper hergestellt werden.

[0012] Im Bereich des Interface-Sockelteils 5 und des Speisekopfs 8 ist der Antennenturm 4, wie in Fig.4 näher dargestellt, von je einem Befestigungsring 9,10 mit einem nach aussen abstehenden Flansch 11,12 umschlossen, an denen der Reflektor 2 und die Antennenhaube 3, z.B. durch Kleben, befestigt sind. Entlang ihres Aussenumfanges sind der Reflektor 2 und die Antennenhaube 3 über einen rohrförmigen Versteifungsring 13 miteinander verbunden, der zusammen mit der Dimensionierung der Oberflächengrösse des Reflektors 2 und der Antennenhaube 3 deren Form unter dem Einfluss eines inneren Gasdrucks bestimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antennenhaube 3 wesentlich flacher parabolisch gewölbt als der Reflektor 2, so dass der Befestigungsring 10 für die Antennenhaube 3 die gewünschte Position relativ zu dem Speisekopf 8 hat. Die Antennenhaube 3 kann auch symmetrisch zur Form des Reflektors, d.h. gleich gewölbt wie dieser ausgeführt sein, wie es das Ausführungsbeispiel einer Offset-Antenne in Fig. 6 zeigt.

[0013] Der Reflektor 2, die Antennenhaube 3 (RADOM) und der äussere Mantel des Versteifungsrings 13 (TORUS) bestehen aus einem durch Aushärtung steifen Flächengebilde, das vorzugsweise ein zur Steuerung der Absorption pigmentiertes Laminat darstellt. Der die Aushärtung ermöglichende Bestandteil, z.B. ein aushärtender Kunstharz, ist in einer auf der Krümmungsinnenseite des Reflektors 2 und der Antennenhaube 3 aufgebrachten Gewebeschicht des Laminats imprägniert. Das Kunstharz gelangt zur Aushärtung in Kontakt mit einem in den Antennenhohlraum 15 über eine Zuführleitung 24 und in den Versteifungsring 13 über eine Zuführleitung 25 zugeführten gasförmigen Medium, insbesondere einem Katalysatorgas, welches Bestandteil eines zum Aufblasen der Antenne verwendeten Gases ist. Die Gewebeschicht grenzt nach aussen an eine auflaminierte Kunststoffolie an, die als Gassperre während der Aushärtung dient und ausserdem die imprägnierte Gewebeschicht vor UV-Bestrahlung schützt. Sie kann auch als Trägerschicht für eine spezielle Schicht oder einen Ueberzug, z.B. als eine elektrisch leitfähige Schicht für einen Mikrowellenreflektor dienen. Die elektrisch leitfähige Schicht befindet sich, bezogen auf die Krümmung, an der Aussenseite der Kunststoffolie, so dass sie auch eine thermische Steuerfunktion übernimmt und zu einer Temperaturerhöhung und gleichmässigeren Temperaturverteilung während der Aushärtung beiträgt. Zur gleichmässigen Temperaturverteilung über die gesamte Oberfläche der Parabolantenne und damit für eine erhöhte Formstabilität.trägt auch der Strahlungsaustausch zwischen dem Antennenreflektor 2 und der Antennenabdeckung 3 bei. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Antennen-Innenseite eine hohe Emission aufweist. Die erwähnte, äussere elektrisch leitfähige, d.h. metallische Schicht bewirkt eine für den Temperaturausgleich vorteilhafte Abschirmung gegen Wärmestrahlung.

[0014] Vor der Aushärtung des Kunstharzbestandteiles des Hüllenkörpers ist dieser, d.h. der Reflektor 2, die Antennenhaube 3 und der Versteifungsring 13, flexibel, so dass die Teile 2,3 und 13 zu der in den Fig.2 und 3 dargestellten kompakten Paketform zusammenfaltbar und raumsparend in einer nicht dargestellten Mutzlastverkleidung einer Trägerrakete oder eines "Space Shuttle" zu verstauen sind. In dieser Paketform ist die aus den Teilen 2,3 und 13 gebildete Antennenhülle um den Antennenturm 4 herum und eng an diesem anliegend, in Form von mehreren längeren und kürzeren Faltlagen 13,17,18 zusammengelegt. Dabei erstrecken sich die längeren Faltlagen 17 des Reflektors 2 über nahezu die gesamte Länge des zwischen dem Interface-Sockelteil 5 und dem Speisekopf 8 befindlichen Turmteils, während ein Teil der Antennenhaube 3 in kürzeren Faltlagen 18 den oberen Bereich und der Versteifungsring 13 als Faltlage den unteren Bereich des Turmteils anliegend umschliesst. Ein in Fig.3 sichtbares Band 19 ist um die Faltlagen 13,17,18 schraubenlinienartig herumgewickelt und hält sie somit als Hüllenpaket 20 zusammen. Das Lösen des Bandes 19 zum Auffalten der Antenne 1 nach Erreichen des Orbits kann mechanisch oder durch örtliches Erhitzen durch nichtdargestellte, an sich bekannte Mittel erfolgen. Ausserdem ist das Hüllenpaket 20 von mehreren am Umfang verteilten und entsprechend angepassten Gehäuseschalen 21 umschlossen, die mittels Gelenke 22 am Rand des Interface-Sockels 5 gelagert und blutenartig entfaltbar aufklappbar sind.

[0015] Das gasförmige Medium zum Erzeugen des Aufblasdruckes der Antenne 1 wird dem Antennenhohlraum 15 und dem rohrförmigen Versteifungsring 13 über Schlauchleitungen 24,25 zugeführt, wobei die in den Antennenhohlraum 15 mündende Schlauchleitung 24, wie in Fig.4 dargestellt, durch einen zylindrischen Teil 27 des Befestigungsringes 9 mündet, während die zu dem Befestigungsring 13 führende Schlauchleitung 25, wie in Fig.5 dargestellt, an der Aussenseite des Reflektors 2 entlang verläuft und entsprechend über ein aussen an dem Versteifungsring 13 angeordnetes, winkelförmiges Kupplungsteil 28 in den Versteifungsring 13 mündet. Der erforderliche Druck ist aufgrund der Drucklosigkeit im umgebenden Weltraum verhältnismässig gering und liegt in der Grössenordnung bei etwa 0,4 kp/m2. Er wird durch nichtdargestellte Ventile in den Zuführleitungen gesteuert. Druckgasflaschen mit für die Druckhaltung während einer verhältnismässig kurzen Aushärtungszeit des imprägnierten Kunstharzes ausreichendem Inhalt sind an geeigneter Stelle im zugehörigen Raumfluggerät angeordnet, an dessen Trägerarm der Interface-Sockel 5 in nicht dargestellter Weise befestigt ist. Während der für die Aushärtung erforderlichen Zeit wird die Parabolantenne vorzugsweise zur Sonne hin ausgerichtet gehalten, so dass die Antennenoberfläche gleichmässig auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der eine schnelle Aushärtung, eventuell unterstützt durch ein Katalysatorgas, erfolgt. Als aushärtende Kunstharzmasse sind beispielsweise Epoxyharze geeignet.

[0016] Eine Offset-Antenne 1' gemäss den Figuren 6 und 7 ist nach dem gleichen erfindungsgemässen Prinzip durch Aufblasen des aus einem Reflektor 2', einer Antennenhaube 3' (RADOM) und einem Versteifungsring 13' bestehenden Antennenhohlkörpers hergestellt. Ein Antennenarm 31 ist an einer Stelle 30 an dem Versteifungsring 13' befestigt. Die Darstellung nach Fig.7 zeigt den Aufbau der Antennenhülle aus zahlreichen nebeneinanderverlaufenden, zugeschnittenen und miteinander verklebten Materialbahnen 32, durch deren Zuschnittsform die Form der Antenne bestimmt wird.

[0017] Die Dicke des für den Hüllenkörper verwendeten Laminats liegt in der Grössenordnung von 0,lmm mit entsprechend geringer Dicke der Gewebeschicht. Die Gesamtabmessungen einer erfindungsgemässen Antenne können in weitem Rahmen gewählt werden. Die zentralgespeiste Antenne ist z.B. mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von ca. 22 m und einer Höhe des Antennenturms von ca. 6 m und die Offset-Antenne mit einem Durchmesser von ca. 12 m realisierbar. Es versteht sich, dass es für Antennen mit besonders grossem Durchmesser zweckmässig sein kann, den Antennenturm in an sich bekannter Weise teleskopartig auszuführen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Reflektorantenne, insbesondere einer aus einem entfaltbaren Laminat-Flächengebilde parabolisch ausgebildeten Reflektorantenne (1,1'), bestehend aus einer zu einem Hüllenkörper aufblasbaren Antennenhaube (3,3'), einem Reflektor (2,2') und einem Versteifungsring (13,13'), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für die Teile (2,2' und 3,3') ein mit einer aushärtbaren Komponente versehenes Hüllenmaterial verwendet wird, dass nach und/oder während des Aufblasens der Hülleneinheit ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zum Aufblasen der Antenne verwendeten, gasförmigen Medium ein Katalysatorgas für die Aushärtung des Hüllenkörpers zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zum Aushärten des Hüllenkörpers durch Sonnenenergie während des Aushärtens zur Sonne hin ausgerichtet gehalten wird.

4. Reflektorantenne, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, deren Reflektor (2,2') mit einer Antennenhaube (3,3') zu einem Hohlkörper vereinigt und von einem rohrförmigen Versteifungsring (13,13') stabilisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenteile (2,2' 3,3' und 13,13') aus einem durch Aushärtung starren Laminat-Flächengebilde bestehen, wobei ein durch Aufblasen von den Teilen (2,2' und 3,3') gebildeter Antennenhohlraum (15,15') und der Versteifungsring (13,13') mit einer Druckgasquelle in Wirkverbindung stehen und für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Antennenform bis zur Aushärtung unter Druck gehalten sind.

5. Reflektorantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine kunstharzimprägnierte textile Laminatschicht und an seiner Krümmungsaussenseite eine auflaminierte, gasdichte Kunststoffolie aufweist, und dass die Kunststoffolie für den Antennenreflektor (2,2') aussenseitig mit elektrisch gut leitfähigem Material beschichtet ist.

6. Reflektorantenne nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zentral gespeist ist, wobei der Antennenreflektor (2) und die Antennenhaube (3) an einem zentralen Antennenturm (4) befestigt sind.

7. Reflektorantenne nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Offset-Antenne (1') ausgeführt ist und der Befestigungsring (13') eine Befestigungsstelle (30) für einen Antennenarm (31) aufweist.

8. Antennenpaket für die Herstellung einer Reflektorantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die Antennenhülle in Form von flexiblen, dünnwandigen Flä.chengebilden, zusammengelegt in mehreren Faltlagen (17,18) einschliesst, die eine durch aushärtbares Kunststoffmaterial imprägnierte textile Laminatschicht aufweisen.

9. Antennenpaket nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es turmartig gepackt ist und von mehreren Gehäuseschalen (21) umschlossen ist, die durch Gelenke (22) am Sockelteil (5) eines von der Antennenhülle eingeschlossenen Antennenturms (4) ausschwenkbar befestigt sind.

Zeichnung