ANTENNE RADIOELECTRIQUE COMPORTANT DES MOYENS DE RIGIDIFICATION AMÉLIORÉS

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des antennes radioélectriques à réflecteurs, et concerne en particulier une antenne pour un engin spatial, tel qu'un satellite de télécommunications.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[0002] Les antennes d'engins spatiaux doivent être conformes à des spécifications concernant notamment la réflectivité de leurs réflecteurs, mais aussi la tenue mécanique des moyens de liaison des réflecteurs aux engins spatiaux, qui sont soumis aux sollicitations vibratoires acoustiques et dynamiques induites par les lanceurs spatiaux. Ces antennes doivent en outre être conformes à des spécifications concernant leur comportement thermoélastique en orbite.

[0003] Le niveau des sollicitations acoustiques induites par les lanceurs étant très difficile à prévoir, il est préférable que ces antennes soient quasiment insensibles aux efforts acoustiques, pour limiter les risques de sous dimensionnement ou de sur dimensionnement des moyens de liaison des réflecteurs aux engins spatiaux.

[0004] Les figures 1 et 1a représentent un exemple d'antenne radioélectrique 10 (figure 1) pour satellite de télécommunications fonctionnant à des fréquences comprises entre 12 GHz et 18 GHz environ (bande Ku), d'un type connu.

[0005] Le réflecteur 12 de l'antenne 10 comprend une coque 14 du type sandwich formée d'une structure en nid d'abeilles sur laquelle sont apposées une peau avant - couramment appelée peau active - et une peau arrière, chacune de ces peaux étant constituée d'un pli de fibres de carbone noyées dans une résine époxy.

[0006] Le réflecteur 12 de l'antenne 10 est supporté par une structure arrière tubulaire rigide 16, qui est par exemple de forme hexagonale, centrée sur un axe du réflecteur, et d'étendue inférieure à l'étendue du réflecteur.

[0007] La structure arrière 16 est reliée à la peau arrière du réflecteur 12 par des cornières 18 (figure 1a) aptes à assurer la tenue mécanique de l'antenne lors du lancement et de la mise en orbite du satellite équipé de cette antenne, ainsi qu'un découplage thermomécanique entre le réflecteur 12 et la structure arrière 16 lorsque le satellite est en orbite. Par ailleurs, la structure arrière 16 est portée par un bras de support 19 destiné à assurer la liaison entre l'antenne 10 et le satellite.

[0008] Les fibres de carbone des plis des peaux avant et arrière précitées sont agencées sous la forme de tissus triaxiaux qui se caractérisent par des propriétés mécaniques quasi-isotropes et par la présence d'ajours traversants qui sont régulièrement répartis sur leur surface.

[0009] Ces ajours permettent une réduction de la masse du réflecteur, et communiquent avec des alvéoles de la structure en nid d'abeilles de sorte que ce type de réflecteur est peu sensible aux sollicitations vibratoires, en particulier aux sollicitations acoustiques lors du lancement du satellite équipé de l'antenne 10.

[0010] Cela permet en particulier de limiter les débattements dans la direction de l'axe du réflecteur, d'une partie radialement externe du réflecteur, comprise entre le bord périphérique de ce réflecteur et sa partie fixée aux cornières 18 de la structure arrière 16, lesquels débattements sont susceptibles de provoquer des amorces de ruptures au sein du réflecteur.

[0011] D'une manière générale, les matériaux composites employés dans ces antennes leur confèrent une grande légèreté, ce qui constitue un avantage essentiel dans le domaine des applications spatiales.

[0012] Toutefois, les propriétés de réflectivité des réflecteurs du type décrit ci-dessus ne sont pas satisfaisantes aux fréquences comprises entre 20 GHz et 40 GHz environ (bande Ka), du fait de l'ajourage de ces réflecteurs.

[0013] Des solutions ont été proposées, qui consistent, à partir d'une antenne du type décrit ci-dessus, à réduire la dimension des ajours de la peau active, ou même à remplacer la peau active ajourée par une peau pleine, mais les antennes ainsi obtenues se sont révélées trop sensibles aux sollicitations acoustiques.

[0014] En outre, à ces fréquences plus élevées, les tolérances relatives aux profils des réflecteurs sont plus strictes, ce qui conduit à des exigences plus sévères en termes de précision de fabrication et de stabilité dans le temps des réflecteurs, typiquement de l'ordre de 30 µm RMS, à comparer à 150 µm RMS pour les satellites opérant aux fréquences inférieures de la bande Ku.

[0015] Or, les structures sandwich des réflecteurs d'antenne du type décrit ci-dessus ne permettent pas de satisfaire aisément les niveaux d'exigence requis par un fonctionnement dans la bande Ka.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

[0016] L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients précités.

[0017] Elle a notamment pour objet une antenne radioélectrique pour engin spatial, apte à fonctionner aux fréquences de la bande Ka, et satisfaisant les exigences imposées à ce type d'antenne, notamment en ce qui concerne la sensibilité de l'antenne aux sollicitations vibratoires induites par les lanceurs, la précision de fabrication du profil du réflecteur de l'antenne et la stabilité de ce profil dans le temps, et d'une manière générale le comportement thermomécanique de l'antenne en orbite.

[0018] L'invention propose à cet effet une antenne radioélectrique, en particulier pour engin spatial, comprenant un réflecteur et une structure arrière de support dudit réflecteur, caractérisée en ce que l'antenne comprend une membrane de rigidification rapportée sur le réflecteur pour limiter le débattement d'une portion périphérique du réflecteur selon une direction parallèle à un axe central de ce réflecteur, cette membrane de rigidification étant distincte de la structure arrière de support.

[0019] La membrane de rigidification permet de réduire l'impact de sollicitations vibratoires, notamment acoustiques, sur la structure arrière de support du réflecteur de l'antenne. Cela rend notamment possible l'utilisation d'une peau active pleine, c'est-à-dire non ajourée, de manière à doter le réflecteur de propriétés de réflectivité optimales et aussi à améliorer la précision et la stabilité du profil de ce réflecteur.

[0020] Le réflecteur présentant une face active et une face arrière, la membrane de rigidification comprend de préférence une partie centrale disposée en regard de la face active du réflecteur.

[0021] Cela permet d'optimiser les capacités de rigidification de la membrane précitée.

[0022] L'antenne comprend avantageusement des moyens de fixation de ladite membrane de rigidification sur la portion périphérique du réflecteur.

[0023] Ces moyens de fixation peuvent être configurés pour une fixation de la membrane sur la face active du réflecteur, ou pour une fixation d'un bord périphérique replié de cette membrane sur la face arrière du réflecteur.

[0024] La membrane permet ainsi de limiter une éventuelle déformation de la portion périphérique du réflecteur dirigée vers l'avant de ce dernier.

[0025] En variante et de préférence, la membrane de rigidification peut comporter une partie périphérique repliée sur un bord périphérique du réflecteur et agencée en regard de la face arrière du réflecteur de manière à être solidaire de la structure arrière de support.

[0026] Cette configuration permet un contact de la membrane avec les faces active et arrière du réflecteur, au niveau du bord périphérique de ce dernier, de sorte que la membrane permet alors de limiter une éventuelle déformation de la portion périphérique du réflecteur dirigée vers l'avant ou vers l'arrière du réflecteur.

[0027] Dans ce cas, l'antenne peut avantageusement comprendre des tiges fixées d'une part à ladite structure arrière de support et d'autre part à la portion périphérique du réflecteur, ladite partie périphérique repliée de la membrane de rigidification étant alors fixée sur ces tiges.

[0028] D'une manière générale, la membrane de rigidification est de préférence tendue de manière à assurer une rigidification optimale du réflecteur.

[0029] Par ailleurs, la membrane est de préférence pleine, c'est-à-dire dépourvue d'ajours. Cela permet à cette membrane d'amortir d'éventuelles vibrations acoustiques d'une manière particulièrement efficace.

[0030] D'une manière générale, l'antenne est avantageusement configurée pour fonctionner dans une bande de fréquences prédéterminée du spectre des micro-ondes, cette bande de fréquences pouvant être en particulier comprise dans la bande Ka.

[0031] L'utilisation d'une face active non ajourée, rendue possible par l'invention, est en effet particulièrement avantageuse dans la bande Ka, comme cela a été expliqué ci-dessus.

[0032] La membrane de rigidification est de préférence réalisée dans un matériau transparent aux ondes radioélectriques dont la fréquence est comprise dans ladite bande de fréquences.

[0033] Avantageusement, ledit matériau est un matériau composite comprenant des fibres noyées dans une résine durcie.

[0034] Ce type de matériau présente l'avantage d'une grande légèreté et d'une bonne résistance mécanique.

[0035] De plus, ce type de matériau rend possible une réalisation de la membrane de rigidification d'un seul tenant avec la face active de la coque, lorsque cette dernière est elle-même réalisée dans un matériau composite analogue.

[0036] Les fibres précitées sont avantageusement des fibres d'aramide, du type Kevlar (marque déposée) de préférence, ou des fibres de quartz, la résine dans laquelle ces fibres sont noyées étant par exemple une résine époxy.

[0037] En variante, toutefois, la membrane de rigidification peut être réalisée dans un matériau non transparent auxdites ondes radioélectriques lorsque l'agencement de cette membrane est tel que cette dernière ne risque pas de rendre insuffisantes les propriétés de réflectivité de l'antenne.

[0038] D'une manière générale, la membrane de rigidification selon l'invention présente l'avantage d'être particulièrement simple à fabriquer.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0039] L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en perspective d'une antenne radioélectrique d'un type connu ;
• la figure 1a, déjà décrite, est une vue à plus grande échelle du détail Ia de la figure 1 ;
• la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une antenne radioélectrique selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
• la figure 3 est une vue schématique partielle depuis l'avant de l'antenne de la figure 2.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PREFERE

[0040] Les figures 2 et 3 représentent une antenne radioélectrique 20 selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

[0041] L'antenne 20 comprend un réflecteur 22 et une structure arrière 24 de support de ce réflecteur 22.

[0042] Le réflecteur 22 comprend une coque 26 de forme générale paraboloïdale de révolution, d'axe 28, formée d'une structure en sandwich comprenant une âme en nid d'abeilles sur laquelle sont apposées deux peaux, respectivement avant et arrière, formées de fibres de carbone noyées dans une résine époxy durcie et agencées sous la forme d'une nappe unidirectionnelle. La peau et la face avant du réflecteur sont couramment appelées respectivement peau et face actives, de sorte que les termes « avant » et « active » sont équivalents dans le présent texte.

[0043] La structure arrière de support 24 est semblable à la structure arrière 16 de l'antenne de type connu représentée sur la figure 1.

[0044] Cette structure 24 comprend une partie tubulaire hexagonale 30 qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe 28 du réflecteur et est centrée sur cet axe 28, et un bras (non visible sur la figure 2) destiné à relier la partie tubulaire 30 à un engin spatial, tel qu'un satellite.

[0045] La partie tubulaire 30 de la structure arrière de support 24 comprend des cornières 32 de liaison de la coque 26 du réflecteur 22 à la structure arrière 24.

[0046] Les cornières 32 comportent chacune une lamelle 34 qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe 28 du réflecteur 22, et qui est reliée fixement, à son extrémité avant, à une patte de fixation 36 apposée sur la peau arrière de la coque 26 du réflecteur, et à son extrémité arrière, à la partie tubulaire 30 de la structure arrière de support 24.

[0047] Les lamelles 34 des cornières 32 permettent un découplage thermomécanique entre le réflecteur 22 et la structure arrière de support 24.

[0048] La structure arrière 24 a une étendue radiale inférieure à celle du réflecteur 22, de sorte que l'agencement des pattes de fixation 36 des cornières 32 sur la coque 26 de ce réflecteur délimite intérieurement une portion périphérique 38 du réflecteur 22. Cette portion périphérique 38 s'étend jusqu'au bord extérieur 39 du réflecteur.

[0049] Le réflecteur 22 comprend une membrane de rigidification 48 comportant une partie centrale plane et tendue en regard de la face active du réflecteur 22 et une partie périphérique 50 qui est repliée sur le bord extérieur 39 du réflecteur et qui s'étend en regard de la face arrière de ce dernier.

[0050] La membrane de rigidification 48 est destinée à limiter le débattement de la portion périphérique 38 du réflecteur selon son axe 28 lorsque le réflecteur est soumis à des sollicitations vibratoires.

[0051] Comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit, la partie périphérique 50 de la membrane est destinée à la fixation de la membrane 48 à la structure arrière de support 24.

[0052] Dans l'exemple décrit sur les figures 2 et 3, l'antenne 52 comporte des tiges de liaison 54 agencées de sorte qu'une extrémité de chacune de ces tiges 54 est fixée à la partie tubulaire 30 de la structure de support 24 et l'autre extrémité de chaque tige 54 est fixée sur la face arrière du réflecteur 22, au niveau du bord extérieur 39 de ce dernier. Ces tiges de liaison 54 sont régulièrement réparties autour de l'axe 28 du réflecteur.

[0053] La partie périphérique 50 de la membrane de rigidification 48 est fixée sur les tiges de liaison 54, par exemple par collage, de sorte que la membrane est tendue dans sa partie centrale 49.

[0054] De cette manière, la membrane de rigidification 48 s'oppose efficacement au débattement de la portion périphérique 38 du réflecteur parallèlement à l'axe 28 de ce réflecteur.

[0055] La membrane de rigidification 48 est réalisée en un matériau composite transparent aux ondes radioélectriques. Ce matériau est par exemple composé d'un tissu de fibres d'aramide noyées dans une résine époxy durcie, d'une manière telle que la membrane 48 soit pleine, c'est-à-dire non ajourée.

[0056] La membrane de rigidification 48 permet ainsi d'amortir au moins partiellement les vibrations acoustiques susceptibles de se propager vers la face active du réflecteur.

[0057] En variante, la membrane 48 peut toutefois être formée d'un tissu ajouré, par exemple du type bidirectionnel ou triaxial.

[0058] En variante encore, la membrane de rigidification 48 peut ne pas être repliée vers l'arrière du réflecteur 22 et être fixée sur la face active du réflecteur, au niveau de la portion périphérique 38 de ce dernier.

[0059] Par ailleurs, la membrane de rigidification 48 peut être réalisée dans un autre matériau, tel par exemple qu'un matériau composite à fibres de quartz ou analogue noyées dans tout type de résine appropriée.

[0060] Le matériau de cette la membrane de rigidification 48 est de préférence choisi pour présenter un coefficient thermoélastique voisin de celui du matériau formant la coque du réflecteur, afin d'optimiser le comportement thermomécanique de l'antenne.

[0061] La coque 26 du réflecteur 22 peut en outre, sans sortir du cadre de l'invention, avoir une forme différente de celle décrite ci-dessus telle par exemple qu'une forme bosselée globalement plane. Dans ce cas, la membrane de rigidification 48 peut aussi être en contact avec la face active du réflecteur.

Revendications

1. Antenne radioélectrique (20, 52), en particulier pour engin spatial, comprenant un réflecteur (22) et une structure arrière (24) de support dudit réflecteur, caractérisée en ce que l'antenne (20, 52) comprend une membrane de rigidification (48) rapportée sur le réflecteur (22) de manière à limiter le débattement d'une portion périphérique (38) du réflecteur selon une direction parallèle à un axe central (28) de ce réflecteur (22), cette membrane de rigidification (48) étant distincte de ladite structure arrière de support (24).

2. Antenne radioélectrique (20, 52) selon la revendication 1, caractérisée en ce que, le réflecteur (22) présentant une face active et une face arrière, ladite membrane de rigidification (48) comprend une partie centrale disposée en regard de ladite face active du réflecteur (22).

3. Antenne radioélectrique (52) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'antenne comprend des moyens de fixation de ladite membrane (48) sur la portion périphérique (38) du réflecteur (22).

4. Antenne radioélectrique (52) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la membrane (48) comporte une partie périphérique (50) repliée sur un bord périphérique du réflecteur (22) et agencée en regard de la face arrière de ce réflecteur de manière à être solidaire de la structure arrière de support (24).

5. Antenne radioélectrique (52) selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'antenne comprend des tiges (54) qui sont fixées d'une part à ladite structure arrière de support (24) et d'autre part à la portion périphérique (38) du réflecteur, et sur lesquelles est fixée ladite partie périphérique (50) de la membrane (48).

6. Antenne radioélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'antenne (20, 52) est configurée pour fonctionner dans une bande de fréquences prédéterminée du spectre des micro-ondes.

7. Antenne radioélectrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite bande de fréquences est comprise dans la bande Ka.

8. Antenne radioélectrique selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que ladite membrane de rigidification est réalisée dans un matériau transparent aux ondes radioélectriques dont la fréquence est comprise dans ladite bande de fréquences.

9. Antenne radioélectrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit matériau est un matériau composite comprenant des fibres noyées dans une résine durcie.

Ansprüche

1. Funkantenne (20, 52), insbesondere für ein Raumfahrzeug, umfassend einen Reflektor (22) und eine hintere Haltestruktur (24) des Reflektors, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (20, 52) eine Versteifungsmembran (48) aufweist, die an dem Reflektor (22) so angebracht ist, dass der Federungsweg eines Randbereichs (38) des Reflektors in einer Richtung, die parallel zu einer zentralen Achse (28) dieses Reflektors (22) verläuft, beschränkt wird, wobei diese Versteifungsmembran (48) sich von der hinteren Haltestruktur (24) unterscheidet.

2. Funkantenne (20, 52) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (22) eine aktive Seite und eine Rückseite aufweist und die Versteifungsmembran (48) einen mittleren Teil umfasst, der gegenüber der aktiven Seite des Reflektors (22) angeordnet ist.

3. Funkantenne (52) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Mittel zur Befestigung der Membran (48) am Randbereich (38) des Reflektors (22) aufweist.

4. Funkantenne (52) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (48) einen Umfangsbereich (50) aufweist, der um eine periphere Kante des Reflektors (22) zurückgebogen ist und der gegenüber der Rückseite dieses Reflektors angeordnet ist, so dass er mit der hinteren Haltestruktur (24) fest verbunden ist.

5. Funkantenne (52) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Stäbe (54) aufweist, die einerseits an der hinteren Haltestruktur (24) und andererseits an dem Randbereich (38) des Reflektors befestigt sind und an denen der Umfangsbereich (50) der Membran (48) befestigt ist.

6. Funkantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (20, 52) konfiguriert ist, um in einem vorgegebenen Frequenzband des Spektrums der Mikrowellen zu funktionieren.

7. Funkantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband in dem Ka-Band enthalten ist.

8. Funkantenne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsmembran aus einem transparenten Material mit Funkwellen ausgeführt ist, deren Frequenz in dem Frequenzband enthalten ist.

9. Funkantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Verbundmaterial ist, das Fasern aufweist, die in einem gehärteten Harz gebettet sind.

Claims

1. A radio antenna (20, 52), in particular for a spacecraft, including a reflector (22) and a rear structure (24) supporting said reflector, characterised in that the antenna (20, 52) includes a rigidification membrane (48) added on to the reflector (22) so as to limit the displacement of a peripheral portion (38) of the reflector in a direction parallel to a central axis (28) of this reflector (22), where this rigidification membrane (48) is separate from said rear supporting structure (24).

2. A radio antenna (20, 52) according to claim 1, characterised in that the reflector (22) has an active face and a rear face, and said rigidification membrane (48) has a central part positioned facing said active face of the reflector (22).

3. A radio antenna (52) according to claim 1 or 2, characterised in that the antenna includes fastenings of said membrane (48) on to the peripheral part (38) of the reflector (22).

4. A radio antenna (52) according to claim 1 or 2, characterised in that the membrane (48) includes a peripheral part (50) folded on a peripheral edge of the reflector (22) and positioned facing the rear face of the reflector so as to be coupled with the rear supporting structure (24).

5. A radio antenna (52) according to claim 4, characterised in that the antenna includes rods (54) which are attached firstly to said rear supporting structure (24) and secondly to the peripheral portion (38) of the reflector, and on to which is attached said peripheral part (50) of the membrane (48).

6. A radio antenna according to any of the claims 1 to 5, characterised in that the antenna (20, 52) is configured to operate in a predetermined frequency band of the microwave spectrum.

7. A radio antenna according to claim 6, characterised in that said frequency band is included in the Ka band.

8. A radio antenna according to claim 6 or 7, characterised in that said rigidification membrane is made from a material which is transparent to radio waves the frequency of which is included in said frequency band.

9. A radio antenna according to claim 8, characterised in that said material is a composite material including fibres sunk in a hardened resin.

Dessins