CN102593607A

CN102593607A - 无线电波发射器件、天线和航天器

Info

Publication number: CN102593607A
Application number: CN2011103987030A
Authority: CN
Inventors: J-L·布格罗; F·卡尔梅特-卡雷萨克
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CA2757391C; CA2757391A1; US20120274533A1; FR2966984A1; CN102593607B; ES2528407T3; EP2451007B1; FR2966984B1; EP2451007A1; US8760358B2

Abstract

本发明涉及无线电波发射器件、天线和航天器。一种发射无线电波的器件，包括用于通信天线(10)的发射设备项目(13)，用于对反射器热保护的薄膜(18)和用于将热保护薄膜(18)连接到设备项目(13)的装置，所述热保护薄膜(18)安装有多个弹性张紧器，当连接装置将薄膜(18)连接到所述发射设备项目(13)时，不论薄膜(18)和发射设备项目(13)在预定的温度范围内出现的热膨胀，所述弹性张紧器设计为保持热保护薄膜(18)在发射设备项目(13)的第一工作面和空间之间伸展。

Description

无线电波发射器件、天线和航天器

技术领域

本发明的领域是设计为发射无线电波的通信天线领域。这些天线被用于陆地上或太空中，或者其装载于通信卫星上。无线辐射通常由耦合到一个或多个反射器的源发射，或仅由将无线辐射直接发射到太空的辐射板来发射。

背景技术

为了保证天线方向性的稳定性，通常会进行最小化反射器或辐射板的热弹性变形的尝试。反射器或辐射板的热弹性变形由交替通过阴影区域和太阳光线照射区域而导致的周期热变化而产生。

正文的其余部分中，发射设备项目指反射器或辐射板。

热保护薄膜通常放置在发射设备项目的工作面和空间之间，以热隔离发射设备项目并限制热弹性变形。更具体的，这些是包括一堆聚酰亚胺层的多层保护薄膜。所使用的聚酰亚胺对本领域技术人员而言是公知的，例如，其包括沉淀有锗的Kapton^R层。这种隔离是非常轻微的。此外，这种隔离具有对无线电波一般是透射的优点。

当薄膜安装到反射器上时，为防止由加热反射器表面的气动流导致的对反射器的损害，尝试防止薄膜粘到反射器的凹反射面。当薄膜粘到反射器的凹面上时，锗聚焦太阳光线，其具有的效果是损害反射器凹反射面所反射光线的路径中的元件，例如射频源或其他次要反射器。

通常，薄膜在反射器的凹面或辐射板的凹面与空间之间伸展，薄膜的外围连接到将反射器或平板的工作面与待用面分开的反射器的边缘。

由于不同的材料设计，当温度变化时，薄膜和发射设备项目承受不同的膨胀/收缩。

由于天线受到温度变化，这个方案不能保证薄膜的固定拉伸。

此外，在高频(Ka波段)，Kapton对无线电波不是完全透射的。因此，薄膜引起反射器反射的辐射或辐射板辐射的辐射上的相移。相移的值取决于薄膜相对于发射(即反射或辐射)无线电波的工作面的位置。

尝试保持薄膜在发射设备项目与空间之间固定地伸展，这样薄膜引起的相移总是相同。

存在一种保证薄膜1固定拉伸的方案。如图1a和1b所示，这个方案为双栅反射器的情形，即反射器2包括两个单独的反射器7、9。其基于张紧器的使用。张紧器6均匀地分布于反射器的外围，并连接到联接两个单独反射器的结构5，即该结构将反射器的工作面3与待用面4分开。在使用连接装置8将薄膜1连接到反射器2的操作中，张紧器在薄膜和反射器2的边缘5之间折叠成U形，从而朝向反射器的外面给薄膜施加力

这使得薄膜在工作面和空间之间像鼓面一样固定地伸展。

然而，在将薄膜连接到反射器之前安装张紧器时，这一方案包括反射器的拉长固定。

此外，将薄膜连接到反射器的操作复杂且难于再现。在这个操作中，不仅需要保证张紧器折叠成U形，而且需要保证该折叠使薄膜能够像鼓面一样伸展。

此外，这个方案只能安装在双栅反射器上；其不能安装在单反射器或辐射板上，这是因为将工作面与待用面分开的这些设备项目的边缘不能提供用于结合的平滑表面。

本发明的一个目的是减轻前述的缺陷。

此外，这种方案是庞大且脆弱的。折叠成U形的张紧器在反射器的外围占据相当大的空间，并且最微小的冲击能够分开或打破张紧器。

本发明的另一个目的是纠正这个缺陷。

发明内容

从而，本发明的主题是发射无线电波的器件，包括用于通信天线的发射设备项目，用于对反射器热保护的薄膜和用于将热保护薄膜连接到设备项目的装置，所述热保护薄膜安装有多个弹性张紧器，当连接装置将薄膜连接到所述发射设备项目时，不论薄膜和发射设备项目在预定的温度范围内出现的热膨胀，所述弹性张紧器设计为保持热保护薄膜在发射设备项目的第一工作面和空间之间伸展。

有利地，预定的温度范围是从-250℃到+400℃。

有利地，连接薄膜的装置包括固定到薄膜的第一连接装置，用于保证张紧器和薄膜的边缘之间的间隔，以保证当连接装置将薄膜连接到所述发射设备项目时，发射设备项目和张紧器之间的接触。

有利地，连接装置包括连接到发射设备项目的第二待用面的第二连接装置，其设计为与第一连接装置相互作用以将薄膜连接到发射设备项目上。

有利地，弹性张紧器包括刚度比薄膜刚度大的柔性条带。

有利地，柔性条带的刚度位于5N/m到500N/m之间。

有利地，柔性条带由聚对苯二甲酰对苯二胺PPD-T制造或由聚酰亚胺制造。

有利地，柔性条带具有0.1mm到2mm之间的厚度。

有利地，柔性条带为比薄膜厚10到20倍的Kapton^R条带。

有利地，当连接装置将薄膜连接到所述发射设备项目时，柔性条带布置为使得柔性条带在面板的第二待用面和连接第一工作面与第二待用面的发射设备项目的边缘之间的结合处上面交叠；条带还设计为使得条带在整个预定温度范围内呈弯曲状态。

有利地，柔性条带被紧靠薄膜拉平。

有利地，弹性张紧器布置为在垂直于力的方向和空间的方向对薄膜施加一个额外的力，从而保持薄膜在发射设备项目的第一工作面的每一个点上与该第一工作面隔开。

有利地，该发射设备项目是反射器。

有利地，该反射器是抛物形的。

有利地，该发射设备项目是辐射板。

有利地，该第一工作面是凹面。

有利地，该第一工作面是平的。

本发明进一步的主题是包括按照本发明的器件的天线。

本发明进一步的主题是包括按照本发明的天线的航天器。

最后，本发明的主题是按照本发明的反射无线电波的器件的制造方法，包括：

-将弹性张紧器安装到薄膜的步骤，在连接装置将薄膜连接到所述发射设备项目时，不论薄膜和发射设备项目在预定的温度范围内出现的热膨胀，该弹性张紧器设计为保持薄膜在发射设备项目的第一面和空间之间伸展；

-将安装有弹性张紧器的薄膜连接到发射设备项目的步骤。

由于张紧器连接到薄膜，所提出的方案使得固定发射设备项目的时间(必须可用)最小化成为可能，以便发射设备项目在发送到太空之前经过多个测试。其也可能保证薄膜的固定伸展。

此外，其占用空间不多，并且是强健的。

此外，在发送到太空前天线的准备工作期间，天线要经受各种测试，该测试引导多次安装薄膜并将其从发射设备项目上移除。所提出的方案使得获得将薄膜安装到发射设备项目的再现性成为可能。换句话说，它使得可能保证在每次新的安装中薄膜在发射设备项目上的定位相同。薄膜在其所发射的辐射上引起的干扰在地面天线的整个使用期中一直是相同的。

附图说明

通过阅读下述作为非限制性示例的详细说明并参考附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：

-已经描述过的图1a和1b分别示意性地以截面形式图示了按照现有技术的安装有薄膜的反射器和反射器外围上张紧器的配置细节，

-图2a和2b分别示意性地以截面形式图示了按照本发明的天线和按照本发明的发射器件的反射器外围上张紧器的第一示例性配置细节，

-图3示意性地图示了薄膜的内表面。

每幅图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图2a和2b示出按照本发明的通信天线10的截面，其包括源11，源11位于按照本发明的发射无线电波的器件12的焦点。该器件12包括反射器13，无线电波将要从源反射到该反射器。

作为变体形式，源可以由接收机代替。然后电波反射到接收机。

通信天线可以设计为用于太空或地面应用。

反射器13包括第一工作面15和第二待用面16。在图2a的实施例中，这些面实质上是平行的。第一面15和第二面16通过两个面15、16的外围上连续延伸的边缘17连接到一起。薄膜将第一面15与空间分开。

在图示的实施例中，反射器是抛物形的。第一工作面15是凹面。在图2a的实施例中，第二面16是凸面。

最后，反射器是单个的；它包括一个单独的反射器。本发明也应用于包括两个单独反射器的双栅反射器，如上所述，一个反射器放置在另一个反射器后面。在这种情况下，第一面属于第一单独反射器，第二面属于第二单独反射器。

反射无线电波的器件还包括对反射器13热保护的薄膜18，和用于将热保护薄膜18连接到反射器13的装置19，20。

薄膜18是包括一堆聚酰亚胺层的多层保护薄膜。所使用的聚酰亚胺对本领域技术人员而言是公知的；例如DuPont de Nemours公司所开发的Germanized Kapton^R(具有锗沉淀的Kapton^R)膜。选择对在太空通信中使用的所有频率范围的电磁波可透射的热保护薄膜。

热保护薄膜通常具有0.025mm到0.2mm(Kapton薄片和隔离物的集合)之间的厚度，2GPa到2.5GPa之间的弹性模量。弹性模量依赖于温度。

薄膜18将反射器13的第一面15与空间分开，从而为反射器13提供热保护。换句话说，第一面15上的每个点通过薄膜18与空间分开。依赖这一条件来选择薄膜的尺寸。此外，所选择的薄膜18的尺寸使得能够保证使用连接装置19、20将薄膜18连接到后者的第二面16。

连接薄膜的装置包括固定到薄膜18的第一连接装置19。第一连接装置19连接到薄膜18内表面21的外围。

内表面21是要面对反射器13的薄膜18的表面，薄膜18的外表面22是设计为面向空间的薄膜表面。

第一连接装置设计为与反射器13相互作用以将薄膜连接到反射器。

更具体地，第一连接装置19设计为与反射器的第二面16相互作用。

连接装置能够可移除地将薄膜连接到反射器，但是也可以使用固定连接装置。

有利地，连接装置还包括固定到反射器的第二连接装置20。其连接到薄膜25内表面的外围。在图示的实施例中，第二连接装置连接到第二面16(图2b)。第一连接装置19设计为与第二连接装置20相互作用以将薄膜18连接到反射器13。例如，其包括钩-环耦合装置。例如，这种耦合装置以Velcro^R的名字出售。

薄膜18安装有多个弹性张紧器23，如图2a粗线所示，当连接装置19、20将薄膜连接到反射器时，不管薄膜18和反射器13在预定的温度范围内出现的热膨胀，弹性张紧器23设计为在反射器的第一面15和空间之间以伸展方式保持薄膜18。

然后薄膜在反射器的第一面和空间之间形成一个大体上平的表面。

热保护薄膜18安装有多个弹性张紧器23，当薄膜连接到反射器时，弹性张紧器23设计为产生力

该力

将薄膜18拉向反射器13的外面，即拉向空间，因此不论薄膜18和反射器13在预定的温度范围内出现的热膨胀，薄膜在反射器13的第一面15和空间之间形成一个大体上平的表面。

换句话说，弹性张紧器具有尺寸，并布置为对薄膜在反射器第一面15和空间之间拉伸，类似一个鼓面。

由于其弹性，当温度变化时，张紧器占据了反射器和薄膜之间由于不同的热弹性膨胀和收缩导致的空隙，以保持薄膜固定伸展。

本方案具有在依赖于薄膜和反射器的使用条件所选择的温度范围内伸展薄膜的优点，这使得回避上面所述的阳光聚焦问题成为可能。此外，由于薄膜被固定地保持伸展，无论什么温度，薄膜对反射器件性能的影响都是相同的。此外，将张紧器耦合到薄膜避免了在薄膜连接到那里之前，为了将张紧器分别连接到反射器而不必要地固定反射器。仅在连接薄膜的操作中固定反射器。

温度范围选择依赖于应用。对于太空应用选择从-250℃到+350℃的温度范围。这个温度范围对应于发送到太空的通信天线的保护薄膜可能经受的温度范围。弹性张紧器23布置在薄膜的外围。有利地，它们连接到薄膜的内表面21。

将弹性张紧器23连接到薄膜的内表面21限制了张紧器分离的风险。张紧器施加力到薄膜上以保持薄膜伸展。这些力不会被将张紧器连接到薄膜的装置吸收，因为它们垂直定向。

弹性张紧器23固定到薄膜。

弹性张紧器23连接到薄膜18，例如依靠比如胶水或胶带的粘合剂，或通过其他任何用来将张紧器连接到薄膜的装置。有利地，使用Kapton^R粘合带。

Kapton^R已用于太空应用。其满足太空应用所使用的标准。这种材料的使用使得可能通过新材料要经受的所有认定测试，从而能在这些应用中使用。

此外，其具有优点：其具有的热弹性特性与相同材料制造的薄膜相同。

在图示的实施例中，张紧器23是柔性条带，例如，其为Kapton^R条带。也可以使用聚对苯二甲酰对苯二胺PPD-T条带。

Dupont de Nemours以Kevlar^R的名字出售后一材料。这种材料具有在极端温度下保持其机械性能的优点。

概括而言，任何与Kapton^R的刚度和尺寸稳定性等同并满足太空应用所使用的预定标准的材料都可以使用。

选择刚度比薄膜大的条带。有利地，选择刚度为5N/m到500N/m之间的条带。例如，选择厚度为0.1mm到2mm之间的柔性条带。

有利地，选择比薄膜厚的Kapton^R条带。有利地，选择比薄膜厚10到20倍的条带。例如选择0.38mm厚的条带。

张紧器相对于连接薄膜18的第一装置19而布置，从而当依靠连接装置19、20将薄膜18连接到反射器13时，张紧器23配置在反射器13上。第一连接装置保证了张紧器23与薄膜18边界之间的间隔。通过这种布置，张紧器能够施加力

将薄膜拉向反射器的外面，即拉向空间。

更具体地，如图2b所示，如果张紧器23是在薄膜上拉平的柔性条带，当薄膜18连接到反射器时，条带23布置为使得条带23在反射器13的第二面16和边缘17之间的结合处24上面交叠，条带23设计为使得条带23在整个预定温度范围内呈弯曲状态。

因此，当薄膜连接到反射器13时，每个条带23由于其尺寸和布置而产生力

将薄膜18拉向反射器13的外面以伸展薄膜。如果处于预定温度范围内，不管反射器件所经受的温度如何，都施加该力。

张紧器23分布在薄膜18的外围，因此当薄膜18连接到反射器13时，薄膜18在空间和第一面15之间形成大体上平的表面。

要获得形成大体上平的表面的薄膜18，需要张紧器23相对于反射器的精确定位。特别地，相对于第一连接装置19、20通过精心布置张紧器23来获得定位精度。这个操作是困难的。在薄膜连接到反射器上之前直接在薄膜上执行该操作。使第一连接装置19和第二连接装置20互相作用的操作是简单的。并不需要采取特殊的预防措施来保证薄膜的精确定位。精度操作已经在薄膜上执行。

优选地，如图2a和2b所示，紧靠薄膜将条带拉平。紧靠薄膜将条带23拉平的事实保证了在将薄膜连接到发射器上时将条带放置在要求的位置。

在图2b所示的实施例中，张紧器相对于第一面15设置在后。薄膜位于工作面15的外围。

作为变形形式，张紧器布置为保持薄膜在反射器第一面上的每一个点处到反射器第一面有一定距离。换句话说，张紧器23布置为在垂直于朝向空间的力

的方向上对薄膜施加一个额外的力，从而保持薄膜18在反射器13的第一面15的每一个点上离开该第一面15。

例如，条带布置为使得条带具有比第一面15更靠近空间延伸的边界。

这个特征使得薄膜可以在一个平面上伸展，该平面在任何点上都不邻接反射器的第一面，甚至其外围。

注意，上面所有描述都可以通过用另一种辐射无线电波的平板类型的发射设备项目替换反射器来应用，所述发射设备项目具有辐射无线电波的第一工作面和待用面，所述面通过边缘联接。

当发射设备项目是平的发射板时，例如平面辐射板是平的，保持薄膜18在第一工作面的每一个点上远离该工作面的条带布置是尤其有利的。这使得可能保证薄膜和反射器的第一面之间的空间。

如图3所示，薄膜18在其外围上具有舌状物26，其中只有一个具有附图标记以增强清晰性。这些舌状物26在薄膜外围的周围以花瓣形状分布。换句话说，薄膜外围21裁剪成花瓣的形状。

第一连接装置19布置在这些舌状物26上，从而当薄膜18结合到反射器13时，舌状物与第二连接装置20相互作用。

本发明进一步的主题是按照本发明的反射器件12的制造方法。该方法包括：

-将弹性张紧器23安装到薄膜18的步骤，当连接装置将薄膜18连接到所述发射设备项目13时，不论薄膜18和发射设备项目13在预定的温度范围内出现的热膨胀，该弹性张紧器设计为保持薄膜18在发射设备项目的第一面15和空间之间伸展；

-将安装有弹性张紧器23的薄膜18连接到发射设备项目13的步骤。

该方法比现有技术的制造方法具有更高的工业价值，因为其不需要将弹性张紧器连接到薄膜的步骤，该步骤限制了发射设备项目13的固定的持续时间。此外，由于张紧器布置在薄膜上以获得所需的效果，因此连接薄膜的步骤是很简单的。

本发明还涉及航天器，例如，包括通信天线的卫星，该天线包括按照本发明的器件。

Claims

1.一种发射无线电波的器件，包括用于通信天线(10)的发射设备项目(13)，对反射器热保护的薄膜(18)和将热保护薄膜(18)连接到设备项目(13)的装置(19，20)，其特征在于，所述热保护薄膜(18)安装有多个弹性张紧器(23)，当连接装置(19，20)将薄膜(18)连接到所述发射设备项目(13)时，不论薄膜(18)和发射设备项目(13)在预定的温度范围内出现的热膨胀，所述弹性张紧器设计为保持热保护薄膜(18)在发射设备项目(13)的第一工作面和空间之间伸展；所述弹性张紧器(23)包括刚度比薄膜的刚度大的柔性条带，所述条带紧靠薄膜被拉平并连接到薄膜(18)。

2.根据权利要求1所述的发射无线电波的器件，其中连接薄膜的装置(19、20)包括固定到薄膜(18)的第一连接装置(19)，所述第一连接装置保证张紧器(23)和薄膜(18)的边缘之间的间隔，从而保证当连接装置(19、20)将薄膜(18)连接到所述发射设备项目(13)时发射设备项目(13)和张紧器(23)之间的接触。

3.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中连接装置包括连接到发射设备项目(13)的第二待用面(16)的第二连接装置(20)，并且设计为与第一连接装置(19)相互作用以将薄膜(18)连接到发射设备项目(13)。

4.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中柔性条带的刚度在5N/m到500N/m之间。

5.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中柔性条带由聚对苯二甲酰对苯二胺PPD-T制造或由聚酰亚胺制造。

6.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中柔性条带的厚度在0.1mm到2mm之间。

7.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中柔性条带是比薄膜厚10到20倍的Kapton^R条带。

8.根据权利要求5至7的任一项所述的发射无线电波的器件，其中预定的温度范围是从-250℃到+400℃。

9.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中当连接装置(19、20)将薄膜(18)连接到发射设备项目(13)时，柔性条带布置为使得所述柔性条带在面板的第二待用面(16)以及连接发射设备项目(13)的第一工作面(15)与第二待用面(16)的边缘(17)之间的结合处(24、25)上面交叠；条带还设计为使得条带在整个预定温度范围内呈弯曲状态。

10.根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件，其中，弹性张紧器(23)布置为在垂直于力的方向和空间的方向对薄膜施加一个额外的力，从而保持薄膜(18)在发射设备项目(13)的第一工作面(15)的每一个点上与该第一工作面(15)隔开。

11.一种天线，所述天线包括根据前述权利要求的任一项所述的发射无线电波的器件。

12.一种航天器，所述航天器包括根据权利要求11所述的天线。

13.一种根据权利要求1-10的任一项所述的反射无线电波的器件的制造方法，包括：

将弹性张紧器(23)安装到薄膜(18)的步骤，当连接装置将薄膜(18)连接到所述发射设备项目(13)时，不论薄膜(18)和发射设备项目(13)在预定的温度范围内出现的热膨胀，该弹性张紧器(23)设计为保持薄膜(18)在发射设备项目的第一面(15)和空间之间伸展；所述弹性张紧器(23)包括刚度比薄膜刚度大的柔性条带，所述柔性条带紧靠薄膜拉平并连接到薄膜(18)；

将安装有弹性张紧器(23)的薄膜(18)连接到发射设备项目(13)的步骤。