DE202010013085U1

DE202010013085U1 - Selbstentfaltende Helixantenne

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Publication number: DE202010013085U1
Application number: DE202010013085U
Authority: DE
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-03-12
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: US8730124B2; US20120146880A1

Abstract

Faltbare und entfaltbare Helixantenne (2), mit einer schraubenlinienförmigen Trägerstruktur (7) aus Faserverbundstoff, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (8) versehen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine faltbare und entfaltbare Helixantenne. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antennenanordnung mit einer faltbaren und entfaltbaren Helixantenne und einer Reflektorplatte, an der die Helixantenne befestigt ist.
Basierend auf Vorschriften der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) sind Schiffe mit einer Wasserverdrängung von mehr als 300 BRT verpflichtet, ein automatisches Identifikationssystem (AIS; ”Automatic Identification System”) zu verwenden, um die Sicherheit des Schiffsverkehrs zu erhöhen. Jedes Schiff, das mit einem AIS-Gerät ausgestattet ist, sendet verschiedene schiffsspezifische Daten, die von jedem anderen AIS-Gerät innerhalb einer bestimmten Reichweite empfangen und ausgewertet werden können.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik sind faltbare und entfaltbare Helixantennen aus Metall bekannt. Diese weisen einen schraubenlinienförmigen Metalldraht auf, der die gewünschte elektrische Leitfähigkeit besitzt. In der Transportstellung der Helixantenne ist diese gefaltet und wird zur Erreichung der Gebrauchsstellung entfaltet. Der Metalldraht ist auch für den Entfaltungsvorgang und die Steifigkeit der entfalteten Helixantenne bestimmend, so dass die Helixantenne bei der erforderlichen Größe eine große Masse besitzt. Im entfalteten Zustand besitzt sie eine geringe strukturelle Eigenfrequenz. Da derartige Helixantennen insbesondere in Kleinsatelliten eingesetzt werden, beeinflusst das Schwingungsverhalten der Helixantennen sehr stark die Lage und insbesondere das Lage-Regelungsverhalten des gesamten Satelliten. Die bekannten Helixantennen ermöglichen einen Empfang im VHF-Bereich, wobei allerdings der Antennengewinn und die Richtcharakteristik sehr eingeschränkt sind.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine faltbare und entfaltbare Helixantenne sowie eine Antennenanordnung bereitzustellen, die bei Gewährleistung der erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften, einem kleinen Transportvolumen und einer geringen Masse eine einfache und sichere Entfaltung aus dem gefalteten Zustand ermöglicht.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Schutzansprüche 1 bzw. 14 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Schutzansprüchen beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um die Anforderungen der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) bezüglich der Kommunikation zwischen Schiffen im Schiffsverkehr zu erfüllen und/oder eine effektive übergeordnete Überwachung des Schiffsverkehrs zu ermöglichen, werden erfindungsgemäß Satelliten im Weltall genutzt, die eine AIS-Sende- und Empfangsanlage an Bord tragen.
Einen wesentlichen Teil einer solchen neuen AIS-Sende- und Empfangsanlagen in Satelliten stellen dabei faltbare und entfaltbare Helixantennen dar. Diese besitzen eine recht erhebliche Größe, so dass sie im gebrauchsfertigen Zustand nicht wirtschaftlich transportabel sind und daher in einem gefalteten Zustand transportiert und später für den Betrieb entfaltet werden.
Erfindungsgemäß weist die faltbare und entfaltbare Helixantenne eine schraubenlinienförmige Trägerstruktur aus Faserverbundstoff auf, die mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist. Die erfindungsgemäße Antennenanordnung weist neben der Helixantenne eine Reflektorplatte auf, an der die Helixantenne befestigt ist.
Die neue Helixantenne kann zur Erreichung eines sehr kleinen Transportvolumens gefaltet und später zum Erreichen der Gebrauchsstellung sicher in den entfalteten Zustand verbracht werden und besitzt dabei eine geringe Masse und eine hohe strukturelle Eigenfrequenz. Zur Erreichung dieser vorteilhaften Eigenschaften wurde die Trägerstruktur der Helixantenne zur Erzielung der mechanischen Eigenschaften von einer elektrisch leitenden Schicht zur Erzielung der elektrischen Eigenschaften getrennt.
Vorzugsweise weist die Trägerstruktur dabei einen Kern aus Schaumstoff und eine darauf angeordnete Trägerschicht aus Faserverbundstoff auf. Die Trägerstruktur weist dabei insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt auf. So kann es sich bei dem Kern aus Schaumstoff um einen rund geschliffenen Hartschaumstoffkern, z. B. aus Polymethacrylimid, handeln, auf dem eine Schicht aus Faserverbundwerkstoff angeordnet ist. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren harzgetränkten Fasergewebeschläuchen.
Die für die elektrischen Eigenschaften der Helixantenne erforderliche elektrisch leitende Schicht besteht insbesondere aus einem dünnwandigen Metallüberzug (z. B. einem Kupfergeflecht), der auf die fertige Trägerstruktur aus Faserverbundwerkstoff aufgebracht wird. Die elektrisch leitende Schicht kann auch z. B. auf die schraubenlinienförmige Trägerstruktur aus Faserverbundstoff aufgedampft werden.
Ohne eine signifikante Massezunahme erlaubt die schraubenlinienförmigen Trägerstruktur aus Faserverbundwerkstoff auch größere Durchmesser der Helixantenne, was zur Verbesserung der mechanischen und teilweise auch der elektrischen Eigenschaften der Helixantenne führt. Es wird so eine optimierte Helixantenne bereitgestellt, die eine kleine Ausleuchtzone (”footprint”) auf der Erdoberfläche erzeugt. Die Helixantenne kann bei dem hier beschriebenen Anwendungsbeispiel, dem AISat, z. B. eine Länge von etwa 4 m und einen Durchmesser von 600 mm im entfalteten Zustand aufweisen. Im gefalteten Zustand weist diese Helixantenne dann nur eine Länge von etwa 100 mm und einen etwas größeren Durchmesser auf.
Zwischen radial außen liegenden Bereichen der schraubenlinienförmigen Trägerstruktur können sich axial erstreckende Kontrollschnüre so angeordnet sein, dass sie die Geometrie der Helixantenne in deren entfaltetem Zustand festlegen. Diese Schnüre erstrecken sich parallel zur Längsmittelachse der Helixantenne und legen die exakte Länge, die Steigung und den Durchmesser der Helixantenne fest. Die Kontrollfäden sind dabei am Anfang und am Ende der Helixantenne befestigt und können dazwischen in kleinen Rohrabschnitten geführt sein, die tangential an den einzelnen Windungen der Helix der Helixantenne mit einer Durchlassrichtung parallel zur Längsmittelachse angebracht sind und deren Längen nicht größer als der Durchmesser des Materials der Helixantenne sind. Eine solche genaue Festlegung der Länge, des Durchmessers und des Steigungswinkels der Helixantenne ist zum Erreichen einer effektiven Antenne erforderlich.
Die Helixantenne wird insbesondere so in einer gedehnten Ausführung gefertigt, dass sie mit den Kontrollschnüren auf die gewünschte Länge, den gewünschten Durchmesser und den gewünschten Steigungswinkel zusammengezogen wird, so dass die Helixantenne im entfalteten Zustand durch die Kontrollschnüre unter Vorspannung gehalten wird. In dieser Weise wird sichergestellt, dass die gewünschte Geometrie der Helixantenne verlässlich erreicht und beibehalten und die strukturelle Steifigkeit der Antenne weiter erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Antennenanordnung weist neben der oberhalb beschriebenen Helixantenne eine Reflektorplatte auf, an der die Helixantenne befestigt ist. Bei diesem Antennentyp ist physikalisch eine große Massefläche des Reflektors erforderlich. Da der Satellit selbst nicht diese erforderliche Fläche in Form elektrisch gut leitfähigen Materials zur Verfügung stellt, weist die Reflektorplatte insbesondere am Umfang faltbare und entfaltbare radiale Antennenstäbe auf. Die radialen Antennenstäbe können durch Formelemente, die über den Umfang verteilt in der Reflektorplatte angeordnet sind, passgenau und wieder lösbar mit der Reflektorplatte verbunden sein. Die radialen Antennenstäbe können ähnlich wie bei einem ”Stahlbandmaß” quer zu ihrer Längserstreckung gewölbte Bänder z. B. aus Kupfer-Beryllium sein, die sich in ihrem gefalteten Zustand in einer Vertiefung in der Umfangsfläche der Reflektorplatte befinden.
Zwischen den radialen Antennenstäben können faltbare und entfaltbare tangentiale Antennenstäbe angeordnet sein. Diese können ebenfalls als gewölbte Bänder z. B. aus Kupfer-Beryllium ausgeführt sein. Sowohl die umgeklappten radialen Antennenstäbe als auch die gefalteten tangentialen Antennenstäbe können durch einen Faden niedergedrückt werden, der über den Umfang der Reflektorplatte gespannt wird, so dass sich die Antennenstäbe nach der Durchtrennung des Fadens automatisch entfalten. Eine geeignete Teilung der tangentialen Antennenstäbe und deren Kopplung durch elektrisch leitende Festkörpergelenke, insbesondere aus Kupfer, erlaubt es, diese ebenfalls in der Vertiefung im Umfang der Reflektorplatte unterzubringen. Die mechanische und elektrische Verbindung der Antennenstäbe mit der Reflektorplatte wird durch das Einbringen von Formbauteilen in den Kern der insbesondere als Sandwich-Platte ausgebildeten Reflektorplatte während der Fertigung der Reflektorplatte realisiert.
Entsprechende Gegenstücke der Antennenstäbe können nachträglich toleranzgetreu in der Reflektorplatte verankert werden.
An der Reflektorplatte sind Halterungen angeordnet, mit denen die Helixantenne in ihrem gefalteten Zustand an der Reflektorplatte befestigt ist. Es handelt sich dabei insbesondere um drei oder mehr Halterungen, die über den Umfang der Reflektorplatte verteilt angeordnet sind. Die Halterungen können einen inneren Teil und einen äußeren Bügel aufweisen, wobei der innere Teil fest mit der Reflektorplatte und der äußere Bügel gelenkig mit dem inneren Teil verbunden ist. Auf den inneren Teil werden die Windungen der Helixantenne aufgeschoben und durch den äußeren Bügel fest an den inneren Teil bzw. die Reflektorplatte angedrückt. Das freie Ende des Bügels reicht bis über die ringförmige Nut, in der die radialen und tangentialen Antennenstäbe verstaut sind, und wird von dem umlaufenden Faden in Position gehalten und somit gemeinsam mit den gefalteten Antennenstäben durch die Durchtrennung des Fadens freigegeben, so dass sich die gesamte Helixantenne nach der Durchtrennung des Fadens selbsttätig entfaltet. Der Bügel wird dabei durch zwei baugleiche, auf der Drehachse platzierte Federn in seine Endposition bewegt, in der er zusätzlich durch Reibschluss fest arretiert ist.
Die Helixantenne wird vorzugsweise aus mehreren kurzen Segmenten gleicher Steigung sowie einem Startsegment und gegebenenfalls einem Endsegment zur Umsetzung der gewünschten Geometrie gebildet. Da die Helixantenne so aus einzelnen Teilstücken zu einer Gesamtstruktur zusammengefügt wird, gibt es in Bezug auf ihre Länge nahezu keine Einschränkungen. Darüber hinaus können auch abschnittsweise Windungen mit anderen mechanischen oder elektrischen Eigenschaften eingefügt werden. Von dieser Möglichkeit wird u. a. Gebrauch gemacht, um den elektrisch leitenden Teil der Helixantenne erst in einem bestimmten Abstand von der Reflektorplatte beginnen zu lassen.
Vorzugsweise wird die erste Windung der Helixantenne so gestaltet, dass der Steigungswinkel immer kleiner wird und an der Reflektorplatte nahezu den Wert Null besitzt. So lässt sich die Helixantenne auf ein minimales Volumen zusammendrücken. Da sich ihr Durchmesser in Abhängigkeit von ihrer Länge ändert – die zusammengedrückte Helixantenne hat einen größeren Durchmesser als die entfaltete –, läuft die Längsmittelachse der entfalteten Helixantenne nicht mehr durch den Mittelpunkt der Reflektorplatte, wenn die Helixantenne mit dem größeren Durchmesser des geschlauchten Zustands mittig auf der Reflektorplatte befestigt ist.
Sind diese geometrischen Ungenauigkeiten für einen optimalen Einsatz der Helixantenne nicht akzeptabel, kann die Helixantenne mit konstantem Steigungswinkel ausgebildet und an ihrem Anfang mit einem Gelenk versehen sein, wobei dieses dafür sorgt, dass sich beim Aufstauchen der Windungen der Helixantenne auch der Anfang der Helixantenne parallel zur Ebene der Befestigungsplatte anordnen lässt. In diesem Fall kann das Gelenk so angeordnet und eingestellt werden, dass die Längsmittelachse der entfalteten Helixantenne auch den Mittelpunkt der Reflektorplatte trifft. In dieser Konfiguration werden sich bei gleichmäßig um den Mittelpunkt der Reflektorplatte angeordneten beabstandeten Halterungen beim Aufschieben der Windungen Spannungen ergeben.
Die Helixantenne kann in eine spezielle Folie eingearbeitet sein, die für den Einsatz im Weltraum geeignet ist. Die Folie beeinflusst die Eigenschaften der Antenne nur geringfügig und die durch die aufgebrachte Folie zusätzlich entstehenden Dachkapazitäten werden zur Abstimmung verwendet. Darüber hinaus dient die Folie zur Stabilisierung der Helixantenne und somit zur Erhaltung der gewünschten Antennengeometrie.
Zur Fertigung der schraubenlinienförmigen Trägerstruktur aus Faserverbundwerkstoff wird vorzugsweise ein meist zylindrischer Formkern benutzt, auf den die Helixantenne aufgewickelt wird. Sofern die Oberfläche des Formkerns glatt ist, werden dort Führungsleisten für die Helixantenne angebracht. Der Außendurchmesser des Zylinders entspricht dabei dem Innendurchmesser der gedehnten Helixantenne. Alternativ wird zur Aufnahme der Helixantenne eine schraubenlinienförmige Nut in den Kern eingefräst. Der Nutgrunddurchmesser entspricht dann dem Innendurchmesser der gedehnten Helixantenne. Es ist ebenfalls möglich, dass der Formkern eine andere Geometrie besitzt, um besondere elektrische oder mechanische Eigenschaften, z. B. für den Anfang der Helixantenne, zu realisieren. Dabei sind beispielsweise elliptische oder konische Geometrien möglich.
Zur Fertigung der Trägerstruktur der Helixantenne wird insbesondere ein auf Maß geschliffener Schaumstoffkern mit einem oder mehreren Fasergewebeschläuchen überzogen, mit Laminierharz getränkt und mit einem Schrumpfschlauch hoher Flexibilität eingeschrumpft. Die Fasergewebeschläuche lassen sich so fertigen, dass sich beim Auflaminieren der Fasergewebeschläuche auf den Schaumstoffkern die gewünschte Faserrichtung ergibt. Der noch nicht gehärtete und somit weiterhin flexible Stab aus der Trägerstruktur wird entlang der auf dem Formkern markierten oder gefrästen Spur aufgewickelt und härtet dort aus. Nach dem Aushärten der Helixantenne und dem Ablösen vom Formkern wird der Schrumpfschlauch von der Helixantenne entfernt. Anschließend wird z. B. ein dünnwandiges Kupfergeflecht als elektrischer Leiter ohne Unterbrechung auf die Helixantenne auflaminiert. Die Helixantenne wird in gedehnter Form hergestellt und mit den Kontrollschnüren auf die gewünschte Geometrie (Länge, Durchmesser und Steigung) zusammengezogen, so dass die Helixantenne und die Kontrollschnüre unter Spannung stehen. Die Kontrollschnüre werden an der Reflektorplatte und am Ende der Helixantenne befestigt, vorzugsweise jedoch nicht an den dazwischen liegenden Windungen der Helixantenne.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Schutzansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Schutzansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Schicht die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Schicht, zwei Schichten oder mehr Schichten vorhanden sind. Wenn hingegen nur die genaue Anzahl eines Merkmals angegeben werden soll, findet das Adjektiv ”genau” vor dem jeweiligen Merkmal Verwendung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform der neuen Antennenanordnung mit der Helixantenne und der Reflektorplatte.
2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Antennenanordnung gemäß 1.
3 zeigt eine andere vergrößerte perspektivische Ansicht der Antennenanordnung gemäß 1.
4 zeigt eine andere vergrößerte perspektivische Ansicht der Antennenanordnung gemäß 1.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten einer Antennenanordnung 1 mit einer faltbaren und entfaltbaren Helixantenne 2 und einer Reflektorplatte 3, an der die Helixantenne 2 befestigt ist. 1, 2 und 3 zeigen dabei die Helixantenne 2 in ihrer entfalteten Stellung, während 4 die Helixantenne 2 in ihrer gefalteten Stellung zeigt.
Die Antennenanordnung 1 ist Teil einer AIS-Sende- und Empfangsanlage für die Verwendung im Weltraum, die zur Übertragung von Identifikationssignalen von Schiffen in der Seefahrt dient. Dementsprechend ist die Reflektorplatte 3 mit einem Satelliten 4 verbunden, der für die Stromversorgung über Photovoltaikmodule 5 mit einer Mehrzahl von Solarzellen 6 verfügt. Der Aufbau und die Funktionsweise des Satelliten 4 entsprechen dem Stand der Technik und stehen nicht im Zentrum der hier vorliegenden Erfindung, weshalb auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet wird.
Die Helixantenne 2 weist eine schraubenlinienförmige Trägerstruktur 7 aus Sandwichmaterial mit einem Faserverbundstoff auf, der mit einer elektrisch leitenden Schicht 8 versehen ist. Die Trägerstruktur 7 weist dabei einen Kern aus Schaumstoff und eine darauf angeordnete Trägerschicht aus Faserverbundstoff auf. Die Trägerstruktur 7 weist insbesondere eine Trägerschicht aus einem Fasergeflechtschlauch auf, der z. B. als Karbonfaser-Geflechtschlauch, Aramidfaser-Geflechtschlauch oder Glasfaser-Geflechtschlauch ausgebildet sein kann. Die schraubenlinienförmige Trägerstruktur 7 besteht dabei aus einer Mehrzahl schraubenlinienförmiger Abschnitte, die mittels Klebverbindungen miteinander verbunden sind. Die schraubenlinienförmigen Abschnitte können dabei aus unterschiedlichen Fasermaterialien bestehen.
An radial außen liegenden Bereichen 9 der schraubenlinienförmigen Trägerstruktur 7 sind sich axial erstreckende Kontrollschnüre 10 so befestigt, dass sie die Geometrie der Helixantenne 2 in deren entfalteten Zustand festlegen. Die Kontrollschnüre 10 sind im Bereich des der Reflektorplatte 3 zugewandten Endes dabei so an der Helixantenne 2 befestigt, dass die Kontrollschnüre 10 die Länge, den Durchmesser und den Steigungswinkel der Helixantenne 2 festlegen. Die Kontrollschnüre 10 halten die Helixantenne 2 dabei unter Vorspannung und bestehen insbesondere aus geflochtenen Glasfasern. Im vorliegenden Fall ist die bevorzugte Ausführungsform mit drei Kontrollschnüren 10 dargestellt. Es versteht sich, dass es ebenfalls möglich ist, mehr oder weniger Kontrollschnüre 10 einzusetzen.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, anstelle der Kontrollschnüre 10 eine zylindrische Folie zu verwenden, die die Helixantenne 2 ummantelt und in dieser Weise die Länge, den Durchmesser und den Steigungswinkel der Helixantenne 2 in der gewünschten und erforderlichen Weise festlegt.
Die Reflektorplatte 3 der Antennenanordnung 1 weist weiterhin radiale Antennenstäbe 11 auf, die als faltbare und entfaltbare Antennenstäbe 11 ausgebildet sind. Die radialen Antennenstäbe 11 sind dabei über den Umfang verteilt an der Reflektorplatte 3 angeordnet und in der gefalteten Stellung der Antennenanordnung 1 in einer Nut 12 in der Umfangsfläche der Reflektorplatte 3 untergebracht.
Zwischen den radialen Antennenstäben 11 sind faltbare und entfaltbare tangentiale Antennenstäbe 13 angeordnet. Die tangentialen Antennenstäbe 13 weisen eine geeignete Teilung und Verbindungen mit elektrisch leitenden Festkörpergelenken 14, insbesondere aus Kupfer, auf, so dass sie ebenfalls in der Nut 12 in der Umfangsfläche der Reflektorplatte 3 unterbringbar sind.
Die Reflektorplatte 3 weist Halterungen 15 auf, die über den Umfang der Reflektorplatte 3 verteilt angeordnet sind. Mit den Halterungen 15 wird die Helixantenne 2 in ihrem gefalteten Zustand an der Reflektorplatte 3 gehalten. Der gefaltete Zustand der Helixantenne 2 ist dabei in 4 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei die radialen Antennenstäbe 11 und die tangentialen Antennenstäbe 13 in ihrer entfalteten Stellung gezeigt, obwohl es bevorzugt ist, dass die Helixantenne und die Antennenstäbe 11, 13 so ausgebildet sind, dass sie sich entweder gemeinsam in der gefalteten oder in der entfalteten Stellung befinden. Sie weisen dafür einen gemeinsamen Falt- bzw. Entfaltungsmechanismus auf.
Die Halterungen 15 weisen einen inneren Teil 16, der fest mit der Reflektorplatte 3 verbunden ist, und einen äußeren Bügel 17 auf, der gelenkig mit dem inneren Teil 16 verbunden ist. Der äußere Bügel 17 hält die Helixantenne 2 in ihrem gefalteten Zustand. Der äußere Bügel 17 der Halterungen 15 wird in der gefalteten Stellung der Helixantenne 2 durch einen Faden (nicht dargestellt) niedergedrückt. Durch die Trennung des Fadens werden sowohl die Windungen als auch die radialen und tangentialen Antennenstäbe 11, 13 der Helixantenne 2 gleichzeitig freigegeben. Somit entfaltet sich die Helixantenne 2 und die Antennenstäbe 11, 13 selbsttätig nach dem Durchtrennen des Fadens.
Bezugszeichenliste

1: Antennenanordnung
2: Helixantenne
3: Reflektorplatte
4: Satellit
5: Photovoltaikmodul
6: Solarzelle
7: schraubenlinienförmige Trägerstruktur
8: elektrisch leitenden Schicht
9: radial außen liegender Bereich
10: Kontrollschnur
11: radialer Antennenstab
12: Nut
13: tangentialer Antennenstab
14: Festkörpergelenk
15: Halterung
16: Innerer Teil
17: Äußerer Bügel

Claims

Faltbare und entfaltbare Helixantenne (2), mit einer schraubenlinienförmigen Trägerstruktur (7) aus Faserverbundstoff, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (8) versehen ist.
Helixantenne (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmige Trägerstruktur (7) einen Kern aus Schaumstoff und eine darauf angeordnete Trägerschicht aus Faserverbundstoff aufweist.
Helixantenne (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an radial außen liegenden Bereichen (9) der schraubenlinienförmigen Trägerstruktur (7) sich axial erstreckende Kontrollschnüre (10) so befestigt sind, dass sie die Geometrie der Helixantenne (2) in deren entfalteten Zustand festlegen.
Helixantenne (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschnüre (10) die Länge, den Durchmesser und den Steigungswinkel der Helixantenne (2) festlegen.
Helixantenne (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschnüre (10) die Helixantenne (2) unter Vorspannung halten.
Helixantenne (2) nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschnüre (10) aus geflochtenen Glasfasern bestehen.
Helixantenne (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmige Trägerstruktur (7) eine Trägerschicht aus einem Faser-Geflechtschlauch aufweist.
Helixantenne (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faser-Geflechtschlauch ein Karbonfaser-Geflechtschlauch, ein Aramidfaser-Geflechtschlauch oder ein Glasfaser-Geflechtschlauch ist.
Helixantenne (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmigen Trägerstruktur (7) aus einer Mehrzahl schraubenlinienförmiger Abschnitte besteht, die mittels Klebverbindungen miteinander verbunden sind.
Helixantenne (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindungen Verbindungsstifte aus Faserverbundmaterial aufweisen.
Helixantenne (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmigen Abschnitte aus unterschiedlichen Fasermaterialien bestehen.
Helixantenne (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (8) aus Metall besteht.
Helixantenne (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (8) einen Geflechtschlauch aus Metall aufweist.
Antennenanordnung (1), mit einer faltbaren und entfaltbaren Helixantenne (2) mit einer schraubenlinienförmigen Trägerstruktur (7) aus Faserverbundstoff, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (8) versehen ist, insbesondere einer Helixantenne (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, und einer Reflektorplatte (3), an der die Helixantenne (2) befestigt ist.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Reflektorplatte (3) faltbare und entfaltbare radiale Antennenstäbe (11) angeordnet sind.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Antennenstäbe (11) durch Formelemente, die über den Umfang verteilt in der Reflektorplatte (3) angeordnet sind, passgenau und wieder lösbar mit der Reflektorplatte (3) verbunden sind.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Antennenstäbe (11) aus gewölbten Kupfer-Beryllium-Bändern bestehen und nach einem Umklappen in einer Nut (12) in der Umfangsfläche der Reflektorplatte (3) unterbringbar sind.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den radialen Antennenstäben (11) faltbare und entfaltbare tangentiale Antennenstäbe (13) angeordnet sind.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentialen Antennenstäbe (13) durch eine geeignete Teilung und Verbindungen mit elektrisch leitenden Festkörpergelenken (14), insbesondere aus Kupfer, in der Nut (12) in der Umfangsfläche der Reflektorplatte (3) unterbringbar sind.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeklappten radialen Antennenstäbe (11) und die gefalteten tangentialen Antennenstäbe (13) durch einen Faden niedergedrückt werden.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen und die tangentialen Antennenstäbe (11, 13) nach der Trennung des Fadens freigegeben werden und sich radial bzw. tangential ausrichten.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass an der Reflektorplatte (3) Halterungen (15) angeordnet sind, mit denen die Helixantenne (2) in ihrem gefalteten Zustand an der Reflektorplatte (3) gehalten ist.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (15) einen inneren Teil (16) und einen äußeren Bügel (17) aufweisen, wobei der innere Teil (16) fest mit der Reflektorplatte (3) und der äußere Bügel (17) gelenkig mit dem inneren Teil (16) verbunden ist.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bügel (17) die Helixantenne (2) in ihrem gefalteten Zustand hält.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 20 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bügel (17) der Halterungen (15) durch den Faden niedergedrückt wird.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch Trennen des Fadens sowohl die Windungen als auch die radialen und tangentialen Antennenstäbe (11, 13) der Helixantenne (2) gleichzeitig freigegeben werden.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Bügel (17) durch das Trennen des Fadens mittels Federn in eine arretierte Endlage gebracht werden.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorplatte (3) eine mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Kohlefaserverbundstoff-Sandwichplatte ist.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Helixantenne (2) so ausgebildet ist, dass ihr Steigungswinkel kontinuierlich kleiner wird und an der Reflektorplatte (3) nahezu den Wert Null besitzt.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Helixantenne (2) einen konstanten Steigungswinkel besitzt und in ihrem Anfangsbereich an der Reflektorplatte (3) ein Scharniergelenk aufweist, das einerseits im gefalteten Zustand der Helixantenne (2) die Steigung Null zulässt und andererseits im entfalteten Zustand der Helixantenne (2) durch einen Anschlag im Scharniergelenk den vordefinierten Steigungswinkel einstellt.
Antennenanordnung (1) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Helixantenne (2) mit konstantem Steigungswinkel und dem Scharniergelenk ein Stab mit einem weiteren Gelenk angeordnet ist.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Helixantenne (2) von einer zylindrischen Folie ummantelt ist.
Antennenanordnung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Helixantenne (2) mit einer elektrisch leitenden Oberfläche beschichtet ist.