DE69106443T2

DE69106443T2 - Doppelreflektor mit Gitter.

Info

Publication number: DE69106443T2
Application number: DE1991606443
Authority: DE
Inventors: Olivier Lach; Jean-Denis Lefebvre; Alain Noir
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JP3208154B2; FR2664750A1; FR2664750B1; EP0466579B1; ES2067178T3; EP0466579A1; JPH04253404A; DE69106443D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gitter- Doppelreflektor einer zwei Antennenreflektoren umfassenden Struktur, bestimmt zur Ausnutzung von mehreren Paaren Radiowellen gleicher Frequenz, wobei die Wellen eines Paares rechtwinklig zueinander polarisiert sind.
Man kennt Antennensysteme, die die Frequenz-Mehrfachausnutzung ermöglichen mit Hilfe von senkrecht polarisierten Quellen und Reflektoren. Solche Systeme sind sehr verbreitet auf dem Gebiet der Satellitenanwendungen. Für eine gegebene Frequenz werden zwei senkrecht polarisierte Wellen erzeugt durch zwei entkoppelte unterschiedliche Quellen; man verdoppelt so die Übertragungskapazität bei einem kompakten und leichten Antennensystem.
Die französischen Patentanmeldungen Nº 2 571 898 und 2 590 081, angemeldet am 15. Oktober 1985 bzw. am 12. November 1986 beschreiben Ausführungsbeispiele dieses Antennentyps mit Frequenz-Mehrfachausnutzung.
Generell weisen die bekannten Vorrichtungen zwei parabolisch-schalenförmige Reflektoren auf. In Figur 1 kann man ein Beispiel einer solchen Vorrichtung nach der vorhergehenden Technik sehen, die auch dem Antennen-Doppelreflektor ähnelt, der in dem Dokument GB-A-2 125 633 beschrieben ist.
Zwei parabolische Reflektoren 10, 12 sind übereinander angeordnet: der erste Reflektor 10 überdeckt den zweiten Reflektor 12.
Jede der Schalen der Reflektoren 10, 12 wird z.B. gebildet durch einen wabenförmigen Kern aus einem Kevlargewebe (Kevlar ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma E.I. Dupont), sandwichartig enthalten zwischen zwei Außenschichten, die ebenfalls aus Kevlar sind.
Im Innern jeder Schale, auf der sie bedeckenden Außenschicht, ist ein Gitter 14, 16 befestigt, hergestellt aus eng beieinanderliegenden parallelen Leitern, die so ausgerichtet sind, daß die Reflektoren polarisierte Wellen senkrecht reflektieren.
Die beiden Reflektoren 10, 12 sind fest miteinander verbunden durch Befestigungseinrichtungen mit einer peripheren Struktur 18, z.B. gebildet durch einen wabenförmigen Kern aus Kevlar und sandwichartig enthalten zwischen zwei Außenschichten aus Kevlar und ebenso gebildeten Stützrippen 20.
Kevlar wird gewählt wegen seiner Durchlässigkeit für Radiowellen, ist aber ein Material das teuer ist und schwierig zu bearbeiten, so daß die Herstellung der wabenartigen Strukturen langwierig und mühsam ist.
Zudem besitzen die bekannten Vorrichtungen zwei mit unterschiedlichen Gittern ausgestattete Reflektoren. Nun, die Herstellung dieser Gitter erfordert die Anwendung von sehr schwierig durchzuführenden mechanischen Verfahren.
Das Dokument FR-A-1 141 476 beschreibt ebenfalls ein System von Antennen, ausgerichtet auf zwei Rücksendereflektoren, vorn und hinten, wovon der hintere Reflektor, gebildet durch ein einfaches Blech, keine Selektivitätseigenschaft bezüglich der Polarisationsrichtung der zu reflektierenden Strahlung hat. Dieses Dokument beschreibt jedoch keine Filtereinrichtung zwischen den beiden Reflektoren zum Eliminieren aller Restkomponenten der für den ersten Reflektor bestimmten polarisierten Strahlung.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile, d.h. Herabsetzung der Herstellungskosten durch Reduzierung des Kevlar-Bedarfs und Vereinfachung der Ausführung eines Frequenz-Mehrfachausnutzungssystems durch Verwendung eines einzigen mit einem Gitter versehenen Reflektors, was heißt, daß der zweite Reflektor keines aufweist.
Dazu empfiehlt die Erfindung die Verwendung eines vorderen Reflektors, mit einem Gitter versehen, das so ausgerichtet ist, daß es linear polarisierten Radiowellen in einer bestimmten Polarisationsrichtung reflektiert, und einen hinteren Reflektor, der Radiowellen reflektieren kann ohne Polarisationsunterscheidung.
Daher erfordert der hintere Reflektor nur eine kontinuierliche und reflektierende Oberfläche, ohne Gitter, die aus einem weniger kostspieligen Material sein und dabei bessere mechanische Eigenschaften aufweißen kann (inbesondere eine bessere Steifigkeit) als Kevlar.
Die vorliegende betrifft genau einen Doppelreflektor nach Anspruch 1.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, beispielhaften und keinesfalls einschränkenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Figur 1, schon beschrieben und die vorhergehende Technik betreffend, stellt schematisch ein Reflektorensystem zur Frequenz-Mehrfachausnutzung dar,
- die Figur 2 ist eine schematische Ansicht eines mit einem erfindungsgemäßen Doppelreflektor versehenen Antennensystems,
- die Figur 3 ist eine schematische explodierte Ansicht eines Teils des vorderen Reflektors,
- die Figur 4 ist eine schematische explodierte Ansicht eines Teils des hinteren Reflektors,
- die Figur 5 stellt schematisch die Zusammenbaueinrichtungen des vorderen und des hinteren Reflektors dar,
- die Figuren 6A und 6B stellen schematisch die Positionierung der Innenrippen dar.
In Figur 2 sieht man eine schematische Darstellung eines Antennensystems, versehen mit einem erfindungsgemäßen Doppelreflektor.
Zwei Quellen S1 und S2 liefern Radiosignale derselben Frequenz, linear polarisiert und senkrecht zueinander. Diese Quellen S1 und S2 sind angeordnet auf einem Träger 22, der auch den Doppelreflektor 24 hält. Dieser letztere setzt sich zusammen aus zwei Reflektoren 26, 28, z.B. mit der Form eines abgeschnittenen Rotationsparabelstumpfs.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt der vordere Reflektor 26 total den hinteren Reflektor 28 und wird durch die Zusammenbaueinrichtungen 30 in einem bestimmten Abstand gehalten. Jedoch kann die Überdeckung der Reflektoren 26 und 28 auch partiell sein.
Der Abstand zwischen den Reflektoren ist so, daß die Brennachsen der Reflektoren parallel zueinander sind ohne jedoch zusammenzufallen. Die rotationsparabelförmigen Reflektoren bei der speziellen dargestellten Ausführung sind zentriert, und ihre Zentren (häufig Scheitelpunkte genannt) sind gegeneinander verschoben.
Der vordere Reflektor 26 ist so beschaffen, daß er eines der Radiosignale reflektiert (in diesem Beispiel das von der Quelle S1 kommende), während er durchlässig ist für das andere. Der hintere Reflektor 28 kann die gesamte Radiostrahlung reflektieren ohne Unterscheidung der Polarisation.
Die Figur 3 ist eine schematische explodierte Ansicht eines Teils des vorderen Reflektors. Dieser letztere umfaßt eine Schale 32, gebildet durch eine Wabenstruktur z.B. aus Kevlar oder jedem anderen Radiowellen durchlassenden Material mit adäquaten Steifigkeitseigenschaften. Die Schale 32 weist eine Dicke eK auf, die so gewählt wird, daß sie die radioelektrischen Leistungen des Doppelreflektors optimiert. Bei dem beschriebenen und dargestellten Beispiel, bei dem der Frequenzbereich von 10 bis 14 GHz reicht, wird die Dicke einer Kevlarstruktur gleich 6,35 mm gewählt; der Reflexionsfaktor der Struktur weist nämlich für diesen Wert annähernd ein Maximum auf. Auf ihrer Vorderseite ist die Schale 32 bedeckt durch eine Außenschicht 34, auch sie z.B. aus Kevlar.
Die Außenschicht 34 ist bedeckt durch ein Gitter 36, hergestellt aus elektrischen Leitern 38, so beabstandet, daß ihre Projektionen auf eine zur Brennachse des Reflektors senkrechte Ebene parallel zueinander sind; außerdem sind als Projektion auf diese Ebene die Länge und die Teilung dieser Leiter konstant. Diese Leiter 38 können z.B. Kupferbänder sein; sie sind entweder befestigt in einem für Radiowellen durchlässigen Medium, z.B. Polyamid, oder direkt verklebt mittels eines Klebers des Epoxy- Typs, der im Vakuum nicht vergast.
Einer vorteilhaften Ausführungsvariante entsprechend umfaßt der Doppelreflektor eine Filtriereinrichtung, die das Eliminieren jeglicher Restkomponente an durch den vorderen Reflektor reflektierter, linear polarisierter Strahlung ermöglicht, um ihre Reflexion durch den hinteren Reflektor zu vermeiden.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Filtriereinrichtung gebildet durch ein Gitter 40 aus Leitern, die angeordnet sind um eine linear polarisierte Radiostrahlung zu reflektieren, parallel zu der durch den vorderen Reflektor 26 reflektierten; dieses Gitter 40 wird getragen durch die Rückseite der Schale 32 des vorderen Reflektors. Die Projektionen der Filtrierleiter in eine zur Brennachse des Reflektors senkrechte Ebene sind parallel, untereinander und zu den Projektionen der Leiter des Stirngitters 36. Dieses zweite Gitter 40 wird auf ähnliche Weise hergestellt wie das Gitter 36.
Eine zweite Außenhaut 42, z.B. aus Kevlar, bedeckt das Filtriergitter 40.
Außer daß er eine Eliminierung jeglicher Restkomponente der durch den vorderen Reflektor 26 reflektierten Welle ermöglicht, verleiht das Filtriergitter 40 der Struktur des vorderen Reflektors 26 eine gewisse Symetrie, was den Vorteil ausweist, seine mechanische Festigkeit und seine Steifigkeit zu verbessern.
Die durch die Quelle S1 ausgesendete Radiostrahlung wird also durch den vorderen Reflektor 26 vollständig reflektiert. Hingegen ist dieser quasi-transparent (durch Konstruktion: Materialwahl, Gitterpositionierung) für die durch die zweite Quelle S2 ausgesendete Strahlung, die durch den hinteren Reflektor reflektiert wird.
Die Figur 4 ist eine explodierte schematische Ansicht eines Teils des hinteren Reflektors. Dieser ist imstande, jede Radiostrahlung zu reflektieren, unabhängig von ihrer Polarisierung: es genügt, wenn er eine kontinuierliche Oberfläche präsentiert, die die Radiowellen reflektiert. Er kann folglich ohne Gitter hergestellt werden und aus weniger kostspieligen Materialien, die besser zu bearbeiten sind und bessere thermomechanische Eigenschaften aufweisen als Kevlar.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Beispiel wird der hintere Reflektor 28 gebildet durch eine Schale 44 mit einer Wabenstruktur aus leitendem Material, z.B. Aluminium, sandwichartig enthalten zwischen zwei völlig gleichen Außenschichten 46, jede bestehend aus vier Schichten 48, z.B. aus Kohlenstoff-Fasern. Die Schale 44 weist eine Dicke eA auf, so gewählt, daß sie ein gutes thermomechanisches Verhalten des Doppelreflektors gewährleistet. Die Dicke eA wird z.B. für eine Aluminiumschale innerhalb eines Bereichs gewählt, der von 20 bis 40 mm geht. In dem beschriebenen Beispiel ist eA gleich 25 mm.
Auch die Anzahl der die Außenhaut 46 bildenden Schichten 48 wird gewählt, um ein gutes thermomechnisches Verhalten des Aufbaus sicherzustellen.
Die Ausrichtung der Kohlenstoff-Fasern jeder Schicht 48 wird so gewählt, daß sie einerseits die mechanische Festigkeit des Reflektors sicherstellen, aber auch so, daß dieser letztere für die Einsatztemperaturen einen Wärmeausdehnungsfaktor im wesentlichen gleich Null aufweist.
Die Figur 5 stellt schematisch die Montageeinrichtung dar, die die beiden Reflektoren miteinander verbindet.
Diese Montageeinrichtung ermöglicht die Einhaltung des Abstands zwischen den Reflektoren. Dieser Abstand variiert je nach Position auf dem Umfang eines Reflektors, zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand, diametral entgegengesetzt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Montageeinrichtungen gebildet durch eine periphere Struktur 50, zwei Innenversteifungen 52 in Form von parallelen Rippen und Abstandsstücken 54. Diese Elemente werden auf dem hinteren Reflektor gehalten durch Festkleben an Keilen 56, z.B. aus Kevlar oder jedem anderen für Radiowellen durchlässigen, die erforderlichen thermomechanischen Eigenschaften aufweisenden Material, die an dem hinteren Reflektor befestigt sind.
Die Keile 56 sind z.B. an dem hinteren Reflektor befestigt mittels mechanischen Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt), demontierbar oder nicht.
Die Keile 56 sind an der peripheren Struktur entlang verteilt, beiderseits der Innenversteifungen und der Abstandstücke 54.
Die die Montageeinrichtung bildenden Elemente sind auf der Rückseite des vorderen Reflektors 26 verklebt mittels eines nichtverstärkten isolierenden Klebstoffs.
Die periphere Struktur 50 ist wabenförmig, z.B. aus Kevlar. die Innenversteifungen 52 haben auch eine Wabenstruktur, z.B. aus Kevlar. Sie sind ausgespart zur Reduzierung ihrer Masse. Sie sind so angeordnet, daß sie möglichst wenig das Strahlungsdiagramm der Reflektoren stören.
Im Beispiel der Figur 6A ist die Projektion PR der Versteifungen 52 auf eine zu den Brennachsen AF der Reflektoren senkrechten Ebene parallel zu den Projektionen PC der Leiter des Gitters 38 des vorderen Reflektors 26.
Außerdem sind in beiden Fällen die Versteifungen 52 senkrecht befestigt an der Rückseite des vorderen Reflektors 26.
Die Kompensation der Verformungen des vorderen Reflektors, hervorgerufen durch Temperaturveränderungen, wird hergestellt durch die Abstandsstücke 54 aus Kevlar oder jedem anderen Material, das Radiowellen durchläßt und die erforderliche Steifigkeit aufweist. Diese Abstandsstücke 54 sind z.B. in regelmäßigen Abständen angeordnet auf einer zu den Innenversteifungen 52 parallelen Achse, die durch den Scheitelpunkt des hinteren Reflektors verläuft. Die auf jedem Reflektor befestigten Abstandsstücke 54 reduzieren die thermomechanischen Verformungen des vorderen Reflektors durch Belastung, indem sie sich abstützen auf dem hinteren Reflektor, der im wesentlichen einen Wärmeausdehnungsfaktor Null aufweist.
Ein erfindungskonformer Doppelreflektor ermöglicht eine Konstruktionsvereinfachung und eine Kostenreduzierung dank der Verwendung eines hinteren Reflektors, der imstande ist, jede Radiowelle zu reflektieren, unabhängig von ihrer Polarisierung. Außerdem ermöglichen die verwendeten Materialien, eine bessere thermomechanische Stabilität des Aufbaus zu erzielen.

Claims

1. Antennen-Doppelreflektor, welcher:

- einen vorderen Reflektor (26) umfaßt, der aus einem Körper (32) zusammengesetzt ist, welcher ein Gitter (36) von Leitern (38) unterstützt, das für die Reflexion einer linear polarisierten radioelektrischen Strahlung angeordnet ist,

- einen hinteren Reflektor (28) umfaßt, der fähig ist, eine radioelektrische Strahlung ohne Unterscheidung der Polarisation zu reflektieren,

- eine Montagevorrichtung (30) umfaßt, die fähig ist, den vorderen Reflektor (26) auf einen bestimmten Abstand vom hinteren Reflektor (28) zu halten, wobei der vordere Reflektor (26) zumindest teilweise den hinteren Reflektor (28) überlappt,

daduch gekennzeichnet, daß er ein Filtergerät (40) umfaßt, das zwischen dem vorderen Reflektor (26) und dem hinteren Reflektor (28) angeordnet ist und das fähig ist, alle zurückbleibenden Bestandteile der linear polarisierten Strahlung zu beseitigen, die durch den vorderen Reflektor (26) reflektiert werden, wobei das besagte Filtergerät (40) aus einem Gitter von Leitern gebildet wird, die angeordnet sind, um eine parallel linear polarisierte radioelektrische Strahlung auf die durch den vorderen Reflektor (26) reflektierte zu reflektieren, und daß der hintere Reflektor (28) eine wabenförmige Struktur (44) umfaßt, die zwischen zwei Außenschichten (46) geschichtet wird, von denen zumindest eine aus leitfähigem Material ist.

2. Doppelreflektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter zur Filterung durch die Rückwand des Körpers (32) des vorderen Reflektors (26) gestützt wird.

3. Doppelreflektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Reflektor (28) einen Wärmedehnungskoeffizienten genau gleich Null hat.

4. Doppelreflektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte wabenförmige Struktur (44) des hinteren Reflektors eine Dicke (eA) aufweist, die gewählt wird, um eine thermomechanische Widerstandsfähigkeit des Doppelreflektors zu optmieren.

5. Doppelreflektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte wabenförmige Struktur (44) aus Aluminium ist, die Dicke (eA) ist in einem Bereich zwischen 20 und 40 mm eingeschlossen.

6. Doppelreflektor gemäß Anspruch 1, wobei die Montagevorrichtung (30), die einerseits an der Rückseite des vorderen Reflektors und andererseits an der Vorderseite des hinteren Reflektors befestigt ist, eine Struktur um den Umfang (50) und mindestens zwei innere Versteifungen (52) in Form von Stützrippen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagevorrichtung außerdem ein Gerät (54) umfaßt, um Deformationen des vorderen Reflektors aufgrund von Temperaturschwankungen zu kompensieren, wobei das besagte Gerät zur Kompensation der Deformationen Stege (54) aus für radioelektrische Wellen quasi-durchlässigem Material umfaßt, wobei jeder dieser Stege (54) einerseits an der Rückseite des vorderen Reflektors und andererseits an der Vorderseite des hinteren Reflektors befestigt ist.

7. Doppelreflektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten inneren Versteifungen (52) eine Projektion (PR) auf eine Ebene (P) senkrecht zu den Brennachsen (AF) der Reflektoren (26, 28) aufweisen, wobei diese Projektion parallel zu den Projektionen (PC) der Leiter (38) des Gitters (36) des vorderen Reflektors (26) ist und daß die Versteifungen (52) senkrecht zur Rückseite des vorderen Reflektors (26) befestigt sind.

8. Doppelreflektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten inneren Versteifungen (52) eine Projektion (PR) auf eine Ebene (P) senkrecht zu den Brennachsen (AF) der Reflektoren (26, 28) aufweisen, wobei diese Projektion senkrecht zu den Projektionen (PC) der Leiter (38) des Gitters (36) des vorderen Reflektors (26) ist und daß die Versteifungen (52) senkrecht an der Rückseite des vorderen Reflektors (26) befestigt sind.