DE69732067T2

DE69732067T2 - Reflektormaterial mit niedriger passiver Intermodulation (PIM)

Info

Publication number: DE69732067T2
Application number: DE69732067T
Authority: DE
Inventors: Robert L. Los Angeles Reynolds; John R. Bartholomew; Kenneth J. Schmidt
Original assignee: Hughes Electronics Corp
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: EP0825677A2; DE69732067D1; CA2210229C; US5885906A; CA2210229A1; EP0825677B1; EP0825677A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschenmaterial für einen Weltraumfahrzeug-Antennenreflektor, das ein Basismaterial und ein leitfähiges Material umfasst, wobei das Basismaterial aus Fasern eines dielektrischen Materials hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein HF reflektierendes Bauelement.
Ein solches Maschenmaterial und ein HF reflektierendes Bauelement sind aus dem Aufsatz "Development of Low PIM, Zero CTE Mesh For Deployable Communications Antennas", Proceedings of The Military Communications Conference (MILCOM), US, New York, IEEE, Vol. –, 1990, Seiten 1175–1178 bekannt.
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Materialien, insbesondere Maschenmaterialien, für Weltraumfahrzeug- oder Satelliten-Antennenreflektoren, und insbesondere ein Reflektormaterial mit geringer passiver Intermodulation.
Mehrkanal-Kommunikationssatelliten hoher Leistung für Land- und See-Mobilkommunikation leiden unter einer Interferenzquelle, die passive Intermodulation (PIM) genannt wird. Das grundlegende PIM-Phänomen wird durch Ströme verursacht, die in Komponenten fließen, die ein nicht lineares Spannungs-Strom-Verhalten besitzen. Diese Komponenten strahlen dann und die sich daraus ergebenden Signale werden als Rauschen im System aufgenommen. Diese nicht linearen Komponenten können harmonisches Rauschen in einem einzelnen Trägersystem verursachen, Intermodulation in einem Mehrfachträgersystem und sogar Intermodulation in einem Einzelträgersystem, bei dem es eine Aufnahme im System von anderen nahen Strahlungen gibt.
In den meisten früheren Kommunikationssystemen stellten die vielen Rauschfrequenzen kein wesentliches Problem dar. Die Amplitude des Rauschens war um viele Größenordnungen kleiner als das Signal. Weltraumkommunikationssysteme erfordern jedoch die Koexistenz von Übertragungen mit hoher Leistung und den Empfang geringer Leistung, häufig in den gleichen Hochfrequenz(HF)-Komponenten. Bedingt durch den Trend hin zu höherer Leistung, breiteren Bandbreiten und größerer Empfängerempfindlichkeit nimmt die Anfälligkeit neuer mobiler Kommunikationssatelliten bezüglich der PIM-Probleme zu.
Das Phänomen der passiven Intermodulation wird beispielsweise in "Passive Intermodulation Product Generation In High Power Communications Satellites," Ford Aerospace & Communications Corp., 1985, und in "Passive Intermodulation Interference in Communication Systems", ELECTRONICS & COMM. ENG. JOURNAL, Juni 1990, diskutiert.
Viele mögliche Ursachen von PIM wurden identifiziert, allerdings sind Lösungen für das Problem nicht immer erfolgreich aufgefunden worden. Ebenfalls ist jedes Weltraumfahrzeugdesign einzigartig und hat seine eigenen Probleme. Einige allgemeine Lösungen zu dem Problem umfassen die Ausführungsqualität, gründliche Testprozeduren und die geeignete Wahl von Komponenten und Materialien.
Um Schutz gegenüber einigen PIM-Signalen (sowie anderen Umweltfaktoren) bereitzustellen, verwenden Kommunikationssatelliten und andere Weltraumfahrzeuge typischerweise Schutzdecken mit PIM-Schildern über dem Hauptkörper des Weltraumfahrzeugs. Diese Schutzdecken verwenden im Allgemeinen leitfähige Folien und dünne Filmmaterialien, oder Kohlenstoff-gefüllte und dünne Filmmaterialien. PIM-Schutz wird ebenfalls bei Hilfs- und/oder hervorragenden Komponenten, wie Antennen und Antennengruppen, benötigt.
Die meisten Satelliten verwenden ein Paar von Antennen und können ein Reflektornetz zur Übertragung und/oder Empfang von Signalen von Bodenstationen umfassen. Das Netz wird auf der Innenseite der konkaven Flächen der Parabolreflektoren positioniert. Um Interferenz zu minimieren, wird typischerweise eine Sendeantenne auf einer Seite des Weltraumfahrzeugkörpers und eine Empfangsantenne auf der gegenüberliegenden Seite positioniert. Satelliten mit einer einzelnen Doppelzweckantenne sind typischerweise effizienter und sparen wesentlich Kosten, Hardware und Gewicht. Einzelne Antennen auf Weltraumfahrzeugen haben ebenfalls die Fähigkeit, eine gemeinsame Antenneneinspeisung, Filtersystem, Reflektor und Galgen zu verwenden, die ebenfalls Gewicht und Kosten sparen. Einzelantennen-Weltraumfahrzeuge werden jedoch nicht favorisiert auf Grund möglicher Interferenzprobleme, typischerweise durch PIM verursacht.
Antennen auf Satelliten und anderen Weltraumfahrzeugen funktionieren in üblicher Weise im Bereich von 100 MHz bis 100 GHz, obgleich die Missionen in breitem Umfang variieren können von kommerziell, wissenschaftlich oder militärisch. Die Antennenreflektoren reichen typischerweise von 30–50 Fuß oder mehr im Durchmesser. Diese großen Antennen werden entworfen, um zur Unterbringung und zum Transport in die Umlaufbahn faltbar zu sein und um wieder in ihre volle Größe entfaltbar zu sein, wenn das Weltraumfahrzeug sein Ziel erreicht hat. Wo Maschenreflektoren verwendet werden, wird ein flexibles Maschenmaterial typischerweise über eine Rippe oder einen anderen Typ von Struktur gespannt, die eine parabolische Schüsselform besitzt. In der Vergangenheit wurde das Netz bzw. die Masche für die Antennen aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt, einschließlich metallisierten Materialien, Fiberglas, Polyestermaterialien, synthetischen Materialien, faserförmige Metallmaterialien und Ähnliches und Kombinationen davon. Metallische Maschen bzw. Netze werden beispielsweise in Levy et al., "Metallic Meshes for Deployable Spacecraft Antennas," SAMPLE JOURNAL (May/June 1973) diskutiert.
US-A-5,411,795 zeigt ein Verfahren zur stromlosen Abscheidung von Metall auf Oberflächen, wobei ein katalytisches Metall von einem Trägerpolymer getragen wird, das hohen Temperaturen und Spannungen der Extrusionsprozesse und des Reinigens widerstehen kann. Ein metallbeschichteter Artikel wird bereitgestellt, indem zuerst ein Polymerfilm als Zwischenträgerpolymerschicht auf einem Substrat ausgebildet wird und dann Metall auf die Zwischenschicht abgeschieden wird.
Der zuvor erwähnte Aufsatz "Development of Low PIM, Zero CTE Mesh For Deployable Communications Antennas" betrifft entfaltbare Maschentypreflektoren für Weltraumantennen-Anwendungen. Der Aufsatz erwähnt die Forderung nach geringer passiver Intermodulationsprodukterzeugung. Ferner wird die Entwicklung eines Verbundnetzes aus Kevlar und Berylliumkupfer beschrieben. Wie bei früheren Netzen sind ein platiertes Polyester und ein Molybdän-gestricktes Netz erwähnt. Entsprechend dem Aufsatz stellte das platierte Kevlar den Gegenstand eines Entwicklungsversuches dar. Dieser Versuch war nicht erfolgreich auf Grund einer nicht adäquaten Verbindungsstärke an der Schnittstelle zwischen Metall und Kevlar, was dafür sorgt, dass sich das Metall vom Kevlar löst. Als erfolgreicher Versuch wurde ein Maschen- bzw. Netzgewebe eines Garns präsentiert, der Kevlargarn und Metallfasern umfasste. Das sich daraus ergebende Netz ist ein Verbundnetz aus Kevlar-umwickelten Kupfer, Be-Draht.
Es ist eine grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Materialien für Weltraumfahrzeug- oder Satellitenantennen bereitzustellen. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Material bereitzustellen, wie beispielsweise ein Maschen- bzw. Netzmaterial, für einen Antennenreflektor, der eine niedrige passive Intermodulation (PIM) besitzt. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein metallisiertes entfaltbares Reflektormaterial bereitzustellen, das eine Verbesserung gegenüber bekannten metallisierten Materialien darstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein PIM schützendes Material für eine Weltraumfahrzeugantenne vorzusehen, das die Verwendung einer einzelnen Empfänger/Sender-Antenne auf einem Weltraumfahrzeug oder einem Satelliten erlaubt. Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirksames Material mit niedriger passiver Intermodulation bereitzustellen, um ausreichend äußere Quellen passiver Intermodulation abzudecken, ohne inhärent ein wesentliches passives Intermodulationspotenzial zu erzeugen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein schützendes bzw. Schutzmaterial bereitzustellen, das die inhärente PIM(Selbstkontakt PIM)-Erzeugung verhindert, und externes PIM abschirmt. Zusätzlich ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein passives Intermodulationsmaterial mit geringem Gewicht, ökonomisch hinsichtlich der Herstellung bereitzustellen, das leicht an eine Struktur angepasst werden kann und verbesserte thermische Eigenschaften besitzt.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Material für einen entfaltbaren Reflektor mit akzeptabler Reflexionsfähigkeit, Gewicht, mechanischen Eigenschaften, thermischen Eigenschaften und Lichtübertragungseigenschaften vorzusehen, das sein maximales inhärentes (oder Selbstkontakt) passives Intermodulationspotenzial auf einen Pegel reduziert, der im Wesentlichen die Systemleistung nicht beeinflusst.
Die vorgenannten Aufgaben werden von einem Maschenmaterial erreicht, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Die vorherigen Aufgaben werden ferner von einem HF reflektierenden Bauelement erreicht, wie es in Anspruch 9 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein passives Intermodulationsmaterial, das eine bestimmte metallisierte entfaltbare Schicht aufweist. Das Material ist bevorzugt ein Maschenmaterial und als Reflektor auf einer Antenne positioniert, die von einem Weltraumfahrzeugkörper nach außen hervorsteht. Das Basismaterial der Netz- bzw. Maschenschicht ist ein dielektrisches Gewebe, vorzugsweise Kevlar. Ein leitfähiges Material, wie bei spielsweise Nickel, wird auf das dielektrische Gewebe in dem dielektrischen Netz aufgebracht. Die Dicke der leitfähigen Materialien wird eingestellt, um die endgültige Leitfähigkeit der reflektiven Oberfläche auf einen vorbestimmten Bereich zu regulieren, vorzugsweise zwischen 0,01 und 10 Ohm pro Quadrat. Dieser vorbestimmte Bereich reduziert PIM, während er gleichzeitig einen hohen Grad an HF-Reflexionsvermögen aufrecht erhält.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein gewebtes Netz aus Nickel-platierten Araconfasern eingesetzt. Diese Fasern umfassen Kevlarfäden und jede Faser ist individuell mit Nickel platiert. Die Dicke der Platierung und die Leitfähigkeit des Nickels sind so, dass der spezifische Oberflächenwiderstand des Netzes so ausfällt, dass er in einen vorspezifizierten PIM-Reduktionsbereich fällt. Die PIM-Reduktion wird auf das gesättigte PIM-Potenzial einer hochleitenden Oberfläche normalisiert, wie beispielsweise Aluminium oder Gold. Durch Ausgleichen dieser Faktoren zwischen PIM und dem Reflexionsverlust wird ein Gleichgewicht hergestellt, das das PIM-Risiko wesentlich reduziert, während ein ausreichendes HF-Reflexionsvermögen aufrecht erhalten bleibt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung umfassen Bauteile mit Schichten aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Silber und Gold, die im Vakuum als ein dünner Film auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht werden, wie beispielsweise ein Kunststoffmaterial, Kevlar oder Ähnliches. Die Dicke des Films und damit der spezifische Oberflächenwiderstand wird durch die Auftragsdicke gesteuert.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine PIM-Schutzschicht bereitgestellt, die die Verwendung einer einzelnen Antenne für ein Weltraumfahrzeug ermöglicht und die damit einhergehenden Gewichts-, Kosten- und Raumvorteile liefert.
Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen.
1 zeigt ein gewebtes Maschenmaterial unter Verwendung der vorliegenden Erfindung;
1A ist eine Querschnittsansicht einer Litze eines Maschenmaterials, wie in 1 gezeigt, wobei die Ansicht entlang der Linie 1A-1A aus 1 und in Richtung der Pfeile genommen wird;
2 zeigt ein Weltraumfahrzeug und zeigt die Verwendung der vorliegenden Erfindung auf einem Reflektor;
3 ist ein Diagramm, das das Reflexionsvermögen im freien Raum einer homogenen Oberfläche als Funktion des spezifischen Oberflächenwiderstandes darstellt;
4 ist ein Diagramm, das die vorhergesagte inhärente PIM-Reduktion zwischen den verschiedenen Materialien zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die vorhergesagte inhärente PIM-Reduktion für ein Nickel-Aracon-Netz zeigt;
6 ist ein Diagramm, das das gemessene Reflexionsvermögen und den Durchgangsverlust für ein Nickel-Aracon-Netz zeigt; und
7 ist ein Diagramm, das einen inhärenten PIM-Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung und einem bekannten Gold-Molybdän-Netz zeigt.
Wendet man sich nun der 1 zu, ist dort ein PIM schützendes Netz- bzw. Maschenmaterial 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Maschenmaterial 10 umfasst eine Vielzahl von Basismaterialfasern 12, die zu einem Gewebenetz verwoben sind.
Das Basismaterial 12 für das Netz ist vorzugsweise eine dielektrische Faser, wie beispielsweise Kevlar^®. Ein leitfähiges Material 14, wie beispielsweise Nickel oder ein äquivalentes Material, wird auf die dielektrischen Fasern des Netzes 10 aufgebracht. Dies ist in 1A gezeigt. Die Dicke des leitfähigen Materials wird eingestellt, um die endgültige Leitfähigkeit der reflektierenden Oberfläche auf einen vorbestimmten Bereich zu bringen, der das PIM reduziert und gleichzeitig einen hohen Grad an HF-Reflexionsvermögen aufrecht erhält. Die vorliegende Erfindung liefert ein Netz für einen entfaltbaren Reflektor mit akzeptablem Reflexionsvermögen, Gewicht, mechanischer Eigenschaft, thermischer Eigenschaft und Lichtübertragungseigenschaft. Gleichzeitig reduziert die Erfindung das "inhärente" (oder Selbstkontakt) PIM-Potenzial auf einen Pegel, der nicht in der Lage ist, die Leistung des Satellitensystems wesentlich zu beeinflussen. Insbesondere besitzt die Erfindung den Vorteil, dass sie die Oberflächenleitfähigkeit reduziert, um die übertragene HF-Energie aus selbsterzeugenden übermäßigen PIM zu begrenzen, während eine Gesamtoberflächenleitfähigkeit aufrecht erhalten wird, die ausreichend hoch ist, um ein ausreichendes HF-"Freiraum"-Reflexionsvermögen zu halten. Erfindungsgemäß ist das metallisierte Netz 10 in der Lage, ein Minimum von 97% der HF-Energie zu reflektieren, während gleichzeitig die inhärente PIM (oder Selbst-PIM) um zumindest –40 dB reduziert wird. Vorzugsweise reduziert die vorliegende Erfindung das inhärente PIM zwischen –2 und –70 dB und insbesondere zwischen –3 bis –55 dB.
Die vorliegende Erfindung kann bei L-Band-Diplexreflektoren in bekannten Weltraumfahrzeugen angewandt werden. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Antennenreflektor ist in 2 gezeigt. Die Erfindung reduziert wesentlich das Risiko von In-Umlaufbahn-PIM auf PIM-empfindliche Programme. Dies ermöglicht eine größere Freiheit der Benutzung und reduziert Test- und Nacharbeitungszeit während der Weltraumfahrzeugentwicklung und der Ergänzungen.
Wie in 2 gezeigt, ist eine Antenne 20 über einen Arm oder Galgen 22 mit einem Weltraumfahrzeug oder einem Satellitenkörper 24 verbunden. Wenn die Antenne 20 entfaltet ist, bildet der Reflektor 28 eine Parabolstruktur. Eine Vielzahl von radialen Rippen 26 werden in einer elliptischen Konfiguration entfaltet und bilden eine parabolförmige Reflektorschüssel 28. Das metallische Maschenmaterial 10 ist an den Rippen 26 angebracht. Wenn die Antenne entfaltet ist, wird das Netz in eine konkave Form innerhalb der Parabolschüssel gestreckt bzw. gespannt und bildet den Reflektor für die Antenne. Die radialen Rippen sind dünn und flexibel, um das Maschengewebe zu stützen und die Parabolkontur aufrecht zu erhalten. Die Rippen können aus einem Metall oder einem Verbundmaterial hergestellt sein.
Eine Antenneneinspeisung 30 für die Antenne ist auf dem Weltraumfahrzeugkörper 24 positioniert. Die Einspeisung besitzt eine Gruppe von Antennen-Einspeisungen oder -Tassen.
Wenn das Weltraumfahrzeug oder der Satellit in die Umlaufbahn transportiert wird, ist die Antenne zu einem kleinen Paket gefaltet. Dies ist in gestrichelten Linien gezeigt und mit dem Bezugszeichen 20' gekennzeichnet. Sobald das Weltraumfahrzeug im All positioniert ist, wird die Antenne 20 in die Form entfaltet und positioniert, wie in 2 gezeigt.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das metallisierte Reflektornetz am L-Band ein gewebtes 0,125 Inch-Trikotzellennetz von Nickel-platierten Araconfasern. Aracon ist eine Faser, die von DuPont Corporation hergestellt wird und aus einem 55 Denier Kevlar^®-Faden besteht, der aus 24 × 0,0006 Inch-Fasern in einer 0,004 Fasergröße zusammengesetzt ist. In dem Araconprozess wird jeder der Kevlar^®-Filamente individuell und gleichförmig mit Nickel platiert. Um den gewünschten spezifischen Netzoberflächenwiderstand zu erreichen, wird die Dicke der Platierung mittels dem spezifischen linearen Widerstand (Ohm pro Fuß) der 55 Denier-Faser spezifiziert.
Die Leitfähigkeit der Nickelplatierung ist so, dass der spezifische Oberflächenwiderstand des 55 Denier-Trikotnetzes designt bzw. entworfen werden kann, um in den gewünschten PIM-Reduktionsbereich zu fallen. Die vorhergesagte inhärente PIM-Reduktion des 0,125 Aracon-Netzmaterials ist in 5 gezeigt. Die PIM-Reduktion, die in der Kurve 36 gezeigt ist, zeigt die Reduzierung des "gesättigten" PIM als Funktion des spezifischen Oberflächenwiderstands der bevorzugten Netzkonfiguration an. In diesem Bezug wird die PIM-Reduzierung auf das gesättigte PIM-Potenzial einer perfekt leitenden Oberfläche, wie beispielsweise Aluminium oder Gold, normalisiert.
3 ist ein Diagramm, das das Reflexionsvermögen im freien Raum einer widerstandsbehafteten Oberfläche anzeigt. Das Diagramm zeigt den Reflexionsverlust einer homogenen widerstandsbehafteten Oberfläche. Die Kurve 40 zeigt den reflektierten Verlust in dBs als Funktion des spezifischen Oberflächenwiderstands in Ohm pro Quadrat. Weltraumfahrzeughochfrequenz(HF)-Reflektorverluste sind normalerweise –0,1 dB oder weniger. Oberflächen mit Verlusten zwischen –0,1 dB und –0,5 dB sind in speziellen Anwendungen nützlich. Oberflächen mit Verlusten größer als –0,5 dB wären in den meisten Anwendungen wahrscheinlich nicht praktikabel.
Eine inhärente (Selbstkontakt) PIM-Reduktion ist mit spezifischen Widerständen größer als 0,1 Ohm/Quadrat für hochleitende Oberflächen möglich – wie Aluminium oder Gold. Somit ist der Bereich der spezifischen Widerstände zwischen 0,1 Ohm/Quadrat und 10 Ohm/Quadrat sowohl hinsichtlich des Reflexionsverlustes als auch der PIM-Reduktion praktikabel. Entsprechend der vorliegenden Erfindung liegt der Bereich des spezifischen Widerstands zwischen 0,01 und 10 Ohm pro Quadrat, vorzugsweise zwischen 1–2 Ohm pro Quadrat. Durch Ausgleichen der Faktoren zwischen PIM und Reflexionsverlust kann ein Gleichgewicht hergestellt werden, um das PIM-Risiko wesentlich zu reduzieren, während ein ausreichendes HF-Reflexionsvermögen aufrecht erhalten bleibt.
4 ist ein Diagramm oder Schaubild, das ein Vergleich der inhärenten PIM-Reduktion und des spezifischen Oberflächenwiderstands für verschiedene Materialien zeigt. Der Vergleich wird zwischen einer homogenen Oberfläche von hochleitenden Metallen wie Aluminium, Gold oder Silber und einer Maschenoberfläche vorgenommen, die aus Nickel oder Nickel-platiert ist. Die y-Achse ist die PIM-Amplitude normalisiert auf den schlechtesten Pegel einer Aluminium-, Gold- oder Silber-PIM-Quelle. Die x-Achse ist der spezifische Oberflächenwiderstand in Ohm/Quadrat einer Oberfläche, die aus den spezifischen Materialien konstruiert ist.
Die Kurve 50 zeigt das vorhergesagte PIM-Verhalten einer Aluminiumoberfläche. Die Kurve 52 zeigt das vorhergesagte PIM-Verhalten einer Nickel-Netzoberfläche. Das Diagramm zeigt einen Vorteil der PIM-Reduktion in beiden Materialien zwischen den Werten 0,1 Ohm/Quadrat und 10 Ohm/Quadrat des spezifischen Oberflächenwiderstands. Die Nickel-beschichtete Maschenoberfläche (52) produziert ein geringeres PIM als die Aluminiumoberfläche (50) bei geringeren spezifischen Widerständen und die Aluminiumoberfläche erzeugt ein geringeres PIM bei den höheren spezifischen Widerständen.
4 zeigt, dass obgleich beide Materialien als HF reflektierende Oberflächen mit geringem PIM im Bereich der spezifischen Widerstände zwischen 0,1 bis 10 Ohm/Quadrat brauchbar sind, die Nickel-Maschenoberfläche (52) insbesondere nützlich ist bei HF-Reflektoranwendungen mit sehr geringem PIM. Dies liegt an dessen inhärentem geringem PIM-Verhalten in den "unteren" spezifischen Widerstandsbereichen und führt zu einer einzigen Kombination der geringen inhärenten PIM-Antwort und dem geringen Re flexionsverlust. Der nützliche Bereich der spezifischen Oberflächenwiderstände für ein Nickel-Netz wie in 4 gezeigt beträgt 0,01 bis 10 Ohm/Quadrat bei Reflektoranwendungen.
Wie zuvor angegeben, zeigt 5 die vorhergesagte inhärente PIM-Reduktion für ein Nickel-aracon-Netz. Wie gezeigt besitzt das Netz- bzw. Maschenmaterial exzellentes PIM-Verhalten im gesamten 0,01 bis 10 Ohm/Quadrat-Bereich des spezifischen Widerstands.
Ein Aracon-Netz entsprechend der zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsform wurde elektrisch getestet. Der spezifische Oberflächenwiderstand wurde zwischen 2,1 Ohm pro Quadrat und 2,5 Ohm pro Quadrat gemessen. Die in 6 gezeigte Kurve zeigt den gemessenen spezifischen HF-Widerstand und den Durchgangsverlust. Wie in 6 gezeigt, ist der dB-Verlust als Funktion der Hochfrequenz in Gigahertz (GHz) gezeigt.
Ein "inhärenter" PIM-Vergleich wurde ebenfalls für das Aracon-Netz vorgenommen, um es mit dem bekannten Gold-Molybdän-Netz zu vergleichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in 7 gezeigt. Die Kurve, die den schlechtesten Fall der siebten Ordnung des inhärenten PIM in dBm relativ zu der übertragenen Flussdichte (in mw/cm²) zeigt, die Gold-Molybdän-Netzkurve, ist durch Bezugszeichen 60 gekennzeichnet. Dagegen ist die Kurve, die die vorliegende Erfindung benutzt, durch das Bezugszeichen 62 gezeigt. Wie in 7 dargestellt, gewährleistet somit die vorliegende Erfindung eine wesentliche Reduzierung bezüglich bekannter Metallnetzschichten, die für HF-Reflektoroberflächen benutzt werden.
Erfindungsgemäß kann die reflektierende Fläche mit geringem PIM aus einem Nickelmetall-Material hergestellt sein, entweder einem radialen Nickel-Material oder einem beschichteten Nickel-material. Zusätzlich kann die reflektierende Oberfläche mit geringem PIM aus anderen Metallmaterialien hergestellt sein, wie beispielsweise Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer, und kann als dünner Film auf ein dielektrisches Substrat abgeschieden sein, wie beispielsweise Mylar, Kapton, ein Kunststoffmaterial oder Ähnliches. Der dünne Film könnte auch die Oberfläche im Vakuum aufgebracht werden, oder kann in jeder anderen herkömmlichen Art und Weise aufgetragen sein.
Das Material mit der erfindungsgemäßen Oberfläche darauf wird bevorzugt als Reflektor für Weltraumfahrzeugantennen verwendet, aber es kann ebenso gut für andere Reflektoren oder reflektorartige Oberflächen benutzt werden. Das Material kann entweder eine feste Oberfläche oder ein Netz des gleichen Typs sein, und der Schlüssel besteht darin, die Dicke der metallisierten Schicht zu steuern, um den Bereich des spezifischen Widerstands zu kontrollieren, um ein Verhalten mit geringerem PIM aufrecht zu erhalten. Wie zuvor angedeutet, liegt der Bereich des spezifischen Widerstands vorzugsweise bei 0,01 bis 10 Ohm pro Quadrat.
Wenn das Metallmaterial platiert ist, wird die Dicke und damit der spezifische Oberflächenwiderstand durch die Platierungsdicke gesteuert. Wenn das Metallmaterial als ein dünner Film ausgebildet ist, wird die Dicke und damit der spezifische Oberflächenwiderstand durch die Abscheidungsdicke gesteuert. Die Schicht kann eine einzelne homogene reflektierende Schicht sein, ein metallisches Gitter, ein metallischer Ballon oder Ähnliches sein.
Während die besten Modi zur Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der hier angesprochene Fachmann, dass verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zur Umsetzung der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, möglich sind.

Claims

Maschenmaterial für einen Weltraumfahrzeug-Antennenreflektor (28) mit einem Basismaterial (12) und einem leitenden Material (14), wobei das Basismaterial (12) aus Fasern eines dielektrischen Materials gemacht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material (14) auf das Basismaterial (12) aufgetragen ist, wobei die Dicke des leitendem Materials (14) so eingestellt ist, dass der spezifische Oberflächenwiderstand größer als 0,01 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags der inhärenten PIM-Erzeugung, und dass der spezifische ohmsche Oberflächenwiderstand kleiner ist als 10 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags des HF-Reflexionsverlustes.
Maschenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material (14) Aracon-Material umfasst, das auf die Fasern plattiert ist.
Maschenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Kevlar-Faden umfassen und das leitende Material (14) Nickel ist.
Maschenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Fasern mit Nickel beschichtet ist.
Maschenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Oberflächenwiderstand des Maschenmaterials eine Funktion der Dicke des leitenden Materials (14) ist.
Maschenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschenmaterial (10) einen spezifischen Oberflächenwiderstand besitzt, der ausgewählt ist, um die inhärente passive Intermodulationserzeugung zu begrenzen, während gleichzeitig eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit gehalten wird, um ein HF-Reflexionsvermögen im Vakuum aufrechtzuerhalten.
Verfahren zum Herstellen eines Maschenmaterials für einen Weltraumfahrzeug-Antennenreflektor (28) mit den Schritten: Bereitstellen von Maschen aus dielektrischen Fasern (12); Beschichten der Fasern (12) mit einem leitenden Material (14); Einstellen der Beschichtung des leitenden Materials derart, dass der spezifische Oberflächenwiderstand größer ist als 0,01 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags der inhärenten PIM-Erzeugung und dass der spezifische Oberflächenwiderstand kleiner ist als 10 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags des HF-Reflexionsverlustes.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt des Sicherns des Maschenmaterials an einer Weltraumfahrzeug-Antenne (20).
HF-Reflexionselement (12), gekennzeichnet durch eine darauf vorgesehene leitende Schicht (14, die im Wesentlichen ein Metallmaterial umfasst, wie bspw. ein Metallmaterial mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand größer als 0,01 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags der inhärenten PIM-Erzeugung und weniger als 10 Ohm pro Quadrat zum Begrenzen des Betrags des HF-Reflexionsverlustes, und es eine inhärente PIM-Reduzierung zwischen –2 bis –70 dB besitzt.
HF-Reflexionselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial Nickel ist.
HF-Reflexionselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial aus der Gruppe entnommen ist, die Kupfer, Aluminium, Gold und Silber umfasst.
HF-Reflexionselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht eines Metallmaterials auf das Element im Vakuum aufgebracht wird.