EP2190059A1 - Antenne à longue focale, compacte, robuste et testable au sol, monteé sur satellite - Google Patents

Antenne à longue focale, compacte, robuste et testable au sol, monteé sur satellite Download PDF

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EP2190059A1 EP09173375A EP09173375A EP2190059A1 EP 2190059 A1 EP2190059 A1 EP 2190059A1 EP 09173375 A EP09173375 A EP 09173375A EP 09173375 A EP09173375 A EP 09173375A EP 2190059 A1 EP2190059 A1 EP 2190059A1
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    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas

Definitions

  • the present invention relates to a long-throw antenna, compact, robust and testable on the ground, mounted on satellite, and by way of non-limiting example, on satellites whose height is less than the focal length of the antenna.
  • antennas of the "simple offset" type with a large diameter reflector require a significant focal length (greater than or equal to 1.5 times the diameter of the reflector) to avoid cross-polarization problems.
  • a focal length greater than or equal to 1.5 times the diameter of the reflector
  • the present invention relates to a long-throw antenna, compact, robust and testable on the ground, mounted on satellite, and by way of non-limiting example, on satellites whose height is less than the focal length of the antenna, this antenna to be lighter, more robust and less expensive than existing solutions, easily testable and not annoying other satellite equipment carrier, either in the stored position or in the deployed position of the antenna.
  • the antenna according to the invention is characterized in that it comprises a reflector which, in the stored position of the antenna, has its active face facing away from the support structure of the antenna, the rod of connection of the reflector with the deployment arm then being directed towards the top of the support structure, the articulation of this rod with the arm being at a degree of freedom in rotation, the deployment arm of the reflector being connected to the supporting structure the antenna by an articulation with at least one degree of freedom in rotation fixed to this structure, this arm being positioned between the reflector and the structure in the stored position of the antenna, the reflector then being applied against this structure.
  • the antenna 2 of the invention is fixed on the lateral face 3A of a support structure 3 supporting other devices not shown.
  • the source 4 of the antenna is fixed to the upper part of the structure 3.
  • the paraboloid reflector 5 of the antenna comprises at its rear face a radial fixing rod 6 integral with the rear face of the reflector (shell and / or all other rear structure).
  • the rod 6 is connected by a motorized articulation 7 (motorized by means of a leaf spring or a stepper motor) to a rotational degree of freedom at one end of the deployment arm 8 itself. reflector.
  • the other end of the arm 8 is connected by a hinge 9 to a secondary support 10, itself fixed on the structure 3.
  • the hinge 9 is at least one degree of freedom in rotation.
  • the hinge 9 is motorized and comprises one or two electric motors step-by-step, or a leaf spring (for a single degree of freedom in rotation).
  • the arm 8 is folded and is substantially parallel to the face 3A of the structure 3, the hinge 7 being pressed against the upper part of the face 3A.
  • the rod 6 and the reflector 5 are also pressed against this face 3A. In this position, the reflector 5 substantially does not extend beyond the sides of the face 3A.
  • the motorization - ensured by a spring (mechanical) or by a step-by-step motor (electric) - of the articulation 9 spreads the arm 8 of the face 3A , while that of the hinge 7 rotates the rod 6 which rotates about the axis of the hinge 7 (in figure 2 , the rod 6 is shown after being rotated by about 90 °).
  • Rod 6 rotates from its folded position ( figure 1 ) to the position of normal use of the reflector 5 (see Figures 3 and 4 ) at an angle of about 280 °, while the arm 8 rotates about 170 °.
  • the latter is oriented towards the Earth, while being, of course, positioned correctly with respect to the source 4.
  • the rotations of the arm 8 and the rod 6 can be synchronized, sequenced or simultaneous.

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Abstract

L'invention propose une solution au problème d'implantation d'antenne longue focale sur satellite, et à titre d'exemple non limitatif, sur les satellites dont la hauteur est inférieure à la longueur focale requise. Elle repose, d'une part, sur un réflecteur stocké « inversé et tête-en-bas », et d'autre part, sur une cinématique de déploiement mettant en oeuvre un long bras repris en partie haute du réflecteur via une articulation (1 axe) et un mécanisme de déploiement classique (1 ou 2 axes).

Description

  • La présente invention se rapporte à une antenne à longue focale, compacte, robuste et testable au sol, montée sur satellite, et à titre d'exemple non limitatif, sur les satellites dont la hauteur est inférieure à la longueur focale de l'antenne.
  • Certains engins spatiaux, et en particulier des satellites de télécommunication, doivent être munis d'antennes à grande longueur focale (par exemple supérieure à 3,5 m), ce qui permet d'optimiser leurs performances.
  • De par leur conception, les antennes du type « simple offset » à réflecteur de grand diamètre (par exemple d'au moins 2 m) requièrent une longueur focale importante (supérieure ou égale à 1,5 fois le diamètre du réflecteur) pour éviter les problèmes de polarisations croisées. Il en résulte que, suivant la hauteur de la plate-forme porteuse d'une telle antenne, son intégration sur cette plate-forme peut être très difficile, ce qui obligeait à choisir une solution complexe et lourde, et parfois cette intégration peut se révéler impossible, obligeant à choisir un autre type d'antenne plus lourde et plus chère.
  • Plus en détail, les solutions de l'art antérieur sont les suivantes:
    • Surélévation de la source de l'antenne : nécessite une structure porteuse de la source lourde et onéreuse, et le champ de vue de la source interfère avec la plate-forme et ses appendices. De plus, la face du satellite en vis-à-vis de la Terre est encombrée par la structure de support de la source, ce qui limite l'aménagement des autres antennes de la plate-forme.
    • Utilisation d'un mécanisme de déploiement comportant trois axes dont deux axes de déploiement sont disposés de part et d'autre du bras du réflecteur de l'antenne (un du côté de la plate-forme et un du côté du réflecteur). Dans cette solution, le bras et les ferrures sont spécifiques et complexes, le réflecteur effectue un retournement (non testable au sol) lors de son déploiement.
    • Antenne grégorienne : elle a une masse et un coût importants du fait qu'elle nécessite deux réflecteurs et des structures dédiées pour supporter la source et le réflecteur secondaire ; le contrôle thermique de la source est critique du fait que cette source est encaissée pour limiter l'encombrement vers l'extérieur du satellite, et la face tournée vers la Terre est encombrée par la structure porteuse du réflecteur secondaire, ce qui limite les possibilités d'aménagement des autres antennes.
    • Antenne bi-grilles : ce type d'antenne présente l'avantage de ne pas nécessiter beaucoup de longueur focale - son ratio focale/diamètre est de l'ordre de 1 - et on peut donc parvenir à aménager des diamètres importants sur des plates-formes de hauteur réduite. Cependant, l'encombrement en configuration stockée, dû à la hauteur du raidisseur périphérique entre ses deux coques, pose des problèmes de compatibilité avec les coiffes des lanceurs de taille standard.
  • La présente invention a pour objet une antenne à longue focale, compacte, robuste et testable au sol, montée sur satellite, et à titre d'exemple non limitatif, sur les satellites dont la hauteur est inférieure à la longueur focale de l'antenne, cette antenne devant être plus légère, plus robuste et moins chère que les solutions existantes, facilement testable et n'apportant pas de gêne aux autres équipements du satellite porteur, que ce soit en position stockée ou en position déployée de l'antenne.
  • L'antenne conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un réflecteur qui, en position stockée de l'antenne, a sa face active orientée à l'opposé de la structure de support de l'antenne, la tige de liaison du réflecteur avec le bras de déploiement étant alors dirigée vers le haut de la structure de support, l'articulation de cette tige avec le bras étant à un degré de liberté en rotation, le bras de déploiement du réflecteur étant relié à la structure porteuse de l'antenne par une articulation à au moins un degré de liberté en rotation fixée à cette structure, ce bras étant positionné entre le réflecteur et la structure en position stockée de l'antenne, le réflecteur étant alors appliqué contre cette structure.
  • Les notions de « haut » et « bas » des éléments considérés sont ici relatives à des éléments utilisée à bord d'un satellite évoluant dans l'espace, le « haut » étant la partie faisant face à la Terre de ces éléments.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel :
    • les figures 1 à 3 sont des vues schématiques de profil d'un mode de réalisation de l'aménagement de l'antenne conforme à l'invention en différentes phases de déploiement, et
    • la figure 4 est une vue de trois-quarts en perspective de la configuration de la figure 3.
  • Sur les figures du dessin, on n'a représenté que les éléments essentiels de l'antenne de l'invention et de sa structure de support nécessaires à la compréhension de l'invention. La flèche 1, dirigée vers le haut du dessin, indique la direction de la Terre, le satellite porteur étant supposé dans l'espace. Les figures 1 à 3 correspondent respectivement à l'état stocké, à un état intermédiaire du déploiement de l'antenne et à l'état déployé de l'antenne, la figure 4 étant une vue en perspective de la configuration de la figure 3, comme précisé ci-dessus.
  • L'antenne 2 de l'invention est fixée sur la face latérale 3A d'une structure de support 3 supportant d'autres dispositifs non représentés. La source 4 de l'antenne est fixée à la partie supérieure de la structure 3. Le réflecteur paraboloïde 5 de l'antenne comporte à sa face arrière une tige radiale de fixation 6 solidaire de la face arrière du réflecteur (coque et/ou toute autre structure arrière). La tige 6 est reliée par une articulation motorisée 7 (motorisée à l'aide d'un ressort à lame ou d'un moteur pas-à-pas) à un degré de liberté en rotation à une extrémité du bras 8 proprement dit de déploiement du réflecteur. L'autre extrémité du bras 8 est reliée par une articulation 9 à un support secondaire 10, lui-même fixé sur la structure 3. L'articulation 9 est à au moins un degré de liberté en rotation. En variante, l'articulation 9 est motorisée et comporte un ou deux moteurs électriques pas-à-pas, ou bien un ressort à lame (pour un seul degré de liberté en rotation).
  • Comme représenté en figure 1, à l'état stocké (antenne non encore en service), le bras 8 est replié et est sensiblement parallèle à la face 3A de la structure 3, l'articulation 7 étant plaquée contre la partie supérieure de la face 3A. La tige 6 et le réflecteur 5 sont également plaqués contre cette face 3A. Dans cette position, le réflecteur 5 ne dépasse pratiquement pas des côtés de la face 3A.
  • Comme représenté en figure 2, lors de la phase intermédiaire du déploiement de l'antenne 2, la motorisation - assurée par un ressort (mécanique) ou par un moteur pas-à-pas (électrique) - de l'articulation 9 écarte le bras 8 de la face 3A, tandis que celui de l'articulation 7 fait tourner la tige 6 qui tourne autour de l'axe de l'articulation 7 (en figure 2, la tige 6 est représentée après avoir subi une rotation d'environ 90°). La tige 6 tourne depuis sa position repliée (figure 1) jusqu'à la position d'utilisation normale du réflecteur 5 (voir figures 3 et 4) d'un angle d'environ 280°, tandis que le bras 8 effectue une rotation de 170° environ. Pour cette position d'utilisation normale du réflecteur 5, ce dernier est orienté vers la Terre, tout en étant, bien entendu, positionné correctement par rapport à la source 4. Les rotations du bras 8 et de la tige 6 peuvent être synchronisées, séquencées ou simultanées.

Claims (9)

  1. Antenne à longue focale, compacte, robuste et testable au sol, montée sur satellite, caractérisée en ce qu'elle comprend un réflecteur (5) qui, en position stockée de l'antenne (fig. 1), a sa face active orientée à l'opposé de la structure de support de l'antenne (3), la tige (6) de liaison du réflecteur avec le bras (8) de déploiement du réflecteur étant alors dirigée vers le haut de la structure de support, l'articulation (7) de cette tige avec le bras étant à un degré de liberté en rotation, le bras de déploiement étant relié à la structure porteuse de l'antenne par une articulation (9) à au moins un degré de liberté en rotation fixée à cette structure (3) (10), ce bras étant positionné entre le réflecteur et la structure en position stockée de l'antenne, le réflecteur étant alors appliqué contre cette structure.
  2. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'articulation (7) entre la tige (6) de liaison du réflecteur avec le bras (8) de déploiement du réflecteur est motorisée par un ressort à lame.
  3. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'articulation (7) entre la tige (6) de liaison du réflecteur avec le bras (8) de déploiement du réflecteur est motorisée par un moteur électrique pas-à-pas.
  4. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'articulation (9) reliant le bras (8) de déploiement du réflecteur à la structure porteuse de l'antenne (3) (10) est du type à un degré de liberté en rotation.
  5. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'articulation (9) est motorisée par un ressort à lame.
  6. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'articulation (9) est motorisée par un moteur électrique pas-à-pas.
  7. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'articulation (9) reliant le bras (8) de déploiement du réflecteur à la structure porteuse de l'antenne (3) (10) est du type à deux degrés de liberté en rotation.
  8. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'articulation (9) est motorisée par deux moteurs électriques pas-à-pas.
  9. Antenne à longue focale sur satellite selon la revendication 8, caractérisée en ce que, en position d'utilisation normale du réflecteur (5) (voir figures 3 et 4), l'un des deux axes de rotation est perpendiculaire à la face d'aménagement de l'antenne (3A).
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