EP2351148B1 - Structure deployable et systeme antennaire a membranes comprenant une telle structure - Google Patents

Structure deployable et systeme antennaire a membranes comprenant une telle structure Download PDF

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EP2351148B1
EP2351148B1 EP09736214.9A EP09736214A EP2351148B1 EP 2351148 B1 EP2351148 B1 EP 2351148B1 EP 09736214 A EP09736214 A EP 09736214A EP 2351148 B1 EP2351148 B1 EP 2351148B1
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pantographs
membranes
antenna
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deployable
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Nelson Fonseca
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H01Q15/161—Collapsible reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/18—Reflecting surfaces; Equivalent structures comprising plurality of mutually inclined plane surfaces, e.g. corner reflector
    • H01Q15/20—Collapsible reflectors
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
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    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements

Definitions

  • the invention relates to a deployable structure supporting at least one membrane and more particularly its use in an antenna system whose membranes constitute the main radiating structure and in particular those that can be embedded on a satellite system.
  • Deployable structures are frequently used on satellites to meet congestion requirements under headgear during launch.
  • Deployable is a structure whose stored volume is less than the volume after deployment.
  • Deployable structures are particularly suitable for the mechanical design of antennas, whose area projected in a given direction expressed in wavelengths strongly conditions the radiation performance.
  • the membrane antennas Associated with a carrier structure and a deployment system, the membrane antennas have the advantage of being of a small footprint when they are in storage configuration.
  • These antennas also generally have a substantially lower weight than rigid antennas of equivalent size.
  • the storage volume must be compatible with under-the-head layout constraints.
  • the carrier structure and the associated deployment mechanism must provide sufficient rigidity to obtain a good surface condition, the latter feature having a direct impact on the electromagnetic performance of the antenna.
  • the gain of the antenna is degraded when the surface state is not in conformity.
  • Unwanted radiation side lobes, backward radiation, cross polarization
  • the nonconformity of the surface condition may be due to the accuracy of the supporting structure itself or the mechanical forces and vibrations undergone.
  • beat phenomena in the direction orthogonal to the plane of the antenna can substantially affect the surface state.
  • the quality of the surface condition and the possible relative positioning of the membranes is generally defined in proportion to the wavelength.
  • the choice of the carrier structure is therefore particularly important not to lead to mechanical oversizing, resulting in increased weight and bulk.
  • a deployable membrane antenna must satisfy several constraints: a small bulk in storage configuration, a large size in deployed configuration, a precise holding structure and which is more capable of withstanding mechanical forces, and a reduced mass compared to its equivalent in rigid technologies.
  • the invention relates to a deployable structure for obtaining a membrane antenna with a large radiating aperture while maintaining a low storage volume.
  • the structure of the invention offers additional rigidity compared to deployable antennas of known type, in particular to minimize the effects of flapping in the direction orthogonal to the plane of the antenna.
  • the structure of the invention makes it possible to ensure a good surface state of the deployed membranes by the addition of transverse bars on which the membrane or membranes rest.
  • the invention relates to a deployable structure defined according to the features of claim 1.
  • each membrane takes place in a general direction which is vertical to the base of the structure and more specifies in a direction that corresponds to that given by the shape of the pantographs implemented.
  • the shape of the deployed structure is given by the profile of the pantographs: straight, parabolic or such that the deployed structure has a hexagonal or trapezoidal shape.
  • such a structure can have a height of two meters and more depending on the mechanical constraints, weight and flatness required specific to the targeted application, and more particularly to the operating frequency.
  • the invention relates to an antenna system comprising a deployable structure according to the first aspect of the invention.
  • the invention relates to a satellite system comprising at least one antenna system according to the second aspect of the invention.
  • the figure 1 schematically illustrates a satellite 10 comprising two deployable structures 11. In storage configuration, the deployable structures are folded over the central portion 12 of the satellite.
  • the figure 2 illustrates a deployed structure 11, comprising two membranes M, used in a antennasystem type direct radiation network.
  • each membrane M directly emit the energy transmitted to them by the appropriate power supply circuit, usually also printed.
  • the structure deployed in this example has a parallelepipedal shape.
  • the pantographs 20 are arranged in parallel manner, on either side of the membranes M to be deployed.
  • transverse bars 21 for connecting the pantographs in particular to the ends of the structure Thanks to these crossbars the mechanical strength of the structure is guaranteed.
  • transverse bars 21 also contribute to the flatness of the membranes M.
  • the entire bearing structure including pantograph 20 and transverse bars 21, can be made with standard materials in space applications of aluminum or carbon type.
  • the structure naturally offers a controllable dimension in the direction orthogonal to the main plane of the antenna.
  • This dimension is controllable in that it depends directly on the dimensioning of the pantograph.
  • This aspect makes it possible to ensure a good relative positioning of the different necessary membranes.
  • the membranes M make it possible to include all radio-frequency functions of known type and necessary for the use of this structure in an antennasystem of the direct radiation network type, reflector network or transmitting network, also called lens.
  • a membrane M can act as a ground plane, while another comprises the radiating elements.
  • the ground plane makes it possible in particular to minimize the backward radiation, which is usually undesired for operating modes of the direct radiation network or reflector network type.
  • the printed elements do not require a ground plane.
  • the supply circuit or additional stacked type radiators may optionally be printed on one or more additional membranes.
  • the advantage of printing the supply circuit on a separate membrane is to reduce the coupling with the radiating elements and thus improve the overall performance of the antenna, while the stacked type of radiating structures usually expand the frequency band.
  • membrane By membrane is meant a flexible material of relatively thin thickness radially electrically on which it is possible to make a metallization deposit (copper for example) in order to achieve patterns corresponding to radio-frequency functions mentioned above.
  • the material used for the membrane may be Kapton.
  • the figure 3 illustrates a deployed structure 11 similar to that of the figure 2 used in an antenna system of reflector or lens array type further comprising a plurality of printed patterns R disposed on each membrane M and a source S arranged opposite.
  • the electromagnetic energy is radiated by the source S and is reflected or transmitted by the network of printed elements.
  • the reflector arrays and lenses as described above are advantageous in that a planar surface is generally simpler to achieve than a surface formed for a given surface surface precision.
  • the reflector or transmitter network consists of a plurality of elementary patterns whose shape changes the phase of the reflection coefficient or transmission respectively.
  • the phase of the reflection or transmission coefficient respectively must compensate for the phase shift induced by the difference of electrical paths between a flat surface and the parabolic surface having its focus at the source S.
  • the figure 5 illustrates a deployable structure comprising two membranes M, each membrane comprises a plurality of reflectors R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are printed in a so-called pallet arrangement.
  • Each of the sources S 1 , S 2 , S 3 , S 4 is respectively associated with a reflector R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and is pointed in its direction.
  • FIGS. 6a, 6b, 6c illustrate different possible orientations for the two pantographs allowing the deployment of the structure.
  • the figure 6a allows to obtain a parallelepiped-shaped expanded structure already described above.
  • This arrangement has the advantage of having rigid transverse bars, as opposed to the other orientations envisaged.
  • this orientation allows forms of highly rectangular antennas, allowing a significant directivity along an axis only.
  • This mode of radiation is regularly used in radar and radiometer applications.
  • the type of antenna associated is usually a direct radiation network, but a reflector or transmitter network mode of operation can also be envisaged for certain specific applications.
  • the figure 6b allows to obtain a deployed structure in the form of hexagon.
  • This form of structure is interesting for increasing the directivity of the antenna while having a geometric similarity between the two main axes defining the plane of the antenna.
  • This last feature allows sectional diagrams of radiant field distant strongly similar in the two main orthogonal planes of the antenna, interesting property for some applications as in telecommunications for example.
  • This shape may have an interest in direct or indirect radiation mode (reflector network or lens).
  • the Figure 6c allows to obtain a deployed trapezoidal structure.
  • the deployment is always carried out in a direction perpendicular to the base of the structure.
  • the figure 7 illustrates a side view of a deployed structure with pantographs 20 with a parabolic or circular profile. Such profiles make it possible to improve the radio-frequency performance of the antenna in reflector network configuration.
  • FIGS. 8a, 8b illustrate the deployment of a pantograph 20.
  • a pantograph consists of a plurality of rigid strands 200, 201 arranged in scissors and such that a tightening of the base produces an elongation of the pantograph.
  • the figure 8a shows a pantograph 20 in stored configuration
  • the figure 8b shows the same pantograph 20 in deployed configuration.
  • pantograph in question is said to be regular in that all the constituent strands have the same length.
  • the figure 9 illustrates a pantograph with a parabolic profile.
  • the pantograph Due to its nature, the pantograph has a greater rigidity in the plane containing it. On the other hand, it may be subject to beat phenomena in the direction orthogonal to the plane containing it.
  • the proposed structure has a good arrangement of these pantographs ensuring better mechanical strength of the assembly.
  • pantographs minimize the flapping phenomena in the direction orthogonal to the plane containing the membrane or membranes, while the assembly consisting of the opposite arrangement and the transverse bars ensures a good mechanical strength in the plane.
  • pantographs For a detailed geometric description of pantographs one can refer to A. Kaveh, A. Davaran, "Analysis of Pantograph Foldable Structures", August 1994 .
  • FIGS 10a, 10b, 10c illustrate the deployment of the complete supporting structure, comprising the two facing pantographs 20 and the transverse bars 21.
  • the carrier structure changes from the stored state to the fully deployed state.
  • This deployment can be carried out in known manner either by a motor in rotation associated with a mechanism based on son whose winding produces a voltage to extend the pantograph or by a motor producing a linear displacement of one of the ends pantograph base.
  • the other end at the base of the pantograph is attached to the interface with the satellite via a pivot link.
  • the membranes M may for example be attached to the pantographs 20 by tensioning systems. They can also be attached at the cross bars.
  • the membrane in the storage position can either be left free - it folds then following the carrier structure - or be wrapped around a suitable structure at the base of the pantograph.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
  • L'invention concerne une structure déployable supportant au moins une membrane et plus particulièrement son utilisation dans un système antennaire dont les membranes constituent la structure rayonnante principale et notamment celles pouvant être embarquées sur un système satellite.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Les structures déployables sont fréquemment utilisées sur les satellites afin de répondre aux contraintes d'encombrement sous coiffe lors du lancement.
  • On entend par déployable une structure dont le volume stocké est inférieur au volume après déploiement.
  • On parle de structure dépliable lorsque le volume stocké est égal au volume en opération.
  • Les structures déployables sont particulièrement appropriées pour la conception mécanique d'antennes, dont l'aire projetée dans une direction donnée exprimée en longueurs d'ondes conditionne fortement les performances en rayonnement.
  • Ainsi lorsqu'une forte directivité est demandée ou lorsque la fréquence de fonctionnement est relativement basse, des antennes de grandes dimensions sont nécessaires.
  • Au delà de deux à trois mètres, les solutions dépliables ne peuvent généralement plus répondre aux contraintes d'aménagement sous coiffe.
  • Parmi les solutions d'antennes déployables connues, de nombreuses réalisations s'appuient sur des technologies membranes.
  • Associées à une structure porteuse et un système de déploiement, les antennes membranes présentent l'avantage d'être d'un encombrement faible lorsqu'elles sont en configuration de stockage.
  • Ces antennes présentent aussi en général un poids sensiblement inférieur à des antennes rigides de dimensions équivalentes.
  • Lorsqu'une antenne de grandes dimensions est nécessaire, plusieurs problèmes contraignant la conception doivent être considérés.
  • Tout d'abord, le volume de stockage doit être compatible avec des contraintes d'aménagement sous coiffe.
  • En outre, la structure porteuse et le mécanisme de déploiement associé doivent assurer une rigidité suffisante afin d'obtenir un bon état de surface, cette dernière caractéristique ayant un impact direct sur les performances électromagnétiques de l'antenne.
  • Plus précisément, le gain de l'antenne est dégradé lorsque l'état de surface n'est pas conforme.
  • Des rayonnements non désirés (lobes secondaires, rayonnement arrière, polarisation croisée) peuvent également être accentués.
  • La non-conformité de l'état de surface peut être due à la précision de la structure porteuse en elle-même ou aux efforts mécaniques et vibrations subis.
  • En particulier, pour des antennes de grandes dimensions, des phénomènes de battement dans la direction orthogonale au plan de l'antenne peuvent affecter sensiblement l'état de surface.
  • De plus, lorsque plusieurs membranes sont nécessaires pour réaliser la fonction d'antenne (généralement, deux voire davantage de membranes parallèles), la précision du positionnement relatif est particulièrement importante pour assurer de bonnes performances en adaptation et rayonnement.
  • La qualité de l'état de surface et du positionnement relatif éventuel des membranes est généralement définie proportionnellement à la longueur d'onde.
  • Typiquement, une précision de l'ordre du vingtième de la longueur d'onde est nécessaire.
  • Le choix de la structure porteuse est donc particulièrement important pour ne pas conduire à un surdimensionnement mécanique, avec pour conséquence une masse et un encombrement accrus.
  • Ainsi, une antenne membrane déployable doit satisfaire à plusieurs contraintes : un faible encombrement en configuration de stockage, une grande taille en configuration déployée, une structure de maintien précise et qui plus est capable de supporter des efforts mécaniques, et une masse réduite par rapport à son équivalent en technologies rigides.
    • PRESENTATION DE L'INVENTION
  • L'invention concerne une structure déployable permettant d'obtenir une antenne membrane avec une ouverture rayonnante de grandes dimensions tout en conservant un volume de stockage faible.
  • La structure de l'invention offre une rigidité supplémentaire par rapport aux antennes déployables de type connu, notamment afin de minimiser les effets de battement selon la direction orthogonale au plan de l'antenne.
  • En outre, la structure de l'invention permet d'assurer un bon état de surface des membranes déployées par l'ajout de barres transverses sur lesquels reposent la ou les membranes.
  • Ainsi selon un premier aspect, l'invention concerne un structure déployable définie selon les caractéristiques de la revendication 1.
  • Le déploiement de chaque membrane s'effectue dans une direction générale qui est à la verticale de la base de la structure et de manière plus précise dans une direction qui correspond à celle donnée par la forme des pantographes mis en oeuvre. Ainsi, la forme de la structure déployée est donnée par le profil des pantographes : droit, parabolique ou tel que la structure déployée ait une forme hexagonale ou trapézoïdale.
  • En configuration déployée, une telle structure peut avoir une hauteur de deux mètres et plus en fonction des contraintes mécaniques, de poids et de planéités exigées propre à l'application ciblée, et plus particulièrement à la fréquence de fonctionnement.
  • Selon un second aspect, l'invention concerne un système antennaire comprenant une structure déployable selon le premier aspect de l'invention.
  • Selon un troisième aspect, l'invention concerne un système satellite comprenant au moins un système antennaire selon le second aspect de l'invention.
    • PRESENTATION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
    • la figure 1 illustre schématiquement un satellite ;
    • la figure 2 illustre une structure déployable selon l'invention utilisée dans un système antennaire de type réseau à rayonnement direct ;
    • la figure 3 illustre une structure déployable selon l'invention utilisée dans un système antennaire de type réseau réflecteur ou transmetteur alimentée par un élément rayonnant en vis-à-vis ;
    • la figure 4 illustre deux structure déployables selon l'invention utilisées dans un système antennaire de type réseau à rayonnement direct ;
    • la figure 5 illustre une structure déployable selon l'invention utilisée dans un système antennaire comportant plusieurs réseaux réflecteurs ou transmetteurs selon un arrangement dit en palette avec un élément rayonnant en vis-à-vis par réseau ;
    • les figures 6a, 6b, 6c illustrent plusieurs configurations de membranes déployées avec différents profils pour les pantographes en regard ;
    • la figure 7 illustre une vue de profil d'une structure déployable permettant une surface autre que plane ;
    • les figures 8a, 8b illustrent le principe de déploiement d'un pantographe mis en oeuvre pour déployer la structure porteuse ;
    • la figure 9 illustre un pantographe s'étendant selon une direction à profil parabolique ;
    • les figures 10a, 10b, 10c illustrent différentes phases du déploiement de la structure porteuse.
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • La figure 1 illustre schématiquement un satellite 10 comprenant deux structures 11 déployables. En configuration de stockage, les structures déployables sont repliées sur la partie centrale 12 du satellite.
  • La figure 2 illustre une structure 11 déployée, comprenant deux membranes M, utilisée dans un système antennaire de type réseau à rayonnement direct.
  • Les composants imprimés R (à titre illustratif représentés ici tous identiques) sur chaque membrane M émettent directement l'énergie qui leur est transmise par le circuit d'alimentation approprié, usuellement également imprimé.
  • La structure déployée sur cet exemple a une forme parallélépipédique.
  • Les pantographes 20 sont disposés de manière parallèle, de part et d'autre des membranes M à déployer.
  • Pour accroître la rigidité de la structure déployée, on peut disposer des barres 21 transversales pour relier les pantographes notamment aux extrémités de la structure. Grâce à ces barres transversales la tenue mécanique de la structure est garantie.
  • Ces barres transversales 21 contribuent également à la planéité des membranes M.
  • L'ensemble de la structure porteuse, incluant pantographe 20 et barres transversales 21, peut être réalisée avec des matériaux usuels en applications spatiales de type aluminium ou carbone.
  • Il est à noter que la structure offre naturellement une dimension contrôlable dans la direction orthogonale au plan principal de l'antenne.
  • Cette dimension est contrôlable en ce qu'elle dépend directement du dimensionnement du pantographe.
  • Cet aspect permet d'assurer un bon positionnement relatif des différentes membranes nécessaires.
  • Les membranes M permettent d'inclure toutes les fonctions radio-fréquences de type connues et nécessaires à l'utilisation de cette structure dans un système antennaire de type réseau à rayonnement direct, réseau réflecteur ou réseau transmetteur, encore appelé lentille.
  • En particulier, une membrane M peut jouer le rôle de plan de masse, tandis qu'une autre comprend les éléments rayonnants.
  • Le plan de masse permet en particulier de minimiser le rayonnement arrière, habituellement non désiré pour des modes de fonctionnement de type réseau à rayonnement direct ou réseau réflecteur.
  • Dans le cas d'un mode de fonctionnement de type lentille, les éléments imprimés ne nécessitent pas de plan de masse.
  • Le circuit d'alimentation ou des éléments rayonnants supplémentaires de type empilés peuvent éventuellement être imprimés sur une ou plusieurs membranes supplémentaires.
  • L'intérêt d'imprimer le circuit d'alimentation sur une membrane séparée est de réduire le couplage avec les éléments rayonnants et ainsi d'améliorer les performances globales de l'antenne, tandis que les structures rayonnantes de type empilées permettent usuellement d'élargir la bande de fréquences.
  • On entend par membrane un matériau souple de faible épaisseur relativement transparent radio-électriquement sur lequel il est possible de faire un dépôt de métallisation (du cuivre par exemple) afin de réaliser des motifs correspondant aux fonctions radio-fréquences mentionnées ci-dessus.
  • Le matériau utilisé pour la membrane peut être du Kapton.
  • La figure 3 illustre une structure 11 déployée similaire à celle de la figure 2 utilisée dans un système antennaire de type réseau réflecteur ou lentille comprenant en outre une pluralité de motifs imprimés R disposés sur chaque membrane M et une source S disposée en regard.
  • L'énergie électromagnétique est rayonnée par la source S puis est réfléchie ou transmise par le réseau d'éléments imprimés.
  • L'intérêt des réseaux réflecteurs (en anglais, « reflect array ») et des réseaux transmetteurs ou lentilles (en anglais, « transmit array » ou « lens ») est de permettre des performances en rayonnement avec une surface plane comparables à celles d'une antenne réflecteur de forme parabolique connue pour focaliser l'énergie et donc assurer en théorie une directivité d'antenne maximale.
  • Les réseaux réflecteurs et les lentilles tels que décris ci-dessus sont avantageux en ce qu'une surface plane est généralement plus simple à réaliser qu'une surface formée pour une précision d'état de surface donnée.
  • Le réseau réflecteur ou transmetteur est constitué d'une pluralité de motifs élémentaires dont la forme modifie la phase du coefficient de réflexion ou transmission respectivement.
  • Pour assurer un fonctionnement optimal du réseau réflecteur ou transmetteur, la phase du coefficient de réflexion ou transmission respectivement doit compenser le décalage en phase induit par la différence de chemins électriques entre une surface plane et la surface parabolique ayant son foyer au niveau de la source S.
  • Afin d'accroître la surface de rayonnement dans le cas d'une structure en rayonnement direct, il est possible de positionner deux structures 11 déployables de part et d'autre du centre 12 d'un satellite tel qu'illustré sur la figure 4.
  • La figure 5 illustre une structure déployable comprenant deux membranes M, chaque membrane comprend plusieurs réflecteurs R1, R2, R3, R4 sont imprimés selon un agencement dit en palette.
  • Chacune des sources S1, S2, S3, S4 est associée respectivement à un réflecteur R1, R2, R3, R4 et est pointée dans sa direction.
  • Les figures 6a, 6b, 6c illustrent différentes orientations possibles pour les deux pantographes permettant le déploiement de la structure.
  • La figure 6a permet d'obtenir une structure déployée en forme de parallélépipède déjà décrite ci-dessus.
  • Cet agencement présente l'avantage d'avoir des barres transversales rigides, par opposition aux autres orientations envisagées.
  • D'un point de vue électromagnétique, cette orientation permet des formes d'antennes fortement rectangulaires, permettant une directivité importante selon un axe uniquement. Ce mode de rayonnement est régulièrement employé dans les applications radars et radiomètres.
  • Le type d'antenne associé est usuellement un réseau à rayonnement direct, mais un mode de fonctionnement en réseau réflecteur ou transmetteur peut aussi être envisagé pour certaines applications spécifiques.
  • La figure 6b permet d'obtenir une structure déployée en forme d'hexagone.
  • Cette forme de structure est intéressante pour accroître la directivité de l'antenne tout en ayant une similitude géométrique entre les deux axes principaux définissant le plan de l'antenne. Cette dernière caractéristique permet des diagrammes en coupe de rayonnant en champ lointain fortement similaires dans les deux plans orthogonaux principaux de l'antenne, propriété intéressante pour certaines applications comme en télécommunications par exemple.
  • Cette forme peut avoir un intérêt en mode de rayonnement direct ou indirect (réseau réflecteur ou lentille).
  • La figure 6c permet d'obtenir une structure déployée en forme de trapèze.
  • Cette forme de structure est intéressante pour une implantation d'antenne de type palette telle que décrite précédemment (voir figure 5). En effet, dans ce type de configuration, les réflecteurs ou lentilles les plus dépointés ont généralement besoin d'avoir un diamètre plus important afin de compenser certains phénomènes de pertes radio-fréquence (pertes par débordement ou rendement de surface dégradé).
  • Pour chacune de ces orientations, le déploiement s'effectue toujours dans une direction perpendiculaire à la base de la structure.
  • Pour les configurations illustrées sur les figures 6b et 6c la séquence de déploiement nécessite des barres transversales extensibles.
  • On préférera utiliser des technologies connues de barres extensibles avec point d'arrêt ou blocage en fin de déploiement afin d'assurer une meilleure rigidité de l'ensemble de la structure.
  • La figure 7 illustre une vue de côté d'une structure déployée avec des pantographes 20 à profil parabolique ou circulaire. De tels profils permettent d'améliorer les performances radio-fréquences de l'antenne en configuration réseau réflecteur.
  • Plus précisément, ils permettent d'élargir la bande passante de l'antenne en réduisant les différences de chemin électrique entre la forme réelle de l'antenne et la parabole équivalente. De ce fait, le déphasage nécessaire au niveau des éléments rayonnants qui réfléchissent l'énergie électromagnétique émise par la source est moins important.
  • Les figures 8a, 8b illustrent le déploiement d'un pantographe 20.
  • Un pantographe est constitué d'une pluralité de brins rigides 200, 201 agencés en ciseaux et tels qu'un resserrement de la base produit un allongement du pantographe.
  • Pour illustrer ce point, la figure 8a présente un pantographe 20 en configuration stockée, tandis que la figure 8b présente le même pantographe 20 en configuration déployée.
  • Le pantographe en question est dit régulier en ce que tous les brins le constituant possèdent la même longueur.
  • En définissant judicieusement les longueurs respectives de chaque brin, il est possible d'obtenir les profils parabolique ou circulaire mentionnés précédemment.
  • La figure 9 illustre un pantographe a profil parabolique.
  • De part sa nature, le pantographe présente une rigidité supérieure dans le plan le contenant. Il peut par contre être sujet à des phénomènes de battement dans la direction orthogonal au plan le contenant.
  • Pour cette raison, la structure proposée présente un bon agencement de ces pantographes assurant une meilleure tenue mécanique de l'ensemble.
  • En particulier, les pantographes minimisent les phénomènes de battement dans la direction orthogonale au plan contenant la ou les membranes, tandis que l'ensemble constitué de la disposition en regard et des barres transversales assure une bonne tenue mécanique dans le plan.
  • Pour une description géométrique détaillée des pantographes on peut se référer à A. Kaveh, A. Davaran, « Analysis of pantograph foldable structures », Aout 1994.
  • Les figures 10a, 10b, 10c illustrent le déploiement de la structure porteuse complète, comprenant les deux pantographes 20 en regard et les barres transversales 21. La structure porteuse passe de l'état stocké à l'état totalement déployé.
  • Ce déploiement peut s'opérer de façon connue soit par un moteur en rotation associé à un mécanisme à base de fils dont l'enroulement produit une tension permettant d'allonger le pantographe soit par un moteur produisant un déplacement linéaire d'une des extrémités en base du pantographe.
  • Dans les deux cas, l'autre extrémité en base du pantographe est fixée à l'interface avec le satellite par une liaison pivot.
  • En fonction des contraintes de planéité, liées directement à la fréquence de fonctionnement de l'antenne, différents modes de fixation des membranes peuvent être envisagés.
  • Les membranes M peuvent par exemple être attachées aux pantographes 20 via des systèmes de mise en tension. Elles peuvent également être attachées au niveau des barres transversales.
  • En fonction du mode de fixation retenue, la membrane en position de stockage peut soit être laissée libre - elle se replie alors en suivant la structure porteuse - soit être enroulée autour d'une structure adéquat en base du pantographe.
  • Dans cette dernière configuration, les points de fixation de la membrane seraient limités. Mais en contrepartie, le stockage en rouleau évite l'apparition de plis sur la membrane pouvant dégrader l'état de surface pour des fonctionnements à plus hautes fréquences.
  • Dans le cas où la membrane est juste repliée, un système de mise en tension est nécessaire pour assurer la planéité des membranes et la disparition des plis précédemment mentionnés.

Claims (9)

  1. Structure déployable comprenant :
    - une base (B) ;
    - une pluralité de membranes (M) supportant au moins un élément imprimé ayant la fonction d'antenne ;
    - une pluralité de pantographes (20) destinée à déployer les membranes ;
    caractérisée en ce que chaque membrane (M) est supportée par deux pantographes en regard, identiques et disposés de part et d'autre de la membrane (M) qu'ils supportent, les membranes se repliant avec les pantographes et en ce que les pantographes sont réguliers de sorte que la structure se déploie dans une direction (D) perpendiculaire à la base (B), la forme de la structure déployée étant donnée par le profil des pantographes.
  2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pantographes sont parallèles de sorte que la structure déployée forme un parallélépipède.
  3. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pantographes sont configurés de sorte que la structure déployée forme un trapèze.
  4. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pantographes sont configurés de sorte que la structure déployée forme un hexagone.
  5. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pantographes ont un profil parabolique ou circulaire.
  6. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pantographes sont reliés par au moins une barre transversale destinée à assurer la rigidité de la structure déployée.
  7. Système antennaire à membranes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une structure déployable selon l'une des revendications précédentes.
  8. Système antennaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que son mode de fonctionnement est choisi parmi le groupe suivant : de type réseau à rayonnement direct, réseau réflecteur ou lentille.
  9. Système satellitaire comprenant au moins un système antennaire à membranes selon la revendication précédente.
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