EP3326237A1 - Ensemble de réflecteurs d'antennes électromagnétiques - Google Patents

Ensemble de réflecteurs d'antennes électromagnétiques

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EP3326237A1
EP3326237A1 EP16736217.7A EP16736217A EP3326237A1 EP 3326237 A1 EP3326237 A1 EP 3326237A1 EP 16736217 A EP16736217 A EP 16736217A EP 3326237 A1 EP3326237 A1 EP 3326237A1
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EP
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reflectors
fiber
composite material
tubular structure
resin composite
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Gaelle KERKOUR
Laurent KALCHMAN
Florian LEBORGNE
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ArianeGroup SAS
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1207—Supports; Mounting means for fastening a rigid aerial element
    • H01Q1/1228—Supports; Mounting means for fastening a rigid aerial element on a boom
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to sets of reflectors for electromagnetic antennas. Although not exclusively, it is particularly suitable for implementation in artificial communication satellites.
  • Electromagnetic antenna reflector assemblies are already known comprising two shell-shaped reflectors, secured to one another by means of a common support.
  • the two reflectors and said common support can even be made in a single molding piece.
  • these known antenna reflector assemblies are mechanically and thermally coupled to one another via said common support, so that the thermoelastic deformations of one are transmitted to the other and all the thermoelastic deformations of the reflectors can combine to amplify their negative effects on the performance of the associated antennas.
  • these known antenna reflector assemblies must have a common high mass carrier and may only include reflectors of identical technology.
  • the known antenna reflector assemblies are made according to particular antenna configurations, which can not be adapted to different configurations.
  • the assembly comprising at least two electromagnetic antenna reflectors, said reflectors having the shape of shells and said shells being borne by a common support, is remarkable in that:
  • said shells are made of a fiber-resin composite material
  • said common support is a tubular structure consisting of fiber-resin composite tube sections assembled to each other;
  • said shells are individually fastened to said tubular structure by means of spacer tabs.
  • the shells and the common support are made of fiber-resin composite material, in particular based on carbon fibers and epoxy resin, said assembly may be light, especially since said shells may be thin, while preserving excellent mechanical properties;
  • the common support is in the form of a tubular assembly, it is easily adaptable to a plurality of different configurations;
  • spacers preferably also made of fiber-resin composite material, are interposed between said shells and the common support, the thermal and mechanical couplings between said shells by means of the common support are practically eliminated;
  • one of the reflectors in the set can work in a frequency band below the Ka band, while another reflector is working in the latter band or in the Q / V band.
  • the shell of the reflector can be perforated, which further lowers the mass and makes it insensitive to acoustic stresses.
  • said pipe sections of the tubular structures are assembled to one another by means of sleeves, also of fiber-resin composite material, to which they are fixed by gluing.
  • the spacer tabs may also be made of a composite fiber-resin material and have the shape of a bracket whose branch is glued to the convex face of the corresponding shell and whose other branch is glued to a tube section of the tubular structure. Such a spacer tab makes it possible to maintain a gap between the reflector shell and the tubular structure and thus to decouple said reflector shell from the latter.
  • said tubular structure in the case where said set of reflectors is mounted on the body of an artificial satellite so as to be able to occupy a folded position and then an extended position, it is advantageous for said tubular structure to comprise at least one arm allowing the articulation of said set of reflectors on said satellite body.
  • Figure 1 is a rear view of an embodiment of the set of antenna reflectors according to the present invention, to see the common support and the convex rear face of said reflectors.
  • Figure 2 is also a rear view of an alternative embodiment of the set of antenna reflectors according to the present invention.
  • FIGS. 3, 4 and 5 illustrate examples of assembly sleeve for the pipe sections of the common supports of the reflector assemblies of FIGS. 1 and 2.
  • Figure 6 shows, in schematic section, a spacer tab connecting the convex rear face of a reflector to a tube section of the common support.
  • FIG. 7 illustrates a nonlimiting exemplary embodiment of the perforated structure of an antenna shell working in a frequency band below the Ka band.
  • the exemplary embodiments R1 and R2 of sets of electromagnetic antenna reflectors each comprise a tubular structure S 1 or S 2 constituted by the assembly of tube sections T of fiber-composite composite material.
  • resin for example based on carbon fibers and epoxy resin.
  • the pipe sections T are assembled to one another by means of casing sleeves M, also made of fiber-resin composite material, in which the ends of the pipe sections T are nested and glued together.
  • the casing sleeves M may also be made of a composite material based on carbon fibers and epoxy resin and may have different shapes.
  • casing sleeves M respectively adapted to the assembly of two sections of tube T at right angles, to the assembly of two sections of FIG. obtuse angle tube T and the assembly of three sections of tube T.
  • other types of sleeves M than those illustrated in Figures 4, 5 and 6 can be used.
  • the tubular structures S1 and S2 serve as a common support for at least two antenna reflectors.
  • the tubular structure S 1 of FIG. 1 carries two reflectors A1 and A2, whereas the tubular structure S2 of FIG. 2 bears three reflectors A1, A2 and A3.
  • Each of the reflectors A1, A2 and A3 is constituted by a thin shell C of fiber-resin composite material (see FIG. 6), preferably made of a carbon fiber-epoxy resin composite material.
  • the structure of its thin shell C may be solid or perforated.
  • the days of said shell may be formed by meshes m formed in the interlacing of the strands of fibers F constituting said shell.
  • the fiber locks F of the fiber interlacing forming its shell C do not provide any mesh between them. so that said shell is full.
  • each of the reflectors A 1, A2, A3 are individually fastened to the tubular structures S1 and S2 by means of spacer tabs E.
  • the spacer tabs E have the form of bracket whose one branch is glued to the convex face f of the corresponding shell C and whose other branch is glued to a tube section T of the structure S1 or S2.
  • the spacer tabs E are made of a fiber-resin composite material, preferably based on carbon fibers and epoxy resin, and they maintain a gap e between the structure S 1, S 2 and the shell C.
  • the spacer tabs E may comprise an opposite reinforcement angle r, made of fiber-resin composite material, bonded to said convex face f of the corresponding shell C.
  • the sets of reflectors R 1 and R 2 may comprise an arm B 1 or B 2, forming part of the tubular structure S 1 or S 2 and intended to allow the articulation of said sets of reflectors on the body of a artificial satellite.

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Abstract

Selon la présente invention, ledit ensemble (R1) comporte au moins deux réflecteurs (A1, A2) en forme de coque mince et fixés individuellement à une structure tubulaire commune (S1 ) par l'intermédiaire de pattes d'entretoise (E). Les réflecteurs (A1, A2), la structure tubulaire (S1) et les pattes d'entretoise (E) sont réalisés en matière composite fibres-résine. Les réflecteurs (A1, A2) peuvent travailler dans des bandes de fréquences différentes.

Description

Ensemble de réflecteurs cTantennes électromagnétiques.
La présente invention concerne les ensembles de réflecteurs d'antennes électromagnétiques. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à être mise en œuvre dans les satellites artificiels de communication.
On connaît déjà des ensembles de réflecteurs d'antennes électromagnétiques comportant deux réflecteurs en forme de coques, rendus solidaires l'un de l'autre par l'intermédiaire d'un support commun. Dans certains de ces modes de réalisation connus, les deux réflecteurs et ledit support commun peuvent même être réalisés en une unique pièce de moulage.
L'utilisation de tels ensembles de réflecteurs d'antennes est particulièrement avantageuse dans le cas où ils sont déployables et articulés à la structure d'un satellite artificiel : en effet, dans ce cas, un seul dispositif de déploiement peut être utilisé pour les deux réflecteurs, ce qui entraîne un gain de masse et de coûts.
Cependant, dans ces ensembles de réflecteurs d'antennes connus, les réflecteurs sont mécaniquement et thermiquement couplés entre eux par l'intermédiaire dudit support commun, de sorte que les déformations thermo-élastiques de l'un sont transmises à l'autre et que toutes les déformations thermo-élastiques des réflecteurs peuvent se combiner pour amplifier leurs effets négatifs sur les performances des antennes associées. Il en résulte que ces ensembles de réflecteurs d'antennes connus doivent comporter un support commun de masse élevée et ne peuvent comporter que des réflecteurs de technologie identique.
De plus, les ensembles de réflecteurs d'antennes connus sont réalisés selon des configurations d'antennes particulières, qui ne peuvent être adaptées à des configurations différentes.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. À cette fin, selon l'invention, l'ensemble comportant au moins deux réflecteurs d'antennes électromagnétiques, lesdits réflecteurs présentant la forme de coques et lesdites coques étant portées par un support commun, est remarquable en ce que :
- lesdites coques sont réalisées en une matière composite fibres-résine,
- ledit support commun est une structure tubulaire constituée de tronçons de tubes de matière composite fibres-résine assemblés les uns aux autres ; et
- lesdites coques sont fixées individuellement à ladite structure tubulaire par l'intermédiaire de pattes d'entretoises.
On comprendra aisément que :
- puisque les coques et le support commun sont réalisés en matière composite fibres-résine, notamment à base de fibres de carbone et de résine époxy, ledit ensemble peut être léger, d'autant plus que lesdites coques peuvent être minces, tout en préservant d'excellentes propriétés mécaniques ;
- puisque le support commun se présente sous la forme d'un assemblage tubulaire, il est aisément adaptable à une pluralité de configurations différentes ;
- puisque des entretoises, de préférence également réalisées en matière composite fibres-résine, sont interposées entre lesdites coques et le support commun, les couplages thermiques et mécaniques entre lesdites coques par l'intermédiaire du support commun sont pratiquement éliminés ; et
- en conséquence du découplage thermique et mécanique procuré par les pattes d'entretoises, on peut aisément réaliser des ensembles dans lesquels lesdits réflecteurs travaillent dans des bandes de fréquences différentes.
Par exemple, l'un des réflecteurs de l'ensemble peut travailler dans une bande de fréquence inférieure à la bande Ka, alors qu'un autre réflecteur travaille dans cette dernière bande ou dans la bande Q / V. Dans le premier cas, la coque du réflecteur peut être ajourée, ce qui en abaisse encore la masse et la rend insensible aux sollicitations acoustiques.
De préférence, lesdits tronçons de tube des structures tubulaires sont assemblés les uns aux autres à l'aide de manchons, également en matière composite fibres-résine, auxquels ils sont fixés par collage.
Les pattes d'entretoises peuvent aussi être réalisées en une matière composite fibres-résine et présenter la forme d'une équerre dont une branche est collée à la face convexe de la coque correspondante et dont l'autre branche est collée à un tronçon de tube de la structure tubulaire. Une telle patte d'entretoise permet de maintenir un écart entre la coque de réflecteur et la structure tubulaire et donc de découpler ladite coque de réflecteur de cette dernière.
Notamment dans le cas où ledit ensemble de réflecteurs est monté sur le corps d'un satellite artificiel de façon à pouvoir occuper une position repliée, puis une position déployée, il est avantageux que ladite structure tubulaire comporte au moins un bras permettant l'articulation dudit ensemble de réflecteurs sur ledit corps de satellite.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue de l'arrière d'un mode de réalisation de l'ensemble de réflecteurs d'antennes conforme à la présente invention, permettant de voir le support commun et la face arrière convexe desdits réflecteurs.
La figure 2 est également une vue de l'arrière d'une variante de réalisation de l'ensemble de réflecteurs d'antennes conforme à la présente invention.
Les figures 3, 4 et 5 illustrent des exemples de manchon d'assemblage pour les tronçons de tubes des supports communs des ensembles de réflecteurs des figures 1 et 2. La figure 6 montre, en coupe schématique, une patte d'entretoise reliant la face arrière convexe d'un réflecteur à un tronçon de tube du support commun.
La figure 7 illustre un exemple de réalisation non limitatif de la structure ajourée d'une coque d'antenne travaillant dans une bande de fréquence inférieure à la bande Ka.
Les exemples de réalisation R1 et R2 d'ensembles de réflecteurs d'antennes électromagnétiques, respectivement illustrés par les figures 1 et 2, comportent chacun une structure tubulaire S 1 ou S2 constituée par l'assemblage de tronçons de tubes T de matière composite fibres-résine, par exemple à base de fibres de carbone et de résine époxy.
Les tronçons de tubes T sont assemblés les uns aux autres à l'aide de manchons d'emboîtage M, également réalisés en matière composite fibres-résine, dans lesquels les extrémités des tronçons de tubes T sont emboîtées et collées. Les manchons d'emboîtage M peuvent également être réalisés en une matière composite à base de fibres de carbone et de résine époxy et peuvent présenter différentes formes. À titre d'exemples non limitatifs, sur les figures 3, 4 et 5, on a représenté des manchons d'emboîtage M respectivement adaptés à l'assemblage de deux tronçons de tube T à angle droit, à l'assemblage de deux tronçons de tube T à angle obtus et à l'assemblage de trois tronçons de tube T. Bien entendu, d'autres types de manchons M que ceux illustrés par les figures 4, 5 et 6 peuvent être utilisés.
Les structures tubulaires S1 et S2 servent de support commun à au moins deux réflecteurs d'antennes. Dans les exemples représentés, la structure tubulaire S 1 de la figure 1 porte deux réflecteurs A1 et A2, alors que la structure tubulaire S2 de la figure 2 porte trois réflecteurs A1 , A2 et A3.
Chacun des réflecteurs A1 , A2 et A3 est constitué par une coque mince C de matière composite fibres-résine (voir la figure 6), de préférence en une matière composite fibres de carbone - résine époxy. En fonction de la bande de fréquence dans laquelle travaille le réflecteur A1 , A2, A3, la structure de sa coque mince C peut être pleine ou ajourée.
Par exemple, si l'un desdits réflecteurs travaille dans une bande de fréquence inférieure à la bande Ka, sa coque C peut être ajourée, ce qui en diminue la masse. Comme cela est illustré schématiquement, à titre non limitatif, par la figure 7, les jours de ladite coque peuvent être formés par des mailles m formées dans l'entrelacs des mèches de fibres F constituant ladite coque.
En revanche, si l'un des réflecteurs A 1 , A2, A3 travaille dans la bande de fréquence Ka ou Q / V, les mèches de fibres F de l'entrelacs de fibres formant sa coque C ne ménagent entre elles aucune maille, de sorte que ladite coque est pleine.
Les coques de chacun des réflecteurs A 1 , A2, A3 sont fixées individuellement aux structures tubulaires S1 et S2 par l'intermédiaire de pattes d'entretoise E. Comme l'illustre la figure 6, les pattes d'entretoise E présentent la forme de cornière dont une branche est collée à la face convexe f de la coque C correspondante et dont l'autre branche est collée à un tronçon de tube T de la structure S1 ou S2. Les pattes d'entretoise E sont réalisées en une matière composite fibres-résine, de préférence à base de fibres de carbone et de résine époxy, et elles maintiennent un écart e entre la structure S 1 , S2 et la coque C.
Éventuellement, les pattes d'entretoise E peuvent comporter une cornière de renfort r opposée, en matière composite fibres-résine, collée à ladite face convexe f de la coque C correspondante.
Comme montré par les figures 1 et 2, les ensembles de réflecteurs R1 et R2 peuvent comporter un bras B1 ou B2, faisant partie de la structure tubulaire S1 ou S2 et destiné à permettre l'articulation desdits ensembles de réflecteurs sur le corps d'un satellite artificiel.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble (R1 , R2) comportant au moins deux réflecteurs (A1 , A2, A3) d'antennes électromagnétiques, lesdits réflecteurs présentant la forme de coques et lesdites coques étant portées par un support commun, caractérisé en ce que :
- lesdites coques (C) sont réalisées en une matière composite fibres- résine ;
- ledit support commun est une structure tubulaire (S 1 , S2) constituée de tronçons de tubes (T) de matière composite fibres-résine assemblés les uns aux autres ; et
- lesdites coques (C) sont fixées individuellement à ladite structure tubulaire (S1 , S2) par l'intermédiaire de pattes d'entretoises (E) .
2. Ensemble de réflecteurs selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que lesdits réflecteurs d'antennes (A1 , A2, A3) sont d'au moins deux types différents travaillant dans des bandes de fréquence différentes.
3. Ensemble de réflecteurs selon la revendication 2,
caractérisé en ce que l'un des types de réflecteur travaille dans une bande de fréquence inférieure à la bande Ka et en ce que la coque (C) de ce type de réflecteur est ajourée.
4. Ensemble de réflecteurs selon la revendication 2,
caractérisé en ce que l'un des types de réflecteur travaille dans la bande de fréquence Ka ou Q / V et en ce que la coque de ce type de réflecteur est pleine.
5. Ensemble de réflecteurs selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits tronçons de tubes (T) de matière composite fibres-résine de ladite structure tubulaire sont au moins en partie assemblés par des manchons d'emboîtage (M) solidarisés desdits tronçons de tubes (T) par collage.
6. Ensemble de réflecteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits manchons d'emboîtage (M) sont réalisés en une matière composite fibres-résine.
7. Ensemble de réflecteurs selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pattes d'entretoises (E) sont réalisées en une matière composite fibres-résine et présentent la forme d'une équerre dont une branche est collée à la face convexe (f) de la coque (C) correspondante et dont l'autre branche est collée à ladite structure tubulaire (S 1 , S2) en maintenant un écart (e) entre celle-ci et ladite face convexe.
8. Ensemble de réflecteurs selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite structure tubulaire (S 1 , S2) comporte au moins un bras (B1 , B2) permettant l'articulation dudit ensemble de réflecteurs sur le corps d'un satellite artificiel.
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