ITMI970602A1 - Antenna modulare a complesso di supertessere - Google Patents

Description

Questa invenzione riguarda antenne per veicoli spaziali e, più particolarmente complessi di antenne che sono modulari, in modo che<' >un veicolo spaziale possa avere le sue antenne formate da sottoassiemi standard montati in ima struttura standardizzata.

I costi dei veicoli spaziali per telecomunicazioni sono sotto pressione di abbassamento a causa della concorrenza tra fabbricanti di veicoli spaziali e

anche a causa della concorrenza con altre forme di comunicazioni. Tecniche

di veicoli spaziali modularizzati sono descritte nel brevetto USA No.

5.344.104 concesso il 6 settembre 1964 a nome di Homer e altri; numero 5.351.746, concesso il 4 ottobre 1994 a nome di Mackey e altri e No.

5.310.141, concesso il 10 maggio 1994 a nome di Homer e altri. Queste tecniche usano moduli standard per fare canali di veicoli spaziali (portatori di carico pagante) in svariate dimensioni e capacità riducendo perciò i costi di progetto e particolarmente riducendo la necessità di qualificare nello spazio strutture differenti che possano essere usate per costruire veicoli spaziali commerciali usando tecniche precedenti. Altre tecniche per ridurre i costi di assiemare canali sono stati realizzati, come fissaggi tolleranti al disallineamento descritti nel brevetto USA No. 5.324.146, concesso il 28 giugno 1994 al nome di Parenti e altri.

I carichi paganti sono stati più resistenti alla riduzione dei costi, perché

sono, quasi per definizione, differenti tra di loro. Ciascun utente di veicoli spaziali specifica il numero di canali di comunicazioni che devono essere

fl 7 MAR.1997 portati, le loro frequenze e la potenza da fornire ad lina particolare “impronta” sulla superficie terrestre. La modularizzazione dell’energia elettrica richiesta per fornire la potenza totale a radio frequenza (RF) è descritta nei precedenti brevetti Le antenne, tuttavia, sono state più resistenti. Nel passato, vennero usate antenne formate da riflettore e radiatore sul veicolo spaziale, dove il riflettore e il radiatore sono progettati per fornire la desiderata impronta sulla particolare gamma di frequenza. Il comp lesso di riflettore e radiatore usante antenne a coma mostra alta resa, che è molto desiderabile in vista delle limitazioni di potenza elettrica comuni ai veicoli spaziali. Tuttavia, l’antenna a riflettore e radiatore è difficile da progettare e si possono richiedere parecchi comi di radiazione allo scopo di fornire l’impronta corretta. Una volta che il veicolo spaziale è lanciato, l’impronta non può essere cambiata, eccetto che commutando tra le antenne irradianti. Ancora, la porzione di riflettore dell’antenna è resistente ai piegamenti, in modo che le sue dimensioni complessive devono essere scelte per infilarsi entro la carenatura aerodinamica del veicolo di lancio. Le limitazioni di dimensioni, a loro volta, tendono a limitare il guadagno direttivo dell’antenna, in modo che sono difficili da ottenere fasci stretti o puntiformi. Inoltre, un’antenna di tipo a riflettore è soggetto a deformazioni fisiche, come risultato di riscaldamento differenziale provocato da insolazione. La deformazione, fisica, a sua volta, distrugge l’impronta desiderata. Svariati schermi solari trasparenti a radiofrequenza sono stati usati per coprire la superficie radiante di antenne munite di riflettore, per minimizzare la deformazione, come descritto, per esempio nel brevetto USA No. 5.283.592, concesso il 1° febbraio 1994. Nel grado in cui la deformazione termica (o diversa) dell’antenna altera l’impronta, non è disponibile un rimedio conveniente. Quando è necessario un funzionamento ad una pluralità di gamme di frequenza e quando i collegamenti verso l’alto e verso il basso di un satellite sono a bande differenti, come la banda C e la banda X, si richiedono antenne a riflettore multiplo, che esacerba i problemi sopra indicati Ulteriori problemi vengono dal metodo di funzionamento a “reimpiego di frequenza”, usato per massimizzare il numero di canali separati che possono essere usati entro ciascuna banda, trasmettendo canali alterni di ciascuna banda con differenti polarizzazioni e usando un complesso di radiatore e riflettore sensibile alla polarizzazione, come descrìtto in maggior dettaglio in, per esempio, il brevetto USA No. 5.023.619 concesso Γ11 giugno 1991 al nome di Balcewicz, in quanto la struttura di riflettore è molto più complessa che in un semplice riflettore continuo.

Le considerazioni riguardanti antenne a riflettore e radiatore hanno diretto l’attenzione ad altri tipi di antenne per veicoli da telecomunicazioni, specialmente complessi di antenne. I complessi di antenne sono noti nella tecnica e il loro uso assieme con aerei e veicoli spaziali è noto, benché il numero di tali complessi in uso effettivo in veicoli spaziali sia molto piccolo, a causa di un numero di problemi pratici. Tra questi problemi c’è quello delle dimensioni, del peso, della complessità e dell’attenuazione o perdita del formatore di fascio, come quello descritto nel brevetto USA No. 5.274.839, concesso il 28 dicembre 1993 a nome di Kularajah e altri, che è richiesto per fornire il segnale a radiofrequenza agli elementi di antenna. Ancora, un complesso di antenna deve mantenere una predeterminata distanziatura tra ciascun elemento di antenna e altro elementi del complesso per impedire lobi a griglia.

Gli esperti nella tecnica sanno che le antenne sono dispositivi reciprocamente lineari in cui le caratteristiche di trasduzione durante la trasmissione e la ricezione sono le medesime. Per esempio, la larghezza di fascio, il guadagno (o più correttamente, il guadagno direttivo rispetto ad una sorgente isotropa) e l’impedenza al punto di alimentatone sono le medesime nei modi di trasmissione e di ricezione. Tuttavia, i termini usati per descrivere funzioni e caratteristiche di antenne vennero stabiliti al tempo quando questa reciprocità non era evidente e, come risultato, i termini suggeriscono trasmissione o ricezione, ma generalmente non entrambi. Gli esperti nel ramo, sanno, perciò, che la descrizione di un’antenna può essere redatta in termini di trasmissione o di ricezione, o in una miscela di entrambi, dove l’altro modo di funzionamento è capito da questo. Quindi, il termine “apertura di irradiazione”, per esempio, riguarda l’apertura alla quale l’energia del segnale è applicata durante la trasmissione ed è anche applicata a a medesima apertura al quale l’energia del segnale viene ricevuta in modo di ricezione.

I complessi di antenne sono di due tipi generali, attivi e passivi. Un complesso “attivo” di antenna comprende dispositivi attivi come dispositivi a semiconduttori per aiutare nella ricezione o nella trasmissione, o entrambi; un complesso di antenna passiva, non li comprende. Le caratteristiche proprie di fase tra gli elementi del complesso devono essere fomite in qualche modo nei complessi attivi o passivi. Un complesso attivo di antenna comprenderà generalmente degli sfasatoli controllabili che possono essere usati per regolare la fase del segnale a radiofrequenza che viene fornito ad uno ( o ad un sottoassieme) degli elementi di antenna del complesso. La necessità di un formatore di fascio per sfasamento può essere evitata usando un divisore di ampiezza di segnale controllato non di fase, assieme con un controllo degli elementi di controllo di fase associati con ciascun elemento o sottoassieme di elementi. Un complesso attivo di antenna avrà spesso un amplificatore di trasmissione e un amplificatore di ricezione associati con ciascuna antenna o sottoassieme di antenne. Questi amplificatori aggiungono costo e complessità al sistema e sono una sorgente maggiore di calore dissipato, che si aggiunge al calore di insolazione e bisogna tenerne conto. L’effetto cumulativo del calore assorbito del complesso di antenna e quello generato entro il complesso di antenna tende ad aumentare il gradiente di temperatura del complesso di antenna e a provocare la deformazione fisica, che a sua volta altera il profilo di radiazione e l’impronta risultante. In generale, i complessi di antenne da usare in veicoli spaziali hanno gli inconvenienti di peso, perdite di segnali a radiofrequenza e, in realizzazioni attive, le esigenze dell’energia di alimentazione e dell’allontanamento del calore dissipato. I vantaggi dei complessi di antenne comprendono la capacità di controllare le caratteristiche di fascio mediante telecontrollo degli sfasatoli Ancora, un complesso di antenna può essere piegato per il lancio e quindi spiegato, come descritto, per esempio, nel brevetto USA No.

5. 196.857, concesso il 23 marzo 1993 a nome di Chiappetta e altri

Si desiderano perfezionate strutture di antenne da veicoli spaziali

Un complesso di antenna secondo l’invenzione contiene un telaio con una pluralità di travi di sostegno diritte allungate intercollegate in due gruppi reciprocamente ortogonali in modo da definire assieme un complesso rettangolare bidimensionale di una prima pluralità di aperture rettangolari o preferibilmente quadrate reciprocamente identiche. Tale struttura di sostegno è spesso chiamata “cartone da uova”. Il telaio è potenzialmente soggetto a deformazioni in risposta a forze agenti sul telaio. Questo può capitare, per esempio, quando si applica una forza in una direzione che non è parallela alle travi di sostegno, la quale forza “diagonale” potrebbe deformare il telaio e la forma di un complesso qui sostenuto. Molto spesso, forze opposte agiscono parallele alle travi di sostegno, che tendono a piegarle, forzando le aperture rettangolari in aperture deformate sagomate a parallelogrammo. Il complesso di antenna contiene una pluralità di tessere rettangolari irradianti elettromagneticamente. Ciascuna . delle tessere irradiami ha dimensioni di lunghezza e larghezza scelte per adattarsi entro le aperture del cartone da uova. In una realizzazione preferita, un lato delle tessere irradianti irradia segnali elettromagnetici verso e riceve tali segnali dalla terra e anche irradia calore verso lo spazio nella regione generale della terra e l’altro lato delle tessere irradianti si affaccia nello spazio per eliminare calore. Ciascuna tessera irradiante ha almeno un’antenna radiante e di preferenza ha un complesso di antenne radianti sulla sua faccia irradiante. Il complesso di montature flessibili associato con ciascuna apertura rettangolare e con la sua tessera irradiante contiene quattro montature. La disposizione di montature flessibili collega il centro di ciascun lato di ciascuna tessera al centro dell’associata trave di sostegno del telaio, per tenere ciascuna tessera centrata in un’associata apertura del telaio. Per questo scopo, il “centro” è una posizione a metà strada tra adiacenti travi di sostegno ortogonali Ciascuna delle montature contiene (a) una trave flessibile allungata definente una dimensione di spessore, una dimensione di larghezza maggiore della dimensione di spessore e una dimensione di lunghezza maggiore della dimensione di larghezza, (b) un distanziatore sostenente la trave flessibile distanziata dal gambo della sua trave di sostegno e (c) un’ulteriore disposizione di collegamento collegante il centro del lato associato della tessera irradiante al centro della trave flessibile. In una realizzatone preferita dell’invenzione, il distanziatore contiene ima coppia di distanziatori di sospensione, ciascuno dei quali è fissato ad un estremo della sua associata trave flessibile e all’altro lato di quella associata delle travi di sostegno, per cui il centro della trave flessibile può essere deflesso verso e via dal centro di quella associata delle travi di sostegno. Con questa disposizione, una dilatazione e una contrazione della tessera irradiante obbliga il centro delle travi flessibili a deflettersi verso e via da rispettivamente le loro associate travi di sostegno, per cui ciascuna delle tessere irradianti rimane centrata nella sua associata apertura.

La figura 1 è una vista prospettica semplificata o isometrica di un veicolo spasale contenente un complesso di antenna secondo l’invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica semplificata o isometrica, parzialmente esplosa per illustrare le relazioni delle sue parti, di una porzione del complesso di antenne di figura 1;

la figura 3 è una vista prospettica semplificata o isometrica, parzialmente esplosa, di una porzione della disposizione di figura 2, illustrante maggiori dettagli rispetto alle montature flessibili;

la figura 4 è una vista prospettica semplificata o isometrica di una delle montature flessibili di figura 3;

la figura 5 è una sezione della montatura flessibile di figura 4;

la figura 6a è un’illustrazione semplificata dello stato nominale o di temperatura ambiente di una tessera irradiante montata in un telaio mediante complessi di montature flessibili, con dimensioni esagerate per chiarezza, la figura 6b è simile, ma mostra l effetto di applicazione di forze trasversali alla tessera e illustra come le forze agenti parallele alle travi flessibili sono trasferite alla struttura di cartone da uova, la figura 6c è simile alla figura 6a, ma mostra l’effetto di dilatazione della tessera ad alte temperature e la figura 6d è simile alla figura 6c, ma per basse temperature alle quali la tessera si contrae;

la figura 7a è ima struttura scheletrata illustrante deformazioni in presenza di forze applicate parallele agli elementi strutturali e la figura 6b illustra il trasferimento di forze compressive e di trazione in un telaio soggetto alle medesime forze;

la figura 8a mostra un metodo alternativo per sospendere le tessere entro un telaio e la figura 6b è uno schema semplificato di un complesso di tessere sfalsate che fornisce aperture per collegamenti di cavi

La figura 1 è una vista prospettica o isometrica di un satellite per comunicazioni o veicolo spaziale che può fare uso dell’invenzione. In figura 1, il veicolo spaziale 10 comprende un corpo 12, che sostiene pannelli solari spiegati 14a e 14b. Ciascun pannello solare I4a e 14b è formato da una pluralità di sezioni, come mostrato nella tecnica, che sono montate al corpo 12 mediante montature rotanti 16a e 16b rispettivamente. Un rivelatore di controllo di orientazione è indicato con 26 e un’antenna omnidirezionale è indicata con 28.

Un’antenna da comunicazioni, indicata generalmente come 18, contiene una prima sezione spiegata 18a e una simile seconda sezione 18b, sostenute da montature 19a e 19b rispettivamente. Queste sezioni sono di costruzione simile, benché possano contenere porzioni che funzionano a frequenze differenti. L’antenna 18a contiene due pannelli spiegati, imo dei quali è indicato con 20. I pannelli spiegati sono piegati contro il corpo 12 del veicolo spaziale 10 durante il lancio, in modo da infilarsi entro la carenatura del veicolo di lancio e per miglior sostegno dei pannelli Quando piegati contro il corpo del veicolo spaziale, i pannelli sono fissati mediante cavi di trazione (non illustrati). pannello 20 di figura 1 contiene un complesso di tessere irradianti, alcune delle quali sono indicate con 22. Ciascuna tessera irradiante contiene almeno un’antenna e può essa stessa comprendere un complesso di antenne. Ciascuna tessera irradiante fornisce anche distribuzione di segnale a radio frequenza (che può essere a microonde, ad onde millimetriche, o altre frequenze) alle svariate antenne posizionate sulle medesima, come anche amplificazione, sfasamento e simili. Collegamenti di energia elettrica e di radiofrequenza non costituiscono parte dell’invenzione e non vengono illustrati. Come illustrato in figura 1, il pannello di antenna 20 è un complesso di 8 X 10 di tessere irradiami Alcune addizionali tessere irradiami 22 sono montate sul corpo 12 del veicolo spaziale 10.

La figura 2 è una vista esplosa semplificata di una porzione del pannello di antenna 20 di figura 1, illustrante una pluralità di tessere irradianti 22 e anche illustrante la struttura di sostegno 40 a “cartone di uova” che tiene le tessere irradianti 22 a posto durante il funzionamento. La struttura 40 di figura 2 consiste di una pluralità di elementi o travi strutturali allungate, con elementi strutturali allungati 42a, 42b, 42c,... disposti reciprocamente paralleli in ima direzione e con addizionali elementi strutturali reciprocamente paralleli 44a, 44b, 44c, 44d,... disposti ortogonali rispetto agli elementi strutturali 42a, 42b, 42c,....

Alle intersezioni degli elementi strutturali, questi sono fissati assieme. In una realizzazione preferita dell’invenzione, gli elementi strutturali 42a, 42b, 42c, ... e 44a, 44b, 44c, 44d,... sono fusi, saldati o uniti agli spigoli o intersezioni. Quando cosi disposti, gli elementi o travi strutturali definiscono una pluralità di cavità o aperture rettangolari o quadrate, alcune delle quali sono indicate con 46. Le aperture 46 sono dimensionate per accogliere le tessere 22.

Quando ciascuna delle tessere 22 ha una pluralità di elementi di antenna sulle medesime disposte in un complesso con una particolare distanziatura tra gli elementi e le tessere 22 sono assiemati in una struttura come quella di figura 2 per produrre un complesso maggiore o complesso di pannelli, è importante tenere i confini di tessere adiacenti vicini tra di loro in modo che la distanziatura tra elementi di antenna ai confini tra le tessere 22 differisca poco dalla distanziatura tra elementi sulle medesime tessere, per massimizzare la potenza efficace irradiata isotropicamente (EIRP) e minimizzare lobi a grata. Quindi, gli elementi della struttura di sostegno 40 devono essere relativamente sottili La struttura di sostegno 40 deve, tuttavia, essere sufficientemente robusta per sostenere ciascuna tessera al suo posto e per resistere a forze di lancio e ad altre forze che possono agire sulle antenne spiegate, come controllo di mantenimento e orientazione di stazione e specialmente quelle forze che agiscono sul sostegno durante lo spiegamento degli svariati pannelli Inoltre, la struttura di sostegno deve anche mantenere la distanziatura delle tessere nonostante sostanziali fluttuazioni di temperatura, come può capitare quando l’antenna passa dall’ombra alla luce solare. Quando gli elementi strutturali 42a, 42b, 42c, ... ... , e 44a, 44b, 44c, 44d, .... di figura 2 sono fatti di alluminio, la dilatazione dell’alluminio è tale che tessere dei lati di 300 mm per 300 mm (12 polL x 12 polL) sono mantenute entro tolleranze ragionevoli rispetto alle esigenze del complesso, ma in un complesso 8x10 come quello illustrato in figura 1, la distanziatura reciproca tra tessere a lati opposti del sostegno tende a cambiare sufficientemente per distruggere lo schema di antenna.

In una realizzazione preferita dell’ invenzione, gli elementi strutturali sono fatti di un composto di grafite con un coefficiente di dilatazione che è quasi nullo. Mentre le medesime tessere possono ancora dilatarsi e contrarsi con la temperatura ma, secondo un aspetto dell’invenzione, ciascuna tessera irradiante 22 di figura 2 è sostenuta entro una corrispondente apertura 46 da quattro disposizioni di montature flessibili, ciascuna delle quali è indicata con 50. Queste montature flessibili isolano il telaio dalla dilatazione o contrazione delle tessere e disaccoppiano perciò la deformazione delle tessere dal telaio, in modo che deformazioni in piano e fuori piano non si accumulano sulla struttura di pannello di 8x10. Queste montature flessibili collegano le proprietà di rigidità in piano delle tessere al telaio per impedire forzature dovute a forze esterne. Ciascun complesso di montatura 50 è posizionato al centro di quella porzione delle corrispondenti travi di sostegno 42a, 42b, 42c, . , o 44a, 44b, 44c, 44d, .... entro un’apertura 46. Quindi, ci sono quattro complessi di montature 50 associati con ciascuna apertura 46 di cartone d’uova. Secondo un altro aspetto dell’invenzione, gli elementi strutturali sono nella forma di travi a I o T, in modo che le antenne di tessere reciprocamente adiacenti possano essere distanziate solo dal gambo della trave.

La figura 1 illustra una rappresentativa apertura 46 di cartone da uova della disposizione di figura 2, mostrante qualche maggior dettaglio e ancora mostrante una piccola porzione di un bordo della tessera irradiante 22 associata con l’apertura 46 di figura 3.

Ancora, gli elementi strutturali o travi illustrati in figura 3 sono essi pure esplosi lungo i loro gambi, per meglio illustrare certe aperture utili per consentire il passaggio di cavi di ritegno che trattengono i pannelli a posto nella condizione stivata.

In figura 3, ciascuna trave di sostegno è esplosa. Più particolarmente, ciascuna delle quattro travi di sostegno 42b, 42 c, 44b e 44 c è una trave a I. La trave di sostegno a I 42b, come illustrata, contiene una prima porzione di gambo o mezzo gambo 42bi e una seconda porzione di gambo 42b2 che sono effettivamente giustapposte e parte di un gambo monolitico e contiene anche un elemento di flangia superiore 42b3 e un elemento di flangia inferiore 42b4 che sono parti monolitiche del gambo. Similmente, la trave di sostegno a I 42c, come illustrato, contiene una prima porzione di gambo o mezzo gambo 42ci e ima seconda porzione di gambo 42c2 che sono effettivamente giustapposte e parte di un singolo gambo monolitico e la trave a I 42c contiene anche un elemento di flangia superiore 42c3 e un elemento di flangia inferiore 42c4, che sono parti monolitiche del gambo. Le altri travi di sostegno sono pure travi a I simili a quelle descritte, come per esempio la trave di sostegno a I 44c contiene un gambo illustrato in due porzioni 44ci, 44c3⁄4 assiale con una flangia superiore 44c3e una flangia inferiore 44c4.

Come illustrato in figura 3, ciascuno dei mezzi gambi è smussato vicino ai suoi estremi per definire congiuntamente un’apertura. Per esempio, i mezzi gambi 42bi e 42b2 sono smussati vicino agli spigoli dell’apertura 46 come in posizioni 90a e 90b. Lo smusso sui quattro mezzi gambi che si uniscono a ciascun angolo porta ad un’apertura passante disposta verticalmente allo spigolo. Alcune delle aperture passanti disposte verticalmente sono indicate con 96 in figura 2. Le aperture passanti disposte verticalmente consentono il passaggio di cavi di ritegno per trattenere i pannelli durante lo stivaggio. Ancora in figura 3, zoccoli o coni 98 a “ragno” rinforzatoli di angoli sono uniti ai gambi superiori e inferiori delle travi a I in corrispondenza delle apertura ad angolo dove le travi a I si congiungono. I ragni hanno ciascuno un’apertura passante attraverso la quale possono passare i sopra citati cavi di ritegno. Ciascun ragno, quando unito in un estremo dell’apertura passante 90, rinforza la struttura e fornisce una bussola che impedisce usura del cavo o danno alle sezioni di trave a I entro l’apertura. Quando i pannelli di antenne, come 20 di figura 1, sono piegati assieme, ciascun zoccolo di ragno si accoppia con un corrispondente cono di ragno del pannello adiacente e capita un simile accoppiamento tra i coni o zoccoli di quello dei pannelli che si piega in prossimità con il corpo 12 del veicolo spaziale 10. Quindi, gli zoccoli e i coni che si accoppiano in posizione stivata del complesso di antenna spiegabile impediscono forzatura o deformazione dei telai di pannello a causa di sforzi di taglio.

In figura 3, si possono vedere solo due dei quattro complessi 50 di montature flessibili e due in più sono fissati, ma nascosti da elementi di sostegno 42b e 44c. Ciascun complesso di montatura SO è posizionato sul gambo della sua trave di sostegno, a metà strada tra le sue due flange, e a metà strada tra le due travi ortogonali di sostegno associate con la medesima apertura rettangolare 46. Più particolarmente, in figura 3, quella disposizione SO di montature che è montata entro la faccia vicina del mezzo gambo 4 le della trave di sostegno 42c è montata sulla trave di sostegno 42c nella posizione illustrata, che è equidistante dalle due travi di sostegno intersecantesi perpendicolarmente 44b e 44c ed equidistante da flange 42c3 e 42C4 per fornire una parte del sostegno per una tessera giacente entro l’apertura 46 di figura 3.

Come illustrato in figura 3, ciascun complesso SO di montatura di tessere contiene una trave flessibile allungata S2, una coppia di distanziatori di montatura 54 e una staffa 56 di fissaggio di tessera con un’apertura per una vite 323 allo scopo di fissare la tessera 22 mediante un’apertura di vite 322. La figura 4 è una vista più dettagliata, in vista prospettica o isomerica, di un rappresentativo complesso SO di montatura flessibile montato su una trave di sostegno 42c. In figura 4, la trave flessibile SO è allungata parallela ad un asse 458 e il suo gambo definisce dimensioni di larghezza e di spessore. Si dovrebbe notare che il gambo non è esploso in figura 4 come in figura 3, in modo che non sono necessari indicatori separati 42ct e 423⁄4. L’asse di elongazione 4S8 della trave flessibile allungata SO giace parallelo all’asse di elongazione 408 della trave di sostegno 42c. Il lato piano maggiore della trave flessibile 52 è parallelo al lato piano maggiore del gambo della trave di sostegno 42c. La trave flessibile 52 è tenuta a posto, distanziata dalla superficie del gambo della trave di sostegno 42c mediante una coppia di fissaggi o montature 54, imo dei quali è posizionato a ciascun estremo della trave flessibile 52. Fissaggi o montature 54 sono posizionati vicino agli estremi della trave flessibile 52 in modo da lasciare imo spazio 410 tra il centro della trave flessibile 52 e il gambo associato della trave di sostegno 42c. Quindi, la trave flessibile 52 può flettersi verso o via dalla superficie del gambo della trave di sostegno 42c, il che ha Γ effetto di assottigliare o allargare lo spazio 410. Una montatura di tessera 56, illustrata come una sezione di un’estrusione sagomata a T, è fissata in una posizione a metà strada tra i fissaggi o montature 54, dove può muoversi quando si flette la trave flessibile 52. La montatura di tessera 56 definisce un’apertura 456, che consente il passaggio di una vite o bullone di fissaggio allo scopo di fissare il bordo di mia tessera alla trave flessibile, come detto rispetto alla figura 3. Una realizzatone preferita dell’invenzione fornisce più di una singola apertura 456, di modo che momenti applicati attraverso l’asse longitudinale della trave flessibile sono trasferiti alla staffa 56 e alla trave flessibile 52. In figura 4, una porzione del gambo della trave di sostegno 42c è tagliata per illustrare una seconda disposizione di montatura flessibile indicata con 450, della quale solo una porzione di trave flessibile 452 è visibile. La montatura flessibile 450 è montata sull’altro lato del gambo formante la montatura flessibile 50 e fornisce una parte del sostegno per un’altra tessera giacente adiacente a quella sostenuta dalla montatura flessibile 50. Questa illustrazione mostra perché tale schema di montatura consente ai due lati reciprocamente adiacenti di due tessere radianti adiacenti di essere sufficientemente vicini per evitare lobi reticolati e perdite di guadagno.

La figura 5 è una sezione di una porzione della struttura di figura 3, illustrante la trave esemplificativa di sostegno 42c, due disposizioni di montature flessibili 50, 450 in aperture reciprocamente adiacenti 46 e associate porzioni di due tessere radianti 22 e le loro antenne. In figura 5, ciascuna tessera radiante 22 ha una pluralità di antenne, alcune delle quali sono illustrate come 512a, 512b, 512c,.... che sono parte di un sottoassieme montato su ciascuna delle tessere. Ciascuna tessera 22 è montata lungo il suo bordo ad una staffa di fissaggio di tessere come 56 o 456, con una vite come 514 passante attraverso l’apertura (apertura 323 sopra descritta) per fissare la tessera 22 alla montatura flessibile. La disposizione di figura 5 è ripetuta a quattro posizioni attorno a ciascuna tessera, per fissare ciascuna tessera alla struttura di sostegno in quattro posti

Come sopra citato, la struttura di sostegno è irrobustita dalla presenza di tessere radianti 22 fissate nell’apertura 46. Può essere desiderabile fornire tessere “false” leggere di sostegno per riempire tutte le aperture che non sono munite di tessere radianti funzionali, allo scopo di triangolare la struttura per impedire “punti deboli”.

La trave flessìbile 52 è di preferenza fatta di un polimero rinforzato di grafite e le piazzole di fissaggio 54 sono similmente fatte da polimero rinforzato di grafite, unito alla sottostante trave di sostegno 42c e agli estremi della trave flessibile 52. La staffa di montatura 56 è di preferenza un’estrusione di titanio munita al centro della trave flessibile 52. La trave flessibile 52 di figura 4 resiste a forze agenti parallele all’asse 458, almeno perché una parte della trave va in trazione e trasferisce il carico attraverso una delle piazzole di montatura 54 alla trave di sostegno 52. La trave flessibile 52 resiste anche a forze applicate alla staffa di montatura 56 nella direzione della freccia 418, perché la trave flessibile è relativamente rigida in questa direzione e tende a trasferire tali forze alla trave 42c. Tuttavia, le forze agenti sulla staffa di montatura 56 nella direzione illustrata dalla freccia 428, ortogonale ad entrambi gli assi 418 e 458, tendono a flettere la trave flessibile 52. Quando una tessera fatta di alluminio o altro materiale avente un significativo coefficiente di dilatazione termica (CTE) è montata in un’apertura 46 delle figure 1, 2 o 3 e fissata alla quattro travi flessibili circondanti l’apertura, la dilatazione e contrazione termica sono compensate dalla flessione delle travi flessibili delle disposizioni di montature flessibili.

La figura 6a è una vista piana semplificata di un’apertura 46 definita da una porzione di una struttura di sostegno e da una tessera radiante 22 (o una tessera falsa, per qual caso) montata da quattro montature flessibili. Le montature flessibili di figura 6a sono indicate come 6501, 650r, 650t e 650b invece di 50, per indicare le loro posizioni destra, sinistra, superiore e inferiore nel disegno. Come illustrato in figura 6a, nessuna forza agisce sulla tessera radiante 22 e le quattro montature flessibili hanno le loro travi flessibili 52 in condizione normale o non flessa. La figura 6b illustra la medesima apertura e tessera con forze traslatorie agenti nella direzione delle frecce. 610, che puntano verso l’alto nel disegno, e con il telaio di sostegno ancorato nelle posizioni di ragno 98. Forze agenti parallele alle travi flessibili 52L e 52R obbligano le porzioni superiori di entrambe le travi flessibili 52L e 52R e gli elementi strutturali sinistri e destri a reagire alla forza di compressione. Similmente, le porzioni inferiori delle travi flessibili 52L, 52R e gli elementi strutturali reagiscono in trazione. Le traslazioni dovute a queste forze di trazione e di compressione sono piccole e flettono solo leggermente le travi flessibili 52T e 52B. A causa della cedevolezza delle travi flessibili S2T e 52B nessuna forza è impartita agli elementi strutturali 42b e 42c. Le montature flessibili sinistre e destre 52L e 52R portano le forze traslatorie ai loro associati elementi di telaio mediante una combinazione di forze di trazione in metà della trave flessibile e forze di compressione nell’altra metà della trave flessibile. Benché le montature sinistre e destre 52L e 52R tendino a mantenere la tessera 22 nell’apertura, ci può essere qualche leggero movimento relativo della tessera rispetto al telaio.

La figura 6c illustra la medesima apertura e tessera della figura 6a, con forze attribuibili a dilatazione termica della tessera suggerite da frecce 612. Come risultato delle forze di dilatazione, le travi flessibili 52 di tutte le montature flessibili 6501, 650r, 650t e 650b tendono ad essere o sono flesse verso le loro rispettive travi 44b, 44c, 42c e 42b. Similmente, là figura 6d illustra la medesima apertura e tessera di figura 6a, con forze attribuibili alla contrazione della tessera suggerita da frecce 614. Come risultato delle forze di contrazione, le travi flessibili 52 di tutte le montature flessibili 6501, 650r, 650t e 650b sono deflesse via dalle loro rispettive travi 44b, 44c, 42c e 42b. In figura 7a, un telaio è sottoposto a forze illustrate da frecce 710a e 710b. In risposta alle forze, il telaio tende a deformarsi nel modo mostrato. I due elementi diagonali di rinforzo 712 e 714 rappresentano l’effetto desiderato della presenza della tessera rigida nel telaio. Come illustrato da frecce 712t, l’elemento di rinforzo 712 è in trazione, mentre le frecce 714c indicano che l’elemento 714 è in compressione. Similmente, gli elementi di telaio 42b e 42c sono in compressione, mentre gli elementi di telaio 44b e 44c sono in trazione.

La figura 7b illustra in maggior dettaglio come le forze sono distribuite, attraverso la combinazione di telaio e tessera. Gli elementi della figura 7b corrispondenti a quelli delle altre figure sono indicati da numeri di riferimento simili. In figura 7b, le forze sono indicate da frecce e le forze di trazione sono contrassegnate dalla lettera t, mentre le forze di compressione sono contrassegnate dalla lettera c.

La figura 3b illustra un complesso SSO di tessere radianti ospitate in un telaio, con le tessere disposte in gruppi di 9, ciascun gruppo di nove tessere sfalsato dai gruppi adiacenti in modo che si lascia un’apertura agli angoli dei gruppi. Quindi le tessere 852a, 852b, 852c e 852d sono tessere d’angolo di quattro differenti gruppi di nove e lasciano un’apertura quadrata 854 attraverso la quale possono essere condotti cavi di collegamento. La figura 8a è una sezione del complesso di figura 8b, illustrante un elemento strutturale 810 sagomato a T con un gambo 810w e una flangia 812. Una tessera 814 giace vicino al gambo 810w ed è scelta per irradiare energia elettromagnetica in banda C, mentre un’altra tessera 816 è disposta nell’adiacente apertura per radiazione alla banda K„. La tessera 816 non è spessa come la tessera 814 e, di conseguenza, è rientrata sotto il livello dell’orlo di telaio. La rientranza è scelta in modo che l’orlo dell’elemento di telaio 810 non adombri il bordo della tessera radiante 816 ad angoli inferiori di 12°, benché, ovviamente, si potrebbero scegliere altri angoli. Le tessere 814 e 816 sono montate a posto mediante una staffa elastica 818 di rame al berillio che è unita alla flangia 812 e ai fondi delle tessere radianti 814 e 816, consentendo un movimento dei bordi delle tessere nelle direzioni indicate dalle frecce 820 per consentire perciò dilatazione e contrazione, fri ima realizzazione, la staffa elastica ha uno spessore di 0,127 mm (0,005 poli) e una lunghezza (in una direzione normale al piano della figura 8a) di 25,4mm (1,0 poIL). La disposizione descrìtta nelle figure 8a e 8b ha i vantaggi di distanziatine molto strette dei bordi della tessera rispetto agli elementi di telaio e la natura periodica del complesso di tessere tende ad avere minori lobi reticolati e quindi maggiore resa di apertura.

La combinazione delle quattro montature flessibili secondo l’invenzione nel telaio descritto e la robustezza longitudinale fornita da ciascuna trave flessibile, assieme con la robustezza o rigidità della tessera radiante lungo la sua diagonale, fornisce sostegno di tipo triangolare dell’apertura rettangolare, esaltando la robustezza strutturale del telaio contro forze reciprocamente opposte dirette parallele alle travi di sostegno o a forze applicate diagonalmente. Inoltre, il sostegno flessibile posiziona le tessere radianti entro l’apertura del telaio in un modo che fornisce rigidità in sei gradi di libertà di movimento della tessera, cioè tre traslazioni (x, y, e z), e tre rotazioni attorno agli assi x, y e z. Un vantaggio saliente della disposizione secondo l’invenzione è che le dimensioni di un’antenna complessiva (misurata in tessere) o la sua frequenza di funzionamento, possono essere cambiate facilmente, togliendo semplicemente tessere dal telaio e installando altre tessere aventi le caratteristiche desiderate. Quindi, se il tipo presente di un veicolo spaziale comprende quattro tessere in una particolare banda di frequenza e le esigenze del cliente di guadagno direttivo aumentano, si possono togliere tessere false e addizionali tessere che irradiano in quella banda di frequenza possono essere aggiunte al telaio. Similmente, la configurazione, morfologia o forma del complesso di tessere radianti può essere simmetrica o asimmetrica, per aiutare nel soddisfare gli scopi di impronta.

Altre realizzazioni dell’invenzione saranno evidenti agli esperti nel ramo. Per esempio, benché le strutture 18a e 18b siano state descrìtte come antenne, ciascuna di tali strutture può comprendere ima pluralità di radiatori separati che firn ninnano a frequenze o polarizzazioni differenti per traslare informazioni differenti e possono comprendere organi per trasmissione e ricezione simultanea. Benché sia stata illustrata e descrìtta una disposizione di 8x10 tessere, il complesso può essere di qualsiasi dimensione desiderata e può essere quadrato, rettangolare o di qualche altra forma. Una tessera 22 di complesso di antenna di un pannello 20 può cooperare elettromagneticamente con un altra tessera del medesimo pannello 20 o di un altro pannello 20, per fornire maggiore direttività rispetto ad una sola tessera o un solo pannello. Benché le flange superiori e inferiori della trave a I di sostegno siano state illustrate come delle medesime dimensioni, queste possono avere dimensioni differenti Benché siano stati descritti due distanziatori per sostenere la trave flessibile sulla trave di sostegno, si possono usare più o meno distanziatori. Benché la staffa 56 di fissaggio di staffa sia stata illustrata come giacente circa a metà strada tra la flangia superiore è la flangia inferiore della trave di sostegno a I, la posizione nell’apertura alla quale la tessera radiante è sostenuta può essere scelta secondo il suo spessore e i dettagli della flangia di montaggio e della sua interfaccia di tessera. I gambi delle travi possono essere forati per riduzione di peso, se desiderato. Benché siano stati descritti convenzionali complessi di antenne in cui gli elementi di antenne sono alimentati da formatori di fasci, i principi di montaggio dell’invenzione sono applicabili a complessi riflettori come quelli descritti nel brevetto USA No. 5.280.297, concesso il 18 gennaio 1994 a nome di Profera, dove la distanziatura degli elementi del complesso di antenne deve essere mantenuta sopra il complesso. Benché le travi a I siano state descritte come monolitiche, possono essere fatte interbio ccando una o più flange con ciascun gambo e incollando la giunta risultante tra flange e gambo o mediante qualsiasi altra tecnica di fabbricatone.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Antenna ordinata comprendente: un telaio contenente una pluralità di travi di sostegno diritte allungate, intercollegate in due gruppi reciprocamente ortogonali in modo da definire assieme un complesso rettangolare bidimensionale di una prima pluralità di aperture rettangolari identiche, detto telaio essendo soggetto a deformazioni in risposta a forze agenti su detto telaio parallele a dette travi di sostegno; una seconda pluralità, che non è maggiore di detta prima pluralità, di tessere rettangolari irradianti elettromagneticamente, ciascuna di dette tessere irradianti avendo dimensioni di lunghezza e larghezza scelte per infilarsi entro dette apertine e avendo una dimensione di spessore molto minore di dette dimensioni di lunghezza e di larghezza; mezzi di montatura fissati a ciascuna di dette tessere e a quelle associate di dette aperture in detto telaio, per contenere ciascuna tessera in un’apertura associata di detto telaio, ciascuno di detti mezzi di montatura contenendo quattro montature, ciascuna di dette montature essendo fissata al centro di uno dei lati di quella associata delle tessere radianti e al centro di ima di dette travi di sostegno definente un bordo di detta una associata di dette aperture, ciascuna di dette montature contenendo (a) una trave flessibile allungata definente una dimensione di spessore, una dimensione di larghezza maggiore di detta dimensione di spessore e una dimensione di lunghezza maggiore di detta dimensione di larghezza, (b) mezzi distanziatori collegati a detta trave flessibile e a detta una associata di dette travi di sostegno, per cui il centro di detta trave flessibile può flettersi verso e via dal centro di detta una associata di dette travi di sostegno e (c) ulteriori mezzi di collegamento colleganti il lato associato di detta tessera irradiante a detta trave flessibile, per cui la dilatazione e la contrazione di detta tessera irradiante obbliga detto centro di detta trave flessibile a deflettersi verso e via da, rispettivamente, le loro associate travi di sostegno, per cui ciascuna di dette tessere irradianti rimane centrata nella sua associata apertura e per cui la combinazione di dette quattro montature e la rigidità longitudinale fornita da dette travi flessibili, assieme con la rigidità di detta tessera irradiante lungo le sue diagonali, fornisce un sostegno di tipo triangolare di detta apertura rettangolare, per esaltare la robustezza strutturale di detto telaio contro forze dirette parallele a dette travi di sostegno.
2. 2. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi distanziatori collegati a detta trave flessibile e a detto una associata di dette travi di sostegno comprende una coppia di distanziatori, ciascuno dei quali è fissato ad un estremo della sua associata trave flessibile e al lato di detta ima associata di dette travi di sostegno.
3. 3. Antenna secondo la rivendicazione 2, in cui detta trave di sostegno contiene un gambo e una flangia e detta coppia di distanziatori è fissata a detto gambo.
4. 4. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna di dette tessere radianti contiene un complesso di elementi radianti.
5. 5. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui dette aperture rettangolari sono quadrate, e dette tessere radianti sono quadrate.
6. 6. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui almeno una di dette tegole radianti di detto complesso funziona in una prima gamma di frequenza, e un’altra di dette tegole radianti funziona in una seconda gamma di frequenza, differente da detta prima gamma di frequenza.
7. 7. Antenna secondo la rivendicatone 6, in cui una pluralità di dette tessere radianti di detto complesso irradia in detta prima gamma di frequenza e una pluralità di dette tessere radianti di detto secondo complesso irradia in detta seconda gamma di frequenza.
8. 8. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui detto telaio giace essenzialmente in un piano e il piano di detta tessera è parallelo a detto piano di detto telaio.
9. 9. Antenna ordinata secondo la rivendicatone 1, in cui detti mezzi distanziatori comprendono primi e secondi distanziatori collegati agli estremi di detta trave flessibile e a detta una associata di dette travi di sostegno, per cui una porzione centrale di detta trave flessibile non è sostenuta da un distanziatore e può essere deflessa verso e via dall’una associata di dette travi di sostegno; e detti ulteriori mezzi di collegamento colleganti il lato associato di detta tessera irradiante alla trave flessibile comprendono mezzi per collegare la porzione centrale di detto lato associato di detta tessera irradiante a detta porzione centrale di detta trave flessibile.
10. 10. Veicolo spaziale, comprendente: una pluralità di antenne ordinate, ciascuna di dette antenne ordinate comprendendo: un telaio contenente una pluralità di travi di sostegno diritte allungate, intercollegate in due gruppi reciprocamente ortogonali in modo da definire assieme un complesso rettangolare bidimensionale in una prima pluralità di aperture rettangolari identiche, detto telaio essendo sottoposto a deformazione in risposta a forze agenti su detto telaio; una seconda pluralità, che non è maggiore di detta prima pluralità, di tessere rettangolari irradianti elettromagneticamente, ciascuna di dette tessere radianti avendo dimensioni di lunghezza e di larghezza scelte per infilarsi entro dette aperture ed avendo ima dimensione di spessore molto minore di entrambe dette dimensioni di lunghezza e di larghezza; mezzi di montatura fissati a ciascuna di dette tessere e a quelle associate di dette aperture in detto telaio, per contenere ciascuna tessera in una associata apertura di detto telaio ciascuno di detti mezzi di montaggio contenendo quattro montature, ciascuna di dette montature essendo fissate al centro di uno dei lati di quella associata di dette tessere irradianti e al centro di una di dette travi di sostegno definente un bordo di detta un’associata di dette aperture, ciascuna di dette montature comprendendo (a) una trave flessibile allungata definente ima dimensione di spessore, una dimensione di larghezza maggiore di detta dimensione di spessore e una dimensione di lunghezza maggiore di detta dimensione di larghezza, (b) una coppia di distanziatori, ciascuno dei quali è fissato ad un estremo della sua associata trave flessibile e al lato di detta una associata di dette travi di sostegno, per cui il centro di detta trave flessibile può deflettersi verso e via dal centro di una detta associata di dette travi di sostegno, e (c) ulteriori mezzi di collegamento colleganti il centro del lato associato di detta tessera irradiarne al centro di detta trave flessibile, per cui una dilatazione e una contrazione di detta tessera irradiarne obbliga detto centro di detta trave flessibile a deflettersi verso e via da, rispettivamente, le loro associate travi di sostegno, per cui ciascuna di dette tessere irradianti rimane centrata nella sua associata apertura e per cui la combinazione di dette quattro montature e la rigidità longitudinale fornita da dette travi flessibili, assieme con la rigidità di detta tessera irradiante lungo le sue diagonali, fornisce un sostegno triangolare di detta apertura rettangolare, per esaltare la robustezza strutturale di detto telaio.