Antena radioeléctrica con perfiles angulares de desacoplamiento mejorados.

Antena radioeléctrica, especialmente para artefacto espacial, que incluye un reflector (20) y medios de soporte (19) de este reflector, incluyendo el reflector un casco (22) capaz de reflejar las ondas radioeléctricas y una estructura posterior rígida (28) soportada por los medios de soporte y unida al casco (22) mediante perfiles angulares de desacoplamiento (24) repartidos alrededor de un eje del casco (22) e incluyendo, cada uno, una primera base (32) fijada al casco (22) del reflector, con la antena caracterizada porque cada uno de dichos perfiles angulares de desacoplamiento (24) incluye una laminilla metálica flexible (34) o una segunda base fijada a la estructura posterior rígida (28) y una lámina metálica central (30) que une dicha primera base (32) a dicha laminilla metálica flexible o a dicha segunda base y capaz de amortiguar una componente transversal de vibraciones del casco (22)y en por lo menos uno de sus extremos, una capa de material elástico (38) capaz de amortiguar por lo menos una componente axial de vibraciones del casco (22), con dicha capa de material elástico (38) interpuesta entre dicha primera base (32) y el casco (22), o entre dicha laminilla metálica flexible o dicha segunda base y dicha estructura posterior rígida (28).

Antena radioeléctrica con perfiles angulares de desacoplamiento mejorados Ámbito técnico

La presente invención se refiere al ámbito de las antenas radioeléctricas con reflectores y afecta especialmente a una antena para un artefacto espacial, como un satélite de telecomunicaciones.

Estado de la técnica anterior

Las antenas de artefactos espaciales deben ser de conformidad con especificaciones, especialmente en relación con la reflectividad de sus reflectores, pero también con la resistencia mecánica de los medios de unión de los reflectores con los artefactos espaciales, que están sometidos a las solicitaciones vibratorias acústicas y dinámicas inducidas por las lanzaderas espaciales. Además, estas antenas deben ser de conformidad con especificaciones relativas a su comportamiento termo-elástico en órbita.

El nivel de las solicitaciones acústicas inducidas por las lanzaderas es muy difícil de prever, por lo que es preferible que estas antenas sean casi insensibles a las fuerzas acústicas, para limitar los riesgos de sub-dimensionamiento o de sobre-dimensionamiento de los medios de unión a los artefactos espaciales.

Las figuras 1 y 1a representan un ejemplo de antena radioeléctrica 1 (figura 1) para satélite de telecomunicaciones que funciona a frecuencias incluidas entre 12 GHz y 18 GHz aproximadamente (banda Ku), de un tipo conocido.

El reflector 12 de la antena 1 incluye un casco 14 del tipo sándwich formado por una estructura en nido de abeja en la que se colocan una piel anterior - habitualmente denominada piel activa - y una piel posterior, cada una de estas pieles constituida por un pliego de fibras de carbono sumergidas en una resina epoxi.

El casco 14 del reflector 12 es soportado por una estructura posterior rígida 16 de este reflector. Esta estructura posterior 16está formada por ejemplo por elementos tubulares dispuestos según un hexágono centrado en un eje del reflector. En el ejemplo representado en las figuras, estos elementos tubulares poseen, vistos en corte, una forma rectangular.

La estructura posterior 16 está unida a la piel posterior del casco 14 mediante perfiles angulares 18 (figura 1a) capaces de garantizar la resistencia mecánica de la antena durante su lanzamiento y la puesta en órbita del satélite equipado con dicha antena, así como un desacoplamiento termo-mecánico entre el reflector 12 y la estructura posterior 16 cuando el satélite está en órbita. Además, la estructura posterior 16 es soportada por un brazo soporte 19 destinado a garantizar la unión entre la antena 1 y el satélite.

Las fibras de carbono de los pliegos de las pieles anterior y posterior mencionadas están dispuestas en forma de tejidos triaxiales que se caracterizan por poseer propiedades mecánicas casi isotrópicas y por la presencia de calados pasantes regularmente repartidos en su superficie.

Estos calados permiten una reducción de la masa del reflector y comunican con alvéolos de la estructura en nido de abeja, de manera que este tipo de reflector es poco sensible a las solicitaciones vibratorias, especialmente a las solicitaciones acústicas durante el lanzamiento del satélite equipado con la antena 1.

De manera general, los materiales compuestos empleados en estas antenas les proporcionan una gran ligereza, lo que constituye una ventaja esencial en el ámbito de las aplicaciones espaciales.

Sin embargo, las propiedades de reflectividad de los reflectores calados del tipo descrito anteriormente no son satisfactorias a las frecuencias incluidas entre 2 GHz y 4 GHz aproximadamente (banda Ka).

Se han propuesto soluciones que consisten, a partir de una antena del tipo descrito anteriormente, en reducir el tamaño de los calados de la piel activa, incluso en sustituir la piel activa calada por una piel entera, pero las antenas así obtenidas se han revelado demasiado sensibles a las solicitaciones acústicas.

Además, a estas frecuencias más elevadas, las tolerancias relativas a los perfiles de los reflectores son más estrictas, lo que conduce a requisitos más severos en términos de precisión de fabricación y de estabilidad en el tiempo de los reflectores, típicamente del orden de 3 pm RMS, por comparar con los 15 pm RMS para los satélites que operan a las frecuencias inferiores de la banda Ku.

Ahora bien, las estructuras sándwich del tipo descrito anteriormente, que incluyen pieles caladas formadas por un único pliego de material compuesto, no permiten cumplir con facilidad los niveles de exigencia requeridos para el funcionamiento en la banda Ka.

Exposición de la invención

La invención tiene especialmente por objeto aportar una solución sencilla, económica y eficaz a estos problemas, permitiendo evitar los inconvenientes mencionados.

Tiene especialmente por objeto una antena radioeléctrica para artefacto espacial, capaz de funcionar a las frecuencias de la banda Ka y que cumple los requisitos impuestos a este tipo de antena, especialmente en lo que se refiere a la sensibilidad de la antena a las solicitaciones vibratorias inducidas por las lanzaderas, la precisión de fabricación del perfil del reflector de la antena y la estabilidad de este perfil en el tiempo y de manera general, el comportamiento termo-mecánico de la antena en órbita.

La invención propone a tal efecto una antena radioeléctrica, especialmente para artefacto espacial, que incluye un reflectory medios de soporte de este reflector, incluyendo el reflector un casco capaz de reflejar las ondas radioeléctricas y una estructura posterior rígida soportada por los medios de soporte y unida al casco mediante perfiles angulares de desacoplamiento repartidos alrededor de un eje del casco e incluyendo cada uno una primera base fijada al casco del reflector, una laminilla metálica flexible o una segunda base fijada a la estructura posterior rígida y una lámina metálica central que une la referida primera base a la laminilla metálica flexible o a la referida segunda base y capaz de amortiguar una componente transversal de vibraciones del casco.

Según la invención, cada uno de dichos perfiles angulares de desacoplamiento incluye, en al menos uno de sus extremos, una capa de un material elástico capaz de amortiguar por lo menos una componente axial de vibraciones del casco.

Además, la capa de material elástico mencionada está interpuesta entre dicha primera base y el casco, o entre dicha laminilla metálica flexible o dicha segunda base y dicha estructura posterior rígida.

Cada perfil angular de desacoplamientopuede así incluir bien una única capa de material elástico dispuesta en uno de los extremos del perfil angular, bien dos capas de material elástico dispuestas respectivamente en ambos extremos del perfil angular.

La capa de material elástico de cada perfil angular permite reducir considerablemente el impacto de solicitaciones vibratorias, especialmente acústicas, en los medios de soporte del reflector de la antena.

Esto permite limitar el nivel de resistencia mecánica exigido para los medios de soporte y esto facilita en mayor medida el dimensionamiento de estos medios de soporte.

En un modo de realización preferido de la invención, el casco del reflector incluye una piel anterior entera, es decir no calada.

La gran capacidad de amortiguación de los perfiles angulares, debido a su capa de material elástico, posibilita en efecto el uso de una piel anterior entera, capaz de dotar al reflector de propiedades de reflectividad óptimas, a la vez que se limitan los riesgos de sub-dimensionamiento de los medios de soporte del reflector.

En el modo de realización preferido de la invención, dicho material elástico presenta un módulo de Young incluido entre ,25 MPa y 1 MPa, una resistencia a la tracción incluida entre ,1 MPa y ,5 MPa y un estiramiento a la rotura incluido entre el 2% y el 4%.

La capa de material elástico de cada perfil angular es capaz, por lo tanto, de amortiguar de manera óptima las solicitaciones vibratorias a las que la antena puede verse sometida, especialmente cuando esta antena equipa un artefacto espacial.

En el modo de realización preferido de la invención, dicho material elástico es una espuma e incluye por lo menos un compuesto perteneciente al grupo de las poliimidas.

Cada perfil angular puede incluir además una estructura sándwich que incluye dos pieles de material compuesto, colocadas a cada lado de dicha capa de material elástico.

Esto puede permitir especialmente la fijación de los perfiles angulares al reflector mediante un procedimiento similar a un procedimiento utilizado habitualmente para la fijación de los perfiles angulares de los reflectores del tipo convencional descrito anteriormente, lo que... [Seguir leyendo]

1. Antena radioeléctrica, especialmente para artefacto espacial, que incluye un reflector (2) y medios de soporte (19) de este reflector, incluyendo el reflector un casco (22) capaz de reflejar las ondas radioeléctricas y una estructura posterior rígida (28) soportada por los medios de soporte y unida al casco (22) mediante perfiles angulares de desacoplamiento (24) repartidos alrededor de un eje del casco (22) e incluyendo, cada uno, una primera base (32) fijada al casco (22) del reflector, con la antena caracterizada porque cada uno de dichos perfiles angulares de desacoplamiento (24) incluye una laminilla metálica flexible (34) o una segunda base fijada a la estructura posterior rígida (28) y una lámina metálica central (3) que une dicha primera base (32) a dicha laminilla metálica flexible o a dicha segunda base y capaz de amortiguar una componente transversal de vibraciones del casco (22)y en por lo menos uno de sus extremos, una capa de material elástico (38) capaz de amortiguar por lo menos una componente axial de vibraciones del casco (22), con dicha capa de material elástico (38) interpuesta entre dicha primera base (32) y el casco (22), o entre dicha laminilla metálica flexible o dicha segunda base y dicha estructura posterior rígida (28).

2. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque el casco (22) incluye una piel anterior entera.

3. Antena según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque dicho material elástico presenta un módulo de Young incluido entre ,25 MPa y 1 MPa.

4. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho material elástico presenta una resistencia a la tracción incluida entre ,1 MPa y ,5 MPa.

5. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dicho material elástico presenta un estiramiento a la rotura incluido entre el 2% y el 4%.

6. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicho material elástico es una espuma.

7. Antena según la reivindicación 6, caracterizada porquedicho material elástico incluye por lo menos un compuesto perteneciente al grupo de las poliimidas.

8. Antena según la reivindicación 6 o 7, caracterizada porque cada uno de dichos perfiles angulares de desacoplamiento (24) incluye por lo menos una estructura sándwich que incluye dos pieles de material compuesto colocadas a cada lado de dicha capa de material elástico (38).

9. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicho material elástico incluye un adhesivo que incluye un compuesto de elastómero o de silicona o de poliuretano.

1. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque está configurada para funcionar en una banda de frecuencias predeterminada del espectro de las microondas incluida en la banda Ka.