Brevet FR2967305A1 — publié le 20120511

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des antennes centrées déployables destinées à des applications de télémétrie ou bien à des applications de télécommunications. s ETAT DE LA TECHNIQUE Les antennes déployables sont fréquemment utilisées sur les satellites afin de répondre aux contraintes d'encombrement sous coiffe lors du lancement du satellite. io On entend par antenne déployable une antenne dont le volume stocké est inférieur au volume après déploiement. On parle d'antenne dépliable lorsque le volume stocké est égal au volume en opération. Lorsqu'une forte directivité est demandée ou lorsque la fréquence de ls fonctionnement est relativement basse, des antennes de grandes dimensions sont nécessaires. Or, au delà de deux à trois mètres, les solutions dépliables ne peuvent généralement plus répondre aux contraintes d'aménagement sous coiffe. 20 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. 25 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 30 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 radioélectriques de l'antenne. s 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 io la structure porteuse en elle-même ou aux efforts mécaniques et vibrations subis. 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 ls 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. 20 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. 25 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. 30 PRESENTATION DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est d'obtenir une antenne centrée déployable qui soit la plus grande possible déployée et la plus petite possible pliée. s Un autre objectif de l'invention est de limiter les mécanismes de déploiement. Pour atteindre cet objectif, l'invention concerne, selon un premier aspect, une antenne déployable centrée comprenant un réflecteur principal ; une source disposée au centre du réflecteur principal. L'antenne est io caractérisée en ce que le réflecteur principal comprend : un panneau central polygonal ayant n côtés, et un centre, la source étant disposée au centre du panneau central ; n panneaux périphériques rectangulaires et n panneaux auxiliaires de forme sensiblement triangulaire ; en ce que chaque panneau périphérique comprend un côté coopérant avec un côté du panneau central ; ls chaque panneau auxiliaire est disposé entre deux panneaux périphériques consécutifs et comprend un côté coopérant avec un côté d'un panneau périphérique ; et en ce que lorsque (i) le réflecteur principal est en configuration aplatie, un côté du panneau auxiliaire forme une ouverture angulaire avec un côté d'un panneau périphérique ; (ii) le réflecteur principal 20 est en configuration déployée, deux côtés de chaque panneau auxiliaire coopèrent avec les côtés des panneaux périphériques entre lesquels le panneau auxiliaire est disposé ; (iii) le réflecteur principal est en configuration pliée, les panneaux périphériques et auxiliaire sont disposés perpendiculairement au panneau central. 25 Une telle configuration permet d'obtenir une antenne qui lorsqu'elle pliée est compacte ce qui facilite sont stockage sous coiffe. Cette configuration permet en outre de mettre plusieurs satellites sous une même coiffe. De plus les éléments mécaniques nécessaires sont limités aux seuls 30 éléments de coopération entre les panneaux périphériques et auxiliaires et la configuration pliée facilite le gerbage de l'antenne. D'autres caractéristiques de l'antenne déployable selon l'invention sont les suivantes : lorsque l'ensemble est en configuration déployée les panneaux périphériques et auxiliaires sont disposés autour du panneau s central de manière alternée ; elle comprend en outre un corps ayant une face supérieure sur laquelle le panneau central est disposé ; les panneaux central et périphériques sont de forme carrée ; les panneaux central et périphérique ont une dimension io commune ; elle comprend en outre un sous-réflecteur disposé au dessus de la source ; elle comprend en outre au moins un panneau solaire disposé, lorsque l'antenne est en configuration déployée, dans le ls prolongement d'un panneau périphérique. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non 20 limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre une antenne déployable conforme à l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement une antenne parabolique à montage Cassegrain ; - la figure 3 illustre schématiquement une antenne parabolique à 25 montage prime-focus ; - la figure 4 illustre schématiquement un réflecteur principal, d'une antenne selon l'invention, comprenant cinq côtés - la figure 5 illustre un réflecteur principal, d'une antenne selon l'invention, en configuration aplatie ; 30 - la figure 6 illustre un réflecteur principal, d'une antenne selon l'invention, en configuration déployée ; - la figure 7 illustre une vue de face d'une antenne selon l'invention en configuration déployée ; - la figure 8 illustre une vue de face d'une antenne selon l'invention en configuration pliée vers le bas ; s - la figure 9 illustre une autre vue de face d'une antenne selon l'invention en configuration pliée vers le haut ; - les figures 10a et 10b illustrent une première configuration d'un déploiement d'un panneau périphérique et d'un panneau auxiliaire par rapport au panneau central d'une antenne selon l'invention ; io - les figures 11 a et 11 b illustrent une seconde configuration d'un déploiement d'un panneau périphérique et d'un panneau auxiliaire par rapport au panneau central d'une antenne selon l'invention ; - la figure 12 illustre une antenne selon l'invention en configuration déployée, les panneaux périphériques et auxiliaires comprenant 15 des reflectarrays ; - la figure 13 illustre une vue de côté d'une réalisation de l'antenne de l'invention ; - la figure 14 illustre une vue de dessus d'une réalisation de l'antenne de l'invention 20 - les figures 15 et 16 illustrent une configuration de l'antenne de l'invention avec des panneaux solaires. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La description qui suit est effectuée en relation avec les figures 1 à 16. s Une antenne centrée déployable à montage dit Cassegrain comprend un réflecteur principal 10, une source 30 disposée au centre du réflecteur principal 10 et un sous-réflecteur 20 disposé au dessus de la source. On rappelle qu'une antenne à montage Cassegrain diffère d'une antenne à montage dit prime-focus en ce qu'elle comprend en plus du io réflecteur principal 10 et de la source 30 un sous-réflecteur 20. On a illustré respectivement sur les figures 2 et 3 une antenne centrée parabolique à montage dit prime-focus et une antenne centrée parabolique centrée à montage dit Cassegrain. On préférera toutefois un montage Cassegrain pour gagner en is compacité. L'antenne de la figure 1 est déployable car la structure formant le réflecteur principal est déployable. Il est à noter que la structure formant le réflecteur principal peut être utilisée dans toute antenne parabolique et notamment dans un montage 20 prime-focus. Le réflecteur principal 10 a trois configurations : aplatie, déployée, pliée. On note que la notion de configuration déployée ou pliée s'applique également à la notion d'antenne déployée ou pliée. 25 Le réflecteur principal 10 comprend : - un panneau central C polygonal ayant n côtés, n étant supérieur ou égal à quatre et un centre O ; - n panneaux périphériques N, S, E, W rectangulaires et n panneaux auxiliaires NE, NW, SE, SW de forme sensiblement 30 triangulaire. 25 30 De préférence, le panneau central C comprend quatre côtés (n=4) (voir figure 1. Il peut également comprendre cinq côtés (n=5) (voir figure 4). De manière préférée, l'antenne déployable (montage prime-focus ou Cassegrain) comprend un corps 100 supportant le panneau central C (voir s figures 7 et 8). La source 30 est avantageusement maintenue au moyen d'au moins quatre bracons 31, 32, 33 (trois bracons sont représentés sur la figure 1) qui s'étendent à partir de chaque coin du panneau central C. Les bracons peuvent être rétractables, gonflables, télescopiques afin io de gagner en compacité lorsque l'antenne est en configuration pliée. Le caractère déployable de l'antenne est conféré par la disposition des panneaux périphériques et auxiliaires par rapport au panneau central C qui lui, en revanche, est fixe. Les panneaux périphériques N, S, E, W et auxiliaires NE, NW, SE, SW 15 sont tels que - chaque panneau périphérique comprend un côté coopérant avec un côté du panneau central C ; - chaque panneau auxiliaire NE, NW, SE, SW est disposé entre deux panneaux périphériques N, S, E, W consécutifs et comprend un 20 côté coopérant avec un côté d'un panneau périphérique (N, S, E, W). En outre, les panneaux périphériques N, S, E, W et auxiliaires NE, NW, SE, SW doivent satisfaire aux contraintes suivantes : (i) lorsque le réflecteur est en configuration aplatie (voir figure 5) un côté du panneau auxiliaire (NE, NW, SE, SW) forme une ouverture angulaire avec un côté d'un panneau périphérique ; (ii) lorsque le réflecteur est en configuration déployée (voir figure 1), deux côtés de chaque panneau auxiliaire coopèrent avec les côtés des panneaux périphériques (N, S, E, W) entre lesquels le panneau auxiliaire est disposé ; (iii) lorsque le réflecteur est en configuration pliée (voir figure 8), les panneaux périphériques (N, S, E, W) et auxiliaire (NE, NW, SE, SW) sont disposés perpendiculairement au panneau central (C). On précise que l'on entend par configuration aplatie une configuration s dans laquelle tous les panneaux sont dans un même plan. Les panneaux périphériques N, S, E, W et auxiliaires sont plans et réalisés en matériau rigide. De manière avantageuse, en position déployée, les panneaux périphériques et auxiliaires sont agencés de manière à obtenir une surface à io facettes se rapprochant d'un profil parabolique. Un tel profil permet de favoriser la stabilité du diagramme de rayonnement dans la bande de fréquences. Le panneau central est de préférence un carré de côté ayant pour longueur fc. 15 Les panneaux périphériques N, E, S, W sont ont pour dimension Li x , où est la longueur du côté qui coopère avec le panneau central C et où Li est la longueur du côté qui ne coopère pas avec le panneau central C avec i={ N, E, S, W}. De manière préférée, les panneaux périphériques N, E, S, W peuvent être carré. 20 Pour que le déploiement soit possible et pour obtenir une antenne déployée ayant un profil proche d'une parabole on prévoit une ouverture angulaire entre un côté d'un panneau auxiliaire et un côté d'un panneau périphérique. L'ouverture angulaire est définie entre la configuration aplatie et la 25 configuration déployée. En relation avec la figure 5, on prévoit n ouvertures angulaires (ici n=4). Ces ouvertures angulaires sont définies par l'inclinaison d'un coté d'un panneau auxiliaire par rapport au côté du panneau périphérique directement en vis-à-vis. 30 En relation avec les figures 5, 6 et 7 on a _ 2 LNZ + LW Z - ([LN - COS (aN )JlZ + [Lw - COS (aW )JlZ + [LN - sin (an, )- LW - sin (aW )JlZ )\ - - arccos II\ 2 2-LN -LH, 7L flsw arccos 4s2 + LW Z - ([Ls - cos (as )]2 + [L, - cos (a, )]2 + [Ls - sin (as )- L, - sin (a, )]2 ) = - - 2 2. Ls -LH, i /j Ls Z âTCCOS + LE2 - ([Ls - cos (as )lZ + [LE - cos (a, )lZ + Vs - sin (as )- LE - sin (aE )JlZ )\ NsE - II\ J J 2 / 2. Ls -LE .cos LNZ + LEZ - ([LN - COS (a,)]2 + [LE - COS (aE )]Z + [LN - sin (a, )- LE - sin (aE )]Z )\ II\ 2 2-LN-LE où /3NW,/3.w'/3sE,/3NE sont les ouvertures angulaires entre un coté d'un panneau auxiliaire par rapport au côté du panneau périphérique directement en vis-à-vis et où LN, LW, LE, LE sont respectivement les longueurs des s panneaux périphériques N, W, S, E et où aN,aw,as,aE sont les inclinaisons des panneaux périphériques N, W, S, E par rapport au panneau central C lorsque l'antenne (ou le réflecteur principal) est en configuration déployée, c'est-à-dire lorsque le réflecteur principal 10 est formé. Ainsi, comme on l'aura compris lorsque l'antenne se déploie les io panneaux périphériques N, W, S, E s'inclinent des angles aN,aw,as,aE ci- dessus mentionnés et entrainent les panneaux auxiliaires NE, NW, SE, SW en position de manière à ce que le profil du réflecteur principal soit formé. Les panneaux périphériques coopèrent avec le panneau central par des premiers moyens de fixation 201, 202 (deux moyens de fixation ls seulement sont représentés sur les figures 7 et 8). Ces moyens de fixation sont par exemple des charnières. Bien entendu, on peut envisager n'importe quel moyen de fixation pourvus qu'il puisse amener les panneaux périphériques N, W, S, E dans une position inclinée par rapport au panneau central C, l'inclinaison étant 20 telle que mentionnée ci-dessus. Les panneaux auxiliaires NE, NW, SE, SW coopèrent avec les panneaux périphériques N, W, S, E correspondant par des seconds moyens de fixation (non représentés). De la même manière que les premiers moyens de fixation, les seconds 25 moyens doivent être tels qu'ils puissent amener les panneaux auxiliaires en position pour que le profil du réflecteur principal 10 soit formé. En configuration pliée, comme déjà mentionné, les panneaux périphériques N, S, E, W et auxiliaire NE, NW, SE, SW sont disposés perpendiculairement au panneau central C. En particulier, on prévoit que les panneaux périphériques N, S, E, W s fassent un angle de +90° ou -90° par rapport au panneau central C (voir figure 8 et figure 9 respectivement). En d'autres termes par rapport au corps 100 de l'antenne on peut prévoir que les panneaux soient pliés au dessus du corps 100 ou le long du corps 100. io Les panneaux auxiliaires sont quant à eux pliés de manière à être stockés dos-à-dos par rapport au panneau périphérique correspondant. De cette façon on obtient une antenne pliée qui est compacte. Pour disposer les panneaux auxiliaires par rapport aux panneaux périphériques on peut envisager deux possibilités. ls Une première possibilité (voir figures 10a et 10b) est de prévoir que chaque panneau périphérique coopère avec un seul côté d'un panneau auxiliaire (comme sur la figure 5). Une seconde possibilité (voir figures 11 a et 11 b) est de prévoir qu'un panneau périphérique N, W, S, E sur deux coopère ave un côté d'un 20 panneau auxiliaire NE, NW, SE, SW. En particulier, pour un panneau périphérique N, W, S, E sur deux, les côtés perpendiculaires au côté adjacent au panneau central C coopèrent avec un côté d'un panneau auxiliaire NE, NW, SE, SW. Indépendamment de la possibilité de disposition des panneaux 25 auxiliaires, c'est d'abord un panneau périphérique qui est déployé puis le panneau auxiliaire coopérant avec le panneau périphérique correspondant (voir les flèches représentées sur les figures 10a, 10b, 11 a et 11 b). De manière avantageuse, le panneau central peut être en technologie classique (profil parabolique simple) ou en technologie reflectarray. 30 Les panneaux périphériques et auxiliaires sont en technologie reflectarray. En technologie reflectarray, chaque panneau comprend plusieurs cellules 70 (voir figure 12), chaque cellule 70 est destinée à déphaser le champ réfléchi de manière à simuler un profil parabolique. Afin d'alimenter l'antenne on peut prévoir des panneaux solaires 51, s 52, 53, 54 qui peuvent être disposés en périphérie des panneaux périphériques (voir figures 15 et 16). On peut disposer de un à huit panneaux solaires. Les panneaux solaires 51, 52, 53, 54 sont de préférence de taille identique à celle des panneaux périphériques. Les panneaux solaires utilisés io sont de type connu. En outre les panneaux solaires sont configurés pour être amovible notamment pour suivre le soleil lorsque l'antenne est en mission. La manière dont est pliée l'antenne facilite la disposition des moyens de maintien lorsqu'elle est positionnée sous coiffe. 15 On peut en effet prévoir des moyens de maintien entre les panneaux. REVENDICATIONS, 1. Antenne déployable centrée comprenant un réflecteur principal (10) ; s une source (30) disposée au centre du réflecteur principal (10) ; caractérisée en ce que le réflecteur principal (10) comprenant : - un panneau central (C) polygonal ayant n côtés, et un centre (0), la source (S) étant disposée au centre (0) du panneau central (C) ; io - n panneaux périphériques (N, S, E, W) rectangulaires et n panneaux auxiliaires (NE, NW, SE, SW) de forme sensiblement triangulaire ; en ce que o chaque panneau périphérique comprend un côté coopérant avec un côté du panneau central (C) ; ls o chaque panneau auxiliaire (NE, NW, SE, SW) est disposé entre deux panneaux périphériques (N, S, E, W) consécutifs et comprend un côté coopérant avec un côté d'un panneau périphérique (N, S, E, W) ; et en ce que lorsque 20 (i) le réflecteur principal est en configuration aplatie, un côté du panneau auxiliaire (NE, NW, SE, SW) forme une ouverture angulaire (f3Nw, flsw, fisE fiNE ) avec un côté d'un panneau périphérique ; (ii) le réflecteur principal est en configuration déployée, deux côtés de chaque panneau auxiliaire coopèrent avec les côtés des panneaux périphériques (N, S, E, W) entre lesquels le panneau auxiliaire est disposé ; (iii) le réflecteur principal est en configuration pliée, les panneaux périphériques (N, S, E, W) et auxiliaire (NE, NW, SE, SW) sont disposés perpendiculairement au panneau central (C). 2s 30 15 2. Antenne selon la revendication 1 dans laquelle lorsque l'ensemble est en configuration déployée les panneaux périphériques et auxiliaires sont disposés autour du panneau central de manière alternée. 3. Antenne selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un corps (100) ayant une face supérieure sur laquelle le panneau central (C) est disposé. to 4. Antenne selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les panneaux central (C) et périphériques (N, S, E, W) sont de forme carrée. 5. Antenne selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un sous-réflecteur (20) disposé au dessus de la source (30) 6. Antenne selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre au moins un panneau solaire disposé, lorsque l'antenne est en configuration déployée, dans le prolongement d'un panneau périphérique.