Brevet FR3081083A1 — publié le 20191115

Description Titre de l'invention : RÉFLECTEUR D'ANTENNE À RÉSEAU DE RÉFLEXION À OUVERTURE DÉPLOYABLE ET LÉGER RÉFÉRENCES CROISÉES À DES APPLICATIONS CONNEXES [0001] La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet provisoire américaine no 62/668,304 déposée le 8 mai 2018. Domaine technique [0002] La présente invention porte sur le domaine des antennes, et plus particulièrement sur un réflecteur d'antenne à réseau de réflexion à ouverture déployable et léger destiné à être utilisé dans les engins spatiaux et similaires. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0003] Il est bien connu dans l'art des antennes d'engins spatiaux d'utiliser des réflecteurs à grandes ouvertures pour augmenter la performance RF (radiofréquence) de l'antenne. Lorsque la taille de ces réflecteurs à grande ouverture est supérieure à celle du carénage du lanceur, ils sont habituellement dans une configuration d'ouverture repliée lors du lancement de l'engin spatial (en plus de la structure de support de la perche du réflecteur qui est également repliée contre l'engin spatial) et doivent être déployés dans une configuration d'ouverture déployée une fois en orbite (et dans une configuration déjà déployée de la structure de support de perche du réflecteur). Les réflecteurs à ouverture déployable sont de nature très complexe, avec de nombreuses pièces mobiles nécessaires pour obtenir une surface réfléchissante de forme précise lorsqu'elle est déployée. Les réflecteurs déployables courants utilisés dans les applications en bandes L, C et Ku utilisent généralement une combinaison d'éléments de déploiement rigides, de charnières et d'un maillage réfléchissant RF conforme qui est tendu pour conférer une forme parabolique. La mise en forme d'une telle conception est typiquement limitée à une géométrie globale concave avec la possibilité de formes convexes localisées grossières. Une surface de réflecteur nécessite une meilleure précision de surface pour une utilisation dans les bandes de fréquences plus élevées (telles que la bande Ka, la bande V, etc.). [0004] Ces ouvertures déployables sont longues et coûteuses à concevoir et à fabriquer, en particulier pour les applications dans les bandes de fréquences plus élevées, d'où la nécessité d'un plus grand nombre de pièces afin d'obtenir une définition de surface plus fine lorsque l'ouverture est dans sa configuration finale d'ouverture déployée, sur orbite. [0005] Les réflecteurs à réseau de réflexion ont été proposés comme un moyen de faire en sorte qu'une surface mécanique plane produise les performances d'un réflecteur de 2 forme idéale (parabolique ou autre). L'utilisation d'un réflecteur à surface plane entraîne toutefois une limitation significative de la largeur de bande en raison de la différence entre la correction de l'élément résonnant (réflecteur à réseau de réflexion) sensible à la fréquence et celle qui serait obtenue avec l'optique d'un réflecteur de forme idéale à temporisation réelle souhaité. [0006] En conséquence, il existe un besoin pour un réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable amélioré pour les engins spatiaux et autres similaires. Résumé de l'invention [0007] L'objectif général de la présente invention est donc de fournir un réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable amélioré pour éviter les problèmes susmentionnés. [0008] L'un des avantages de la présente invention est que le réflecteur à ouverture dé- ployable, utilisant la technologie des réseaux de réflexion, permet d'obtenir la forme de surface réfléchissante (ou conductrice) électrique théorique virtuelle souhaitée. [0009] Un autre avantage de la présente invention est que le réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable permet de réduire le poids total, les temps et les coûts de conception et d'analyse, ainsi que le temps et le coût de fabrication, y compris moins de pièces mobiles pour le déploiement de l'ouverture qu'une surface réfléchissante classique, pour une même performance RF électrique. [0010] Un autre avantage de la présente invention est que le réflecteur à réseau de réflecteur à ouverture déployable permet d'utiliser des formes initiales plus simples/plus grossières des différentes cellules à facettes qui sont affinées électriquement (RF) avec des plages métalliques (ou électriquement réfléchissantes/conductrices). [0011] Un autre avantage de la présente invention est que le réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable comprend généralement une pluralité de surfaces cellulaires flexibles composées d'au moins une couche généralement transparente RF sur laquelle se trouvent des éléments de raccordement électriquement conducteurs (technologie des réseaux de réflexion). [0012] Un autre avantage de la présente invention est que le réflecteur à réseau de réflexion déployable peut être optimisé pour fournir différentes caractéristiques de performance pour différentes bandes de fréquences. [0013] Un autre avantage de la présente invention est que le réflecteur à réseau de réflexion déployable peut reproduire une mise en forme optique raffinée équivalente de multiples géométries convexes et concaves localisées à partir d'une surface constituée de surfaces planes grossières (au moins dans une direction). [0014] Un autre avantage de la présente invention est que l'ensemble réfléchissant n'est mis en forme que dans sa configuration déployée. Il est flexible et conforme de sorte qu'il est possible d'obtenir un volume de rangement minimal. 3 [0015] Selon un aspect de la présente invention, il est prévu un réflecteur à ouverture dé- ployable destiné à être utilisé dans des antennes pour réfléchir un signal électroma- gnétique RF d'une bande de fréquences de signal prédéterminée, ledit réflecteur comprenant : - une structure à ouverture déployable pouvant être déployée entre une configuration d'ouverture repliée et une configuration d'ouverture déployée, ladite structure à ouverture déployable comprenant une pluralité d'éléments rigides reliés les uns aux autres ; et -un ensemble réfléchissant RF supporté par ladite pluralité d'éléments rigides lorsqu'il se trouve dans ladite configuration d'ouverture déployée, ledit ensemble réfléchissant RF comprenant une pluralité de cellules à facettes adjacentes les unes aux autres et formant une forme mécanique d'ensemble approchant une forme de surface électrique prédéterminée (ou souhaitée optimale), et caractérisé en ce que chacune de ladite pluralité de cellules à facettes comprend au moins une couche portant des éléments résonnants RF, lesdits éléments résonnants RF compensant électriquement une différence entre ladite forme mécanique d'assemblage et ladite forme de surface électrique prédéterminée. [0016] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une couche portant les éléments résonnants RF. [0017] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une couche portant les éléments résonnants RF sur au moins une face avant et une face arrière de celle-ci. [0018] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une pluralité de couches, au moins l'une de la pluralité de couches portant les éléments résonnants RF. [0019] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une couche avant et une couche arrière espacées l'une de l'autre, ladite couche arrière étant flexible et généralement réfléchissante au signal électromagnétique RF, ladite couche avant étant flexible et généralement transparente au signal électromagnétique RF, ladite couche avant portant les éléments résonnants RF sur celle-ci. [0020] Dans un mode de réalisation, chacune desdites cellules à facettes est sensiblement rectiligne dans au moins une direction, commodément dans une direction généralement circonférentielle. [0021] Dans un mode de réalisation, chacune desdites cellules à facettes est sensiblement rectiligne dans une direction généralement circonférentielle et dans une direction généralement radiale. [0022] Dans un mode de réalisation, chacune desdites cellules à facettes est sensiblement incurvée dans au moins une direction, commodément dans une direction généralement radiale. [0023] D'autres objets et avantages de la présente invention seront mis en évidence par une 4 lecture attentive de la description détaillée fournie ici, avec une référence appropriée aux dessins qui l'accompagnent. Brève description des dessins [0024] D'autres aspects et avantages de la présente invention seront mieux compris en se référant à la description associée aux figures suivantes, dans lesquelles des références similaires utilisées dans différentes figures désignent des composants similaires, où : [fig.1] La figure 1 est une vue schématique en perspective de face d'un réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable, conformément à un mode de réalisation de la présente invention ; [fig.2] La figure 2 est une vue schématique en perspective arrière du mode de réalisation de la figure 1 ; [fig.3] La figure 3 est une vue agrandie partiellement écorchée prise le long de la ligne 3 de la figure 1 ; [fig.4] La figure 4 est une vue schématique en perspective arrière d'un autre mode de réalisation d'un réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable de la présente invention ; [fig.5] La figure 5 est une vue schématique en perspective de face d'un autre mode de réalisation d'un réflecteur à réseau de réflexion à ouverture déployable de la présente invention ; [fig.6] La figure 6 est une vue en coupe agrandie partiellement écorchée prise le long de la ligne 6-6 de la figure 5 ; [fig.7] La figure 7 est une vue en perspective agrandie partiellement écorchée semblable à la figure 3, montrant un autre mode de réalisation de la présente invention avec un ensemble réfléchissant RF ayant une seule couche ; et [fig.8] La figure 8 est une vue agrandie et écorchée en plan du dessus d'une couche d'une cellule des réflecteurs à réseau de réflexion à ouverture déployable de la présente invention. Description des modes de réalisation [0025] En ce qui concerne les dessins joints en annexe, le mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit dans le présent document à titre indicatif et en aucun cas à titre limitatif. [0026] Les figures 1 à 3 montrent un réflecteur à ouverture déployable conformément à un mode de réalisation 10 de la présente invention, généralement destiné à être utilisé dans des antennes à bord d'un engin spatial (non illustré) ou similaire pour réfléchir un signal électromagnétique RF (radiofréquence) d'une bande de fréquences de signal prédéterminée. Il est à noter que les réflecteurs figurant sur les dessins ne sont représentés que dans la configuration de l'ouverture déployée et que les mécanismes de dé- ploiement (charnières, ressorts et autres) sont également absents des dessins car ils ne font pas partie de la présente invention. De plus, la fixation des différentes pièces les unes aux autres n'est pas non plus illustrée et de nombreux éléments de liaison différents connus dans l'art peuvent être utilisés. [0027] Le mode de réalisation de la figure 1 comprend généralement une structure à ouverture déployable qui peut être déployée, de la même façon qu'un parapluie ou un système de côtes enveloppantes comme exemples non limitatifs possibles pour le présent mode de réalisation, entre une configuration d'ouverture repliée (non représentée) et une configuration d'ouverture déployée représentée sur les figures 1 et 2. La structure à ouverture déployable 20 comprend une pluralité d'éléments rigides 22 se raccordant les uns aux autres et disposés selon un motif 24 (mieux vu dans la figure 2), tel qu'un motif radial dans ce cas, les éléments rigides 22 ou les nervures étant essentiellement incurvés dans la direction radiale dans le présent mode de réalisation 10. Un ensemble réfléchissant RF 30 est supporté par les éléments rigides 22 dans la configuration de l'ouverture déployée. L'ensemble réfléchissant RF 30 comprend typiquement une pluralité de cellules à facettes 32 adjacentes les unes aux autres et qui constituent (ou définissent) une forme mécanique d'ensemble 34 qui se rapproche d'une forme de surface électrique optimale souhaitée ou prédéterminée 36 (représentée schématiquement par des lignes pointillées). Chaque cellule facettée 32 est formée d'au moins une couche 38 d'un matériau typiquement flexible, et deux dans la version actuelle 10, une couche avant 38f et une couche arrière 38r espacées l'une de l'autre. L'espace entre les couches adjacentes 38 pourrait être maintenu à l'aide d'entretoises (non illustrées) ou de dispositifs similaires, ou de tout autre mécanisme d'espacement qui aurait généralement un effet négligeable sur la performance électrique RF de l'ensemble réfléchissant RF 30. [0028] Étant donné que la forme de surface électrique optimale souhaitée 36 est géné- ralement incurvée dans toutes les directions, tandis que les surfaces de chacune des cellules à facettes 32 sont généralement rectilignes dans au moins une direction (telle que la direction circonférentielle dans la réalisation des figures 1-3 lorsque les cellules 32 sont étirées ou tendues entre des éléments rigides adjacents 22) relativement à un axe géométrique de pointage de l'ensemble réfléchissant RF 30, chaque cellule à facettes 32 porte sur elle des éléments résonnants RF 40. Les éléments résonnants RF 40 compensent essentiellement électriquement une différence entre la forme mécanique 34 de l'ensemble et la forme de surface électrique optimale souhaitée 36. Comme le montre le mieux la figure 3, la couche avant 38f comprend un matériau généralement transparent RF portant les éléments résonnants RF 40 (ou souvent appelés patchs) faits d'un matériau électriquement réfléchissant. Le matériau électriquement réfléchissant peut, par exemple, et sans aucune limitation, être un matériau attaché, 6 cousu, peint, déposé (sous vide et/ou par un procédé électrochimique), plaqué ou collé sur celui-ci. La couche arrière 38r comprend généralement un matériau électriquement réfléchissant qui sert de couche de mise à la terre électrique. [0029] En se référant plus spécifiquement à la figure 4, on voit maintenant un réflecteur à ouverture déployable conformément à un deuxième mode de réalisation 110 de la présente invention qui pourrait se déployer de la même façon qu'un ventilateur. Les éléments rigides 22 sont également montrés comme étant essentiellement incurvés dans la direction radiale, et les différentes cellules 32 de l'ensemble réfléchissant RF 30, généralement rectilignes dans la direction circonférentielle, constituent une forme mécanique 34 approchant une partie d'une surface circulaire comme un paraboloïde, un hyperboloïde ou similaire. [0030] Dans les figures 5 et 6, il y a un réflecteur à ouverture déployable conformément à un deuxième mode de réalisation 210 de la présente invention qui est similaire au premier mode de réalisation 10, dans lequel chaque élément rigide 22 comprend une pluralité de sections rectilignes 26 (au lieu d'un élément courbe 22) placées dans une configuration bout à bout, et avec chaque cellule à facettes 32 étant généralement plate (ou généralement rectiligne en direction orthogonale, à savoir généralement radiale et périphérique), les éléments résonnants RF 40 (représentés sur la figure 6 seulement). [0031] Lorsqu'une pluralité de couches 38 sont utilisées pour former les cellules à facettes 32 de l'ensemble réfléchissant RF 30, on pourrait envisager d'utiliser des entretoises, de préférence transparentes RF, 42 entre les couches adjacentes 38 pour contrôler la distance entre elles. [0032] Comme le montre la figure 7, un autre mode de réalisation 310 d'un réflecteur à ouverture déployable conformément à la présente invention comprend une seule couche 38 de chaque cellule à facettes 32 de l'ensemble réfléchissant RF 30 qui porte les éléments résonnants RF 40 sur elle (à noter que bien que les éléments 40 semblent similaires à ceux de la figure 3, ils pourraient aussi être de taille, forme et propagation totalement différentes sur les cellules 32). Ici encore, les éléments 40 compensent la différence entre la forme mécanique 34 de l'ensemble réfléchissant RF 30 et la forme de surface électrique 36 prédéterminée (schématiquement représentée en ligne pointillée). [0033] Comme l'illustre la figure 8, chaque couche 38 d'une cellule à facettes pourrait être faite d'un matériau tricoté en maille 44, comprenant généralement un matériau métallique (avec un agencement organisé ou même chaotique), suffisamment souple pour rester aussi plat que possible, lorsqu'il est étiré ou tendu, sans générer de petits plis qui ne seraient pas acceptables pour la performance RF de l'antenne. Une personne versée dans l'art comprendrait aisément que de nombreux autres types de matériaux (feuilles diélectriques, fibres, etc.) pourraient être envisagés sans s'écarter de la portée de la 7 présente invention. [0034] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une pluralité de couches, l'une au moins de la pluralité de couches portant les éléments résonnants RF. [0035] Dans un mode de réalisation, la au moins une couche comprend une couche avant 38f et une couche arrière 38r espacées l'une de l'autre. La couche arrière 38r pourrait être flexible et généralement réfléchissante par rapport au signal électromagnétique RF, tandis que la couche avant 38f serait flexible et généralement transparente par rapport au signal électromagnétique RF, la couche avant 38f comportant ou portant les éléments résonnants RF 40. [0036] Bien qu'elle ne soit pas illustrée, une personne versée dans l'art se rendrait facilement compte que, sans s'écarter de la portée de la présente invention, lorsqu'une pluralité de couches 38 sont considérées pour chaque cellule à facettes 32, au moins une de la pluralité de couches 38 porte les éléments résonnants RF 40 dessus. De plus, une même couche 38 pourrait avoir des taches 40 sur au moins une face avant et une face arrière de celle-ci. [0037] Bien que la présente invention ait été décrite avec un certain degré de particularité, il faut comprendre que la divulgation a été faite à titre d'exemple seulement et que la présente invention ne se limite pas aux caractéristiques des incarnations décrites et illustrées ici, mais comprend toutes les variations et modifications dans le cadre de l'invention telle que décrite ci-dessus et revendiquée ci-après. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]