(57)【要約】【課題】  熱補償技術が適用されたフィルタおよびマルチプレクサ用の多重膜可撓性壁システムを提供する。【解決手段】  本発明は、熱補償技術が適用されたマイクロ波共振器に対して最適にされた可撓性キャップシステムに関する。より具体的には、本発明は、熱補償フィルタおよびＯＭＵＸ用の多重膜可撓性壁システム（１０、１１）を提案する。  多重膜可撓性壁（１０、１１）を、特にＯＭＵＸチャネルの共振空洞用の封止キャップとして使用することにより：・可撓性壁の熱抵抗を低減する一方、所与の変位に対して前記壁に加えられる等価レベルの機械的応力を維持すること、・または、所与の変位に対して可撓性壁に加えられる機械的応力を低減する一方、前記壁に同一の熱抵抗を維持すること、・または、等価レベルの機械的応力を維持することおよび等価の熱抵抗を維持することによって、可撓性壁の変形を増大させることことが可能となる。【選択図】      図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱補償技術が適用されたフィルタ構成要素または出力マルチプレクサ用の可撓性壁システムであって、前記壁が、少なくとも２つの積み重ねられた別個の可撓性膜（１０、１１、１２）を含み、かつ前記可撓性膜（１０、１１、１２）がそれぞれ、中心領域（Ｃ）と、中間領域（Ｉ）と、外周領域（Ｐ）とを有していて、それら各領域が互いに向かい合っている、可撓性壁システムにおいて、
前記可撓性膜（１０、１１、１２）が、前記中心領域（Ｃ）および前記外周領域（Ｐ）において熱的および機械的に結合され、かつ前記中間領域（Ｉ）においては結合されていないことを特徴とする、可撓性壁システム。
【請求項２】
前記可撓性膜（１０、１１、１２）が同時に歪むように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性壁システム。
【請求項３】
前記可撓性膜（１０、１１、１２）が可撓性の金属または非金属材料から作製されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の可撓性壁システム。
【請求項４】
前記可撓性膜（１０、１１、１２）が、互いに異なる材料から作製されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項５】
前記可撓性膜（１０、１１、１２）がアルミニウム製であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項６】
各膜（１０、１１、１２）が、異なる材料の組み合わせから作製されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項７】
各可撓性膜（１０、１１、１２）がバイメタル条片材料から作製されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項８】
様々な膜（１０、１１、１２）が、以下の方法：ネジの締め付け；バンド留め；ろう付け；熱接合；電気溶接のうちの少なくとも１つによって組み立てられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項９】
前記可撓性壁の温度誘発変形が、外部装置によって得られることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項１０】
前記可撓性壁の温度誘発変形が、前記可撓性膜（１０、１１、１２）の少なくとも１つが変形することによって得られることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項１１】
前記可撓性膜の少なくとも１つがバイメタル条片材料を含み、前記バイメタル条片材料が、可撓性壁の前記温度誘発変形に関与していることを特徴とする、請求項１１に記載の可撓性壁システム。
【請求項１２】
前記可撓性壁が正確に２つの膜（１０、１１、１０’、１１’）を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項１３】
前記可撓性壁が正確に３つの膜（１０、１１、１２）を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項１４】
前記可撓性膜（１０、１１、１２）のそれぞれの厚さが０．２〜０．４ミリメートルであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の可撓性壁システム。
【請求項１５】
可撓性キャップ装置によって封止された少なくとも１つの共振空洞を含む熱補償技術が適用されたフィルタにおいて、
前記可撓性キャップが請求項１〜１４のいずれか一項に記載の可撓性壁からなることを特徴とする、フィルタ。
【請求項１６】
前記膜（１０、１１、１２）と協働するピストンを備えて、前記共振空洞の容積の制御を最適にすることを可能にすることを特徴とする、請求項１５に記載の熱補償技術が適用されたフィルタ。
【請求項１７】
少なくとも２つのチャネルを備える熱補償技術が適用された出力マルチプレクサであって、それら２つのチャネルがそれぞれ、可撓性キャップシステムによって封止された共振空洞を備える、出力マルチプレクサにおいて、
前記可撓性キャップが、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の可撓性壁からなることを特徴とする、出力マルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に地上または宇宙の遠隔通信の分野で使用されるマイクロ波共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、機械的温度補償装置を備えた、共振空洞を有するマイクロ波フィルタ用の可撓性壁システムに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、熱補償技術が適用された共振空洞を備えかつ高出力であるフィルタ、およびＯＭＵＸ（出力マルチプレクサ）と呼ばれる公知のタイプのマルチプレクサの、温度によって変形を誘発される可撓性部分にみられる熱機械応力の問題の解決法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
全体的に、ならびに以下の説明および特許請求の範囲において、用語「熱補償技術」とは、共振空洞の容積変化を補償するために、温度によって前記共振空洞を変形させることを目的としたあらゆる技術を意味することに使用され、前記容積変化は温度変化によって誘発されて、空洞の共振周波数を所望の値に保つようにする。この値は一般的に、２０℃の領域の周囲温度条件において予め定められる。
【０００５】
マイクロ波共振器は、エネルギーを正確な共振周波数で通過させるように同調される電磁回路である。マイクロ波共振器を使用して、フィルタの通過帯域外にある信号の周波数を除去するためのフィルタを作ることができる。
【０００６】
共振器は、（共振空洞と呼ばれる）空洞を形成する構造となっており、その寸法は、所望の共振周波数を得るように規定される。
【０００７】
それゆえ、空洞の容積変化を引き起こす前記空洞の寸法のいかなる変化も、その共振周波数をシフトさせてしまい、従って、その電気特性を変化させる原因となる。
【０００８】
共振空洞の寸法の変化は、温度変化によって引き起こされた空洞の壁の膨張や収縮によるものであり、それは、材料の熱膨張率が増加する場合、および／または温度変化が大きくなる場合、いっそう著しくなり得る。
【０００９】
多くの熱補償技術が知られている。
【００１０】
これらの技術は大抵、空洞自体の構造に含まれていてかつ一方の熱膨張率が他方よりも遙かに低い異なる熱膨張率を有する材料で作製された部品の組み合わせに依存している。それら部品を、熱弾性差動効果を利用することによって、温度によって誘発された変位を互いに対して生じるように配置する。可撓性壁と相まって、それら部品は、温度上昇時に容積が減少するまたは温度低下時に容積が増加するという意味で、変形を引き起こす。
【００１１】
従来、第１の材料としては、インバー（Ｉｎｖａｒ）（商標）などの熱膨張率が非常に低い材料が使用されている。使用される第２の材料は、インバー（Ｉｎｖａｒ）よりも熱膨張率が高くかつ低密度であることに加えて、熱伝導率が高い材料、通常アルミニウムであり、宇宙への応用に特に優れたものになっている。
【００１２】
熱膨張率の異なる２つの材料を使用するこの同じ原理に基づいて、空洞の外部に、可撓性壁を変形させる役割を果たす様々な補償装置がある。
【００１３】
これらの温度補償装置のいくつかは、例えば、特許出願ＥＰ第１１８７２４７号明細書およびＥＰ第１６５５８０２号明細書に記載されている。
【００１４】
衛星ペイロードを構成することに関し次第に強くなる制約を満たすために、垂直チャネルアーキテクチャ、すなわち、例えば、入力空洞および出力空洞が重ねられたアーキテクチャが開発されている。これらのアーキテクチャは、チャネルの熱制御の観点からすると、特に不利益である。
【００１５】
ここで、高温環境、すなわち宇宙への応用の分野における８５℃程度の温度の環境において、および消散電力レベルが次第に高くなり、すなわちＯＭＵＸフィルタにおいて１００ワットより高いレベルでの消散に直面すると、補償技術は利用が限られてしまうことがある。
【００１６】
実際には、補償のニーズ、すなわち、キャップの中心における変位が２００ミクロンを越えた変形を補償するニーズを満たすために、キャップを十分に可撓性がありかつ変形可能であるように作製して、材料をその弾性領域において維持する必要がある。
【００１７】
可撓性は、円形キャップの場合には、中心の剛性円形部分と外側の剛性円形部分との間の距離を長くすることによって、または膜の厚さを薄くすることによっても得られる。
【００１８】
どちらの場合も、これは、キャップをより耐熱性にする効果を有しており、従って局所的、すなわち可撓性壁自体の場所における熱勾配を著しく低減する。
【００１９】
高勾配は、例えばアルミニウム６０６１などの、構造硬化を有するアルミニウム合金を使用する場合に特に有害となり得る。その機械的特性は、温度とこの温度に対する暴露持続期間とに応じて非常に迅速に低下し得る。従って、温度、それゆえ熱抵抗は、制限される必要がある。
【００２０】
反対に、膜における熱勾配の低下を助けるために、可撓性部分の厚さを厚くするか、または中心の剛性部分と外側剛性円形部分との間の距離を短くすることができるが、その場合、キャップの可撓性が低下し、従って、必要な補償を達成するための変形のニーズと相容れなくなる可能性がある。
【００２１】
第１の解決法は、より熱伝導性の高い材料の使用もあり得るが、これら材料は一般的に、これら材料の機械的特性に関して、またはアルミニウム共振空洞の構造と併せて、これら材料の熱弾性特性に関して相容れない。
【００２２】
熱勾配を低下させるための最も明白な解決法は、ＯＭＵＸフィルタの壁の厚さを厚くして、熱流束を衛星ペイロードの熱制御システムに向かって導くように促進させることを伴う。
【００２３】
ここで、この解決法は著しく重量が増大するために、特に宇宙への応用において製品の競争力を抑制するかもしれない。
【００２４】
本発明は、異なる補償の解決法に適合し、かつかなりの量の可撓性キャップの熱勾配の低下を可能にし、かつ数グラムのみしか全重量に影響を及ぼさないシステムを提案することによって、これらの困難を解決するものである。
【００２５】
それゆえ、本発明は、共振空洞を備えるフィルタおよびＯＭＵＸのための現在の熱補償技術を補足する。本発明は、より具体的には、熱的に補償されたＯＭＵＸの可撓性キャップに関する。このアイディアは、前記キャップの耐熱性と変形性との間のバランスを最適にすることである。
【００２６】
それゆえ、可撓性キャップの熱抵抗をより低くする一方、その変形性を維持するために、本発明は多重膜可撓性壁システムを提案する。このシステムにより、所与の変形に対する機械的応力を低減しつつ、等価の熱抵抗を保持すること、または等価レベルの機械的応力および熱抵抗に対する変形を増大させることさえもし、それゆえ、所与の消散電力に対して等価の熱勾配を維持することも可能にし得る。
【００２７】
このために、本発明の主題は、熱補償技術が適用されたフィルタ構成要素または出力マルチプレクサ用の可撓性壁システムであり、前記壁は、少なくとも２つの積み重ねられた別個の可撓性膜を備え、かつ前記可撓性膜がそれぞれ、中心領域と、中間領域と、外周領域とを有していて、それら各領域が互いに向かい合っており、それらの前記可撓性膜は、中心領域および外周領域において熱的および機械的に結合され、かつ中間領域においては結合されていない。
【００２８】
好ましくは、前記可撓性膜は、同時に歪むように適合されている。
【００２９】
本発明による可撓性壁システムでは、前記可撓性膜は、可撓性の金属または非金属材料から作製されている。
【００３０】
前記可撓性膜は、互いに異なる材料から作製され得る。
【００３１】
通常の実施形態では、前記可撓性膜はアルミニウム製である。
【００３２】
別の実施形態では、各膜は、異なる材料の組み合わせから作製されている。
【００３３】
最後に、各膜はバイメタル条片材料から作製され得る。
【００３４】
本発明による可撓性壁の様々な膜を、以下の方法：ネジの締め付け；バンド留め（ｂａｎｄｉｎｇ）；ろう付け；熱接合；電気溶接の少なくとも１つによって組み立てる。
【００３５】
好都合には、前記可撓性壁の温度誘発変形は、外部装置によって得ることができる。
【００３６】
好都合には、前記可撓性壁の温度誘発変形は、前記可撓性膜の少なくとも１つが変形することによって得ることができる。
【００３７】
好都合には、前記可撓性膜の少なくとも１つはバイメタル条片材料を含み、前記バイメタル条片材料は、可撓性壁の前記温度誘発変形に関係する。
【００３８】
前記可撓性壁は、正確に２つの膜を含んでもよい。
【００３９】
好都合には、前記可撓性壁は正確に３つの膜を含む。
【００４０】
好都合には、前記可撓性膜のそれぞれの厚さは０．２〜０．４ミリメートルである。
【００４１】
好都合には、熱補償技術が適用されたフィルタは、可撓性キャップ装置によって封止された少なくとも１つの共振空洞を備え、前記可撓性キャップは、本発明による可撓性壁からなる。
【００４２】
好都合には、本発明による熱補償技術が適用されたフィルタは、前記膜と協働するピストンを備えて、前記共振空洞の容積の制御を最適にし得る。
【００４３】
好都合には、熱補償技術が適用された出力マルチプレクサは、少なくとも２つのチャネルを備え、そのそれぞれが、可撓性キャップ装置によって封止された共振空洞を備え、前記可撓性キャップが本発明による可撓性壁からなる。
【００４４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面と照らし合わせて以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術による、ピストンを備える可撓性キャップおよび空洞を有するＯＭＵＸチャネルの概略図である。
【図２ａ】本発明による、バンド留めされた（ｂａｎｄｅｄ）２つの膜およびピストンを備えるキャップの分解図である。
【図２ｂ】本発明による、ネジ留めされた２つの膜およびピストンを備えるキャップの分解図である。
【図３ａ】本発明による、３つのバンド留めされた膜を備えるキャップの横断面図である。
【図３ｂ】本発明による、ネジ留めされた３つの膜を備えるキャップの横断面図である。
【図４ａ】本発明による、３つのバンド留めされた膜を備えるキャップの立体図である。
【図４ｂ】本発明による、ネジ留めされた３つの膜を備えるキャップの立体図である。
【図５ａ】本発明による、２つのバンド留めされた膜を備えるキャップの横断面図である。
【図５ｂ】本発明による、ネジ留めされた２つの膜を備えるキャップの立体図である。
【図６】本発明に準拠した、２つの重ねられた空洞および２つの可撓性キャップを備える垂直アーキテクチャのＯＭＵＸチャネルの立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１に、ＯＭＵＸチャネルの例の部分図を示す。このチャネルは、可撓性キャップ１ａによって封止された空洞２ａを含み、可撓性キャップ１ａは関連のピストン３を有する。ＯＭＵＸがアクティブであるとき、一定の電力Ｐがチャネルにおいて消散され；この電力Ｐの一部分がピストンの表面上で消散される。この消散電力Ｐによりチャネル内の温度が上昇する。ここで、温度レベルを予め定められた閾値よりも下に維持することが重要である。実際には、可撓性キャップが、構造的に硬化されたアルミニウム合金で作製されている場合、前記キャップは、温度閾値を越えてその機械的特性を著しく低下させ、それにより、その弾性が失われることとなって、チャネルに対して修理不可能な損傷をもたらす場合がある。
【００４７】
可撓性キャップ１ａは、前記キャップ１ａの中心と縁部との間に熱抵抗Ｒｔｈを有する。それゆえ、より高温の領域がキャップ１ａの中心に生じる傾向がある。さらに、熱抵抗が低い場合、温度勾配が低い。従って、可撓性キャップ１ａの中心において温度が過度に上昇しないようにするために、可能な限り低い熱抵抗Ｒｔｈを有することが望ましいようである。
【００４８】
しかしながら、操作の許容範囲は狭い：実際には、キャップ１ａの熱抵抗は、所与の幾何学的寸法の場合、キャップ１ａを形成する材料、一般にアルミニウム（一定の熱伝導率を有する）の性質および可撓性キャップの厚さに関係している。キャップに厚みがあるほど、その熱抵抗は低くなる。しかしながら、可撓性キャップ１ａが特に変形性の点でその機械的特性を保持して、それにより、厚くなりすぎないようにすることが重要である。
【００４９】
実際のところ、上述の熱機械的制約は、現在の温度補償フィルタおよびＯＭＵＸ技術を使用する分野、およびチャネルアーキテクチャに対する主な制限要因となる。実際に、それらは：
・ＯＭＵＸによって支援される電力を制限する
・垂直チャネルアーキテクチャを過度に重くする
・所与の温度上昇に対して高い補償を求めるある種の電気的なトポロジーの使用に対し、それゆえキャップを著しく変形させることに制限を与える。
【００５０】
本発明の問題は、熱抵抗が低いことおよび機械的特性を調整して、ＯＭＵＸ内のチャネルの可撓性キャップの高変形性を可能にする解決法を提案することにある。
【００５１】
これに関連して、図２ａ〜図５ｂに、ＯＭＵＸチャネルの共振空洞を封止するための多重膜可撓性キャップの形態の本発明の異なる実装例を示す。本発明のこの好ましい実装例は、実装する可能性のある唯一のものではないことに留意されたい。実際には、本発明による多重膜可撓性壁は、温度補償技術に基づいたどの装置に対しても、特にフィルタまたはＯＭＵＸタイプの装置に可撓性壁として使用するのに好適である。
【００５２】
さらに、図２ａ、図３ａ、図４ａ、図５ａは、バンド留めされた多重膜キャップに関する一方、図２ｂ、図３ｂ、図４ｂ、図５ｂは、ネジ留めされた多重膜キャップに関する。本発明による可撓性壁の多重膜を、他の技術的な方法、特にろう付け、熱接合をまたは電気溶接をも使用して互いに固定できることに留意されたい。前記膜は、好ましくはアルミニウム製であるが、他の適切な材料、例えば銅などを使用することもできる。同一の多重膜可撓性壁の膜に異なる材料を使用することも考えられるかもしれない。
【００５３】
それゆえ、図２ａに、ＯＭＵＸチャネルの共振空洞を封止できるキャップに例示として適用された本発明の原理を示す。この場合、可撓性キャップ１ｂは、ピストン１４と関連したいくつかの膜１０、１１からなる。図２ａでは、膜１０、１１はバンド留めされている；図２ｂでは、固定手段１００を使用して膜１０、１１がネジ留めされていることを除いては、原理は全く同じである。
【００５４】
多重膜可撓性キャップ１ｂを使用することにより、温度補償技術が適用された空洞内に存在する熱抵抗および機械的応力を最適にすることにおいて、操作の範囲を広げることができる。実際に、３つの膜を備えるキャップに、厚さの限られた、典型的には０．２ミリメートル〜０．４ミリメートルの範囲の厚さの可撓性膜１０、１１を使用して、全体の厚さが約１．２ミリメートルとなるようにし、例えば、図１の可撓性キャップと同じ機械的応力に関する特性を保持するようにすることが可能である一方、前記キャップ１ｂの全体的な熱抵抗を低減することが可能である。この効果を得るために、本発明は、膜１０、１１の熱的および機械的結合を行わせるが、その結合は、図３ａおよび図３ｂに明白に示されているように、それらの表面積の一部分においてのみである。
【００５５】
図３ａおよび図３ｂは、本発明による多重膜可撓性キャップ１ｂの横断面図に対応する。図３ａ、図３ｂに示すキャップ１ｂは、３つの膜１０、１１、１２の積層体を含み、それにより、キャップ１ｂの熱区域、および維持されるべき前記キャップ１ｂに加えられる機械的応力レベルの双方を増大させる。
【００５６】
図３ａおよび図３ｂに示すものに従って、可撓性キャップ１ｂの３つの膜１０、１１、１２が、中心領域Ｃおよび外周領域Ｐにおいて、図３ａではバンド留めによっておよび図３ｂではネジの締め付けによって結合され、これらの中心領域Ｃおよび外周領域Ｐを使用して、機械的および熱的に膜を結合していることに留意されたい。これらの領域外では膜は分離されているので、多重膜キャップ１ｂは著しい可撓性を得る。特に、中心領域Ｃと外周領域Ｐとの間には中間領域Ｉがあり、そこでは膜１０、１１、１２は分離されている。それゆえ、中心領域Ｃおよび外周領域Ｐでの熱的および機械的結合により機械的応力が最大になり、かつキャップ１ｂの熱抵抗を最小限にする一方、中間領域Ｉにおいて膜が分離していることにより、キャップ１ｂに可撓性および多用性を与える。
【００５７】
図４ａおよび図４ｂに、本発明に準拠する、３つのバンド留めした、あるいはネジ留めした膜１０、１１、１２を備えるキャップ１ｂを示す。
【００５８】
図５ａおよび図５ｂに、これも、ＯＭＵＸチャネルの共振空洞を封止するための温度補償技術が適用されたキャップに関連して、本発明による多重膜可撓性壁の２つの他の実装例を示す。図５ａに、バンド留めされた２つの膜１０’、１１’を備える可撓性キャップ１ｂ’を示す一方、図５ｂに、ネジ留めされた２つの膜１０’、１１’を備える可撓性キャップ１ｂ’を示す。
【００５９】
図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂでは、様々な層１０、１１、１２、あるいは１０’、１１’がまた、それらを適所に保持するために使用されるハンドル１３の周りに積み重ねられていることに留意されたい。
【００６０】
図６に、本発明による、多重膜可撓性壁からなるキャップを備えるチャネル全体の例を示すが、外部の補償システムは示していない。
【００６１】
それゆえ、要約すると、多重膜可撓性キャップの使用により：
・前記キャップの熱抵抗を低減する一方、それに加えられる機械的応力を同じレベルに維持すること、
・または、反対に、キャップに加えられる機械的応力を低減する一方、前記キャップの等価の熱抵抗を維持すること、
・またはさらに、可撓性壁の変形を増大させる一方、等価レベルの機械的応力を維持し、かつ等価の熱抵抗を維持すること
を可能にすることが分かる。
【００６２】
本発明の直接的な影響は：
・高出力ＯＭＵＸに関連して
・約８５℃の高温である伝導性および放射性動作環境に関連して
・著しい補償目的を有する電気的構成を有するＯＭＵＸに関連して
水平構成および垂直構成の双方においてＯＭＵＸの使用分野が拡大することである。
【００６３】
本発明の別の実装例では、多重膜可撓性壁は、ピストンと協働して、フィルタまたはＯＭＵＸに好適な温度補償技術に関連して共振空洞の容積の制御を最適にする。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ  可撓性キャップ
１ｂ  可撓性キャップ
２ａ  空洞
３  ピストン
１０、１１、１２  可撓性膜
１０’、１１’  膜
１３  ハンドル
１４  ピストン
１００  固定手段
Ｃ  中心領域
Ｉ  中間領域
Ｐ  外周領域
Ｐ  一定の電力
Ｒｔｈ  熱抵抗
【図１】
2010268459.tif 000003
【図２ａ】
2010268459.tif 000004
【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
2010268459.tif 000008
【図４ｂ】
2010268459.tif 000009
【図５ａ】
2010268459.tif 000010
【図５ｂ】
2010268459.tif 000011
【図６】
2010268459.tif 000012
【外国語明細書】
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