(57)【要約】【課題】  マルチビームアーキテクチャ用の無線周波数フィードブロックを提供する。【解決手段】  本発明は、衛星通信の分野に属し、より具体的には地上で複数のスポットに分割された所与の地理的領域をカバーするマルチビームアンテナシステムに関する。本発明は、反射器の方向に電磁波を送信または受信すべく意図された複数の無線周波数チェーン（１２、１７）、および当該チェーンの出力部に接続された複数の導波管（１８）を含み、内部に前記導波管（１８）が設けられ、且つ無線周波数チェーン（１２、１７）が固定されたプレート（１１）を含むことを特徴とする。本発明はまた、本発明によるフィードブロック（１０）を含む衛星にも関する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビームアーキテクチャ用の無線周波数フィードブロックであって、前記ブロック（１０）が、反射器の方向に電磁波を送信または受信すべく意図された複数の無線周波数チェーン（１２、１７）、すなわち各々が１個以上の出力部（１７ａ）を含む無線周波数チェーン（１２、１７）と、各々が前記無線周波数チェーン（１２、１７）の前記出力部（１７ａ）に接続された複数の導波管（１８）とを含み、内部に前記導波管（１８）が設けられ、且つ前記無線周波数チェーン（１２、１７）が固定されたプレート（１１）を含むことを特徴とする無線周波数フィードブロック。
【請求項２】
前記プレート（１１）が、ペイロードのリピータへの前記導波管（１８）の接続を可能にするフランジ（１９）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のフィードブロック。
【請求項３】
各無線周波数チェーン（１２、１７）が、１個以上の無線周波数出力部（１７ａ）を有する送信／受信要素のアセンブリ（１７）を含み、前記導波管（１８）の各々が前記無線周波数出力部（１７ａ）の１個と前記フランジ（１９）の１個を結合することを特徴とする、請求項２に記載のフィードブロック。
【請求項４】
前記無線周波数チェーン（１２、１７）が、前記プレート（１１）とは別個のものであって前記プレート（１１）に固定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィードブロック。
【請求項５】
各無線周波数チェーン（１７）が、前記プレート（１１）に固定されたホーン（１２）を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィードブロック。
【請求項６】
前記プレート（１１）内に設けられた前記導波管（１８）と前記無線周波数チェーン（１７、１２）の前記出力部（１７ａ）との接続を可能にする可撓導波管（１７ｂ）を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィードブロック。
【請求項７】
前記プレート（１１）が、コア（２０）と少なくとも１個の蓋（２１、２２）とを含み、両者の間に前記導波管（１８）を形成する溝が設けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィードブロック。
【請求項８】
前記プレート（１１）が、各々が前記プレート（１１）の対向面（１４、１５）を形成する２個の蓋（２１、２２）を含み、前記導波管（１８）を形成する溝が前記コア（２０）と前記蓋（２１、２２）の各々との間に設けられることを特徴とする、請求項７に記載のフィードブロック。
【請求項９】
前記コア（２０）および前記蓋（２１、２２）が同一材料で作られることを特徴とする、請求項８に記載のフィードブロック。
【請求項１０】
前記プレート（１１）が、前記コア（２０）と交差し、２個の蓋（２１、２２）により設けられた導波管（１８）を接続する少なくとも１個の遷移部（２５）を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載のフィードブロック。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフィードブロック（１０）を含む衛星であって、前記プレート（１１）により、前記フィードブロック（１０）の動作中の損失から生じる熱エネルギーの放射が可能になることを特徴とする衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信の分野に属し、より具体的には反射器の前面にあるマルチスポットアンテナ（マルチフィード）に関する。これらマルチスポットアンテナの一般的なアーキテクチャは、衛星の特に複雑な区画およびレイアウトをもたらし、多数のスポットのレイアウトが、付随する機能の組、すなわちペイロードおよび衛星との無線周波数（ＲＦ）、機械、熱接合部と共に通信ミッションを構成している。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マルチスポットフィードのアーキテクチャは、ＲＦチェーンが当該アーキテクチャの中心を構成するという事実に基づいている。「ＲＦチェーン」は、ホーンおよびＲＦ成分を含んでいて電磁波の伝搬を誘導モードから放射モードに切り替えを可能にするアセンブリを意味するものと理解されている。ＲＦチェーンは一般に、レイアウトとは独立にその上流に設計されている。
【０００３】
追加的な機能が逐次追加される。すなわち、
・ＲＦチェーンの方位調整と固定、および衛星との接合部を実現可能な一次構造と、
・衛星の一次構造上の導波管用の機械的支持部が接合されたペイロードとの接合部を保証可能にする個別の導波管で構成されたＲＦハーネスと、
・加熱または冷却を可能にする受動および／または能動熱制御部が、当該アセンブリを各要素の品質保証温度範囲内に保つべく追加されている。
【０００４】
スポットが局所化されていても当該ミッションを確実に実施すべく、ＲＦチェーンおよびフィードブロックの機械締結部は、
・開口中央面に関してＲＦチェーンの角度変動を典型的に引き起こす、反射器に向けられた各ＲＦチェーンの特定の方位と、
・材料と、ＲＦチェーンの設置を保証する異なる締結板の間で生じる可能性のある温度勾配との間の互換性を考慮した、熱機械的負荷の下での方位の安定性（これらの技術を用いたマルチスポットフィードのアーキテクチャの例示的な実施形態が国際公開第２００９／１１５４０７号パンフレットとして公開されている特許出願に示されている）と、
・ＲＦチェーンの充分に堅牢且つ有効な保持部と、
・衛星仕様と互換性を有する全体的な機械的挙動とを提供する必要がある。
【０００５】
これらの制約を満たすにはＲＦチェーンは構造化されておらず、ＲＦ要件を満たすだけである。
【０００６】
ＲＦチェーンは、金属板により２または３個の領域で自身の長さにわたり保持されていて、熱機械的分離の機能を保証する中間部品の使用を必要とする。
【０００７】
フィードブロックの全体構造は、複数の構造化されたプレートの使用に基づいている。
【０００８】
その結果、
・衛星の一次構造の過密化は衛星のレイアウトに関して潜在的に重大であり、
・部品数が多いため設計と組み立てが極めて複雑になり、
・構造が高度に区分化されることで中心ＲＦチェーンの空間方向への熱視界係数が低下するため、熱エネルギーの放散が行えず、
・重量が増す。
【０００９】
地上で広域カバレッジのマルチスポットを得るには、フィードブロックサイズが大きいため、ＲＦアクセス部の全てをフィードブロックの設置面から比較的短い距離に配置してこれらのアクセス部がペイロードリピータに接続されるようにする必要がある。この制約は、ガイドの相対的な柔軟性、従ってそれらを支持する必要性に関するものである。
【００１０】
一般に、ＲＦチェーンの特定の指向角度を回復すべくＲＦアクセス部（ＲＦチェーン１個につき６個のアクセス部）と同数の特定のガイドが存在する。その結果、スポットおよびＲＦインターフェースの分布に応じて、設計すべき固有のガイドおよびガイド支持部の数が増える。
【００１１】
これらの既存の概念の実装は複雑であって、性能、コスト、大きさおよび重量の間の調整に関して不満足である。主な短所は以下の通りである。
・ルーティングが、構造化された領域に可能な限り近いこと。
・チェーンと熱勾配の間の長さが一定であるという制約に付随するＲＦ損失を最適化するための最短経路制約に起因して複雑になること。
・ガイド（半径、折り曲げの数、制御等）の製造性が制約されること。
・アクセス性および組み立てにおける問題。
・導波管および付随する支持部は特に、一方では振動および音響ストレスにより、他方では熱機械的ストレスにより求められる剛性と柔軟性の調整に対するニーズを満たすべく、繰り返し設計および寸法決めされている。この設計は更に、ガイドの柔軟性に起因して境界条件の変化に対し極めて敏感である。
・真鍮製の導波管は往々にして、フィードブロックの製造を計画におけるクリティカルパス上にある。
【００１２】
ＲＦチェーンおよびＲＦハーネスは本質的に消耗品である。設計上、マルチスポットフィードブロックの一般的に見られるアーキテクチャでは、空間方向への視界係数が不良な中心ＲＦチェーンに、放射により自身のエネルギーを放散させることができない。許容できるＲＦ出力は従って、伝導により自身のエネルギーを逃がす機能に直接関係している。
【００１３】
この機能を実現し、且つ導電リンクを改良すべく、マルチスポットによる解決策は、以下のような各種方針に依存している。
・材料の選択、
・重量の増大をもたらす壁厚の増大、
・本質的に絶縁体であることによる、ネジ接続の数およびサイズの増大
・熱橋として機能する追加的な部品の断続的な使用。
【００１４】
これらの方式に関連する熱性能は実現性の観点から厄介であり、必然的に制約される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述の課題の全部または一部を、導波管のルーティング、支持構造、無線周波数チェーンの位置決めおよび方位調整の全ての機能が組み込まれていて、且つ自身の設計により熱交換器の役割を実現する中心要素に関連した解決策を提供することにより緩和することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的のため、本発明の主題は、マルチビームアーキテクチャ用の無線周波数フィードブロックであり、当該ブロックは、反射器の方向に電磁波を送信または受信すべく意図された複数の無線周波数チェーン、および当該無線周波数チェーンの出力部に接続された導波管を含み、内部に導波管が設けられていて、無線周波数チェーンが固定されたプレートを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、本発明によるフィードブロックを含む衛星を主題とし、当該プレートにより当該フィードブロックの動作中の損失から生じる熱エネルギーを放射することが可能になることを特徴とする。
【００１８】
添付の図面に示す例示的な実施形態の詳細な記述を読むことにより本発明への理解が深まると共に、他の利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるフィードブロックの輪郭を示す。
【図２】図１のフィードブロックを透視図で示す。
【図３】フィードブロックのプレートの断面を示す。
【図４】フィードブロックのプレートで生じた遷移部の詳細を示す。
【００２０】
明確さのため、各種図面を通じて同一要素には同一参照符号を付している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１にマルチビームアーキテクチャ用のフィードブロック１０を示し、当該フィードブロック１０は衛星への搭載を意図されている。この種のアーキテクチャは反射器、および地上の複数のスポットに分解された所与の地理的領域のカバレッジを保証すべく各々が反射器の方向に電磁波を送信および／または受信することを意図している複数の無線周波数チェーンを含んでいて、各スポットは無線周波数チェーンの１個に関連付けられている。図１を過度に込み入らせないよう反射器は図示していない。
【００２２】
各々の無線周波数チェーンは、各々が導波管に設置された１個以上のＲＦ出力部を含んでいる。本発明によれば、フィードブロックは、内部に導波管が設けられていて、無線周波数チェーンが固定されたプレート１１を含んでいる。無線周波数チェーン１７はプレート１１とは別個のものであってプレート１１に固定されている。プレート１１および無線周波数チェーンはフィードブロック１０を形成している。図１に示す例において、各々の無線周波数チェーンは、プレート１１に固定されたホーン１２を含んでいる。各々のホーン１２は、図１のホーンの１個に示す主方向１３の回りに向きが調整されている。方向１３は、プレート１１に対してほぼ垂直であって、反射器およびその略中心の方へ向きが調整されている。図示する例において、ホーン１２はプレート１１を通してフィードされる。これらのホーンは、プレート１１の一方の面から他方の面へ方向１３に延在している。このレイアウトにより、ホーン１２の方向１３で測定したホーン１２の全長より短い反射器の方向に、ホーン１２をプレート１１に関して射影することが可能になる。慣例に従い、プレート１１の反射器の方を向く面を前面１４と呼び、反対側の面を背面１５と呼ぶ。
【００２３】
各ホーン１２は、自身の外面に形成されていてプレート１１上のホーン１２の位置決めを可能にするカラー１６を含んでいる。図示する例において、カラー１６は前面１４を圧迫する。代替的に、ホーン１２をプレート１１の背面１５に押し付けることも可能である。カラー１６の前面１４への固定は、ネジまたはハンダ付けまたは接着等、取り外し可能または不可能な他の任意の固定方法を用いて実現することができる。有利には、固定手段は、無線周波数チェーンの試験および調整を可能にすべく取り外し可能である。
【００２４】
ホーン１２を、プレート１１の一方の側だけに延在するように配置することも無論可能である。
【００２５】
各無線周波数チェーンは、各々のホーン１２に関連付けられた、１個以上の無線周波数出力部１７ａ、典型的には１〜６個の出力部を有する鵜送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）成分のアセンブリ１７を含んでいる）。有利には、フィードブロック１０は、プレート１１の内側に設けられた導波管と無線周波数チェーン１７の出力部１７ａを接続し、従ってホーン１２の僅かな角度変動（典型的には＋／−８°のオーダー）を方向１３の付近で管理できるようにする可撓導波管１７ｂを含んでいる。
【００２６】
図２に、図１のフィードブロック１０を透視図で示す。図２において、破線はプレート１１内に見られる各種の導波管１８の経路を示す。導波管１８はアセンブリ１７とフランジ１９を結合することにより、検討対象の無線周波数チェーンをペイロードの対応するＲＦインターフェースに接続することが可能になる。換言すれば、導波管１８の各々は、無線周波数出力部１７ａの１個とフランジ１９の１個を接続する。導波管１８の各々は２個の終端だけを有し、一方が無線周波数出力部１７ａに、他方がフランジ１９に接続されている。ペイロード機器の部材は、フランジ１９のレベルでプレート１１上で直接、または導波管を介して遠隔的に互いに接合部を提供することができる。プレート１１を使用することで、ペイロード設置制約に応じてフランジ１９をグループ化することが可能になる。ペイロード機器の部材が導波管によりプレート１１に接続されている場合、プレート１１の実装によりこれらの導波管のルーティングを単純化することが可能になる。
【００２７】
図３にプレート１１の断面を示す。同図により、プレート１１内の導波管１８の実施形態を示すことが可能になる。プレート１１は、プレート１１の支持構造を形成するコア２０を含んでいる。コア２０は、プレート１１の表面全体にわたり延在している。コア２０は、例えば機械加工されたアルミニウム合金で作られている。他の材料も無論可能である。例えば金属または複合材料の中から選択することも可能である。材料およびそのサイズは、その機械的品質に対して画定されるため、特に温度が変動する場合に、フィードブロック全体の剛性をその寸法安定性と共に保証することが可能になる。コア２０の画定もまた、プレート１１が保証しなければならない外部環境との熱交換に依存する。
【００２８】
より正確には、熱損失は、フィードブロックの動作１０時に、ＲＦチェーンおよび導波管に生じる。衛星に搭載されているため、これらの損失は、放射または伝導でしか排除することができない。衛星の容量は、プレート１１の面の１個が空間または衛星周辺の見通しが利くように決定できる。一般に、ホーン１２が搭載された前面１４は、衛星の他の要素にはさほど遮蔽されず、外部環境との良好な熱交換を可能にする。プレート１１内への導波管１８の組み込みにより、背面１５が衛星の比較的塞がっていない空間に向かって開くため、当該面からの熱放射の可能性が高まる。また、背面１５は、太陽光の照射を受ける度合が少ないため、衛星が太陽に照らされているか否かに拘わらず、より定常的に熱を放射することができる。
【００２９】
一般に、熱放散が懸念される場合、内部に導波管１８設けられたプレート１１を使用することにより、各種の導波管の壁における電磁放射により放射された熱をプレート１１の外面へ向けて伝導する機能と共に、これらの外壁における放射による放散の機能を同一機械的部分において実行することが可能になり、フィードブロック１０の熱挙動を向上させることが可能になる。複数の導波管により共有される単一の機械的部分（プレート１１）を使用することにより、プレート１１の温度を均一化し、従って外面による熱放散を向上させることが可能になる。従来技術とは異なり、本発明における導波管の壁は、単一の巨大な部品で形成されているため、熱伝導が向上する。複数の導波管の一部だけを用いる場合でも、プレート１１内の伝導により、フィードブロック１０を冷却すべく外面の表面積全体積を利用することが可能になる。熱放散を増大させる必要がある場合、平面プレート１１が利用可能であるため、熱パイプ等の冷却手段を平面プレート１１に容易に固定できるようになり、オフセット放熱体へ向けて熱を逃がすことが可能になる。
【００３０】
プレート１１は、少なくとも１個の蓋、および例えば図２に示すような２個の蓋２１、２２を含んでいる。導波管は、コア２０と蓋２１、２２の各々との間に設けられた溝により形成される。溝は、例えばコア２０内だけにおいて機械加工されている。そのため蓋は平坦で溝を塞ぐ。また、導波管コア２０内の部分および付随する蓋２１または２２内の部分を機械加工することも可能である。蓋は、プレート１１の表面全体にわたりコア２０全体を覆うことができる。また、導波管１８が占有するプレート１１の表面だけを覆うこともできる。各々の導波管１８に対して付随する蓋を設けられていてもよい。しかし、有利には、１個の蓋を複数の導波管で共有する。プレート１１の所与の面において、組み立てる機械式部品の数を減らすべく、プレート１１の１個の面毎に単一の蓋を設け、当該蓋が次いで、当該面に設けられた全ての導波管を覆うようにしてもよい。このいわゆるＥ平面断面システムの利点は、設計により、受動相互変調（ＰＩＭ）の効果の制限により適していることである。
【００３１】
プレート１１の２個の面１５、１６上の導波管１８を設けることにより、導波管を重複させることができる。これらの重複が有用なのは、ペイロードの方向におけるＲＦインターフェースの局所化制約により合致しているため、プレート１１とペイロードの間の接続が単純化されるためである。プレート１１は有利には、コア２０と交差して、２個の蓋２０、２１により設けられた導波管１８を接続する少なくとも１個の遷移部２５を含んでいる。
【００３２】
図４に、蓋２１、２２、およびコア２０内に設けられた傾斜側面により設けられた遷移部２５の例を示す。これらの傾斜側面により、導波管内における電磁波の伝搬方向を修正してプレート１１の一方の面から他方の面へ通過できるようになる。例えば機械加工による遷移部２５の製造を容易にすべく、傾斜側面を段差で代替して図４に示すような階段を形成してもよい。
【００３３】
蓋２１、２２は、導波管１８用の壁として使用できるように導電材料で作られている。更に、熱放射を促進すべく、可能な限り最大の放射率を有する材料が選択される。例えば、放射率を向上させるべく表面処理されたアルミニウム合金で蓋を作ることも可能である。樹脂に埋め込まれた炭素繊維複合材等の他の材料を使用してもよい。有利には、コア２０および蓋２１、２２は、特に熱挙動に関して同一機械特性を有するように同一材料で作られている。
【００３４】
波漏出を制限するように導波管１８の密封性を保証すべく、各々の導波管１８の壁のレベルに配置されたエッジ２３により蓋とコアの接触を局所的に保証することができる。エッジ２３により、蓋とプレートの間の接触面積を減らし、従って接触圧力を増大させることが可能になる。コア２０に固定されている場合、蓋２１、２２のわずかな変形が生じる。この変形により、表面がより良好に接触状態に保持され、従ってプレートと蓋の間に隙間が生じる可能性を下げることが可能になる。このように、コア２０と蓋２１、２２の各々との間の接合部における電磁気漏出およびＰＩＭ効果が制限される。
【符号の説明】
【００３５】
１０  フィードブロック
１１  プレート
１２  ホーン
１３  主方向
１４  前面
１５  背面
１６  カラー
１７  無線周波数チェーン
１７ａ  無線周波数出力部
１７ｂ  可撓導波管
１８  導波管
１９  フランジ
２０  コア
２１，２２  蓋
２３  エッジ
２５  遷移部
【図１】
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【図２】
2014053899.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014053899.tif 000006
【外国語明細書】
2014053899000001.pdf