JP2012205306A - 変形可能な反射面を有するアンテナ反射器の起動システム - Google Patents

Abstract

【課題】変形可能な反射面を有するアンテナ反射器の起動システムを提供する。
【解決手段】反射器２０は、シャーシ、前記シャーシに変型可能なように固定された柔軟膜１２、および前記シャーシに固定された支持部２３１と、各変形装置が軸（Ｘ_２）に沿って支持部２３１に対して並進駆動すべく適合された押圧要素２３４５を含む一組の変形装置２３４において、押圧要素２３４５が柔軟膜１２を変形させる位置１２１において当該柔軟膜１２と接触すべく適合された部分を含む一組の変形装置２３４と、変形装置２３４のうち１個の押圧要素２３４５を同時に並進駆動させるべく適合された起動装置２３３と、起動装置２３３を変形装置２３４の各々の方へ移動させるべく適合された選択装置２３２とを含む起動システムを含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、変形可能な反射面を備えたアンテナ反射器の分野に位置付けられ、そのような反射器を搭載し得る起動システムに関する。

通信衛星は、電磁信号の送受信を可能にする少なくとも１個のアンテナを含んでいる。各アンテナは、その形状および方位が当該アンテナによりカバーされる地上領域を決定する反射器を含んでいる。１個の衛星は、複数の異なる地上領域、または１個のアンテナだけではカバーしきれない広い地上領域をカバーする目的で、各アンテナが特定の地上領域をカバーする複数のアンテナを含んでいてもよい。しかし、衛星が搭載可能なアンテナの個数は、衛星発射ロケットのノーズコーンで利用可能な空間に制約される。更に、アンテナによりカバーされる地上領域が変更可能であることが望ましいであろう。これら両面の課題に対処する方策の一つとして、反射面が変形可能なアンテナ反射器を設計することである。

柔軟膜を含む変形可能な反射面および複数の押圧要素からなる起動システムを備えた公知のアンテナ反射器がある。柔軟膜は、反射面を形成すべく加工することができる。各押圧要素は、ステッパモーターのロッドおよびアクチュエータを含んでいるかまたは圧電モーター方式であってもよい。各ロッドは、柔軟膜上の１点と接触し、柔軟膜を局所的に変形させるような仕方でアクチュエータにより並進駆動させることができる。一組の押圧部材により、柔軟膜に特定の全体形状が与えることが可能になる。柔軟膜の変形は離散的に実行されるため、反射面が極力滑らかで一様に形成できるように押圧要素の個数を増やすことが望ましい。しかし、押圧要素の個数を増やせば、起動システムは大規模で、全体に大型で、およびコストが増大する恐れがある。更に、各アクチュエータは個別に電気エネルギーの供給を受けて制御されなければならない。その結果、電気的インターフェースが複雑になる。アクチュエータが圧電モーターである場合、ロッドを起動させる必要がないときであっても連続的にエネルギー供給を受ける必要がある。

本発明の特筆すべき目的は、単純で経済的、且つ軽量であって、多数の位置で反射面の変形を可能にする変形可能な反射面を備えたアンテナ反射器用の起動システムを提案することにより、上述の短所のいくつかまたは全てを解決することである。この目的のため、本発明は、シャーシおよび当該シャーシに変形可能なように固定された柔軟膜を含む反射器が搭載され得る起動システムを提供する。本発明の起動システムは、
・反射器のシャーシに固定すべく適合された支持部、
・各変形装置が軸に沿って支持部に対して並進駆動されるべく適合された押圧要素を含んでいて、当該押圧要素が柔軟膜を変形させる位置において当該柔軟膜と接触すべく適合された部分を含む一組の変形装置、
・変形装置のうち１個の押圧要素を、自身の軸に沿った移動と同時に並進駆動させるべく適合された起動装置、および
・起動装置が、選択された変形装置の押圧要素を並進駆動させることが可能なように、起動装置を変形装置の各々の方へ移動させるべく適合された選択装置を含んでいる。

特定の一実施形態において、起動装置は、支持部に相対的な軸の回りの回転運動を生成すべく適合されていて、前記回転運動がネジ／ナット系により押圧要素に並進移動を伝達する。

各変形装置は更に、
・起動装置により、第１の軸とほぼ平行な第２の軸の回りに支持部に対して回転駆動されるべく適合された第１の回転要素、および
・ナット／ネジ系の要素のうち１個に接続されていて、連動的に第１の軸の回りに回転し、第１の回転要素により第１の軸の回りに回転駆動されるべく適合された第２の回転要素を含んでいてもよい。

第１の回転要素は各々第１のプーリーを含んでいてもよく、第２の回転要素の各々は第２のプーリーを含んでいてもよい。各変形装置は更に、第１のプーリーを第２のプーリーに接続するベルトを含んでいる。当該プーリー／ベルトシステムは、変形装置を互いに相対的に離して配置可能にする。

また特定の一実施形態において、第１の回転要素は円の外周上に分散されていて、選択装置は、円の中心を通って円の平面と直交して第３の軸の回りに回転駆動し得る支持アームを含んでいて、起動装置は、変形装置の第１の回転要素を回転駆動可能なように支持アームに固定されている。

例えば、起動装置は、第１の回転要素の各々を自身の第２の軸の回りに回転させるべく適合されたモーターを含んでいる。

特定の一実施形態において、起動システムは更に、少なくとも１個の変形装置において、弾性部材を含んでいて、当該弾性部材の一端が、柔軟膜に接触すべく適合された押圧要素の部分に接続されていて第１の軸に沿って連動的に並進移動し、他端が柔軟膜に接続されていて第１の軸に沿って連動的に並進移動し、当該弾性要素は第１の軸に沿って弾性的に変形可能である。

この特定の実施形態において、起動システムは、弾性要素を含む各変形装置に第２の弾性要素を含んでいてもよく、当該弾性部材の一端が支持部に接続されていて第１の軸に沿って連動的に並進移動し、他端が柔軟膜に接続されていて第１の軸に沿って連動的に並進し、第２の弾性要素は第１の軸に沿って弾性的に変形可能であり、第１の弾性要素の第１の軸に沿った剛性は第２の弾性要素の第１の軸に沿った剛性より低い。

本発明はまた、シャーシ、当該シャーシに変型可能なように固定された柔軟膜、および上述のような起動システムを含む反射器を提供する。

本発明は、起動システムが、柔軟膜の全ての変形位置につき１個のアクチュエータだけを含んでいればよいようにする点で特筆すべき利点がある。

添付の図面を参照しつつ以下の記述を精査することにより本発明の理解が深まると共に、他の利点も明らかになろう。

変形可能な反射面を備えた従来技術によるパラボラアンテナ反射器の一例の断面図である。 変形可能な反射面を備えた本発明の反射器の一例の断面図である。 変形装置と反射面の間の機械的接続の一例の断面図である。

図１は、変形可能な反射面を備えた従来技術によるパラボラアンテナ反射器の一例の断面図である。アンテナ反射器１０は、固定シャーシ１１、柔軟膜１２、および変形位置と呼ばれる異なる位置１２１で柔軟膜１２の変形を可能にする起動システム１３を含んでいる。柔軟膜１２は、外周がシャーシ１１に固定されている。柔軟膜１２は、対象アプリケーションの関数として選択された所定の周波数帯域の電磁波を反射すべく適合されたほぼ放物面状の反射面１２２を含んでいる。反射面１２２は、例えば柔軟膜１２の表面に配置された金属粒子により形成されている。膜１２の柔軟性は、分節（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎｓ）により、または弾性的に変形可能な材料により得られる。柔軟膜１２の材料は、例えばシリコンを含んでいる。起動システム１３は、柔軟膜１２の下、すなわち反射面１２２の反対側でシャーシ１１に固定された支持部１３１、および一組の押圧要素１３２を含んでいる。起動システム１３は、柔軟膜１２の下に分散された約１００個の押圧要素１３２を含んでいてもよい。各押圧要素１３２は、ロッド１３２１、およびロッド１３２１を並進移動させるアクチュエータ１３２２を含んでいる。各ロッド１３２１の自由端は、柔軟膜１２の変形位置１２１と接触する。ロッド１３２１の自由端と変形位置１２１との間がボールジョイント接続されていてもよい。アクチュエータ１３２２は支持部１３１に固定されている。アクチュエータ１３２２は、支持部１３１に固定される。アクチュエータ１３２２は、ボールジョイント接続により支持部１３１に固定されてもよい。図１に押圧要素１３２をシリンダ形式で示す。この場合、各ロッド１３２１は付随するシリンダのロッドに対応してもよい。押圧要素１３２は、電気シリンダ、ステッパモーター、または圧電モーターであってもよい。アクチュエータ１３２２は、変形位置１２１のレベルで柔軟膜１２を変形させるように制御し得る。

図２は、本発明の起動システムを含む変形可能な反射面を備えた反射器の一例の断面図である。反射器は、特定用途に適した放物線状または他の任意の形状をなしていてもよい。反射器は、通信衛星のアンテナに備えていてもよい。また、光学システムにおける鏡として用いることもできる。反射器２０は、その起動システムにより、図１に関して述べた反射器１０とは基本的に区別される。反射器２０は図示していない固定シャーシ、柔軟膜１２、および異なる変形位置１２１で柔軟膜１２の変形を可能にする起動システム２３を含んでいる。起動システム２３は、支持部を形成する固定構造２３１、選択装置２３２、アクチュエータ装置２３３、および一組の変形装置２３４を含んでいる。図２において、見やすさのため、１個の変形装置２３４だけを示す。それにもかかわらず本発明は、起動システムが複数の変形装置、例えばそのような装置を数百個の含む場合に特に利点がある。各変形装置２３４は例えば、第１のプーリー２３４１、第２のプーリー２３４２、プーリー２３４１と２３４２を接続するベルト２３４３、ナット２３４４、およびナット２３４４と協働するねじ付きロッド２３４５を含んでいる。第１のプーリー２３４１は、第１の軸Ｘ_１の回りをピボット回転すべく固定構造２３１に接続されている。ピボット接続は、例えばベアリング２３４６により行われる。第２のプーリー２３４２は、第１の軸Ｘ_１にほぼ平行な第２の軸Ｘ_２の回りをピボット回転すべく固定構造２３１に接続されている。第１の実施形態において、第２のプーリー２３４２は、軸Ｘ_２の回りをピボット回転すべく固定構造２３１に接続されたナット２３４４に接続されていて連動的に回転する。ナット２３４４は、例えば、第２のプーリー２３４２用のベアリングを形成する。ねじ付きロッド２３４５の一端は、柔軟膜１２に接続されて連動的に並進し、且つ軸Ｘ_２の回りに回転すべく柔軟膜１２の変形位置１２１に固定されている。第２の実施形態において、第２のプーリー２３４２はねじ付きロッド２３４５に回転可能に接続されている。ナット２３４４は固定構造２３１に接続されていて連動的に軸Ｘ_２の回りに回転する。ねじ付きロッド２３４５の端部は、柔軟膜１２に接続されていて連動的に並進移動し、且つ軸Ｘ_２の回りを回転するように変形位置１２１に固定されている。ねじ付きロッド２３４５の端は例えば、軸Ｘ_２の回りのピボット接続により変形位置１２１に接続されている。各実施形態において、軸Ｘ_２の回りの第２のプーリー２３４２の回転により、第２のプーリー２３４２の回転方向に応じてある方向または反対方向へ、当該軸に沿ってねじ付きロッド２３４５を並進移動させる。従って柔軟膜１２は局所的に変形する。

起動装置２３３は、各変形装置２３４の第１のプーリー２３４１および、ベルト２３４３を介して第２のプーリー２３４２を回転可能にする。起動装置２３３は、ステッパモーターまたは圧電モーター等のアクチュエータ２３３１、およびアクチュエータ２３３１により軸Ｘ_１にほぼ平行な軸の回りに回転させることができる駆動部２３３２を含んでいる。駆動部２３３２は、第１のプーリー２３４１の各々に接続可能なように構成されている。例えば、駆動部２３３２は、平坦なネジ回し型の先端を含んでいて、第１のプーリー２３４１は各々当該先端を受け入れるべく適合されたインプリントを含んでいる。この種の先端により、軸Ｘ_１に沿った並進移動を必要とせずに選択装置２３２による起動装置２３３の回転時に駆動部２３３２と第１のプーリー２３４１のインプリントの係合および解放が可能になる。駆動部２３３２は次いで、整数回数分の半回転を実現しなければならない。

選択装置２３２により、選択された変形装置２３４の第１のプーリー２３４１を起動装置２３３が回転させることが可能なように、起動装置２３３を各変形装置２３４の方へ移動可能にする。特定の一実施形態において、選択装置２３２は、電気モーター２３２１および支持アーム２３２２を含んでいる。電気モーター２３２１は、支持アーム２３２２を軸Ｘ_１およびＸ_２にほぼ平行な第３の軸Ｘ_３の回りに回転させるべく適合されている。起動装置２３３は支持アーム２３２２に固定されている。この特定の実施形態において、各変形装置２３４の第１のプーリー２３４１は、固定構造２３１に環状に載置されている。起動装置２３３は従って、支持アーム２３２２の軸Ｘ_３回りの回転により各プーリー２３４１に向き合わせてもよく、変形装置２３４を連続的に起動してもよい。プーリー２３４１の配置は起動装置２３３の円運動により制約されているが、第２のプーリー２３４２はベルト２３４３のおかげで固定構造２３１上に自由に分散させ得る。

起動システム２３について、ベルトおよびプーリーの系による起動装置２３３と各種のねじ付きロッド２３４５の間における回転運動の伝達を考慮しながら図２を参照して述べてきた。しかし、伝達はチェーンまたはギアによっても同等に実行し得る。

ねじ付きロッド２３４５の両端と柔軟膜１２の機械的接続は、図１、２に示す実施形態と同様に、ねじ付きロッド２３４５と膜１２の間での軸Ｘ_２に沿った並進移動の自由度を下げた接続であってもよい。それらは例えば、内部接続またはボールジョイント接続である。図３は、ロッド２３４５の端部と柔軟膜１２の間に生じ得る機械的接続の一例の断面図である。接続部３０は、一端がねじ付きロッド２３４５の終端に固定され、他端が柔軟膜１２の変形位置１２１に固定された第１の弾性要素３１を含んでいる。接続部３０は同様に、一端が起動システム２３の固定構造２３１に固定され、他端が変形位置１２１の近傍で柔軟膜１２に固定された第２の弾性要素３２を含んでいてもよい。弾性要素３１、３２は、軸Ｘ_２に沿って弾性的に変形することができる。図３の実施形態において、弾性要素３１、３２は同軸コイルスプリングである。第２のコイルスプリング３２の内径は、第１のコイルスプリング３１が自由に通過できるようコイルスプリング３１の外径より大きい。各弾性要素は、１個以上のばねを直列または並列に含んでいてもよい。第１の弾性要素３１の剛性ｋ_１は第２の弾性要素３２の剛性ｋ_２より大幅に低いことが好都合である。接続部３０は従って、柔軟膜１２の変形を制限する効果を有する差分剛性系を形成する。より正確には、ねじ付きロッド２３４５が軸Ｘ_２に沿って所与の距離を移動するために、変形位置１２１は当該軸に沿ってより短い距離を移動する。従って、柔軟膜１２をより高い精度で変形させることが可能である。ねじ付きロッド２３４５の移動を減らす他の解決策も考えられる。例えば、第２のプーリー２３４２と変形位置１２１との間に減速ギヤまたはプロニー差動ねじとしても知られるマイクロメーターねじを追加することが可能である。

１０ アンテナ反射器
１１ 固定シャーシ
１２ 柔軟膜
１３ 起動システム
２０ 反射器
２３ 起動システム
３１，３２ 弾性要素
１２１ 変形位置
１２２ 反射面
１３１ 支持部
１３２ 押圧要素
２３１ 固定構造
２３２ 選択装置
２３３ アクチュエータ装置
２３４ 変形装置
１３２１ ロッド
１３２２ アクチュエータ
２３２１ 電気モーター
２３２２ 支持アーム
２３３１ アクチュエータ
２３３２ 駆動部
２３４１，２３４２ プーリー
２３４３ ベルト
２３４４ ナット
２３４５ ねじ付きロッド
２３４６ ベアリング２
Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３ 軸

Claims (9)

1. シャーシ（１１）および前記シャーシ（１１）に変形可能なように固定された柔軟膜（１２）を含む反射器（２０）を搭載可能な起動システムであって、
   ・前記反射器（２０）の前記シャーシ（１１）に固定すべく適合された支持部（２３１）と、
   ・各変形装置が軸（Ｘ_２）に沿って前記支持部（２３１）に対して並進移動すべく適合された押圧要素（２３４５）を含む一組の変形装置（２３４）において、前記押圧要素（２３４５）が前記柔軟膜（１２）を変形させる位置（１２１）において前記柔軟膜（１２）と接触すべく適合された部分を含む一組の変形装置（２３４）と、
   ・前記変形装置（２３４）のうち１個の前記押圧要素（２３４５）を自身の軸（Ｘ_２）に沿った移動と同時に並進駆動させるべく適合された起動装置（２３３）と、
   ・前記起動装置（２３３）が、前記選択された変形装置（２３４）の前記押圧要素（２３４５）を並進駆動させることが可能なように、前記起動装置（２３３）を前記変形装置（２３４）の各々の方へ移動させるべく適合された選択装置（２３２）と
   を含むことを特徴とする起動システム。
2. 前記起動装置が、前記支持部（２３１）に相対的な前記軸（Ｘ_２）の回りの回転運動を生成すべく適合されていて、前記回転運動がネジ／ナット系（２３４４、２３４５）により前記押圧要素（２３４５）に並進移動を伝達する、請求項１に記載の起動システム。
3. 各変形装置（２３４）が更に、
   ・前記起動装置（２３３）により、前記第１の軸（Ｘ_２）とほぼ平行な第２の軸（Ｘ_１）の回りに前記支持部（２３１）に対して回転駆動されるべく適合された第１の回転要素（２３４１）、および
   ・前記ナット／ネジ系（２３４４、２３４５）の要素のうち１個に接続されていて、連動的に前記第１の軸（Ｘ_２）の回りを回転し、前記第１の回転要素（２３４１）により前記第１の軸（Ｘ_２）の回りに回転駆動されるべく適合された第２の回転要素（２３４２）を含む、請求項２に記載の起動システム。
4. 第１の回転要素が各々第１のプーリー（２３４１）を含み、第２の回転要素の各々が第２のプーリー（２３４２）を含んでいて、各変形装置（２３４）が更に、前記第１のプーリー（２３４１）を前記第２のプーリー（２３４２）に接続するベルト（２３４３）を含んでいる、請求項３に記載の起動システム。
5. 前記第１の回転要素（２３４１）が円の外周上に分散されていて、前記選択装置（２３２）が、前記円の中心を通って前記円の平面と直交する第３の軸（Ｘ_３）の回りに回転駆動し得る支持アーム（２３２２）を含んでいて、前記起動装置（２３３）が、前記変形装置（２３４）の前記第１の回転要素（２３４１）を回転駆動することが可能なように前記支持アーム（２３２２）に固定されている、請求項３または４のいずれか１項に記載の起動システム。
6. 前記起動装置（２３３）が、第１の回転要素（２３４１）の各々を自身の第２の軸（Ｘ_２）の回りに回転駆動させるべく適合されたモーター（２３３１）を含んでいる、請求項３〜５のいずれか１項に記載の起動システム。
7. 少なくとも１個の変形装置（２３４）において、弾性部材（３１）を更に含んでいて、前記弾性部材の一端が、前記柔軟膜（１２）に接触すべく適合された前記押圧要素（２３４５）の部分に接続されていて前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って連動的に並進移動し、他端が前記柔軟膜（１２）に接続されていて前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って連動的に並進移動し、前記弾性要素（３１）が前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って弾性的に変形可能である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の起動システム。
8. 弾性要素（３１）を含む各変形装置（２３４）に第２の弾性要素（３２）を更に含んでいて、前記弾性部材の一端が前記支持部（２３１）に接続されていて前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って連動的に並進移動し、他端が前記柔軟膜（１２）に接続されていて前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って連動的に並進し、前記第２の弾性要素（３２）が前記第１の軸（Ｘ_２）に沿って弾性的に変形可能であり、前記第１の弾性要素（３２）の前記第１の軸（Ｘ_２）に沿った剛性が前記第２の弾性要素（３２）の前記第１の軸（Ｘ_２）に沿った剛性より低い、請求項７に記載の起動システム。
9. シャーシ（１１）、前記シャーシ（１１）に変型可能なように固定された柔軟膜（１２）、および請求項１〜８のいずれか１項に記載の起動システム（２３）を含む反射器。

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