WO2024121446A1 - Parche retrorreflectante para grandes reflectores desplegables (ldr) y método de fabricación - Google Patents

Parche retrorreflectante para grandes reflectores desplegables (ldr) y método de fabricación Download PDF

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WO2024121446A1
WO2024121446A1 PCT/ES2023/070677 ES2023070677W WO2024121446A1 WO 2024121446 A1 WO2024121446 A1 WO 2024121446A1 ES 2023070677 W ES2023070677 W ES 2023070677W WO 2024121446 A1 WO2024121446 A1 WO 2024121446A1
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polymer
layers
mesh
retroreflective
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PCT/ES2023/070677
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Inventor
Gregory Pandraud
Eduardo Margallo Balbas
Iván BRAVO
Original Assignee
Ommatidia Lidar S.L.
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Publication date
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    • H01Q1/288—Satellite antennas
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H01Q15/161—Collapsible reflectors
    • H01Q15/162—Collapsible reflectors composed of a plurality of rigid panels

Definitions

  • the object of the invention consists of retroreflective patches intended to be placed on large deployable reflectors (LDR) used in space. Retroreflective patches allow for correct deployment of LDRs. Also the object of the present invention is a method of manufacturing retroreflective patches that allows good placement precision of said retroreflective patches, a stable fixation (over time), and a faster way of applying them (compared to a manual operation). .
  • LDR large deployable reflectors
  • LDR Large deployable reflectors
  • LDRs consist of meshes (which allow them to be folded before launch and deployed in space) that are highly transparent to light, at least at visible and infrared wavelengths. This fact drastically reduces the performance of any sensor that uses light, since few protons are reflected back towards the light sensor, hampering the resolution required for accurate monitoring of such a structure.
  • reflective elements can be added.
  • retroreflective sheeting area Antenna directivity losses can be evaluated considering that the reflector area covered by the retroreflective sheets is not radiating, and therefore is introducing a loss in the form of an area absent from the projected reflector aperture. So a worst case scenario is considered here: retroreflective sheeting area
  • Directivity losses 10 ⁇ loglOtl - - - — - — - ) reflector area where the area of the retroreflective sheets is the area covered by the retroreflective sheets and the reflector area is the projected area of the reflector.
  • retroreflective sheets of 10 mm diameter and circular shape are considered.
  • Table 1 in Figure 1 shows the directivity losses in the case of L-band and Ka-band antennas with four retroreflectors per facet (minimum required to obtain adequate information in the antenna).
  • the mesh needs to have a specific shape (similar to a parabola) and this is achieved using small sections (facets) placed at different angles from each other, as shown in Figure 7.
  • the directivity losses are less than 0.01 dB, which is negligible for telecommunications and is not critical (critical > 0.02 dB) for Earth observation applications.
  • the directivity losses are greater than for the L-band antenna, but always below 0.1 dB, which is considered negligible for telecommunications, but can have an impact for observations of the Land.
  • the number of retroreflective sheets could be minimized as long as they are sufficient for accurate measurement of the reflector surface.
  • Another solution would be to maintain the number of retroreflective sheets, for accurate measurement, but with a reduced size.
  • the retroreflective sheets consist of a first layer (1) of polymer on which reflective spheres (3) are placed, as shown in Figure 2.
  • the reflective spheres (3) are usually made of glass, coated with a aluminum layer to increase reflectivity.
  • a second layer (2) of polymer is applied that seals the reflective spheres (3), in order to reinforce their adhesion.
  • retroreflectives sometimes comprise an extra layer on top of the reflective spheres (3) to improve reflection (in this case glass microspheres are used) and a patterned layer on one of the polymer layers to selectively block light, or adhesion layers to fix the reflective spheres (3).
  • the first layer (1) of polymer is often bonded to a layer adhesive. Large temperature variations, as occurs in space, make this layer unsuitable for space. Additionally, the adhesive layer can outgas, damaging other equipment carried aboard the shuttle.
  • retroreflective sheets can interact with the RF signal when the half wavelength is in the order of the size of the retroreflective sheets.
  • retroreflective sheets with 10 mm diameter such as those considered in this document could be conceived as a radiator plate that resonates at a frequency of 15 GHz. For lower frequencies it must be transparent. Consequently, the retroreflective sheets are transparent for the L-band antenna (1-2 GHz), but will contribute to the RF signal for the Ka-band antenna (26.5-40 GHz).
  • retroreflective sheets are placed directly on the surface of the mesh, that is, no space is created, and considering that the thickness of the retroreflective sheet is in the order of 0.1 -0.3 mm, retroreflective sheets could contribute to the radiation from the reflector surface. This applies to the Ka-band antenna, since the retroreflective sheets are transparent to the L-band antenna.
  • the present invention describes a retroreflective patch for large deployable reflectors (LDR) and its manufacturing process. Its objective is to provide a retroreflective patch and the method to produce it using reflective sheets that are compatible with its use in space, using a micro-electronics process, which allows precision in the alignment of the reflective sheets, freedom in the shape that the sheets are placed on the LDR and a certain degree of scalability.
  • the large deployable reflectors comprise a mesh, on which the retroreflective patches are intended to be placed. These allow the correct deployment of the LDR mesh in space, as well as its correct placement and use.
  • the retroreflective patch comprises a first polymer layer that is compatible with its use in space, on which there are dielectric spheres with a high refractive index (spheres from now on).
  • the spheres are preferably made from a mixture of TIO2 and BaO, so that their refractive index is greater than 1.5, more preferably around 1.9.
  • the spheres can be covered with one or more metallic layers to increase their reflection and to provide the desired retroreflective cat-eye functionality.
  • a second layer of polymer which is also compatible with its use in space, seals the reflective spheres, with the aim of reinforcing their adhesion and preventing them from moving.
  • the first and second polymer layers are preferably made of Kapton, which is a material that has been tested in space. Furthermore, these polymers have a low Young's modulus value, thus limiting the mechanical load applied to the mesh.
  • One or more additional layers of low melting temperature metals are deposited on top of the second polymer layer, on a side opposite the first polymer layer, as a solder material to secure the patch to the mesh, which generally has a coating gold or at least covered with a metallic layer in any case.
  • the object of the present invention is a method of manufacturing the retroreflective patches for large deployable reflectors described above.
  • Part of the LDR mesh is made from several bands of mesh material that are sewn together to form a complete LDR mesh reflector.
  • the mesh is not mass produced and therefore the process involving the application of retroreflective patches would not necessarily involve a roll-to-roll process, as the number of items to be produced will be limited.
  • the approach proposed here still allows for some throughput.
  • the proposed method focuses on producing retroreflective patches using standard micro-fabrication techniques.
  • a first sacrificial layer is deposited on a wafer.
  • a layer of polymer space grade is spun-formed onto a wafer and cured.
  • dielectric spheres with a high refractive index are deposited.
  • Various metal layers can then be deposited by electrodeposition, evaporation or sputtering to increase the reflection in the spheres.
  • the same layer of polymer is applied to seal the spheres, preventing them from moving. Additional layers of metals with low fusion temperatures will be deposited as welding material to fix the reflective patches to the mesh.
  • the entire wafer is first coated with a metal foil (one chosen to provide adhesion to the mesh) and patterned using photolithography and etching techniques.
  • a continuous sheet can also be considered (thus also improving adhesion to the mesh), but it is understood that having metal patches of a limited size helps reduce RF losses.
  • the method may also comprise the step of placing the retroreflective patches on the mesh, flipping the entire wafer on top of the mesh, soldering (using heat), and releasing.
  • the This operation can be repeated several times to fill the mesh (or strip of mesh material).
  • an additional embossing step provides islands of reflective sheets.
  • Figure 1 Shows a table with the directivity losses depending on the reflector antenna and the number of retroreflective sheets.
  • Figure 2. Shows a cross section of a conventional retroreflective sheet of the state of the art.
  • Figure 3. Shows a cross section of the retroreflective patch of the invention before the stamping step.
  • Figure 4.- Shows an example of the distribution of spheres on a wafer.
  • Figure 5. Shows a cross section of the stamping process.
  • Figure 6. Shows a cross section of the retroreflective patches placed on the mesh.
  • Figure 7. Shows a representation of a state-of-the-art mesh.
  • the LDRs comprise a mesh (8), on which the retroreflective patches are intended to be placed.
  • the retroreflective patch comprises a first polymer layer (1) that is compatible with its use in space, on which there are dielectric spheres (3) with a high refractive index.
  • the spheres (3) can be covered with one or more metallic layers (4), as shown in Figure 3.
  • a second polymer layer (2) which is also compatible with its use in space, seals the reflective spheres (3).
  • the first and second polymer layers (1, 2) are made of Kapton.
  • One or more additional layers of metals (5) with low melting temperature are deposited on the second layer (2) of polymer, on a side opposite to the first layer (1) of polymer, as a welding material to fix the patch to the mesh (8).
  • the low melting temperature metal layer (5) is preferably non-continuous.
  • a method of manufacturing retroreflective patches is also an object of the present invention. As shown in Figure 3, in a first step, on a wafer (6) that can be about 6 inches large, providing up to 170 retroreflective patches, a first sacrificial layer (7) is deposited.
  • the most common sacrificial layers (7) are materials with low melting temperature. Furthermore, these materials must be of low quality in terms of attack. chemical, facilitating the detachment of the wafer (6). This sacrificial layer (7) simply allows the patch to be detached from the wafer (6).
  • the sacrificial layer (7) can therefore be made of oxides, since they can be easily removed by etching using solutions such as hydrofluoric acid (HF), but they can also be considered metals, since some can also be easily removed. It can also be made from layers deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (SiC>2, SiC, SiN, a-S ⁇ (and combinations of these materials)), from layers deposited by atomic layer deposition (HfC>2, AI2O3, TiN ), of evaporated metals in addition to noble metals (Ti, Cr) and pulverized metals (Al, Ti, TiN, Mo).
  • a first layer (1) of polymer is formed by spinning onto the sacrificial layer (7) and cured. Curing involves a rise to temperatures of up to 400°C for a few hours and cooling back to room temperature.
  • the spheres (3) can be made of metal (for example steel or Ti), or they can be made of glass.
  • Several metallic layers (4) can be deposited by electrodeposition, evaporation or ion sputtering to increase the reflection in the spheres (3), in particular in the case where they are made of glass. All the materials described for the sacrificial layer (7) can be used as the metallic layers (4) of the spheres (3).
  • a second layer (2) of polymer will be applied to seal the spheres (3), preventing them from moving.
  • the polymer layers (1, 2) must withstand the temperatures and radiation that exist in space. They must be mechanically stable so as not to deform the mesh (8) once they are on it. For the method of the invention, it is also It is important that the polymer can be spun and chemically etched or patterned.
  • the polymer layers (1, 2) can therefore be made of polyimide, Pyralene, Benzocyclobutane (BCB) or Kapton, preferably.
  • the temperature typically does not exceed 50°C, allowing a wide range of materials, such as In, Sn and Bl, to be used to limit temperatures above 300°C.
  • the entire second layer (2) of polymer is covered with a metal sheet (one chosen to provide adhesion to the mesh (8)) and is patterned using photolithography and chemical etching.
  • a continuous sheet can also be considered but it is understood that having metal patches of limited size helps reduce RF losses.
  • Figure 4 shows a potential distribution of spheres (3) across a wafer (6).
  • the method may additionally comprise the step of attaching the patches to the mesh (8). This step can be done manually (which is a time-consuming option, and is not recommended for large meshes (8) that require a high number of patches), or automatically.
  • the entire wafer (6) is flipped on top of the mesh (8), soldered and released.
  • the operation can be repeated several times to fill the mesh (8).
  • an additional patterning step provides islands of reflective sheets preferably using a stamping press (9), such as shown in figure 5.
  • the reflectors can be made of flat facets and therefore an ideal configuration. would be to have three or four patches per flat facet.
  • the patches could be provided in any configuration (always considering the requirements provided by the LDR manufacturer/user), which may depend on each case.
  • an alignment strategy to allow the stamping step to be repeated through the metal mesh strip (8). This can be done using patches already placed for reference. If infrared vision is not available, the wafers (6) can also be patterned on their back and the wafer (6) removed locally to provide vision (the polyimide being transparent to visible light).

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Abstract

El parche comprende una primera capa (1) de polímero, esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción, una segunda capa (2) de polímero que sella las esferas (3) dieléctricas, y una capa (5) con baja temperatura de fusión encima de la segunda capa (2) como material de soldadura para fijar el parche retrorreflectante a la malla (8). El método de fabricación comprende depositar sobre una oblea (6) una capa (7) de sacrificio, conformar la primera capa (1) de polímero sobre la capa (7) de sacrificio, depositar una o más esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción encima de la primera capa (1), aplicar una segunda capa (2) de polímero y depositar una capa (5) de metal con baja temperatura de fusión para fijar los parches reflectantes a la malla (8).

Description

PARCHE RETRORREFLECTANTE PARA GRANDES REFLECTORES DESPLEGABLES (LDR) Y MÉTODO DE FABRICACIÓN
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OBJECTO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención consiste en parches retrorreflectantes destinados a ser colocados en grandes reflectores desplegables (LDR, por sus siglas en inglés) utilizados en el espacio. Los parches retrorreflectantes permiten el correcto despliegue de los LDR. Es también objeto de la presente invención un método de fabricación de parches retrorreflectantes que permita una buena precisión de colocación de dichos parches retrorreflectantes, una fijación estable (en el tiempo), y una manera más rápida de aplicarlos (en comparación con una operación manual).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los grandes reflectores desplegables (LDR) están siendo cada vez más utilizados en misiones espaciales ya que está aumentando significativamente la cantidad de datos que se transfieren desde el espacio hacia tierra y viceversa, no solamente debido al surgimiento de internet a través del espacio, sino también debido a la cantidad de datos recopilados en el espacio (monitorización del CO2, niveles del mar, vientos, etc.). Están compuestos de una malla que se encuentra extendida para producir una antena completa y de un anillo metálico de soporte para sujetar la malla.
A medida que los LDR se han vuelto cada vez más grandes, la única forma de llevarlos al espacio es plegarlos en tierra, colocarlos en una lanzadera y desplegarlos en el espacio desdoblándolos. La operación es bastante crítica y por lo tanto existe la necesidad de sensores para monitorizar la forma del LDR y su orientación después del despliegue.
Además, una vez que se encuentra en su lugar, cualquier basura espacial puede dañar el LDR e incluso si fuera posible su reconformación, se requiere conocer la forma del LDR para aplicar las modificaciones apropiadas, para llevar el LDR a su forma y posición originales. Se han desarrollado algunos sensores para monitorizar la forma del LDR que utilizan luz. Sin embargo, los LDR consisten en mallas (que permiten su plegamiento antes del lanzamiento y su despliegue en el espacio) que son muy transparentes a la luz, al menos a las longitudes de onda visible e infrarroja. Este hecho reduce drásticamente el comportamiento de cualquier sensor que utiliza luz, ya que se reflejan pocos protones de regreso hacia el sensor de luz, obstaculizando la resolución requerida para la monitorización precisa de una estructura de este tipo.
Para resolver este problema, y para aumentar la reflectividad de la malla, pueden añadirse elementos reflectantes.
Sin embargo, una solución de este tipo no cumple aún con los requerimientos del espacio, ya que utiliza retrorreflectantes con película adhesiva que puede desprenderse durante la operación de despliegue debido a turbulencias en el espacio o desgasificarse durante el lanzamiento, dañando potencialmente otros equipos colocados cerca del LDR en la lanzadera.
No obstante, su compatibilidad de uso en el espacio no es la única consideración a tener en cuenta. Debido a que el rendimiento de la radiofrecuencia de la antena se verá afectado por la presencia de la lámina retrorreflectante sobre la superficie del reflector de malla desplegable, las pérdidas por su presencia pueden caracterizarse simplemente tal como se describe a continuación.
Las pérdidas de directividad de la antena pueden evaluarse considerando que el área del reflector cubierta por las láminas retrorreflectantes no está irradiando, y por tanto está introduciendo una pérdida en forma de área ausente de la apertura del reflector proyectada. De manera que se considera aquí un escenario del peor de los casos: área de la lámina retrorreflectante
Pérdidas de directividad = 10 ■ loglOtl - - - — - — - ) area del reflector donde el área de las láminas retrorreflectantes es el área cubierta por las láminas retrorreflectantes y el área del reflector es el área proyectada del reflector. Para los cálculos se consideran láminas retrorreflectantes de 10 mm de diámetro y de forma circular. La Tabla 1 en la figura 1 muestra las pérdidas de directividad en el caso de antenas de banda L y banda Ka con cuatro retrorreflectantes por faceta (mínimo requerido para obtener la información adecuada en la antena). La malla necesita tener una forma específica (similar a una parábola) y esto se logra utilizando pequeñas secciones (facetas) colocadas en ángulos diferentes unos de los otros, tal como se muestra en la figura 7.
Para la antena de banda L, las pérdidas de directividad son inferiores a 0,01 dB, lo cual es insignificante para las telecomunicaciones y no es crítico (crítico>0,02 dB) para aplicaciones para la observación de la Tierra. Para la antena de banda Ka, las pérdidas de directividad son mayores que para la antena de banda L, pero siempre por debajo de 0,1 dB, lo que se considera insignificante para las telecomunicaciones, pero puede tener un impacto para las observaciones de la Tierra.
Como solución para una aplicación para la observación de la Tierra, el número de láminas retrorreflectantes podría minimizarse mientras sean suficientes para una medición precisa de la superficie del reflector. Otra solución sería mantener el número de láminas retrorreflectantes, para una medición precisa, pero con un tamaño reducido.
Las láminas retrorreflectantes consisten en una primera capa (1) de polímero sobre la cual se encuentran colocadas unas esferas (3) reflectantes, tal como se muestra en la figura 2. Las esferas (3) reflectantes se realizan habitualmente de vidrio, recubiertas con una capa de aluminio para aumentar la reflectividad. A continuación se aplica una segunda capa (2) de polímero que sella las esferas (3) reflectantes, con la finalidad de reforzar su adhesión.
Dependiendo de la complejidad, los retrorreflectantes comprenden algunas veces una capa extra encima de las esferas (3) reflectantes para mejorar la reflexión (en este caso se utilizan microesferas de vidrio) y una capa modelada con un patrón en una de las capas de polímero para bloquear de forma selectiva la luz, o capas de adhesión para fijar las esferas (3) reflectantes.
Además, para aplicar las láminas retrorreflectantes en tantas aplicaciones como sea posible, la primera capa (1) de polímero se encuentra a menudo unida a una capa adhesiva. Las grandes variaciones de temperatura, como ocurre en el espacio, hace que esta capa no sea adecuada para el espacio. Adicionalmente, la capa adhesiva puede desgasificarse, dañando otros equipos transportados a bordo de la lanzadera.
Esta estructura significa que las láminas retrorreflectantes pueden interactuar con la señal de RF cuando la media longitud de onda se encuentra en el orden del tamaño de las láminas retrorreflectantes. De hecho, las láminas retrorreflectantes con 10 mm de diámetro como las consideradas en el presente documento podrían concebirse como una placa radiadora que resuena a una frecuencia de 15 GHz. Para frecuencias inferiores debe ser transparente. En consecuencia, las láminas retrorreflectantes son transparentes para la antena de banda L (1-2 GHz), pero contribuirá a la señal de RF para la antena de banda Ka (26,5-40 GHz).
Adicionalmente, en caso de que las láminas retrorreflectantes se coloquen directamente sobre la superficie de la malla, es decir, que no se cree ningún espacio, y considerando que el grosor del lámina retrorreflectante se encuentre en el orden de 0,1 -0,3 mm, las láminas retrorreflectantes podrían contribuir con la radiación de la superficie del reflector. Esto se aplica a la antena de banda Ka, ya que las láminas retrorreflectantes son transparentes para la antena de banda L.
Resulta obvio a partir de esas consideraciones que la forma en que las láminas reflectoras necesitan incorporarse en la malla es clave, ya que necesitan ser adecuados para el espacio, ser lo suficientemente pequeños (ya que su tamaño afecta a las pérdidas globales cuando el número aumenta) y presentan una interacción limitada con la malla, reduciendo la distorsión de la señal de RF.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe un parche retrorreflectante para grandes reflectores desplegables (LDR, Large Deployable Reflecto ) y su proceso de fabricación. Tiene como objetivo proporcionar un parche retrorreflectante y el método para producirlo utilizando láminas reflectantes que sean compatibles con su utilización en el espacio, utilizando un proceso de micro-electrónica, lo que permite precisión en el alineamiento de las láminas reflectantes, libertad en la forma en que se colocan las láminas sobre el LDR y cierto grado de escalabilidad. Tal como se ha explicado anteriormente, los grandes reflectores desplegables comprenden una malla, en la que están destinados a colocarse los parches retrorreflectantes. Estos permiten el correcto despliegue de la malla del LDR en el espacio, además de una colocación y un uso correctos de la misma.
El parche retro rreflectante comprende una primera capa de polímero que es compatible con su utilización en el espacio, sobre la cual se encuentran unas esferas dieléctricas con un alto índice de refracción (esferas de aquí en adelante). Las esferas se realizan preferiblemente con una mezcla de TÍO2 y BaO, de manera que su índice de refracción es mayor de 1 ,5, más preferiblemente alrededor de 1 ,9. Las esferas pueden cubrirse con una o más capas metálicas para incrementar su reflexión y para proporcionar la funcionalidad retrorreflectante deseada de tipo ojo de gato.
Una segunda capa de polímero, que es también compatible con su utilización en el espacio, sella las esferas reflectantes, con el objetivo de reforzar su adhesión y evitar que éstas se desplacen.
Para mejorar el problema de compatibilidad de uso en el espacio, la primera y la segunda capa de polímero se realizan, preferiblemente, de Kapton, que es un material que se ha probado en el espacio. Además, esos polímeros presentan un valor de módulo de Young bajo, limitando de este modo la carga mecánica aplicada a la malla.
Una o más capas adicionales de metales con baja temperatura de fusión se depositan encima de la segunda capa de polímero, en un lado opuesto a la primera capa de polímero, como material de soldadura para fijar el parche a la malla, que generalmente tiene un recubrimiento de oro o al menos está recubierta con una capa metálica en cualquier caso.
Esta característica permite la unión directa de los parches retrorreflectantes a la malla sin adhesivos, y proporciona un espacio entre los parches retrorreflectantes y la malla (limitando al menos el área de contacto para reducir, tanto como sea posible, las pérdidas de radiofrecuencia (tal como se ha descrito anteriormente) no haciendo continua la lámina metálica. Es también objeto de la presente invención un método de fabricación de los parches retrorreflectantes para grandes reflectores desplegables descritos anteriormente. Parte de la malla de los LDR se fabrica a partir de diversas bandas de material de malla que se cosen entre sí para formar un reflector de malla completo del LDR.
La malla, sin embargo, no se produce en masa y por lo tanto, el proceso que implica la aplicación de parches retrorreflectantes no implicaría necesariamente un proceso rollo a rollo, ya que el número de elementos que van a ser producidos será limitado.
Sin embargo, tal como se describe más adelante, la aproximación propuesta aquí aún permite cierta producción. No obstante, para producir los parches de manera estandarizada el método propuesto se centra en producir parches retrorreflectantes utilizando técnicas de micro-fabricación estándar.
En primer lugar, en una oblea, se deposita una primera capa de sacrificio. A continuación, una capa de polímero (de calidad espacial) se conforma mediante hilado sobre una oblea y se cura. Encima de ésta, se depositan unas esferas dieléctricas con alto índice de refracción. A continuación pueden depositarse varias capas metálicas mediante electrodeposición, evaporación o pulverización iónica para aumentar la reflexión en las esferas.
A continuación, se aplica la misma capa de polímero para sellar las esferas, evitando que éstas se desplacen. Se depositarán unas capas adicionales de metales con baja temperatura de fusión como material de soldadura, para fijar los parches reflectantes a la malla.
Para obtener esos parches de metal pequeños, toda la oblea se recubre en primer lugar con una lámina de metal (una elegida para proporcionar adhesión a la malla) y se modela con un patrón utilizando técnicas de fotolitografía y ataque químico. Puede considerarse también una lámina continua (mejorando de este modo también la adhesión a la malla), pero se entiende que tener parches de metal de un tamaño limitado ayuda a reducir las pérdidas de RF.
El método puede también comprender el paso de colocar los parches retrorreflectantes en la malla, voltear toda la oblea encima de la malla, soldar (utilizando calor) y liberar. La operación puede repetirse varias veces para rellenar la malla (o la tira de material de malla). Para asegurarse de que las capas de polímero no se aplican de forma continua sobre toda la malla, un paso adicional de estampación proporciona islas de láminas reflectantes.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y para ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferido de una realización práctica del mismo, se adjunta un conjunto de dibujos como parte integral de dicha descripción en donde, con naturaleza ilustrativa y no limitativa, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1.- Muestra una tabla con las pérdidas de directividad en función de la antena del reflector y del número de láminas retrorreflectantes.
La Figura 2.- Muestra una sección transversal de una lámina retrorreflectante convencional del estado de la técnica.
La Figura 3.- Muestra una sección transversal del parche retrorreflectante de la invención antes del paso de estampación.
La Figura 4.- Muestra un ejemplo de distribución de esferas sobre una oblea.
La Figura 5.- Muestra una sección transversal del proceso de estampación.
La Figura 6.- Muestra una sección transversal de los parches retrorreflectantes colocados sobre la malla.
La Figura 7.- Muestra una representación de una malla del estado de la técnica.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Se describe a continuación, con la ayuda de las figuras 1-7, una realización preferida de los parches retrorreflectantes para grandes reflectores desplegables (LDR) y su método de fabricación, objetos de la presente invención.
Tal como se muestra en la figura 4, los LDR comprenden una malla (8), en la que están destinados a colocarse los parches retrorreflectantes.
Tal como se muestra en la figura 6, el parche retrorreflectante comprende una primera capa (1) de polímero que es compatible con su utilización en el espacio, sobre la cual se encuentran unas esferas (3) dieléctricas con un alto índice de refracción. Las esferas (3) pueden estar recubiertas con una o más capas (4) metálicas, tal como se muestra en la figura 3.
Tal como se representa en la figura 6, una segunda capa (2) de polímero, que es también compatible con su utilización en el espacio, sella las esferas (3) reflectantes.
En una realización preferida de la invención, la primera y la segunda capas (1 , 2) de polímero se realizan de Kapton.
Una o más capas adicionales de metales (5) con baja temperatura de fusión se depositan sobre la segunda capa (2) de polímero, en un lado opuesto a la primera capa (1) de polímero, como material de soldadura para fijar el parche a la malla (8). La capa (5) de metal con baja temperatura de fusión es preferiblemente no continua.
Es también un objeto de la presente invención un método de fabricación de los parches retrorreflectantes. Tal como se muestra en la figura 3, en un primer paso, sobre una oblea (6) que puede ser de unas 6 pulgadas de grande, proporcionando hasta 170 parches retrorreflectantes, se deposita una primera capa (7) de sacrificio.
Cuando se utilizan obleas (6) grandes, éstas están realizadas habitualmente de silicio. El vidrio también es una opción, pero el procesamiento sobre vidrio es complejo. Sin embargo, es transparente, y puede ser utilizado fácilmente durante el alineamiento debido a la existencia de una línea visual a través de la oblea (6).
Las capas (7) de sacrificio más comunes son materiales con baja temperatura de fusión. Además, esos materiales han de ser de baja calidad en lo que se refiere al ataque químico, facilitando el desprendimiento de la oblea (6). Esta capa (7) de sacrificio simplemente permite que el parche se desprenda de la oblea (6).
La capa (7) de sacrificio puede realizarse por lo tanto de óxidos, ya que pueden retirarse por ataque químico fácilmente mediante soluciones tales como ácido fluorhídrico (HF), pero también pueden considerarse metales, ya que algunos pueden también retirarse fácilmente. Puede también realizarse de capas depositadas por deposición química de vapor mejorada con plasma (SiC>2, SiC, SiN, a-S¡ (y combinaciones de esos materiales)), de capas depositadas por deposición de capas atómicas (HfC>2, AI2O3, TiN), de metales evaporados además de metales nobles (Ti, Cr) y de metales pulverizados (Al, Ti, TiN, Mo).
Entonces, una primera capa (1) de polímero se conforma mediante hilado sobre la capa (7) de sacrificio y se cura. El curado implica un incremento a temperaturas de hasta 400°C durante unas pocas horas y un enfriamiento nuevamente a temperatura ambiente.
Encima de la primera capa (1) de polímero, en un lado opuesto de la capa (7) de sacrificio, se depositan una o más esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción. Las esferas (3) pueden realizarse de metal (por ejemplo de acero o Ti), o pueden ser realizadas de vidrio. Pueden depositarse varias capas (4) metálicas mediante electrodeposición, evaporación o pulverización iónica para aumentar la reflexión en las esferas (3), en particular en el caso en que estén realizadas de vidrio. Todos los materiales descritos para la capa (7) de sacrificio pueden ser utilizados como las capas (4) metálicas de las esferas (3).
Dependiendo de la técnica de deposición, puede lograrse una deposición con una muy buena conformación estructural. Sin embargo, esto ocurrirá en cualquier lugar en la superficie, de manera que se requerirá una etapa litográfica, seguida por un ataque químico del metal depositado en las regiones en las que no hay esferas (3).
A continuación, se aplicará una segunda capa (2) de polímero para sellar las esferas (3), evitando que éstas se desplacen.
Las capas (1 , 2) de polímero deben soportar las temperaturas y radiaciones que existen en el espacio. Deben ser mecánicamente estables para no deformar la malla (8) una vez que se encuentren sobre la misma. Para el método de la invención, es también importante que el polímero pueda someterse a hilado y a ataque químico o ser modelable con un patrón. Las capas (1 , 2) de polímero pueden, por lo tanto, realizarse de poliimida, Piraleno, Benzociclobutano (BCB) o Kapton, preferiblemente.
Se depositarán capas adicionales de metales (5) con baja temperatura de fusión, con temperaturas de fusión que permitan operaciones en el espacio, como material de soldadura para fijar los parches a la malla (8). Durante la operación de los LDR, la temperatura habitualmente no excede los 50°C, lo que permite que se utilice un amplio rango de materiales, tales como In, Sn y Bl, para limitar llegar por encima de 300°C.
Para tener esas pequeñas capas (5) de metal con baja temperatura de fusión, tal como se muestra en la figura 3, toda la segunda capa (2) de polímero se recubre con una lámina de metal (una elegida para proporcionar adhesión a la malla (8)) y se modela con un patrón utilizando fotolitografía y ataque químico. Una lámina continua puede también considerarse pero se entiende que tener parches de metal de tamaño limitado ayuda a reducir las pérdidas de RF.
Si se requiere una organización específica de las esferas (3), parte de ellas pueden retirarse localmente. La Figura 4 muestra una distribución potencial de las esferas (3) a través de una oblea (6).
El método puede comprender adicionalmente el paso de unir los parches a la malla (8). Este paso puede realizarse manualmente (lo cual es una opción que consume mucho tiempo, y no se recomienda para mallas (8) grandes que requieren un elevado número de parches), o automáticamente.
En el segundo caso, toda la oblea (6) se voltea encima de la malla (8), se suelda y se libera. La operación puede repetirse varias veces para rellenar la malla (8). Para asegurar que las capas (1 , 2) de polímero no se aplican de forma continua sobre toda la malla (8), un paso adicional de modelado con patrón proporciona islas de láminas reflectantes utilizando preferiblemente una prensa (9) de estampar, tal como se muestra en la figura 5.
Incluso aunque la configuración de parches en la malla (8) no es un punto crítico, los reflectores pueden estar realizados de facetas planas y por tanto una configuración ideal sería tener tres o cuatro parches por faceta plana. No obstante, los parches podrían disponerse en cualquier configuración (siempre considerando los requerimientos proporcionados por el fabricante/usuario del LDR), que pueden depender de cada caso. Para proporcionar cierta escalabilidad al método es importante proporcionar, durante el proceso de estampación, una estrategia de alineamiento para permitir que se repita el paso de estampación a través de la tira de malla (8) metálica. Esto puede realizarse utilizando parches ya colocados a modo de referencia. Si no se encuentra disponible visión de infrarrojos, las obleas (6) pueden también modelarse con un patrón en su parte posterior y la oblea (6) retirarse localmente para proporcionar visión (siendo la poliimida transparente a la luz visible).

Claims

1.- Parche retrorreflectante para grandes reflectores desplegables (LDR, Large Deployable Reflecto ), en donde el LDR comprende una malla (8) y el parche retrorreflectante está destinado a fijarse a la malla (8), donde el parche retrorreflectante comprende:
- una primera capa (1) de polímero que es compatible con su utilización en el espacio,
- una o más esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción que se encuentran colocadas sobre la primera capa (1) de polímero,
- una segunda capa (2) de polímero, compatible con su utilización en el espacio, sellando las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción sobre la primera capa (1) de polímero,
- una o más capas (5) de metal con baja temperatura de fusión, depositadas encima de la segunda capa (2) de polímero, en un lado opuesto a la primera capa (1) de polímero, como material de soldadura para fijar la segunda capa (2) de polímero a la malla (8).
2.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 1 , en donde las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción se encuentran recubiertas con una capa de un material seleccionado entre capas depositadas por deposición química de vapor mejorada con plasma, capas depositadas por deposición de capas atómicas, metales evaporados además de metales nobles y metales pulverizados.
3.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 1 , en donde las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción se realizan de metal.
4.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 2, en donde las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción se realizan de vidrio.
5.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 1 , en donde la primera y la segunda capa (1 , 2) de polímero se realizan de Kapton.
6.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 1 , en donde la primera y la segunda capa (1 , 2) de polímero se realizan de un material seleccionado entre poliamida, Piraleno y Benzociclobuteno (BCB).
7.- Parche retrorreflectante según la reivindicación 1 , en donde las capas (5) de metal con baja temperatura de fusión se realizan de un material seleccionado entre In, Sn y B¡.
8.- Método de fabricación del parche retrorreflectante según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde el método comprende los pasos de:
- depositar en una oblea (6) una capa (7) de sacrificio,
- conformar por hilado la primera capa (1) de polímero en la capa (7) de sacrificio, en un lado opuesto a la oblea (6),
- curar la primera capa (1) de polímero,
- depositar una o más esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción encima de la primera capa (1) de polímero, en un lado opuesto a la capa (7) de sacrificio,
- aplicar una segunda capa (2) de polímero para sellar las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción, en un lado opuesto a la primera capa (1) de polímero, y
- depositar una o más capas (5) de metal con baja temperatura de fusión encima de la segunda capa (2) de polímero, en un lado opuesto a la primera capa (1) de polímero, para fijar la segunda capa (2) de polímero a la malla (8).
9.- Método según la reivindicación 8, en donde éste comprende un paso adicional de modelado con un patrón de las capas (5) de metal con baja temperatura de fusión.
10.- Método según la reivindicación 8, en donde éste comprende un paso adicional de retirar localmente parte de las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción.
11.- Método según la reivindicación 8, en donde éste comprende adicionalmente el paso de unir los parches a la malla (8):
- posicionando la oblea (6) encima de la malla (8),
- soldando las capas (5) con baja temperatura de fusión a la malla (8), y
- desprendiendo la primera capa (1) de polímero de la capa (7) de sacrificio y la oblea (6).
12.- Método según la reivindicación 8, en donde la oblea (6) se realiza de un material seleccionado entre silicio y vidrio.
13.- Método según la reivindicación 8, en donde la capa (7) de sacrificio se realiza de un material seleccionado entre capas depositadas por deposición química de vapor mejorada con plasma, capas depositadas por deposición de capas atómicas, metales evaporados además de metales nobles y metales pulverizados.
14.- Método según la reivindicación 8, en donde éste comprende los pasos adicionales de recubrir las esferas (3) dieléctricas con alto índice de refracción con una o más capas
(4) metálicas mediante electrodeposición, evaporación o pulverización iónica.
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