Brevet FR2560444A1 — publié le 19850830

L'invention e rapporte à un radôme adapté pour la protection d'une antenne hyperfréquence et à son procédé de mise en oeuvre. Dans le cadre de la protection à certaines contrain- tes mécaniques, ou durcissement, d'antenneshyperfréquence et en particulier des dispositifs aériens de système radar ou de télécommunication, on est amené à protéger ces dispositifs aériens par des radômes épais. Ces radômes sont constitués en un matériau diélectrique, tel qu'une matière plastique,alvéolai- re ou non, de qualité appropriée. L'épaisseur du radôme doit évidemment être suffisante pour que le radôme ait les qualités de résistance mécanique désirée, et son épaisseur doit d'autre part être adaptée de façon à ne pas perturber l'émis- sion et la réception des ondes électromagnétiques dans la ban- de de travail de l'antenne. Une solution classique consiste à définir une épais- seur de radôme compatible à la fois avec les contraintes méca- niques et avec les contraintes radioélectriques, de façon à creer la perturbation minimum à la traversée des ondes dans la bande de travail de l'antenne. Pour obtenir une"transparence" convenable dans la bande de travail de l'antenne, on doit satisfaire à l'équation: e g=) Ag1) dans laquelle, n est un nombre entier 2; Ago est la longueur d'onde dans le milieu diélec- trique pour la fréquence centrale de la bande de travail de 1 ' antenne, e est l'épaisseur du radôme. Il apparaît donc que l'on doit en général surdimen- sionner l'épaisseur du radôme pour tomber sur un nombre entier de demi-longueurs d'onde, faute de quoi, l'adaptation électro- magnétique n'est pas obtenue. Outre ce surdimensionnement, ce procédé a également i 'inconvénient que l'adaptation électromagnétique n'est en gé- 3 neral pas satisfaisante dès que l'on s'écarte notablement de la longueur d'onde moyennrme de la bande de fréquence de travail. En d'autre termes, la fenêtre électromagnétique auto- risée est très étroite, la bande d'émission/réception étant li- miite à environ 5% autour de la longueur d'onde centrale et mê- me à moins si n devient supérieur à 3. Un autre inconvénient est que pour des antennes à ouverture importante, l'adaptation devient mauvaise lorsque l'angle d'incidence du rayonnement s'incline trop par rapport à l'axe central de l'antenne, par exemple pour une incidence supérieure à 30 . L'objet de l'invention est de résoudre ces difficul- tés. A cet effet, le procédé de protection par radôme d'une antenne hyperfréquence se caractérise en ce qu'on disso- cie la protection mécanique de l'adaptation électromagnétique du radôme, en associant à un radôme de caractéristiques méca- niques calculées requises, au moins un écran selfique ou capa- citif placé à proximité du radôme et assurant son adaptation à la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne. L'invention concerne également un radôme adapté pour la protection d'une antenne hyperfréquence, en particulier de radar ou de télécommunication, caractérisé en ce qu'il com- prend, associé à un radôme de protection mécanique d'épais- seur utile, au moins un écran selfique ou capacitif d'adapta- tion à la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne, lequel écran est placé contre la surface extérieure et ou intérieure du radôme. I1 apparait que de cette façon, on peut déterminer et construire le radôme de protection mécanique en le calcu- lant simplement à partir des contraintes mécaniques qu'il doit être en mesure de supporter, tandis que l'adaptation électro- magnétique se fait indépendamment. De cette façon il n'est plus nécessaire de surdimensionner l'épaisseur du radôme, et d'autre part l'adaptation électromagnétique peuf-se faire dans de bien meilleures conditions, de façon à ouvrir une fenêtre électromagnétique plus large et éviter les distorsions trop fortes du rayonnement émis ou reçu même sous des angles d'in- cidence importants. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexes dans lesquels: La figure 1 montre de façon schématique une grille d'adaptation selfique pouvant être utilisée conformément à l'invention, la figure 2 montre comme la figure 1 une autre variante, la figure 3 est une vue en coupe faite selon les lignes III-III des figures 1 ou 2, la figure 4 montre de façon schématique l'adaptation électromagnétique d'un radôme conformément à l'invention, les figures 5 et 6 sont des exemples schématiques d'écrans d'adaptation capacitifs, la figure 7 montre une variante de construction d'un radôme adapté conformé à l'invention. Conformément à l'invention, on calcule tout d'abord l'épaisseur du radôme nécessaire pour obtenir la protection mécanique désirée. On choisit simultanément la nature du maté- riau diélectrique qui définit la valeur de la constante dié- lectrique. Ainsi, à la figure 4 on a représenté schématiquement en coupe l'épaisseur e d'un radôme constitué d'un matériau diélectrique de constante s déterminée (par exemple ú = 3,8 lorsque le radôme est construit en matériau stratifié verre- résine d'un type déterminé). L'adaptation à la bande de fréquence de travail de l'antenne protégée par le radSme est réalisée séparément au voisinage de chaque interface du radôme par un écran d'adapta- tion tel qu'une grille métallique 2,3, dont les caractéristi- ques peuvent être déterminées par le calcul ou l'expérience. A la figure 1, on a illustré une grille 4 métalli- que à mailles catrées comportant des fils de section rectangu- laire pouvant constituer un écran selfique, notamment dans le cas de radômes sensiblement plans. Lorsque le radôme présen- te une surface de courbure relativement importante, il est pré- férable de substituer à la grille 4 à mailles carrées une gril- le à mailles rondes telle que 5 illustre à la figure 2 formée de fils métalliques à section carrée, convenablement juxtaposées. Une telle grille à mailles rondes peut en effet être conformée selon toute courbure désirée sans introduire de déformation à la traversée du faisceau électromagnétique. En bref, les écrans selfiques 2 et 3, ont pour objet de contrebalancer l'effet capacitif de l'épaisseur e du radôme 1 de constante diélectrique s. De bons résultats sont obtenus en plaçant les grilles métalliques 2 et 3 à une distance de l'interface 6,7 avec l'air du radôme égale à X /" ( Xq étant la longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de travail dans le matériau diélectrique de constante ú). L'ouverture des mailles ou le diamètre des anneaux ainsi que la section du fil qui constitue les écrans selfiques 2,3 sont liés à la constante diélectrique E du radôme et à.la longueur d'onde de travail. A titre d'exemple non limitatif, une grille constituée d'un empilement d'anneaux suivant le dispositif du schéma de la figure 2, dont le diamètre moyen est de 24,9 millimètres et la section carrée à 0,5 x 0,5 mm, disposée à 4,9 millimètres de l'interface airdiélectrique d'un radôme en complexe verre-résine de constante diélectri- que s= 3,8, assure une adaptation de cet interface dans la bande de fréquence allant de 4,4 à 5 GHz, pour des incidences variant de 0 à 30 , et pour toute polarisation de l'onde, adaptation caractérisée par un rapport d'onde stationnaire (TOS) inférieur à 1,2. Les mêmes performances seront obtenues avec une grille à mailles carrées de 19,5 mm de côté faite de fils métalliques de 0,6 mm de section et disposée à la même distan- ce de l'interface air-diélectrique. Dans le cas de la grille à mailles circulaires, il n'y a aucune difficulté à couvrir une calotte sphérique de 3,5 mètres d'envergure et 7,25 mètres de rayon de courbure, alors qu'une grille à mailles carrées dans une utilisation semblable présenterait sur les bords de cette calotte un défaut d'orthogonalité de 7 , très préju- diciable à la bonne transmission de la polarisation de l'onde. L'adaptation peut être encore améliorée et la bande de fréquence élargie en utilisant en outre des écrans capacitifs qui peuvent être constitués: soit par une lame mince de matériau diélectrique maintenu en avant de l'interface air-diélectriquei par un in- tercalaire en nid d'abeille, - soit encore une grille métallique différente des précédentes en ce qu'elle est constituée d'obstacles métalli- ques non jointifs, tel que des croix, comme le schématise l'écran 9 de la figure 5 ou des pastilles circulaires, tel que le schématise l'écran 10 de la figure 6, lesquelles croix et pastilles mét-lliques peuvent être déposées sur un Esu pport mince, par toute technilque appropriée, par exemple de photogravure. Un exemple d'adaptation mixte est illustré à la figu- re 7. La protection mécanique est essentiellement réalisée par une épaisseur e de matâriau diélectrique Il formant l'âme mécanique du radôme. En avant de cette couche 11, c est à dire vers l'extérieur de l'antenne, on a disposé deux grilles métalliques selfiques 12,13. En arrière de la couche il, c'est 1O à-dire vers l'intérieur du rad8meon.trouve une couche d'épais- seur réduite 14 de constante diélectrique voisine de celle de l'air équivalent à une lame d'air, et derrière laquelle on trou- ve une couche mince 15 de matériau diélectrique à constante supérieure formant écran capacitif. A titre d'exemple, pour la bande de fréquence de ravail susmentionnée, on choisit les caractéristiques de :nstructions suivantes: - grille 12: pas 14 mm, diamètre des fils 0,2 mim, distance d 1 de l'interface avant 16 de la couche 11 - 7,85 mm; - grille 13: pas 28 mm, diamètre des fils 0,2 mm Aistance d 2 de l'inter-face avant 16: 22,8 mm; e {9paisseur de la couche 11): quelconque en -;:c ti-? de 1- p-rotection nmécanique recherchée;e = 3,8 rparsseur e la lame 4: 9 Im; s = Mn1: a.e-isseur de la lame 15: e = 4 m constante dié- zs = (ii dromé g e ré-ésne). Un tel radmoe pr9sente un TOS inférieur à 1775 dans .....uncsJ 2O% jusqu3& des ncidences de 50'...DTD: as3 gz.. ç. seî. Tques 12, 13 du coté e-xtrieur i::, n:eten: d eiv s -rformances dans une bande plus impor- -..: gr!s peemen't 'tre faie d anneaux dont!es di men- sicns:es;.fs sre alers r-V-ie 2}iZ mtre d'anneaux = 1 783 mm ie 1r, r G ie:nre anneaus =- 35765 iam a:..i_ i n-u*. es, dans les de cas -ca01,2 rn ^.. À5 9e ta-ndis que la l 2 diélectrique 3 l'a is lf Or1se --e--.pouser parfaitament la courbure -..:- iG uela i ex6diaire 14 pouvant eêtre faite par 4 *axemple sn,n ma-tl ria alvéolaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection par rad&me d'une antenne hyperfréquence caractérisé en ce qu'on dissocie la protection mécanique de l'adaptation électromagnétique du radôme en associant à un radôme de caractéristiques mécaniques calculées requises, au moins un écran selfique ou capacitif(2, 3,12,13, )placé à proximité du radôme (1,11) et assurant son adapta- tion à la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne. 2. Radôme adapté pour la protection d'une antenne hyperfréquence,en particulier radar ou de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comprendassocié à un radôme de protec- tion mécanique d'épaisseur utile e, au moins un écran selfique ou capacitif (2, 3, 12, 13, 15) d'adaptation à la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne, lequel écran est placé contre la surface extérieure et/ou intérieure du radôme. 3. Radôme selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'écran selfique (2,3,12, 13) comprend une grille métal- lique. 4. Radôme selon la revendication 3 caractérisé en ce que la grille métallique est une grille à mailles carrées (4). 5. Radôme selon la revendication 3 caractérisé en ce que la grille métallique est une grille à mailles circulai- re (5). 6. RadOme selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'écran capacitif est formé d'une mince feuille de diélectrique (15). 7. Radôme selon la revendication 2 caractériLé en ce que l'écran capacitif est formé d'une mince feuille de support portant des motifs conducte-urs électriques tels que des dipoles, des croix (9) ou des pastilles {10). 8. Rad8me selon l'une des revendicati ons 2 = 5 caractérisé en ce que l'écran 2s- ú à'e>...'u- de la surface du radame (11). 9. Radfme seln tla revendicatiDn 2, o 7 oerac%-é risé en ce que l'écran (2,15) eat pla- à1 lîint-riV3ur J té surface du radôme Â1,11). -7 10. Rad8me selon l'uhe des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que comprenant au moins un écran selfique (12,13) et au moins un écran capacitif (15), l'écran capacitif (15) est placé à l'intérieur du radôme et l'écran selfique (12,13) est placé à l'extérieur.