Brevet FR2619255A1 — publié le 19890210

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DISSIMULATION RADAR D'ANTENNES, NOTAMMENT D'ANTENNES DE BORD D'APPAREILS VOLANTS. La présente invention concerne un procédé de dissimula- tion radar d'antennes à grand gain, en particulier d'antennes radar de bord d'appareils volants, à l'aide d'une fenêtre sélective en fréquence, une caractéristique de passe-bande étant obtenue par des éléments en forme de fentes, ainsi qu'un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Une antenne recevant un raycnamantradarpossède comparativement à ses dimensions géométriques une section radar qui, en règle générale, est un multiple de sa surface géomé- trique.Dans le cas des antennes à réflecteur, la section radar est, dans une large gamme de fréquences% de l'ordre de plusieurs mètres carrés. C'est pourquoi les avions et appareils volants peuvent être relativement facilement détectés par des radars entrautredufaitdesmuvements de pivotement de leurs antennes radar. Même des appareils volants plus petits ayant à leur bord des antennes à réflecteur de diamètre réduit peuvent être détectés sans problème lors de leur approche. En règle générale, ces antennes sont protégées des influences de l'environ- nement par des rad8mes diélectriques. L'inconvénient de ces radÈmes réside dans le fait qu'ils sont transparents pour un spectre de fréquences 26 1 9255 à bande relativement large, en particulier pour des fréquences radar, si bien que la structure d'antenne qu'ils cachent est visible pour le radar. Cela vaut par exemple pour le dispositif conformément au US- PS 3 975 738. Le radôme décrit est du point de vue électrique réalisé sous forme de passe-bande pour des antennes orientables. La caractéristique de passe- bande est obtenue ici par des éléments en forme de fentes tripoles, ce qui permet de parvenir à une certaine stabilité de la fréquence de résonance en fonction de l'angle d'incidence et de la polarisation du signal. La structure de grille triangulaire choisie permet de créer une flexibilité élevée pour des surfaces courbes. En dehors de la largeur de bande encore trop importante, on se '-eurte. un autre inconvénient, à savoir le fait que les éléments en forme de fentes choisis font apparaître des il6ts métalliques qui nécessitent un matériau support diélectrique. Les propriétés mécaniques et électriques de ce radôme sont toutefois de ce fait de nouveau limitées. Cela a été également reconnu par le brevet US4 126 866 qui propose une manière d'éliminer les inconvénients du mode de mise en oeuvre selon le brevet US ci-dessus. Il s'agit, en modifiant la structure de fentes, de supprimer les il1ts métalliques de sorte qu'un substrat ne soit plus nécessaire. On parvient ainsi d'une part à augmenterla résistance mécanique et d'autre part améliorer la précision d'axe de l'antenne. Toutefois, malgré tous les efforts, on n'obtient pas de réduction optimale de la section radar. Un autre inconvénient des radômes conformément à l'art antérieur réside dans le fait que des signaux radar et parasites peuvent, en dehors de la gamme de fréquences utile, pénétrer sans obstacle par l'intermédiaire 26 1 9255 de l'antenne dans l'étage d'entrée du récepteur extrême- ment sensible et peuvent ainsi facilement saturer ce dernier en cas d'absence de présélection, cnec'est-iarimntlecas A cela s'ajoute un autre inconvénient, à savoir le fait que les radômes diélectriques sont très sensibles aux intempéries, aux coups de foudre et aux impulsions électromagnétiques nucléaires. L'invention a pour objet de créer un procédé et un dispsitif du type initialement mentionné permettant d'éliminer largement les inconvénients mentionnés ci-dessus et de créer un radôme à bande étroite qui se distingue par une réduction considérable de la section de réflexion radar de l'antenne. La forme extérieure de la structure d'appareil volant derrière laquelle se cache l'antenne ne doit pas être modifiée afin de pouvoir conserver la section radar globale de la structure de l'appareil volant qui, dans le cas d'une conception appropriée, ne correspond qu'à des fractions de mètre carré. L'objectif est résolu en ce qu'on intègre dans le radôme d'antenne, ou dans un plan situé entre l'antenne de bord et le radôme, une structure sélective en fréquen- ce qui présente une caractéristique de filtre avec des propriétés de passe-bande et est conçue de telle sorte que le facteur de transmission de puissance prenne dans la gamme de fréquence utile de l'antenne une valeur proche de 1 et protège ainsi l'antenne contre la réception d'un rayonnement étranger en dehors de cette gamme. La structure sélective en fréquence est composée de plusieurs couches métal- liques percées par des fentes et de couches diélectriques intermédiaires qui, en cas de dimensionnement approprié, présentent une caractéristique de passe-bande. Selon des développements et des configurations du procédé et du dispositif de mise en oeuvre dudit procé- dé: - la largeur de bande de la fenêtre sélective en fréquen- ce qui présente un facteur de transmission de puissance de 0,5 est relativement petite, afin de réduire la section de réflexion radar de l'antenne dans sa direction principale de rayonnement; - la fenêtre présentant la caractéristique de passe- bande est formée de trois couches, la couche extérieure en tant que lère couche et la couche intérieure en tant que 2ème couche étant constituées d'une tôle mince de métal qui est percée par une structure de fentes et entre lesdites deux couches est placée une 3ème couche constituée d'un matériau diélectrique à faibles pertes dont l'épaisseur correspond à un quart de longueur d'onde de la fréquence nominale de l'antenne de bord; la première couche et la troisième couche de t8le métallique sont percées par une suite périodique de 2C fentes en forme de H qui sont disposées de manière à former une quarte dans laquelle les fentes voisines sont décalées de 90 l'une par rapport à l'autre autour de leur centre de gravité; - les fentes se répètent en direction horizontale avec une distance p x entre leurs centres de gravité et en direction verticale avec une distance p, lesdites distances étant dimensionnées de manière que Px = Py pour obtenir les mêmes propriétés de polarisation dans des directions orthogonales. Il convient à présent d'expliquer un exemple de mise en oeuvre à l'aide des dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 représente une vue schématique d'un appareil volant dans la zone d'acquisition d'un radar, la figure 2 représente un dessin schématique d'une anten- ne se trouvant derrière une structure super- 26 1 9255 ficielle sélective en fréquence, la figure 3 représente un diagramme avec une courbe de filtre du facteur de transmission de puissance de la structure superficielle sélective en fréquence, la figure 4 représente une coupe transversale d'une structure superficielle sélective en fréquen- ce composée de trois couches, et la figure 5 représente une vue de dessus d'une partie d'un agencement d'éléments en forme de fentes d'une structure superficielle sélective en fréquence. Comme le montre la figure 1, un appareil volant 10 se trouve dans la zone d'acquisition 13 d'une antenne radar 12. Le profil extérieur de l'appareil volant a une configuration telle que la section radar globale devient, dans une importante zone angulaire d'aspect) si p e t i t e q u e ie corps de 1 ' aparei 1 ne peutpas être détecté par le radar. Toutefois, l'appareil volant possède nécessairement au moins une antenne à grand gain de balayage (tête chercheuse à autodirecteur, radar de bord) présentant une section radar dont la taille suffit à la détection de l'appareil volant. Les figures 2 et 3 expliquent plus en détail le principe simplifié selon l'invention de la surface sélective en fréquence destinée à réduire la section radar de 1 'antenne. Conformément à la figure 2, il est placé devant l'antenne de bord 14_une structure superficielle 16 dans laquelle est intégrée une fenêtre sélective en fréquence 15. La structure 16 possède une surface métallique qui est percée dans la zone de la fenêtre par des fentes appropriées, comme il sera décrit plus en détail ci-dessous. L'antenne de bord 14 est conçue pour une fréquence nominale f m et une bande de fréquence utile ayant une largeur de bande B. n La caractéristique de filtre 17 de la fenêtre sélective en fréquence 15 représentée à la figure 3 possède des propriétés de passe-bande et est conçue de telle sorte que le facteur de transmission de puissance T prenne dans la gamme de fréquence utile une valeur proche de 1 afin d'une part, de limiter les pertes de trans- mission et d'autre part, de ne pas modifier considérable- ment le diagramme de rayonnement de l'antenne de bord 14. La largeur de bande B f de la fenêtre sélective en fréquence 15 est caractérisée par la chute du facteur de transmission de puissance à la valeur 0,5. Les fréquences f ri ' fr2,etc. du radar se trouvent à l'ex- térieur de la zone passante de la fenêtre sélective en fréquence 15. Une grande partie du rayonnement radar est par conséquent réfléchie sur la surface sélective en fréquence, si bien que la section radar du corps d'appareil volant optimalisé n'augmente pas considérablement. Les figures 4 et 5 représentent un mode de mise en oeuvre de la fenêtre sélective en fréquence 15. Cette fenêtre 15 qqi présente une caractéristique de passe- bande conformément au diagramme de la figure 3, peut être déjà réalisée par un agencement de trois couches. La couche extérieure ou première couche 18 et la troisiè- me couche en tant que couche intérieure 20 sont consti- tuées d'une tôle mince qui est percée symétriquement par une structure de fentes, comme il sera décrit plus en détail ci-dessous. L'épaisseur d de la tôle est beaucoup plus petite que la longueur d'onde > de la fréquence nominale f de l'antenne de bord. Entre la couche m intérieure 20 et la couche extérieure 18 de la fenêtre se trouve une couche 19 en matériau diélectrique qui fixe les deux tôles 18, 20 à une distance d2 cor- respondant à un quart de longueur d'onde de la fréquence nominale f de l'antenne de bord 14. I1 convient d'utiliser m pour cette couche médiane 19 un matériau présentant le moins de pertes possible. En tenant compte de la per- mittivité relative cr du matériau, on obtient l'épaisseur d de la couche médiane 19. La figure 5 représente la structure de fentes des tôles 18, 20. Ces tôles sont percées par une suite périodique de fentes en forme de H 21, 22, 23, 24 qui forment une quarte. Les fentes voisines sont décalées de 90 l'une par rapport à l'autre autour de leur centre de gravité et elles se répètent en direction horizontale à une distance p entre leurs centres de gravité et en direction verticale à une distance py. Si l'on désire obtenir les mêmes propriétés de polarisa- tion dans des directions orthogonales, il convient de dimensionner lesdites distances de manière que Px = py,. Chaque fente en forme de H 21 à 24 est caracté- risée par la longueur "1", la hauteur "h", la largeur de barre longitudinale "d" et la largeur de barre transversale "b". La fréquence nominale f de la courbe de passe-bande n 17 (figure 3) est déterminée pour l'essentiel par la longueur des barres longitudinales et transversales. La largeur de bande bf est déterminée pour l'essentiel par la largeur des barres longitudinales et transversales ainsi que par la distance séparant les fentes en forme de H les unes des autres. Plus la largeur des fentes croit et plus la largeur de bande augmente également. Lorsque la distance entre les fentes en forme de H augmente, la largeur de bande diminue. La largeur des fentes et la distance entre les éléments sont choisies de telle sorte que les pertes de transmission 2 6 1 9 2 5 5 restent faibles, c'est-à-dire que le facteur de trans- mission de puissance soit proche de 1 dans la zone passante de la fenêtre sélective en fréquence. La fenêtre à bande étroite sélective en fréquence 15 permet de réduire considérablement la section radar de l'antenne. 2 6 1 9 2 5 5 REVENDICATIONS 1. Procédé de dissimulation radar d'antennes à grand gain, en particulier d'antennes radar de bord d'appareils volants, à l'aide d'une fenêtre sélective en fréquence, une caractéristique de passe-bande étant obtenue par des éléments en forme de fentes, caractérisé en ce qu'on intègre dans le radôme d'antenne (Ra) ou dans un plan situé entre l'antenne de bord (14) et le radôme (Ra), une structure sélective en fréquence (fenêtre ) qui présente une caractéristique de filtre (17) avec des propriétés de passe-bande et est conçue de telle sorte que le facteur de transmission de puissance (T) prenne dans la gamme de fréquence utile (Bn) de l'antenne une valeur proche de 1 et protège ainsi l'antenne contre la réception d'un rayonnement étranger en dehors de cette gamme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de bande (Bf) de la fenêtre sélective en fréquence (15) qui présente un facteur de transmis- sion de puissance (T) de 0,5 est relativement petite, afin de réduire la section de réflexion radar de l'anten- ne dans sa direction principale de rayonnement. 3. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure sélective en fréquence (fenêtre 15) est composée de plusieurs couches métalliques (18, 20) percées par des fentes (21 à 24) et de couches diélectriques inter- médiaires (19) qui, en cas de dimensionnement approprié, présentent une caractéristique de passe-bande (17). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé 26 1 9255 en ce que la fenêtre présentant la caractéristique de passe-bande (17) est formée de trois couches (18, 19, 20), la couche extérieure (18) en tant que lère couche et la couche intérieure (20) en tant que 2ème couche étant constituées d'une tôle mince de métal qui est percée par une structure de fentes (21 à 24) et en ce qu'entre lesdites deux couches (18, 20) est placée une 3ème couche (19) constituée d'un matériau diélectrique à faibles pertes dont l'épaisseur (d2) correspond à un quart de longueur d'onde de la fréquence nominale (f) de l'antenne de bord. m 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la première couche et la troisième couche de tôle métallique (18, 20) sont percées par une suite périodique de fentes en forme de H (21 à 24) qui sont disposées de manière à former une quarte dans laquelle les fentes Voisines sont décalées de 90 l'une par rapport à l'autre autour de leur centre de gravité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les fentes (21 à 24) se répètent en direction horizontale avec une distance (p) entre leurs centres de gravité et en direction x verticale avec une distance (p), lesdites distances y étant dimensionnées de manière que px= py pour obtenir les mêmes propriétés de polarisation dans des directions orthogonales.