Brevet FR2632780A1 — publié le 19891215

RADOME D'ANTENNE ELIMINANT L'EFFET D'UNE PERTURBATION DU TYPE COUCHE DE GLACE La présente invention a pour objet un radôme de protection d'une antenne susceptible d'émettre ou de recevoir une onde électromagnétique.. Elle a plus particulièrement pour objet un radôme assurant l'élimination de l'effet perturbant de matériaux tels que givre, neige, glace > etc... qui sont susceptibles de se déposer sur le radôme. Psrmi les matérlaux susceptibles de se déposer sur un radôme, l'eau et ses états solides (glace, givre, neige, qu'on désignera cl-après globalement par glace) sont particulièrement gênants du fait que les constantes diélectriques de ces différents états sont très différentes de celles de l'air. Parmi ces effets perturbateurs, une couche d'un tel matériau provoque la réflexion d'une partie de l'énergie émise par l'antenne vers cette dernière ; -lorsque la réflexion est importante, elle peut provoquer la destruction de circuits reliés à l'antenne, qui ne sont pas conçus pour supporter une telle énergie. Pour tenter d'éviter cette difflculté, différentes solutions sont connues qui visent à éliminer la couche de glace qui s'est formée sur le radôme ou à empêcher sa formation. On connaît des systèmes mécaniques qui engendrent une vibration ou une déformation tendant à rompre et décoller la couche de glace. Toutefois, ces systèmes ne sont efficaces que lorsque la couche atteint une certaine épaisseur et, avant ce stade, cette couche est déjà le siège d'une réflexion vers l'antenne qui peut être importante. En outre, Us n'assurent pas toujours l'éllmination complète de la couche, des plaques de glace étant susceptibles de rester en place çà et là et provoquer des réflexions. On connaît également des systèmes thermiques, consistant par exemple à faire passer dans le radôme des fils électriques chauffants. Cette solution présente un certain nombre d'inconvénients, notamment le fait qu'elle n'est applicable que lorsque l'antenne émet ou reçoit une onde dont la polarisation est linéaire et rigoureusement .perpendiculaire à la direction des fils chauffants, disposés parallèlement les uns aux autres. En - outre, cette solution est très fortement consommatrice de puissance électrique. Egalement, il arrive parfois qu'il se forme une couche d'eau entre le radôme et la couche de glace ; l'eau ayant une constante diélectrique plus élevée que celle de la glace, la perturbation se trouve ainsi augmentée. Enfin, les fils chauffants forment capteur pour une éventuelle impulsion électromagnétique perturbatrice, ce qui oblige à leur adjoindre des filtres spécifiques. La présente invention a pour objet un radôme qui permet d'éliminer les effets des perturbations du type couche de glace, sans présenter les inconvénients et limitations ci-dessus. A cet effet, le radôme comporte une couche mince transparente aux ondes électromagnétiques, sur laquelle est susceptible de se déposer . le matériau perturbateur, dont la forme et/ou la position par rapport à l'ouverture de l'antenne est telle que les ondes réfléchies par la matériau perturbateur le sont avec un déphasage qui n'est pas constant sur toute ltouverture, et donc ne sont pas ou peu transmises à l'accès de l'antenne. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés, qui représentent - la figure 1, le schéma d'un premier mode de réalisation du radôme selon I'invention - la figure 2a, le schéma d'un deuxième mode de réalisation du radôme selon l'invention -la figure 2b, un schéma explicatif relatif à la figure précédente -la. figure 3, le schéma d'un troisième mode de réalisation du radôme selon l'invention - la figure 4, un exemple schématique de réalisation d'une antenne à laquelle est susceptible de. s'appliquer le radôme selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Le figure I représente donc, -vu en coupe schématique, un premier mode de réalisation du radôme selon l'invention. Sur cette figure on a représenté une antienne, globalement repérée 1 et reliée par exemple à uns systeme radar, émetteur et récepteur, par un accès repéré 3. L'antenne-est par exemple une antenne plate 9 balayage électronique, susceptible d'émettre ou de recevoir une onde électromagnétique par sa face avant} repérée 10. Devant la face 10, on a dispose un radôme 2, fixé de façon étanche sur l'antenne par l'intermédiaire d'une structure (mouse par exemple) non representée, transparente aux ondes électromagnétiques. Le radôme est constitué par une eouche mince d'un matériau transparent aux ondes électromagnétiques, c'est-à-dire notamment à faibles pertes et à faible constante diélectrique, de sorte A perturber au minimum le fonctionnement de l'antenne. Une telle peau peut etre constituée par exemple par un tissu en fibres de verre imprégnées de résine. SI on désigne par XX l'axe de l'antenne, le radôme est 'disposé selon deux plans décalés, parallèles à la face avant iO, repérés respectivement 21 et 22 ; les deux plans sont distants l'un de l'autre d'une distance d, sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne. En fonctionnement, la majeure partie de l'onde émise par l'antenne 1 est transmise par le radôme 2 comme représenté par des flèches 40 et 41 pour les parties 21 et 22, respectivement. Une partie de l'onde émise est réfléchie par le radôme 2 et ce d'autant plus que celui-ci est recouvert par une couche perturbatrice, illustrée sur la figure par une couche 70; l'énergie réfléchie est représentée par des flèches 43 et 44, respectivement, pour les parties 21 et 22. La distance d entre les parties 21 et 22 étant de l'ordre du quart de la longueur d'onde, il apparaît que les ondes réfléchies par l'une des parties du radôme sont en opposition de phase avec les ondes réfléchies par l'autre partie.L'onde résultant de la réflexion sur l'ensemble du radôme, au niveau de l'accès 3 de l'antenne, est alors sensiblement nulle, si on suppose la perturbation réfléchissante uniforme. Dans la pratique, la perturbation peut n'être pas parfaitement uniforme mais ce dispositif permet de rendre l'onde réfléchie résultante suffisamment faible pour être supportable pour le reste du système. La figure 4 représente un exemple d'antenne à laquelle le radôme selon l'invention est applicable. L'antenne se compose par exemple d'un empilement de plans tels que le plan 10 représenté sur la figure. Le plan 10 porte un circuit. hyperfréquence constitué de lignes de transmission 11 sur le trajet desquelles sont disposés des coupleurs 12 magifiés, comportant chacun une charge 13 et ayant pour fonction de diviser l'énergie qu'ils reçoivent en deux I'accès 30 au plan 10 est ainsi relié par une distribution par exemple en chandelier à une pluralité d'éléments rayonnants 13, qui peuvent être par exemple des dipôles. Le circuit hyperfréquence peut être réalisé par tout moyen connu tel que ligne microruban ou tripla que. Dans une telle antenne, l'énergie réfléchie par le radôme 2 dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, est absorbée par la charge de celui des coupleurs, repéré 14, qui est situé immédiatement après l'accès -30. La figure 2a représente un deuxième mode de réalisation du radôme selon l'invention, vu en coupe schématique. Sur cette figure, on retrouve l'antenne 1 et sa face avant 10. Dans ce mode de réalisation, le radôme 2, constitué par exemple comme dans le cas de la figure 1, est sensiblement plan mais disposé devant la face avant 10 de sorte à faire avec cette dernière un angle En fonctionnement, lorsque par l'antenne 1 émet une onde 51 par exemple dans la direction XX, celle-ci est pour partie principale transmise (flèche 52) mais pour partie réfléchie vers l'antenne 1, comme illustré par les flèches 53. Toutefois, le radôme 2 faisant un angle avec la face 10 de l'antenne, l'onde réfléchie 53 fait un angle de 2a avec la direction -de l'onde émise. La figure 2b Illustre Ie diagramme de rayonnement de l'antenne dans la direction XX. Ce diagramme présente classiquement un lobe principal 61, des lobes secondaires 62 et, entre ces différents lobes, des minima. L'angle est choisi de sorte que la direction de réflexion 2 corresponde à ltun de ces minima-. A titre d'exemple, si la largeur du lobe principal à 3 dB et de l'ordre de 1,2 , l'angle v est de l'ordre de1,50. Dans le cas où on utilise un tel radôme pour la protection d'une antenne comme illustré figure 4 > ce mode de réalisation présente l'avantage par rapport au précédent de réaliser l'absorption de l'énergie réfléchie de façon répartie dans chacune des charges des différents coupleurs de l'antenne. En outre, le calcul montre que la répartition de l'absorption de l'énergie dans les différents coupleurs est améliorée par l'augmentation de l'angle La figure 3 représente un troisième mode de réalisation du radôme selon l'invention, vu en coupe schématique. Sur cette figure, on retrouve l'antenne 1, sa face avant 10 et son accès 3. Le radôme 2 est constitué de deux parties, repérées 23 et 24, chacune faisant un angle avec le plan de la face avant, le radôme formant ainsi dans le plan de la section de la figure un triangle isocèle. L'angle est choisi égal à 2 , étant déterminé comme précédemment. Lorsqu'un tel radôme. est utilisé pour la protection d'une antenne comme Illustré figure 4, il présente l'inconvénient par rapport au précédent d'être symétrique, et donc d'autoriser la présence d'une partie (faible) de l'énergie réfléchie sur l'accès 3. I1 présente par contre l'avantage de permettre un angle plus grand qu' et par suite, comme indiqué précédement, d'améliorer la répartition de l'absorption de puissance dans l'antenne 1. Dans une variante de réalisation, non représentée, le triangle formé par le radome 2 et la face avant 10 peut n'être plus isocèle, sfin d'éviter la symétrie mentionée ci-dessus. I1 apparaît ainsi que le radôme selon l'invention permet d'éviter les effets perturbateurs d'un matériau quelconque qui s'est déposé sur le radôme, sans éliminer le matériau perturbateur lui-même. Ce radome est utilisable pour la protection d'antennes plates. Il est également utilisable pour les antennes à réflecteur, le plan 10 étant, plus généralement, le plan d'ouverture de l'antenne. R 13 V E: N D I C A T I O N I. Radôme de protection d'une antenne susceptible d'émettre et/ou de recevoir une énergie hyperfréquence et reliée par un accès à un système éIectronlque d'émission et/ou de réception de l'énergie hyperfréquence, le radome comportant une couche d'un matériau transparent- aux ondes hyperfréquence, sur laquelle est susceptible de se déposer un matériau perturbateur, le radome étant caractérisé par le fait que la couche (2) a une forme et/ou une position, par rapport à l'ouverture (10) de l'antenne, telle que la partie de l'énergie qui est réfléchie par le matériau perturbateur le soit avec un déphasage non constant sur toute l'ouverture, et par suite ne soit pas ou peu transmise à l'accès de l'antenne. 2. Radôme selon la revendication 1, caractérisé par lefait que la couche (2) est disposée selon deux plants parallèles et parallèles au plan d'ouverture (10) de l'antenne, les deux plans étant séparés d'une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence. 3. Radôme selon la revendication 1, caractérisé par je fait que la couche (2) est disposée selon un plan faisant un angle a ) avec- - le plan d'ouverture (10) de l'antenne, l'angle étant choisi de sorte que le double de cet angle corresponde à un minimum du diagramme de rayonnement de l'antenne. 4. Radôme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche (2) est disposée selon deux plans concourants faisant un même angle (B) avec le plan (10) d'ouverture de l'antenne, cet angle ctant choisi de sorte qu'il corresponde a un minimum du diagramme de rayonnement de l'sntenne.