Brevet FR2711844A1 — publié le 19950505

Radôme à correction par grilles La présente invention se rapporte à un radôme comportant une plaque de diélectrique et, à l'intérieur de cette plaque, une grille correctrice de fils conducteurs, parallèles, qui est disposée selon un plan sensiblement parallèle aux faces de la plaque. De tels radômes sont connus. C'est ainsi que dans le livre "Antennes micro-ondes" publié en 1978 (auteur: M. BUI-HAI, éditions: MASSON) il est décrit, aux pages 421 et suivantes, un radôme comportant une plaque de diélectrique et un réseau de grilles faites de fils conducteurs parallèles à une direction donnée qui est la même pour toutes les grilles; chaque grille est disposée dans la plaque selon un plan parallèle aux faces de la plaque et l'exemple de réalisation pour lequel des résultats de mesure sont donnés, concerne un radôme à une grille. Ces grilles sont destinées à amener une admittance selfique de compensation de la plaque de diélectrique et à réduire ainsi la perte de transmission occasionnée par la plaque de diélectrique considérée seule. Il est à noter que ces corrections par grilles ne sont destinées qu'aux radômes épais, c'est-à-dire aux radômes dont l'épaisseur n'est pas faible devant la longueur d'onde dans le diélectrique des ondes à transmettre par l'antenne associée au radôme. I1 est également à noter qu'il est connu d'effectuer une adaptation en fréquence des radômes épais, qu'ils comportent ou non des grilles, en leur donnant une épaisseur e telle que: avec n: entier positif, X Ao: longueur d'onde dans le vide correspondant sensiblement à la fréquence centrale de travail de l'antenne associée au radôme, Er : constante diélectrique de la plaque, Q : angle d'incidence, sur le radôme, des ondes relatives à l'antenne associée au radôme ainsi, au moins à la fréquence centrale de travail de l'antenne, les réflexions parasites des ondes sur les deux faces du radôme s'annulent car ces réflexions sont en opposition de phase. Pour une onde d'incidence û, les caractéristiques de transmission au travers du radôme sont fonction de la direction du vecteur champ électrique de cette onde par rapport à la normale au radôme. Les radômes épais à grilles correctrices corrigent, grâce à leurs grilles, la dissymétrie de l'onde qui les traverse et qui est due à l'angle d'incidence 0. Ces radâmes épais, doublement compensés de par le choix de leur épaisseur (voir formule ci-avant) et de par la présence des grilles, ne sont en fait compensés que dans une faible bande de fréquences; or cette bande de fréquences est souvent inférieure à la bande des fréquences de travail de l'antenne à laquelle ils sont associés. La présente invention a pour but de remédier ou, pour le moins, de réduire les inconvénients énoncés ci-avant. Ceci est obtenu d'une part en introduisant, dans la plaque de diélectrique non pas un réseau de grilles mais deux réseaux de grilles, les grilles des deux réseaux étant disposées parallèlement aux faces de la plaque mais avec les fils conducteurs d'un réseau à 900 des fils conducteurs de l'autre réseau. Ceci est obtenu d'autre part en choisissant différemment l'épaisseur de la plaque de diélectrique. Selon l'invention, un radôme comportant une plaque de diélectrique de constante diélectrique E r et une grille conductrice faite de fils conducteurs au moins sensiblement parallèles, cette grille correctrice étant disposée dans la plaque selon un plan sensiblement parallèle aux faces de la plaque, est caractérisé en ce qu'il comporte également une grille complémentaire faite de fils conducteurs orthogonaux aux fils de la grille correctrice, cette grille complémentaire étant disposée dans la plaque selon un plan sensiblement parallèle aux faces de la plaque, et en ce que l'épaisseur de la plaque est (n: nombre entier positif; Q angle d'incidence, sur le radôme, des ondes relatives à l'antenne associée au radôme) où A est une longeur d'onde dans le vide correspondant à une fréquence extérieure à la bande de travail de l'antenne associée au radôme. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - la figure 1, une vue de côté d'une antenne équipée d'un radôme selon l'invention, - la figure 2, une vue partielle en coupe du radôme de la figure I, - la figure 3, une vue partielle d'éléments constitutifs du radôme de la figure I, - la figure 4, une vue partielle en coupe d'un autre radôme selon l'invention, - la figure 5, des courbes relatives à des mesures effectuées sur des radômes classiques et sur le radôme selon les figures 1 à 4, - la figure 6, un schéma relatif à des radômes selon l'invention. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. Il est à noter que pour des raisons de lisibilité, et donc de compréhension, les proportions n'ont pas été respectées dans les figures 2, 3, 4 et 6. La figure 1 montre une antenne, C, du type cornet-réflecteur conique. Cette antenne est munie d'un radôme plat, R, qui sera décrit en détail à l'aide des figures 2, 3 et 6. La figure 2 est une vue en coupe partielle du radôme R de la figure 1. Cette coupe qui est réalisée perpendiculairement aux deux faces S1, 52 du radôme, montre une plaque de diélectrique 1, d'épaisseur e, dans laquelle sont incorporées deux grilles gl, g2 faites de fils conducteurs. Sur la figure 2 le chemin que parcourt une onde qui arrive en un point du radôme avec un angle d'incidence Q a été représenté en traits interrompus. La figure 3 est une vue de dessus, plaque I enlevée, de la portion de radôme selon la figure 2. La comparaison des figures 1 et 2 montre que les grilles gl, g2 sont, chacune, faites de fils parallèles entre eux, régulièrement espacés et disposés dans un plan parallèle aux faces S1, S2 du radôme; de plus les fils de la grille gl sont disposés selon une direction perpendiculaire à ceux de la grille g2 et les deux grilles sont respectivement à une distance d (avec d\ des faces S1 et S2. Cette disposition des deux grilles l'une par rapport à l'autre, à des endroits du radôme où elles ont sensiblement le même effet sur l'onde traversant le radôme, permet à une onde à polarisation linéaire de conserver la direction de sa polarisation puisque l'effet de la grille gl sur la polarisation verticale correspond à l'action de la grille g2 sur la polarisation horizontale et vice versa. I1 est d'ailleurs à noter qu'il n'est pas indispensable que les grilles complémentaires telles que gl et g2 sur la figure 2, soient à deux endroits différents dans l'épaisseur du radôme;elles peuvent être disposées l'une contre l'autre, toujours avec leurs fils à 900 les uns des autres, et constituer ainsi un grillage à mailles carrées. Une telle disposition est utilisée dans le cas du radôme selon la figure 4. La figure 4 est une vue partielle en coupe d'un radôme, selon un plan de coupe perpendiculaire aux faces SI, S2 de ce radôme; comme le radôme relatif à la figure 2, le radôme relatif à la figure 4 est composé d'une plaque de diélectrique I dans laquelle sont insérées des grilles. Mais ici il y a six grilles complémentaires deux à deux, correspondant aux grilles gl et g2 de la figure 3 les grilles complémentaires sont accolées pour former, en tout, trois grillages, G1, G2, G3. En plus de ces grilles complémentaires à fils de cuivre orthogonaux, les radômes selon l'invention présentent une caractéristique qui, en combinaison avec leurs grilles orthogonales, conduit à un radôme à faibles pertes de transmission dans une large bande de fréquences. Cette caractéristique va être expliquée et commentée à l'aide de la figure 5 qui montre trois courbes "1" "2" "3" relatives aux atténuations introduites en fonction de la fréquence par trois radâmes réalisés dans le même matériau diélectrique; cette figure 5 correspond d'ailleurs à des résultats de mesures effectuées lors de l'étude des radômes selon les figures 1, 2, 3, 4 et 6. Les courbes de la figure 5 sont dessinées par rapport à deux axes de coordonnées rectangulaires avec en abscisse les fréquences indiquées en gigahertz et en ordonnées les atténuations indiquées en décibels. La courbe "1" est relative à un radôme sans compensation par grille; la seule compensation est due au fait que l'épaisseur du radôme a été calculée selon la formule vue plus avant, à savoir dans cette formule où n est un nombre entier, E r la constante diélectrique de la plaque du radôme et Q l'angle d'incidence, sur le radôme, des ondes relatives à l'antenne associée au radôme, la valeur Ào o correspond à la longueur d'onde dans le vide de l'onde à la fréquence centrale f de travail de l'antenne; cette fréquence f0 est égale à 3,95 o gigahertz étant donné que l'antenne associée au radôme est destinée à travailler dans la bande de fréquences allant de 3,7 à 4,2 gigahertz. La courbe "1" montre que cette compensation par le simple choix de l'épaisseur du radôme ne permet de réduire sensiblement les pertes de transmission du radôme qu'au voisinage de la fréquence f0. L'introduction de grilles de compensation, du type des grilles gl et g2 décrites à l'aide des figures 2 et 3, dans le radôme relatif à la courbe "1" de la figure 5, n'amène qu'un faible évasement de la courbe "1" au voisinage du point d'abscisse Fo et l'atténuation due au radôme, aux limites de la bande de travail fo + 2f de l'antenne, reste voisine de 2 2 décibels. Par contre si, comme l'indique la courbe "2" de la figure 5, l'épaisseur du radôme est calculée pour, sans les grilles de compensation, donner une courbe d'atténuation dont le minimum se trouve situé non plus à la fréquence fO mais en-dessous de la fréquence minimum de travail de l'antenne associée au radôme, à une valeur F c convenablement choisie (foc = 3,51 gigahertz dans l'exemple décrit), alors dans ce cas il est possible, avec les grilles complémentaires décrites plus avant, de réaliser un radôme dont la double compensation conduit à une atténuation minimale de la transmission dans la bande des fréquences de travail de l'antenne ; la courbe "3" est relative à un tel radôme; cette courbe "3" montre que l'atténuation due au radôme est inférieure à 1,3 décibels dans la bande des fréquences de travail de l'antenne. La courbe "3" de la figure 5 est relative au radôme selon les figures 1, 2 et 3. A titre d'exemple les caractéristiques de ce radôme vont être données ci-après. I1 s'agit d'un radôme en stratifié verrerésine dont la constante diélectrique E r est égale à 3,5, dans lequel sont insérées deux grilles gl g2 (voir figures 2 et 3) faites de fils de cuivre. La figure 6 montre en section transversale deux fils successifs fl f2 d'une même grille; dans l'exemple décrit ces fils ont un rayon r = 0,12 millimètres et sont à une distance l'une de l'autre égale à 16 millimètres. L'épaisseur du radôme, qui a été calculée pour la longueur d'onde correspondant à la fréquence de 3,51 gigahertz, est égale à 101,5 millimètres, ce calcul ayant été fait (voir formule) avec n = 5, E r = 3,5 et un angle Q d'incidence de l'onde sur le radôme égal à 0. Quant à la distance d des grilles gl, g2 aux faces S1 et S2, elle vaut 40,6 mm. I1 est à noter que les valeurs Fc s a, r, d ont été déterminées par le calcul, au moyen d'un ordinateur ; pour cela le calculateur a été programmé pour donner en fonction des variables Fc, a, r et d la valeur des pertes par transmission dues au radôme; en fonction de différentes valeurs données à ces variables un tableau a été établi donnant l'atténuation maximum due au radôme dans la bande d'utilisation associée à ce radôme; le choix des valeurs F c a, r, et d a été alors fait en fonction du résultat optimum donné par le tableau c'est-à-dire des valeurs correspondant à la plus faible de ces atténuations maximum. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi qu'elle s'applique en particulier aux radômes non plans, et que dans de tels cas comme d'ailleurs précédemment pour les grilles des radâmes selon l'art connu, la surface de ces grilles sera sensiblement parallèle aux faces du radôme et les fils de chaque grille ne seront parallèles entre eux que localement, quant aux fils de deux grilles complémentaires ils seront orthogonaux entre eux localement. Il est à noter qu'il est possible de réaliser les grilles de ces radâmes par la technique des circuits imprimés à plusieurs couches, mais alors, les fils n'étant plus à section ronde mais à section sensiblement rectangulaire, les calculs montrent et l'expérience confirme qu'il faut, par exemple, faire correspondre à un fil rond de rayon r un fil d'une largeur égale à 2 fois r (voir figure 6) et d'une épaisseur égale à 1,4 r, de même pour une largeur de fil égale à 3 fois r il faut prendre une épaisseur de fil égale à 0,6 r. I1 est également à remarquer que l'épaisseur du radôme peut être calculée pour, sans les grilles de compensation, donner une courbe d'atténuation dont le minimum se trouve situé non pas au dessous (courbe "2", Fig. 5) mais au dessus de la bande des fréquences de travail de l'antenne associée au radôme. De plus, étant donné qu'un radôme épais présente une impédance selfique ou capacitive selon que, à l'intérieur du radôme, cette impédance est considérée à telle ou telle distance des faces, il est également possible, dans le cadre de l'invention, d'utiliser des grilles capacitives faites de fils conducteurs sectionnés pour former des brins; ces grilles capacitives sont alors disposées à des distances d des faces du radôme (voir figure 2) où l'impédance du radôme est selfique. REVENDICATIONS 1. Radôme comportant une plaque de diélectrique (I) de constante diélectrique E et une grille (gl) correctrice faite de fils conducteurs (fl, f2) au moins sensiblement parallèles, cette grille correctrice étant disposée dans la plaque selon un plan sensiblement parallèle aux faces (SI, S2) de la plaque, caractérisé en ce qu'il comporte également une grille complémentaire (g2) faite de fils conducteurs orthogonaux aux fils de la grille correctrice, cette grille complémentaire étant disposée dans la plaque selon un plan sensiblement parallèle aux faces de la plaque, et en ce que l'épaisseur de la plaque est (n: nombre entier positif ; Q : angle d'incidence, sur le radôme, des ondes relatives à l'antenne associée au radôme), où X est une longueur d'onde dans le vide correspondant à une fréquence extérieure à la bande de travail de l'antenne associée au radôme. 2. Radôme selon la revendication I, caractérisé en ce que les deux grilles (gl, g2) sont respectivement à une distance d (avec d 3. Radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grilles sont accolées pour former un grillage (G1, G2, G3). 4. Radôme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grilles sont des fils de cuivre de section circulaire, insérés dans un stratifié verre -résine, constituant la plaque. 5. Radôme selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les grilles sont déposées par une technique du type circuit imprimé, au cours de la fabrication de la plaque.