Brevet FR2711846A1 — publié le 19950505

Moyen d'occultation pour antennes de radar La présente invention concerne un moyen d'occultation pour des antennes de radar d'avions et de missiles, qui est intégré sous la forme d'un radôme dans la carcasse extérieure de l'engin volant. La réduction de la possibilité de détection des engins volants militaires, notamment des avions, constitue une préoccupation de plus en plus importante. Dans les avions de combat, outre l'entrée d'air et le cockpit, l'installation radar intervient pour une large part dans la ré- tro-diffusion du rayonnement radar lorsque l'avion est éclairé par un radar adverse. Pour certains angles et pour certaines fréquences, la ré- flexion par l'antenne de radar peut être plusieurs fois supérieure à cel- le du reste de l'avion. Le document US-PS 45 70 166 décrit un moyen d'occultation pour des antennes de radar d'avions et de missiles qui est intégré sous la forme d'un radôme dans la carcasse de l'engin volant. L'atténuation du moyen d'occultation ne peut pas être modifiée dans le temps. L'at- ténuation est exclusivement fonction de l'angle d'incidence du rayon- nement électromagnétique. Par le document DE-PS 39 20 110 on connaît un moyen d'oc- cultation pour des antennes de radar d'avions et de missiles qui est in- tégré sous la forme d'un radôme dans la carcasse de l'engin volant. Le moyen d'occultation comporte une couche photosensible qui, lorsqu'el- le est éclairée par une source de lumière prévue spécialement, passe de manière réversible de l'état électromagnétiquement transparent à un état réfléchissant. On utilise pour cela la variation de conductibilité de la couche photosensible lors de l'éclairement. Le document DE-PS 40 07 986 décrit une structure d'occulta- tion pour des avions et des missiles qui présente une ou plusieurs cavi- tés qui selon le cas sont remplies de matériau réfléchissant les ondes radar ou de matériau absorbant les ondes radar. Cette structure permet de modifier de manière sélective la signature radar de l'avion, la modification du matériau de couverture qui s'accompagne de modifications au niveau de la valeur de la conductibilité, des constantes diélectri- ques et d'autres grandeurs physiques influant sur l'absorption et la transparence. Le document DE-OS 41 40 944 décrit une structure absorban- te dotée d'une caractéristique variable d'absorption du rayonnement électromagnétique qui comprend une couche support dans laquelle sont noyées des molécules de dipôle ferro-électriques et des électrodes de commande qui sont disposées de part et d'autre de la couche support et parmi lesquelles au moins l'électrode disposée côté rayonnement inci- dent est transparente au rayonnement. En appliquant une tension aux électrodes de commande, les molécules de dipôle sont orientées en fonction du champ électrique agissant entre lesdites électrodes, ce qui permet de modifier dans certaines limites la courbe d'absorption de la structure absorbante. Par le document antérieur EP 568 511, non publié à la date de dépôt de la présente demande, il est connu enfmin d'occulter une anten- ne et de modifier la part de celle-ci dans la section réfléchissante tota- le du radar au moyen d'une couche métallique repliable qui est placée devant l'antenne et que l'on ouvre chaque fois que nécessaire. L'objectif de la présente invention est de proposer un moyen d'occultation pour des antennes de radar d'engins volants dont la transparence radar peut être modifiée de manière à amener très rapide- ment à une valeur très faible la réflexion par l'antenne et les membru- res du radar lorsque l'installation radar n'est pas en service. Partant d'un moyen d'occultation du type indiqué en introduc- tion cet objectif est atteint par le fait que le moyen d'occultation se compose de plusieurs éléments creux diélectriques qui sont disposés de manière mutuellement concentrique, par le fait que l'élément creux extérieur est lié rigidement à la paroi extérieure de l'engin volant et par le fait que la distance entre l'élément creux situé le plus à l'exté- rieur et au moins l'un des éléments creux intérieurs peut être modifiée à l'aide d'un dispositif de commande. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'occultation se compose de plusieurs éléments creux en forme de cônes, parmi lesquels l'un, c'est-à-dire le cône intérieur, peut glis- ser le long d'une tige de guidage qui est disposée dans la direction axiale des deux cônes concentriques, au sommet de ceux-ci, et le dis- positif de déplacement du cône intérieur se compose de plusieurs cou- lisses régulièrement réparties sur le pourtour du cône et de vérins hy- drauliques associés auxdites coulisses qui prennent appui sur la paroi intérieure de l'engin volant. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'occultation se compose de quatre éléments creux en forme de cônes, chaque cône pouvant glisser le long d'une tige de guidage qui est disposée dans la direction axiale des cônes concentriques, au sommet de ceux-ci, et les trois cônes intérieurs peuvent être déplacés les uns par rapport aux autres et par rapport au cône extérieur fixe au moyen chacun de plusieurs coulisses et de vérins de réglage. Conformément à l'invention, les cavités entre les cônes concentriques sont fermées par des joints flexibles et chaque cavité communique avec un réservoir de stockage d'un fluide diélectrique par l'intermédiaire d'une conduite. L'avantage du réglage par des moyens mécaniques, conformé- ment à l'invention, de la position relative des différents éléments creux est que cela permet, lorsque l'installation radar de l'avion de combat n'est pas en service, de modifier simplement et rapidement, selon une courbe prédéterminée en fonction de la fréquence du rayon- nement d'un radar adverse qui éclaire l'avion, la distance entre cônes, la fréquence de rayonnement pouvant être déterminée de manière auto- matique à l'aide d'une installation d'alerte radar embarquée. Tant que l'installation d'alerte radar ne délivre aucune valeur de mesure, on utilise la fréquence de menace la plus probable pour régler la distance entre les éléments creux concentriques. Le dispositif de réglage méca- nique est insensible aux parasites électriques et électroniques; grâce à la modification rapide de la distance entre les éléments creux concen- triques et grâce le cas échéant au remplissage au moyen d'un fluide diélectrique des espaces entre lesdits éléments creux on obtient une atténuation élevée, de l'ordre de 20 dB, de la réflexion par l'antenne à toutes les fréquences de rayonnement émises par un radar adverse. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée en se ré- férant aux dessins qui représentent un exemple de réalisation avanta- geux de celle-ci. Les dessins montrent: figure 1, une représentation graphique des relations entre les amplitudes de marche des rayons et l'angle de phase relatif d'un radô- me à deux plaques, figure 2, l'addition vectorielle des rayons élémentaires trans- mis pour trois épaisseurs de plaque et une distance entre plaques qui varie, figure 3, la relation entre la transparence d'un radôme à deux plaques d'une part et l'épaisseur des plaques et la distance entre pla- ques d'autres part, figure 4, la relation entre l'atténuation de la réflexion par l'antenne obtenue avec le radôme selon l'invention et l'épaisseur des plaques et la distance entre plaques, figure 5, une représentation schématique d'un premier exem- ple de réalisation du moyen d'occultation, figure 6, un graphe pour la détermination de la distance et, figure 7, une représentation schématique d'un moyen d'occul- tation à large bande. Lorsqu'un rayonnement radar arrive sur un moyen d'occulta- tion formé de plusieurs couches diélectriques qui constitue un radôme, on obtient les réflexions multiples sur les plans de séparation entre les différentes couches du moyen d'occultation, c'est-à-dire du radôme, re- présentées à la figure 1. A côté du rayonnement principal transmis di- rectement, on obtient au niveau de la face arrière du radôme des rayonnements partiels qui résultent de la double, quadruple, sextuple, etc. réflexion sur les plans de séparation. L'amplitude du rayonnement résultant transmis et par suite la transparence du radôme correspond à la somme en valeur et en phase des rayonnements partiels. Pour éva- luer la transparence, on peut limiter cette addition au rayonnement transmis directement et à tous les rayonnements réfléchis deux fois. Pour la marche des rayons représentée à la figure 1, les amplitude et angles de phase relatifs d'un radôme à deux plaques, la constante diélectrique ú est posée égale à 4. (les réflexions triples et supérieures n'étant pas représentées. Les amplitudes des différents rayonnements partiels sont dé- terminées par l'importance de l'écart d'impédance de l'onde radar au niveau des plans de séparation. Dans le cas de radômes non ferritiques l'écart d'impédance est déterminé par le rapport des constantes diélec- triques en amont et en aval du plan de séparation considéré. Concrète- ment pour une incidence perpendiculaire 1 EReflexion - Elncidence] E2/1 i + 1 ETransmission 2 (E2/E1)14 Elncidence + 1 Lorsque le rapport des constantes diélectriques ú croît, l'am- plitude du rayonnement réfléchi augmente tandis que celle du rayonne- ment transmis diminue. Dans un radôme qui est constitué de deux plaques diélectri- ques parallèles, il sort au niveau de la face arrière du radôme, en plus du rayonnement transmis directement, six rayonnements qui sont réflé- chis deux fois. Si l'épaisseur des plaques est aX et la distance entre plaques bX, x désignant la longueur d'onde dans le diélectrique concerné, il sort en plus du rayonnement principal O, deux rayonne- ments 1, 2 avec un déphasage 4ra, un rayonnement 3 avec un déphasa- ge 4rb, deux rayonnements 4, 5 avec un déphasage 4ira + 4rb + r et un rayonnement 6 avec un déphasage 8na + 8izb (par rapport au rayon- nement principal O chaque fois). L'addition de tous les rayonnements partiels peut être repré- sentée de manière très claire selon la figure 2 dans le plan des nom- bres complexes. Lorsqu' on fait varier la distance entre plaques bX de O à >J2, l'extrémité de la résultante R décrit un cercle. Le rapport de Rmax à Rmin est déterminé en premier lieu par le rayon du cercle et en second lieu par la position du centre dudit cercle. Le rayon du cercle dépend d'une part de l'épaisseur des plaques et d'autre part de la cons- tante diélectrique ú du radôme (figures 2a, b et c). Si l'on souhaite pouvoir faire varier la transparence du radôme à l'intérieur d'une plage aussi large que possible en agissant sur la distance entre plaques, il faut une constante diélectrique E relativement élevée. Un radôme en matériau synthétique renforcé par fibres avec ú = 4 et une distance en- tre plaques variable présente une plage de transparence comprise entre 9 % et 100 % environ. La transparence d'un radôme constitué de deux plaques en céramique avec une constante diélectrique ú = 9 peut être amenée à zéro par un choix judicieux de a et b. La figure 3 montre sous forme de graphique la relation entre la transparence d'un radôme à deux plaques et l'épaisseur des plaques a. et la distance bX. entre plaques. Lorsque l'épaisseur des plaques augmente, la plage à l'intérieur de laquelle on peut faire varier la transparence en jouant sur la distance entre plaques augmente. La lar- geur de bande maximale est obtenue pour une épaisseur de plaque 3J4: elle est comprise ici entre 0,3 db et -10,2 dB. La première valeur cor- respond à une distance entre plaques de 0 ou X/2; la transparence la plus faible est obtenue pour une distance entre plaques X/4. La figure 4 montre la relation entre l'atténuation de la ré- flexion par l'antenne obtenue par le moyen d'occultation et la fréquen- ce du rayonnement radar incident, c'est-à-dire du rayonnement radar illuminant l'avion, pour différentes distances entre plaques avec pour constante diélectrique ú = 4. Lorsque l'installation radar n'est pas en service, on fait varier la distance entre plaques en fonction de la fré- quence du rayonnement de manière telle que la transparence du radô- me soit toujours minimale. A la fréquence nominale fDesign qui en gé- néral correspond à la fréquence utile, l'atténuation de la réflexion par l'antenne de radar obtenue grâce au moyen d'occultation selon l'inven- tion est supérieure à 20 dB. Dans la plage de fréquence 0,6 fDesign transversale d'un premier exemple de réalisation d'un moyen d'occulta- tion conforme à l'invention. Ce moyen d'occultation est intégré dans le radôme de nez d'un avion de combat et se compose de deux éléments creux diélectriques concentriques en forme de cône, l'épaisseur de la paroi de chacun des cônes correspondant à un quart de la longueur de l'onde radar, rapportée au diélectrique. Le cône extérieur 1 est relié ri- gidement à la structure de l'avion par l'intermédiaire d'éléments de coupure rapide et le cône intérieur 2 est guidé et déplacé coaxialement au cône extérieur 1 par l'intermédiaire d'une tige de guidage 3 axiale et d'un dispositif de réglage ou de déplacement. Le dispositif de dépla- cement se compose de plusieurs, par exemple de 3, coulisses 4 qui sont régulièrement réparties sur le pourtour du cône intérieur 2 et sont couplées à un nombre correspondant de vérins hydrauliques 5 qui prennent appui sur la structure de l'avion. L'actionnement des vérins hydrauliques 5 provoque un déplacement concentriquement du cône in- térieur 2 par rapport au cône extérieur 1 fixe, tel que la distance entre les deux parois des cônes varie. Lorsque l'installation radar 6 de l'engin volant est en service, la distance entre les deux cônes 1, 2 est ramenée à la valeur Design/2. Lorsque l'installation radar 6 de l'engin volant est hors service, on mo- difie la distance entre les deux cônes 1, 2, conformément à la courbe représentée à la figure 6, en fonction de la fréquence du rayonnement émis par un radar adverse. Cette dernière est déterminée de manière automatique au moyen d'une installation d'alerte radar propre à l'engin volant. Tant que ladite installation d'alerte radar ne fournit aucune va- leur de mesure, on utilise la fréquence de menace la plus probable pour calculer la distance entre les deux cônes 1, 2. Le moyen de d'occultation peut également utiliser des élé- ments creux allongés non coniques à la place de cônes, la commande des vérins hydrauliques devant dans ce cas être adaptée de manière à obtenir une transparence moyenne minimale sur l'ensemble du radôme. Lorsqu'on souhaite augmenter l'efficacité du moyen d'occul- tation selon l'invention au-delà et au-deçà de la bande radar utile selon la figure 4, il est avantageux de modifier l'épaisseur effective des deux éléments creux coniques en fonction de la fréquence, comme cela est représenté de manière schématique à la figure 7 qui montre un autre exemple de réalisation de l'invention. Chaque cône est agencé sous forme d'élément sandwich avec un noyau d'épaisseur variable, c'est-à- dire que le moyen d'occultation, dans ce cas, se compose d'un cône ex- térieur 8 qui est relié à la structure de l'avion et de trois cônes supplé- mentaires 9, 10, 11 qui sont disposés coaxialement au premier avec possibilité de déplacement en transiation par rapport à celui-ci et dont les distances relatives peuvent être modifiées au moyen de trois cou- ples de vérins 12 de réglage. Les cavités entre les cône 8 et 9 ainsi qu'entre les cônes 10 et 11 sont fermées par des joints flexibles élasti- ques non représentés, les cavités communiquant chaque fois par l'in- termédiaire d'une conduite 13 avec un réservoir de stockage 14 dans lequel se trouve un fluide diélectrique, par un exemple un liquide dié- lectrique. La surface en section de conduites 13 est telle que lors d'une modification de la distance entre les différents cônes la sollicitation en pression des parois des cônes ne sont pas trop importante et qu'une amenée et une évacuation rapide du fluide diélectrique dans la cavité entre les deux cônes soit assurée. Si l'on commande les différents vérins de réglage 12 en fonc- tion de la fréquence de manière à ce que l'épaisseur effective des élé- ments sandwich du radôme formés chaque fois par deux cônes et la distance entre ceux-ci soit égale à d4, l'atténuation de la réflexion par l'antenne obtenue lors d'un éclairement par un radar adverse est de dB pour toutes les autres fréquences de rayonnement habituelles. REVENDICATIONS 1. Moyen d'occultation pour des antennes de radar d'avions et de missiles, qui est intégré sous la forme d'un radôme dans la carcasse extérieure de l'engin volant, caractérisé par le fait que le moyen d'oc- cultation se compose de plusieurs éléments creux (1, 2) diélectriques qui sont disposés de manière mutuellement concentrique, par le fait que l'élément creux (1) extérieur est lié rigidement à la paroi extérieu- re de l'engin volant et par le fait que la distance entre l'élément creux (1) situé le plus à l'extérieur et au moins l'un des éléments creux (2) intérieurs peut être modifiée à l'aide d'un dispositif de commande (4, 5). 2. Moyen d'occultation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il se compose de plusieurs éléments creux (1, 2) en forme de cônes, parmi lesquels le cône intérieur (2) peut glisser le long d'une tige de guidage (3) disposée dans la direction axiale des deux cônes (1, 2) concentriques au sommet de ceux-ci et par le fait que le disposi- tif de déplacement (4, 5) du cône intérieur (2) se compose de plusieurs coulisses (4) régulièrement réparties sur le pourtour du cône et de vé- rins (5) hydrauliques associés auxdites coulisses qui prennent appui sur la paroi intérieure de l'engin volant. 3. Moyen d'occultation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il se compose de quatre éléments creux (8, 9, 10, 11) en forme de cônes, chaque cône pouvant glisser le long d'une tige de gui- dage qui est disposée dans la direction axiale des cônes concentriques, au sommet de ceux-ci, et par le fait que les trois cônes intérieurs (9, 10, 11) peuvent être déplacés les uns par rapport aux autres et par rap- port au cône extérieur (8) fixe au moyen chacun de plusieurs coulisses et de vérins (12) de réglage. 4. Moyen d'occultation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que les cavités entre les cônes concentriques sont fermées par des joints flexibles et par le fait que chaque cavité communique avec un réservoir (14) de stockage d'un fluide diélectrique par l'intermédiaire d'une conduite (13).