Brevet FR2711847A1 — publié le 19950505

Moyen d'occultation pour antennes de radar La présente invention concerne un moyen d'occultation pour des antennes de radar, en particulier pour des antennes planes et des antennes en réseau d'avions et de missiles, qui fait partie du radôme entourant l'antenne. Les avions de combat modernes sont de plus en plus insensi- bles au rayonnement radar qui les éclaire, c'est-à-dire au rayonnement radar de l'adversaire; c'est le cas notamment du bombardier furtif amé- ricain. Toutefois, un point faible de la protection contre le rayonne- ment radars qui éclaire un engin volant reste l'antenne de radar elle- même dudit engin volant. En effet, de par la disposition régulière de foyers de réflexion, c'est-à-dire de fentes ou d'éléments rayonnants, l'antenne peut être détectée par les radars à partir de n'importe quelle direction dès l'instant que la fréquence est adaptée. Une protection ef- ficace contre la réflexion du rayonnement radar de l'adversaire impli- que donc une occultation efficace de l'antenne de radar de l'appareil. Dans les radars de bord des missiles comme dans ceux des avions de combat, on utilise essentiellement des antennes de type pla- nes, cela pour diverses raisons. Dans ce type d'antenne, l'onde radar émise est formée d'une pluralité d'ondes élémentaires qui sont produi- tes par un agencement régulier de sources de rayonnement élémentai- res avec des conditions de phase et d'amplitude correctes. Dans l'an- tenne plane, l'angle de phase des différentes sources de rayonnement élémentaires n'est pas réglable. En revanche, dans les groupements d'éléments rayonnants à déphasage, ces valeurs peuvent être modifiées de manière à permettre le contrôle de la direction de rayonnement à l'intérieur d'une plage angulaire importante. Si maintenant un radar adverse éclaire une antenne plane ou un groupement d'éléments rayonnants à déphasage, l'onde incidente est réfléchie par chacun des éléments rayonnants ou sources élémentaires du réseau. Les résultantes des différents champs élémentaires de rétro- diffusion s'obtiennent par addition vectorielle des intensités de champ dans le plan des nombres complexes. Lorsque les sources élémentaires sont disposées de manière régulière dans l'espace, il existe pour cha- que direction de rayonnement une fréquence radar pour laquelle les champs de réflexion desdites sources élémentaires s'ajoutent pour for- mer un champ global qui, sur le plan de l'intensité, est comparable au champ de rétro-diffusion du panneau éclairé perpendiculairement. Mê- me une disposition irrégulière ne permet pas d'atténuer de manière si- gnificative ce problème critique pour les avions dits furtifs; ainsi la propre antenne de radar constitue-t-elle le talon d'Achille de l'avion furtif. Si l'on couvre l'antenne de radar au moyen d'un radôme trans- parent au rayonnement radar à bande étroite, l'antenne n'est plus visi- ble qu'à l'intérieur d'une plage de fréquences réduite. Une autre possi- bilité consiste à couvrir l'antenne radar d'une feuille métallique replia- ble dont on replie la partie électriquement conductrice avant activation dudit radar. Ces deux solutions ne permettent pas d'obtenir une occul- tation totale de l'antenne en réseau aussi bien sur le plan de la fréquence que sur celui du temps de fonctionnement, la visibilité rési- duelle étant fonction de la largeur de la bande utilisée et de la qualité du filtrage par le radôme dans le premier cas et de la durée d'émission relative du radar et de la vitesse de repliage de la feuille de couverture dans le second cas. Le document US-PS 45 70 166 décrit un moyen doccultation pour des antennes de radar d'avions et de missiles qui fait partie du radôme entourant l'antenne. L'atténuation du moyen doccultation ne peut pas être modifiée dans le temps. L'atténuation est exclusivement fonction de l'angle d'incidence du rayonnement électromagnétique. Le document DE-PS 39 20 110 décrit une fenêtre électro- magnétique pour des avions et des missiles qui comprend une source de lumière et une couche photosensible qui, lorsqu'elle est éclairée par la source de lumière passe de manière réversible de l'état électro- magnétiquement transparent à un état réfléchissant. On utilise pour cela la variation de conductibilité de la couche photosensible lors de l'éclairement. Par le document DE-PS 40 07 986, on connaît une structure destinée notamment à des avions qui, lors d'une localisation radar, est exposée à des ondes radar et présente une ou plusieurs cavités qui se- lon le cas sont remplies de matériau réfléchissant les ondes radar ou en matériau absorbant les ondes radar. Les cavités peuvent être pla- cées sur les bords d'attaque des ailes ou de l'empennage ou bien être intégrées dans la structure de panneaux d'habillage. Ceci permet de modifier de manière sélective la signature radar de l'avion, la modifi- cation du matériau de couverture qui s'accompagne de modificationsau niveau de la valeur de la conductibilité, des constantes diélectriques et d'autres grandeurs physiques influant sur l'absorption et la transparen- ce. Le document DE-OS 41 40 944 décrit une structure absorban- te dotée d'une caractéristique variable d'absorption du rayonnement électromagnétique qui est constituée d'une couche support dans laquel- le sont noyées des molécules de dipôle ferro-électriques et d'électro- des de commande qui sont disposées de part et d'autre de ladite couche support et parmi lesquelles au moins l'électrode disposée côté rayon- nement incident est transparente au rayonnement. En appliquant une tension aux électrodes de commande on oriente les molécules de di- pôle en fonction du champ électrique agissant entre lesdites électro- des, ce qui permet de modifier dans certaines limites la courbe d'ab- sorption de la structure absorbante. Par le document antérieur EP 568 511, non publié à date de dépôt de la présente demande, il est connu d'occulter une antenne et de modifier la part de celle-ci dans la section de réflexion totale du radar au moyen d'une couche métallique repliable qui est placée devant l'an- tenne et que l'on ouvre chaque fois que nécessaire, comme évoqué plus haut. Enfin, le document EP 554 847 décrit un filtre à résonance pour rayonnement optique grâce auquel on peut agir de manière ciblée sur la constante diélectrique effective au voisinage d'un détecteur. La modification des constantes diélectriques est obtenue en faisant varier la distance entre le détecteur et une électrode située au- dessous de celui-ci. L'objectif de la présente invention est de proposer un moyen d'occultation pour des antennes de radar qui puisse être mis en service et hors service en l'espace de quelques microsecondes et qui, lorsqu'il est en service, offre une protection de la propre antenne de radar tout aussi efficace que la protection du reste de l'avion. Partant d'une coiffe du type indiqué en introduction cet objectif est atteint par le fait que l'on dispose deux plaques planes transparente au rayonnement radar devant l'antenne, à distance et parallèlement à celleci, lesquelles plaques ont des dimensions au moins égales à celles de l'antenne, par le fait que l'on remplit la cavité entre les plaques d'un gaz ionisable et que l'on place une cathode et une anode à l'intérieur de la cavité le long de deux bords situés en vis- a-vis. Conformément à l'invention, la distance entre les plaques est de préférence comprise entre 20 % et 30 % de la longueur d'onde des ondes émises par l'antenne de radar. Selon un mode de réalisation de l'invention, on dispose plusieurs éléments de support dans la cavité entre les plaques. La cavité entre les plaques est remplie de préférence d'un gaz rare à faible poids moléculaire ou d'hydrogène. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la cathode est revêtue d'un oxyde et connectée à une source de tension électrique négative, tandis que l'anode est connectée à une source de tension électrique positive. Les paramètres concernant les dimensions de la cathode et de l'anode, la densité du gaz, la distance entre plaques, et les puissances électriques pour la cathode et l'anode sont choisis de manière à satisfaire la relation suivante: ED dans laquelle ED représente la densité d'électrons, m la masse des élec- trons, e la charge des électrons, ú la constante diélectrique du vide et f la fréquence maximale de l'onde radar à réfléchir. Un avantage important du moyen d'occultation selon l'in- vention réside dans le fait que le flux d'électrons de la cathode vers l'anode et par suite l'effet de réflexion du moyen d'occultation peut être mis en service et coupé en l'espace de quelques microsecondes en abaissant ou en élevant la tension d'anode aux fins de protéger l'engin volant. Le tube à décharge gazeuse adapté aux exigences de l'appareil sert ainsi d'obturateur plan ultra-rapide pour l'antenne de radar. Le flux d'électrons est maintenu pratiquement pendant l'ensemble de la mission de l'engin volant et le moyen d'occultation n'est ouverte que pendant des laps de temps extrêmement courts au cours desquels une impulsion radar doit être émise ou reçue. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée en se référant aux dessins qui représentent un exemple de réalisation avanta- geux de celle-ci. Ceux-ci montrent: figure 1, une vue de dessus d'un moyen d'occultation confor- me à l'invention, figure 2, une coupe de la couverture selon l'invention, dans le plan A-A de la figure 1. Sur les figures, sur lesquelles les éléments identiques sont désignés par le même repère, le repère 9 désigne le radôme d'un engin volant, par exemple d'un avion de combat, qui est pourvu d'une anten- ne 5 en réseau disposée à l'intérieur du radôme, parallèlement à celui- ci. Afin d'empêcher la réflexion par l'antenne 5 en réseau du rayon- nement radar adverse illuminant l'avion, il est prévu conformément à l'invention un moyen d'occultation sous forme d'un tube à décharge modifié, le moyen d'occultation étant formé de deux plaques 3 et 4 transparente au rayonnement radar qui sont placées à distance devant l'antenne 5 en réseau et dont les dimensions sont égales ou supérieures à celles de ladite antenne 5 en réseau. Les deux plaques 3, 4 délimitent entre elles une cavité qui est remplie d'un gaz rare présentant un faible poids moléculaire (par exemple d'hélium) ou d'hydrogène. Une cathode 1 revêtue d'oxyde, connectée à un moyen de chauffage électrique, et une anode 2 connectée à une source de tension positive sont disposées le long de deux bords en vis-à-vis, à l'intérieur de la cavité formée en- tre les plaques 3 et 4. Lorsqu'on applique une tension adaptée à la ca- thode et à l'anode, la cathode 1 produit des électrons qui migrent vers l'anode 2 chargée positivement et qui sur leur chemin entrent en colli- sion avec une partie des atomes du gaz de remplissage et ionisent celui-ci, produisant un plasma électro-conducteur qui remplit de manière homogène la cavité entre les deux plaques 3 et 4. Si maintenant une onde radar monochromatique adverse venant de l'extérieur arrive sur la couche de plasma 7 plane, le champ électrique de cette onde impri- me aux électrons du plasma une oscillation sinusoïdale qui se superpo- se aux déplacements thermiques des électrons. Les électrons en vibration produisent à leur tour un champ de dispersion qui se superpose au champ des ondes radar incidentes. L'amplitude d'oscillation des électrons est constante dans toutes les couches parallèles aux plaques 3, 4 du plasma contenu entre lesdites plaques 3, 4, tandis que la phase varie linéairement le long de la cou- che. Ainsi, chaque couche produit un champ de diffusion fortement concentré dans la direction de réflexion, l'onde radar incidente étant totalement réfléchie mais le rayonnement de retour en direction du ra- dar éclairant étant relativement faible lorsque la densité d'électrons est adaptée et que l'épaisseur de la couche de plasma est suffisante. La densité d'électrons dépend avant tout du courant d'anode et de la den- sité, c'est-à-dire de la pression du gaz de remplissage. La relation de phase entre l'onde radar incidente et l'onde réfléchie sur la couche de plasma 7 permet de définir un plan de réflexion 8 effectif. Une feuille électro-conductrice disposée dans ce plan, à la place du tube à décharge gazeuse, produirait le même champ de réflexion que le plasma. Le mode d'occultation selon l'invention est disposé dans la structure plane du radôme 9 de manière telle que le plan des surfaces électro-conductrices dudit radôme coïncide avec le plan de réflexion effectif du plasma. Ainsi, le rayonnement de retour de l'antenne en réseau occultée électriquement est amené à un minimum. La densité d'électrons dans la couche de plasma nécessaire pour obtenir une réflexion totale et l'épaisseur minimale du plasma peuvent être aisément déterminées par des moyens expérimentaux, de même que les surfaces nécessaires de la cathode et de l'anode et que la puissance électrique pour l'alimentation du tube à décharge gazeuse. La condition minimale en ce qui concerne la densité d'électrons ED est que la relation ci-dessous soit satisfaite: ED est de 4 * 1012 cm-3. Si l'on utilise de Vl'hélium comme gaz de remplis- sage cette valeur est atteinte pour 1033 Pa, une densité de courant de 0, 2 A/cm2 et une intensité de champ de 1 V/cm. La densité d'électrons doit cependant être suffisamment élevée pour que la profondeur de pénétration de l'onde radar incidente ne représente qu'une fraction de la longueur d'onde de ladite onde radar. L'épaisseur des deux plaques 3 et 4 sera choisie de manière telle que la charge résultant de la différence de pression entre l'atmos- phère et le plasma puisse être supportée en toute sécurité. Des moyens de support non représentés sur la figure 2 servent à maintenir l'épais- seur des plaques aussi faible que possible. Par ailleurs, la distance entre les plaques 3 et 4 sera choisie telle que la transparence aux ondes radar émises par la propre antenne soit la plus élevée possible. Suivant l'épaisseur des plaques et l'angle de sortie ou l'angle d'inci- dence, la distance optimale se situe entre 20 % et 30 % de la longueur de l'onde radar. REVENDICATIONS 1. Moyen d'occultation pour des antennes de radar, notam- ment pour des antennes planes et des antennes en réseau d'avions et de missiles, qui fait partie du radôme entourant l'antenne, caractérisé par le fait que deux plaques (3, 4) planes transparente au rayonnement radar sont placées devant l'antenne (5), à distance et parallèlement à celle-ci, lesquelles plaques (3, 4) ont des dimensions au moins identi- ques à celles de l'antenne (5), par le fait que la cavité entre les plaques (3, 4) est remplie d'un gaz ionisable et par le fait qu'une cathode (1) et une anode (2) sont disposées dans la cavité le long de deux bords si- tués en vis-à-vis. 2. Moyen d'occultation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance entre les plaques (3, 4) est comprise entre % et 30 % de la longueur d'onde des ondes émises par l'antenne de radar. 3. Moyen d'occultation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que plusieurs éléments de support sont disposés dans la cavité entre les plaques (3, 4). 4. Moyen d'occultation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que la cavité entre les pla- ques (3, 4) est remplie d'un gaz rare à faible poids moléculaire. 5. Moyen d'occultation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que la cavité entre les pla- ques (3, 4) est remplie d'hydrogène. 6. Moyen d'occultation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que la cathode (1) est revê- tue d'un oxyde et est connectée à une source de tension électrique né- gative, par le fait que l'anode (2) est connectée à une source de tension électrique positive et par le fait que les paramètres concernant les di- mensions de la cathode et de l'anode, la densité du gaz, la distance entre plaques et les puissances électriques pour la cathode et l'anode sont adaptés de manière à satisfaire la relation suivante: ED fréquence maximale de l'onde radar à réfléchir.