Brevet FR2729791A1 — publié le 19960726

Dispositif pour diminuer Bt de radôme apec une antenue lawe bande à rtyonwnt t de M, et diminuoe La présente invention concerne un dispositif pour diminuer l'effet perturbateur créé par les réflexions d'ondes sur un radôme de protection d'une antenne large bande à rayonnement de surface, et pour diminuer la surface équivalente réfléchissante de l'ensemble. En effet, dans ces antennes (qui sont couramment utilisées en contre- mesures), il est bien connu que le radôme perturbe le diagramme de rayonnement de l'antenne qu'il protège. Ce phénomène de perturbation est d'autant plus accentué que les parois du radôme sont épaisses et que les fréquences considérées sont élevées. Or il doit être possible, et souvent nécessaire, de disposer de radômes relativement épais capables de tenir, selon le cas, à l'érosion pluviale, à la pression hydrostatique, etc., sans trop dégrader les performances de l'antenne, notamment aux fréquences élevées. On a illustré sur la figure 1 ce phénomène perturbateur dû aux réflexions d'ondes sur le radôme. La référence 10 désigne l'antenne, qui est du type à rayonnement essentiellement de surface et qui est, sur ce dessin, une antenne plane, bien que d'autres formes pourraient être envisagées aussi bien (antenne cylindrique, sphérique, etc.). En outre, aux fréquences considérées, on supposera que la propagation des ondes est une propagation de type optique ou quasi-optique. Un rayon incident ORl issu d'un point O de l'antenne va traverser le radôme 20 au point 21, mais une partie de son énergie va également se réfléchir à l'interface air/radôme en ce point. Le rayon réfléchi, réverbéré en direction de l'antenne, va à nouveau être réfléchi au point 11 à la surface de l'antenne 10, créant ainsi un nouveau rayon incident R2 qui traversera le radôme, mais avec réflexion partielle à l'interface radôme/air en 22, qui sera suivie comme précédemment d'une nouvelle réflexion sur l'antenne en 12, etc. De la sorte, outre la perte de transmission inhérente à la présence du radôme (perte fonction de la matière et de l'épaisseur du radôme), il va apparaître une perturbation supplémentaire dûe à la production d'interférences entre le rayon principal RI et le rayon parasite R2 et les autres rayons produits par les réflexions multiples subséquentes, tous déphasés par rapport à Ri ; ces interférences vont se traduire par des irrégularités importantes du diagramme de rayonnement de l'antenne, irrégularités d'autant plus marquées que la paroi du radôme sera épaisse et que l'on travaillera à des fréquences élevées. Lorsque les bandes passantes sont très larges (rapports f6ax/fnin > 10) et que l'on travaille à des fréquences élevées (fumas de l'ordre de 20 GHz), si l'épaisseur minimale de la paroi du radôme est supérieure à 1 mm il est pratiquement impossible d'obtenir un coefficient de réflexion inférieur à 0,2 pour le radôme, même si l'on utilise pour celui-ci des structures optimisées (radôme multicouche, radôme sandwich) pour réduire le coefficient de réflexion sans pour autant trop diminuer le coefficient de transmission. Ainsi, si l'on souhaite rayonner par exemple sur la bande 2-20 Gaz, la surface apparente de l'antenne, dans le cas d'une antenne spirale par exemple, est donnée par Sa = (Amax/x)2s, où Ams est le diamètre de la zone de rayonnement à la fréquence la plus basse ; pour & in =2GHz, on a ainsiSa=71 cm2. Ce chiffre est à comparer à la surface équivalente à la fréquence la plus élevée, donnée par Se = Amin2.G/4s, soit Sa = 0,36 cm2 pour un gain d'antenne G de 3 dB à 20 GHz. On a ainsi sa/Se = 200, de sorte que, avec la configuration de l'art antérieur illustrée figure 1, l'énergie réfléchie par le radôme sera presque entièrement réfléchie à nouveau par l'antenne, puisque la surface périphérique, non active aux fréquences les plus élevées, sera vue pratiquement comme un plan réflecteur s'étendant à l'infini par la partie centrale active. L'un des buts de l'invention est de minimiser ce phénomène et donc de permettre l'utilisation de radômes relativement épais sans dégrader les performances aux fréquences les plus élevées, et sans recourir à des structures complexes de radôme. Pour résoudre ce problème, Invention est basée sur la constatation que, dans les antenne large bande à rayonnement de surface généralement utilisées (antennes spirales, antennes log-périodiques et antennes analogues), les zones rayonnantes sont situées essentiellement vers le centre pour les fréquences les plus élevées et essentiellement vers la périphérie pour les fréquences les plus basses. Compte tenu de cette propriété, l'invention propose d'interposer, entre le radôme et l'antenne, un diélectrique à pertes qui agisse de façon sélective entre le centre et la périphérie. Plus précisément, on prévoit une couche absorbante du rayonnement émis, interposée entre l'antenne et le radôme et s'étendant parallèlement à la surface de l'antenne et à faible distance de celle-ci, le facteur d'absorption de cette couche absorbante variant entre une valeur minimale, au centre de la surface de rayonnement, et une valeur maximale, à la périphérie de cette surface de rayonnement. Selon un certain nombre de formes de réalisation avantageuses: - ladite valeur minimale peut être une valeur nulle ou pratiquement nulle ; la couche absorbante peut notamment être formée d'une plage centrale de facteur d'absorption nul ou pratiquement nul entourée d'une plage périphérique de facteur d'absorption constant, la plage centrale pouvant en particulier être formée par un évidement de la couche absorbante. - la couche absorbante peut également être formée d'une succession de plages concentriques présentant des facteurs d'absorption respectifs croissants depuis le centre jusqu'à la périphérie. En ce qui concerne les matériaux utilisés: - la couche absorbante peut être une couche diélectrique comportant des particules de carbone dispersées dans un matériau cellulaire. - elle peut également être une couche comportant un matériau ferromagnétique ; dans ce cas, l'épaisseur de la couche comportant le matériau ferromagnétique est choisie de manière à se situer, compte tenu de la permittivité et de la perméabilité magnétique du matériau ferromagnétique, à la résonance ou au voisinage de la résonance pour la fréquence à laquelle on recherche l'effet d'absorption maximal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1, précitée, est une illustration de l'effet de radôme tel qu'il se présentait dans les structures jusqu'à présent connues, - la figure 2 est un premier mode de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe d'un ensemble antenne/radôme montrant un second mode de mise en oeuvre de la présente invention, respectivement selon deux variantes possibles. Sur les figures 2 à 4, les références 10 et 20 désignent respectivement, comme sur la figure 1, l'antenne et le radôme qui la protège. De façon caractéristique de l'invention, on a placé, parallèlement au plan de l'antenne et à faible distance de celle-ci, une couche absorbante 30 dont l'atténuation ne sera pas la même au centre et à la périphérie. Par "faible distance", on entendra une distance entre l'antenne et la couche absorbante aussi faible que possible, mais néanmoins suffisante pour ne pas altérer sensiblement la propagation des courants dans l'antenne. Dans le cas de la figure 2, qui est le cas le plus simple, la couche absorbante 30 est une couche uniforme présentant un évidement central 31, de manière à ne laisser subsister qu'une couronne 32 recouvrant la région périphérique de l'antenne 10. De la sorte, comme il est bien connu que les matériaux absorbants, de manière générale, présentent des pertes de transmission proportionnelles à la fréquence, un absorbant situé sur les parties périphériques de l'antenne aura peu d'effet sur l'énergie rayonnée par celle-ci dans cette zone, correspondant aux fréquences les plus basses, ce rayonnement ayant été illustré par exemple sur la figure 2 par le rayon R2 issu du point O' se trouvant sur la zone de rayonnement périphérique. En revanche, ce même matériau présentera une forte atténuation pour les fréquences les plus élevées. Comme ces fréquences élevées rayonnent à partir de la zone centrale de l'antenne (point O et rayon RI sur la figure 2), les ondes rayonnées directement à partir de cette zone ne seront pas atténuées du fait que la zone centrale se trouve en vis à vis de l'évidement 31, mais les rayons réfléchis (par exemple le rayon réfléchi au point 21) vont frapper la couronne périphérique absorbante 32 et seront ainsi presque complètement neutralisés. En variante, on peut prévoir, comme illustré figures 3 et 4, de faire croître progressivement le facteur d'absorption au fur et mesure que l'on s'éloigne du centre vers la périphérie. Cette variation est par exemple obtenue par une pluralité de zones concentriques 33 à 36 de diamètres Dl à D5 croissants, et présentant une absorption croissante au fur et mesure que l'on s'éloigne du centre. Sur la figure 3, on a fait varier le facteur d'absorption en augmentant l'épaisseur h de la couche absorbante depuis le centre vers la périphérie; on pourrait inversement (figure 4), et avec le même résultat, faire varier le coefficient d'atténuation du matériau absorbant en fonction du diamètre, en conservant une hauteur h constante. En tout état de cause, il est souhaitable de choisir pour la région centrale 31 un matériau ou une épaisseur permettant l'absorption la plus faible possible afin de ne pas agir sur les fréquences élevées. En ce qui concerne le matériau de la couche absorbante 30, on peut utiliser par exemple un absorbant diélectrique à base de carbone dispersé dans un matériau cellulaire. Le coefficient de réflexion d'un tel matériau est faible, ce qui permet d'atténuer sans réfléchir (en effet, si le matériau était réfléchissant, le phénomène illustré figure 1 entre l'antenne 10 et le radôme 20 réapparaîtrait entre l'antenne 10 et la couche absorbante 30). Un tel type d'absorbant nécessite cependant des épaisseurs relativement importantes, pouvant aller de 5 à 10 mm selon les bandes de fréquences. ll est également possible d'utiliser un absorbant à base de résine et de poudre de fer. Néanmoins, avec ce type de matériau l'interfåce absorbant/air présente une réflexion non négligeable. Pour pallier cet inconvénient, on choisit les caractéristiques du matériau et l'épaisseur de la couche absorbante de manière à se placer à la résonance ou au voisinage de la résonance, c'està-dire avec une atténuation telle que l'énergie réfléchie après un allerretour dans la couche absorbante soit sensiblement égale à l'énergie réfléchie à l'interface air/absorbant: les deux ondes étant en opposition de phase, l'effet de la réflexion va se trouver pratiquement annulée. Cette condition de résonance est vérifiée lorsque l'on choisit une épaisseur e telle que l'on ait e.[ll.e]lQ = /4, g étant la perméabilité magnétique et E étant la permittivité de l'absorbant. L'avantage de ce dernier type d'absorbant est qu'il permet d'avoir une faible épaisseur, de l'ordre de 1 à 2 mm. Comme, par ailleurs, son facteur d'absorption est de l'ordre de 3 dBlmm à 10 GHz, on voit que l'atténuation de l'énergie réfléchie par le radôme aux fréquences élevées sera très importante. Bien entendu, bien que l'on ait décrit l'invention à propos d'une antenne plane protégée par un radôme plan, cette configuration n'est pas limitative, et l'invention s'appliquerait aussi bien à une antenne plane protégée par un radôme cylindrique, conique, hémisphérique, etc., à une antenne cylindrique protégée par un radôme cylindrique, à une antenne sphérique protégée par un radôme sphérique, etc.. Par ailleurs, outre le fait qu'elle permet de diminuer considérablement l'effet de radôme, la structure de l'invention a également pour conséquence de diminuer de façon importante la surface équivalente réfléchissante de l'ensemble antenne/radôme, de sorte que, lorqu'une telle structure constituera la cible d'un radar, sa surface équivalente vue par ce radar sera considérablement diminuée en raison de la couche absorbante que l'on a rajoutée. REVENDICATIONS 1. Un dispositif pour diminuer l'effet perturbateur créé par les réflexions d'ondes sur un radôme (20) de protection d'une antenne (10) large bande à rayonnement de surface, et diminuer la surface équivalente réfléchissante de l'ensemble, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (30) absorbante du rayonnement émis, interposée entre l'antenne et le radôme et s'étendant parallèlement à la surface de l'antenne et à faible distance de celle-ci, le facteur d'absorption de cette couche absorbante variant entre une valeur minimale, au centre de la surface de rayonnement, et une valeur maximale, à la périphérie de cette surface de rayonnement. 2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel ladite valeur minimale est une valeur nulle ou pratiquement nulle. 3. Le dispositif de la revendication 2, dans lequel la couche absorbante est formée d'une plage centrale (31) de facteur d'absorption nul ou pratiquement nul entourée d'une plage périphérique (32) de facteur d'absorption constant. 4. Le dispositif de la revendication 3, dans lequel la plage centrale (31) est formée par un évidement de la couche absorbante. 5. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel la couche absorbante est formée d'une succession de plages concentriques (31, 33 36) présentant des facteurs d'absorption respectifs croissants depuis le centre jusqu'à la périphérie. 6. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche absorbante est une couche diélectrique comportant des particules de carbone dispersées dans un matériau cellulaire. 7. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche absorbante est une couche comportant un matériau ferromagnétique. 8. Le dispositif de la revendication 7, dans lequel l'épaisseur de la couche comportant le matériau ferromagnétique est choisie de manière à se situer, compte tenu de la permittivité et de la perméabilité magnétique du matériau ferromagnétique, à la résonance ou au voisinage de la résonance pour la fréquence à laquelle on recherche l'effet d'absorption maximal.