Brevet FR2723210A1 — publié le 19960202

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de protection anti-brouillage et antidétection, pour radar. On sait que le fonctionnement des radars peut, dans cer- taines conditions, être profondément affecté par des phénomè- nes de brouillage naturels et surtout artificiels par exemple par l'envoi sur le radar d'un ou plusieurs faisceaux de brouillage qui,"aveuglent" le radar. On sait d'autre part qu'une antenne radar constitue, notamment lorsqu'elle est aéro-portée une cible particulièrement visible et détectable, notamment pour la chasse ennemie. Pour éviter ou réduire les effets de brouillage mention- nés en premier lieu, on connaît divers procédés et moyens, tels en particulier que ceux décrits au brevet français 79 02918 déposé le 5 février 1979. Dans ce brevet, sont décrits des moyens permettant d'annihiler effectivement les effets d'un ou de plusieurs brouilleurs localisés, en créant artificiellement dans les courbes de réponse du radar des "trous" localisés dans les directions des brouilleurs. Pour répondre aux problèmes mentionnés en second lieu, on tente de miniaturiser et profiler l'antenne radar, de façon qu'elle soit la moins perceptible possible en réduisant sa sur- face apparente. L'invention a pour objet un nouveau procédé et un nou- veau dispositif permettant de résoudre radicalement le problème de "camouflage" de l'antenne et simultanément, de protéger l'antenne contre tout effet de brouillage dans des gammes de fréquence extérieures à une bande étroite précise de fonctionne- ment de l'antenne radar. L'invention peut donc être utilisée en complément des moyens décrits au brevet susmentionné dont l'utilisation permettra d'annihiler des brouilleurs localisés émettant dans la bande de fréquencesde travail de l'antenne. De façon plus précise, en vue d'atteindre les objectifs ci-dessus fixés, on place devant le radar protégé un radôme constituant un filtre spatial temporel actif comprenant au moins deux réseaux hyperfréquence dont l'un au moins est actif étant susceptible de prendre deux états distincts respectivement A et B, lesdits réseaux étant ainsi construits que, lorsque ledit réseau actif est dans l'état A, le filtre est sensiblement transparent pour la bande de fréquences de fonctionnement du radar et sensiblement réfléchissant en dehors de cette bande, et lorsque ledit réseau actif est dans l'état B, le filtre est réfléchissant pour toutes les fréquences radar. On comprend que, de cette façon, on constitue en avant du radar une fenêtre active de fréquences qui, dans l'état normal de fonctionnement du radar laissera passer uniquement la bande de fréquences de travail de l'antenne, et qui, dans l'état de "camouflage" de l'antenne ne laissera passer aucune fréquence d'onde exploitable par radar. De façon à obtenir un bon "camouflage" de l'antenne dans le deuxième état susmentionné du dispositif, on conforme les réseaux de protection de l'antenne placés au devant d'elle avec une courbure convexe, par exemple en forme sensiblement sphérique ou ogivale à convexité tournée vers la zone d'explo- ration extérieure du radar, le radar protégé étant placé vers le centre de la concavité du radôme de protection que constituent les réseaux conformés. De cette façon, tout faisceau d'onde hyperfréquence envoyé sur le radar est réfléchi et dispersé dans toutes les directions de l'espace, la surface apparente du radar n'étant plus alors qu'un point minuscule en pratique invi- sible par le radar de recherche dont le faisceau d'ondes hyper- fréquence est dispersé sans profit. Comme réseau actif précité, on utilisera de préférence un réseau constitué de deux sous-réseaux de rangées de fils ou tronçons de fils conducteurs, sensiblement parallèles dirigés localement selon une direction générale locale X ou Y, lesdits fils étant interrompus de distance en distance par des éléments de résistance contrôlables, variables, tels en particulier que des diodes, le réseau, pour des fréquences corprises dans la bande de fréquences de fonctionnement du radar,étant sensiblement réfléchissant lorsque les courants traversant les fils sont sensiblement nuls, et transparent lorsque lesdits courants sont importants. Avan- tageusement, à un sous-réseau de fils diodes dirigés localement selon la direction générale X est associé pour constituer un réseau de mailles quadrillées un sous-réseau équivalent de fils diodes dirigés localement selon une direction sensiblement orthogonale Y, et l'on choisit de préférence le pas des sous- réseaux de fils sensiblement égal à A/2, > étant la longueur d'ondes moyenne de la bande de fréquences de travail de l'antenne. D'autres caractéristiques, objets et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la des- cription qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'illustration et dans lesquels: - La figure 1, est une vue schématique permettant d'expli- quer le principe général de fonctionnement de l'invention, - La figure 2, montre schématiquement comment sont asso- ciés trois réseaux pour constituer le filtre spatial temporel actif de l'invention, - La figure 3, est une courbe illustrant la "transparence" de la fenêtre active formée en fonction de la fréquence des ondes hyperfréquence, - La figure 4, montre schématiquement en vue perspective comment sont conformés et empilés les réseaux pour former un radôme de protection conforme à l'invention, - La figure 5, montre de façon schématique la constitution de trois réseaux, deux passifs et un actif pouvant être utili- sés pour constituer le radôme de protection d'une antenne. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on aperçoit une antenne d'émission radar schématisée en 1, et qui travaille par exemple au devant d'elle à l'intérieur d'un angle solide de demi-angle au sommet. Cette antenne peut être de type à balaye électronique et/ou mécanique. L'antenne est largement protégée et entourée au devant d'elle par un panneau repéré dans son ensemble 2. Ce panneau forme le radôme de protection de l'invention constitué essentiel- lement de la superposition de trois réseaux 3, 4, 5 dont la constitution, la conformation et 1' assemblage seront décrits plus loin. Comme mentionné ci-avant, le radôme 2 peut être commandé électroniquement de façon à présenter deux états différents respectivement A et B. Dans l'état A, qui est l'état de "travail normal" de l'antenne, le radôme 2 laisse passer sensiblement librement sans déformation ni atténuation les ondes hyperfréquence, mais à l'intérieur seulement d'une "fenêtre" de fréquences fl-f2, comme il sera décrit ci-après plus en détail en relation avec la figure 3. Dans cet état A, et dans la bande de fréquences de travail de l'antenne, le radôme 2 est donc en quelque sorte "transparent", sa présence n'ayant pas d'influence sur le fonctionnement de l'antenne, ni à l'émission, ni à la réception ou ré-émission par réflexion. En d'autres termes, tout se passe comme si le radôme 2 n'existait pas. Par contre, en dehors de la bande de fréquences fl-f2 de l'antenne, le radôme 2 est très fortement réfléchissant, formant donc un filtre de fréquence effectif.Pour la fonction émission-récep- tion de l'antenne, ceci n'a guère d'effet, dans la mesure o la puissance du faisceau némis en dehors de la bande de fréquences de travail fl 1-f2 est extrêmement réduite. Par contre, à la réception, tout rayonne- ment de fréquence extérieure à F1-F2 envoyé sur 1 'antenne, tel par exemple que le rayon repéré 6 est réfléchi coame indicué en 6' à la surface du radôme 5. Compte tenu de la convexité donnée au radôme, le rayon réfléchi 6' n'est pas renvoyé dans la direction du rayon 6 mais très extérieurement à cette direction, de sorte qu'il apparaît que le faisceau envoyé par un radar de recherche sur le radôme ne donnera aucun écho visible pour le radar de recherche si celui-ci travaille en dehors de la fenêtre précise de fréquence fl-f2 à l'intérieur de laquelle seulement le rayonnement peut atteindre l'antenne 1. Des explications qui précèdent, il apparaît donc que selon l'invention, on obtient un moyen efficace d'antidétection pour tout radar cde recherche travail- lant en dehors de la fréquence précise fl-f2. Dans le second état B, qui correspond au "camouflage" de l'antenne, le radôme 2,composé des deux réseaux passifs 3, 4 et du réseau actif 5 commandé dans l'état B, (réflexion) est réfléchissant pour toutes les fréquences radar. Dans cet état, l'antenne 1 ne peut évidemment émettre ou recevoir, mais elle devient "invisible" à toute recherche, du fait de la réflectivité du radôme 2 qui dispersera dans tout l'espace tout faisceau de recherche. On se reportera maintenant aux figures 2 et 3 expliquant les moyens généraux permettant d'obtenir les effets ci-dessus décrits. Dans l'exemple schématisé à la figure 1, le radôme 2 est constitué de la superposition de trois réseaux 3, 4, 5, dont les deux premiers 3, 4 sont supposés passifs et le troisième actif. Ces réseaux sont superposés les uns derrière les autres à une distance d convenablement choisie de préférence inférieure ou égale à >/2, X étant la longueur d'ondes moyenne des ondes hyperfréquence dans la bande de travail fl-f2 considérée de l'antenne. Dans un exemple de réalisation ayant donné satisfac- tion, les réseaux 3, 4, 5 étaient disposés les uns derrière les autres à une distance de 5,8 millimètres, soit sensiblement égal à \/6 pour une fréquence moyenne de 9 000 MHZ (bande de fréquences X). Les panneaux sont placés les uns derrière les autres en étant maintenus à distance par exemple au moyen d'une structure de support intermédiaire en nid d'abeille en matériau plastique selon une technique classique de conformation des antennes et des radômes multicouches. Les réseaux passifs 3 et 4 sont constitués de toute maniè- re appropriée, et par exemple par des grilles métalliques à per- forations convenables de façon que ces réseaux présentent les caractéristiques hyperfréquence désirées. Un exemple pratique de constitution de telles grilles sera donné plus loin en rela- tion avec la figure 5. A la fréquence de travail considérée de l'antenne, les réseaux formés par les grilles perforées 3 et 4 présentent des susceptances déterminées Y1, Y2, étant rappelé que la susceptance est le nombre inverse de celui qui mesure l'impédance. Conformément à l'invention, on détermine les caracté- ristiques du troisième réseau actif 5 de façon que, lorsqu'on fait passer dans le réseau 5 des courants forts, par exemple des intensités de l'ordre de 20 milliampères, on ait une impédance Y3 de ce réseau, telle que la susceptance Y équivalente des trois réseaux accolés Y1, Y2, Y3, soit sensiblement nulle. Le fait que cette caractéristique est atteinte, peut être déterminé par le calcul, par des abaques ou expérimentalement. La relation ne se vérifie que dans la bande étroite de fréquences choisie fl-f2. En dehors de cette bande de fréquences, la susceptance du panneau croît très rapidement, le panneau étant donc réfléchissant. Ceci est illustré par la figure 3 o l'on aperçoit en fonction de la fréquence portée en abscisses le coefficient de transmission T porté en ordonnées du panneau composite. On voit que pour la bande de fréquences fl-f2, le coefficient de transmission est supérieur à 0,95; autrement dit, pour cette bande de fréquences, au moins 95% de l'énergie émise ou reçue traverse le radôme sans déformation notable, ceci étant valable quelle que soit la direction du plan de polarisation du champ électrique E de l'onde émise ou reçue, compte tenu de la structure particulière des réseaux qui travaillent symétrique- ment dans toutes les directions comme il sera expliqué plus loin en relation avec la figure 5. En dehors de la bande de fréquences fl-f2, le coefficient de transmission décroît brutalement, le panneau constituant un filtre passe- bande efficace. Habituellement, la fenêtre de sélection sera d'autant plus précise (ou le filtre passe-bande d'autant plus efficace) que l'on aura prévu au moins deux réseaux passifs 3, 4 et un réseau actif 5, bien que dans certaines con- ditions, une structure simplifiée à un seul réseau passif et un seul réseau actif puisse donner satisfaction. D'autre part, si le réseau 5 est commandé dans l'état B, état dans lequel aucun courant ne passe dans les fils charges de diodes, la susceptance de ce réseau devient infinie, tout fais- ceau hyperfréquence reçu sur le panneau 5 étant réfléchi. Pour que la réflexion se fasse dans les conditions de dispersion explicitées ci-avant, on conforme le panneau constitué des réseaux superposés de façon à lui donner une courbure convexe vers l'extérieur, comme schématisé à la figure 4, l'antenne 1 étant protégée à l'intérieur de la concavité du panneau. On décrira maintenant en référence à la figure 5, un mode de réalisation concret possible du panneau. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 5, le réseau passif 3 est constitué d'une grille formée de cercles métalliques conducteurs 7 reliés entre eux par leur point de tangence. La largeur des conducteurs métalliques est de l'ordre de 0,5 mmm et le diamètre des cercles est de l'ordre de 13 mm mm. Entre les cercles 7, sont formés des cercles 8 plus petits, l'ensemble de la grille pouvant être constitué selon toute tech- nique classique, par exemple par emboutissage et formage d'une feuille métallique d'épaisseur convenable. Le réseau 4 de la deuxième couche est constitué comme le réseau 3, à ceci près que les cercles 9 et 10 de la grille ont des diamètres sensiblement moitié de ceux des cercles res- pectifs 7 et 8 de la grille 3. Le troisième réseau 5 actif est constitué de deux sous-réseaux de fils charges de diodes (ou fils-diodes) associés dirigés respectivement selon une direction générale X et selon la direction générale orthogonale. De façon pratique, on peut constituer sur une seule et même face d'une plaque support d'un matériau plastique de qua- lité appropriée, par exemple en nidsd'abeillesqui forme égale- ment intercalaire d'épaisseur d entre deux réseaux adjacents (plaque support non représentée), par exemple selon la techni- que des circuits imprimés une grille de mailles carrées de côté X/2 ( X étant la longueur moyenne de l'onde électromagné- tique de la bande de fréquence de travail fl-f2 considérée). Chaque noeud de la grille est occupé par une plaquette métal- lique conductrice en forme générale de pastille annulaire. Chaque pastille est elle-même subdivisée en deux demi-pastilles repérées respectivement Ps (plaquette supérieure hachurée horizontalement) et Pi (plaquette inférieure hachurée verticale- ment) séparées électriquement l'une de l'autre par un intervalle ou une coupure. A partir de ces plaquettes, il est possible de réaliser l'alimentation électrique de tous les tronçons de fils réunis- sant deux à deux chaque plaquette adjacente, d'un seul côté d'une même plaque support, de sorte que en alimentant le réseau 5 par une de ses tranches (à gauche sur la figure), comme repéré par les signes +, et en collectant l'alimentation sur l'autre tranche (à droite sur la figure) comme repéré par les signes -, il est possible d'alimenter chaque tronçon de mailles quadrillées chargé d'une diode. Sur la figure, on a repéré de façon particulière, pour permettre d'en suivre plus facilement le chemin un trajet de courant continu selon la ligne X3, X'3. Avec une telle construction, il apparait: a) que lorsque le réseau 5 est alimenté en courant fort, par exemple des intensités de l'ordre de 20 milliampères, la susceptance de ce réseau prend une valeur finie, par exemple de l'ordre de 1, tandis que l'ensemble des trois réseaux, 3, 4, 5 disposés les uns derrière les autres à la distance d convenable par exemple de 5,8 millimètres, présente une susceptance globale sensiblement nulle pour la fenêtre de fréquences fl-f2 considérée; autrement dit, dans de telles conditions, le panneau radôme est transparent vis à vis des ondes hyperfréquence qui le traversent à la fréquence considérée, par exemple de l'ordre de 9 300 MHZ. b) que, lorsque le réseau 5 n'est pas alimenté en courant électrique, un tel réseau se comporte comme une surface parfai- tement réfléchissante vis-à-vis d'un faisceau d'ondes hyperfré- quence de longueur d'ondes À considérée, c'est-à-dire dans la fourchette de fréquence fl-f2 considérée, toute onde reçue sur le panneau étant réfléchie par le réseau 5 avec une réflec- tivité nettement supérieure à 99%. c) qu'en dehors de la bande de fréquences fl-f2 de la fenêtre, même lorsque le réseau 5 est traversé par des courants forts, la susceptance du panneau constitué de l'ensemble des trois réseaux est importante, l'ensemble du panneau étant dans ces conditions réfléchissant. A titre d'exemple, on a construit un réseau 5 convenable pour la bande de fréquences considérée de 9300 MHZ présentant une largeur de mailles /2 voisine de 1,7cm. Les diodes utilisées sont du type PIN 5082-3080 présentant une capacité totale de 0,21 pF à moins de 50 volts et une tension de claquage supérieure à 350 volts pour un courant de 10 microampères. De la description de la figure 5, il résulte à l'évidence que, compte tenu des arrangements de chaque réseau (3, 4, 5), ces réseaux sont insensibles à la direction dans l'espace du plan de polarisation du vecteur champ électrique f des ondes hyperfréquence émises ou reçues. En conséquence, l'invention fonctionne quelle que soit la direction de polarisation des ondes hyperfréquence sur lesquelles on veut agir. REVENDICATI ONS 1. Procédé permettant de protéger un radar contre les perturbations de son fonctionnement par des brouilleurs opérant à des fréquences extérieures à la bande de fréquences du fonctionnement du radar protégé et permettant d'empêcher en outre sa détection par tout radar de recherche, caractérisé en ce qu'on place devant le radar protégé (1) un radôme (2) constituant un filtre spatial temporel actif comprenant au moins deux réseaux (3, 4, 5) hyperfréquence dont l'un au moins (5) est actif étant susceptible de prendre deux états distincts respectivement A et B, lesdits réseaux étant ainsi construits que lorsque ledit réseau actif (5) est dans l'état A, le filtre est sensiblement transparent pour la bande de fréquences (fl-f2)de fonctionnement du radar et sensiblement réfléchissant en dehors de cette bande, et lorsque ledit réseau actif (5) est dans l'état B, le filtre est sensiblement réfléchissant pour toutes les fréquences radar. 2. Radôme de protection et antidétection pour radar pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend au moins deux réseaux (3,4, 5) hyperfréquence, dont l'un au moins (5) est actif étant suscep- tible de prendre deux états distincts respectivement A et B, lesdits réseaux étant ainsi construits, que, lorsque ledit réseau actif (5) est dans l'état A, le filtre est sensiblement transparent pour la bande de fréquences (fl-f2) de fonctionne- ment du radar et sensiblement réfléchissant en dehors de cette bande, et que lorsque ledit réseau actif (5) est dans l'état B, le filtre est sensiblement réfléchissant pour toutes les fréquences radar. 3. Radôme selon la revendication 2, caractérisé en ce que sont associés, disposés les uns derrière les autres, au moins deux réseaux passifs (3, 4) et un réseau actif (5) précités. 4. Radôme selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les réseaux (3, 4, 5) sont disposés à une distance d les uns des autres sensiblement inférieure ou égale à A/2, > étant la longueur d'ondes moyenne de la bande de fréquences (fl-f2) de fonctionnement du radar. 5. Radôme selon l'une des revendications 2 à 4, caracté- risé en ce qu'on constitue le réseau actif (5) au moyen de deux sousréseaux de rangées de fils ou tronçons de fils conducteurs sensiblement parallèles dirigés localement selon une direction générale locale X ou Y, lesdits fils étant interrompus de distance en distance par des éléments de résis- tance contrôlables, variables, tels en particulier que des diodes, le réseau à l'intérieur de la bande de fréquences de fonctionnement du radar fl-f2 étant sensiblement réfléchissant, lorsque les courants traversant les fils sont sensiblement nuls, et transparent, lorsque lesdits courants sont importants. 6. Radôme selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à un sous- réseau de fils diodes dirigés localement selon la direction générale X, est associé pour constituer un réseau de mailles quadrillées, un sous- réseau équivalent de fils diodes dirigés localement selon une direction sensiblement orthogonale Y. 7. Radôme selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que le pas des sous-réseaux de fils est sensiblement égal à >/2, \ étant la longueur d'ondes moyenne du faisceau hyperfréquence de travail du radar. 8. Radôme selon l'une des revendications 5 à 7, caractéri- sé en ce qu'on donne aux trajets des fils porteurs de diodes des chemins sinueux reliant tous les noeuds des mailles quadril- lées du réseau et l'on prévoit en chaque noeud deux plaquettes conductrices (Ps,Pi) séparées servant à réunir chacune deux tronçons seulement de fils aboutissant à ce noeud. 9. Radôme selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites plaquettes Ps, Pi se présentent sous la forme de pastilles par exemple annulaires séparées en deux moitiés symé- triques et de surface réduite de façon à conserver pour les réseaux (5) un aspect général de grilles ajourées. 10. Rad6me selon l'une des revendications 2 à 9, caracté- risé en ce que le ou les réseaux passifs (3, 4) associés ont la forme de grilles ajourées par exemple de cercles conducteurs métalliques (7-10) de faible largeur, de diamètre inférieur à la longueur d'ondes > moyenne de la bande de fréquences de travail de l'antenne. 11. Radôme selon l'une des revendications 2à 10, caracté- risé en ce que les réseaux (3, 4, 5) sont conformés de façon à entourer le radar protégé dans son implantation. 12. Radôme selon la revendication 11, caractérisé en ce que les réseaux (3, 4, 5) sont conformés avec une courbure convexe, par exemple de forme sensiblement sphérique ou ogivale à convexité tournée vers la zone d'exploration extérieure du radar, le radar protégé (1) étant placé vers le centre de la 5. concavité du radôme (2).