Brevet FR2740615A2 — publié le 19970430

FR 2740615 A2 19970430 FR 8216626 A 19821004 Le présent certificat d'addition se rapporte à des perfectionnements au panneau atténuateur spatial hyperfréquence à commande électrique décrit au brevet principal nO E.N. nO 81 08397 en date du 28 avril 1981. Dans ce brevet, on a décrit un panneau atténuateur spatial hyperfréquence commandé électriquement susceptible de laisser passer les ondes électromagnétiques émises ou reçues qui le traversent sans atténuation ni déformation importantes lorsqu'il est dans un premier état électrique et de les bloquer et absorber sensiblement totalement lorsqu'il est dans un second état électrique. A cet effet, le panneau comportait au moins un réseau de rangées de fils ou tronçons de fils conducteurs paralleles tendus sensiblement parallelement au vecteur champ électrique E desdites ondes, et lesdits fils étaient interrompus de distance en distance par des éléments de résistance contrôlables, variables, tels en particulier que des diodes.Pour son fonctionnement, le panneau comportait au moins deux réseaux de tels fils disposés l'un derrière l'autre à une distance sensiblement égale au quart de la longueur des ondes électromagnétiques sur lesquelles on agit, et les réseaux étaient reliés à au moins un commutateur qui induisait au moins, lorsque le panneau est absorbant des courants électriques I1, I2 conjugués dont la valeur était déterminée selon une relation définie d'un réseau à l'autre, la valeur de cette relation étant fonction des caractéristiques de construction du panneau. Cependant, ce panneau ne pouvait fonctionner correctement qu'à la condition que le plan de polarisation de l'onde électromagnétique E soit situé sensiblement parallèlement à la direction des fils des réseaux. L'objet des présents perfectionnements est de permettre le fonctionnement du panneau en atténuation ou en transparence quelle que soit la direction du champ électrique E par rapport aux directions générales X et Y du panneau. L'avantage de tels perfectionnements est évident car ils permettront par exemple (le panneau étant alors commandé en absorption) d'annihiler effectivement l'action de tout brouilleur situé dans des zones angulaires autres que celle correspondant à la direction de visée de l'antenne, quelle que soit la direction de polarisation des ondes du brouilleur. A cet effet, conformément aux perfectionnements du présent certificat d'addition, on décompose chaque réseau en deux sous-réseaux et à chaque sous-réseau de fils dirigés selon une direction générale X, est associé un sous-réseau de fils conjugué dirigés selon une direction transversale Y. Avantageusement, on choisira les directions X et Y de façon qu'elles soient sensiblement orthogonales. I1 apparait en effet que tout vecteur champ électrique E incident peut se décomposer en deux composante s EX et Ey parallèles respectivement à chacune des directions X et Y des deux paires de sous-réseaux conjugués. Chaque composante sensiblement parallèle à un sous-réseau subira les effets décrits au brevet principal, étant absorbée si on utilise les courants de commande faibles envoyés dans chaque paire de sous-réseaux parallèles conjugués mentionnés au brevet principal distants d'un quart de longueur d'onde et traversant le réseau sans absorption ni déformation notables si les réseaux sont traversés par des courants forts. A la sortie du panneau, on obtient par recomposition des deux composantes EX et E soit soit l'onde E non déformée Si les réseaux ont été commandés en "transparence", soit une onde considérablement amortie si les deux réseaux ont été commandés en "absorption", et ce, sans création d'onde parasite dont le champ serait transversal à la direction du champ incident. D'autres caractéristiques, objets et avantages du présent certificat d'addition et des moyens en permettant sa mise en oeuvre apparaitront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1, montre de façon schématique la constitution d'un réseau constitué de deux sous-réseaux associés de fils orthogonaux pouvant entrer dans la constitution d'un panneau conforme au présent certificat d'addition, - la figure 2, montre comme la figure 1 une autre variante de réalisation, - la figure 3, illustre l'utilisation d'un réseau semblable à celui illustré à la figure 2 mais alimenté selon la direction générale X et non selon la direction générale Y, - la figure 4, illustre de façon plus schématique la circulation des courants dans le réseau constitué de deux sous-ré seaux orthogonaux tel qu'illustré aux figures 1 et 2, - la figure 5, montre de façon schématique comme à la figure 4, la superposition de deux réseaux croisés, vus selon une direction perpendiculaire à leur plan, - la figure 6, montre de façon schématique l'application d'un panneau sur un radôme aéroporté, - les figures 7 et 8 montrent de façon schématique comment l'on peut créer des tranches ou fenêtres d'absorption, de réflexion et de transparence par utilisation de panneaux conformes aux présents perfectionnements, - la figure 9, montre schématiquement l'utilisation d'un panneau constitué dTUn jeu de réseaux associés conjugués placés l'un derrière l'autre. On se reportera tout d'abord à la figure 1, dans laquelle on a représenté la réalisation d'un réseau constitué de deux sous-réseaux de fils associés dirigés respectivement selon une direction générale X et selon la direction générale orthogonale Y. De façon pratique, on a constitué sur une seule et même face d'une plaque support 100, par exemple selon la technique des circuits imprimés une grille de mailles carrées de cbté A/2 tétant la longueur de l'onde électromagnétique sur laquelle on veut agir) chaque noeud de la grille étant occupé par une plaquette métallique conductrice en forme générale de croix. Chaque croix est elle-meme subdivisée en deux demi-plaquettes ou pastilles repérées respectivement P (plaquette supérieure) s et P. (plaquette inférieure) 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 réunissant deux à deux chaque plaquette adjacente, d'un seul cté d'une même plaque support et en conservant uneséparation électrique entre plusieurs alimentations en parallèle. De façon précise, en repérant X1, X2, X3, etc. les lignes du réseau maillé et Y1, Y2, Y3, etc. les colonnes du réseau maillé, on voit que l'on peut alimenter séparément chaque trajet sinueux de fils dans la direction générale Y si l'on prévoit des alimentations respectives séparées sur les tranches haute et basse du réseau. A titre d'exemple, on suivra un trajet d'alimentation en dénotant P(5 i)XmYn la pastille supérieure (P5) ou la pastille inférieure (Pi) se trouvant au croisement de la ligne de rang m et de la colonne de rang n, et en dénotant de meme DXmYn n+1 la diode située sur la ligne m et entre les colonnes n et n+l et DXm,m+îYn la diode située entre les lignes m et m+l et sur la colonne n. Exemple de trajet suivi (+) (en haut) Y3/PsxîY3IDxîY2,3IPixlY2/Dxî12Y2/Psx2Y2/Dx2Y2,3/ PiX2Y3/DX2,3Y3 ... PiX8Y3/Y3 (-) (en bas) Avec une telle construction, il apparaît a) que lorsque tout le réseau est alimenté, par exemple avec l'alimentation positive en haut du réseau sur les colonnes Y et l'alimentation négative en bas du réseau sur les mêmes colonnes, on obtient en fait du point de vue électromagnétique une alimentation effective électrique de tous les fils diodes, c'est-à-dire des fils chargés de diodes, aussi bien selon toutes les lignes X1 X2 X3, etc du réseau maillé que selon toutes les colonnes Y1 Y2 Y3, etc. du réseau maillé b) si l'on prévoit des alimentations électriques con tablées séparément pour chaque colonne Y1, Y2,Y3, etc., il est possible de commander électriquement le panneau dans des états différents selon les tranches verticales souhaitées. Par exemple, l'alimentation de la plaque pourrait se faire en courants faibles au niveau des colonnes Y2 et Y3, tandis qu'au niveau des colonnes Y1,Y4,Y5, l'alimentation pourrait se faire en courants forts. Bien entendu, comme décrit au brevet principal, un tel réseau doit etre associé à un deuxième réseau conjugué (de construction identique) placé derrière lui à une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde à absorber. Dans ces conditions, si l'on fait passer dans ce deuxième réseau au niveau des colonnes correspondant aux colonnes Y2,Y3 du premier réseau les courants faibles conjugués de ceux utilisés dans le premier réseau et déterminés comme décrit au brevet principal, le panneau formé des deux réseaux placés l'un derrière l'autre est absorbant dans la tranche des colonnes considérées Y2Y3.De même, si l'on fait passer dans le deuxième réseau au niveau des colonnes correspondant aux colonnes Y1, Y4, Y5 du premier réseau des courants forts, le panneau formé des deux réseaux alimentés en courants conjugués (faibles d'intensités conjuguées déterminées, ou forts voisins de la saturation) est transparent dans les tranches des colonnes considérées Y1, Y4, Y5 (alimentés en courants forts). Du fait de la présence des fils diodes aussi bien dans la direction X que dans la direction Y, une onde électromagnétique E dirigée selon une direction quelconque transversale aux directions X et Y se décomposera en deux composantes Ex et E Y lesquelles pourront etre traitées chacune par les fils diodes correspondants parallèles aux directions X ou Y.Le panneau sera donc efficace quelle que soit la direction de polarisation du champ électrique E de longueur d'onde \- Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 2, les croix que forment les plaquettes Ps et Pi ont été remplacées par des secteurs semi-circulaires formant des plaquettes Ps, Pj qui jouent le même rle que les croix pour réaliser les connexions électriques souhaitées. I1 est à noter que cette réalisation est d'utilisation a priori plus simple en particulier pour l'exécution de réseaux sur des surfaces gauches à courbures sensiblement continues telles que par exemple les surfaces de radômes aéroportés. Selon la réalisation illustrée à la figure 3, on retrouve le même réseau associé qu'à la figure 2 mais dont l'alimentation électrique se fait cette fois de façon générale selon la direction des lignes X et non selon la direction des colonnes Y. On remarque de ce fait qu'il est ainsi possible par exemple en alimentant les lignes X3, X4 d'un panneau en courants faibles conjugués (courants conjugués d'un réseau au réseau associé situé en arrière à r/4) d'obtenir une région d'absorption A au voisinage de ces lignes, tandis que le reste du panneau, s'il est alimenté en courants forts (indiqué par le signe ++) restera tansparent. On conçoit que de cette façon, il est possible selon les conditions d'utilisation du panneau de faire varier la région (parallèlement à la direction X) que l'on veut absorber ou non. De façon plus précise, à la figure 3, on a hachuré deux fois les plaquettes parcourues par les courants faibles conjugués. I1 apparaît ainsi que la zone d'absorption est en fait centrée sur la ligne X4 dans le mode de réalisation décrit. En pratique, on notera que le nombre des mailles du réseau étant bien plus grand qu'indiqué aux dessins, on obtiendra des bandes assez nettes d'absorption ou de transparence. De même, en prati que, on pourra prévoir l'alimentation en parallèle de plusieurs lignes adjacentes des réseaux associés -figure 3- (ou de plusieurs colonnes adjacentes des réseaux associés, figures 1 et 2). A la figure 4, on a représenté de façon plus schématique l'alimentation générale d'un panneau du type décrit aux figures 1 et 2 en ne conservant finalement de la représentation que l'essentiel, à savoir le fil conducteur. Cette représentation fait clairement apparaître que le réseau maillé est électromagnétiquement équivalent à un réseau de fils continus aussi bien selon les direction Y que selon les directions X. Cependant, l'alimentation électrique du panneau se fait dans cet exemple selon la direction générale Y comme montré par la flèche F1. Or, comme il est apparu précédemment, une telle alimentation permet de décomposer le panneau en tranches de bandes parallèles à cette direction générale d'alimentation. Si l'on veut pouvoir déplacer les bandes "de travail" du panneau aussi bien selon la direction X que selon la direction Y, une solution est de placer l'un derrière l'autre deux panneaux constitués chacun de deux réseaux conjugués distants de r/4, l'un étant du type alimenté selon la direction générale Y (figure 1 ou 2) l'autre étant du type alimenté selon la direction générale X (figure 3). De préférence, on placera ces deux panneaux l'un derrière l'autre à une distance voisine de A . C'est ce qui est représenté à la figure 5.Les deux panneaux se superposent parfaitement et ne diffèrent l'un de l'autre que par le fait que l'un est alimenté sur ses tranches verticales (flèche F1) et l'autre sur ses tranches horizontales (direction de la flèche F2). Comme indiqué précédemment, chaque réseau formé de deux sous-réseaux peut être déposé sur une seule et meme face d'une plaque support. En conséquence, un panneau sera avantageusement construit à partir d'une seule plaque d'épaisseur équivalente en espace libre à )/4 et dont chaque face portera l'un des deux réseaux conjugués du panneau. L'utilisation d'un tel panneau, par exemple sur un radôme aéroporté est évidente et a été décrite en relation avec la figure 8 du brevet principal qui est rappelée simplement ici pour mémoire en étant numérotée 6. L'antenne 7 peut être protégée d'émissions parasites provenant de la direction T en rendant le panneau 6 absorbant dans la région requise correspondant par exemple au positionnement d'un brouilleur. Le panneau 6 peut occuper tout le radôme puisqu'il est possible de le rendre transparent à volonté dans toute région, notamment dans celle correspondant à la direction de pointage de l'antenne. En outre, contrairement au brevet principal, la protection sera efficace quelle que soit la direction de polarisation du champ d'émission perturbateur. En faisant référence à la figure 7, on a montré que l'on pouvait à volonté choisir une tranche d'absorption soit dans la direction Y, soit dans la direction X en alimentant en courants de commande d'absorption les zones correspondantes hachurées, par exemple la bande Y2, Y3 ou la bande X4-X6. Ceci suppose évidemment que l'on utilise nécessairement deux panneaux situés l'un derrière l'autre alimentés selon des directions orthogonales comme indiqué plus haut.Par exemple, pour obtenir l'absorption dans la bande X4-X6, on commandera en transparence les réseaux associés alimentés par les tranches Y du panneau correspondant, et on commandera en absorption (courants faibles conjugués) la section X4-X6 des réseaux associés alimentés par leur tranche horizontale de l'autre panneau, le reste de ces réseaux étant alimenté en courants forts pour rendre transparentes ces régions. De façon analogue, comme schématisé à la figure 8, il est possible de ménager une fenêtre de transparence T, par exemple entre les colonnes Yg, Y7 et entre les lignes X2, X5 en commandant en absorption les réseaux alimentés verticalement entre les colonnes Y1 et Y5 et Y7, YN du panneau correspondant et de meme en absorption les réseaux alimentés horizontalement entre x5 N les lignes X1, X2 et , XN de l'autre panneau. Bien entendu, il est facile de faire varier à volonté les plages balayées. Si désiré, il est également possible en bloquant certains des fils diodes de rendre les régions correspondantes des panneaux réflectrices au lieu de les rendre absorbantes. Dans ce cas, il suffit, comme indiqué schématiquement par les double signes+,- aux figures 1 et 2 d'inverser le sens des alimentations sur les plages concernées. On constate effectivement qu'avec une telle commande en inverse des diodes, les plages concernées deviennent réflectrices . On notera à ce propos que tout ce qui a été dit sur la possibilité de déplacer les plages absorbantes est valable pour le déplacement de plages réflectrices.La commande en réflexion peut être intéressante notamment à bord d'un aéronef qui voudra se rendre visible dans une certaine zone de l'espace par réflexion et se débarrasser d'effets de brouillage ou parasites en absorption dans une autre direction, tout en conservant la possibilité d'émettre et de recevoir dans une troisième direction. A titre d'exemple, on décrira ci-après la réalisation pratique d'un dispositif comportant un panneau constitué de deux jeux de deux réseaux associés situés l'un derrière l'autre permettant la mise en oeuvre des perfectionnements de l'invention. Exemple. On constitue comme illustré à la figure 2 un réseau maillé qui aura une largeur de mailles 2/2 égale à 5 cm (correspondant à la bande de fréquence S à 3000 MHZ). Les pastilles déposées selon la technique des circuits imprimés sont reliés par des fils ayant une largeur d'environ 0,5 mm. 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. Le panneau global associe deux tels réseaux placés l'un derrière l'autre à la distance A/4 soit 2,5 cm en espace libre dans l'exemple choisi. En pratique, les réseaux seront appliqués sur chaque face d'une plaque support en matériau plastique approprié dont l'épaisseur déterminant l'écartement des réseaux sera choisie de façon qu'en tenant compte de son indice électromagnétique on ait l'espacement équivalent recherché égal à 1/4. Dans de telles conditions, pour une bande d'utilisation de 2 900 à 3 100 MHZ, le panneau pourra présenter trois états - Etat nO 1 : les réseaux étant alimentés en courants voisins de la saturation I1 = I2 = 20mA, il est passif et laisse passer plus de 99% de l'énergie des ondes électromagnétiques qui le traverse et sans induire aucune déformation de ces ondes. - Etat nO 2 : les réseaux étant traversés par des courants conjugués I1 = 200 microampères et I2 = 800 microampères, le panneau est actif présentant une atténuation supérieure à 25dB, absorbant plus de 99% de la puissance des ondes électromagnétiques qui le traversent. - Etat nO 3 : les fils diodes étant alimentés en sens inverse, les diodes sont bloquées et le panneau est réfléchissant. Comme mentionné ci-dessus, le panneau peut être divisé en tranches dans la direction Y présentant des états différents, par exemple absorbants, transparents, et réflecteurs. Si l'on utilise deux tels panneaux superposés situés l'un derrière l'autre par exemple à une distance J = 10 cm, en super- posant ces panneaux comme décrit en relation avec la figure 5, il est alors possible d'avoir une division de commande en tranches des panneaux soit dans la direction d'axe X, soit dans la direction Y. A la figure 9, on a montré schématiquement la commande par un dispositif d'alimentation électronique approprié 4 d'un panneau constitué de deux réseaux associés conjugués tels que décrits à la figure 2 placés l'un derrière l'autre à une distance r/4. Bien entendu, chaque réseau peut être alimenté en courants I1, I2 différents selon les tranches verticales considérées comme décrit précédemment. REVENDICATIONS 1. Panneau atténuateur spatial hyperfréquence commandé électriquement susceptible de laisser passer les ondes électromagnétiques émises ou reçues qui le traversent sans atténuation ni déformation importantes lorsqu'il est dans un premier état électrique, et de les bloquer et absorber sensiblement totalement lorsqu'il est dans un second état électrique, ledit panneau étant du type décrit au brevet principal, c'est-à-dire comprenant au moins un réseau de rangées de fils ou tronçons de fils conducteurs parallèles tendus sensiblement parallèlement au vecteur champ électrique (E) desdites ondes, lesdits fils étant interrompus de distance en distance par des éléments de résistance contrôlables, variables tels en particulier que des diodes, ledit panneau comportant au moins deux réseaux de fils précités disposés l'un derrière l'autre à une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde des ondes électromagnétiques que l'on veut absorber ou laisser passer, et lesdits réseaux étant reliés à au moins un commutateur qui induit au moins lorsque le panneau est absorbant des courants électriques (I1, I2:: conjugués dont la valeur est déterminée selon une relation définie d'un réseau à l'autre, la valeur de cette relation étant fonction des caractéristiques de construction du panneau, ledit panneau étant caractérisé en ce que chaque réseau est décomposé en deux sous-réseaux et à chaque sous-réseau de fils dirigés selon une direction générale (X) est associé un sous-réseau de fils conjugués dirigés selon une direction transversale (Y). 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les directions (X et Y) sont sensiblement orthogonales. 3. Panneau selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le pas des réseaux de fils est sensiblement égal à /2, étant la longueur d'onde des ondes électromagnétiques sur lesquelles on agit. 4. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'on veut appliquer les deux sousréseaux croisés de fils sur une même face d'une plaque support, on donne aux trajets des fils porteurs de diodes des chemins sinueux reliant tous les noeuds des mailles quadrillées du réseau et l'on prévoit en chaque noeud deux plaquettes conductrices (Psw Pi) séparées servant à réunir chacune deux seulement tronçons de fils aboutissant à ce noeud. 5. Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites plaquettes se présentent sous la forme de pastilles, par exemple annulaires ou en forme de croix séparées en deux moitiés symétriques et de surface réduite de façon à conserver pour les réseaux un aspect général de grilles ajourées. 6. Panneau selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les sous-réseaux orthogonaux conjugués sont formés sur des surfaces à courbure sensiblement continue, par exemple d'un radome aéroporté. 7. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sous-réseaux de fils dirigés de façon générale selon une direction (X) ou une direction (Y) sont alimentés séparément ou par groupes de nombre restreint de fils. 8. Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation des sous-réseaux est faite selon des tranches séparées généralement parallèles, soit à la direction X, soit à la direction Y. 9. Procédé d'utilisation de panneau selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise deux panneaux précités disposés l'un derrière l'autre et commandés de façon différente pour obtenir des tranches ou fenêtres variables désirées d'absorption, transparence ou réflexion. 10. Procédé d'utilisation d'un panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande en transparence ou en absorption localement les tranches de panneaux qu'on veut activer ou non selon les conditions d'utilisation. 11. Procédé d'utilisation d'un panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande en réflexion par alimentation en inverse des fils des réseaux, en transparence ou en absorption localement les tranches de panneaux que l'on veut activer ou non en absorption ou en réflexion selon les conditions d'utilisation.