Brevet FR2858467A1 — publié le 20050204

i La présente invention concerne une structure d'antenne pouvant fonctionnant à haute fréquence, constituée de plots de céramique piézoélectrique regroupés en sous-ensembles formant des capteurs indépendants. Les plots sont noyés dans une matrice de remplissage 5 diélectrique qui confère à l'antenne une bonne tenue mécanique et des propriétés acoustiques avantageuses en terme de découplage. Cette antenne peut notamment être utilisée dans les sonars à haute fréquence, de type sonar de mines. Pour réaliser une antenne sonar à autre fréquence on peut de manière connue utiliser des céramiques piézoélectriques parallélépipédiques formant des plots régulièrement répartis sur une plaque. La figure 1 présente un tel arrangement. Sur cette figure on peut voir figurer un ensemble de plots 10 de céramique piézoélectrique, montés sur une plaque arrière 11. Ces plots 15 peuvent être regroupés en sous-ensembles encore appelés capteurs. Dans un tel montage tous les plots du capteur sont connectés entre eux par leur face supérieure 12 et mis en contact par leur face arrière avec la plaque 1 1. Les faces avant et arrière des plots sont métallisées. Le contact peut par exemple être réalisé au moyen du dépôt d'une couche de métallisation sur la 20 face 13 de la plaque arrière 11 en contact avec les plots 10. On obtient ainsi un arrangement tel qu'illustré par la figure 2. L'antenne ainsi réalisée se présente comme un ensemble de plots 10 régulièrement répartis sur la plaque arrière 11 et regroupés en capteurs 20. La face de la plaque arrière 1 1 en contact avec les plots présente une alternance d'éléments de surfaces 25 métallisées 21 séparées les unes des autres par des bandes non métallisées 22. Chaque surface métallisée est positionnée sous un groupe de plots formant un même capteur, les bandes non métallisées permettant d'isoler électriquement les capteurs les uns des autres. L'association des différents plots en capteurs permet de réaliser une antenne 30 capable de former plusieurs voies d'émission / réception. Dans le cas d'une émission acoustique en haute fréquence, typiquement entre 100kHz et quelques MHz, les plots formant l'antenne sont de dimensions réduites. La tenue mécanique de l'antenne constituée par les plots et la plaque arrière est réalisée, de manière connue, en remplissant les 35 espaces entre plots avec un matériau diélectrique rigide encore appelé matrice. On obtient de cette façon une structure communément appelée composite 1-3. La structure ainsi réalisée est complétée par la mise en place sur les faces supérieures 12 de couches d'adaptation et d'une membrane d'étanchéité. La 5 face avant ainsi réalisée constitue la face de l'antenne en contact avec le milieu de propagation, par exemple le milieu marin. L'utilisation de couches d'adaptation est notamment décrite dans la demande de brevet français 94 08474 déposée par la demanderesse et publiée le 12.01.96 sous le numéro 2 722 358. La matrice de remplissage utilisée est communément réalisée à base de polyuréthane ou de résine époxyde, ces deux matériaux présentant des avantages et des inconvénients. Les composites 1-3 à base d'époxyde ont pour avantage de posséder un coefficient hydrostatique dh élevé, pouvant atteindre par exemple quelques 15 centaines de picocoulombs par newton. Un tel coefficient hydrostatique permet notamment d'obtenir un coefficient de transformation mécanique électrique Les composites 1-3 à base d'époxyde présente également 25 l'avantage de ne se dilater que faiblement en fonction des variations de température et de posséder une bonne adhérence sur la céramique ce qui évite l'emploi de préparations spécifiques destinées à assurer l'adhérence de la matrice aux plots. En revanche, les composites 1-3 à base d'époxyde ont de médiocres 30 propriétés de découplage acoustique et l'utilisation de matrice époxydes induit des phénomènes de diaphonie acoustique entre les capteurs qui réduisent notablement la qualité des voies formées. Les composites 1-3 à base de polyuréthane ont quant à eux une 35 bonne qualité de découplage acoustique et permettent ainsi un découplage satisfaisant des voies formées. En revanche, le polyuréthane possède un coefficient hydrostatique moindre que celui de I'époxyde, de l'ordre de quelques dizaines de picocoulombs par newton, et donc un coefficient D plus faible. En outre, la faible rigidité du polyuréthane ainsi que son comportement 5 en température en font un matériau peu adapté à la réalisation d'une antenne ayant une rigidité satisfaisante et présentant une bonne insensibilité aux variations de température. Le dispositif selon l'invention a pour but d'obtenir une antenne sonar ayant 10 des propriétés acoustiques satisfaisantes et une bonne tenue mécanique. A cet effet il consiste en une antenne sonar comportant des plots de céramique piézoélectrique groupés en capteurs et inclus dans une matrice constituée de résine époxyde. Cette matrice peut être également constituée de tout autre matériau ayant des propriétés piézoélectriques, mécaniques et thermiques 15 équivalentes. Cette antenne a pour caractéristique de comporter des éléments intercalaires, de préférence en polyuréthane qui isolent les capteurs les uns des autres et réalisent ainsi un bon découplage entre capteurs. Ces lames peuvent également être réalisées en tout autre matériau capable de réaliser un bon découplage acoustique. L'antenne selon l'invention présente l'avantage de posséder les caractéristiques d'une antenne à matrice époxyde tout en possédant des caractéristiques de découplage que permet d'obtenir une matrice en polyuréthane. Elle présente également pour avantage d'être aussi simple à réaliser qu'une antenne classique à matrice époxyde. 25 Le principe de réalisation d'une antenne selon l'invention est décrit dans la suite du document avec le soutien des figures 3 à 5 qui représentent: - La figure 3, une vue en perspective représentant un élément 30 intercalaire du type de ceux que comporte l'antenne selon l'invention, - La figure 4, une vue schématique en coupe de l'antenne selon l'invention à trois étapes de sa fabrication, - La figure 5, une vue similaire à la figure 2 représentant de 35 manière schématique l'aspect de l'antenne selon l'invention en vue de dessus. Afin de bénéficier des qualités de découplage acoustique offertes par le polyuréthane l'antenne selon l'invention comporte des éléments intercalaires. Ces éléments se présentent comme le montre la figure 3, sous la forme de lames parallélépipédiques 30 en matériau polyuréthane. L'épaisseur des lames est déterminée de façon à obtenir le découplage optimal à la fréquence utilisée, sans altérer les caractéristiques liées à la matrice époxyde. Les lames peuvent par exemple être réalisées par moulage d'une fine plaque dans laquelle les lames intercalaires sont ensuite découpées. 10 Les lames intercalaires sont intégrées à la structure de l'antenne selon l'invention, lors de sa réalisation. La figure 4 illustre les trois étapes de réalisation de l'antenne. La figure 4-a illustre la première étape consistant à répandre de la résine 15 époxyde dans les espaces situés entre les plots sur une épaisseur sensiblement égale à 20% de la hauteur des plots. La couche de résine 40 ainsi déversée se répand à la surface de la plaque arrière 11. La figure 4-b illustre la deuxième étape qui consiste à isoler les capteurs les uns des autres en insérant les lames de polyuréthane 30 dans la résine 20 époxyde non réticulée. Les lames peuvent être par exemple insérées de façon manuelle. Les lames sont positionnées sensiblement en regard des bandes non métallisées 22, représentées sur la figure 2. La figure 4-c illustre la dernière étape de réalisation. Cette étape consiste à répandre de nouveau de la résine époxyde dans les espaces situés entre les 25 plots de façon à former une couche de résine 41 dont l'épaisseur est sensiblement égale à la hauteur des plots 10. La résine est ensuite durcie par des procédés connus comportant par exemple des opérations de réticulations à température ambiante et de post réticulation à chaud, suivies d'opération de polissage et de métallisation. 30 On obtient ainsi une antenne selon l'invention dont une représentation schématique en vue de dessus est donnée par la figure 5. Sur cette figure on peut distinguer une structure comportant une plaque arrière 11 et un ensemble de plots en céramique piézoélectrique 10, regroupés 35 électriquement en sous-ensembles définissant des capteurs 21. La surface de la plaque 11 en contact avec les plots présente une alternance d'éléments de surfaces métallisées 21 séparées les unes des autres par des bandes non métallisées 22. La structure de l'antenne comporte également des lames intercalaires 30 qui constituent des séparations entre les différents groupes de plots. Comme on peut le constater sur la figure 5 la structure de l'antenne selon l'invention offre l'avantage de ne pas présenter de difficulté dans sa réalisation tout en fournissant des performances sensiblement meilleures que celle d'une structure classique telle que celle illustrée par la figure 2. Afin de valider ce type de structure, des mesures ont été réalisées par la l0 déposante sur une antenne d'une surface de 132 mm2 (6 mm x 22 mm), de 5 mm d'épaisseur et comportant des plots groupés en cinq capteurs. Ces mesures ont montré qu'une telle antenne selon l'invention comportant des lames intercalaires en polyuréthane de 0.85 mm d'épaisseur, présente une diaphonie entre voies réduite d'environ 15 dB par rapport à une antenne 15 classique, ne comportant notamment pas de lames intercalaires. Cette antenne présente par ailleurs des caractéristiques mécaniques et piézoélectriques similaire. REVENDICATIONS 1. Antenne sonar HF comportant au moins un ensemble de plots en céramique piézoélectrique disposés sur une plaque arrière, ces plots étant réunis par groupes pour former des capteurs indépendants, l'espace situé entre les plots étant rempli d'une 5 matrice époxyde, caractérisée en ce qu'elle comporte des lames intercalaires intégrées à la matrice, ces cloisons étant réalisées dans un matériau à fort découplage acoustique et réalisant des séparations entre les différents capteurs 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lames intercalaires sont réalisées par découpe dans une même plaque de matériau. 3. Antenne sonar selon l'une des revendications 1 ou 2, 15 caractérisée en ce que les lames intercalaires sont réalisées en polyuréthane. 4. Procédé de réalisation d'une antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 20 comporte au moins: - une première étape de remplissage de l'espace situé entre les plots avec un résine époxyde, sur une épaisseur sensiblement égale à 20% de la hauteur des plots, - une étape d'insertion des lames intercalaires dans la résine époxyde, les lames étant positionnées de façon à séparer les capteurs les uns des autres, - une deuxième étape de remplissage de l'espace situé entre les plots avec la résine époxyde, de façon à remplir cet espace sur 30 une épaisseur sensiblement égale à la hauteur des plots.