Brevet FR2881532A1 — publié le 20060804

PROCEDE DE MISE EN UVRE D'UN ENSEMBLE RAYONNANT DE PUISSANCE AYANT UNE PORTEE KILOMETRIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de mise en uvre d'un ensemble rayonnant capable de déposer des puissances électromac;netiques significatives avec une portée kilométrique o; supérieure. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le domaine des ensembles rayonnants de puissance ayant une portée kilométrique ou supérieure, le radar est un système de détection et de positionnement à distance fondé sur l'émission d'un faisceau hertzien et le traitement de son écho. Il permet de déterminer la position d'un objet dans l'espace, sa taille, sa forme, ainsi que sa vitesse et sa direction. Une antenne radar doit avoir une directivité élevée pour pouvoir concentrer l'énergie en envoyant un faisceau étroit lui permettant d'augmenter la portée. La largeur d'un faisceau radar étant proportionnelle à la longueur d'onde du rayonnement, et inversement proportionnelle à la largeur de l'antenne, celui-ci peut fonctionner en ondes centimétriques. En faisant tourner l'antenne, et donc le faisceau radar, on peut balayer l'espace. La forme la plus simple de balayage est obtenue par la rotation lente et continue de l'antenne. Les radars au sol, utilisés pour détecter les avions, comportent souvent deux radars, l'un réalisant un balayage horizontal pour détecter un avion et déterminer son azimut, l'autre réalisant un balayage vertical, dès qu'un avion a été signalé, pour en déterminer l'altitude. Les antennes radar peuvent être disposées en réseaux, avec pointage et synchronisation par ordinateur. De tels ensembles rayonnants de signaux électromagnétiques ont pour objectif de transmettre des signaux le plus loin possible en travaillant en champ dit lointain , mais ils génèrent toujours des signaux faibles sur les objets qu'ils illuminent, qui décroissent comme le carré de la distance radar-cible. L'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un ensemble rayonnant de grande dimension, à partir de technique utilisées habituellement dans le domaine radar. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un ensemble rayonnant d'ondes électromagnétiques de quelques GHz, de puissance émise supérieure à 100 MW, ayant une portée kilométrique ou supérieure, caractérisé en ce que, l'ensemble rayonnant étant de grandes dimensions, par exemple de surface d'émission supérieure à 5 m2: - on réalise un guidage de ces ondes dans 30 un cylindre s'appuyant sur ledit ensemble, - on illumine une cible dans une zone de champ proche telle que la distance R entre l'ensemble rayonnant et la cible est donnée par la relation: R Dans un premier mode de réalisation 10 l'ensemble rayonnant comprend une source associée à un réflecteur. Dans un second mode de réalisation l'ensemble rayonnant comprend un réseau de sources. Le procédé de l'invention permet d'obtenir des faisceaux électromagnétiques intenses, guidés qui ne s'atténuent pas lorsque l'on s'éloigne de l'ensemble rayonnant, alors que cette atténuation est systématique dans les radars. Le procédé de l'invention peut être utilisé notamment dans le domaine des systèmes d'arme MFP (c'est-à-dire Microondes à Forte Puissance , HPM en anglais), qui font partie des systèmes d'armes classés dans la catégorie AED ( Armes à Energie Dirigée ). BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les figures 1 et 2 illustrent deux modes de réalisation du procédé de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un ensemble rayonnant d'ondes électromagnétiques de quelques GHz, de puissance supérieure à 100 MW, ayant une portée kilométrique, ou supérieure, dans lequel, l'ensemble rayonnant étant de grandes dimensions (par exemple de surface supérieure à 5 m2), - on réalise un guidage de ces ondes dans un cylindre s'appuyant sur ledit ensemble, - on illumine une cible dans une zone de champ proche telle que la distance R entre cet ensemble rayonnant et la cible est donnée par la relation: R Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, cet ensemble rayonnant est constitué d'une source 10, et d'un réflecteur 11. Le faisceau 12 d'ondes électromagnétiques émis par la source 10 est réfléchi par la surface 13 du réflecteur 11. La partie réfléchie de ce faisceau comprend successivement. - une zone tubulaire sans atténuation 14, - une zone divergente avec atténuation 15. Dans un second mode de réalisation illustré sur la figure 2, cet ensemble rayonnant est constitué d'un réseau 20 de sources 21 émettant un faisceau d'ondes électromagnétiques qui comprend successivement: - une zone tubulaire sans atténuation 22, - une zone divergente avec atténuation 23. En effet le développement de certains systèmes rayonnants de puissance, tels que des systèmes de défense contre des objets (drones, missiles) attaquant un site ou une cible (par exemple un bateau), implique de déposer une densité d'énergie hyperfréquence significative sur un objet situé à grande distance de l'ensemble rayonnant. Elle décroît comme le carré de la distance. Il est donc très difficile, voire impossible, de déposer des densités de puissance (fluences) significatives à grande distance, puisque l'ensemble rayonnant est limité en puissance. Le calcul de cette densité est obtenu en utilisant l'équation du radar qui tient compte: É de la puissance émise P (limitée par la 20 technologie des sources d'émission), É de la surface S de l'ensemble rayonnant (S = n.D2/4 dans le cas d'une antenne ayant la forme d'un disque de diamètre D), É de la longueur d'onde X du signal émis, É de la distance R antenne-cible. Elle s'exprime par la formule ci-après: P.SÉ 1 22 R2 Son domaine de validité suppose R > 2D2/X,. (zone dite de champ lointain ). Or, lorsque la taille de l'ensemble rayonnant devient très grande devant la longueur d'onde (D 2) il existe un autre mode de propagation, dans la zone de champ proche correspondant à des distances R La densité de puissance vaut alors: d) = S. Entre ces deux zones de champ proche et de champ lointain, la puissance fluctue. Dans un exemple d'application numérique on considère une puissance émise P telle que: P = 1 GW = 109 W. On obtient le tableau suivant: Paramètre du système A= D2/2X Fluence en B = 2D2/X Fluence en rayonnant (taille de (limite champ kW/cm2 à la (début kW/cm2 à la l'antenne, fréquence proche) distance A champ distance B d'émission) lointain) D = 3 m b S- 8 m2 150 m 11 600 m 2.3 = 3 cm (fréquence 9GHZ) D = 10 m S - 90 m2 1 660 m 1 6 660 m 0.25 = 3 cm (fréquence 9GHZ) D = 3 m b S- 8 m2 45 m 1 180 m 2.5 = 10 cm (fréquence 3GHZ) D = 10 m b S - 90 m2 500 m 11 2 000 m 0.2 = 10 cm (fréquence 3GHZ) Comme le montre le tableau ci-dessus, il est donc possible d'atteindre des fluences d) très importantes, et supérieures à 1KW/cm2 à des distances de l'ordre du kilomètre avec des antennes de taille acceptable dès lors que la fréquence dépasse 3 GHz. Ces fluences sont celles qui sont habituellement demandées pour détruire des composants électroniques, ou au moins perturber leur mission. Dans le procédé de l'invention, l'ensemble rayonnant est de grandes dimensions, tout en restant de taille raisonnable: antenne de quelques mètres de diamètre, pour des fréquences de quelques GHz. Les puissances émises sont comprises entre la centaine de mégawatts (accessible actuellement avec des sources du commerce) jusqu'à plusieurs dizaines de gigawatts. L'ensemble rayonnant peut comporter une source unique associée à un réflecteur, soit des sources multiples sous forme de réseaux, soit une combinaison des deux, afin de créer une surface rayonnante de grande dimension: Le fonctionnement d'un tel ensemble rayonnant en champ proche peut être obtenu par l'emploi de tout type de surfaces rayonnantes de grandes dimensions, en particulier: É de réseaux d'antennes constitués d'un ensemble discret de sources de petites tailles réparties spatialement sur une surface. Dans ce cas, la surface rayonnante est égale à la surface totale du réseau, É de réflecteurs fixes (la taille est alors limitée par des contraintes mécaniques et de déploiement), É de réflecteurs déployables. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un ensemble rayonnant d'ondes électromagnétiques de quelques GHz, de puissance émise supérieure à 100 MW, ayant une portée kilométrique ou supérieure, caractérisé en ce que, l'ensemble rayonnant (10, 11) étant de grandes dimensions. - on réalise un guidage de ces ondes dans un cylindre (14) s'appuyant sur ledit ensemble, - on illumine une cible dans une zone de champ proche telle que la distance R entre l'ensemble rayonnant et la cible est donnée par la relation: R 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble rayonnant comprend une source (10) associée à un réflecteur (11). 3. Procédé selon la revendication 1, dans 25 lequel l'ensemble rayonnant comprend un réseau (20) de sources (21). 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface d'émission de l'ensemble rayonnant 30 est supérieure à 5 m2.