Brevet FR2890242A1 — publié le 20070302

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROTECTION D'EQUIPEMENTS ELF,CTRONIQUES, NOTAMMENT D'ANTENNES, CONTRE LES RAYONNEMENTS HYPERFREQUENCES DE GRANDE PUISSANCE La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de protection d'équipements électroniques contre les rayonnements hyperfréquences de grande puissance, notamment applicable à la protection d'une antenne radar. Dans le cadre de la guerre électronique, on sait qu'il existe des émetteurs hyperfréquences de très grande puissance, conçus pour détruire des équipements électroniques tels que des antennes radar: en effet, les antennes, notamment à balayage électronique, comportent des éléments sensibles comme diodes ou transistors qui sont détruits si on applique è leurs bornes une puissance suffisante. La présente invention a pour objet une protection d'un tel équipement qui permette d'arrêter les rayonnements de grande puissance tout en autorisant la transmission de rayonnements de plus bas niveau, typiquement dans le cas d'une antenne les émissions et réceptions normales de cette antenne. Plus précisément, l'invention consiste à placer devant l'équipement à protéger un dispositif du type radôme, comportant au moins un réseau hyperfréquence, le réseau comportant deux plans conducteurs sensiblement parallèles, sur chacun desquels sont ménagées des fentes formant de préférence une courbe fermée; la géométrie et la disposition du réseau sont telles que le fonctionnement du dispositif soit différent selon le niveau de la puissance incidente: 30 - à bas niveau de puissance, le dispositif est sensiblement transparent dans la bande de fréquence de fonctionnement de l'équipement à protéger, ne perturbant ainsi pas son fonctionnement normal; - à haut niveau de puissance, le dispositif réfléchit le rayonnement reçu, par formation d'un arc court-circuitant les fentes; il assure ainsi la protection de l'équipement qu'il abrite. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexés qui représentent: - la figure 1, une vue schématique et fractionnaire d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention 15 comportant un réseau hyperfréquence; - la figure 2, une vue schématique et fractionnaire d'un mode de réalisation d'un plan à fentes utilisé dans le dispositif selon l'invention; - les figures 3a à 3e, différents modes de réalisation 20 pour les fentes utilisées dans le plan de la figure précédente; - les figures 4 et 5, deux schémas illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention; - la figure 6, un exemple d'application du dispositif selon l'invention à la protection d'une antenne. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. La figure 1 représente donc un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif se compose de deux plans conducteurs à fentes 1 et 2, sensiblement parallèles, constitués par exemple chacun par une feuille 11 de matériau diélectrique métallisé sur l'une de ses faces. Ces deux plans 1 et 2 sont maintenus à une distance prédéfinie l'un de l'autre, à l'aide par exemple d'une structure isolante 3 du type nids d'abeilles; la structure en nids d'abeilles est de préférence ajourée (ouvertures 30). La distance séparant les plans 1 et 2 est de préférence de l'ordre du quart de la longueur d'onde moyenne d'utilisation de l'équipement électronique protégé par le dispositif selon l'invention. Chacun des plans conducteurs porte, comme il est visible sur la figure pour le plan 1, des fentes F formant de préférence une courbe fermée et admettant de préférence deux axes de symétrie orthogonaux dans le plan 1, afin de présenter un comportement indépendant de la polarisation de l'onde incidente. Les fentes F sont par exemple en forme d'anneaux, représentés pour simplifier sur la figure 1 par un trait unique. La surface 13 contenue à l'intérieur des anneaux F est de la sorte également conductrice. Les fentes sont sensiblement identiques; le périmètre moyen de chaque fente est fonction de la fréquence de fonctionnement de l'équipement à protéger; la largeur de chaque fente est déterminée en fonction de la bande passante recherchée. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est caractérisé par l'existence de deux régimes distincts. Dans un premier régime, lorsque l'énergie incidente est suffisante, c'està-dire supérieure à un certain seuil prédéfini (typiquement, donnant lieu à une différence de potentiel entre les deux lèvres de chaque fente de l'ordre de quelques centaines de Volts), il se produit au niveau de chaque 25 fente un arc électrique ayant pour effet de court-circuiter la fente. Le dispositif apparaît alors comme une surface conductrice continue, donc réfléchissante. Une énergie incidente de très grande puissance se trouve ainsi réfléchie, sans pouvoir atteindre l'équipement électronique protégé. Dans un second régime, correspondant à un fonctionnement normal de l'équipement, à niveau d'énergie beaucoup plus bas, la géométrie et la position des éléments constituant le dispositif selon l'invention sont telles que celui-ci est sensiblement transparent, au moins dans la bande de fréquence de travail de l'équipement protégé, c'est-à-dire, en 15 20 d'autres termes, que le dispositif de protection est adapté dans la bande de fréquence considérée. Plus précisément, comme mentionné ci-dessus, le périmètre des fentes, leur largeur et l'épaisseur du réseau, notamment, sont déterminés pour que le réseau soit adapté dans la bande de fréquence concernée, et ce en dessous d'un certain seuil de densité de puissance au-dessus duquel on passe dans le premier régime de fonctionnement décrit plus haut. La figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement d'un dispositif tel que celui représenté figure 1. Sur ce schéma, on a représenté la variation du coefficient de transmission du dispositif en fonction de la fréquence de l'onde qui le traverse, typiquement la fréquence de fonctionnement de l'antenne dont il forme le radôme. Il apparaît que, pour une bande de fréquence F1-F2, qui est la bande de fréquence de fonctionnement de l'équipement protégé, le coefficient de transmission est supérieur à o,95 c'est-à-dire que 95% de l'énergie émise ou reçue traverse le radôme sans déformation notable et, ceci, quelle que soit la direction de la polarisation de l'onde du fait de la symétrie des réseaux utilisés. La figure 3 est un autre schéma illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 1. Ce schéma illustre (courbe 20) un exemple d'évolution de la puissance transmise (P,I,) par le dispositif selon l'invention en fonction de la puissance incidente (PI), les deux puissances étant exprimées en dB. m. On a représenté également, à titre de référence, une droite illustrant l'égalité PI = PZ, en l'absence du dispositif selon l'invention. La figure 4 représente un mode de disposition des fentes utilisées dans les réseaux de la figure précédente. Sur cette figure, on retrouve les fentes F, vues dans le plan du plan conducteur 1. Elles forment par exemple un anneau, illustré par un trait unique. Les fentes sont ordonnées en lignes et colonnes obliques de sorte à occuper les sommets de triangles équilatéraux. Le pas p des fentes est de préférence inférieur à la demi-longueur d'onde de fonctionnement de l'équipement qu'il protège, afin de minimiser la formation de lobes de réseau. Les figures 5a à 5e représentent différentes modes de réalisation des fentes F formées dans les plans conducteurs décrits précédemment. Sur ces figures, pour la clarté du dessin, les zones métallisées sont hachurées et les zones en matériau diélectrique, pointillées. Sur la figure 5a, on a représenté, vues dans le plan conducteur 1, des fentes F en forme d'anneaux circulaires, obtenues par exemple par gravure de la couche conductrice et laissant donc apparaître le diélectrique 11 qui supporte la métallisation 1. La figure 5b représente une variante de la figure précédente, dans laquelle les fentes F sont toujours en forme d'anneaux mais elles sont partiellement évidées (zones 14) ne laissant subsister que quelques languettes de diélectrique, repérées 15, par exemple quatre languettes disposées symétriquement. Cette variante permet de faire varier la capacité introduite par la fente, par remplacement (partiel) du matériau 11 par de l'air, et par suite la bande passante du dispositif. La figure Sc représente une autre variante de réalisation dans laquelle les fentes forment toujours une courbe fermée mais sont ici en forme de carrés, repérés 16. Il est à noter que cette forme admet également deux axes de symétrie orthogonaux dans le plan 1. La figure 5d représente une autre variante de mode de réalisation de la figure 3a, dans lequel le cercle extérieur (16) formant la fente F présente des pointes 17 telles que la largeur de la fente soit ponctuellement très rétrécie; la fente présente par exemple quatre pointes, disposées de préférence symétriquement. Ces réductions de largeur ont pour effet de réduire la tension qu'il est nécessaire d'appliquer aux bornes de la fente afin d'obtenir un arc. La figure 5e représente une autre variante de la figure 3a, dans laquelle on réalise une polarisation des fentes. A cet effet, la partie intérieure 13 de chacune des fentes F est portée à un potentiel différent de la surface conductrice 1, ce qui est symbolisé sur la figure par un générateur de tension 18 dont une borne est reliée au plan 1 et l'autre borne aux parties intérieures 13 des différentes fentes. Une telle disposition a pour effet de diminuer la tension seuil au-dessus de laquelle se produit un arc et, donc, au-dessus de laquelle le dispositif devient réfléchissant. Pour obtenir le même résultat, une autre solution (non représentée) consiste à séparer les deux plans conducteurs à fentes (1 et 2, figure 1) par une structure comportant un gaz ionisable. La figure 6 représente un exemple d'application du dispositif selon l'invention à la protection d'une antenne radar. Sur cette figure, on a schématisé une antenne A émettant ou recevant un faisceau 50. Devant cette antenne est placé le dispositif selon l'invention, formant un radôme R. En fonctionnement normal de l'antenne, en émission ou 25 réception, et dans la bande de fréquence de l'antenne, le radôme est sensiblement transparent au rayonnement reçu, l'énergie de celui-ci étant insuffisante pour que soient court-circuitées les fentes réalisées sur le radôme. Par contre, lorsque le rayonnement reçu est de très grande énergie, ainsi qu'il a été expliqué, les fentes sont court-circuitées par l'arc produit par l'énergie incidente et le radôme apparaît comme une surface continue qui réfléchit le rayonnement incident, comme illustré par les flèches 51, ne lui permettant ainsi pas d'atteindre l'antenne A. 15 20 A titre d'exemple, un panneau diélectrique métallisé comportant des anneaux gravés de 0,4 mm de large et 9 mm de diamètre a été illuminé par une onde hyperfréquence de 10 GHz et une densité de puissance crête incidente de 0, 23 GWatt/m2. La densité de puissance crête mesurée, transmise à travers le dispositif, a été de 1 MW/m2, soit une atténuation de 23 dB. La description faite ci-dessus l'a été bien entendu à titre d'exemple non limitatif. C'est ainsi notamment que le dispositif selon l'invention peut comporter plus d'un réseau, les réseaux étant sensiblement parallèles entre eux, leur multiplication ayant notamment pour but d'améliorer l'adaptation dans la bande de fréquence de fonctionnement de l'équipement. C'est ainsi également que la courbe que forme chacune des fentes n'est pas nécessairement une courbe fermée, ou que les fentes ne sont pas nécessairement disposées selon un maillage régulier, ou encore que les plans à fentes ne présentent pas nécessairement une géométrie identique entre eux, le critère restant que le ou les réseaux disposés devant l'équipement à 20 protéger soient adaptés dans la bande de fréquence de fonctionnement de cet équipement. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention est susceptible d'être utilisé cumulativement avec d'autres dispositifs de protection, par exemple celui qui est décrit dans la demande de brevet français n 83. 07580. 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un équipement électronique contre un rayonnement hyperfréquence de grande puissance, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un réseau hyperfréquence, le réseau comportant deux plans conducteurs sensiblement parallèles, des fentes étant ménagées sur chacun des plans conducteurs, la géométrie et la disposition du réseau étant telles que: - en présence d'un bas niveau de puissance, le dispositif est sensiblement adapté donc transparent dans la bande de fréquence de fonctionnement de l'équipement, ne perturbant ainsi pas son fonctionnement normal; - en présence d'un haut niveau de puissance, le dispositif réfléchit le rayonnement reçu, par formation d'un arc électrique court-circuitant les fentes, assurant ainsi la protection de l'équipement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fentes forment une courbe fermée. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la géométrie des fentes admet deux axes de symétrie orthogonaux situés dans le plan conducteur. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fentes sont en forme d'anneaux. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fentes sont disposées de sorte à occuper les sommets de triangles équilatéraux. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fentes présentent des zones de largeur rétrécie. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fentes sont polarisées. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réseau comporte deux feuilles de matériau diélectrique, métallisées sur l'une de leurs faces pour former respectivement les deux plans conducteurs, les deux feuilles étant maintenues sensiblement parallèles à l'aide d'une structure isolante. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les fentes sont obtenues par gravure des faces métallisées. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la structure isolante est une structure en nids d'abeilles ajourée. 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la structure contient un gaz ionisable. 12. Procédé de protection d'un équipement électronique contre un rayonnement hyperfréquence de grande puissance, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer devant l'équipement un dispositif comportant au moins un réseau hyperfréquence, le réseau comportant deux plans conducteurs 20 sensiblement parallèles, chacun des plans comportant des fentes, le dispositif étant ainsi construit que: - en présence d'un bas niveau de puissance, le dispositif est sensiblement adapté et, par suite, transparent dans la bande de fréquence de fonctionnement de l'équipement, ne perturbant ainsi 25 pas son fonctionnement normal; - en présence d'un haut niveau de puissance, le dispositif réfléchit le rayonnement reçu, par formation d'un arc électrique court-circuitant les fentes, assurant ainsi la protection de l'équipement. 10 15