Brevet FR2939515A1 — publié le 20100611

REFLECTEUR RADAR A SIGNATURE VARIABLE SUR UN LARGE DOMAINE ANGULAIRE ET FREQUENTIEL La présente invention se rapporte à un réflecteur radar à signature variable sur un large domaine angulaire et fréquentiel. Les réflecteurs radar à signature variable sont généralement utilisés en vue soit de perturber le fonctionnement du radar dans le faisceau duquel ils sont disposés, soit de simuler le comportement d'une cible, et ils ont une étendue spectrale relativement large afin de pouvoir simuler différents types de cibles. La lentille de Lüneberg est utilisée principalement en tant que réflecteur classique passif. Les réflecteurs à lentille de Lüneberg sont des réflecteurs radar passifs classiques, constitués d'une lentille de Lüneberg associée à une coupelle sphérique métallique. Des réalisations à surface équivalente radar (SER) variable sont mentionnées dans la documentation de société Luntech, mais elles consistent principalement à faire varier la distance entre la coupelle sphérique et la lentille, ce qui permet de faire varier le niveau de signature. La présente invention a pour objet un réflecteur radar à signature variable sur un large domaine angulaire et fréquentiel qui permette de modifier rapidement (par exemple à une fréquence comprise entre 300 kHz et 1 MHz) la signature du réflecteur. Le réflecteur radar conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une lentille de Lüneberg au voisinage du foyer de laquelle est disposée une structure réflectrice à réflectivité variable. Selon des modes de réalisation de l'invention, la lentille de Lüneberg est soit une sphère, soit une demi-sphère. Selon une caractéristique de l'invention, la structure réflectrice à réflectivité variable comporte un panneau dichroïque actif modulant. Le terme dichroïque est employé par extension du domaine optique au domaine électromagnétique, pour caractériser la nature sélective en fréquence de la structure proposée. Le panneau est constitué d'une surface sélective en fréquence chargée par des composants actifs dans un enrobage spécifique de mousses et de radôme. Ce panneau réflecteur a avantageusement une forme cylindrique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description 5 détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : La figure 1 est, sur sa partie de gauche, une vue schématique en coupe d'un exemple de réalisation d'un panneau dichroïque utilisé en tant que structure réflectrice à réflectivité variable dans le réflecteur radar de l'invention, et sur sa 10 partie de droite une vue simplifiée en plan d'un exemple de feuillet modulateur faisant partie de la structure du panneau, La figure 2 est un ensemble de vues schématiques servant à expliquer le principe de fonctionnement du réflecteur radar conforme à la présente invention, et Les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe et en vue de 15 dessus de deux modes de réalisation du réflecteur radar, à base de lentille hémisphérique, conforme à la présente invention. On a schématiquement représenté sur la partie de gauche de la figure 1 une vue en coupe d'un panneau dichroïque 1 tel qu'utilisé par la présente invention, 20 en combinaison avec une lentille de Lüneberg comme décrit ci-dessous, pour réaliser un réflecteur radar à signature (ou réflectivité) variable. Comme précisé ci-dessus en préambule, les réflecteurs à lentille de Lüneberg sont des réflecteurs radar passifs classiques, constitués d'une lentille de Lüneberg associée à une coupelle sphérique métallique. Selon la présente invention, cette coupelle métallique sphérique 25 métallique est remplacée par un panneau dichroïque permettant une modulation d'amplitude ou de phase suivant la définition du panneau. Le panneau dichroïque 1 est constitué d'une structure à plusieurs couches, qui sont, respectivement : un support 2, par exemple en matériau diélectrique, recouvert sur sa face tournée vers les couches suivantes d'un revêtement 30 métallique 3 faisant office de court-circuit et sur lequel est collée par une couche de colle 4 une couche de mousse alvéolée 5, puis un feuillet actif 6 (représenté de façon simplifiée dans la partie de droite de la figure 1) collé par une couche de colle 7 sur la couche de mousse 5, une couche 8 de mousse collée par une couche de colle 9 sur le feuillet 6, et un radôme 10 collé par une couche de colle 1 l sur la couche de mousse 8. La mousse est alvéolée au droit des composants montés sur le feuillet actif, de manière à dégager l'espace nécessaire à l'encombrement des composants. Le feuillet actif 6 est constitué d'un substrat portant des motifs périodiques métallisés, par exemple, comme schématisé sur la partie de droite de la figure, un réseau cartésien de croix 12. Le substrat de ce feuillet supporte en outre des composants de type diodes PIN pour réaliser la modulation. Cette modulation peut, par exemple, simuler la réflectivité d'un mobile (aéronef, camion,...) ou bien être aléatoirement variable pour tromper le radar interrogateur, ou bien encore elle peut servir à envoyer des messages ou des réponses déterminées d'identification à ce radar. Pour simplifier la description, toutes ces applications sont désignées ici par � réflecteur radar �. La façon d'effectuer cette modulation est évidente pour l'homme du métier à la lecture de la présente description, et ne sera donc pas développée ici. La définition des motifs du feuillet actif 6 du panneau dichroïque doit être adaptée à la lentille et à sa distance focale, pour maximiser les performances. Le choix d'une distance focale non nulle permet d'étendre le secteur angulaire couvert par la lentille de Lunebourg avec un panneau plan (voir aussi figure 2). Le panneau dichroïque, qui remplace la coupelle métallique de forme sphérique, peut simplement être conformé en une forme de type cylindrique, c'est à dire une forme développable 1D, plus facile à réaliser en 1 D. La figure 2 est un ensemble de trois vues montrant schématiquement un exemple de réalisation d'un réflecteur radar 13 conforme à l'invention comportant une lentille sphérique de Lunebourg 14 et un panneau dichroïque 15 en forme de surface cylindrique partielle ayant un angle au centre d'environ 100°. La vue supérieure est une vue de côté selon une direction perpendiculaire à la direction des faisceaux radar incidents (sens et direction de la flèche 16) et réfléchis (sens et direction de la flèche 17), lorsque ce réflecteur est en service, la direction de ces faisceaux étant parallèle à un plan zOy, comme on peut le voir d'après le repère cartésien tracé sur cette vue. La vue inférieure gauche est une vue de dessus de ce réflecteur (vue tracée dans le plan xOy), tandis que la vue inférieure droite est une vue en coupe selon un plan zOy passant par le centre de la lentille 14. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation du réflecteur radar, et que la lentille peut aussi bien être hémisphérique, et que le panneau dichroïque peut avoir d'autres formes telles que celles représentées en figures 3 et 4, ou bien même d'autres formes, par exemple une forme plane ou hyperboloïde dans la limite de la faisabilité technologique accessible, mais il est évident qu'une forme simple (plane ou cylindrique) facilite la réalisation du feuillet actif et simplifie la commande de la modulation de ce feuillet. La condition à respecter pour réaliser ce panneau est qu'il puisse incorporer un feuillet actif du type décrit ci-dessus et que sa forme, associée à la lentille de Lunebourg, permette de renvoyer les faisceaux radar incidents sensiblement dans leur direction d'arrivée. Dans l'exemple illustré en figure 2, la distance D entre la lentille 14 et le panneau 15 n'est pas nulle. Elle est fonction de la distance focale de la lentille et du secteur d'espace à couvrir. Des exemples de réalisation avec un panneau plan ou cylindrique et une lentille de 9 pouces (environ 228 mm de diamètre) ont mis en évidence un fonctionnement angulaire en gisement dépendant de la longueur du cylindre (classique), avec une couverture en site (plan yOz de la figure 2) de l'ordre de +/-20°(autour d'une direction passant par le centre O de la lentille et perpendiculaire aux génératrices de la surface cylindrique du panneau 15), malgré la non-conformation cylindrique du panneau dans ce plan (génératrices rectilignes), ainsi qu'un fonctionnement bipolarisation rectiligne. En outre, ce réflecteur présentait une capacité à pouvoir être modulé selon deux états en opposition de phase sur une bande fréquentielle de l'ordre de 4GHz, ce qui permet de faire des modulations 0/180° à deux états de phases. En effet, la somme des deux états est faible (inférieure à û 5 dBm�, alors que leur différence est d'un niveau quasi équivalent à la signature d'une lentille avec métallisation. (15 dBm`). Cela traduit l'équilibre en amplitude et phase des deux états réalisés. Le mode de réalisation du réflecteur radar de la figure 3 comporte une lentille de Lunebourg hémisphérique. Classiquement, cc type de lentille est principalement utilisé en association avec un système antennaire, pour faire des antennes de communication multifaisceaux. Les réflecteurs radar passifs utilisent en général des lentilles sphériques avec une coupelle sphérique métallique. L'intérêt d'une telle lentille hémisphérique est une compacité plus importante et une forme plus facile à intégrer dans une structure porteuse de type voiture ou aéronef. La première étape est de définir des modes de fonctionnement de type réflecteur passif à base de lentille hémisphérique. De surcroît, le remplacement des plans métalliques par des structures dichroïques peut permettre d'envisager des applications de répondeur ou de cibles modulantes telles que celles mentionnées ci- dessus. Les plans métalliques pouvant être remplacés sont les poilions de couronnes (19/24) et/ou le plan métallique servant à compléter par le principe des images la lentille hémisphérique (20/23). La possibilité d'avoir deux panneaux dichroïques associées à une lentille hémisphérique permet de multiplier les combinaisons de modulation et de traitement. Dans le réflecteur de la figure 3, la lentille 18 est associée à un panneau dichroïque 19 en forme de portion de couronne (d'une extension de 90° dans cet exemple), cette portion de couronne étant à une distance Dl de la surface de la lentille. Le panneau 19, de même que le panneau 24 décrit ci-dessous, est réalisé de la façon exposée ci-dessus en référence à la figure 1. Ces panneaux sont des portions de cylindre, donc de forme ID développable. La lentille 18 et le panneau 19 sont disposés sur un plan de masse 20, la face plane de la lentille hémisphérique étant appliquée contre ce plan de masse. La largeur de la portion de couronne 19 est inférieure au rayon de la lentille 18 (par exemple égale à environ un tiers de ce rayon) et la projection de son axe longitudinal passe par le centre de la surface plane de la lentille 18, comme représenté sur la vue inférieure de la figure 3. Ce mode de réalisation de la figure 3 est principalement destiné à recevoir des faisceaux radar venant � de l'avant � (directions comprises entre celles des flèches 21A et 21B), c'est-à-dire d'une zone opposée à la couronne par rapport au centre de la lentille. La meilleure réflexion des faisceaux radar incidents est obtenue pour un angle d'incidence en gisement proche du plan de masse 20 (incidence rasante de l'ordre de 80°). De façon générale, le domaine angulaire d'incidence en gisement (angle marqué a sur la vue supérieure de la figure 3) et en site, pour lequel le réflecteur peut effectivement réfléchir les faisceaux radar qu'il reçoit, est fonction des dimensions du plan de masse 20 et de la largeur et de l'angle au centre de la portion de couronne 19. La tenue au gisement 90°(incidence rasante) est liée à la longueur du plan de masse du côté de l'éclairement. Plus le plan de masse est grand par rapport à la longueur d'onde, plus la tenue en gisement élevée est forte. Le domaine angulaire en site est plus spécifiquement lié à la largeur de la portion de couronne. Le niveau de signature est donné par la signature de la lentille équivalente diminuée de la signature de la surface masquée pour chaque angle d'éclairement. Au premier ordre, le niveau 6 de la signature de la lentille ayant un rendement ri, avec une partie masquée de surface Smasq, est donné par l'expression suivante, dans laquelle r = rayon de la lentille et ? la longueur d'onde du faisceau incident : g=4.7r . q.(n.r2ûSmasq)` /x2 On a constaté pour un exemple de réalisation du réflecteur de la figure 3 la signature liée au spéculaire de la plaque 20 à incidence à gisement de 0° et un fonctionnement satisfaisant de la lentille sur un large secteur fréquentiel et angulaire en gisement jusqu'à 80°(incidence rasante) pour un site de 0°, ainsi qu'une diminution progressive du niveau de réflexion lorsque le gisement se rapproche des gisements nuls, due à l'apparition progressive du masquage par la portion de couronne métallique ou dichroïque 19. Le mode de réalisation du réflecteur radar de la figure 4 comporte essentiellement une lentille de Lunebourg hémisphérique 22 sur la face plane de laquelle est formé ou fixé un plan de masse 23 dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la face plane, et un panneau dichroïque 24. Le panneau 24 a une forme de demi-couronne dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de la lentille et dont la largeur est nettement inférieure au rayon de la lentille (par exemple, cette largeur est d'environ 1/3 du rayon de la lentille). Ce panneau est disposé à une distance D2 de la surface de la lentille, et la projection de son axe longitudinal sur la face plane de la lentille 22 coïncide avec un diamètre de cette face. Un exemple de réalisation de ce réflecteur schématisé en figure 4 met en évidence un fonctionnement dans le plan horizontal (en gisement) sur un large secteur angulaire d'environ +/- 60°(par rapport à un plan passant par l'axe longitudinal du panneau 24 et perpendiculaire au plan 23) malgré la présence d'un plan de masse 23 de diamètre réduit égal à celui de la face plane de la lentille 22. La diminution observée de 6 dB du niveau de signature par rapport au cas de la lentille équivalente sphérique est due au masquage induit par la demi-couronne 24. Cette limitation du secteur angulaire en gisement à +/-60° permet, en variante, de réduire le diamètre du court-circuit métallique 23, et donc de diminuer 1 `encombrement du dispositif avec le compromis de restreindre le domaine de couverture angulaire. Au premier ordre, le niveau a de la signature de la lentille ayant un rendement rl, avec une partie masquée de hauteur h (largeur de la demi-couronne), d'ouverture a (dans le cas de la figure 4, a =180°, mais cet angle peut être inférieur à 180°) est donné par l'expression suivante, dans laquelle r = rayon de la lentille et ? la longueur d'onde du faisceau incident : g= 4. it . rl .(û a.r.h)2 / X2 La couverture angulaire dans le plan du site, liée à la largeur du panneau (24). Il est de l'ordre de +/-10° autour du plan formé par la normale au plan métallique (23) et l'axe de révolution du cylindre correspondant à la couronne métallique ou dichroïque (24). Son augmentation est réalisée au détriment du niveau de signature. REVENDICATIONS1. Réflecteur radar à signature variable sur un large domaine angulaire et fréquentiel, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille de Lüneberg (14, 18, 22) au voisinage du foyer de laquelle est disposée une structure réflectrice à réflectivité variable (15, 19, 24). 2. Réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure réflectrice à réflectivité variable comporte une structure dichroïque active modulée reliée à un dispositif de génération de signaux de modulation 3. Réflecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la lentille de Lüneberg est une sphère (14). 4. Réflecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la 15 lentille de Lüneberg est une demi-sphère (18, 22). 5. Réflecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure réflectrice a une forme de portion de cylindre (15). 6. Réflecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure réflectrice à réflectivité variable comporte une structure dichroïque 20 active modulée en forme de portion de couronne (19) de largeur inférieure au rayon de la lentille et que la lentille est disposée sur un plan de masse (20) de dimensions supérieures à son diamètre. 7. Réflecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure réflectrice à réflectivité variable (19) comporte une structure 25 dichroïque active modulée en forme de demi-couronne de largeur inférieure au rayon de la lentille et que la lentille est disposée sur un plan de masse (23) de dimensions supérieures à son diamètre.