Brevet FR2966983A1 — publié le 20120504

PAROI MULTICOUCHES POUR RADOME SELECTIF EN FREQUENCE L'invention concerne une paroi multicouches pour radômes sélectifs en fréquence. La protection des antennes embarquées sur des porteurs et notamment ceux se déplaçant à des vitesses élevées est absolument nécessaire. A cet effet, des radômes sont utilisés pour protéger les antennes des perturbations produites par l'environnement extérieur. Dans le cas d'antennes disposées à l'extrémité avant des aéronefs les radômes ont des formes ogivales et sont prévus pour résister à des contraintes thermiques et mécaniques très importantes. Dans certaines utilisations, le radôme contient des surfaces sélectives en fréquence réalisées à partir d'un empilage de couches diélectriques de différentes densités et d'écrans métalliques perforés de réseaux de motifs résonants. Ces écrans métalliques intercalés entre les couches diélectriques sont habituellement obtenus par des circuits imprimés métallisés comportant les motifs résonants insérés dans l'empilage de la structure multicouches. La figure la montre une vue en coupe transversale d'une paroi sélective en fréquence de l'état de l'art. La figure lb montre une vue de face d'une des couches métallisées de la paroi sélective de la figure la comportant des motifs résonants. La paroi sélective en fréquences de la figure la comporte cinq couches, une couche centrale 20 comportant deux faces métallisées 22, 24 parallèles et sur chacune des métallisations un même motif résonant 26 élémentaire répété régulièrement sur les dites métallisations. Par dessus chacune des faces métallisées 22, 24 une autre couche respective 28, 30 de matériau diélectrique. L'empilage de la couche centrale 20 et des deux autres couches diélectriques 28, 30 est pris en sandwich entre deux peaux externes 32, 34 aussi constituées de matériau diélectrique. Le motif résonant 26 élémentaire qui se répète sur les faces métallisées 22, 24 de la couche centrale 20 est, dans cet exemple de réalisation, obtenu par une suppression de métal, dans chacune des métallisations, sous forme d'une couronne 40. Chacun des motifs résonants, distribués régulièrement sur la métallisation de la couche centrale 20, comporte donc une pastille métallique 42 centrale séparée du reste de la métallisation par un espace diélectrique en forme de couronne 40. La géométrie circulaire de la couronne montrée dans les différentes figures est donnée à titre illustratif ; toutes les formes sont envisageables. La suppression de métal pour former les motifs résonants est obtenue, par exemple, par gravure des métallisations de la couche centrale 10 20. La réalisation des parois pour radôme sélectif en fréquence nécessite une très grande précision dans la position géométrique des motifs résonants. Pour les surfaces de radômes non développables de grandes 15 dimensions, la réalisation des motifs résonants gravés en respectant la précision dimensionnelle nécessaire est complexe et coûteuse. Pour obtenir la précision nécessaire dans la réalisation de ce type de paroi sélective en fréquence, il faut mettre en ceuvre des technologies de gravure en trois dimensions, comme par exemple, la gravure laser pour 20 réaliser les motifs résonants. La précision géométrique des motifs nécessaire étant très grande, les procédés de gravure en trois dimensions deviennent très complexes et coûteux. Pour pallier les inconvénients des radômes sélectifs en fréquence 25 de l'état de l'art, l'invention propose une paroi multicouches pour radôme sélectif dans une bande de fréquences recherchée comportant au moins une couche centrale prise en sandwich entre deux couches externes en matériau diélectrique, la couche centrale comportant une pluralité d'éléments unitaires en matériau diélectrique juxtaposés séparant les deux 30 couches externes, caractérisée en ce que chaque élément unitaire de la couche centrale comporte au moins un pion, d'axe de révolution ZZ', ayant une partie supérieure et une partie inférieure séparées par une partie centrale ayant une surface principale supérieure et une surface principale inférieure métallisées en regard l'une de l'autre afin de former un motif résonant dans la bande de fréquences recherchée. Avantageusement, la partie supérieure et la partie inférieure du pion comportent des évidements de manière que la densité moyenne de matériau diélectrique des dites parties supérieure et inférieure soit plus faible que celle de la partie centrale, pour que la couche centrale présente une permittivité variable entre l'une et l'autre couche externe du sandwich. Dans une autre réalisation, la partie centrale du pion étant en forme de parallélépipède rectangulaire ou toute autre forme permettant de juxtaposer les pions selon une maille quelconque, la partie supérieure et la partie inférieur dudit pion sont en forme de tube, une partie des surfaces principales du pion délimitée par la paroi externe du tube et une autre partie des surfaces principales délimitée par la paroi interne du tube comportant des métallisations pour former le motif résonant. Dans une autre réalisation, la section des tubes de la partie supérieure et la partie inférieure du pion est de forme quelconque, adaptée à la géométrie optimale pour les performances fonctionnelles recherchées pour le radôme sélectif en fréquence. Dans une autre réalisation, le tube est de section en forme de croix. Dans une autre réalisation, l'élément unitaire comporte deux pions superposés selon leur axe de révolution ZZ', chacun des pions ayant une partie centrale respective. 30 Dans une autre réalisation, l'élément unitaire comporte au moins trois pions superposés selon leur axe de révolution ZZ', un premier pion comportant une partie centrale, deux autres pions superposés de part et d'autre du premier pion comportant chacun une partie centrale respective, la partie supérieure et la partie inférieure du premier pion étant confondues25 respectivement avec la partie inférieure du troisième pion et avec la partie supérieure du deuxième pion. Dans une autre réalisation, le matériau diélectrique du premier 5 pion a une permittivité de valeur différente de la permittivité des deux autres pions de part et d'autre du premier pion. Dans une autre réalisation, au moins une des parties des surfaces principales métallisées de la partie centrale du pion comporte des 10 conducteurs électriques et au moins un composant électronique relié à ces conducteurs électriques. Dans une autre réalisation, la partie centrale du pion comporte des trous métallisés pour relier les conducteurs électriques des métallisations des 15 surfaces principales du pion. Un principal objectif de l'invention est d'obtenir une grande précision de réalisation des motifs résonants d'une paroi pour radôme à surface sélective en fréquence. 20 Un autre objectif est de diminuer la complexité et le coût de fabrication des parois de radômes ayant des surfaces non développables. Un autre objectif est l'intégration dans la paroi du radôme des fonctionnalités de sélectivité en fréquence. 25 L'invention sera mieux comprise par la description d'exemples de réalisation de parois pour radômes de type à surface sélective en fréquence selon l'invention en référence aux dessins indexés dans lesquels : - la figure la montre une vue en coupe transversale d'une paroi sélective en fréquence de l'état de l'art ; 30 - la figure 1 b montre une vue de face d'une des couches métallisées de la paroi sélective de la figure la comportant des motifs résonants ; - la figure 2a montre une vue partielle en perspective d'un exemple de réalisation de la paroi sélective en fréquence selon l'invention ; - la figure 2b montre une vue en coupe transversale de la paroi de la figure 2a ; - la figure 2c montre le détail en coupe transversale d'un pion d'un élément unitaire de la paroi de la figure 2a ; - la figure 2d une vue de dessus du pion de la figure 2c ; - la figure 3a montre une vue de face d'une variante de réalisation d'un élément unitaire de la couche centrale de la paroi de la figure 2a ; - la figure 31) montre une vue de face d'une autre variante d'un élément unitaire de la couche centrale de la paroi de la figure 2a ; - la figure 4 montre une vue en perspective d'une couche centrale réalisée à partir de pions métallisés des figures 2c et 2d ; - la figure 5 montre une vue partielle de face montrant une autre variante du pion de la paroi de la figure 2a ; - la figure 6 montre une couche centrale d'une paroi selon 15 l'invention à sept couches comportant un pion tel que représenté à la figure 3b ; - la figure 7 montre une réalisation de la couche centrale de la paroi de la figure 2a comportant des composants électroniques. 20 La figure 2a montre une vue partielle en perspective d'un exemple de réalisation de la paroi sélective en fréquence selon l'invention. La paroi de la figure 2a comporte une couche centrale 50 dans un plan principal P prise en sandwich entre deux couches externes, une couche externe supérieure 52 et une couche externe inférieure 54 en matériau 25 diélectrique parallèles audit plan principal P. La couche externe supérieure 52 est montrée sur la figure 2a détachée de la couche centrale 50 pour monter le détail de ladite couche centrale. La couche centrale 50 est constituée par une pluralité d'éléments unitaires eu de section rectangulaire juxtaposés selon les deux axes Oxy 30 dans le plan principal P. La figure 2b montre une vue en coupe transversale de la paroi de la figure 2a. La figure 2c montre le détail en coupe transversale d'un pion de l'élément unitaire de la paroi de la figure 2a et la figure 2d une vue de dessus 35 du pion de la figure 2c. Dans une réalisation de la couche centrale 50 de la paroi de la figure 2a, l'élément unitaire eu est un pion 60 en matériau diélectrique comportant une partie centrale 62 ayant deux faces principales 64, 66 parallèles au plan principal P. Le pion comporte, en outre, sur une des faces principales 64, une partie supérieure 70 du pion et, sur l'autre face principale 66, une partie inférieure 72 du pion, selon un axe ZZ' de révolution du pion. La partie centrale 62 du pion est en forme de brique de section carrée ayant les quatre côtés dans des plans perpendiculaires au plan P. La partie supérieure 70 et la partie inférieure 72 sont, dans cet exemple de réalisation, en forme de tube de même section circulaire. Selon une principale caractéristique de la paroi sélective selon l'invention les faces principales 64, 66 du pion sont métallisées, d'une part, à l'extérieur des tubes 70, 72 et, d'autre part, à l'intérieur des dits tubes, pour former le motif résonant élémentaire. Ces deux métallisations à l'intérieur et à l'extérieur des tubes 70, 72 sont par conséquent séparées par une couronne 74 de matériau diélectriques formée par l'épaisseur de la paroi des tubes. Le motif résonant élémentaire est le même que celui représenté à la figure lb. La figure 2d montre une des faces du pion de la figure 2c et en 20 grisée les métallisations formant le motif résonant. La couche centrale 50 tel que représentée à la figure 213 comporte un ensemble de pions 60 identiques juxtaposés dans le plan P pour former l'équivalent d'une superposition de trois couches de matériaux diélectriques, 25 la couche centrale 50 de permittivité e1 comportant les motifs résonants, correspondant à la partie centrale 62 métallisée des pions et une couche de part 76 et d'autre 78 de la couche centrale 50 correspondant à la partie supérieure 70 et à la partie inférieure 72 du pion. La permittivité de l'une 76 ou de l'autre 78 couche de part et 30 d'autre de la couche centrale 50 sont respectivement de valeurs e2 et e3 inférieures à la permittivité e1 de la couche centrale 50 du fait que la densité moyenne de matériau diélectrique dans un volume correspondant à la surface carrée de la partie centrale 62 du pion par la hauteur de la partie supérieur 70, pour une des couches 76, ou par la hauteur de la partie 35 inférieure 72, pour l'autre couche 78, de la dudit pion est plus faible. La figure 3a montre une vue de face d'une variante de réalisation de l'élément unitaire formant la couche centrale 50 de la paroi de la figure 2a. La variante de l'élément unitaire eu de la figure 3a permet d'obtenir une couche centrale 80 équivalente à cinq couches superposées de matériau diélectrique et par exemple quatre couches métallisées des surfaces principales pour former le motif résonant. L'élément unitaire comporte, dans cette variante, deux pions superposés selon leur axe de révolution ZZ', un premier pion p1 ayant sa partie centrale 84 et un second pion p2 au dessus du premier ayant sa partie centrale 86. Dans la réalisation du pion pour réaliser une paroi à cinq couches la partie centrale 84 du premier pion p1 est d'épaisseur W1 plus faible que l'épaisseur W2 de la partie centrale 86 du second pion p2. La partie supérieure du premier pion p1 et la partie inférieure du second pion p2 sont dans cette réalisation confondues pour former une partie commune 88. La figure 3b montre une vue de face d'une autre variante de réalisation d'un élément unitaire de la couche centrale de la paroi de la figure 20 2a La variante de la figure 31) permet d'obtenir une couche centrale 90 équivalente à sept couches superposées de matériau diélectrique et, par exemple, six couches métallisées comportant le motif résonant. L'élément unitaire eu comporte trois pions superposés selon leur 25 axe de révolution ZZ'. Un premier pion p11 comporte une partie centrale 94 d'épaisseur W3, deux autres pions p12, p13 superposés de part et d'autre du premier pion p11 comportent chacun une partie centrale 96, 98 respectives d'épaisseur respectives W4 et W5. La partie supérieure et la partie inférieure du premier pion p11 sont confondues respectivement avec la partie inférieure 30 100 du troisième pion et avec la partie supérieure 102 du deuxième pion p12. Les pions peuvent être obtenus par injection de matériau diélectrique (ex : thermoplastique, thermodurcissable). La métallisation des pions peut être réalisée selon diverses 35 techniques à savoir : - par métallisation complète du pion, par exemple en cuivre, par voie sèche ou par voie humide et décuivrage partiel par attaque chimique, abrasion mécanique, ablation laser, - par masquage des zones non métallisées, métallisation complète 5 par voie sèche ou par voie humide, démasquage. La figure 4 montre une vue en perspective d'une couche centrale réalisée à partir de pions métallisés des figures 2c et 2d. Dans cet exemple de réalisation de la figure 4, la partie centrale 10 du pion 60 est de section carrée de 10mm de côté, la hauteur totale du pion est de 12mm, la partie supérieure 70 et la partie inférieure 72 sont en forme de tube de section circulaire dont la paroi est d'épaisseur de 0,5 mm, le diamètre extérieur du tube étant de 5mm. Le matériau diélectrique du pion peut être, par exemple, une 15 résine organique chargée de fibres minérales. Les métallisations des faces principales des pions sont réalisées de façon à déborder au moins sur deux côtés a, b perpendiculaires de la partie centrale 62 du pion pour établir un contact électrique avec les 20 métallisations des pions adjacents de la couche centrale et ainsi produire une surface métallisée de la couche centrale électriquement continue comportant les motifs résonants. La forme des éléments unitaires à partir des pions décrits n'est pas limitative pour réaliser la couche centrale de la paroi multicouche selon 25 l'invention. La figure 5 montre une vue partielle de face montrant une autre variante du pion de la paroi de la figure 2a. La figure 5 montre deux pions adjacents dans cette autre variante. Chaque pion de la figure 5 comporte une partie centrale 110 rectangulaire et 30 une partie supérieure 112 en forme de tube de section en forme de croix. La métallisation du pion de la figure 5 comporte une partie métallisée externe 114 à l'extérieur du tube 112 et une partie métallisée interne 116 à l'intérieur du tube 112 pour former le motif résonant. La métallisation peut être appliquée sur plusieurs faces principales du pion, ce qui permet de créer un réseau d'écrans. La figure 6 montre une couche centrale 120 d'une paroi selon l'invention à sept couches comportant un pion tel que représenté à la figure 5 3b. Chaque surface inférieure et supérieure des pions est métallisée pour former six réseaux R1, R2, R3, R4, R5, R6 superposés de motifs résonants. 10 La couche centrale de la paroi selon l'invention permet des nouvelles fonctionnalités. Par exemple le câblage de composants électriques tels que des puces ou des composants passifs sur les couches métallisées. La figure 7 montre une réalisation de la couche centrale de la paroi de la figure 2a comportant des composants électroniques. 15 La figure 7 montre un pion de même forme que celui représenté à la figure 2c. Le pion de la figure 7 comporte des composants électroniques 130 reportés sur les faces principales supérieure 64 et inférieure 66 du pion 60. Des conducteurs électriques 132 des métallisations des faces principales du pion assurent la liaison électrique avec d'autre composant de la couche 20 centrale de la paroi selon l'invention et/ou, avec des accès électriques de ladite paroi. Les liaisons électriques entre les couches de la paroi sont réalisées par des trous métallisés 134 dans la partie centrale du pion. L'avantage de la paroi multicouches pour radôme sélectif en 25 fréquence est la grande précision d'obtention du motif résonnant ainsi que la précision de disposition de ces motifs sur l'ensemble de la paroi. Un autre avantage de la paroi selon l'invention réside dans la métallisation sélective des pions permettant la création des lignes de commande électriques et des plages d'accueil de composants électroniques 30 tels que des puces ou des composants passifs, ce qui ouvre des possibilités pour des nouvelles fonctionnalités radioélectriques des radômes. REVENDICATIONS1. Paroi multicouches pour radôme sélectif dans une bande de fréquences recherchée comportant au moins une couche centrale (20, 50, 80, 90, 120) prise en sandwich entre deux couches externes (52, 54) en matériau diélectrique, la couche centrale (50, 80, 90, 120) comportant une pluralité d'éléments unitaires (eu) en matériau diélectrique juxtaposés séparant les deux couches externes (52, 54), caractérisée en ce que chaque élément unitaire (eu) de la couche centrale (50, 80, 90, 120) comporte au moins un pion (p1, p2, p11, p12, p13), d'axe de révolution ZZ', ayant une partie supérieure (70) et une partie inférieure (72) séparées par une partie centrale (62, 84, 86, 94, 96, 98) ayant une surface principale supérieure (64) et une surface principale inférieure (66) métallisées en regard l'une de l'autre afin de former un motif résonant (26) dans la bande de fréquences recherchée. 2. Paroi pour radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure (70) et la partie inférieure (72) du pion (p1, p2, p11, p12, p13) comportent des évidements de manière que la densité moyenne de matériau diélectrique des dites parties supérieure (70) et inférieure (72) soit plus faible que celle de la partie centrale, pour que la couche centrale (50, 80, 90, 120) présente une permittivité variable entre l'une et l'autre couche externe (52, 54) du sandwich. 3. Paroi pour radôme selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la partie centrale (62, 84, 86, 94, 96, 98) du pion étant en forme de parallélépipède rectangulaire, ou toute autre forme permettant de juxtaposer les pions selon une maille quelconque, la partie supérieure (70) et la partie inférieure (72) dudit pion sont en forme de tube, une partie des surfaces principales (64, 66) du pion délimitée par la paroi externe du tube et une autre partie des surfaces principales délimitée par la paroi interne du tube comportant des métallisations pour former le motif résonant. 4. Paroi pour radôme selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie supérieure (70) et la partie inférieure (72) du pion (60) sont en forme de tube de même section circulaire. 5. Paroi pour radôme selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube est de section en forme de croix. 6. Paroi pour radôme selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément unitaire (eu) comporte deux pions superposés (p1, p2) selon leur axe de révolution ZZ', chacun des pions ayant une partie centrale (84, 86) respective. 7. Paroi pour radôme selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément unitaire (eu) comporte au moins trois pions superposés selon leur axe de révolution ZZ', un premier pion (p11) comportant une partie centrale (94), deux autres pions (p12, p13) superposés de part et d'autre du premier pion (p11) comportant chacun une partie centrale (96, 98) respective, la partie supérieure et la partie inférieure du premier pion (p11) étant confondues respectivement avec la partie inférieure (100) du troisième pion et avec la partie supérieure (102) du deuxième pion (p12). 8. Paroi pour radôme selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau diélectrique du premier pion (p11) a une permittivité de valeur différente de la permittivité des deux autres pions (p12, p13) de part et d'autre du premier pion. 9. Paroi pour radôme selon lune des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins une des parties des surfaces principales (64, 66) métallisées de la partie centrale (62, 84, 86, 94, 96, 98) du pion comporte des conducteurs électriques (132) et au moins un composant électronique (130) relié à ces conducteurs électriques. 10. Paroi pour radôme selon la revendication 9, caractérisé en ce 35 que la partie centrale du pion comporte des trous métallisés (134) pour relierles conducteurs électriques (132) des métallisations des surfaces principales (64, 66) du pion.