Brevet FR3003700A1 — publié le 20140926

DISPOSITIF DE REDUCTION DE SIGNATURE RADAR D'ANTENNE ET SYSTEME ANTENNAIRE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine général des antennes. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de réduction de signature radar d'antenne et un système antennaire associé. Dans le domaine des structures aéroportées, il est souvent nécessaire de réduire la surface apparente ou signature radar présentée par cette 10 structure à une onde électromagnétique incidente sur celle-ci. Des solutions consistant à absorber l'onde électromagnétique ou à masquer la structure existent. Le problème des antennes est plus complexe, puisqu'il s'agit de 15 réduire la signature de cette dernière tout en la laissant rayonner. Une première solution consiste à renvoyer le " flash » de Surface Equivalente Radar (ou SER) dans une direction autre que celle de l'onde éclairant l'antenne. Cette solution peut, par exemple, être obtenue par inclinaison du plan antennaire. 20 Ce type de solution peut être efficace dans le cas d'un radar éclairant face à la position théorique de l'antenne, qui doit par ailleurs compenser cette inclinaison du plan antennaire. Cependant cette solution redevient inefficace lorsque le radar illumine effectivement le plan antennaire, ou dans le cas de radars multistatiques. 25 Une deuxième solution consiste à utiliser un système permettant de commuter entre un état " signature réduite " et un état " rayonnement antenne » Cependant cette solution ne permet pas la simultanéité du rayonnement de l'antenne et de la réduction de la signature radar. 30 Une autre technique consiste à moduler les caractéristiques antennaires. Ce type de solutions nécessite la maîtrise de la modulation et de l'évolution des caractéristiques antennaires lors de cette modulation. Un but de l'invention est notamment de corriger les inconvénients précités en proposant un dispositif permettant de réduire la SER ou signature radar d'antenne. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réduction de signature radar d'une antenne comprenant un premier polariseur, une surface sélective en fréquence et un second polariseur. Selon un autre mode de réalisation du dispositif, la surface sélective en fréquence possède une pluralité d'ouvertures, chaque ouverture étant dimensionnée de façon à ce que la surface sélective en fréquence forme un filtre passe bande ne laissant passer qu'une bande de fréquences utiles à l'antenne dont on souhaite réduire la signature radar. Selon un autre mode de réalisation, les polariseurs sont formés d'un empilement de couches de ligne à méandres inclinées de 45° par rapport à 15 la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers ledit dispositif. Selon un autre mode de réalisation, la géométrie des méandres est définie de façon à réaliser la quadrature de phase entre les composantes ± 45° de l'onde incidente d'une part et à réaliser une structure large bande 20 d'autre part. Selon un autre mode de réalisation les polariseurs sont formés de deux plans contenant des fils conducteurs parallèles orientés à 45° par rapport à la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers ledit dispositif. 25 Selon un autre mode de réalisation les polariseurs sont formés de lames métalliques parallèles positionnées à 45° par rapport à la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers ledit dispositif. Selon un autre mode de réalisation les polariseurs sont formés d'un 30 empilement de couches diélectriques. L'invention a également pour objet un système antennaire à signature radar réduite comprenant une antenne et un dispositif de réduction de signature radar tel que décrit précédemment. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne fonctionne suivant au 5 moins une polarisation linéaire. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne fonctionne suivant une polarisation circulaire. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne fonctionne suivant une polarisation elliptique. 10 D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 15 - La figure 1 représente un exemple de mode de réalisation d'un système antennaire selon l'invention ; - Les figures 2a à 2c représentent des exemples de réalisation de polariseurs utilisables dans l'invention ; 20 - La figure 3 représente des exemples d'utilisation de surface sélective en fréquence comme filtre fréquentiel. En référence à la figure 1 un exemple de mode de réalisation d'un système antennaire à signature radar réduite selon l'invention est présenté. 25 Le principe de l'invention consiste à placer devant une antenne 11 un dispositif 1 de réduction de signature radar. Ce dispositif 1 comprend un premier polariseur 12, une Surface Sélective en Fréquence 13 et un second polariseur 14. 30 Selon un mode de réalisation nullement limitatif l'antenne 11 peut être une antenne réseau à balayage électronique. D'autres types d'antennes peuvent être utilisés comme par exemple une antenne réflecteur. 3003 700 4 Les polarisateurs 12, 14 ont pour but de convertir une onde électromagnétique les traversant d'une polarisation linéaire en une onde électromagnétique en polarisation circulaire et vice et versa. Suivant un mode de réalisation préféré, les polariseurs 12, 14 sont des polariseurs à lignes à méandres. En référence à la figure 2a, ce type de polariseur est formé d'un empilement de couches 21 de ligne à méandres 20 inclinées de 45° par rapport à la polarisation de l'onde incidente ou de sortie, en polarisation linéaire que l'on souhaite transmettre à travers le dispositif 1 de réduction de signature radar selon l'invention. Ces différentes couches 21 peuvent être séparées par des couches de mousse 22. La géométrie des méandres 20 est définie de façon à réaliser la quadrature de phase entre les composantes (± 45° de l'onde incidente) d'une part et de façon à réaliser une structure large bande d'autre part. Ceci est obtenu en paramétrant les différentes caractéristiques géométriques des méandres 20 comme par exemple la période entre deux motifs, la période des lignes, la largeur des lignes suivant les différents axes, la largeur des motifs... Un avantage de ce type de polariseur est sa capacité à être large bande et donc de pouvoir agir sur les ondes électromagnétiques utiles pour l'antenne et sur les ondes incidentes non désirées sur une bande de 20 fréquence importante. Suivant un autre mode de réalisation, les polarisateurs 12, 14 sont des polariseurs à fils. Ce type de polariseur peut être formé de deux plans 24 contenant des fils conducteurs 25 parallèles orientés à 45° par rapport à la polarisation de l'onde incidente ou de sortie, en polarisation linéaire, que l'on 25 souhaite transmettre à travers le dispositif 1 de réduction de signature radar. L'onde plane incidente, en polarisation verticale ou horizontale, peut être considérée comme la somme: d'une onde de polarisation perpendiculaire aux fils 25 qui traverse directement les deux couches de fils 25 et d'une onde de polarisation parallèle aux fils qui elle subit un déphasage de 45° au 30 passage de chaque couche. L'espacement des deux plan est choisit de façon à annuler les réflexions. Cet espacement est égal au quart de la longueur d'onde du signal. Suivant un autre mode de réalisation, les polarisateurs 12, 14 sont des polariseurs à lames, formés de lames métalliques 27 parallèles entre elles et 35 orientées suivant un angle d'environ 45° par rapport à la polarisation de l'onde incidente ou de sortie, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers le dispositif 1 de réduction de signature radar. L'onde incidente peut être décomposée en deux constituantes dont l'une est déphasée de 90° par rapport à la seconde, au travers du dispositif. A titre illustratif, les figures 2a à 2d illustrent respectivement des exemples de réalisation de polariseur à méandres, de polariseur à fils, de polariseur à lames et de polariseur à couches diélectriques. Les Surfaces Sélective en Fréquence 13 (SSF ou FSS pour frequency Selective Surface selon la terminologie anglo saxonne) sont des surfaces constituées d'un arrangement périodique dans un plan d'éléments passifs électriquement conducteurs. Lorsque cet arrangement d'éléments est soumis à une onde plane incidente, celle-ci est en partie transmise et en partie réfléchie. Sous certaines conditions de résonnance, l'amplitude de l'onde transmise est nulle ou voisine de zéro, l'énergie étant réfléchie ou diffusée du côté de l'onde incidente. Une telle structure peut donc être utilisée comme filtre fréquentiel pour une onde électromagnétique incidente sur celle-ci. Il est ainsi possible de filtrer certaines fréquences choisies tout en laissant les autres. Il existe des surfaces sélectives en fréquence de type passe-bande, passe-bas, passe-haut, coupe-bande... A titre illustratif, la figure 3, présente différents types de SSF avec la courbe fréquentielle représentative de leur coefficient de transmission respectif. L'invention utilise une surface sélective en fréquence 13 de type passe bande. Cette surface 13 permet donc la transmission à travers sa structure d'une onde électromagnétique de fréquence située dans la bande utile de l'antenne et la réflexion de toute onde électromagnétique en dehors de cette bande de fréquence. La surface sélective en fréquence 13 peut être formée d'une ou plusieurs plaques métalliques en cascade percée d'ouvertures. De façon connue, la géométrie et les dimensions des ouvertures sont optimisées en fonction de la fréquence et de la polarisation de l'onde à transmettre. De façon avantageuse, la mise en cascade de plusieurs plaques métallique permet de réaliser un filtre plus sélectif. Le fonctionnement du système antennaire selon l'invention va à présent être expliqué à travers le cas d'une onde électromagnétique rayonnée ou reçue par le dispositif antennaire en polarisation linéaire. On suppose que l'antenne 11 émet un signal en polarisation verticale dans la bande de fonctionnement du dispositif 1 de réduction de signature radar selon l'invention. Ce signal électromagnétique est transformé en polarisation circulaire par le premier polariseur 12 puis est transmis à travers la surface sélective en fréquence 13 et enfin est transformé en polarisation linéaire verticale en sortie du dispositif 1. A la réception, un signal électromagnétique incident sur le dispositif 1 de réduction de signature radar en polarisation verticale et dans la bande de fonctionnement du dispositif 1 suivra la même transformation que précédemment. Le signal incident en polarisation verticale sera transmis à travers le dispositif 1 de réduction de signature radar dans cette même polarisation sur l'antenne 11. Une onde électromagnétique émise (ou reçue) en polarisation linéaire par une antenne 11 dont on veut réduire la signature radar, est donc conservée en traversant le dispositif 1. Ainsi un dispositif 1 de réduction de signature radar selon l'invention peut donc être positionné devant une antenne existante sans en modifier ses caractéristiques, aux pertes du dispositif 1 près. En dehors de la bande de fonctionnement du dispositif 1, une onde électromagnétique incidente, par exemple en polarisation verticale est transformée en polarisation circulaire par le deuxième polariseur 14 puis est réfléchie par la surface sélective en fréquence 13, avec inversion du sens de polarisation circulaire, pour enfin être transformée, par le deuxième polariseur 14, de nouveau en polarisation linéaire mais horizontale. Si cette onde incidente est émise par un dispositif de détection comme par exemple un radar, ce dernier ne reçoit pas l'onde rétrodiffusée par le dispositif 1 de réduction de signature radar ou la reçoit suivant une polarisation différente de celle attendue. Bien entendu cet exemple est nullement limitatif, le fonctionnement 35 reste le même avec une polarisation antennaire horizontale. De même l'antenne 11 peut fonctionner selon une bipolarisation. Dans ce cas chacune des composantes de l'onde électromagnétique suivra les mêmes transformations. Suivant un autre mode de réalisation du système antennaire selon 5 l'invention, l'antenne 11 peut fonctionner suivant une polarisation circulaire ou elliptique. Dans ce cas, le sens de rotation de l'onde émise par l'antenne 11 sera conservé en sortie du dispositif de réduction de signature radar. Ainsi, de façon avantageuse, le dispositif 1 selon l'invention permet à 10 une antenne 11 de rayonner, en émission et/ou réception tout en réduisant, de façon simultanée, sa signature radar dans une large bande de fréquence. Le dispositif 1 de réduction de signature radar permet le rayonnement d'une antenne dans sa bande passante et suivant la polarisation désirées. En dehors de la bande passante du dispositif 1, toute onde incidente est 15 rétrodiffusée selon une polarisation orthogonale à celle présentée par cette onde incidente. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de réduction de signature radar d'antenne caractérisée en ce qu'il comprend un premier polariseur (12), une Surface Sélective en Fréquence (13) et un second polariseur (14). 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la surface sélective en fréquence (13) possède une pluralité 10 d'ouvertures, chaque ouverture étant dimensionnée de façon à ce que la Surface Sélective en Fréquence (13) forme un filtre passe bande ne laissant passer qu'une bande de fréquences utiles à l'antenne dont on souhaite réduire la signature radar. 3. Dispositif (1) selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les polariseurs (12, 14) sont formés d'un empilement de couches de ligne à méandres inclinées de 45° par rapport à la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers le dispositif (1). 4. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la géométrie des méandres est définie de façon à réaliser la quadrature de phase entre les composantes ± 45° de l'onde incidente d'une part, et à réaliser une structure large bande d'autre part. 5. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les polariseurs (12, 14) sont formés de deux plans contenant des fils conducteurs parallèles orientés à 45° par rapport à la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers le dispositif (1). 6. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les polariseurs (12, 14) sont formés de lames métalliques parallèles 30 positionnées à 45° par rapport à la polarisation de l'onde, en polarisation linéaire, que l'on souhaite transmettre à travers le dispositif (1). 7. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les polariseurs (12, 14) sont formés d'un empilement de couches diélectriques. 8. Système antennaire à signature radar réduite caractérisé en ce qu'il comprend une antenne (11) et un dispositif (1) de réduction de signature radar selon une des revendications précédentes. 9. Système selon a revendication précédente caractérisé en ce que l'antenne (11) fonctionne suivant au moins une polarisation linéaire. 10. Système selon une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que l'antenne (11) fonctionne suivant une polarisation circulaire. 11. Système selon une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que l'antenne (11) fonctionne suivant une polarisation elliptique.