Brevet FR3031189A1 — publié le 20160701

Réseaux d'oscillateurs commutés La présente invention concerne une installation d'émission d'une onde électromagnétique à oscillateur commuté comprenant : - au moins une ligne de transmission d'une onde électromagnétique jusqu'à une antenne disposée à l'une de ses extrémités, ladite ligne de transmission comprenant une âme, un blindage entourant l'âme et un matériau diélectrique, remplissant l'espace entre l'âme et le blindage, - une source d'impulsions reliée à une première extrémité de la ligne de transmission, et - un commutateur, relié à une deuxième extrémité de la ligne de transmission, opposée à la première extrémité. Les systèmes HPM (hautes puissances micro-ondes) sont des systèmes générant des impulsions électromagnétiques de puissance extrêmement élevée. Ils peuvent notamment être utilisés pour désactiver à distance des appareils électroniques tels que des ordinateurs présents dans leur zone d'émission par émission d'une onde électromagnétique de forte amplitude. Les systèmes de rayonnement mesoband constituent un type particulier de système HPM présentant une largeur de bande modérée, de l'ordre de 20%. Ces systèmes sont intermédiaires entre les systèmes très large bande (« ultra wide band » en anglais) et les systèmes à bande étroite (« narrow band » en anglais). Les systèmes mesoband, à fréquence d'émission fixe, concentrent toute leur énergie dans une bande de fréquence modérée centrée sur une seule fréquence. Cette fréquence doit correspondre à la fréquence susceptible de perturber l'appareil électronique à désactiver. Un exemple d'un tel système de rayonnement mesoband est l'oscillateur commuté (encore appelé SWO ou « switched oscillator » en anglais), développé par CarI Baum et décrit dans la publication « Switched Oscillators », Circuit and Electromagnetic System Design Notes #45, Ed. Albuquerque, NM, USA : Air Force Research Laboratory, 2000. Il se compose d'une source d'impulsions reliée à une ligne de transmission quart d'onde de faible impédance. La ligne est connectée à une antenne avec une impédance d'entrée élevée. Les oscillateurs commutés actuels ne donnent pas entière satisfaction. En effet, ils sont conçus pour ne fonctionner qu'à une seule fréquence d'émission, ce qui les rend peu versatiles et risque de compromettre leur efficacité si cette fréquence d'émission ne coïncide pas avec la fréquence de vulnérabilité de la cible. 3031189 2 Il a été envisagé, afin de produire des rayonnements centrés sur plusieurs fréquences distinctes, de prévoir dans la même installation plusieurs oscillateurs accordés à des fréquences différentes. Ces installations sont très complexes et coûteuses à réaliser. 5 Aussi, un but de l'invention est de fournir une installation d'émission à oscillateur commuté versatile et efficace pour un grand nombre de cibles. A cet effet, l'invention a pour objet une installation d'émission d'une onde électromagnétique à oscillateur commuté, caractérisée en ce qu'elle comprend : - au moins deux lignes oscillantes formée chacune d'une ligne de transmission et 10 d'un commutateur, et - une même source d'impulsions reliée en parallèle à la première extrémité de chaque ligne de transmission. Selon d'autres caractéristiques, l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toute combinaison techniquement 15 possible : - chaque ligne oscillante est reliée à une antenne qui lui est propre ; - ladite installation comporte une inductance d'isolement interposée en série entre la première extrémité de la ligne de transmission et la source d'impulsions ; - les lignes oscillantes sont séparées entre elles par un circuit isolateur constitué 20 d'un côté du commutateur et de l'autre côté de l'inductance ; - ladite installation comporte des moyens de mise en conduction simultanée des commutateurs de chaque ligne oscillante ; et - les lignes de transmission des lignes oscillantes présentent toutes des fréquences de résonnance distinctes. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma bloc d'une installation de génération de micro-ondes haute puissance ; et 30 - la figure 2 est un schéma de principe de l'installation à plusieurs oscillateurs commutés. Sur la figure 1 est représentée de manière fonctionnelle une installation 10 de génération de micro-ondes haute puissance. Cette installation est propre à mettre hors service des équipements électroniques dans un rayon de quelques mètres. 35 Elle est conçue pour être avantageusement compact. 3031189 3 L'installation comporte essentiellement une alimentation haute tension ou générateur d'impulsions 12 relié à plusieurs lignes oscillantes ou résonateurs 14 en quart d'onde au travers de commutateurs haute tension 16 associé à une inductance. Chaque ligne oscillante 14 est reliée en sortie à une charge 18 formée d'une antenne qui lui est 5 propre. Elle comporte en outre une unité de commande 20 propre à assurer la commande et le réglage de chaque ligne oscillante 14 et de chaque commutateur 16 associé. L'alimentation 12 comporte une source d'énergie 22 transportable. Il s'agit par exemple d'une batterie électrique. En variante, la source d'énergie électrique est formée 10 d'une pile à combustible ou d'un groupe électrogène associé à un réservoir de fluide combustible. La source d'énergie 22 alimente un convertisseur 24 propre à transformer l'énergie des batteries en une énergie électrique haute tension de l'ordre du kiloVolt. Le convertisseur 24 est formé par exemple d'un pont de transistors commandés 15 par un régulateur à modulation de largeurs d'impulsions (connu sous l'acronyme PWM en anglais). Enfin, l'alimentation 12 comporte après le convertisseur 24, un transformateur de Tesla 26 propre à augmenter la tension de quelques kilovolts à des centaines de kilovolts. Le transformateur de Tesla est connu en soi et ne sera pas décrit plus avant. 20 Le commutateur 16 et son inductance associée assurent la connexion de la sortie du transformateur de Tesla 26 à la ligne oscillante 14. Il permet, selon le rapport entre la capacité du transformateur de Tesla et celle de ligne, d'augmenter la tension de 10 à 30% pour atteindre la tension de claquage de la ligne oscillante 14, comme cela sera décrit ultérieurement. 25 La ligne oscillante 14 est propre à transformer le signal de tension basse fréquence en un signal haute fréquence de quelques centaines mégahertz à quelques gigahertz. La figure 2 est un schéma de principe d'un système à oscillateurs commutés mis en oeuvre dans l'installation de la figure 1. On retrouve sur cette figure, l'alimentation 30 haute tension unique 12 reliée aux lignes oscillantes 14, elle-même reliée à l'antenne 18 associée formant la charge. Plus précisément, la ligne oscillante 14 comporte une ligne de transmission 35 formée d'un condensateur. Il comporte en outre un interrupteur formé d'un éclateur 41 propre à produire un arc électrique lorsqu'une tension de claquage est appliquée à ses 35 bornes et ainsi provoquer une décharge brutale de la ligne oscillante. 3031189 4 La ligne de transmission 35 comporte une âme interne 43 et une gaine externe 45 entre lesquelles est disposé un diélectrique 46. D'un premier côté 47 de la ligne de transmission 35, l'âme 43 est reliée à l'antenne 18. La gaine 45 est reliée à une borne de l'alimentation 12 elles-mêmes reliées 5 à la masse. A son autre extrémité notée 49, la ligne de transmission 35 a son âme 43 et sa gaine 45 reliées aux deux bornes de l'éclateur 41. La seconde borne de l'alimentation 12 est reliée à l'âme 43 de chaque ligne de transmission 35 depuis la première extrémité 47 de la ligne au travers d'une impédance 10 d'isolation 50, formée par exemple d'une inductance et d'un interrupteur 52 montés en série. L'impédance interne de la source d'impulsions 12 notée Ze et l'impédance de surtension notée Zs sont très supérieures à l'impédance d'entrée Za de l'antenne 18, qui est elle-même supérieure à l'impédance caractéristique Zc de la ligne de transmission 35 15 (Zs + Ze > Za > Zc). Ainsi, l'impédance Za de l'antenne 18 est inférieure à l'impédance Zc de la ligne de transmission 35. La source de haute tension 12 est configurée pour charger la capacité formée par la ligne de transmission 35 à travers l'impédance Zs + Ze lorsque le commutateur 41 est ouvert. Lorsque le commutateur 41 se ferme par création d'un arc dans l'éclateur, une tension impulsionnelle se propage à travers la ligne de transmission 20 35. Du fait de la non-concordance entre l'impédance caractéristique Zc de la ligne de transmission 35 et l'impédance d'entrée Za de l'antenne 18, lorsque la tension atteint l'antenne 18, une partie de celle-ci est transmise à l'antenne 18 et une partie est réfléchie en retour. La tension réfléchie se déplace vers le commutateur 41 alors fermé et y est de nouveau réfléchie, ainsi de suite. La tension est progressivement atténuée après chaque 25 réflexion, avec une décroissance exponentielle. L'installation 10 est ainsi propre à fournir un signal sinusoïdal amorti à l'antenne 18. On comprend que l'éclateur 41 d'un côté, et l'inductance 50 de l'autre forment un circuit isolateur entre les lignes oscillantes 14 assurant leur séparation lors des phases de résonnance des lignes oscillantes 14. 30 Suivant un premier mode de réalisation et afin d'assurer un étalement du spectre du signal émis par les différentes antennes 18, les lignes de transmission 35 présentent des fréquences de résonnance distinctes les unes des autres et l'installation comporte des moyens de mise en conduction simultanée des commutateurs 41 de chaque ligne oscillantes 14. 3031189 5 A cet effet, les inductances 50 sont dimensionnées pour assurer une gestion des retards permettant d'obtenir des tensions synchrones sur les éclateurs 41. Les éclateurs 41 sont dimensionnés pour avoir une disruption avec une faible dispersion. Pour améliorer le synchronisme de la mise en conduction, les moyens de mise en 5 conduction simultanée des commutateurs 41 comportent un système de déclenchement synchrone propre à appliquer simultanément une tension supplémentaire de faible énergie et de forte valeur entre les bornes de chaque éclateur 41. En variante, les moyens de mise en conduction simultanée des commutateurs 41 comportent des moyens de production simultanée de faisceaux laser dans les espaces 10 définis entre les bornes des éclateurs. Suivant une variante, les fréquences d'oscillation des lignes de transmission 35 sont identiques et le déclenchement des lignes de transmission étant synchrone, les signaux émis par les antennes 18 sont en phase conduisant à une augmentation de la puissance émise. 15 Suivant un autre mode de réalisation, l'installation est dépourvue de moyens de synchronisation de la mise en conduction des commutateurs 41, le signal de sortie issu des différentes antennes est alors chaotique permettant de former un générateur de bruit de haute puissance. Dans ce mode de réalisation, les fréquences de résonnances des lignes de 20 transmission 35 sont identiques ou non. En variante, l'alimentation 12 ne comporte pas de transformateur de Tesla mais comporte un générateur de MARX. Tous les générateurs pulsés conviennent. 25 REVENDICATIONS1.- Installation (10) d'émission d'une onde électromagnétique à oscillateur commuté comprenant : - au moins une ligne (35) de transmission d'une onde électromagnétique jusqu'à une antenne (18) disposée à l'une de ses extrémités, ladite ligne de transmission (35) comprenant une âme (43), un blindage (45) entourant l'âme (43) et un matériau diélectrique (46), remplissant l'espace entre l'âme (43) et le blindage (45), - une source d'impulsions (12) reliée à une première extrémité (47) de la ligne de transmission (35) et - un commutateur (41), relié à une deuxième extrémité (49) de la ligne de transmission (35), opposée à la première extrémité caractérisée en ce qu'elle comprend : - au moins deux lignes oscillantes (14) formée chacune d'une ligne de transmission (35) et d'un commutateur (41), et - une même source d'impulsions (12) reliée en parallèle à la première extrémité de chaque ligne de transmission (35). 2.- Installation d'émission selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque ligne oscillante (14) est reliée à une antenne (18) qui lui est propre. 3.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte une inductance d'isolement (50) interposée en série entre la première extrémité (47) de la ligne de transmission (35) et la source d'impulsions (12). 4.- Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les lignes oscillantes (14) sont séparées entre elles par un circuit isolateur constitué d'un côté du commutateur (41) et de l'autre côté de l'inductance (50). 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comporte des moyens de mise en conduction simultanée des commutateurs (41) de chaque ligne oscillante (14). 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les lignes de transmission (35) des lignes oscillantes (35) présentent toutes des fréquences de résonnance distinctes.