FR2728394A1 - Element absorbant d'ondes radar - Google Patents

Abstract

Elément absorbant destiné à atténuer le rayonnement des micro-ondes rétrodiffusées par une structure transparente dans le visible et le proche infrarouge, caractérisé en ce qu'il comprend, disposées successivement dans le sens de propagation des ondes rétrodiffusées, les couches suivantes, adhérentes entre elles et transparentes dans le visible et le proche infrarouge, - une première couche résistive (4) dont la résistance par unité de surface est assimilable à un court-circuit pour les micro-ondes, - une première lame de diélectrique (2) d'épaisseur e telle qu'elle ramène sur une de ses faces, une impédance pour les micro-ondes la plus élevée possible, image de l'impédance de la première couche résistive déposée sur l'autre face, et - une deuxième couche résistive (3) dont la résistance par unité de surface est ajustée pour que son 20 impédance soit adaptée à l'impédance du milieu de propagation extérieur (6) ramenée par: - une deuxième lame de diélectrique (1).

Description

EIFYFNT ABSORBANT D'ONDES RADAR
Le domaine technique de la présente invention est celui des moyens absorbant d'une part les ondes électromagnétiques dans les gammes de longueurs d'onde millimétriques et centimétriques utilisées pour les radars, et transparents d'autre part aux ondes électromagnétiques dans les gammes de longueurs d'onde optique.

L'atténuation des ondes radar est bien connue de l'homme du métier lorsqu'il s'agit de supprimer les échos radar parasites produits par des installations du type bâtiments métalliques, ponts, etc... ou de diminuer la signature radar d'un mobile.

Ainsi, le Brevet US-A-2,599,944 propose un écran, dit écran de Salisbury, destiné à prévenir ou réduire la réflexion des radiations électromagnétiques de diverses structures. A cette fin, on propose une couche composite résistive applicable sur bon nombre d'objets, appliquée directement sur un avion ou un bateau, ou un écran placé à un quart de longueur d'onde du plan conducteur. Toutefois, l'importance de ce document réside surtout dans les principes théoriques développés.

Le Brevet US-A-4,038,660 décrit un ensemble absorbant les micro-ondes électromagnétiques du type radar pour des missiles, des bombes, des avions de surveillance, composé d'un ensemble alterné de couches de matériau plastique et de couches d'acétate de polyvinyle incluant des particules de carbone. Cet ensemble est efficace dans la bande de fréquence 8 à 15 GHz.

Le Brevet US-A-4,116,906 décrit un enrobage destiné à prévenir la réflexion des ondes radar par les structures en fer telles les bâtiments ou les ponts. Cet enrobage comprend de la poudre de ferrite et de fer dispersée dans un liant du type résine époxy, silicone, urée, ou un caoutchouc du type polybutadiène ou polyisoprène. Cet enrobage est absorbant dans le domaine 7 à 11 GHz.

Tous ces documents décrivent des moyens d'absorption des ondes radar dirigées vers des structures métalliques essentiellement dans la bande de fréquence de 7 à 15 GHz.

Toutefois, on a déjà proposé dans l'article de
P.G. Lederer de Février 1986 publié dans le rapport N0 85016 de "Royal Signals and Radar Establishment", d'améliorer la largeur de bande d'absorption en utilisant des couches résonantes multiples. On peut ainsi définir un absorbeur à deux couches conductrices couvrant soit une bande d'absorption plus large, soit deux bandes étroites de fréquence entièrement séparées. Il s'agit toutefois de considérations théoriques ne proposant aucune structure concrète.

Enfin, aucun de ces documents ne traite le problème de l'absorption des ondes radar réfléchies ou réfractées par les vitrages, c'est-à-dire des composants transparents dans le visible ou le proche infrarouge. En effet, une contribution importante à la surface équivalente radar globale d'un véhicule est due aux parties vitrées, viseurs et épiscopes, qui l'équipent, notamment par effet de cavité. On a déjà tenté de réduire la signature radar de ces vitrages en insérant par exemple des grilles métalliques dans les hublots d'entrée des viseurs ou des épiscopes. Le grand inconvénient réside dans le fait que ces grilles ne sont pas transparentes ; elles pénalisent la transmission des voies d'observation et dégradent l'image visible observée.L'étude de la réflexion radar des vitrages ou parties transparentes d'un véhicule n'a donc jamais été entreprise de manière approfondie ni sur le plan théorique, ni sur le plan pratique. Avec l'apparition de détecteurs radar fonctionnant dans plusieurs bandes de fréquence sur le champ de bataille, le problème devient difficile à résoudre puisqu'il est impératif que la structure absorbante soit efficace dans toutes les bandes distinctes de fréquence de ces radars, c 'est-à-dire principalement les bandes X (8-12 GHz), Ka (26-40 GHz) et
W (70-100 GHz).

Le but principal de l'invention est de fournir une structure absorbante efficace dans les trois bandes radar X, Ka et W, couramment appelées "micro-ondes",
Un autre but de l'invention est de fournir une structure absorbante pour les ondes radar qui soit ellemême transparente aux ondes électromagnétiques du domaine optique pour être appliquée à des vitrages, viseurs et épiscopes, notamment des véhicules blindés, eux-mêmes transparents dans le spectre de longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge, c'est-à-dire de 400 à 2200 nm environ.

L'invention a donc pour objet un élément destiné à atténuer le rayonnement des micro-ondes rétrodiffusées par une structure transparente dans le visible et le proche infrarouge, caractérisé en ce qu'il comprend, disposées successivement dans le sens de propagation des ondes rétrodiffusées les couches suivantes, adhérentes entre elles et transparentes dans le visible et le proche infrarouge,
- une première couche résistive dont la résistance par unité de surface est assimilable à un court-circuit pour les micro-ondes,
- une première lame de diélectrique d'épaisseur e telle qu'elle ramène sur une de ses faces, une impédance pour les micro-ondes la plus élevée possible, image de l'impédance de la première couche résistive déposée sur l'autre face, et
- une deuxième couche résistive dont la résistance par unité de surface est ajustée pour que son impédance soit adaptée à l'impédance du milieu de propagation extérieur ramenée par
- une deuxième lame de diélectrique.

Selon une caractéristique de l'invention, les deux lames de diélectriques sont constituées par le même matériau et ont la même épaisseur e, déterminée par la formule

dans laquelle Er est la permittivité relative du matériau, kI la longueur d'onde dans le vide correspondant à l'une des fréquences d'une des bandes I à absorber et k1 est un entier permettant de vérifier la formule quelque soit I.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la première couche résistive présente une résistance électrique par unité de surface de l'ordre de 20 Q par mètre carré.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les lames de diélectriques sont des lames de verre dont la permittivité relative est voisine de 6,4, les couches résistives sont constituées par le dépôt d'un mélange d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain dont l'épaisseur varie de 0,1 à 3 Am.

Selon encore une caractéristique de l'invention, les lames de verre présentent une épaisseur d'environ 2,8 mm, les couches résistives ont une épaisseur d'environ 0,5 Cun, la deuxième couche résistive ayant une résistance par unité de surface de l'ordre de 90 Q par mètre carré.

Un tout premier avantage de l'invention réside dans le fait que la surface équivalente radar d'un véhicule est diminuée de manière importante à l'aide d'un moyen unique modifiant très peu le coefficient de transmission des éléments optiques.

Un autre avantage réside dans le fait que la structure absorbante peut être rendue solidaire du viseur lui-même.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture du complément de description donné ci-après en relation avec des dessins sur lesquels
- la figure 1 représente un schéma de la structure absorbante, et
- les figures 2 à 4 sont des courbes d'atténuation d'un même exemple de structure absorbante selon l'invention dans plusieurs bandes de fréquences.

Comme indiqué précédemment, la structure absorbante ci-après dénommée filtre comporte des lames de diélectrique sur chacune desquelles on va déposer une couche de résistivité donnée. Les lames de diélectrique en elles-mêmes sont de type connu, mais il faut déterminer la permittivité relative du diélectrique utilisé pour élaborer la structure optimale absorbante.

En effet, le pouvoir d'atténuation est lié à cette permittivité et il n'est pas possible de définir un filtre sans la connaissance de ce facteur. Les essais effectués avec différents diélectriques ont montré que la permittivité relative variait peu sur l'ensemble des bandes utilisées pour des matériaux comme la silice pure, r = 3,8 et restait comprise entre 6,3 et 6,5 dans les bandes X et Ku de 10 à 18 GHz, ainsi que Ka et W, pour des verres du commerce.

A titre indicatif, les verres connus sous les dénominations commerciales BSC 1664 vendus par la Société
CORNING et BK7 par la Société SCHOTT conviennent tout à fait dans l'application envisagée selon l'invention.

Selon l'invention, on combine astucieusement une épaisseur de diélectrique donnée avec des couches de résistivité donnée pour obtenir un filtre efficace sur trois bandes de longueur d'onde.

La détermination de la permittivité relative du diélectrique permet de concevoir un filtre de la manière suivante. La résistance par unité de surface de la première couche résistive est le premier paramètre à fixer. Une valeur de 20 Q / m2 a donné des résultats expérimentaux satisfaisants. On détermine ensuite l'épaisseur des lames de diélectrique en vue d'obtenir une atténuation pour des gammes de fréquences voisines de 10, 35 et 94 GHz. L'épaisseur e de la première lame est alors donnée par la formule

dans laquelle
er = permittivité relative du diélectrique xI - la longueur d'onde dans le vide dans la
bandes I de fréquences,
k1 = un entier adapté en fonction de la bande
I pour que l'équation soit vérifiée.

Ainsi, la faible impédance de la première couche résistive déposée sur une face de la première lame de diélectrique va avoir une impédance ramenée sur l'autre face la plus élevée possible pour les bandes de fréquences considérées
- par exemple pour la bance X à fx = 10,4 GHz, kx = 28,7 mm, kx est choisi égal à 0,
- alors pour la bande Ku à fKu = 31,3 GHz, Â-Ku = 9,6 mm, kKU = 1,
- et pour la bande W à fw = 94 GHz, #w = 3,2 mm, kw = 4.

L'épaisseur de la lame de diélectrique est alors
- pour de la silice e =
- pour du verre e =

L'épaisseur et la nature du matériau de la deuxième lame de diélectrique peuvent être différentes de celles de la première lame. Le rôle de cette deuxième lame est de ramener l'impédance caractéristique du milieu de propagation extérieur présente sur l'une de ses faces à une valeur voisine de celle constituée par la deuxième couche résistive, située sur l'autre face.

Pour des raison pratiques, les essais ont porté sur le verre et les deux lames avaient la meme épaisseur e.

Les couches résistives sont notamment constituées par un dépôt en couches minces, connu sous la dénomination ITO, c'est-à-dire une couche d'oxyde d'indium/oxyde d'étain.

Les couches résistives ont une faible épaisseur, de l'ordre de 0,1 à 3 Am pour une conductivité o supérieure à 200 S/m. Les couches offrent ainsi l'avantage de présenter le maximum de transparence dans le visible sans en perturber la transmission.

Le filtre schématisé sur la figure 1 peut être placé en avant de toutes les surfaces vitrées par exemple d'un véhicule blindé dont on veut diminuer la surface équivalente radar tout en conservant un bon coefficient de transmission optique. Bien entendu, les dimensions de ce filtre sont adaptées à chaque surface vitrée et il peut constituer la fenêtre d'entrée d'un appareil d'optique par exemple. Le filtre peut bien entendu être soit placé à distance soit collé à la surface vitrée. I1 comprend de l'extérieur vers l'intérieur une lame de verre 1 et une lame de verre 2 placées à faible distance l'une de l'autre. Par faible distance, on entend une valeur de l'ordre de 1 Rm. Sur la lame 1, on dépose une couche 3 résistive d'un mélange d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain ayant une résistance de 90 Q par mètre carré.Sur la lame 2, on dépose une couche résistive 4 de même nature que la couche 3, mais avec une résistance de 20 Q par mètre carré environ. On fait varier la résistivité en jouant sur la stoechiométrie de la couche.

L'épaisseur des couches résistives 3 et 4 est comprise entre 0,1 et 3 Rm. On effectue un dépôt sous vide ou par tout autre procédé connu. Les lames de verre 1 et 2 ont une épaisseur comprise entre 2,5 et 3 mm.

A titre d'exemple, les lames de verre 1 et 2 peuvent avoir une épaisseur de 2,8 mm et les couches 3 et 4 une épaisseur de 0,5 Clam.

On préfère, suivant l'invention, rendre adhérentes les lames de verre 1 et 2 en appliquant une couche 5 de colle entre la couche résistive 3 et la face nue de la lame de verre 2 pour obtenir un ensemble compact. La colle est par exemple constituée par une résine du type époxy polymérisable sous l'action d'un rayonnement ultraviolet. L'épaisseur de cette couche 5 doit être la plus faible possible par exemple 1 zm.

Les figures 2 à 4 illustrent des courbes d'atténuation en réflexion dans les bandes X, Ka et W. On considère qu'un filtre d'ondes radar est efficace s'il occasionne une perte d'au moins 10 décibels à la longueur d'onde considérée. On convient pour cela que la puissance réfléchie par le filtre soit égale à 10 % de la valeur de celle réfléchie par la même surface ne comportant pas ledit filtre.

La figure 2 illustre la courbe de réflexion dans l'intervalle 9,6 à 12 GHz. On voit qu'autour de 10 GHz, la réflexion est inférieure à - 10 dB.

La figure 3 illustre la courbe de réflexion dans l'intervalle 31 à 35 GHz. On voit qu'autour de 35 GHz, la réflexion est de l'ordre de - 10 dB.

Enfin, la figure 4 illustre la courbe de réflexion dans l'intervalle 93,4 à 95 GHz. On voit qu'autour de 93,4 GHz, la réflexion est inférieure à - 10 dB.

Ainsi, le filtre selon l'invention constitue un bon compromis pour atténuer les ondes radar sur les trois bandes de fréquence utilisées dans ce secteur.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 - Elément absorbant destiné à atténuer le rayonnement des micro-ondes rétrodiffusées par une structure transparente dans le visible et le proche infrarouge, caractérisé en ce qu'il comprend, disposées successivement dans le sens de propagation des ondes rétrodiffusées, les couches suivantes, adhérentes entre elles et transparentes dans le visible et le proche infrarouge,

- une première couche résistive (4) dont la résistance par unité de surface est assimilable à un court-circuit pour les micro-ondes,

- une première lame de diélectrique (2) d'épaisseur e telle qu'elle ramène sur une de ses faces, une impédance pour les micro-ondes la plus élevée possible, image de l'impédance de la première couche résistive déposée sur l'autre face, et

- une deuxième couche résistive (3) dont la résistance par unité de surface est ajustée pour que son impédance soit adaptée à l'impédance du milieu de propagation extérieur (6) ramenée par

- une deuxième lame de diélectrique (1).

2 - Elément absorbant, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux lames de diélectrique (1, 2) sont constituées par le même matériau et ont la même épaisseur e, déterminée par la formule

dans laquelle er est la permittivité relative du matériau, xI la longueur d'onde dans le vide correspondant à l'une des fréquences d'une des bandes I à asorber et k1 est un

Entier permettant de vérifier la formule quelque soit I.

3 - Elément absorbant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première couche résistive (4) présente une résistance électrique par unité de surface de l'ordre de 20 Q par mètre carré.

4 - Elément absorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames de diélectrique sont des lames de verre.

5 - Elément absorbant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le verre a une permittivité relative voisine de 6,4.

6 - Elément absorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches résistives (3,4) sont constituées par un mélange d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain.

7 - Elément absorbant selon la revendication 6, caractérisé en ce que les couches résistives (3,4) ont une épaisseur comprise entre 0,1 à 3 zm.

8 - Elément absorbant selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les lames de verre (1, 2) présentent une épaisseur d'environ 2,8 mm, les couches résistives (3, 4) ont une épaisseur d'environ 0,5 Wm, la deuxième couche résistive (3) ayant une résistance par unité de surface de l'ordre de 90 Q par mètre carré.

9 - Elément absorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est adhérent à la structure à protéger.

10 - Elément absorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est séparé de la structure transparente à protéger par une lame d'air.