FR2733356A1

FR2733356A1 - Radome large bande compense par des grilles metalliques

Info

Publication number: FR2733356A1
Application number: FR8419996A
Authority: FR
Inventors: Jean Rene Levrel
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1996-10-25

Abstract

La présente invention a pour objet un radôme comprenant des lames diélectriques de constante diélectriques différents, ces lames formant deux peaux (1, 2) chargées par des grilles métalliques (5), les peaux étant séparées par un écarteur (3), d'épaisseur prédéterminée de manière à obtenir un coefficient de réflexion faible dans une large bande. Application aux radômes aéroportés.

Description

RADOME LARGE BANDE COMPENSE PAR
DES GRILLES METALLIQUES
La présente invention concerne les radômes large bande compensé par des grilles métalliques et plus particulièrement les radômes pour antennes fonctionnant sur une large bande de fréquence, ces radômes étant plus particulièrement destinés à être aéroportés
Les radômes sont prévus pour assurer la protection des antennes et présenter une bonne transparence radioélectrique. Or lorsque les antennes sont soumises à des fortes variations des conditions atmosphériques, ce qui est le cas lorsqu'elles sont placées sur des matériels aéroportés, la fonction de protection est plus difficile à assurer sans, en contre partie, détériorer la fonction de transparence aux ondes électromagnétiques.Cette dualité entre ces deux caractéristiques est d'autant plus difficile à maîtriser que les fréquences utilisées sont élevées dans la gamme des hyperfréquences.

I1 existe plusieurs types de radômes notamment - les radômes appelés sandwichs de type A qui sont constitués par trois couches de diélectrique superposées, la couche intermédiaire ayant une constante diélectrique inférieure à la constante diélectrique des deux autres couches - les radômes appelés sandwichs de type B sont constitués également par trois couches de diélectriques dont la couche intermédiaire à une constante diélectrique supérieure aux deux autres couches - les radômes à parois cannelées qui peuvent être considérés comme un sandwich de type B pour lequel les couches extérieures rainurées sont de densité progressive.

Les radômes de type A conduisent à des performances acceptables tant que la bande de fréquence est suffisamment basse dans le spectre radioélectrique. En effet, en bande K, Ka par exemple, les calculs montrent qu'il faut nécessairement que la peau cons tituée par l'assemblage de multicouches de diélectrique ait une épaisseur faible, de l'ordre de X/20(X longueur d'onde correspondant à la fréquence la plus élevée) pour obtenir la transparence indispensable. Ces peaux sont donc trop fines pour assurer l'étanchéité convenable et surtout pour résister aux charges aérodynamiques et à l'érosion pluviale.

Les radômes de type B, ne sont par nature même, pas prévus pour subir l'érosion pluviale. Les radômes à parois cannelées sont fragilisés par la présence des cannelures et s'adaptent mal au contexte aéroporté.

Un quatrième type de radôme fait apparaître l'introduction de grilles métalliques entre les couches diélectriques qui permettent de diminuer l'épaisseur des peaux. Cette technique, qui consiste à changer les lames diélectriques par des grilles métalliques a pour inconvénient de limiter la bande passante du radôme ainsi constitué, cette bande passante étant de ce fait trop étroite pour de nombreuses applications.

La présente invention a pour objet un radôme dont la structure permet à la fois d'obtenir des performances de résistance mécaniques car il est compensé par des grilles métalliques et de travailler dans une large bande passante car le coefficient de réflexion est faible dans une large bande.

I1 s'agit d'une nouvelle structure en sandwich qui permet par le choix approprié de l'épaisseur de la lame centrale d'obtenir un faible coefficient de réflexion dans une large bande.

La présente invention a donc pour objet un radôme comprenant des lames diélectriques de constante diélectriques différentes, principalement caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux peaux comprenant une grille métallique et en ce que ces peaux sont séparées deux à deux par une lame de diélectrique d'épaisseur prédéterminée.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci après des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels - la figure 1, représente une vue éclatée de la structure constituant le radôme selon l'invention - la figure 2, représente quatre courbes de module des coefficients de réflexion - la figure 3, représente une réalisation particulière des grilles selon la figure 1.

La figure 1 représente une vue éclatée de la structure constituant le radôme selon l'invention. Cette figure représente en fait un échantillon de la structure. On a représenté pour simplifier l'échantillon sous forme de modules parallélépipédiques dont les dimensions ont été grossies pour faciliter la clarté, car il est bien entendu que l'épaisseur d'une peau ne dépasse que très rarement 1 mm. La description porte sur la structure de l'échantillon étant bien entendu qu'elle concerne le radôme dans son ensemble.

Lorsqu'on parlera des modules, il s'agira bien sûr d'une peau du radôme.

L'échantillon représenté sur la figure 1 comprend deux modules 1, 2, entre lesquels est placé un écarteur 3. L'écarteur 3 constitue l'âme du radôme et les deux modules constituent les peaux extérieures. Les différents éléments constituant les modules (les peaux) sont décrits dans un ordre correspondant à une réalisation préférentielle qui donne les meilleurs résultats tant du point de vue de la transparence que du point de vue de la résistance à l'érosion.

Le premier module 1 destiné par exemple à constituer la peau externe du radôme a une première lame diélectrique 4 de constante et 1 et d'épaisseur dl suffisante pour résister à l'érosion pluviale.

Pour compenser cette épaisseur, une deuxième lame 5 est placée derrière la première 4 vis-à-vis de l'extérieur (ou devant vis-à-vis de l'antenne), ayant une constante diélectrique E 2 et une épaisseur d2 inférieure à dl, cette lame étant chargée sur l'une de ses faces par une grille métallique 6. Une troisième lame 7 est placée derrière la deuxième, cette lame ayant une constante diélectrique E 3 et une épaisseur d3 inférieure à d1 et pouvant être sensiblement égale à d2.

Le deuxième module 2 destiné à constituer la peau interne du radôme est également constitué par trois lames diélectriques, la lame placée entre les deux autres étant chargée également par une grille.

Pour des raisons de performances comme cela est décrit par la suite, on choisit deux modules identiques, c'est-à-dire deux modules qui présentent un même coefficient de transmission, chacune des lames ayant respectivement la même épaisseur et la même constante diélectrique. Ces lames ont donc été référencées de la même manière que les lames du module I.

Entre les deux modules 1 et 2 est placé l'écarteur 3 qui est constitué en fait par une lame diélectrique E 4 proche, de la constante diélectrique de l'air (E4 1) et d'épaisseur d4 déterminé en vue d'obtenir un coefficient de transmission global maximum pour une bande de fréquences donnée.

Pour optimiser l'épaisseur d4 on utilise la relation (I) suivante

où T représente le coefficient de transmission global du radôme,

représente le coefficient de réflexion du module 1, T1 la phase Oece coefficient de réflexion qui varie en fonction de la fréquence,

représente le coefficient de réflexion du module 2, xY2 la phase de ce coefficient de réflexion qui varie en fonction de la fréquence

étant le déphasage introduit par l'écarteur.

On cherche l'adaptation à une fréquence f0 donnée,généra- lement la fréquence centrale de la bande, pour rendre le coefficient T maximal à cette fréquence. Pour cela il faut qu'au dénominateur

soit nul, ou encore que

et comme

On en déduit donc la longueur de l'écarteur à adopter soit

n étant un nombre entier à choisir.

En choisissant d4 égale à cette valeur on obtient le maximum possible pour le coefficient de transmission à la fréquence f0. Aux fréquences pour lesquelles

n'est pas vérifié, on peut avoir un coefficient de transmission supérieur.

Dans le cas particulier où les modules 1 et 2 sont identiques 2) = '1), Si on choisit d4 de manière à vérifier la relation (1), le coefficient de transmission est égal à 1 en module, il est par conséquent maximum. Pour les autres fréquences de la bande ce coefficient n'est pas maximum.

Généralement, l'effet de l'inclusion d'une grille métallique dans une lame diélectrique se traduit par une modification très sensible du coefficient de réflexion de la lame dans la bande de fréquence. Les lames diélectriques utilisées comme peau pour radômes ont un coefficient de réflexion dont le module croît régulièrement avec la fréquence. Le fait d'inclure dans une lame diélectrique une grille métallique de géométrie appropriée permet d'obtenir un coefficient de réflexion présentant une résonance.

Le coefficient de réflexion s'annule donc pour la fréquence choisie dans la bande. Cette résonance est aiguë, c'est-à-dire que le coefficient de réflexion s'annule brutalement.

Le fait d'intercaler la lame diélectrique 3, entre les deux modules, permet d'élargir la bande passante en introduisant des fréquences d'adaptation supplémentaires c'est-à-dire d'autres fréquences pour lesquelles le coefficient de réflexion est nul (le coefficient de transmission est maximum). Le coefficient de réflexion est inférieur à 0,5 dans toute la bande prédéterminée.

Sur la figure 2, la courbe 1 représente le module du coefficient de réflexion pour un module tel que 1, qui n'est pas chargé par une grille métallique.

On a également représenté une courbe 2 du module du coefficient de réflexion R1 ( IR112 = 1 - ITI 2 ) pour un module 1 chargé, en fonction des fréquences de la bande d'utilisation (fb fR représente la fréquence de résonance de la grille. On constate qu'il n'y a qu'une fréquence de résonance et que le coefficient de réflexion augmente rapidement autour de cette fréquence, mais que ce coefficient est inférieur dans toute la bande que le coefficient représenté sur la courbe 1.

On a également représenté sur cette figure 2, le module du coefficient de réflexion d'un sandwich complet mais qui ne serait pas chargé.

On a représenté toujours sur la figure 2 le module du coefficient de réflexion global du radôme selon l'invention. On constate que l'insertion de l'écarteur et l'utilisation de modules chargés fait apparaître d'autres fréquences d'adaptation dans la bande et affaiblit d'une manière générale le coefficient dans une plus large gamme.

En effet, si on choisit une adaptation pour la fréquence fa2 (proche de la fréquence maximale fh), on en déduit l'épaisseur de l'écarteur d4 à l'aide de l'équation (I) en remplaçant X0 par a2. On constate que l'on obtient également une adaptation d'ordre 1 et d'ordre 0 (n = 0, n = 1) pour les fréquences fal et faO, fal correspond à la fréquence de résonance du module 1 seul.

Sur la figure 3 on a représenté une réalisation particulière de grille sur laquelle les ouvertures ont une forme circulaire.

Les espacements dx entre les centres de deux ouvertures consécutives situées sur une même ligne horizontale (sur la figure) et l'espacement du entre les centres de deux ouvertures consé- cutives situées sur une même ligne oblique par rapport à la ligne horizontale, sont prédéterminés pour obtenir d'une part, un module du coefficient de réflexion pour l'élément considéré le plus faible possible dans la bande de fréquence, et d'autre part une fréquence de résonance (annulation du coefficient de réflexion) situé sensiblement au milieu de la bande. C'est donc en prenant des périodes (distances) entre les ouvertures assez grandes lors de la réalisation des grilles que l'on obtient un coefficient de réflexion relativement faible dans toute la bande comme on peut le voir sur la figure 2.

En conclusion, l'association de deux modules 1, 2 chargés par des grilles métalliques 6 et séparés par un écarteur 3 permet d'obtenir un coefficient de réflexion pour les ondes, faible dans une large bande de fréquence comme on peut le voir sur la figure 2, courbe 4, ce coefficient étant inférieur à 0,5 dans toute la bande prédéterminée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Radôme comprenant des lames diélectriques de constante diélectriques différentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux peaux (1, 2) chaque peau comprenant au moins deux lames diélectriques dont une comporte une grille métallique et en ce que ces peaux sont séparées deux à deux par une lame (3) de diélectrique d'épaisseur prédéterminée.

2. Radôme, caractérisé en ce que l'épaisseur de la lame écarteur (3) est déterminée pour obtenir plusieurs fréquences d'adaptation dans une bande donnée, le coefficient de réflexion s'annulant pour ces fréquences et restant faible pour les autres fréquences de la bande.

3. Radôme selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la lame (3) séparant deux peaux (1, 2), a une constante diélectrique sensiblement égale à 1.

4. Radôme selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur optimale, la lame (3) séparant deux peaux est déterminée à partir de l'équation suivante

W1 et W2 étant les phases de coefficient de réflexion dans les deux modules (1, 2), X0 une fréquence de la bande choisie, e4 la constante diélectrique de la lame écarteur (3).

5. Radôme selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les lames diélectriques de chacune des peaux (1, 2) sont disposées de part et d'autre de la lame écarteur (3) dans le même ordre vis-à-vis des ondes électromagnétiques reçues ou émises par l'antenne équipée du radôme.

6. Radôme, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lames (4, 7) constituant chacune des peaux ont respectivement la même épaisseur et la même constante diélectrique.

7. Radôme selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les trous des grilles (6) ont une forme circulaire.