FR2855916A1 - Radome - Google Patents
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Abstract
Un radôme (10) comprend une première portion de peau (3a) sur une surface de laquelle est formée une première portion de noyau (2a), une couche (1) à constante diélectrique relative élevée formée sur la surface latérale de la première portion de noyau (2a) et qui est à l'opposé de la première portion de peau (3a), une seconde portion de noyau (2b) formée sur la surface latérale de la couche (1) et une seconde portion de peau (3a) formée sur la surface latérale de la seconde portion de noyau (2b) et qui est située à l'opposé de la première couche (1), cette dernière possédant une constante diélectrique relative supérieure à la constante diélectrique relative des portions de peau et de noyau (2a, 2b, 3a, 3b).Application notamment aux radômes installés dans des véhicules, tels que des avions.
Description
La présente invention concerne un radôme qui loge
un radar, et plus particulièrement l'invention concerne un radôme qui est installé dans un avion, un véhicule ou analogue et qui possède une forme aérodynamique.
Avec les récents perfectionnements dans la technologie des communications et dans la technologie du traitement de l'information, on utilise dans la pratique une technologie pour une communication bidirectionnelle à partir d'un avion, d'un véhicule ou analogue. En 10 particulier pour ce qui concerne un avion, pour communiquer à partir d'un système d'antenne installé dans celui-ci par l'intermédiaire de satellites, il est exigé d'avoir une portée plus large de balayage du faisceau que la portée classique. C'est pourquoi il est exigé du radôme, que la 15 perte d'une onde électromagnétique, provoquée par la réflexion de l'onde entrée et sortie par l'antenne soit faible sur la paroi du radôme dans la gamme plus étendue de l'angle de balayage de l'antenne.
Dans un radôme possédant une forme aérodynamique 20 fournissant une faible résistance à l'air, contrairement à un radôme installé au sol et possédant une forme hémisphérique, l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique sur la paroi du radôme n'est pas uniforme. En général, lorsque l'onde électromagnétique 25 rencontre la paroi du radôme sous un angle important par rapport à cette paroi, la perte de l'onde est élevée. C'est pourquoi, pour réduire la perte de l'onde électromagnétique qui entre et sort par l'antenne sous un plus grand angle de balayage de l'antenne, il est exigé que la perte de l'onde 30 électromagnétique qui se produit à travers la paroi du radôme, soit faible sur la gamme plus étendue d'angle d'incidence. Un radôme utilisé pour un avion, par exemple, est habituellement fabriqué de telle sorte que le radôme possède une structure en sandwich obtenue en disposant une 35 portion (matériau) de noyau entre des portions (matériaux) de peau et en superposant de ces matériaux. Par exemple le document "The Handbook of Antenna Engineering" (édité par IEICE (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers), publié par Ohmsha, 30 Octobre, 1980, page 301) décrit un radôme fabriqué de façon classique en enserrant et en fixant une portion de noyau possédant une constante diélectrique relative faible entre des portions de peau ayant une constante diélectrique relative élevée pour réduire la perte.
Par ailleurs il est requis, en ce qui concerne un radôme à bord d'un avion, que sa caractéristique diélectrique et sa solidité mécanique pour résister à la force aérodynamique soient mutuellement compatibles. De ce point de vue, le brevet US N 5 936 025 par exemple décrit 15 une technologie qui utilise un matériau composite constitué par une poudre céramique et une résine, limité par un mélange de TiO2 et une résine à base de cyanate pour ajuster la caractéristique diélectrique du radôme.
Un radôme possédant une forme aérodynamique 20 possède la propriété consistant en ce que, lorsque l'angle de balayage de l'antenne varie, l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique sur la paroi du radôme varie beaucoup plus que l'angle de balayage. C'est pourquoi, dans le radôme possédant une forme aérodynamique, agencé 25 conformément à une technologie classique, il se pose le problème consistant en ce que la perte par transmission augmente d'une manière extrême lorsque l'antenne fonctionne sous un certain angle de balayage, ce qui réduit la performance de l'antenne.
En outre, dans le radôme possédant une forme aérodynamique, fabriqué selon une technologie classique, étant donné que la perte de transmission varie lorsque l'angle d'incidence varie, le rapport axial de l'antenne varie de façon désavantageuse. Ces problèmes ont entraîné 35 un accroissement important du coût de conception d'antennes et ont réduit simultanément la performance de l'antenne.
La présente invention a été mise au point pour résoudre les problèmes mentionnés précédemment. Un but de la présente invention est de fournir un radôme, dans lequel 5 la perte d'une onde électromagnétique peut être réduite à une faible valeur même si l'angle d'incidence de l'onde électromagnétique sur le radôme est grand, et dans lequel la dépendance de la perte vis-à-vis de l'angle d'incidence de l'onde est extrêmement faible.
Le radôme selon la présente invention inclut une première portion de peau, une première portion de noyau formée sur une surface latérale de la première portion de peau, une couche à constante diélectrique relative élevée formée sur la surface latérale de la première portion de 15 noyau, qui est située à l'opposé de la première portion de peau, une seconde portion de noyau formée sur la surface latérale de la couche à constante diélectrique relative élevée, qui est située à l'opposé de la première portion de noyau, et une seconde portion de peau formée sur la surface 20 latérale de la seconde portion de noyau, qui est située à l'opposé de la couche à constante diélectrique relative élevée, et dans lequel la couche à constante diélectrique relative élevée possède une constante diélectrique relative qui est supérieure à la constante diélectrique relative de 25 la partie formant peau constituée par la première portion de peau et la seconde portion de peau et également de la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau et la seconde portion de noyau.
Comme cela a été mentionné précédemment, 30 conformément à la présente invention, il est prévu que la paroi du radôme possède une structure dans laquelle une portion de peau, une portion de noyau, une couche à constante diélectrique relative élevée, une autre portion de noyau et une autre portion de peau sont superposées ou 35 stratifiées dans cet ordre. Par conséquent la perte de l'onde électromagnétique peut être réduite sur une gamme étendue d'angles d'incidence de cette onde, et la distribution de la perte par rapport à l'angle d'incidence peut être maintenue faible.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la différence entre les constantes diélectriques relatives de la partie formant peau constituée par la première portion de peau et par la seconde portion de peau et la partie formant noyau constituée par la première portion de 10 noyau et par la seconde portion de noyau est égale à 1,5 ou moins et la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée est comprise entre 4 et 20.
Selon une autre caractéristique de l'invention, 15 la différence entre les constantes diélectriques relatives de la partie formant peau constituée par la première portion de peau et par la seconde portion de peau et la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau et par la seconde portion de noyau est supérieure à 20 1,5 et la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée est comprise entre et 55.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une au moins de la partie formant peau constituée par la 25 première portion de peau et par la seconde portion de peau, la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau et par la seconde portion de noyau, et la couche à constante diélectrique relative élevée comprend au moins l'un des matériaux choisis dans le groupe comprenant 30 BaTiO3, CaTiO3, MgTiO3, SrTiO3, (Zr,Sn) TiO4, BaTi4O9, Ba2Ti9O20, (Mg,Ca)TiO3, Ba(Zr,Ti)O3, Ba(Mg,Ta)03, Ba(Zn,Ta)O03, BaTiO4, W03, TiO2, Bi4Ti3012, BaZrO3, CaSnO3, alumine et silicium.
D'autres caractéristiques et avantages de la 35 présente invention, ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et prise en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique permettant 5 d'expliquer un radôme conformément à une première forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est un diagramme permettant d'expliquer la dépendance de la perte par transmission visà-vis de la constante diélectrique relative d'une couche à 10 constante diélectrique relative élevée dans une gamme d'angles d'incidence de 0 à 70 dans la première forme de réalisation; et - la figure 3 est un diagramme expliquant la dépendance de la perte par transmission vis-à-vis de la 15 constance diélectrique relative d'une couche à constante diélectrique relative élevée dans une gamme d'angles d'incidence comprise entre 0 et 70 dans une seconde forme de réalisation.
Un radôme 10 selon une première forme de 20 réalisation de la présente invention est maintenant décrit en référence à la figure 1 et à la figure 2. La figure 1 est une vue schématique permettant d'expliquer le radôme 10 selon la première forme de réalisation de la présente invention. La figure 2 est un diagramme permettant 25 d'expliquer la dépendance de la perte par transmission visà-vis de la constante diélectrique relative d'une couche à constante diélectrique relative élevée dans une gamme d'angles d'incidence de 0 à 70 dans la première forme de réalisation.
Comme représenté sur la figure 1, le radôme 10 selon la première forme de réalisation possède une structure dans laquelle des portions de noyau (matériau de noyau) 2a, 2b sont superposées respectivement sur une surface latérale et sur l'autre surface latérale d'une 35 couche 1 à constante diélectrique relativement élevée, et des portions de peau 3a, 3b superposées en supplément respectivement sur une surface latérale et une autre surface latérale du matériau stratifié obtenu. En outre, la portion de peau 3b superposée à la surface extérieure du 5 matériau stratifié obtenu est recouverte par un matériau de revêtement 4. Le radôme 10 loge une antenne 5.
Pour produire le radôme 10 possédant la structure stratifiée représentée sur la figure 1, on peut utiliser par exemple le procédé suivant. On prépare une feuille 10 préimprégnée, qui est un mélange constitué de fibres de renfort telles que des fibres de quartz par exemple et d'une résine et qui doit être transformée en les portions de peau 3a, 3b après thermodurcissement. Par ailleurs, un matériau de base, qui doit être transformé en des portions 15 de noyau 2a, 2b après thermodurcissement est préparé par addition d'une poudre céramique, qui est un matériau d'ajustement de la constante diélectrique relative au matériau principal des portions de noyau, puis dispersion de la poudre dans le matériau principal des portions de 20 noyau et mise en forme ultérieure du matériau obtenu pour former deux feuilles.
En outre, un autre matériau de base, qui est transformé en la couche 1 à constante diélectrique relative élevée après thermodurcissement, est préparé par addition 25 d'une poudre céramique, qui est un matériau d'ajustement de la constante diélectrique relative, et un matériau formé d'une résine en une quantité prédéterminée, puis dispersion de la poudre dans le matériau formé d'une résine et mise en forme ultérieure du matériau obtenu sous la forme d'une 30 feuille. Une moitié de la couche préimprégnée devant être transformée en la portion de peau 3a apres thermodurcissement, le matériau de base (une première feuille) devant être transformé en la portion de noyau 2a après durcissement, l'autre matériau de base (l'autre 35 feuille) devant être transformé en la couche 1 à constante diélectrique relative élevée après le thermodurcissement, le matériau de base (la seconde feuille) devant être transformé en la portion de noyau 2a apres thermodurcissement et l'autre moitié de l'élément 5 préimprégné devant être transformée en la portion de peau 3a après durcissement sont empilées dans cet ordre sur une matrice de moulage, puis ces matériaux sont soumis à un thermodurcissement (en étant superposés les uns aux autres). Ensuite, on recouvre la surface de la portion de 10 peau 3b du produit stratifié obtenu avec le matériau de revêtement, ce qui conduit à la réalisation du radôme 10.
Les auteurs à la base de la présente invention ont étudié soigneusement et ont trouvé que la perte par transmission peut être réduite d'une manière uniforme dans 15 une structure en sandwich qui est produite par division de la portion de noyau dans le sens de l'épaisseur puis la mise en place d'une couche à constante diélectrique relative élevée possédant une constante diélectrique relative qui est supérieure à celle de la portion de peau 20 et est également supérieure à celle de la portion de peau, entre les portions de noyau séparés en deux. En outre, les auteurs à la base de la présente invention ont également trouvé que la gamme de la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée, qui 25 est souhaitée lorsque la différence entre les constantes diélectriques relatives de la portion de peau et de la portion de noyau est égale à environ 1,5 ou moins, diffère de la gamme de la constante diélectrique relative de cette couche, qui est souhaitée lorsque la différence entre les 30 constantes diélectriques relatives de la portion de peau et de la portion de noyau est supérieure à 1,5. Dans ce dernier cas la constante diélectrique relative de la portion de peau ou de la portion de noyau peut être choisie supérieure. 3 5
Dans la première forme de réalisation, la valeur optimale de la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée a été déterminée lorsque la différence entre les constantes diélectriques relatives de la portion de peau et de la portion de noyau était égale à 1,5 ou moins.
Pour obtenir le gain de l'antenne, il faut que la perte par transmission soit égale à 0,5 dB ou moins et, pour obtenir le rapport axial d'antenne, il faut que la fluctuation de la perte par transmission se situe à moins 10 de 0,2 dB dans une gamme d'angles d'incidence de 0 à 70 .
Dans des panneaux en sandwich possédant chacun une couche à constante diélectrique relative élevée et entre lesquels la constante diélectrique relative diffère, on a mesuré les pertes par transmission dans une gamme d'angles d'incidence 15 entre 0 et 70 , ce qui a permis d'étudier de quelle manière la perte par transmission varie dans chacun des panneaux. Comme cela ressort à l'évidence des résultats représentés sur la figure 2, lorsque la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique 20 relative élevée est comprise entre 4 et 20, les conditions indiquées précédemment sont satisfaites ce qui fournit un excellent radôme, dans lequel la perte par transmission est faible.
Lorsque la couche à constante diélectrique 25 relative élevée est inférieure à 4 ou supérieure à 20, la perte par transmission devient égale à 0,5 dB ou plus, ou bien la perte par transmission présente une fluctuation de 0,2 dB ou plus, ce qui réduit le gain de l'antenne.
Pour ajuster la différence entre les constantes 30 diélectriques relatives de la portion de peau et de la portion de noyau à 1,5 ou moins, on peut ajouter une poudre céramique, dont le constituant principal par exemple est le BaTiO3, dont la constante diélectrique relative est égale à 3 500, à la portion (matériau) de noyau, en une quantité 35 prédéterminée.
En outre, pour ajuster la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée à une valeur comprise entre 4 et 20, on peut ajouter à la résine, en une quantité prédéterminée, la poudre 5 céramique, dont le constituant principal est par exemple le BaTiO3, dont la constante diélectrique relative est égale à 3 500.
Dans la première forme de réalisation, étant donné que la différence entre les constantes diélectriques 10 relatives de la portion de noyau et de la portion de peau a été réglée sur 1,5 ou moins, l'ajustement de la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée compris entre 4 et 20 permet de réduire la perte par transmission à 0,3 dB ou moins dans une gamme 15 étendue d'angles d'incidence de 0 à 70 .
Dans la première forme de réalisation, on utilise une fibre de quartz en tant que fibre de renfort utilisée pour la portion de peau, et on peut également obtenir un effet similaire lorsqu'on utilise d'autres fibres de 20 renfort.
En outre, pour ajuster la constante diélectrique relative, on ajoute la poudre céramique, dont le constituant principal est le BaTiO3 au matériau principal de la portion de noyau. Cependant, lorsqu'on ajoute à ce 25 matériau au moins l'un quelconque de matériaux sélectionnés parmi le groupe comprenant BaTiO3, CaTiO3, MgTiO3, SrTiO3, (Zr,Sn) TiO4, BaTi409, Ba2Ti9020, (Mg,Ca)TiO3, Ba(Zr, Ti)03, Ba(Mg,Ta) 03, Ba (Zn, Ta) 03, BaTiO4, WO3, TiO2, Bi4Ti3012, BaZrO3, CaSnO3, alumine et silicium, un effet similaire est 30 obtenu.
En outre, dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, pour ajuster la constante diélectrique relative de la portion de noyau, on ajoute du TiO2, qui est un type de poudre céramique à la portion 35 (matériau) de noyau. Dans ce cas, une résine époxy ou analogue est utilisée en tant que matériau formé d'une résine.
On va décrire, en référence à la figure 3, un radôme selon une seconde forme de réalisation de la 5 présente invention. Dans cette seconde forme de réalisation, la valeur optimale de la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée a été déterminée lorsque la différence entre les constantes diélectriques relatives de la portion 10 de peau et de la portion de noyau était égale à 1,5 (alors que dans la première forme de réalisation, la valeur optimale de la constante diélectrique relative de cette portion était déterminée lorsque la différence était égale à 1,5 ou moins). La figure 3 est un diagramme permettant 15 d'expliquer la dépendance de la perte par transmission visàvis de la constante diélectrique relative d'une couche à constante diélectrique relative élevée dans une gamme d'angles d'incidence de 0 à 70 dans la seconde forme de réalisation. Etant donné que la configuration et le procédé 20 de fabrication du radôme selon la seconde forme de réalisation sont similaires respectivement à la configuration et au procédé décrits en référence à la figure 1 dans la première forme de réalisation, on n'en donnera pas l'explication.
Comme mentionné précédemment, dans la seconde forme de réalisation, la valeur optimale de la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée a été déterminée lorsque la différence entre les constantes diélectriques relatives de la portion 30 de peau et de la portion de noyau était supérieure à 1,5.
Tout d'abord, dans les panneaux en sandwich comportant chacun une couche à constante diélectrique relative élevée et entre lesquels la constante diélectrique relative diffère, on a mesuré les pertes par transmission dans une 35 gamme d'angles d'incidence de 0 à 70 , ce qui a permis il d'étudier de quelle manière la perte par transmission varie. Comme cela ressort à l'évidence des résultats représentés sur la figure 3, lorsque la constante diélectrique relative de la couche est comprise entre 10 et 5 55, on obtient un excellent radôme, dans lequel la perte par transmission est faible.
Lorsque la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée est inférieure à 10 et supérieure à 55, la perte par 10 transmission devient égale à 0,5 dB ou plus ou la perte de transmission présente une fluctuation de 0,2 dB ou plus, ce qui réduit le gain de l'antenne.
Pour ajuster la constante diélectrique relative de la couche constante diélectrique relative élevée entre 15 10 et 55, on peut ajouter à la résine, en quantité prédéterminée, une poudre céramique, dont le constituant principal est par exemple du BaTiO3 dont la constante diélectrique relative est égale à 3 500.
Dans la seconde forme de réalisation, étant donné 20 qu'un matériau d'ajustement de la constante diélectrique n'est pas ajouté à la portion (au matériau) de noyau, la différence entre les constantes diélectriques relatives de la portion de peau et de la portion de noyau est supérieure à 1,5. Dans ce cas, l'ajustement de la constante 25 diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée à une valeur entre 10 et 55 permet de réduire la perte par transmission à 0,5 dB ou moins dans une gamme étendue d'angle d'incidence de 0 à 70 . Cette perte par transmission est supérieure à celle obtenue dans 30 la première forme de réalisation (0,3 dB ou moins).
Cependant, aucun problème ne se pose dans la pratique avec cette perte par transmission.
Dans la seconde forme de réalisation, on utilise une fibre de quartz par exemple en tant que fibre de 35 renfort utilisée pour les portions de peau, mais on peut également obtenir un effet similaire en utilisant d'autres fibres de renfort. En outre, pour ajuster la constante diélectrique relative de la couche à constante diélectrique relative élevée, on ajoute la poudre céramique, dont le 5 constituant principal est du BaTiO3, au matériau de la couche. Cependant, lorsqu'on lui ajoute au moins un quelconque des matériaux choisis dans le groupe comprenant BaTiO3, CaTiO3, MgTiO3, SrTiO3, (Zr,Sn)TiO4, BaTi409, Ba2Ti4020, (Mg,Ca)TiO3, Ba(Zr,Ti)03, Ba(Mg, Ta) 03, Ba(Zn,Ta)03, 10 BaTiO4, W03, TiO2, Bi4Ti3012, BaZrO3, CaSnO3, alumine et silicium, on peut obtenir également un effet similaire.
En outre, dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, pour ajuster la constante diélectrique du matériau, on ajoute à la portion (matériau) 15 de noyau du TiO2 qui est un type de poudre céramique. Dans ce cas la résine époxy ou analogue est utilisé en tant que matériau formant résine.
Claims (4)
1. Radôme, caractérisé en ce qu'il comporte - une première portion de peau (3a), - une première portion de noyau (2a) formée sur une surface latérale de la première portion de peau (3a), - une couche (1) à constante diélectrique relative élevée formée sur la surface latérale de la première portion de noyau (2a), qui est située à l'opposé de la première portion de peau (3a), - une seconde portion de noyau (2b) formée sur la surface latérale de la couche à constante diélectrique relative élevée, qui est située à l'opposé de la première portion de noyau (2a), et - une seconde portion de peau (3b) formée sur la 15 surface latérale de la seconde portion de noyau (2b), qui est située à l'opposé de la couche (1) à constante diélectrique relative élevée, et en ce que la couche (1) à constante diélectrique relative élevée possède une constante 20 diélectrique relative qui est supérieure à la constante diélectrique relative de la partie formant peau constituée par la première portion de peau (3a) et la seconde portion de peau (3b) et également de la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau (2a) et la 25 seconde portion de noyau (2b).
2. Radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les constantes diélectriques relatives de la partie formant peau constituée par la première portion de peau (3a) et par la seconde portion de 30 peau (3b) et la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau (2a) et par la seconde portion de noyau (2b) est égale à 1,5 ou moins, et en ce que la constante diélectrique relative de la couche (1) à constante diélectrique relative élevée est comprise entre 4 35 et 20.
3. Radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les constantes diélectriques relatives de la partie formant peau constituée par la première portion de peau (3a) et par la seconde portion de 5 peau (3b) et la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau (2a) et par la seconde portion de noyau (2b) est supérieure à 1,5, et en ce que la constante diélectrique relative de la couche (1) à constante diélectrique relative élevée est comprise entre 10 et 55.
4. Radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins de la partie formant peau constituée par la première portion de peau (3a) et par la seconde portion de peau (3b), la partie formant noyau constituée par la première portion de noyau (2a) et par la 15 seconde portion de noyau (2b), et la couche (1) à constante diélectrique relative élevée comprend au moins l'un des matériaux choisis dans le groupe comprenant BaTiO3, CaTiO3, MgTiO3, SrTiO3, (Zr,Sn)TiO4, BaTi4O9, Ba2Ti9O20, (Mg, Ca) TiO3, Ba (Zr, Ti) 03, Ba (Mg, Ta) 03, Ba (Zn, Ta) 03, BaTiO4, W03, TiO2, 20 Bi4Ti3012, BaZrO3, CaSnO3, alumine et silicium.
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