FR3109027A1

FR3109027A1 - Absorbant radar large bande ajustable

Info

Publication number: FR3109027A1
Application number: FR2003330A
Authority: FR
Inventors: Thtreswar BEEHARRY
Original assignee: Constructions Mecaniques de Normandie
Current assignee: Constructions Mecaniques de Normandie
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: FR3109027B1

Abstract

Il est proposé un absorbant radar (10) comprenant au moins: une première couche diélectrique (12), une deuxième couche diélectrique (14) et une couche d’eau (16), disposée entre la première et la deuxième couche diélectrique, et contenue dans un espace clos (E) agencé entre la première couche diélectrique et la deuxième couche diélectrique. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Absorbant radar large bande ajustable

La présente divulgation relève du domaine de l’absorption d’ondes radar. Plus précisément, la présente divulgation vise un absorbant radar destiné à être appliqué sur une surface à protéger. La présente divulgation vise également une méthode de fabrication et d’assemblage d’un absorbant radar.

De nombreux dispositifs, tels que les navires militaires ou de recherche, sont lourdement équipés d’antennes et de radars dédiés aux systèmes de communication et de combat.

Cependant, la propagation d’ondes radar provenant ces équipements entraine des difficultés concernant leur disposition et leur positionnement. En effet, des problèmes de comptabilité électromagnétique (CEM) peuvent apparaitre, tel que des zones d’ombre, une désadaptation d’antennes avec leurs générateurs ou de fortes signatures radar.

Pour faire face à certains problèmes de CEM, il est connu de revêtir une surface d’un absorbant radar, ou Radar Absorbing Material (RAM) en anglais. L’absorbant radar peut notamment fonctionner par deux mécanismes : l’annulation de l’onde incidente ou son absorption.

L’annulation de l’onde incidente exploite des absorbants dits résonants. L’absorbant comporte alors deux couches, dont l’une est partiellement réfléchissante et l’autre est entièrement réfléchissante. Les deux couches sont séparées d’une distance équivalente au quart de la longueur d’onde de l’onde incidente. Ainsi, par réflexion sur chacune des couches, l’absorbant radar génère deux ondes réfléchies, en opposition de phases.

Ce type d’absorbant radar permet en effet l’annulation de l’onde incidente. Néanmoins, ce type d’absorbant ne fonctionne que pour une fréquence particulière d’onde incidente. L’efficacité de l’absorbant diminue d’autant plus que la longueur d’onde de l’onde incidente est éloignée de la longueur d’onde prévue.

Par ailleurs, l’absorption de l’onde incidente exploite un absorbant comportant une couche réfléchissante revêtue d’un matériau diélectrique. Le matériau diélectrique est chargé en particules permettant de modifier la fréquence de l’onde incidente ou de modifier sa nature. En outre, afin d’absorber plusieurs ondes incidentes de fréquences différentes, il apparait possible de prévoir plusieurs couches de matériau diélectrique.

Cependant, une bonne performance de ce type d’absorbant radar nécessite l’utilisation d’un matériau diélectrique peu disponible et coûteux. Le coût, la taille et le poids de l’absorbant peut rapidement augmenter, d’autant plus lorsqu’il comporte plusieurs couches de matériau diélectrique.

Il existe donc un besoin pour un absorbant radar ne présentant pas les inconvénients de l’art antérieur.

Résumé

Il est proposé un absorbant radar comprenant au moins:
- une première couche diélectrique;
- une deuxième couche diélectrique ;
- une couche d’eau, disposée entre la première et la deuxième couche diélectrique, et contenue dans un espace clos agencé entre la première couche diélectrique et la deuxième couche diélectrique.

Un tel absorbant radar permet une absorption d’ondes radar de fréquences différentes. En effet, l’eau est un matériau à forte pertes sur une large bande de fréquence. Les couches diélectriques peuvent alors être en un matériau facilement accessible et peu couteux, sans compromettre la performance d’absorption. Un tel absorbant présentant un très bon ratio prestation / coût peut alors être utilisé contre les problèmes de CEM, ou en pour augmenter la furtivité d’un bâtiment/navire, vis-à-vis des radars adverses.

Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.

Chacune des première et deuxième couches diélectriques peut prendre la forme d’une une plaque continue, d’épaisseur constante, et substantiellement plane. Ainsi, le coût de fabrication de l’absorbant radar est réduit, les plaques diélectriques étant facilement réalisable à faible coûts.

La couche d’eau peut être reçue dans un cadre pour délimiter l’espace clos entre la première et la deuxième couche diélectrique. Ainsi, le cadre permet de former une entretoise entre la première couche et la deuxième couche tout en recevant la couche d’eau.

Le cadre peut être recouvert d’un matériau étanche pour contenir la couche d’eau. La couche d’eau est alors contenue entre les deux couches diélectriques.

L’absorbant radar peut comprendre au moins un moyen de fixation de l’absorbant sur une surface à protéger. L’absorbant radar peut alors être facilement monté sur une surface à protéger. Par exemple, la surface à protéger peut être la coque ou un radôme de navire.

Le au moins un moyen de fixation peut permettre de faire varier la distance séparant l’absorbant de la surface à protéger, de préférence la distance est variable entre 0 mm et 50 mm. Ainsi, en éloignant l’absorbant de la surface à protéger, il est possible de facilement moduler la bande de fréquences pour laquelle l’absorbant radar est particulièrement performant. Un même absorbant radar peut alors être facilement adapté pour des applications particulières.

Une distance séparant les première et deuxième couches diélectriques peut être d’environ 2 mm. Ainsi, l’épaisseur de la couche d’eau est optimisée pour une meilleure performance de l’absorbant.

Les première et deuxième couches diélectriques peuvent être en polychlorure de vinyle (PVC) ou en caoutchouc. Ces matériaux possèdent des propriétés diélectriques connues, tout en étant accessibles à faibles coûts. En outre, il apparait possible d’adapter ces matériaux pour suivre une éventuelle courbure de la surface à protéger.

La première couche diélectrique, distante de la surface à protéger, peut avoir une épaisseur d’environ 4 mm. Ainsi, l’épaisseur de la première couche diélectrique est optimisée pour une meilleure performance de l’absorbant.

La deuxième couche diélectrique, au voisinage de la surface à protéger, peut avoir une épaisseur d’environ 2 mm. Ainsi, l’épaisseur de la deuxième couche diélectrique est également optimisée pour une meilleure performance de l’absorbant.

L’absorbant radar peut en outre comprendre au moins une couche diélectrique intermédiaire, entre la première couche et la deuxième couche diélectrique, une couche d’eau étant agencée de part et d’autre de la ou de chaque couche intermédiaire. Ainsi, par superposition de couches diélectriques et de couches d’eau, il apparait possible d’augmenter la bande de fréquences pour laquelle l’absorbant radar est particulièrement performant. Les ondes de basse fréquence, notamment dans le domaine des ondes radios, peuvent également être absorbées.

Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un absorbant radar comprenant :
- fournir au moins une première couche diélectrique et une deuxième couche diélectrique ;
- fixer un cadre sur la première couche ;
- fixer une deuxième couche diélectrique sur le cadre pour définir un espace entre la première et deuxième couche ;
- appliquer un matériau étanche sur le pourtour du cadre ;
- injecter de l’eau dans l’espace entre la première couche et la deuxième couche.

Ce procédé permet de fournir un absorbant radar facilement et de manière peut couteuse. L’absorbant radar ainsi formé peut en outre absorber des ondes radar de fréquence variable.

L’eau peut être injectée par une ouverture dans le cadre, l’ouverture étant ensuite couverte par le matériau étanche ou fermée par un bouchon. Cette étape permet d’assurer que la couche d’eau est contenue dans l’absorbant radar.

Le procédé peut comprendre monter l’absorbant radar sur une surface à protéger, une distance séparant la surface à protéger de l’absorbant étant comprise entre 0 mm et 50 mm.

La variabilité de la distance entre l’absorbant et la surface à protéger permet de facilement moduler les fréquences d’ondes radar pour lesquelles l’absorbant particulièrement performant.

Le procédé peut comprendre la fixation d’une ou plusieurs couches intermédiaires entre la première couche et la deuxième couche, chaque couche intermédiaire étant fixée à un cadre pour contenir une couche d’eau. Ainsi, la superposition des couches diélectrique permet de moduler les fréquences d’absorption pour laquelle l’absorbant est particulièrement performant, notamment pour des fréquences basses telles que les ondes radio.

D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

montre schématiquement une vue en coupe transversale d’un absorbant radar agencé sur une surface à protéger, selon un mode de réalisation.

montre schématiquement une vue en coupe longitudinale de l’absorbant radar de la figure 1.

montre un graphique de l’absorption en fonction de la fréquence d’onde radar de l’absorbant radar de la figure 1.

montre un autre graphique de l’absorption en fonction de la fréquence d’onde radar de l’absorbant radar de la figure 1.

montre un organigramme du procédé de fabrication et d’assemblage de l’absorbant radar de la figure 1.

montre schématiquement une vue en coupe transversale de l’absorbant radar agencé sur une surface à protéger, selon un deuxième mode de réalisation.

montre schématiquement un détail de la figure 1.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

Comme visible sur la figure 1, un absorbant radar 10 comporte une première couche diélectrique 12 et une deuxième couche diélectrique 14, entre lesquelles est enfermée une couche d’eau 16. L’absorbant radar 10 est destiné à absorber des ondes radar 11, caractérisées par leur fréquence F et leur longueur d’onde λ.

Par couche diélectrique, on entend que les couches sont formées par un matériau ayant une résistivité très élevée. De préférence, le matériau a une permittivité relative εR, ou constante diélectrique εR, proche de 3. La permittivité relative εR correspond à la permittivité du matériau ε exprimée en rapport avec la permittivité du vide ε0, constante.

De manière préférée, les couches diélectriques sont en Polychlorure de vinyle (PVC). En effet, le PVC est un matériau de grande consommation. Le PVC est ainsi facilement accessible à faible coûts. En variante, le matériau peut également être un caoutchouc, ou tout autre matériau présentant une permittivité adaptée.

Par ailleurs, l’eau enfermée entre couches diélectriques a une température comprise entre 5°C et 45°C, de préférence l’eau a une température d’environ 25°C. Il a en effet été constaté que la température de l’eau influence ses caractéristiques électriques, et donc la performance d’absorption des ondes radar 11. La température de l’eau définie permet d’optimiser les performances d’absorption de l’absorbant radar.

Dans l’exemple illustré, les premières et deuxièmes couches diélectriques 12, 14 prennent la forme de plaques planes s’étendant dans des plans d’extensions parallèles entre eux, dans lesquels :
- une épaisseur E12 de la première couche 12, mesurée selon la direction normale de son plan d’extension, est d’environ 4 mm ;
- une épaisseur E14 de la deuxième couche 14, également mesurée selon la direction normale de son plan d’extension, est d’environ 2 mm ; et
- une distance D1 séparant la première couche 12 de la deuxième couche 14, entre lesquelles se trouve la couche d’eau 16, mesurée selon la direction normale aux plans d’extensions des couches 12, 14, est d’environ 2 mm.
De telles dimensions permettent d’optimiser la performance d’absorption de l’absorbant radar.

Un cadre 18 est disposé entre les première et deuxième couches diélectriques 12, 14. Le cadre 18 définit la distance D1 entre les première et deuxième couches diélectrique. En outre, le cadre délimite un espace E occupé par la couche d’eau 16.

Ici, le cadre 18 est solidarisé entre les premières et deuxièmes couches diélectriques 12, 14 par collage. Cependant, le cadre peut également être solidarisé par vissage, clipsage ou tout autre moyen accessible à l’homme de l’art.

En outre, le cadre 18 est ici en PVC afin de limiter encore les coûts liés à la fabrication de l’absorbant radar 10. En variante, le cadre peut être en tout matériau suffisamment rigide pour maintenir la distance D1 entre les premières et deuxièmes couches diélectriques 12, 14.

Le cadre 18 est recouvert d’un matériau étanche 20 pour contenir l’eau à l’intérieur de l’espace E. Par exemple, le matériau étanche peut être un polyuréthane mono-composant, commercialisé sous le nom de Sikaflex®. En effet, ce matériau permet la réalisation de joints étanches et haute résistance. Ce matériau est également facilement accessible à faible coût.

Par ailleurs, comme plus visible sur la figure 2, le cadre 18 comporte une ouverture 26. L’ouverture permet l’introduction l’eau dans l’espace E entre les premières et deuxièmes couches diélectrique 12, 14. L’ouverture peut ensuite être fermée par un bouchon. L’ouverture peut également être recouverte par le matériau étanche pour contenir la couche d’eau 16.

L’absorbant radar 10 décrit ci-avant est monté sur une surface à protéger 22. La surface à protéger peut notamment être une coque d’un navire, une paroi de radôme et/ou un conduit métallique.

Ici, la surface à protéger 22 est sensiblement plane. L’absorbant radar 10 est alors disposé parallèlement à la surface à protéger 22. En outre, l’absorbant radar est disposé de manière à ce que la première couche 12 est distante de la surface à protéger 22 et la deuxième couche 14 s’étend au voisinage de la surface à protéger 22.

Il est à noter que les premières et deuxièmes couches diélectriques 12, 14 ont une longueur L et une largeur l, mesurées dans leurs plans d’extension, choisies selon les dimensions de la surface à protéger.

Par ailleurs, l’absorbant radar 10 peut être distant de la surface à protéger 22 selon la direction normale aux plans d’extensions des première et deuxième couches 12, 14. Une distance D2 séparant la surface à protéger 22 de la deuxième couche 14 est notamment comprise entre 0 mm et 50 mm. Cette variation permet de moduler les plages de fréquences des ondes radar pour lesquelles l’absorbant est particulièrement performant. Il apparaît alors possible d’adapter un même absorbant pour des applications différentes, en variant la distance D2 entre l’absorbant et la surface à protéger.

En effet, les figures 3 et 4 illustrent l’absorbation d’ondes radar 11 selon leur fréquence F. Sur la figure 3, la distance D2 séparant la surface à protéger 22 de la deuxième couche 14 est de 27.5 mm. On observe une absorption superieure à 90% des ondes dont la fréquence est de 5 GHz. Sur la figure 4, la distance D2 séparant la surface à protéger de la deuxième couche est de 1 mm. On observe alors une absorption supérieure à 90% des ondes dont la fréquence est de 10 GHz. Ainsi, une variation de la distance D2 entre l’absorbant 10 et la surface à protéger 22 permet une grande variabilité des plages de fréquences d’ondes 11 pour lesquelles l’absorbant est particulièrement performant.

L’absorbant radar 10 est monté sur la surface à protéger 22 par un moyen de fixation 28. Tel qu’illustré à la figure 7, le moyen de fixation peut correspondre à des vis 28. Alors, la distance D2 entre l’absorbant et la surface à protéger est facilement modulable. Bien entendu, d’autres moyens de fixations accessibles à l’homme de l’art peuvent être mis en œuvre.

On décrit par la suite, en regard de la figure 5, un exemple de procédé de fabrication de l’absorbant radar 10 tel que décrit ci-avant.

Tel qu’illustré, le procédé de fabrication comprend une première étape E1 de fourniture des première et deuxième couches diélectriques 12, 14. Les couches diélectriques sont notamment de longueur L, largeur l et d’épaisseur E12, E14 choisie.

Le procédé comprend alors une deuxième étape E2 de fixation du cadre 18 sur la première couche diélectrique 12. L’étape de fixation peut comprendre une première sous-étape d’application d’un adhésif sur la première couche diélectrique 12 ou sur le cadre 18, suivie d’une sous-étape de solidarisation entre la première couche diélectrique et le cadre.

Le procédé se poursuit par une troisième étape E3 de fixation de la deuxième couche diélectrique 14 sur le cadre 18. L’étape de fixation peut également comprendre une première sous-étape d’application d’un adhésif sur la deuxième couche ou sur le cadre, suivie d’une sous-étape de solidarisation entre la deuxième couche diélectrique et le cadre.

La quatrième étape E4 consiste à étanchéifier l’espace E définit par le cadre 18. Pour se faire, le matériau absorbant 20 est appliqué sur le pourtour du cadre. La quatrième étape peut en outre comprendre une sous-étape de séchage du matériau absorbant appliqué sur le pourtour du cadre.

Par la suite, la cinquième étape E5 consiste à injecter de l’eau au travers l’ouverture 26 du cadre. L’eau peut par exemple être injectée par l’utilisation d’une seringue.

L’étape E7 consiste à fermer l’ouverture 26 pour contenir l’eau dans l’espace E. L’étape E7 peut comprendre une première sous-étape d’insertion d’un bouchon dans l’ouverture 26, suivie d’une deuxième sous étape d’application du matériau absorbant. Alternativement, l’ouverture E7 peut être dépourvue de sous-étape d’insertion de bouchon.

Enfin, l’étape E8 consiste à monter l’absorbant radar 10 sur la surface à protéger 22. L’absorbant peut être monté au moyen de vis 28 sur la surface à protéger. La distance D2 séparant la surface à protéger de l’absorbant est choisie en fonction de la plage de fréquence destinée à être absorbée par l’absorbant.

L’invention ne se limite pas aux seuls exemples décrits ci-avant mais est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l’homme de l’art.

Par exemple, tel qu’illustré à la figure 6, une couche diélectrique intermédiaire 30 peut être agencée entre la première couche 12 et la deuxième couche 14. De part et d’autre de la couche intermédiaire 30, un cadre 18a, 18b, recouvert de matériau étanche 20, renferme une couche d’eau 16. En superposant une ou plusieurs couches diélectriques intermédiaires, la plage de fréquence d’ondes pour laquelle l’absorbant est particulièrement performant peut être modulée. En particulier, il apparait possible d’absorber les ondes de fréquences plus basses, notamment dans le domaine des ondes radio.

Par ailleurs, les couches diélectriques peuvent être courbées, voire prendre une forme de cylindre. La forme de la couche diélectrique peut être adaptée à la surface à protéger. Dans le cas où le rayon de la courbure ou du cylindre est supérieur, en particulier au moins 10 fois supérieur, à la longueur d’onde λ des ondes 11, l’absorbant radar peut avoir les mêmes épaisseurs et distances que celles décrites ci-avant. Pour les autres cylindres, les épaisseurs E12, E14 des couches diélectriques 12, 14, et les distances D1, D2 entre les couches 12, 14 et entre l’absorbant 10 et la surface à protéger 22, peuvent être adaptées pour optimiser la performance de l’absorbant.

Le cadre 18 pourrait prendre la forme d’une ou plusieurs entretoises pour maintenir la distance entre chacune des couches diélectriques. Dans ce cas, l’espace E recevant la couche d’eau est définit par le matériau étanche 20. Cette configuration permet de faciliter l’assemblage de l’absorbant radar tout en définissant la distance séparant chaque couche diélectrique.

Claims

Absorbant radar (10) comprenant au moins:
- une première couche diélectrique (12);
- une deuxième couche diélectrique (14) ;
- une couche d’eau (16), disposée entre la première et la deuxième couche diélectrique, et contenue dans un espace clos (E) agencé entre la première couche diélectrique et la deuxième couche diélectrique.
Absorbant radar (10) selon la revendication 1, dans lequel chacune des première et deuxième couches diélectriques prend la forme d’une une plaque continue, d’épaisseur constante, et substantiellement plane.
Absorbant radar (10) selon la revendication 1, dans lequel la couche d’eau (16) est reçue dans un cadre (18) délimitant l’espace clos entre la première et la deuxième couche diélectrique.
Absorbant radar (10) selon la revendication 2, dans lequel le cadre (18) est recouvert d’un matériau étanche (20) pour contenir la couche d’eau.
Absorbant radar (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un moyen de fixation (28) de l’absorbant sur une surface à protéger (22).
Absorbant radar (10) selon la revendication précédente, dans lequel le au moins un moyen de fixation (28) permet de faire varier la distance (D2) séparant l’absorbant (10) de la surface à protéger (22), de préférence la distance est variable entre 0 mm et 50 mm.
Absorbant radar (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, dans lequel une distance (D1) séparant les première et deuxième couches diélectriques (12,14) est d’environ 2 mm.
Absorbant radar (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, dans lequel les première et deuxième couches diélectriques (12,14) sont en polychlorure de vinyle (PVC) ou en caoutchouc.
Absorbant radar (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 4, dans lequel la première couche diélectrique (12), distante de la surface à protéger (22), a une épaisseur (E12) d’environ 4 mm.
Absorbant radar (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 4, dans lequel la deuxième couche diélectrique (14), au voisinage de la surface à protéger (22), a une épaisseur (E14) d’environ 2 mm.
Absorbant radar selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre au moins une couche diélectrique intermédiaire (30), entre la première couche (12) et la deuxième couche diélectrique (14), une couche d’eau (16) étant agencée de part et d’autre de la ou de chaque couche intermédiaire.
Procédé de fabrication d’un absorbant radar (10) comprenant :
- fournir au moins une première couche diélectrique (12) et une deuxième couche diélectrique (14) ;
- fixer un cadre (18) sur la première couche ;
- fixer une deuxième couche diélectrique (14) sur le cadre pour définir un espace entre la première et deuxième couche ;
- appliquer un matériau étanche (20) sur le pourtour du cadre ;
- injecter de l’eau dans l’espace entre la première couche et la deuxième couche.
Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel l’eau est injectée par une ouverture (26) dans le cadre, l’ouverture étant ensuite couverte par le matériau étanche ou fermée par un bouchon.
Procédé de fabrication selon l’une des revendications 12 ou 13 comprenant en outre monter l’absorbant radar sur une surface à protéger (22), une distance séparant la surface à protéger de l’absorbant étant comprise entre 0 mm et 50 mm.
Procédé de fabrication selon l’une des revendications 12 à 14, comprenant la fixation d’une ou plusieurs couches intermédiaires (30) entre la première couche et la deuxième couche, chaque couche intermédiaire étant fixée à un cadre pour contenir une couche d’eau.