WO2017042284A1 - Radome equipe d'un systeme resistif chauffant structure en bandes de nano-elements metalliques - Google Patents

Radome equipe d'un systeme resistif chauffant structure en bandes de nano-elements metalliques Download PDF

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WO2017042284A1
WO2017042284A1 PCT/EP2016/071205 EP2016071205W WO2017042284A1 WO 2017042284 A1 WO2017042284 A1 WO 2017042284A1 EP 2016071205 W EP2016071205 W EP 2016071205W WO 2017042284 A1 WO2017042284 A1 WO 2017042284A1
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radome
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ghz
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transparency
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Caroline Celle
Laurent Dussopt
Jean-Pierre Simonato
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • the present invention relates to the field of radomes for protecting an antenna capable of radiating and / or sensing radio waves in a given range of frequencies from 3 MHz to 300 GHz.
  • these radomes are intended for antennas radiating / sensing super-high frequency (3 GHz to 30 GHz) or extremely high frequency (30 to 300 GHz) waves.
  • the invention relates in particular to the heating system integrated in the radome, provided for its defrosting and / or demisting.
  • the invention finds particular applications in the automotive, telecommunications, military and aeronautical fields.
  • frost filters the passage of radio waves and thus limits the transparency of the radome to these same waves.
  • the detection distance of a radar is directly correlated to the radome transparency to the radio waves.
  • the detection distance of a sensor may be so weakened by the presence of frost that the sensor must be disabled.
  • the invention firstly relates to a radome intended to protect an antenna capable of radiating and / or picking up radio waves in a given range of frequencies ranging from 3 MHz at 300 GHz, said radome being equipped with a heating system comprising two electrical contacts between which resistive heating elements are arranged.
  • said resistive heating elements are parallel strips spaced apart from each other and each having two ends respectively connected to the two electrical contacts, each of the strips being made using a network of nano-elements comprising metallic nanowires.
  • the strips have a first width (L1) strictly less than half the length ( ⁇ ) of the radio wave radiated / picked up by the antenna, and the period (P) in which the bands succeed each other is substantially equal to the product ⁇ . ⁇ , with (n) corresponding to a natural integer preferably different from 1.
  • the structuring of the heating system into metal nanowire strips makes it possible to obtain a high performance resistive heating for defrosting the radome, while maintaining a high level of transparency to the radio waves concerned.
  • these nano-elements having high transparency properties in the visible spectrum the invention can advantageously be applied to semi-transparent radomes without significantly altering the optical transparency properties of this radome.
  • the invention can be easily implemented using controlled techniques, at low cost, and perfectly suited for the structuring in strips on a flat support or more complex shape.
  • the deposition of nano-elements can be achieved by spray, low temperature and high speed, widely controlled technology especially in the automotive field.
  • the invention preferably has at least one of the following optional features, taken singly or in combination.
  • the radome has a transparency to the radio waves, in said given range, greater than 50%, and more preferably greater than 70%.
  • the radome has an overall transmittance greater than 60% in the visible spectrum, and more preferably between 70 and 90%.
  • said nano-elements are based on silver and / or copper and / or nickel and / or gold.
  • the strips have a first identical width L1 for each strip, and they are separated by inter-band areas having a second identical width L2 for each inter-band area, the ratio between the second width L2 and the first width L1. being greater than or equal to 1.
  • the width of the bands could differ from one band to another, without departing from the scope of the invention. It is the same for inter-band areas.
  • the first width L1 is between 0.5 and 3 mm, and more preferably of the order of 2 mm.
  • the second width L2 is between 4 and 10 mm.
  • each band has an electrical resistance of between 3 and 4
  • the first width L1 is approximately 2 mm
  • the second width L2 is approximately 2 mm.
  • This first embodiment proves to be perfectly suitable for many applications, in particular in the field of telecommunications with antennas operating at 60 GHz.
  • each band has an electrical resistance of between 8 and
  • the first width L1 is about 2 mm
  • the second width L2 is between 4 and 6 mm.
  • This second embodiment proves to be perfectly adapted for many applications, in particular in the field of the automobile and its ACC applications (of the English "Auto Cruise Control"), implementing sensors of long-distance detection integrating antennas operating at 77 GHz.
  • the radome has a main structure on which is deposited the heating system, this main structure having an intrinsic transparency to radio waves in the given range, greater than 70%.
  • the main structure is made of poly (ethylene naphthalate) or acrylonitrile butadiene styrene, although other plastic materials may be envisaged, without departing from the scope of the invention.
  • the radome is coated with an anti-scratch and / or thermal conduction layer.
  • the invention also relates to an assembly comprising an antenna capable of radiating and / or picking up radio waves in a given range of frequencies from 3 MHz to 300 GHz, and a radome as described above.
  • the radome is arranged so that its bands are parallel to the direction of polarization of the antenna.
  • the antenna is preferably designed to radiate and / or capture radio waves of 24 GHz, 60 GHz or 77 GHz. Other frequencies or frequency ranges are of course conceivable, without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic view of an assembly according to the invention, for example of the type of long-range detection sensor
  • FIG. 2 represents a front view of the radome equipping the assembly shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagrammatic view showing the nano-element strips of the radome, arranged parallel to the direction of polarization of the antenna.
  • This set 1 is a system dedicated to the field of telecommunications, and includes an antenna 2 operating at a frequency of 60 GHz, and a radome 4 protecting this antenna.
  • terrestrial telecommunication networks use a large number of point-to-point links (radio-relay links) intended to transmit communications over long distances, or to interconnect different parts of the same network.
  • the antennas of these links are generally arranged on high points (pylons, buildings, mountains) and thus naturally exposed to bad weather including frost and snow. Typical bands used are 30-45 GHz, 57-66 GHz and 71-86 GHz.
  • the assembly 1 could be a proximity sensor, with an antenna operating at a frequency of 24 GHz.
  • the invention covers all together 1 comprising an antenna and its radome, with the antenna capable of radiating and / or sensing radio waves in a given range of frequencies from 3 MHz to 300 GHz.
  • the main fields of application are automotive, military and aeronautics.
  • FIG. 2 there is shown the radome 4 which forms part of the outer casing 6 of the assembly 1.
  • the radome 4 is here planar, but could have a more complex shape, for example single or double curvature. It comprises a main plastic structure 8, having a transparency intrinsic to the radio waves concerned, greater than 70%. Conventionally, this transparency corresponds to the percentage of transmitted radiation, defined by the ratio between the power transmitted and the incident power.
  • the radio-wave transparency of the main structure can reach very high values, depending on the nature of the material. For example, a structure 8 of ABS (acrylonitrile butadiene styrene), 3 mm thick, has a transparency to radio waves of the order of 72%.
  • polystyrene resin polystyrene resin
  • KAPTON ® polyimide polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • ASA copolymer Acrylonytrile Styrene Acrylate PE (polyethylene), PP (polypropylene), PES.
  • the thickness of the main structure 8 is best adapted to optimize the transparency to radio waves. It is typically of the order of 1 to 3 mm, but can of course be lower as for the example of PEN described above. In general, the decrease in the thickness of the structure makes it possible to increase the transparency to the radio waves.
  • One of the particularities of the invention lies in the presence of a heating system 10 equipping the main structure 8 of the radome. It is a system comprising resistive heating elements forming strips 12 spaced from each other, and parallel to each other. In this respect, it is stated that when the structure 8 is non-planar, the parallelism between the strips 12 is characterized by the parallelism of the planes containing each of these strips.
  • the strips 12 have a first width Ll, identical for all the bands. These also have the same length for example between 2 and 20 cm, and preferably between 5 and 15 cm, and the same thickness which is for example between 100 and 50,000 nm.
  • the strips 12 are each made using a network of nano-elements 18 comprising metal nanowires. By nanowires, it is understood elements whose ratio between the length and diameter is greater than 10, and whose diameter may vary from 20 to 800 nm.
  • metal nanowires 18 are preferably made using a metal of the Ag, Au, Ni or Cu type, or with a material containing at least 50% of one of the aforementioned metals.
  • Metal nanowires made in different materials selected from the group mentioned above can be mixed within the network deposited on the structure 8, without departing from the scope of the invention.
  • nano-elements can also be integrated therein, such as carbon nanotubes and / or derivatives of this type of nanotubes, graphene sheets and / or derivatives of this type of material, and / or nano-elements based on boron nitride or metal oxides, for example hexagonal boron nitride (h-BN), ZnO or SiO 2 type.
  • the nano-elements 18 form a percolating surface network deposited on the surface of the main structure 8 forming a substrate. Its surface density may be of the order of 10 to 100 mg / m 2 , and more preferably of the order of 20 to 70 mg / m 2 .
  • each strip 12 there is provided respectively an electrical input contact 14 and an electrical output contact 16, each made with a thin copper blade or silver paste.
  • These contacts 14, 16 have linear resistances much lower than those of the strips 12, to ensure the resistive heating in the network of metal nanowires 18. They are for example of the metal film type, obtained by evaporation or Ti / Au spraying, Cr / Au, Cr / Alu.
  • the deposit may also be carried out using a lacquer, for example a silver lacquer, or using electrically conductive adhesives.
  • the electrical contacts 14, 16 make it possible to apply an electrical voltage to the networks 18 forming resistive heating elements.
  • This voltage is delivered by an appropriate apparatus 20, possibly adapted for feeding the antenna 2, as shown schematically in FIG. envisaged supply voltages are between 1 and 20V, and preferably between 1 and 12V.
  • the equivalent resistance formed by all the strips 12 of the heating system 10 is for example between 5 and 250 ohm.
  • the strips 12 are spaced apart by inter-band zones 22 on which the main structure 8 is left free, that is to say without deposition of nanowires 18.
  • These zones 22 have a second identical width L2 for all the zones, and greater than or equal to the first width L1 of the strips 12.
  • the ratio between the two widths L1 and L2 is therefore preferably greater than or equal to 1.
  • the sum of the two widths L1 and L2 corresponds moreover to the period P according to which the bands 12 succeed each other on the main structure 8.
  • the first width L1 is between 0.5 and 3 mm, and even more preferably of the order of 2 mm, while the second width L2 is preferably between 2 and 8 mm.
  • L1 and P are chosen in relation to the wavelength of the incident signal.
  • the associated wavelength is 3.9 mm for working frequencies at 77 GHz, or 12.5 mm for working frequencies of 24 GHz.
  • the first width L1 of the strips 12 of silver nanowires is defined as being as small as possible, for example 0.5 mm, and whose maximum value is of the order of ⁇ / 2, ie typically about 2 mm to 77 mm. GHz.
  • the period P may be substantially equal to a multiple of ⁇ , ie typically about 4, 8 or 12 mm at 77 GHz.
  • n corresponding to a natural number other than 1.
  • a margin of plus or minus 10% remains perfectly acceptable between the value of P and the value of the product ⁇ . ⁇ .
  • Deposition of the nanowire strips 18 is done in a conventional manner.
  • the nanowires can for example be deposited at high flow rate and at low temperature using a spray and a stencil masking the inter-band zones 22.
  • the deposition of nanowires can be carried out on the entire surface of the structure 8, to then be structured in order to reveal the strips 12 by eliminating the nanowires at the inter-band zones 22. This elimination can be achieved by ablation (solution etching or laser firing).
  • the technique of deposition by nebulization is also envisaged, without departing from the scope of the invention.
  • the nanowires 18 are previously obtained in a conventional manner.
  • copper nanowires can be synthesized according to the technique disclosed in the publication Nano Research 2014, 7 (3): 315-324.
  • silver nanowires these can be prepared according to the procedure described in Nanotechnology 2013, 24, 215501.
  • the structure 8, equipped with its strips 12 of metal nanowires 18, may be coated with an anti-scratch protection layer (not visible in FIG. 2), and / or with a thermal conduction layer to best diffuse the heat generated by Joule effect on the entire surface of the radome.
  • This layer may be of the polymer, resin, varnish or other type, or an adhesive film.
  • it is a PSA barrier adhesive laminated on the structure 8, or a PU polyurethane varnish applied by spray on this structure.
  • the radome 4 may have optical semi-transparency properties, with a transmittance greater than 60% in the visible range, namely for wavelengths ranging from 390 to 780 nm.
  • This transmittance also called transmission factor or transparency, may nevertheless be greater for the radome 4, for example between 70 and 90%.
  • This very high transmittance range can be obtained by judiciously choosing the material of the structure 8, its thickness, and judiciously fixing the widths L1 and L2. This allows the radome 4 to retain its optical semi-transparency functions, when such a function is desired.
  • the radome equipped with the strips 12 has an overall transparency to the radio waves concerned, greater than 70%.
  • the simple structuring in bands or "rake teeth" of the resistive elements actually makes it possible to obtain a high transparency to the radio waves, while providing a satisfactory heating to generate a defrosting or demisting.
  • This This effect is all the more surprising when, when the entire surface of the structure 8 is coated with nanowires, the transparency to the radio waves does not exceed 25%, even by lowering the density of these nanowires to very low values.
  • This level of transparency is quite insufficient to allow the associated system to function properly, and the low density of nanowires leading to this level of transparency does not in any case make it possible to obtain suitable temperatures to ensure correct defrosting of the system. radome.
  • the first column represents the surface electrical resistance of the layer of nanowires, this resistance being inversely proportional to the density of the nanowires within the layer.
  • the second column corresponds to the transmittance for a wavelength of 550 nm.
  • the transparency to radio waves (RF transparency) is the subject of the third column, for waves transmitted at 60GHz.
  • the fourth column reports the temperature obtained on the surface of the radome.
  • the development of the silver nanowires in solution is carried out according to the following method: 1.766 g of PVP (polyvinylpyrrolidone) are added to 2.6 mg of NaCl (sodium chloride) in 40 ml of EG (ethylene glycol). The mixture is stirred at 600 rpm (rpm) at 120 ° C until complete dissolution of the PVP and NaCl (about 4-5 minutes). This mixture is then added dropwise to a solution of 40 ml of Ethylene Glycol ("EG”) in which are dissolved 0.68 g of AgNO 3 (silver nitrate). The oil bath is then heated to 160 ° C and stirring at 700 rpm is operated for 80 minutes. Three washes are made with methanol by centrifuging at 2000 rpm for 20 min, then the nanowires are precipitated with acetone, and finally redispersed in water or methanol.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • the substrate chosen is a PEN substrate of 125 ⁇ of 10 ⁇ 10 cm. This substrate corresponds to the main structure of the radome.
  • the substrate here has an intrinsic RF transparency of 98%, for waves generated at 60 GHz by the antenna
  • the electrical contacts consist of a deposit of 150 nm Au, made by cathodic sputtering before printing the nanowire strips.
  • the elaboration of the strips is carried out by full-plate spray of a network of silver nanowires with a homogeneous density of a solution of 0.5 g / l metal nanowires in methanol. This step can be performed using a Sonotek ® spray. Four samples with increasing nanowire densities are prepared.
  • the protective layer of the radome consists of a PSA barrier adhesive laminated on the sample.
  • the ambient temperature during measurements is 25 ° C.
  • the temperatures given in the fourth column are measured after 2 minutes of stabilization at the applied voltage, here 12V.
  • the heating rates are of the order of 1 ° C / s.
  • the first example is ideally suited for the telecommunications field, with antennas operating at around 60 GHz.
  • the operating conditions are identical to those mentioned above in points A to D, with the following exceptions:
  • nanowire strips are produced with a first width L1 of 2 mm, and the inter-band zones are first fixed with a second width L 2 of 2 mm (leading to a period P of 4 mm), then the second width is fixed at 6 mm (leading to a period P of 8 mm).
  • the surface electrical resistance is extremely difficult to determine on each band, which is why the first column of the table provides information on the electrical resistance of each band.
  • This resistance is also called “resistance 2 points", because it is measured between the two occasions of each electrical contact, at both ends of one of the bands.
  • This first example shows that it is possible to obtain an extremely high RF transparency with carefully chosen values for the values L1 and L2. More precisely, with a value L 1 of 2 mm and a value L 2 of 2 mm, the RF transparency can reach 98% at 66 GHz (with a band electrical resistance of between 3 and 4 ⁇ , preferably 3.5 ⁇ ). This transparency obtained for the test described in the first line of the table is notably higher than the transparency obtained during the second test associated with the second line.
  • the generated resistive heating is also very satisfactory for the combination chosen, since a temperature of 44 ° C was obtained with the application of a voltage of 5V. As such, it is noted that an increase in the applied voltage allows a rise in the surface temperature. Heating limits are however associated with the thermal resistance of the plastic structures 8. For example, with a voltage of 9V for the second test, the temperature goes to 60 ° C instead of 40 ° C obtained at 6V.
  • the second example proves to be perfectly suited for the field of long-range detection sensors for the automotive field, with an antenna operating at a frequency of the order of 77 GHz.
  • This type of sensor is particularly suitable for ACC applications.
  • the main structure of the radome is made on 2.4 mm thick ABS, with an intrinsic RF transparency of 72%, while for the third test, the main structure of the radome is identical to that of the first test; nanowire strips are produced with a first width L1 of 2 mm, and the inter-band zones are first fixed with a second width L2 of 4.5 mm (leading to a period P of 6.5 mm for this purpose).
  • the second width is fixed at 7.5 mm (leading to a P period of 9.5 mm for this second test), and finally the second width is fixed at 5.5 mm (leading to a period P 7.5 mm for this third test).
  • This second example also shows that it is possible to obtain an extremely high RF transparency with carefully chosen values for the values L1 and L2, and for a principal structure of a given nature. More specifically, with a value Ll of 2 mm and a value L2 between 4 and 5 mm, preferably 4.5 mm, the RF transparency can reach 97% at 77 GHz (with a band electrical resistance of between 9 and 10 ⁇ preferably 9.5 ⁇ ).
  • This RF transparency obtained during the test described in the first line of the table is notably higher than the RF transparency obtained during the second test associated with the second line.
  • the density of nanowires is lower and the second width L2 of the inter-band areas is higher. Intuitively, this should lead to increase the RF transparency, but the tests reveal the opposite that there is a particular combination for the values of L1 and L2 to maintain a near perfect RF transparency.
  • the generated resistive heating is also very satisfactory for the combination chosen, since a temperature of 40 ° C was obtained with the application of a voltage of 10V.
  • the most satisfactory combination lies in a value L1 of 2 mm and a value L2 between 5 and 6 mm, preferably 5.5 mm.
  • the RF transparency can then reach 98% at 77 GHz (with a band electrical resistance of between 8 and 9 ⁇ , preferably 8.5 ⁇ ).
  • the generated resistive heating is also very satisfactory for the combination chosen, since a temperature of 42 ° C was obtained with the application of a voltage of 9V.

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Abstract

L'invention se rapporte à un radôme (4) destiné à protéger une antenne capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz, le radôme étant équipé d'un système de chauffage (10) comprenant deux contacts électriques (14, 16) entre lesquels sont agencés des éléments de chauffage résistifs (12)en forme de bandes parallèles espacées les unes des autres et présentant chacune deux extrémités respectivement connectées aux deux contacts électriques (14, 16), chacune des bandes (12) étant réalisée à l'aide d'un réseau de nano-éléments comportant des nanofils métalliques (18).

Description

RADOME EQUIPE D'UN SYSTEME RESISTIF CHAUFFANT STRUCTURE EN BANDES DE NANO-ELEMENTS METALLIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des radômes destinés à protéger une antenne capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz. Préférentiellement, ces radômes sont destinés aux antennes rayonnant / captant des ondes super hautes fréquences (de 3 GHz à 30 GHz) ou extrêmement hautes fréquences (de 30 à 300 GHz).
L'invention se rapporte en particulier au système de chauffage intégré au radôme, prévu pour son dégivrage et/ou son désembuage.
L'invention trouve des applications particulières dans les domaines automobile, télécommunications, militaire et aéronautique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Du givre qui s'accumule sur un radôme peut dégrader le fonctionnement du système auquel il est associé. En effet, le givre filtre le passage des ondes radioélectriques et limite ainsi la transparence du radôme à ces mêmes ondes. A cet égard, il est noté que la distance de détection d'un radar est directement corrélée à la transparence du radôme aux ondes radioélectriques. Ainsi, dans certaines circonstances, la distance de détection d'un capteur peut s'avérer tellement affaiblie par la présence du givre que le capteur doit être désactivé.
Il a donc été proposé des solutions de chauffage du radôme, de manière à permettre son dégivrage et étendre ainsi la plage d'utilisation du système associé. De nombreuses techniques permettent d'assurer un tel chauffage, comme le chauffage résistif permettant d'éliminer le givre par effet Joule. Cependant, cette technique se heurte au problème de conservation de la transparence du radôme aux ondes concernées.
Jusqu'à présent, aucune solution n'a permis d'aboutir à un chauffage résistif d'intensité suffisante, tout en conservant la transparence requise aux ondes radioélectriques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Pour répondre au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci- dessus, l'invention a tout d'abord pour objet un radôme destiné à protéger une antenne capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz, ledit radôme étant équipé d'un système de chauffage comprenant deux contacts électriques entre lesquels sont agencés des éléments de chauffage résistifs.
Selon l'invention, lesdits éléments de chauffage résistifs sont des bandes parallèles espacées les unes des autres et présentant chacune deux extrémités respectivement connectées aux deux contacts électriques, chacune des bandes étant réalisée à l'aide d'un réseau de nano-éléments comportant des nanofils métalliques. De plus, les bandes présentent une première largeur (Ll) strictement inférieure à la moitié de la longueur (λ) de l'onde radioélectrique rayonnée/captée par l'antenne, et la période (P) selon laquelle les bandes se succèdent est sensiblement égale au produit η.λ, avec (n) correspondant à un entier naturel de préférence différent de 1.
De manière surprenante, la structuration du système de chauffage en bandes de nanofils métalliques permet d'obtenir un chauffage résistif performant pour le dégivrage du radôme, tout en conservant un haut niveau de transparence aux ondes radioélectriques concernées. De plus, ces nano-éléments présentant des propriétés élevées de transparence dans le spectre visible, l'invention peut avantageusement être appliquée à des radômes semi-transparents sans altérer de façon trop conséquente les propriétés de transparence optique de ce radôme.
Enfin, l'invention peut être facilement mise en œuvre à l'aide de techniques maîtrisées, à bas coûts, et parfaitement adaptées pour la structuration en bandes sur un support plan ou de forme plus complexe. A titre d'exemple, le dépôt des nano-éléments peut être réalisé par spray, à basse température et à haut débit, technologie largement maîtrisée notamment dans le domaine automobile.
L'invention présente de préférence au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Le radôme présente une transparence aux ondes radioélectriques, dans ladite gamme donnée, supérieure à 50%, et plus préférentiellement supérieure à 70%.
De même, afin de conserver des propriétés de transparence optique, le radôme présente une transmittance globale supérieure à 60% dans le spectre visible, et plus préférentiellement comprise entre 70 et 90%.
De préférence, lesdits nano-éléments sont à base d'argent et/ou de cuivre et/ou de nickel et/ou d'or.
De préférence, les bandes présentent une première largeur Ll identique pour chaque bande, et elles sont séparées par des zones inter-bandes présentant une seconde largeur L2 identique pour chaque zone inter-bandes, le rapport entre la seconde largeur L2 et la première largeur Ll étant supérieur ou égal à 1. Cependant, la largeur des bandes pourraient différer d'une bande à l'autre, sans sortir du cadre de l'invention. II en est de même pour les zones inter-bandes.
De préférence, la première largeur Ll est comprise entre 0,5 et 3 mm, et plus préférentiellement de l'ordre de 2 mm.
De préférence, la seconde largeur L2 est comprise entre 4 et 10 mm.
Selon un premier exemple de réalisation :
- chaque bande présente une résistance électrique comprise entre 3 et 4
Ω ;
- la première largeur Ll est d'environ de 2 mm ; et
- la seconde largeur L2 est d'environ 2 mm.
Ce premier mode de réalisation se révèle parfaitement adapté pour de nombreuses applications, en particulier dans le domaine des télécommunications avec des antennes fonctionnant à 60 GHz.
Selon un second exemple de réalisation : - chaque bande présente une résistance électrique comprise entre 8 et
10 Ω ;
- la première largeur Ll est d'environ 2 mm ; et
- la seconde largeur L2 est comprise entre 4 et 6 mm.
Ce second mode de réalisation se révèle parfaitement adapté pour de nombreuses applications, en particulier dans le domaine de l'automobile et de ses applications ACC (de l'anglais « Auto Cruise Control »), mettant en œuvre des capteurs de détection longue distance intégrant des antennes fonctionnant à 77 GHz.
De préférence, le radôme présente une structure principale sur laquelle est déposé le système de chauffage, cette structure principale présentant une transparence intrinsèque aux ondes radioélectriques, dans ladite gamme donnée, supérieure à 70%.
De préférence, la structure principale est réalisée en poly(naphtalate d'éthylène) ou en acrylonitrile butadiène styrène, même si d'autres matériaux plastiques peuvent être envisagés, sans sortir du cadre de l'invention.
De préférence, le radôme est revêtu d'une couche anti-rayure et/ou de conduction thermique.
L'invention a également pour objet un ensemble comprenant une antenne capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz, et un radôme tel que décrit ci- dessus.
De préférence, pour une meilleure transparence aux ondes, le radôme est agencé de sorte que ses bandes soient parallèles à la direction de polarisation de l'antenne.
En fonction de l'application envisagée, l'antenne est préférentiellement conçue pour rayonner et/ou capter des ondes radioélectriques de 24 GHz, de 60 GHz ou de 77 GHz. D'autres fréquences ou plages de fréquences sont bien entendu envisageables, sans sortir du cadre de l'invention.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
- la figure 1 représente une vue schématique d'un ensemble selon l'invention, par exemple du type capteur de détection de longue distance ;
- la figure 2 représente une vue de face du radôme équipant l'ensemble montré sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique montrant les bandes de nano- éléments du radôme, disposées parallèlement à la direction de polarisation de l'antenne. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence tout d'abord à la figure 1, il est représenté un ensemble 1 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Cet ensemble 1 est un système dédié au domaine des télécommunications, et comporte une antenne 2 fonctionnant à une fréquence de 60 GHz, ainsi qu'un radôme 4 protégeant cette antenne. Les réseaux de télécommunications terrestres utilisent en effet un grand nombre de liaisons point-à- point (faisceaux hertziens) destinés à transmettre des communications sur de longues distances, ou à interconnecter différentes parties d'un même réseau. Les antennes de ces liaisons sont généralement disposées sur des points culminants (pylônes, immeubles, montagnes) et donc naturellement exposés aux intempéries dont le gel et la neige. Les bandes typiques utilisées sont 30-45 GHz, 57-66 GHz et 71-86 GHz.
Cependant, d'autres applications sont possibles, par exemple un capteur de détection longue distance pour le domaine automobile, dans lequel l'antenne fonctionne à une fréquence de l'ordre de 77 GHz. Toujours dans le domaine automobile, l'ensemble 1 pourrait être un capteur de proximité, avec une antenne fonctionnant à une fréquence de 24 GHz.
Cependant, l'invention couvre tout ensemble 1 comprenant une antenne et son radôme, avec l'antenne capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz. Les domaines d'application privilégiés sont l'automobile, le militaire et l'aéronautique. En référence à présent à la figure 2, il est représenté le radôme 4 qui forme une partie du boîtier extérieur 6 de l'ensemble 1.
Le radôme 4 est ici plan, mais pourrait présenter une forme plus complexe, par exemple à simple ou à double courbure. Il comporte une structure plastique principale 8, présentant une transparence intrinsèque aux ondes radioélectriques concernées, supérieure à 70%. De façon conventionnelle, cette transparence correspond au pourcentage de rayonnement transmis, défini par le rapport entre la puissance transmise et la puissance incidente. La transparence aux ondes radioélectriques de la structure principale peut atteindre des valeurs très élevées, en fonction de la nature du matériau. Par exemple, une structure 8 en ABS (acrylonitrile butadiène styrène), d'épaisseur de 3 mm, présente une transparence aux ondes radioélectriques de l'ordre de 72%. Une structure 8 en PEN (poly(naphtalate d'éthylène)), d'épaisseur de 125 μιη, présente une transparence aux ondes électriques atteignant 98%.
D'autres matériaux sont envisageables pour la structure 8, par exemple poly(téréphtalate d'éthylène), KAPTON® polyimide, polycarbonate, PMMA (PolyMéthylMéthAcrylate), copolymère ASA Acrylonytrile Styrène Acrylate, PE (PolyEthylène), PP (PolyPropylène), PES.
L'épaisseur de la structure principale 8 est adaptée au mieux afin d'optimiser la transparence aux ondes radioélectriques. Elle est typiquement de l'ordre de 1 à 3 mm, mais peut bien entendu être inférieure comme pour l'exemple du PEN décrit ci-dessus. D'une manière générale, la diminution de l'épaisseur de la structure permet d'augmenter la transparence aux ondes radioélectriques.
L'une des particularités de l'invention réside dans la présence d'un système de chauffage 10 équipant la structure principale 8 du radôme. Il s'agit d'un système comprenant des éléments de chauffage résistifs formant des bandes 12 espacées les unes des autres, et parallèles entre elles. A cet égard, il est indiqué que lorsque la structure 8 est non plane, le parallélisme entre les bandes 12 se caractérise par le parallélisme des plans contenant chacune de ces bandes.
Les bandes 12 présentent une première largeur Ll, identique pour toutes les bandes. Celles-ci présentent également une même longueur par exemple comprise entre 2 et 20 cm, et de préférence entre 5 et 15 cm, ainsi qu'une même épaisseur qui est par exemple comprise entre 100 et 50.000 nm. Les bandes 12 sont chacune réalisées à l'aide d'un réseau de nano-éléments 18 comprenant des nanofils métalliques. Par nanofils, il est entendu des éléments dont le rapport entre la longueur et le diamètre est supérieur à 10, et dont le diamètre peut varier de 20 à 800 nm.
Ces nanofils métalliques 18 sont de préférence réalisés à l'aide d'un métal du type Ag, Au, Ni ou Cu, ou à l'aide d'un matériau contenant au moins 50 % de l'un des métaux précités. Des nanofils métalliques réalisés dans des matériaux différents pris parmi le groupe mentionné ci-dessus peuvent être mélangés au sein du réseau déposé sur la structure 8, sans sortir du cadre de l'invention.
D'ailleurs, d'autres type de nano-éléments peuvent également y être intégrés, comme des nanotubes de carbone et/ou des dérivés de ce type de nanotubes, des feuillets de graphène et/ou des dérivés de ce type de matériau, et/ou encore des nano-éléments à base de nitrure de bore ou d'oxydes métalliques, par exemple du type nitrure de bore hexagonal (h-BN), ZnO ou Si02.
Les nano-éléments 18 forment un réseau surfacique percolant déposé à la surface de la structure principale 8 formant substrat. Sa densité surfacique peut être de l'ordre de 10 à 100 mg/m2, et plus préférentiellement de l'ordre de 20 à 70 mg/m2.
A deux extrémités opposées de chaque bande 12, il est respectivement prévu un contact électrique d'entrée 14 et un contact électrique de sortie 16, chacun réalisé à l'aide d'une fine lame de cuivre ou pâte d'argent. Ces contacts 14, 16 présentent des résistances linéaires largement inférieures à celles des bandes 12, afin d'assurer le chauffage résistif dans le réseau de nanofils métalliques 18. Ils sont par exemple du type films métalliques, obtenus par évaporation ou pulvérisation Ti/Au, Cr/Au, Cr/Alu. Le dépôt peut également être effectué à l'aide d'une laque, par exemple une laque argent, ou encore à l'aide d'adhésifs conducteurs électriques.
Les contacts électriques 14, 16 permettent d'appliquer une tension électrique sur les réseaux 18 formant des éléments résistifs de chauffage. Cette tension est délivrée par un appareillage approprié 20, éventuellement adapté pour l'alimentation de l'antenne 2, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 1. Les tensions d'alimentation envisagées sont comprises entre 1 et 20V, et préférentiellement entre 1 et 12V.
La résistance équivalente formée par toutes les bandes 12 du système de chauffage 10 est par exemple comprise entre 5 et 250 ohm.
Les bandes 12 sont espacées par des zones inter-bandes 22 sur lesquelles la structure principale 8 est laissée libre, c'est-à-dire sans dépôt de nanofils 18. Ces zones 22 présentent une seconde largeur L2 identique pour toutes les zones, et supérieure ou égale à la première largeur Ll des bandes 12. Le rapport entre les deux largeurs Ll et L2 est donc de préférence supérieur ou égal à 1. La somme des deux largeurs Ll et L2 correspond par ailleurs à la période P selon laquelle les bandes 12 se succèdent sur la structure principale 8.
De préférence, la première largeur Ll est comprise entre 0,5 et 3 mm, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 2 mm, tandis que la seconde largeur L2 est préférentiellement comprise entre 2 et 8 mm.
Les dimensions Ll et P sont choisies en rapport avec la longueur d'onde du signal incident. Cette dernière est définie de la façon suivante =c/f, c étant la célérité de la lumière (299 792 458 m. s _1) et f la fréquence de l'onde (en Hz). A titre d'exemple, la longueur d'onde associée est de 3,9 mm pour des fréquences de travail à 77 GHz, ou encore de 12,5 mm pour des fréquences de travail de 24 GHz.
La première largeur Ll des bandes 12 de nanofils d'argent est définie comme étant la plus faible possible, par exemple 0,5 mm, et dont la valeur maximum est de l'ordre de λ/2, soit typiquement environ 2 mm à 77 GHz. La période P peut être sensiblement égale à un multiple de λ, soit typiquement environ 4, 8 ou 12 mm à 77 GHz. Ainsi, il est fait en sorte que P soit sensiblement égal au produit η.λ, avec n correspondant à un entier naturel différent de 1. A titre informatif, une marge de plus ou moins 10% reste parfaitement acceptable entre la valeur de P et la valeur du produit η.λ.
Le dépôt des bandes de nanofils 18 s'effectue de manière conventionnelle. Les nanofils peuvent par exemple être déposés à haut débit et à basse température à l'aide d'un spray et d'un pochoir masquant les zones inter-bandes 22. Alternativement, le dépôt de nanofils peut être effectué sur toute la surface de la structure 8, pour ensuite être structuré afin de faire apparaître les bandes 12 en éliminant les nanofils au niveau des zones inter-bandes 22. Cette élimination peut être réalisée par ablation (gravure en solution ou tir laser). La technique de dépôt par nébulisation est également envisagée, sans sortir du cadre de l'invention.
Les nanofils 18 sont quant à eux obtenus au préalable de manière conventionnelle. Par exemple, des nanofils de cuivre peuvent être synthétisés selon la technique divulguée dans la publication Nano Research 2014, 7(3): 315-324. Pour des nanofils d'argent, ceux-ci peuvent être préparés selon le mode opératoire décrit dans la publication Nanotechnology 2013, 24, 215501.
La structure 8, équipée de ses bandes 12 de nanofils métalliques 18, peut être revêtue d'une couche de protection anti-rayure (non visible sur la figure 2), et/ou d'une couche de conduction thermique pour diffuser au mieux la chaleur produite par effet Joule sur toute la surface du radôme. Cette couche peut être de type polymère, résine, vernis ou autres, ou encore un film adhésif. Par exemple, il s'agit d'un adhésif barrière PSA laminé sur la structure 8, ou encore d'un vernis Polyuréthane PU appliqué par spray sur cette structure.
En fonction de l'application envisagée, le radôme 4 peut présenter des propriétés de semi-transparence optique, avec une transmittance supérieure à 60% dans le domaine visible, à savoir pour des longueurs d'ondes allant de 390 à 780 nm. Cette transmittance, également dénommée facteur de transmission ou transparence, peut néanmoins être supérieure pour le radôme 4, par exemple compris entre 70 et 90%. Cette gamme de transmittance très élevée peut être obtenue en choisissant judicieusement le matériau de la structure 8, son épaisseur, ainsi qu'en fixant judicieusement les largeurs Ll et L2. Cela permet au radôme 4 de conserver ses fonctions de semi-transparence optique, lorsqu'une telle fonction est souhaitée.
En outre, le radôme équipé des bandes 12 présente une transparence globale aux ondes radioélectriques concernées, supérieure à 70%. De façon surprenante, la simple structuration en bandes ou en « dents de râteau » des éléments résistifs permet effectivement d'obtenir une transparence élevée aux ondes radioélectriques, tout en procurant un chauffage satisfaisant pour engendrer un dégivrage ou un désembuage. Cet effet est d'autant plus surprenant que lorsque la surface complète de la structure 8 est revêtue de nanofils, la transparence aux ondes radioélectriques ne dépasse pas 25%, même en abaissant la densité de ces nanofils à des valeurs très faibles. Ce niveau de transparence s'avère tout à fait insuffisant pour permettre un bon fonctionnement du système associé, et la faible densité de nanofils conduisant à ce niveau de transparence ne permet de toute façon pas d'obtenir des températures convenables pour assurer un dégivrage correct du radôme.
Des tests mettant en exergue ces conclusions ont été effectués, et les résultats de ces tests sont répertoriés dans la tableau ci-après. Dans ce tableau, la première colonne représente la résistance électrique surfacique de la couche de nanofils, cette résistance étant inversement proportionnelle à la densité des nanofils au sein de la couche. La seconde colonne correspond à la transmittance pour une longueur d'onde de 550 nm. La transparence aux ondes radioélectriques (transparence RF) fait l'objet de la troisième colonne, pour des ondes émises à 60GHz. Enfin, la quatrième colonne fait état de la température obtenue à la surface du radôme.
Figure imgf000012_0001
Ces tests, qui ne laissaient aucunement présager qu'une structuration particulière de la couche de nanofils métalliques puisse aboutir à la fois à un chauffage résistif satisfaisant, et à une transparence RF élevée, ont été réalisés dans les conditions suivantes.
A. Synthèse des nanofils métalliques d'argent
L'élaboration des nanofils d'argent en solution est réalisée selon le procédé suivant : 1.766 g de PVP (polyvinylpyrrolidone) sont additionnés à 2,6 mg de NaCI (chlorure de sodium) dans 40 ml d'EG (éthylèneglycol). Le mélange est agité à 600 rpm (tours par minute) à 120°C, jusqu'à complète dissolution du PVP et de NaCI (environ 4-5 minutes). Ce mélange est ensuite ajouté goutte à goutte à une solution de 40 ml d'Ethylène Glycol (« EG ») dans laquelle sont dissous 0,68 g de AgN03 (nitrate d'argent). Le bain d'huile est ensuite chauffé à 160°C et une agitation à 700 rpm est opérée pendant 80 minutes. Trois lavages sont réalisés au méthanol en centrifugeant à 2000 rpm pendant 20 min, puis les nanofils sont précipités à l'acétone, et enfin redispersés dans de l'eau ou du méthanol.
B. Impression des bandes et des contacts électriques
Le substrat choisi est un substrat PEN de 125 μιη de 10x10cm. Ce substrat correspond à la structure principale du radôme. Le substrat présente ici une transparence RF intrinsèque de 98%, pour des ondes générées à 60 GHz par l'antenne
Les contacts électriques sont constitués d'un dépôt de 150 nm d'Au, réalisé par pulvérisation cathodique avant l'impression des bandes de nanofils.
L'élaboration des bandes est quant à elle réalisée par spray pleine plaque d'un réseau de nanofils d'argent, de densité homogène d'une solution de nanofils métalliques à 0,5g/L dans le méthanol. Cette étape peut être réalisée à l'aide d'un spray Sonotek®. Quatre échantillons possédant des densités de nanofils croissantes sont préparés.
La couche de protection du radôme est constituée d'un adhésif barrière PSA laminé sur l'échantillon.
C. Transparence du radôme
Les performances de transmittance et de transparence RF sont données aux colonnes 2 et 3 du tableau ci-dessus. Les résultats ont permis de dresser les conclusions exposées précédemment.
D. Chauffage par effet Joule
La température ambiante lors des mesures est de 25°C. Les températures données à la quatrième colonne sont mesurées après 2 minutes de stabilisation à la tension appliquée, ici 12V. Les vitesses de chauffe sont de l'ordre de l°C/s.
A présent, il va être décrit deux exemples de réalisation de l'invention. Ces deux exemples ont été réalisés avec les bandes 12 orientées parallèlement à la polarisation de l'antenne, comme cela est visible sur la figure 3. Sur celle-ci, il est représenté l'antenne 2 à polarisation linéaire unique, la direction de propagation de l'onde 2a, et la direction de polarisation de l'antenne 2b. Les bandes 12 sont parallèles à la direction de polarisation 2b.
Exemple 1
Le premier exemple se révèle parfaitement adapté pour le domaine des télécommunications, avec des antennes fonctionnant aux alentours de 60 GHz. Les conditions opératoires sont identiques à celles mentionnées ci-dessus aux points A à D, avec les exceptions suivantes :
- la transparence RF est étudiée à 66 GHz.
- des bandes de nanofils sont réalisées avec une première largeur Ll de 2 mm, et les zones inter-bandes sont d'abord fixées avec une seconde largeur L2 de 2 mm (conduisant à une période P de 4 mm), puis la seconde largeur est fixée à 6 mm (conduisant à une période P de 8 mm).
Les résultats de ces tests sont donnés dans le tableau ci-dessous.
Figure imgf000014_0001
Dans ce premier exemple, la résistance électrique de surface est extrêmement difficile à déterminer sur chaque bande, c'est la raison pour laquelle la première colonne du tableau renseigne sur la résistance électrique de chaque bande. Cette résistance est également dénommée « résistance 2 pointes », car elle est mesurée entre les deux reprises de chaque contact électrique, aux deux extrémités de l'une des bandes. Ce premier exemple montre qu'il est possible d'obtenir une transparence RF extrêmement élevée avec des valeurs judicieusement choisies pour les valeurs Ll et L2. Plus précisément, avec une valeur Ll de 2 mm et une valeur L2 de 2 mm, la transparence RF peut atteindre 98% à 66 GHz (avec une résistance électrique de bande comprise entre 3 et 4 Ω, de préférence 3,5 Ω). Cette transparence obtenue pour le test décrit à la première ligne du tableau est notamment plus élevée que la transparence obtenue lors du second test associé à la seconde ligne. Pourtant, dans ce second test, la densité de nanofils est plus faible et la seconde largeur L2 des zones inter-bandes est plus élevée. Intuitivement, cela devait conduire à augmenter la transparence RF, mais les tests divulguent à l'inverse qu'il faut choisir une combinaison particulière pour les valeurs de Ll et L2 pour conserver une transparence RF quasi-parfaite.
Le chauffage résistif engendré est également très satisfaisant pour la combinaison retenue, puisqu'une température de 44°C a été obtenue avec l'application d'une tension de 5V. A ce titre, il est noté qu'une augmentation de la tension appliquée permet une élévation de la température de surface. Des limites de chauffage sont cependant associées à la tenue thermique des structures plastiques 8. Par exemple, avec une tension de 9V pour le second test, la température passe à 60°C au lieu des 40°C obtenus à 6V.
Exemple 2
Le second exemple se révèle parfaitement adapté pour le domaine des capteurs de détection longue distance pour le domaine automobile, avec une antenne fonctionnant à une fréquence de l'ordre de 77 GHz. Ce type de capteur est particulièrement adapté pour les applications ACC.
Pour ce second exemple, les conditions opératoires sont identiques à celles du premier exemple, avec les exceptions suivantes :
- la transparence RF est étudiée à 77 GHz.
- pour les deux premiers tests, la structure principale du radôme est réalisée sur 2,4 mm d'épaisseur d'ABS, avec une transparence RF intrinsèque de 72%, tandis que pour le troisième test, la structure principale du radôme est identique à celle du premier test ; - des bandes de nanofils sont réalisées avec une première largeur Ll de 2 mm, et les zones inter-bandes sont d'abord fixées avec une seconde largeur L2 de 4,5 mm (conduisant à une période P de 6,5 mm pour ce premier test), puis la seconde largeur est fixée à 7,5 mm (conduisant à une période P de 9,5 mm pour ce second test), et enfin la seconde largeur est fixée à 5,5 mm (conduisant à une période P de 7,5 mm pour ce troisième test).
Les résultats de ces tests sont donnés dans le tableau ci-dessous.
Figure imgf000016_0001
Ce second exemple montre également qu'il est possible d'obtenir une transparence RF extrêmement élevée avec des valeurs judicieusement choisies pour les valeurs Ll et L2, et pour une structure principale de nature donnée. Plus précisément, avec une valeur Ll de 2 mm et une valeur L2 entre 4 et 5 mm, de préférence 4,5 mm, la transparence RF peut atteindre 97% à 77 GHz (avec une résistance électrique de bande comprise entre 9 et 10 Ω, de préférence 9,5 Ω). Cette transparence RF obtenue lors du test décrit à la première ligne du tableau est notamment plus élevée que la transparence RF obtenue lors du second test associé à la seconde ligne. Pourtant, dans ce second test, la densité de nanofils est plus faible et la seconde largeur L2 des zones inter-bandes est plus élevée. Intuitivement, cela devait conduire à augmenter la transparence RF, mais les tests divulguent à l'inverse qu'il existe une combinaison particulière pour les valeurs de Ll et L2 permettant de conserver une transparence RF quasi-parfaite.
Le chauffage résistif engendré est également très satisfaisant pour la combinaison retenue, puisqu'une température de 40°C a été obtenue avec l'application d'une tension de 10V. De la même manière, avec la structure principale différente retenue pour le troisième test, la combinaison la plus satisfaisante réside dans une valeur Ll de 2 mm et une valeur L2 entre 5 et 6 mm, de préférence 5,5 mm. La transparence RF peut alors atteindre 98% à 77 GHz (avec une résistance électrique de bande comprise entre 8 et 9 Ω, de préférence 8,5 Ω). Le chauffage résistif engendré est également très satisfaisant pour la combinaison retenue, puisqu'une température de 42°C a été obtenue avec l'application d'une tension de 9V.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Radôme (4) destiné à protéger une antenne (2) capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz, ledit radôme étant équipé d'un système de chauffage (10) comprenant deux contacts électriques (14, 16) entre lesquels sont agencés des éléments de chauffage résistifs (12),
caractérisé en ce que lesdits éléments de chauffage résistifs (12) sont des bandes parallèles espacées les unes des autres et présentant chacune deux extrémités respectivement connectées aux deux contacts électriques (14, 16), chacune des bandes (12) étant réalisée à l'aide d'un réseau de nano-éléments comportant des nanofils métalliques (18),
et en ce que les bandes (12) présentent une première largeur (Ll) strictement inférieure à la moitié de la longueur (λ) de l'onde radioélectrique rayonnée/captée par l'antenne, et en ce que la période (P) selon laquelle les bandes (12) se succèdent est sensiblement égale au produit η.λ, avec (n) correspondant à un entier naturel de préférence différent de 1.
2. Radôme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une transparence aux ondes radioélectriques, dans ladite gamme donnée, supérieure à 50%, et plus préférentiellement supérieure à 70%.
3. Radôme selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il présente une transmittance globale supérieure à 60% dans le spectre visible, et plus préférentiellement comprise entre 70 et 90%.
4. Radôme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits nano-éléments (18) sont à base d'argent et/ou de cuivre et/ou de nickel et/ou d'or.
5. Radôme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bandes (12) présentent une première largeur (Ll) identique pour chaque bande, et en ce qu'elles sont séparées par des zones inter-bandes (22) présentant une seconde largeur (L2) identique pour chaque zone inter-bandes, le rapport entre la seconde largeur (L2) et la première largeur (Ll) étant supérieur ou égal à 1.
6. Radôme selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première largeur (Ll) est comprise entre 0,5 et 3 mm, et de préférence de l'ordre de 2 mm.
7. Radôme selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde largeur (L2) est comprise entre 4 et 10 mm.
8. Radôme selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que :
- chaque bande (12) présente une résistance électrique comprise entre
3 et 4 Ω ;
- la première largeur (Ll) est d'environ de 2 mm ; et
- la seconde largeur (L2) est d'environ 2 mm.
9. Radôme selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que :
- chaque bande (12) présente une résistance électrique comprise entre
8 et 10 Ω ;
- la première largeur (Ll) est d'environ 2 mm ; et
- la seconde largeur (L2) est comprise entre 4 et 6 mm.
10. Radôme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une structure principale (8) sur laquelle est déposé le système de chauffage (10), ladite structure principale présentant une transparence intrinsèque aux ondes radioélectriques, dans ladite gamme donnée, supérieure à 70%.
11. Radôme selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la structure principale (8) est réalisée en poly(naphtalate d'éthylène) ou en acrylonitrile butadiène styrène.
12. Radôme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est revêtu d'une couche anti-rayure et/ou de conduction thermique.
13 Ensemble (1) comprenant une antenne (2) capable de rayonner et/ou de capter des ondes radioélectriques dans une gamme donnée de fréquences allant de 3 MHz à 300 GHz, et un radôme (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
14. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le radôme (4) est agencé de sorte que ses bandes soient parallèles à la direction de polarisation de l'antenne (2).
15. Ensemble selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce que l'antenne (2) est conçue pour rayonner et/ou capter des ondes radioélectriques de 24 GHz, de 60 GHz ou de 77 GHz.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115117637A (zh) * 2022-07-25 2022-09-27 中国人民解放军国防科技大学 双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面及天线罩

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101812024B1 (ko) * 2016-06-10 2017-12-27 한국기계연구원 열선 및 이를 포함하는 면상 발열 시트
DE102018214108A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Conti Temic Microelectronic Gmbh Temperaturregulierungselement und Sensoranordnung
WO2021022885A1 (fr) * 2019-08-05 2021-02-11 深圳光启高端装备技术研发有限公司 Métamatériau, radôme et aéronef
WO2021022884A1 (fr) * 2019-08-05 2021-02-11 深圳光启高端装备技术研发有限公司 Métamatériau, radôme et aéronef
JPWO2021187095A1 (fr) * 2020-03-16 2021-09-23
KR102589937B1 (ko) * 2021-04-01 2023-10-17 현대모비스 주식회사 레이더용 웨이브가이드
KR20230129728A (ko) * 2022-03-02 2023-09-11 경희대학교 산학협력단 메타물질 구조체, 메타물질 타입의 투명 히터 및 그것이 사용된 레이더 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070252775A1 (en) * 2006-04-26 2007-11-01 Harris Corporation Radome with detuned elements and continuous wires
EP2741105A2 (fr) * 2012-12-07 2014-06-11 Decoma (Germany) GmbH Pièce de carrosserie

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408244A (en) * 1991-01-14 1995-04-18 Norton Company Radome wall design having broadband and mm-wave characteristics
US5528249A (en) * 1992-12-09 1996-06-18 Gafford; George Anti-ice radome
US9616623B2 (en) * 2015-03-04 2017-04-11 Ebert Composites Corporation 3D thermoplastic composite pultrusion system and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070252775A1 (en) * 2006-04-26 2007-11-01 Harris Corporation Radome with detuned elements and continuous wires
EP2741105A2 (fr) * 2012-12-07 2014-06-11 Decoma (Germany) GmbH Pièce de carrosserie

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAROLINE CELLE ET AL: "Highly flexible transparent film heaters based on random networks of silver nanowires", NANO RESEARCH, vol. 5, no. 6, 18 May 2012 (2012-05-18), pages 427 - 433, XP055201042, ISSN: 1998-0124, DOI: 10.1007/s12274-012-0225-2 *
DANIEL LANGLEY ET AL: "Flexible transparent conductive materials based on silver nanowire networks: a review", NANOTECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 24, no. 45, 11 October 2013 (2013-10-11), pages 452001, XP020252603, ISSN: 0957-4484, [retrieved on 20131011], DOI: 10.1088/0957-4484/24/45/452001 *
NANO RESEARCH, vol. 7, no. 3, 2014, pages 315 - 324
NANOTECHNOLOGY, vol. 24, 2013, pages 215501

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115117637A (zh) * 2022-07-25 2022-09-27 中国人民解放军国防科技大学 双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面及天线罩
CN115117637B (zh) * 2022-07-25 2024-04-12 中国人民解放军国防科技大学 双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面及天线罩

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