Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le radar fut développé pour la détection de cibles à distance et pour remplacer la détection visuelle. Les matériaux absorbants les plus efficaces sont dépendants de paramètres liés à une situation donnée (fréquence du radar, forme de l'onde émise, largeur de bande, forme de la cible, etc.). Leurs propriétés et exigences sont à relier à un grand nombre de considérations, dont la gamme d’absorption, leurs poids et géométries, la tenue en puissance, la stabilité mécanique et les facilités de fabrication. Cet article présente les divers types d'écrans plans à faible bande, les structures multicouches à très large bande, les écrans analogiques et les écrans sélectifs en fréquence, de même que les concepts d'écran à base de milieux chiraux et un exemple de structure absorbante à très large bande.
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Radar was developed for the remote detection of targets and to replace visual detection. In practice, the most efficient absorbent materials strongly depend on parameters related to the particular situation (radar frequency, form of the emitted wave, bandwidth, form of the target, etc.). Their properties and requirements are therefore linked to many considerations, in particular absorption range, weight and geometries, power-handling, mechanical stability and manufacturing capabilities. This article presents the various types of narrow bandwidth screens, multilayer structures with very wide bandwidth, analogue screens and sequence selection screens. It also deals with the concepts of chiral screens and gives an example of an absorbent structure with a very wide bandwidth.
Auteur(s)
-
Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d'électromagnétisme appliqué - Université Paris Ouest Nanterre – La Défense
INTRODUCTION
Pes matériaux absorbants ont été créés en 1940 à la fois aux États-Unis et en Allemagne. Ils portent souvent le nom de RAM (Radar Absorbing Materials).
Le RAM optimal idéal ressemblerait à une peinture efficace pour toutes les polarisations sur une grande bande de fréquences et une grande plage d'incidences. Malheureusement, un tel matériau n'existe pas et la probabilité d'en voir apparaître un prototype est assez faible.
Pratiquement, le type d'absorbant le plus efficace dans une situation donnée est fortement dépendant de plusieurs paramètres (fréquence du radar, forme de l'onde émise, largeur de bande, forme de la cible, etc.).
Les exigences et les propriétés des absorbants sont déterminées par les considérations suivantes :
-
fréquence de fonctionnement : l'absorbant est réalisé pour une absorption résonnante (à une seule fréquence ou pour de multiples fréquences discrètes) ou pour une application large bande ;
-
milieu composite ou monolithique : l'absorbant est constitué par un matériau monolithique ou par une série de milieux discrets ;
-
gamme d'absorption : fonction des pertes de transmission à travers les absorbants ;
-
tenue en puissance : gouvernée par les gammes de dissipation thermique des matériaux absorbants ;
-
considérations géométriques : épaisseur et surface nécessaires pour arriver aux niveaux d'absorption requis ;
-
stabilité mécanique : fonction du vieillissement des matériaux, en tenant compte de la dégénérescence physique et thermique due à une exposition continue au rayonnement électromagnétique ;
-
facilité de fabrication : faisabilité de mouler ou de former un absorbant sur une forme et une taille données ;
-
considérations de poids : poids faible pour les applications aéroportées et aéronautiques (3 à 4 kg/m2 est une valeur maximale) ;
-
enfin, le dernier point est le coût de réalisation, de vente et d'installation du produit qui doit être le plus réduit possible ; pour exemple, nous évoquons la grande chambre anéchoïque de Boeing à Seattle qui permet de mesurer un Boeing 747, en entier, dont le coût hors matériel électronique dépasse 20 M€ (en 2009).
Le but de ce fascicule est de permettre au lecteur d'acquérir ou de préciser des connaissances sur les matériaux absorbants.
Nous allons examiner les divers types d'écrans plans à faible bande, les structures multicouches à très large bande, les écrans analogiques et les écrans sélectifs en fréquence. Nous intégrerons les concepts d'écran à base de milieux chiraux et terminerons cet article en donnant un exemple de structure absorbante à très large bande constituée par un nid d'abeilles.
Les matériaux composites en électromagnétisme font l'objet de plusieurs articles :
E1165 Modélisation des composites, des matériaux électroniques et des métamatériaux
Matériaux composites en électromagnétisme- Matériaux absorbants radarE1166 Matériaux absorbants radar
E1167 Caractérisation des matériaux composites
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
radar | radiofrequency waves | metamaterial | metasurface | absorbing materials | frequencies
VERSIONS
- Version courante de sept. 2018 par André DE LUSTRAC
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Matériaux absorbants plans1. Équation du radar. Surface équivalente radar
RADAR signifie « RAdio Detection And Ranging ». Le radar fut introduit en 1940, il fut développé pour la détection de cibles à distance et pour remplacer la détection visuelle. Les ondes radiofréquences présentent moins d'atténuation que les ondes lumineuses à travers l'atmosphère, ce qui permet une détection longue portée. Le radar utilise la vitesse de la lumière, quantité connue, pour déterminer la distance de la cible, ainsi que le pointage et la résolution angulaire de l'antenne pour positionner la cible dans l'espace.
-
Équation du radar
On suppose qu'un émetteur a une puissance Pt en watts que délivre une antenne directionnelle. À la distance r de l'antenne, la densité de puissance est la puissance transmise divisée par l'aire de la sphère sur laquelle cette puissance s'est répartie. L'antenne directionnelle est caractérisée par un gain d'antenne Gt (θ, φ) où θ et φ définissent les angles principaux du faisceau principal de l'antenne.
La densité de puissance à une distance r de l'antenne est égale à :
![]()
La cible est représentée par sa surface équivalente radar (SER) σ dont nous donnerons une définition théorique [relation (4)(4)]. En première approximation, on peut voir la cible comme une antenne métallique qui va re-rayonner la puissance reçue.
De la même manière, la densité de puissance au niveau de l'antenne de réception produite par le re-rayonnement de la cible est égale à :
![]()
L'antenne de réception a un gain Gr et une aire effective Ac :
![]()
( 1 )
avec λ longueur d'onde.
La...
( 1 )
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Équation du radar. Surface équivalente radar
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - De LUSTRAC (A) - Métamatériaux - [AF 3713], dans Physique-Chimie.
-
(2) - VANBÉSIEN (O) - Métamatériaux : des micro-ondes à l'optique - [RE 45] dans Matériaux fonctionnels.
-
(3) - KNOTT (E.), SHAEFFEN (J.), TULEY (M.) - Radar cros-section. - 2nd édition, Artech House, 1993.
-
(4) - CURRIE (N.C.) - Radar reflectivity measurement : techniques and applications - Artech House, 1989.
-
(5) - MUNK (Ben A) - Frequency Selective Surfaces: Theory and Design - John Wiley, 2000, chapitres 2 et 9.
-
(6) - CAMPALA (G), YAKOLEV (A.B) - Artificial magnetic conductor realized for wideband FSS on a grounded dielectric slab - Metamaterials'2007, 22-26 Octobre, Rome, p. 809.
-
...
ANNEXES
Matériaux et revêtements pour la compatibilité électromagnétique. Recueil de conférences. Publication CETIM
GAO (Q.), YIN (Y.), YAN (O.-B.), YUAN (N.-C.). – Application of metamaterials to ultra-thin radar-absorbing material design. National University of Defense Technology, ChangSha, Hunan, Chine.
HAUT DE PAGE
http://www.grace.com/ site de GRACE fabricant de matériaux hyperfréquences
http://www.hyper-rf.com/emerson&cuming/pages/materiaux.htm, site de Emerson & Cuming, fabricant de matériaux hyperfréquences,
http://www.orbitfr.com/, site d'Orbit qui appartient au groupe SATIMO,
http://www.thalesgroup.com/home/home qui travaille sur les systèmes à discrétion réduit
http://www.epea.fr/eads-iw.html, site de EADS, Innovation Work
http://www.cea.fr/recherche_fondamentale et http://www.cea.fr/le_cea/les_centres_cea/cesta, Centre du CESTA, http://www.cea.fr/le_cea/les_centres_cea/le_ripault, Centre du Ripault, http://www-dam.cea.fr/dynamique/accueil/accueil.asp
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