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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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 :
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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 ;
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milieu composite ou monolithique : l'absorbant est constitué par un matériau monolithique ou par une série de milieux discrets ;
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gamme d'absorption : fonction des pertes de transmission à travers les absorbants ;
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tenue en puissance : gouvernée par les gammes de dissipation thermique des matériaux absorbants ;
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considérations géométriques : épaisseur et surface nécessaires pour arriver aux niveaux d'absorption requis ;
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stabilité mécanique : fonction du vieillissement des matériaux, en tenant compte de la dégénérescence physique et thermique due à une exposition continue au rayonnement électromagnétique ;
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facilité de fabrication : faisabilité de mouler ou de former un absorbant sur une forme et une taille données ;
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considérations de poids : poids faible pour les applications aéroportées et aéronautiques (3 à 4 kg/m2 est une valeur maximale) ;
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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.
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2018 par André DE LUSTRAC
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Équation du radar. Surface équivalente radar2. Matériaux absorbants plans
Deux catégories existent : dans la première, les matériaux sont dits absorbants résonnants et dans l'autre à large bande. La séparation entre des ceux catégories n'est pas formelle car les matériaux résonnants peuvent aussi fonctionner sur des bandes de fréquence très grandes par association entre eux.
La différence fondamentale entre ces deux types réside essentiellement dans l'application des conditions conduisant à diminuer la réflectivité :
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pour les matériaux résonnants, la réduction des coefficients de réflexion pour les polarisations horizontale et verticale est obtenue pour une fréquence ou pour des fréquences discrètes ;
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pour les matériaux à large bande, les conditions doivent être valables pour toute une gamme de fréquences.
2.1 Matériaux résonnants
L'un des plus vieux et des plus simples écrans absorbants est connu sous le nom d'écran de Salisbury.
HAUT DE PAGE2.1.1 Écran de Salisbury électrique
L'absorbant consiste en une couche fine de matériau à pertes, d'épaisseur τ (milieu 1, figure 1), suivie d'une couche sans perte (milieu 2) d'épaisseur
(encore appelée espaceur) et terminé par une paroi métallique (milieu 3) de conductivité σ = 1/ρ infinie (ρ étant la résistivité qui tend vers zéro). Le schéma équivalent de l'écran est donné sur la figure 1.
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Matériaux absorbants plans
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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