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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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-
André de LUSTRAC : Professeur de l’université Paris Nanterre - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Université Paris Sud, (Orsay, France)
INTRODUCTION
Les matériaux absorbants radars (MAR) ont été créés en 1940 à la suite de la mise en place des premiers réseaux de radars. En anglais, ils portent souvent le nom de RAM (Radar Absorbing Materials).
Le MAR 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 prochainement 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 peut être réalisé pour une absorption à une seule fréquence ou pour de multiples fréquences discrètes, ou pour une application large bande ;
-
incidence de l’onde : l’absorption d’un matériau, surtout s’il est anisotrope, peut dépendre fortement de l’incidence ;
-
milieu composite ou homogène : l’absorbant est constitué par un matériau homogène ou par une série de milieux discrets ou à gradient ;
-
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 et les tensions de claquage dans les éventuels motifs métalliques ;
-
considérations géométriques : épaisseur et surface nécessaires pour arriver aux niveaux d’absorption requis ;
-
stabilité temporelle : vieillissement des matériaux, en tenant compte de la dégénérescence physique et thermique due à une exposition continue au rayonnement électromagnétique ;
-
facilité de fabrication : facilité de fabriquer, de mouler ou de former un absorbant sur un gabarit donné ;
-
considérations de poids : poids le plus faible possible pour les applications aéroportées et aéronautiques (3 à 4 kg/m2 est une valeur maximale) ou poids élevé ;
-
coûts de réalisation, de vente et d’installation du produit les plus réduits possibles ; pour exemple, la grande chambre anéchoïque de Boeing à Seattle qui permet de mesurer un Boeing 747 en entier, a un coût hors matériel électronique qui dépasse 20 M€ (en 2009).
Le but de cet article 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 large bande ;
-
les structures résonantes ;
-
les écrans sélectifs en fréquence ;
-
les absorbants composites
-
les structures à métamatériaux et à métasurfaces.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2009 par Alain PRIOU
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Glossaire
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3. Conclusion
Dans cet article, nous avons vu rapidement :
-
le principe de fonctionnement d’un radar ;
-
les fréquences utilisées ;
-
la puissance reçue par le radar en fonction de la surface équivalente radar d’une cible ;
-
le principe de la SER d’une cible radar ;
-
un panorama des matériaux absorbants en micro-ondes et des principes sur lesquels ils étaient fondés ;
-
des exemples :
-
de matériaux absorbants large bande et résonants,
-
des matériaux hybrides,
-
des matériaux absorbants à base de surface sélective en fréquence, actifs et passifs,
-
de matériaux absorbants à base de métamatériaux et de métasurface.
-
Les différents matériaux présentés ici permettent donc d’absorber les rayonnements électromagnétiques efficacement et, en particulier, de réduire la SER d’une plateforme. Mais il ne faut pas oublier les contraintes de réalisation en milieu industriel, et aussi celles liées à leur utilisation.
Ces matériaux ne peuvent généralement pas être utilisés seuls. Ils sont associés à d’autres matériaux pour résister aux contraintes environnementales, c’est-à-dire aux ambiances propres à chaque plateforme (vibrations, chocs, température, pression, corrosion, érosion, agressions chimiques, contacts avec des carburants par exemple),
Ils sont généralement revêtus de couches de protection, de peintures, qui dégradent leurs performances d’absorption. Il n’existe donc pas de solution universelle. Il s’agit la plupart du temps d’un besoin complexe qui nécessite une analyse et une approche système.
Dans la mesure du possible, nous avons essayé de présenter les principaux concepts illustrés avec quelques exemples afin de donner au lecteur une idée assez précise de l’avancement de la science et de la technique dans les différents domaines concernés.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Article Wikipedia Radar.
-
(2) - * - Doc UIT, http://www.itu.int/rec/R-REC-P.676/fr
-
(3) - CURRIE (N.C.) - Radar Reflectivity Measurement, Techniques & Applications, - Artech House Publishers (1989).
-
(4) - KNOTT (E.), SHAEFFEN (J.), TULEY (M.) - Radar Cross-Section. – - 2nd édition, Artech House (2004).
-
(5) - RUCK (G.T.) - Radar Cross Section Handbook, - Vol.2 (1970).
-
(6) - JANTUNEN (H.), SEBASTIAN (M), UBIC (R.) - Microwave Materials and Applications, - Wiley (2017).
-
(7)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Il existe plusieurs outils logiciels qui permettent de résoudre les équations de Maxwell et de calculer les propriétés des matériaux absorbants, soit des logiciels généralistes de calcul numérique (Matlab, Scilab, Octave,…), soit des logiciels plus spécialisés (Ansys, Comsol, CST, Quickfield,…).
Certains sont payants, d’autres sont disponibles gratuitement.
-
Outils payants : certains de ces produits ont cependant des versions étudiantes gratuites
ANSYS HFSS
http://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss
COMSOL RF
https://www.comsol.com/rf-module
CST STUDIO suite,
https://www.cst.com/products/csts2
FEKO
MATLAB
https://fr.mathworks.com/products/matlab.html
MATHEMATICA
-
Outils gratuits pour la simulation électromagnétique
QUICKFIELD
https://quickfield.com/fr/free_soft.htm
ONELAB
http://onelab.info/wiki/ONELAB
OPENEMS
...
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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