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1 - GÉNÉRALITÉS

2 - MATÉRIAUX ABSORBANTS PLANS

| Réf : AF3372 v1

Généralités
Matériaux en électromagnétisme - Matériaux absorbants radar

Auteur(s) : Alain PRIOU

Date de publication : 10 avr. 1999

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  • Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d’électromagnétisme appliqué - Directeur de l’IUT de Ville-d’Avray

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INTRODUCTION

Les 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 ;

  • tenues en puissance : gouvernées 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 dégénération 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 100 MF.

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 intégrons les concepts d’écran à base de milieux chiraux et terminons ce fascicule en donnant un exemple de structure absorbante à très large bande constituée par un nid d’abeille.

L’article « Matériaux en électromagnétisme » fait l’objet de plusieurs fascicules :

AF 3 370 Introduction

AF 3 371 Modélisation des matériaux composites

AF 3 372 Matériaux absorbants radar

AF 3 373 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af3372


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1. Généralités

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 radio 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, le pointage et la résolution angulaire de l’antenne pour positionner la cible dans l’espace.

  • Nous établissons l’équation du radar. On suppose qu’un émetteur a une puissance Pt en watts que délivre une antenne directionnelle. A la distance r de l’antenne, la densité de puissance est la puissance transmise divisée par l’aire de la sphère où cette puissance s’est répartie. L’antenne directionnelle est caractérisée par un gain d’antenne Gt(θφ ) 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 définie par la relation :

    La cible est représentée par sa surface équivalente radar (SER, σ ) dont nous donnerons une définition théorique [relation [3]]. En première approximation, on peut voir la cible comme une antenne qui va rerayonner la puissance reçue.

    De la même manière, la densité de puissance au niveau de l’antenne de réception produite par le rerayonnement de la cible est égale à :

L’antenne de réception a un gain Gr et une aire effective Ac :

avec...

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