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1 - ÉQUATION DU RADAR ET SURFACE ÉQUIVALENTE RADAR (SER)

2 - MATÉRIAUX ABSORBANTS RADARS

3 - CONCLUSION

4 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : E1166 v2

Matériaux absorbants radars
Matériaux composites en électromagnétisme - Matériaux absorbants radar

Auteur(s) : André de LUSTRAC

Relu et validé le 23 oct. 2020

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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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ABSTRACT

Composite materials in electromagnetism - Radar absorbant materials

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)

  • 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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KEYWORDS

radar   |   radiofrequency waves   |   metamaterial   |   metasurface   |   absorbing materials   |   frequencies

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1166

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2. Matériaux absorbants radars

2.1 Principes

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2.1.1 Principe de l’absorption radar

Dans le premier article de cette série [E 1 164] nous avons vu que la permittivité et la perméabilité d’un matériau électromagnétique étaient une grandeur complexe :

( 9 )

Dans ces relations ε 0 = 8,85.10–12 et µ 0 = 1,26.10–6 en unités SI.

Les pertes dans le matériau sont représentées par les grandeurs et .

Dans les milieux conducteurs est donné par :

( 10 )

En basses fréquences ω est négligeable devant f, fréquence de collision des porteurs de charge dans le conducteur, et par conséquent la formule peut se simplifier sous la forme :

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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)...

1 Outils logiciels

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.

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