Absorbants résonants

Les matériaux absorbants résonants sont aussi appelés absorbants accordés (tuned en anglais) ou quart d'onde. Ils comprennent notamment les couches de Dällenbach, les écrans de Salisbury et les couches de Jaumann. Dans cette classe de matériaux, l'impédance n'est pas forcement adaptée entre le milieu de l'onde incidente et le milieu absorbant. Ces matériaux sont minces et n'absorbe pas l'intégralité de l'énergie à laquelle ils sont soumis. Le mécanisme employé utilise la réflexion et la transmission à la première interface. L'onde réfléchie subit une inversion de phase de l'ordre de . L'onde transmise se déplace à travers le milieu absorbant et est réfléchie sur un plan métallique. Cette seconde réflexion subit également une inversion de phase de avant que l'onde se propage vers le milieu de l'onde incidente. Si la distance optique parcourue par l'onde émise est un multiple de la moitié de longueurs d'onde alors les deux ondes réfléchies seront en opposition de phase, ce qui provoquera une interférence destructive. Si l'amplitude de deux ondes réfléchies est égale alors l'intensité totale réfléchie est nulle.

a. Couche Dällenbach

Une couche Dällenbach9, est une couche d'absorption homogène placée sur un plan conducteur. L'épaisseur de la couche, la permittivité et la perméabilité sont ajustées de telle sorte que la réflectivité soit minimisée pour une longueur d'onde souhaitée. La couche Dällenbach repose sur un mécanisme d'interférence destructive des ondes réfléchies à partir des première et seconde interfaces. Pour une réflectivité minimum, l'impédance effective de la couche, , doit être égale à l'impédance du milieux incident. Dans la conception d'une couche, il y a cinq propriétés sur lesquels il est possible de jouer : , , , et l’ paisseu de la ou he le plus souve t fi à ).

34

Figure 1.7 - Illustration de la disposition d'une couche Dällenbach

L'utilisation de deux ou plusieurs couches avec des bandes d'absorption différentes augmente la largeur de bande d'absorption.

b. Ecran de Salisbury

L'écran de Salisbury10 est également un absorbant résonant, qui, à la différence des absorbants adaptés, ne repose pas sur la permittivité et la perméabilité de sa couche principale. L'écran de Salisbury est constitué d'une feuille résistive placée à un multiple impair du quart de la longueur d'onde du plan de masse (métallique) séparées par un intervalle d'air. Un matériau à permittivité élevée peut remplacer la lame d'air, cela permet de diminuer l'épaisseur nécessaire au détriment de la bande passante. En termes de lignes de transmission, théoriquement, la ligne de transmission quart d'onde transforme le court-circuit au niveau du métal en un circuit ouvert au niveau de la feuille résistive. Si la résistance de l’ a est proche de l'impédance de l’ai ( ), une bonne adaptation d'impédance se produit.

Figure 1.8 - Illustration de la disposition d'un écran de Salisbury

Les structures initiales étaient faites de toile disposées sur un châssis en contre-plaqué avec un revêtement de graphite colloïdal sur la toile¹¹. Puis ce sont les polymères conducteurs qui ont été utilisés dans la conception d'écrans de Salisbury12. L’ paisseu de l'écran de Salisbury optimal peut

35 être calculée lorsque la résistance de l’ a est égale à l'impédance de l'espace libre (Zo). L'épaisseur de l'absorbant est donnée par :

(25)

Où d épaisseur de la couche résistive et σ o du tivit de la feuille. Deu app o i atio s so t faites concernant la couche résistive:

 la couche est mince électriquement ( où est ) ;  les pertes de la couche proviennent de la condu tivit σ et ɛ" >> ε'.

Ces approximations donnent des valeurs approchées de ce que l'on peut obtenir en mesure. On observe dans la plupart des cas un décalage vers les basses fréquences avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche résistive ou de ε'.

Afin de limiter les réflexions à l'entrée du matériau, la résistance de la couche résistive doit être proche de l'impédance de l'air, soit . Il est possible d'obtenir la résistance optimale,

, pour une réflectivité donnée grâce à :

(26)

Où est la réflectivité maximale acceptable.

Il a été également montré que la bande passante diminue avec l'augmentation de la permittivité de la couche d'espacement.

La largeur de bande de l'écran de Salisbury peut être améliorée en construisant un absorbant multi-écrans, on appelle alors ces écrans des couches de Jaumann.

c. Couches de Jaumann

Développés en Allemagne durant la seconde guerre mondiale, les absorbants de type Jaumann ep e e t l’id e des a s de Salis u ais e e plo a t plusieu s a s sistifs afi de ouv i plusieu s f ue es et alise des a des d’a so ptio . La résistivité des écrans augmente selon la direction du plan de masse et sont séparées par des couches à faibles pertes diélectriques. Le premier dispositif était équipé de deux couches résistives séparées par de l'air qui produisait deux minimas proches en fréquence afin d'augmenter la largeur de bande. Les couches résistives sont généralement réalisées à partir de poudre de carbone incorporée dans un élastomère.

36

Figure 1.9 - Illustration de la disposition de couches de Jaumann

C'est à partir de 1991 que les premiers calculs démontrant la possibilité d'utiliser des polymères conducteurs comme couches de Jaumann furent réalisés13. Les premières mesures suivirent en 1992 notamment avec des films de PolyPyrrole¹⁴.

Des modèles électriques ont été utilisés afin d'optimiser ce type d'absorbant15

mais l'optimisation est complexe car un grand nombre de paramètres entre en compte lors de la conception. En général, la construction de couches de Jaumann se fait de façon empirique.

Deux techniques principales sont utilisées pour optimiser les couches de Jaumann, à savoir, la technique du Maximally Flat16 et la méthode d'approximation de Tchebychev appliquée pour obtenir une réflexion nulle¹⁷.

Les couches de Jaumann peuvent compter jusqu'à six écrans ; malheureusement, l'épaisseur totale du matériau augmente fortement, pouvant atteindre , ce qui est impensable pour certaines applications.