4.2 Applications aux radômes
4.2.1 Contexte
De nombreuses antennes sont protégées de leur environnement par un radôme Dans le contexte aéronautique, l’exemple le plus important est certainement les radômes de pointe avant d’avions qui protègent un radar de détection de cible pour les avions d’arme et un radar météo pour les avions civils. Même s’ils doivent être le plus transparent possible aux fréquences d’utilisation de l’antenne, les radômes induisent toujours des perturbations dont les plus notables sont une atténuation, un dépointage du lobe principal, l’apparition d’un lobe de réflexion, une remontée des lobes secondaires et de la polarisation croisée. Leur taille, leur forme et leur complexité les rendent complexes à modéliser rapidement. La méthode la plus classique pour calculer les radômes est basée sur le spectre d’ondes planes. Cette approche suppose que le radôme peut localement être remplacé par une lame diélectrique à faces parallèles, approximation dont la validité dépend de l’épaisseur et de la courbure de la paroi. Cette méthode est ici utilisée comme référence, elle est notée sop.
4.2.2 Exemple
(a) Configuration (b) Structure double sandwich
Figure 4.3 – Caractéristiques du radôme étudié
À titre d’illustration, le radôme en structure double sandwich de la figure 4.3 est étudié. L’antenne est une ouverture en cosinus de largeur 8λ décalée de 10 cm par rapport au centre du radôme. Elle fonctionne à une fréquence de 10 GHz. Sur le tableau 4.1, les principaux effets du radôme sont calculés à partir du lancer de faisceaux (lfg), de la méthode basée sur les coefficients (cfg) et de la méthode de référence basée sur le spectre d’ondes planes.
Les trois méthodes donnent des résultats similaires. La méthode du spectre d’ondes planes diffère cependant légèrement des deux autres. Dans cette configuration, l’épaisseur du ra-dôme est suffisamment large pour que l’approximation locale par une lame diélectrique à faces parallèles ne soit pas complètement vérifiée. Ainsi, les méthodes faisceaux gaussiens sont plus précises ici car elles prennent mieux en compte les réflexions multiples à l’inté-rieur de la paroi du radôme. Concernant les temps de calcul, les méthodes de faisceaux
68 CHAPITRE 4. MODÈLES BASÉS SUR LES FAISCEAUX GAUSSIENS
Méthode cfg lfg sop
Dépointage (degrés) 0.35 0.37 0.21
Pertes (dB) 1.39 1.41 1.14
Polarisation croisée (dB) -46.8 -47.9 -44.2 Temps de calcul (pour 200 points) 5 min 17 13 min 57 213 min 18
Table4.1 – Comparaisons des méthodes : effet du radôme et temps de calcul
(a) Champ cfg (dB) (b) Différence avec lfg (dB) (c) Différence avec sop (dB)
Figure 4.4 – Amplitude normalisée du champ réfléchi par le radôme (dB)
gaussiens sont bien plus performantes que sop. De plus, grâce à l’algorithme rapide, la méthode cfg est la plus performante dans cet exemple.
4.2.3 Faisceaux gaussiens conformes pour les radômes effilés
Les radômes de pointe avant d’avions d’arme sont généralement de forme ogivale. Ils combinent de fortes courbures et de fortes incidences. Pour ces raisons, les méthodes de faisceaux gaussiens précédentes atteignent leur limite de validité. En effet, pour lfg, l’hypothèse qu’un faisceau reste gaussien à la traversée d’une interface diélectrique n’est plus vérifiée. Pour cfg, c’est la décomposition multi-faisceaux gaussiens qui n’est plus valable. La décomposition en faisceaux gaussiens conformes vue au chapitre précédent peut pallier ce problème. En effet, si le radôme est suffisamment fin, une solution consiste à procéder comme suit :
• décomposition multi-faisceaux gaussiens du champ incident ;
• calcul des champs transmis/réfléchi sur la paroi à partir des coefficients ; • décomposition en faisceaux gaussiens conformes des champs transmis/réfléchis.
Cette approche est ici testée sur le radôme de la figure 4.5a qui est ellipsoïdal, de demi-axes 30 cm et 2 m. Il est monocouche d’épaisseur 5 mm et de permittivité relative εr = 2. L’antenne est la même que dans la simulation précédente.
Sur la figure 4.5b, le champ proche est représenté. Il existe une réflexion significative sur la paroi interne du radôme qui génère un lobe parasite élevé. Ceci est confirmé sur le diagramme de rayonnement champ lointain représenté sur la figure 4.6a. À gauche du lobe principal apparaît un lobe significatif. Ce résultat est comparé avec le logiciel SICAR
4.2. APPLICATIONS AUX RADÔMES 69 développé par l’ONERA et Thalès sur la figure 4.6b. Une très bonne concordance des deux méthodes est observée. Dans cette configuration, la méthode faisceau gaussien permet un gain en temps de calcul de l’ordre de 50.
(a) Configuration
(b) Champ proche (dB)
Figure 4.5 – Modélisation d’un radôme de pointe avant
(a) Faisceaux gaussiens (b) SICAR
Figure 4.6 – Diagramme de rayonnement normalisé (dB) d’un radôme de pointe avant
4.2.4 Conclusion
Cette section a démontré l’intérêt de plusieurs approches faisceaux gaussiens dans l’étude des radômes. Pour les radômes de courbures modérées éclairés sous incidence modérée, le lancer de faisceaux et la méthode basée sur les coefficients de transmission et réflexion apportent précision et rapidité par rapport à la technique du spectre d’ondes planes. Les décompositions en faisceaux gaussiens conformes fournissent une solution au cas des radômes effilés, de type pointe avant d’avions d’arme. Cette étude permet d’envisager l’intégration des techniques faisceaux gaussiens dans des processus d’optimisation qui re-quièrent un grand nombre de simulations. Ces optimisations, qui portent sur la forme et la structure multicouche, visent notamment à minimiser l’influence du radôme sur le rayonnement ou à le rendre sélectif en fréquence. Dans le cadre du stage de fin d’études
70 CHAPITRE 4. MODÈLES BASÉS SUR LES FAISCEAUX GAUSSIENS de Johan Duplouy en 2014 que j’ai co-encadré en collaboration avec le CNES et le LA-PLACE, ces méthodes ont été appliquées aux réflecteurs conformés dans ce même but d’optimisation de forme [87].