Bases de construction d'un radôme

Note importante : le développement et la construction d'un radôme sont très complexes. Les données mentionnées ne sont que des valeurs approximatives. Ces informations ne donnent qu'un premier aperçu de ce sujet et ne remplacent pas les évaluations et les tests nécessaires.

Les capteurs radar se composent d'un frontal (RFE) (partie hyperfréquence avec structure d'antenne) et de composants pour le traitement des signaux. Le véritable cœur du radar est le frontal, car c'est là que l'antenne émet et reçoit les signaux électromagnétiques. Afin d'interpréter les informations collectées, le frontal les transmet ensuite au traitement des signaux (Figure 1).

Figure 1 : Composants de base d'un système radar (iSYS-4004 représenté ici). (Source de l'image : InnoSenT)

Afin de protéger l'antenne radar et les composants électroniques, le capteur est généralement fermé dans un boîtier. Cela permet de protéger le RFE des influences externes pouvant causer des dommages ou ayant un impact sur les performances. Grâce à sa capacité à pénétrer à travers les matériaux, le radar est également souvent préféré pour des raisons esthétiques. C'est un aspect particulier que les concepteurs de produits apprécient beaucoup.

Lorsqu'ils font référence à un tel boîtier de protection pour la structure de l'antenne, les techniciens radar parlent d'un « radôme ». Le mot est une combinaison des mots « radar » et « dôme ». Le couvercle en forme de dôme, comme celui de l'iSYS-6003, est principalement utilisé avec les grands systèmes radar installés de façon fixe, comme les radars des avions ou des navires.

Cependant, les capteurs et les systèmes destinés à des applications industrielles ou commerciales doivent également être protégés contre les chocs mécaniques ou chimiques afin de ne pas nuire au fonctionnement de l'antenne. Ils sont adaptés à l'antenne et aux propriétés des ondes radar.

Lors de la conception d'un radôme, il est également crucial d'utiliser le matériau approprié. Si des ondes électromagnétiques frappent des objets ou des personnes, les propriétés du matériau influencent leur propagation. Pour savoir quels matériaux conviennent à un radôme, il est important de tenir compte de l'effet qui en résulte lorsqu'ils sont frappés par des ondes radar.

Le Tableau 1 est une vue d'ensemble qui évalue divers matériaux en termes d'absorption, de réflexion et de pénétration par les hyperfréquences.

Les ondes radar doivent pouvoir pénétrer dans le radôme. Les métaux bloquent le capteur. En raison de leurs propriétés hautement réfléchissantes, ils ne sont pas adaptés au positionnement devant une antenne. Le lambris en bois (généralement avec un certain degré d'humidité résiduelle) ne convient pas non plus, en raison de sa capacité limitée à être traversé par les ondes électromagnétiques.

Les mousses telles que le polystyrène sont très bien adaptées pour être utilisées comme matériau de couverture. Elles peuvent même être appliquées directement sur l'antenne dans une structure très grossière. Cependant, en raison de leur faible stabilité et de leur sensibilité aux produits chimiques, les mousses ne sont souvent pas à la hauteur lorsqu'il s'agit de choisir les matériaux.

Les plastiques sont donc l'alternative la plus courante pour la fabrication d'un couvercle ou d'un logement de protection. Toutefois, lors de la planification d'un radôme, le concepteur doit tenir compte des propriétés du plastique. Plus le matériau est épais et proche de l'antenne, moins les ondes électromagnétiques y pénètrent.

Dans le cas des plastiques noirs, des pertes peuvent se produire lors de la mesure car ils contiennent souvent du carbone. L'accumulation d'eau qui ne s'écoule pas peut également nuire à l'acquisition d'informations par le frontal. Le traitement ultérieur du radôme en plastique, par exemple en le peignant, a également un impact négatif sur la collecte de données par l'antenne radar.

Dimensionnement et positionnement du radôme

Lors de la construction d'un radôme, le choix du matériau est très important, ainsi que la fixation précise et la forme du radôme. Afin de ne pas restreindre ses fonctionnalités, les aspects suivants doivent être pris en compte :

• La distance entre la face inférieure du radôme et l'antenne
• L'épaisseur du matériau du radôme
• La forme du radôme (aussi homogène que possible)

Ces facteurs déterminent si le radôme construit réfléchit ou absorbe la plupart des ondes radar.

La bonne distance

L'uniformité des distances individuelles du radôme à l'antenne est d'une importance capitale. Même de légères déviations, par exemple une petite entaille sur la face inférieure du couvercle de protection, peuvent modifier la propagation des ondes électromagnétiques. C'est pourquoi les radômes obliques ont également un impact négatif, car ils peuvent nuire à une réflexion correcte. Il en va de même pour les extrémités rondes, les languettes, les renforts ou les rainures dans le matériau (Figure 2).

Figure 2 : L'image de droite montre un positionnement incorrect : le radôme a une surface irrégulière et n'est pas positionné parallèlement à l'antenne. L'image de gauche montre le positionnement correct : des distances uniformes ainsi que le positionnement et le dimensionnement corrects d'un radôme. (Source de l'image : InnoSenT)

Afin de déterminer la distance uniforme correcte, les points suivants s'appliquent :

• La propagation des ondes n'est que légèrement perturbée si elles frappent un radôme à précisément une demi-longueur d'onde (ou un multiple de celle-ci).
• Cela signifie que la surface de l'antenne (centre d'onde) doit être positionnée parallèlement au couvercle, à une distance de λ/2 (ou un multiple de cette distance).
• Avec une fréquence centrale de 24,125 GHz (avec une demi-longueur d'onde d'environ 6,2 millimètres (mm)), la distance optimale est d'environ 6,2 mm.

La bonne épaisseur de matériau

Ici, le même principe s'applique que pour la détermination de la distance appropriée : afin de minimiser la perturbation de la propagation des ondes, celles-ci doivent frapper le radôme à la moitié de la longueur d'onde. De même, l'épaisseur du matériau du radôme doit également être choisie de manière appropriée pour la moitié de la longueur d'onde.

Cependant, la manière dont l'onde est modifiée par la substance du radôme (en pénétrant dans le matériau) doit également être prise en compte. Cette adaptation correspond à la conductivité du matériau utilisé (fonction diélectrique ε). Elle raccourcit la longueur d'onde par un facteur √(ε_r).

Par exemple, dans le cas des plastiques, cette constante diélectrique est comprise entre trois et quatre, ce qui varie toutefois beaucoup dans la pratique. Pour obtenir un chiffre approximatif, un calcul peut être effectué avec la valeur moyenne de 1,5. L'épaisseur du matériau peut alors être calculée à l'aide de la formule λ/2√(ε_r). Avec ces valeurs initiales, cela équivaudrait à 4 mm.

Figure 3 : Exemple de calcul de l'épaisseur correcte d'un matériau pour un radôme. (Source de l'image : InnoSenT)

La construction d'un radôme nécessite une connaissance approfondie de la composition du matériau utilisé et de la propagation des ondes électromagnétiques. Les informations fournies sont uniquement destinées à servir de guide et à souligner les aspects qui doivent absolument être pris en compte lors de la construction d'un couvercle d'antenne.