FR2970569A1

FR2970569A1 - Method for designing or repairing radome for antenna, involves repeating steps of determination of radioelectric performances and modification of structure of radome until modified structure is consistent with terms of use of radome

Info

Publication number: FR2970569A1
Application number: FR1150362A
Authority: FR
Inventors: Alexandre Piche; Gerard-Pascal Piau; Guy Sabanowski; Christophe Bernus
Original assignee: Airbus Operations SAS; European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Airbus Operations SAS; Airbus Group SAS
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-07-20

Abstract

The method involves defining a structure (11) for a radome (10) by the choice of natural materials, and determining radioelectric performances of an antenna by calculation of radioelectric transmission through the structure. The structure is modified by modifying one of geometry of the radome, dielectric stackings, and geometry of lightning arrester bands (14), according to the radioelectric performances. The steps of determination of the radioelectric performances and modification of the structure are repeated until the modified structure is consistent with the terms of use of the radome.

Description

Procédé de prédiction d'un impact radioélectrique d'un radôme sur les performances d'une antenne Method for predicting the radio impact of a radome on the performance of an antenna

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de prédiction d'un impact radioélectrique d'un radôme sur les performances d'une antenne. Le domaine de l'invention est celui des radômes et de leurs performances électromagnétiques. Etat de la technique Les radômes servent généralement de protection aux antennes. Le radôme comporte une paroi diélectrique transparente aux ondes électromagnétiques et également une structure de bandes métalliques. Ces bandes métalliques ont pour rôle de protéger et de minimiser les dégâts occasionnés par les coups de foudre. Ces bandes ne recouvrent que les parties latérales du radôme en laissant libre une partie du cône de travail de l'antenne afin de ne pas perturber la transmission des ondes radioélectriques autour de l'axe du faisceau de l'antenne. Durant la phase de conception du radôme, il est nécessaire de pouvoir prédire rapidement l'influence de toute modification apportée à la définition du radôme sur les performances de l'antenne à protéger (choix de la nature des matériaux, de leur épaisseur, de leur position relative dans la paroi diélectrique, de la géométrie des bandes parafoudres...). Classiquement, pour évaluer le comportement du radôme vis-à-vis de l'antenne, un prototype du radôme est soumis à des essais au sol. Dans une première phase de test, la transparence de la paroi diélectrique aux ondes électromagnétiques est testée. Dans une deuxième phase de test, les perturbations occasionnées par des bandes parafoudres sur l'antenne sont ensuite mesurées. Par itération manuelle, le dimensionnement des bandes est ajusté jusqu'à atteindre la valeur de transparence globale du radôme souhaitée. Dans une troisième phase, on teste l'efficacité des bandes parafoudres. Ce mode de prédiction manuelle est relativement long et onéreux ; la modélisation numérique peut être un moyen rapide et efficace pour prédire l'impact du radôme muni de ses bandes parafoudres sur les performances de l'antenne durant la phase de conception. Pour répondre à ce besoin, il est connu de traiter numériquement le problème d'un radôme diélectrique avec sa structure de bandes parafoudres conductrices avec des codes électromagnétiques exacts de type « Boundary Element Method » (BEM) qui résolvent rigoureusement les équations de Maxwell notamment par méthode des moments. Cependant, le nombre d'inconnues du système s'accroît très rapidement et les temps de calcul associés (plusieurs heures voire plusieurs jours) deviennent complètement inadaptés en phase de design. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting a radio frequency impact of a radome on the performance of an antenna. The field of the invention is that of radomes and their electromagnetic performance. State of the art The radomes are generally used to protect the antennas. The radome has a dielectric wall transparent to electromagnetic waves and also a structure of metal strips. These metal bands serve to protect and minimize the damage caused by lightning strikes. These strips cover only the lateral parts of the radome, leaving free a part of the working cone of the antenna so as not to disturb the transmission of radio waves around the axis of the beam of the antenna. During the design phase of the radome, it is necessary to be able to quickly predict the influence of any modification made to the definition of the radome on the performance of the antenna to be protected (choice of the nature of the materials, their thickness, their relative position in the dielectric wall, the geometry of the lightning arresters ...). Conventionally, to evaluate the behavior of the radome vis-à-vis the antenna, a prototype of the radome is subjected to ground tests. In a first test phase, the transparency of the dielectric wall to electromagnetic waves is tested. In a second test phase, the disturbances caused by lightning arrester bands on the antenna are then measured. By manual iteration, the sizing of the bands is adjusted until reaching the overall transparency value of the desired radome. In a third phase, the effectiveness of the lightning arrester strips is tested. This manual prediction mode is relatively long and expensive; Numerical modeling can be a fast and efficient way to predict the impact of the radome with its surge arrester bands on the performance of the antenna during the design phase. To meet this need, it is known to numerically treat the problem of a dielectric radome with its structure of conductive lightning arrester bands with exact electromagnetic codes of the "Boundary Element Method" (BEM) type which rigorously solve Maxwell's equations in particular by method of moments. However, the number of unknowns in the system increases very rapidly and the associated calculation times (several hours or even several days) become completely unsuitable in the design phase.

Le nombre d'inconnues est lié aux dimensions du radôme, au nombre et à la nature des couches diélectriques composant la paroi et à la fréquence de l'onde électromagnétique. Par exemple, pour appliquer le traitement numérique par code exact sur un radôme plan de lm x lm à 10GHz, chaque interface dudit radôme est discrétisée avec un pas de maillage À/10 3mm où À est la longueur d'onde. Le radôme ainsi maillé comporte 333 x 333 110889 pavés élémentaires soit 110889 x 2 = 221778 triangles si on utilise un maillage triangulaire classique (2 triangles par pavé élémentaire). Pour un radôme comprenant cinq interfaces modélisant quatre couches diélectriques, le nombre de triangles dépasse alors le million. On obtient ainsi un système à plus de 3 millions d'inconnues (1.5 x 2 x nombre de triangles ; le facteur 1.5 correspond au nombre d'inconnues dans un triangle et le facteur 2 représente la présence de courants électriques et magnétiques dans le traitement des diélectriques). On s'aperçoit très facilement que la résolution exacte de ce type de problème est incompatible avec : - une évaluation de plusieurs géométries, - de nombreux empilements diélectriques, - différentes géométries de bandes parafoudres. Pour remédier à cette complexité, il est commun d'utiliser une approche ID dans laquelle la paroi diélectrique est supposée plane et infinie. The number of unknowns is related to the size of the radome, the number and nature of the dielectric layers composing the wall and the frequency of the electromagnetic wave. For example, to apply exact code digital processing on a radome plane of lm x lm at 10GHz, each interface of said radome is discretized with a 3mm / λ mesh pitch where λ is the wavelength. The radome thus meshed has 333 x 333 110889 elementary blocks or 110889 x 2 = 221778 triangles if one uses a triangular mesh classic (2 triangles by elementary block). For a radome comprising five interfaces modeling four dielectric layers, the number of triangles then exceeds one million. We obtain a system with more than 3 million unknowns (1.5 x 2 x number of triangles, the factor 1.5 corresponds to the number of unknowns in a triangle and the factor 2 represents the presence of electric and magnetic currents in the processing of dielectric). It is very easy to see that the exact resolution of this type of problem is incompatible with: - an evaluation of several geometries, - numerous dielectric stacks, - different geometries of surge arresters. To overcome this complexity, it is common to use an ID approach in which the dielectric wall is assumed to be flat and infinite.

Cette méthode donne des résultats immédiats et permet donc de comparer les performances de différents empilements. Cependant, elle montre rapidement ses limites quand on souhaite obtenir les caractéristiques globales du radôme pour un ensemble de dépointages de l'antenne. De plus, elle n'intègre pas le traitement des bandes parafoudres qui sont abordées en parallèle, par exemple de manière expérimentale. This method gives immediate results and thus makes it possible to compare the performances of different stacks. However, it quickly shows its limits when it is desired to obtain the overall characteristics of the radome for a set of misalignments of the antenna. In addition, it does not include the treatment of lightning arrester strips which are approached in parallel, for example experimentally.

Un besoin s'est fait sentir d'une approche numérique prenant en compte un grand nombre d'empilements diélectriques et de configurations de bandes parafoudres avec un temps de calcul relativement court, de quelques heures. A need has arisen for a numerical approach taking into account a large number of dielectric stacks and surge arrester configurations with a relatively short calculation time of a few hours.

Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de répondre à ce besoin. A cet effet, l'invention propose une méthodologie permettant de prédire l'impact radioélectrique d'un radôme sur les performances d'une antenne (principalement la transmission et les remontées de lobes secondaires). La méthodologie proposée est compatible en termes de temps de calcul avec les contraintes industrielles d'une phase de design. Pour ce faire, l'invention propose de décomposer le problème global en deux problèmes distincts ; l'un diélectrique et l'autre métallique et de recombiner le résultat de ces deux problèmes par superposition. DESCRIPTION OF THE INVENTION The purpose of the invention is precisely to meet this need. For this purpose, the invention proposes a methodology for predicting the radioelectric impact of a radome on the performance of an antenna (mainly the transmission and the secondary lobes). The proposed methodology is compatible in terms of computing time with the industrial constraints of a design phase. To do this, the invention proposes to break down the global problem into two distinct problems; one dielectric and the other metallic and to recombine the result of these two problems by superposition.

Cette décomposition est rendue possible par le fait que l'empilement diélectrique est très majoritairement transparent (à plus de 90°/O) ; les champs électriques et magnétiques au niveau des bandes interagissant avec ces dernières peuvent être considérés égaux aux champs incidents. La méthodologie proposée consiste à déterminer simultanément l'interaction des champs rayonnés par l'antenne avec : - la paroi diélectrique d'une part, et - les bandes parafoudres conductrices d'autre part. Le fait de traiter séparément le problème diélectrique et métallique permet de discrétiser la structure diélectrique et les bandes métalliques avec deux pas de maillages distincts optimisés. Ainsi, la structure diélectrique peut être discrétisée avec un pas de maillage de l'ordre À/5 et les bandes conductrices avec un pas de maillage de l'ordre de À/10. On évite ainsi l'utilisation d'un maillage global À/10 très couteux en temps de calcul et d'éventuels raffinements locaux au niveau des bandes. This decomposition is made possible by the fact that the dielectric stack is very predominantly transparent (at more than 90 ° / 0); electric and magnetic fields at the bands interacting with them can be considered equal to the incident fields. The proposed methodology consists in simultaneously determining the interaction of the fields radiated by the antenna with: - the dielectric wall on the one hand, and - the conductive surge arrester strips on the other hand. By treating the dielectric and metallic problem separately, it is possible to discretize the dielectric structure and the metal strips with two distinct optimized mesh pitches. Thus, the dielectric structure can be discretized with a mesh pitch of the order À / 5 and the conductive strips with a mesh pitch of the order of λ / 10. This avoids the use of a global mesh A / 10 very expensive in computing time and possible local refinements at the bands.

Pour les bandes parafoudres conductrices, l'invention propose une résolution de l'équation intégrale du champ électrique, par exemple, par méthode des moments, pour obtenir les courants électriques induits sur les bandes puis les champs diffractés. Pour les parois diélectriques multicouches, l'invention propose de 35 calculer des champs incidents sur la paroi interne du radôme, la transmission des champs à travers l'empilement diélectrique, la construction de courants électriques et magnétiques équivalents sur la paroi externe du radôme et enfin la détermination des champs lointains. L'invention propose enfin de calculer les champs lointains totaux 5 résultant de la superposition des champs diffractés par les bandes et transmis par la paroi diélectrique. Le procédé proposé par l'invention réduit considérablement le nombre de prototypes nécessaires aux phases de tests et les coûts associés. L'invention concerne donc un procédé de prédiction d'un impact 10 radioélectrique d'un radôme sur les performances d'une antenne, ledit radôme comportant une paroi multicouches diélectriques sur laquelle sont situées des bandes parafoudres, dans lequel : - on calcule les champs électriques et magnétiques rayonnées par l'antenne excitée numériquement en fonction des caractéristiques de ladite 15 antenne, lesdites caractéristiques étant notamment la géométrie, le type de matériau et la structure de ladite antenne, - on calcule un premier champ électrique diffracté par les bandes à partir d'un champ électrique incident rayonné par l'antenne, - on calcule séparément un deuxième champ transmis par la structure 20 diélectrique à partir des courants électriques et magnétiques présents sur la paroi externe du radôme , lesdits courants présents sur la paroi externe étant déterminés en fonction des caractéristiques radioélectriques des différentes couches constituant la paroi, - on détermine une performance globale de l'antenne en superposant 25 le premier champ diffracté au deuxième champ transmis par la paroi. L'invention comporte l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - le calcul du premier champ électrique diffracté comporte les étapes suivantes : 30 - on échantillonne les bandes parafoudres avec un premier pas de maillage prédéfini, - on calcule le champ électrique incident rayonné par l'antenne au niveau des bandes échantillonnées en fonction des caractéristiques des bandes, lesdites caractéristiques étant la 35 dimension, le nombre et le profil des bandes, - on calcule la densité de courant induite sur les bandes parafoudres, - on calcule le premier champ diffracté par les bandes en fonction de la densité de courant induite ; - le champ électrique incident rayonné par l'antenne sur les bandes échantillonnées et le champ diffracté sont exprimés sous la forme d'une intégrale de rayonnement ; - on échantillonne la structure diélectrique avec un second pas de maillage prédéfini, - on calcule les champs incidents sur la paroi interne à partir des champs électriques et magnétiques rayonnées par l'antenne excitée numériquement, - on crée une base de données comprenant les champs incidents sur la paroi interne pour chaque dépointage d'antenne ; - le calcul du deuxième champ transmis par la paroi du radôme comporte les étapes suivantes : - on propage les champs incidents extraits de la base de données pour un dépointage d'antenne donnée à travers les différentes couches diélectriques formant la paroi, - on calcule les champs électriques et magnétiques sur la paroi externe, - on calcule des courants électriques et magnétiques équivalents à partir des champs électriques et magnétiques présents sur la paroi externe, - on calcule les champs lointains transmis par la paroi diélectrique en faisant rayonner les courants électriques et magnétiques équivalents ; L'invention a également pour objet un calculateur caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à exécuter un procédé de prédiction selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. For conductive lightning arresters, the invention proposes a resolution of the integral equation of the electric field, for example by the method of moments, to obtain the electric currents induced on the strips and then the diffracted fields. For the multilayer dielectric walls, the invention proposes to calculate incident fields on the inner wall of the radome, the transmission of the fields through the dielectric stack, the construction of equivalent electric and magnetic currents on the outer wall of the radome and finally the determination of distant fields. Finally, the invention proposes to calculate the total far fields resulting from the superposition of the fields diffracted by the bands and transmitted by the dielectric wall. The method proposed by the invention considerably reduces the number of prototypes required for the test phases and the associated costs. The invention therefore relates to a method for predicting a radio frequency impact of a radome on the performance of an antenna, said radome comprising a dielectric multilayer wall on which arrester bands are located, in which: the fields are calculated electrical and magnetic radiated by the digitally excited antenna according to the characteristics of said antenna, said characteristics being in particular the geometry, the type of material and the structure of said antenna, - a first electric field diffracted by the bands from of an incident electric field radiated by the antenna, - a second field transmitted by the dielectric structure is separately calculated from the electric and magnetic currents present on the external wall of the radome, said currents present on the outer wall being determined by depending on the radio characteristics of the different layers constituting the wall, an overall performance of the antenna is determined by superimposing the first diffracted field on the second field transmitted by the wall. The invention includes any of the following features: the calculation of the first diffracted electric field comprises the following steps: the lightning arrester bands are sampled with a first predefined mesh pitch, the incident electric field radiated by the antenna at the level of the bands sampled according to the characteristics of the bands, said characteristics being the size, the number and the profile of the bands, the current density induced on the arrester bands is calculated, the first field diffracted by the bands as a function of the induced current density; the incident electric field radiated by the antenna on the sampled bands and the diffracted field are expressed in the form of a radiation integral; the dielectric structure is sampled with a second predefined mesh pitch, the incident fields on the inner wall are calculated from the electric and magnetic fields radiated by the digitally excited antenna, and a database is created comprising the incident fields; on the inner wall for each antenna misalignment; the calculation of the second field transmitted by the wall of the radome comprises the following steps: propagation of the incident fields extracted from the database for a given antenna misalignment through the different dielectric layers forming the wall; electric and magnetic fields on the outer wall, - equivalent electric and magnetic currents are calculated from the electric and magnetic fields present on the outer wall, - the distant fields transmitted by the dielectric wall are calculated by radiating electric and magnetic currents. equivalents; The invention also relates to a computer characterized in that it comprises means adapted to perform a prediction method according to any one of the preceding characteristics. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures that accompany it. These are presented as an indication and in no way limitative of the invention.

La figure 1 montre une vue de côté schématique d'un radôme équipé de bandes métalliques formant un dispositif parafoudre. La figure 2 montre une illustration de moyens mettant en oeuvre un mode de réalisation du procédé de prédiction de l'invention. Les figures 3a et 3b montrent respectivement une représentation 5 graphique des champs incidents en mode transverse électrique et en mode transverse magnétique. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Dans la description, les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement 10 semblables. Un radôme 10, comme illustré à la figure 1, comporte une structure principale 11 en matériau diélectriques et offrant une bonne transparence radioélectrique destinée à protéger une antenne (non représentée). Dans l'exemple décrit de réalisation de l'invention, le radôme 10 à la 15 forme d'un paraboloïde comme illustré sur la figure 1, tel qu'il en est souvent utilisé sur les avions conventionnels de transport, le radôme étant monté à l'extrémité avant d'un fuselage dont il constitue une partie extrême à l'avant. Le radôme 10 comporte une paroi 11 diélectrique comprenant une surface extérieure 12 du côté convexe du paraboloïde, en contact avec 20 l'écoulement aérodynamique, et une surface intérieure 13 du côté concave du paraboloïde, qui délimite un volume contenant des antennes à protéger. Cette disposition et cette forme ne sont cependant pas limitatives et l'homme du métier, à la lecture de l'exemple détaillé décrit, est en mesure d'adapter l'invention à toute structure aéroportée ou non présentant des 25 caractéristiques électriques similaires à celles d'un radôme. Pour limiter les conséquences des impacts de foudre sur la structure des radômes, sans en pénaliser de manière inadmissible la transparence radioélectrique, le radôme est pourvu de bandes 14 en matériau électriquement conducteur, de faible largeur, reliées à la structure principale, 30 électriquement conductrice, de l'aéronef. Ces bandes 14, dite bandes parafoudre, permettent d'évacuer le courant foudre vers la structure principale de l'aéronef avec le minimum de résistance électrique. Dans le présent exposé, les termes isolant et conducteur doivent être interprétés comme signifiant électriquement isolant et électriquement 35 conducteur respectivement, en relation directe avec les phénomènes de nature électromagnétique. Les bandes parafoudre 14, dont un rôle est de conduire le courant de foudre lors d'un impact de foudre sur le radôme 10, sont situées préférentiellement sur la surface extérieure 12 du radôme et solidaires de la structure isolante du radôme. Les dites bandes sont reliées électriquement, à leurs extrémités 15 les plus proches d'une structure principale de l'aéronef, à la dite structure principale par exemple par l'intermédiaire de fixations (non représentées) du radôme réalisées dans un matériau conducteur. La forme et le nombre des bandes parafoudre 14 ne sont pas imposés et leurs déterminations relèvent de techniques connues des concepteurs de radôme. Comme illustré sur la figure 1, les bandes parafoudre 14 sont de manière connue agencées longitudinalement, c'est à dire sensiblement suivant des méridiennes du paraboloïde. La figure 2 montre une illustration de moyens mettant en oeuvre un mode de réalisation du procédé de l'invention. Le procédé est exécuté par un calculateur (non représenté). Ledit calculateur comprend un ensemble de ressources, mémoires et processeurs dans un environnement multitâche. Dans la description, on prête des actions à des appareils ou à des programmes, cela signifie que ces actions sont exécutées par un microprocesseur de cet appareil ou de l'appareil comportant le programme, ledit microprocesseur étant alors commandé par des codes instructions enregistrés dans une mémoire de l'appareil. Ces codes instructions permettent de mettre en oeuvre les moyens de l'appareil et donc de réaliser l'action entreprise. Figure 1 shows a schematic side view of a radome equipped with metal strips forming a surge arrester device. FIG. 2 shows an illustration of means embodying an embodiment of the method for predicting the invention. Figures 3a and 3b show respectively a graphical representation of the incident fields in electric transverse mode and in transverse magnetic mode. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION In the description, the same reference numerals designate, from one figure to another, identical or functionally similar elements. A radome 10, as shown in Figure 1, comprises a main structure 11 of dielectric material and providing good radio transparency to protect an antenna (not shown). In the described embodiment of the invention, the radome 10 in the form of a paraboloid as illustrated in FIG. 1, as it is often used on conventional transport aircraft, the radome being mounted to the front end of a fuselage of which it constitutes an extreme part at the front. The radome 10 has a dielectric wall 11 including an outer surface 12 on the convex side of the paraboloid, in contact with the aerodynamic flow, and an inner surface 13 on the concave side of the paraboloid, which delimits a volume containing antennas to be protected. This arrangement and this form are however not limiting and the person skilled in the art, on reading the detailed example described, is able to adapt the invention to any airborne or non-airborne structure having electrical characteristics similar to those of a radome. To limit the consequences of lightning strikes on the structure of the radomes, without inadmissibly penalizing the radio-frequency transparency, the radome is provided with strips 14 of electrically conductive material, of small width, connected to the main structure, electrically conductive, of the aircraft. These strips 14, called lightning arrester strips, make it possible to evacuate the lightning current towards the main structure of the aircraft with the minimum of electrical resistance. In the present description, the terms insulator and conductor must be interpreted as meaning electrically insulating and electrically conductive respectively, in direct relation with the phenomena of electromagnetic nature. The arrester strips 14, whose role is to conduct the lightning current during a lightning strike on the radome 10, are located preferentially on the outer surface 12 of the radome and integral with the insulating structure of the radome. The said strips are electrically connected, at their ends 15 closest to a main structure of the aircraft, to the said main structure, for example by means of fastenings (not shown) of the radome made of a conductive material. The shape and the number of lightning arresters 14 are not imposed and their determinations are based on techniques known to radome designers. As illustrated in FIG. 1, the arrester strips 14 are in a known manner arranged longitudinally, that is to say substantially along meridian lines of the paraboloid. FIG. 2 shows an illustration of means embodying an embodiment of the method of the invention. The method is executed by a computer (not shown). The calculator includes a set of resources, memories and processors in a multitasking environment. In the description, actions are provided to devices or programs, that is to say that these actions are performed by a microprocessor of this apparatus or the apparatus comprising the program, said microprocessor being then controlled by instruction codes recorded in a program. memory of the device. These instruction codes make it possible to implement the means of the apparatus and thus to carry out the action undertaken.

La figure 2 montre un bloc 20 dans laquelle un calculateur évalue l'impact des bandes parafoudres sur les performances de l'antenne. Pour déterminer l'impact des bandes parafoudres 14, il faut calculer les courants électriques induits sur ces dernières en résolvant l'équation intégrale du champ électrique par exemple par méthode des moments. Ces courants sont ensuite rayonnés pour obtenir les champs lointains diffractés par les bandes 14. A une étape 21 de ce bloc 20, le calculateur reçoit en entrée des données relatives aux caractéristiques des bandes parafoudres 14. Les caractéristiques des bandes 14 sont notamment, les dimensions (longueur et largeur), le nombre et le profil desdites bandes. Le calculateur comporte des 9. v v'. ~; i ~:3c L agi. s. __;4 - .mea ~ a_a~- F;= R2 codes instructions pour recevoir et traiter ces données d'entrées. A une étape 22, un maillage des bandes 14 est réalisé avec un pas prédéfini. Dans un mode de réalisation, le pas de maillage des bandes 14 est de l'ordre de À/10. Figure 2 shows a block 20 in which a computer evaluates the impact of lightning arrester bands on the performance of the antenna. To determine the impact of the lightning arrester strips 14, it is necessary to calculate the induced electric currents on the latter by solving the integral equation of the electric field, for example by the method of moments. These currents are then radiated to obtain the distant fields diffracted by the bands 14. At a step 21 of this block 20, the computer receives as input data relating to the characteristics of the lightning arrester strips 14. The characteristics of the strips 14 are in particular, the dimensions (length and width), the number and the profile of said bands. The calculator has 9. v v '. ~; i ~: 3c L acted. s. __; 4 - .mea ~ a_a ~ - F; = R2 instruction codes to receive and process these input data. At a step 22, a mesh of the strips 14 is made with a predefined pitch. In one embodiment, the mesh size of the strips 14 is of the order of λ / 10.

A une étape 40, le calculateur reçoit en entrée les caractéristiques de l'antenne protégée par le radôme (dimensions, profil d'excitation). A une étape 41, des codes instructions du calculateur excitent numériquement l'antenne et calculent les champs électriques et magnétiques rayonnés par ladite antenne en fonction de ses caractéristiques. At a step 40, the computer receives as input the characteristics of the antenna protected by the radome (dimensions, excitation profile). At a step 41, instruction codes of the computer numerically excite the antenna and calculate the electric and magnetic fields radiated by said antenna according to its characteristics.

A une étape 23 du bloc 20, des codes instructions du calculateur calcule le champ électrique incident rayonné par l'antenne au niveau des bandes parafoudres 14 échantillonnées en fonction des caractéristiques desdites bandes. Dans un mode de réalisation, le champ électrique incident peut être 15 exprimé sous la forme d'une intégrale de rayonnement (formules de Kottler): ayi t .Cd.. f `,,: ae 1 4.7R Avec : .r correspondant à la densité de courant électrique sur 20 l'antenne, correspondant à la densité magnétique sur l'antenne, - correspond à la position relative entre un point d'intégration r' et un point d'observation r. et R =} - '. - k = .~ correspond au nombre d'onde en espace libre. A une étape 24, les codes instructions du calculateur calculent le champ électrique diffracté par les bandes parafoudres 14. Dans un mode de réalisation, le champ électrique diffracté peut être exprimé sous la forme d'une intégrale de rayonnement : 25 - k: 30 En connaissant le champ incident, le calculateur peut déterminer la densité de courant électrique induite J sur les bandes parafoudres intervenant dans l'expression intégrale du champ électrique diffracté. Dans un mode de réalisation, la densité de courant électrique induite J est déterminé par méthode des moments. La densité de courant électrique J est décomposée sous la forme d'une somme finie de N fonctions de base connues bn, de support Sn et pondérées par des coefficients d'excitation ln que l'on cherche à déterminer. ..=; bn étant une fonction mathématique connue du type sinus, cosinus ou autres et N étant le nombre de parties élémentaires des bandes 14 maillées. En imposant que la composante tangentielle du champ électrique Einc + Ediffracté est égale à 0 au niveau des bandes parafoudres, l'équation intégrale du champ électrique peut être transformée en système linéaire à inverser. Mathématiquement, cela revient à projeter Einc + Ediffracté sur un ensemble de fonctions de test gm (m variant de 1 à N) portées par les bandes parafoudres. gm est une fonction mathématique connue. - < gm l E c(r) >=<gm(-)/É rdtffracte( )> En injectant (3) dans (2) puis (2) dans (4), on obtient l'équation linéaire 20 suivante : Ce système linéaire est ensuite inversé pour déterminer la densité de courant électrique induite sur les bandes parafoudres 14. is QS -.f Avec (( \ (( ,77 Vm = - <gin (r)/ Einc (( lr\ l -ff g#,(i- nc( )(.dSn, Sm 25 .. I~ L c i',t: L . g~:l t- 3)s..'" ' 't.T2J Fin et F2n sont des fonctions intermédiaires ayant pour rôle de 30 simplifier l'écriture des équations. At a step 23 of block 20, instruction codes of the computer calculates the incident electric field radiated by the antenna at the level of the surge arrays 14 sampled according to the characteristics of said bands. In one embodiment, the incident electric field may be expressed as a radiation integral (Kottler formulas): ## EQU1 ## with: ## EQU1 ## the electrical current density on the antenna, corresponding to the magnetic density on the antenna, corresponds to the relative position between an integration point r 'and an observation point r. and R =} - '. - k =. ~ corresponds to the wave number in free space. In a step 24, the computer instruction codes calculate the electric field diffracted by the lightning arrester strips 14. In one embodiment, the diffracted electric field can be expressed as a radiation integral: 25 - k: 30 Knowing the incident field, the computer can determine the induced electric current density J on the arrester bands involved in the integral expression of the diffracted electric field. In one embodiment, the induced electric current density J is determined by the method of moments. The electric current density J is decomposed as a finite sum of N known basic functions bn, Sn support and weighted by excitation coefficients ln that we seek to determine. .. =; bn being a known mathematical function of the sine, cosine or other type and N being the number of elementary parts of the meshed strips 14. By imposing that the tangential component of the electric field Einc + Ediffracted is equal to 0 at the level of the arrester bands, the integral equation of the electric field can be transformed into a linear system to be reversed. Mathematically, this amounts to projecting Einc + Ediffracté on a set of test functions gm (m varying from 1 to N) carried by the lightning arrester bands. gm is a known mathematical function. - <gm l E c (r)> = <gm (-) / E rffract ()> By injecting (3) in (2) and then (2) in (4), we obtain the following linear equation: Ce The linear system is then inverted to determine the induced electric current density on the lightning arrester strips 14. Is QS-f With ((\ ((, 77 Vm = - <gin (r) / Einc ((lr \ l -ff g # , (i- nc () (. dSn, Sm 25 .. I ~ L c i ', t: L. g ~: l t- 3) s'' '' t.T2J Fin and F2n are functions intermediaries whose role is to simplify the writing of equations.

R La densité de courant électrique induite permet enfin de calculer les champs lointains diffractés par les bandes en utilisant, par exemple, 5 l'évaluation asymptotique de la représentation intégrale des champs. =1 A une étape 25, des codes instructions du calculateur calculent le pourcentage de pertes d'énergie provoquées par les bandes parafoudres à partir du champ diffracté calculé à l'étape 24. 10 La figure 2 montre un bloc 30 dans laquelle le calculateur évalue l'impact de la paroi diélectrique du radôme sur les performances de l'antenne. Ce bloc 30 est de préférence exécuté par le calculateur simultanément à l'exécution du bloc 20. A une étape 31 de ce bloc 30, le calculateur reçoit en entrée des 15 données relatives aux caractéristiques des différentes couches formant la paroi diélectrique (épaisseur et constantes diélectriques). A une étape 32, des codes instructions du calculateur effectuent un maillage de la structure diélectrique. Dans un mode de réalisation, le pas de maillage de la paroi peut-être de l'ordre de À/5. 20 A une étape 33, des codes instructions du calculateur calculent d'abord les champs incidents sur la paroi interne du radôme. Cette étape est la plus coûteuse en temps de calcul mais elle n'est cependant à effectuer qu'une seule fois pour une configuration d'antenne donnée car elle est indépendante de l'empilement diélectrique de la paroi à tester. Une base de 25 données 42 rassemblant, pour chaque dépointage d'antenne souhaité, les champs incidents calculés au niveau de la paroi interne du radôme, est ainsi construite. En phase de design, on vient chercher dans la base de données 42 les champs incidents correspondant au dépointage voulu puis on teste autant 30 d'empilements diélectriques de la paroi qu'il est nécessaire sans avoir à refaire dans chaque cas l'étape 33. 10 A une étape 34, le calculateur propage ensuite les champs incidents calculés à l'étape 33 à travers les différentes couches formant la paroi diélectrique. Cette étape 34 ne prend que quelques minutes. Le calculateur construit à partir des champs sur la paroi externe du radôme des courants électriques Jradôme et magnétiques Mradôme équivalents. En faisant rayonner ces derniers, il détermine pour finir les champs lointains transmis par la paroi diélectrique. The induced electric current density finally makes it possible to calculate the far-field diffracted by the bands by using, for example, the asymptotic evaluation of the integral representation of the fields. In step 25, computer instruction codes calculate the percentage of energy losses caused by the lightning arrester strips from the diffracted field calculated in step 24. FIG. 2 shows a block 30 in which the calculator evaluates the impact of the dielectric wall of the radome on the performance of the antenna. This block 30 is preferably executed by the computer simultaneously with the execution of the block 20. At a step 31 of this block 30, the computer receives as input data relating to the characteristics of the various layers forming the dielectric wall (thickness and constants dielectric). In a step 32, instruction codes of the computer mesh the dielectric structure. In one embodiment, the mesh size of the wall may be of the order of λ / 5. In step 33, computer instruction codes first calculate the incident fields on the inner wall of the radome. This step is the most expensive in computing time but it is only to be performed once for a given antenna configuration because it is independent of the dielectric stack of the wall to be tested. A data base 42 gathering, for each desired antenna offset, the incident fields calculated at the inner wall of the radome, is thus constructed. During the design phase, the incident fields corresponding to the desired misalignment are searched for in the database 42, and as many dielectric stacks of the wall are tested as necessary without having to repeat step 33 in each case. In a step 34, the computer then propagates the incident fields calculated in step 33 through the various layers forming the dielectric wall. This step 34 only takes a few minutes. The calculator builds from the fields on the outer wall of the radome electric currents Jradôme and magnetic equivalent Mradôme. By radiating these, he finally determines the distant fields transmitted by the dielectric wall.

Cette approche de faire exécuter au calculateur l'étape 33 de construction de la base de données 42 de champs incidents et ensuite seulement l'étape 34 de propagation desdits champs incidents à travers la paroi présente l'avantage considérable de diminuer les temps de calcul du bloc 30 diélectrique. This approach of having the calculator execute the step 33 of constructing the incident field database 42 and then only the step 34 of propagating said incident fields through the wall has the considerable advantage of reducing the calculation times of the dielectric block.

Dans un mode de réalisation, pour déterminer la propagation des champs incidents obtenus à l'étape 33 à travers la paroi diélectrique, le calculateur décompose dans un premier temps les champs incidents en mode de polarisation transverse électrique et magnétique, i.e. chaque mode se propage différemment dans l'empilement. Pour cela, le calculateur détermine en chaque point P du maillage de la paroi du radôme une base locale orthonormale (u,v,w) par rapport au centre O de l'antenne. Le vecteur u est unitaire dans la direction de propagation, n est la normale extérieure au radome et v est contenu dans le plan tangent à la surface radôme au point P donc perpendiculaire à n. oà In one embodiment, to determine the propagation of the incident fields obtained in step 33 through the dielectric wall, the computer firstly decomposes the incident fields in electric and magnetic transverse polarization mode, ie each mode propagates differently. in the stack. For this, the computer determines in each point P of the mesh of the radome wall a local orthonormal base (u, v, w) relative to the center O of the antenna. The vector u is unitary in the direction of propagation, n is the norm external to the radome and v is contained in the plane tangent to the radome surface at the point P so perpendicular to n. Informed of where

- -

i.r. :1 t . ZJ- Comme le montre les figures 3a et 3b, cette base locale permet d'écrire facilement les champs incidents, respectivement, en mode transmission électrique (TE) et en mode transmission magnétique(TM) en connaissant l'angle d'incidence anc calculé par rapport au centre de l'antenne. i.r. : 1 t. ZJ- As shown in FIGS. 3a and 3b, this local base makes it possible to easily write the incident fields, respectively, in the electrical transmission mode (TE) and in the magnetic transmission mode (TM), knowing the angle of incidence anc calculated relative to the center of the antenna.

Le champ incident électrique r _ ' :{.- E,,e.et le champ The electric incident field r _ ': {.- E ,, e.and the field

incident magnétique H,,,() _ ~r s'écrivent comme suit selon les deux modes de transmission et la base locale : - E.- N., _ - te Après avoir décomposé les champs incidents en modes TE et TM, le calculateur calcule ensuite pour chaque mode l'interaction avec la paroi diélectrique. Les composantes tangentielles des champs électriques et magnétiques au niveau de la paroi interne du radôme (respectivement E;n TE,TM et H;n TE,TM) sont reliées de manière matricielle aux composantes tangentielles situées sur la paroi externe (EoutTE,TM et HoutTE,TM)- Cette relation découle du chaînage des matrices caractéristiques des différentes couches diélectriques ; elle est ainsi fonction de l'empilement considéré, de la polarisation et de l'angle d'incidence. Cette relation matricielle s'écrit comme suit : in TE,TM - ~es COS~i slll ~i /Li TE,TM E E Nco out TE,TM H sin 8 cos 8 H in TE,TM i =1 TE,TM a a TE,TM Ou d, do. ' avec d; correspondant à l'épaisseur de la couche i, à l'angle incident dans la couche i, et N; l'indice complexe de la couche i. magnetic incident H ,,, () _ ~ r are written as follows according to the two modes of transmission and the local base: - E.- N., _ - te After decomposing the incident fields in modes TE and TM, the calculator then calculates for each mode the interaction with the dielectric wall. The tangential components of the electric and magnetic fields at the inner wall of the radome (respectively E; n TE, TM and H; n TE, TM) are connected in a matrix manner to the tangential components located on the outer wall (EoutTE, TM and HoutTE, TM) - This relation stems from the chaining of the characteristic matrices of the different dielectric layers; it is thus a function of the stack considered, the polarization and the angle of incidence. This matrix relation is written as follows: in TE, TM - ~ es COS ~ i slll ~ i / Li TE, TM EE Nco out TE, TM H sin 8 cos 8 H in TE, TM i = 1 TE, TM aa TE, TM Or d, do. ' with; corresponding to the thickness of the layer i, the incident angle in the layer i, and N; the complex index of the layer i.

Ta>> _ 9 avec po correspondant à la perméabilité du vide et pr; à celle de la couche i y est à l'admittance d'onde dans la couche i pour le mode transverse électrique TE. X,Tm est l'admittance d'onde dans la couche i pour le mode transverse magnétique TM. Ta >> _ 9 with po corresponding to the vacuum permeability and pr; to that of the layer i is at the wave admittance in the layer i for the transverse electric mode TE. X, Tm is the wave admittance in layer i for TM transverse mode.

Les incidences successives dans les différentes couches de l'empilement peuvent être calculées selon la loi de Snell-Descartes. The successive incidences in the different layers of the stack can be calculated according to Snell-Descartes law.

' -f sis -1 sin '-f sis -1 sin

Ein TE,TM et H;n TE,TM sont les composantes tangentielles au niveau de la paroi interne du radôme, c'est-à-dire la superposition d'une onde incidente et d'une onde réfléchie. En notant rTE,TM le coefficient de réflexion en amplitude du mode TE ou TM, on a : TE ;TM ~ Fer. ~ - rTE F I') Pour obtenir les composantes tangentielles sur la paroi externe, l'équation (7) est inversée pour les modes TE et TM. Fout TE,TM - ~Ncoes cos Si j Sin Si /l TE ,TM ~~ Ein TE,TM (1 + FTE,TM Hout TE,TM id ' i TE,TM Sin Si cos Si H. TE,TM (1 - FTE,TM A une étape 35, le calculateur détermine les courants électriques et magnétiques équivalents à partir des composantes tangentielles des champs sur la paroi externe du radôme : - E.zut TE "'s' EdLlz «9) A une étape 36, des codes instructions du calculateur calculent les champs lointains transmis par la paroi diélectrique du radôme en faisant rayonner les courants électriques et magnétiques équivalents. Le champ lointain transmis par la paroi diélectrique peut s'écrire comme suit : --Es ï [f - r ti r: -J A une étape 43, des codes instructions du calculateur déterminent les performances globales du radôme. Pour ce faire, le calculateur effectue une superposition du champ diffracté par les bandes parafoudres selon l'équation (6) avec le champ transmis par la paroi multicouches diélectrique selon 20 l'équation (10). Ein TE, TM and H; n TE, TM are the tangential components at the inner wall of the radome, that is to say the superposition of an incident wave and a reflected wave. Noting rTE, TM the amplitude reflection coefficient of the TE or TM mode, we have: TE; TM ~ Fer. ~ - rTE F I ') To obtain the tangential components on the outer wall, equation (7) is reversed for the TE and TM modes. Fout TE, TM - ~ Ncoes cos If j Sin Si / l TE, TM ~~ Ein TE, TM (1 + FTE, TM Hout TE, TM id 'i TE, TM Sin Si cos If H. TE, TM (1 In a step 35, the computer determines the equivalent electrical and magnetic currents from the tangential components of the fields on the external wall of the radome: FIG. The computer's instruction codes calculate the distant fields transmitted by the dielectric wall of the radome by radiating the equivalent electric and magnetic currents.The far field transmitted by the dielectric wall can be written as follows: --Es ï [f - ti In a step 43, computer instruction codes determine the overall performance of the radome by performing a superposition of the diffracted field by the arrester bands according to equation (6) with the field transmitted by the wall. dielectric multilayer according to equation (10).

La méthodologie présentée ci-dessus permet de caractériser l'impact radioélectrique d'un radôme sur les performances d'antenne (baisse de transmission, éventuelle remontée de lobes secondaires sur le diagramme 25 de rayonnement, élargissement du lobe principal de l'antenne, déviation d'axe...) Elle peut être utilisée lors de la phase de conception ou d'optimisation d'un radôme. Elle peut également servir en cas de réparation locale (remise en état de la paroi, peinture, protections...) afin de savoir si cette dernière est compatible avec les conditions d'utilisation d'un radôme. The methodology presented above makes it possible to characterize the radioelectric impact of a radome on the antenna performance (transmission drop, possible rise of secondary lobes on the radiation pattern, broadening of the main lobe of the antenna, deviation Axis ...) It can be used during the design phase or optimization of a radome. It can also be used in case of local repair (wall repair, painting, protection ...) to know if it is compatible with the conditions of use of a radome.

Fr. Fr.

Claims

REVENDICATIONS1. Method for designing or repairing a radome CLAIMS1. A method of designing or repairing a radome (10) having a multilayer structure (11) of dielectric materials, suitable for protecting an antenna, said structure comprising an inner surface (13), an outer surface (12) and lightning arresters (14) on the outer surface, said method comprising the steps of: a. defining a first structure (11) of the radome by the choice of the nature of the materials, their thickness, their relative position in the wall and the geometry of the arrester strips (14); b. determining for this structure the radio performance of the antenna by calculating the radio transmission through said structure (11) and the upslips of the side lobes; vs. modifying said structure according to the results obtained in step b) by modifying at least one parameter among: c.i. the geometry of the radome (10); c.ii. dielectric stacks; c.iii. the geometry of the surge arresters (14); characterized in that said method comprises the step of: d. repeat steps b) to c) with the new structure defined in step c) until the structure determined in step c) is compatible with the conditions of use of the radome (10).

2. Method according to claim 1, characterized in that the computation step b) comprises the steps of: b.a. calculating (40) the electric and magnetic fields radiated by the digitally excited antenna according to the characteristics of said antenna, said characteristics being in particular the geometry, the type of material and the structure of said antenna; B.b. calculating (20) a first electric field diffracted by the arrester bands (14) from an incident electric field radiated by the antenna; B.C. calculating (30) separately a second field transmitted by the dielectric structure from the electric and magnetic currents present on the outer wall (12) of the radome (10), said currents present on the outer wall (12) being determined according to the characteristics radio waves of the different layers constituting the wall; b r determining (43) an overall performance of the antenna by superimposing the first diffracted field at the second field transmitted by the wall.

3. Method according to claim 2, characterized in that step b.b) comprises the steps of: sampling (22) the arrester strips (14) with a first predefined mesh pitch; ii. calculating (23) the incident electric field radiated by the antenna at the sampled strips (14) as a function of the characteristics of the bands, said characteristics being the size, the number and the profile of the bands; Iu. calculate the current density induced on the lightning arresters; iv. calculating (24) the first field diffracted by the bands as a function of the induced current density and using said diffracted field at the input of step b.d). 20

4. Method according to claim 3, characterized in that the incident electric field calculated in step ii) and the diffracted field calculated in step iv) are expressed in the form of a radiation integral.

5. Method according to claim 2, characterized in that step b.c) comprises the steps of: i. sampling (32) the dielectric structure (11) with a second predefined mesh pitch; ii. calculating (33) the incident fields on the inner wall (13) from the electric and magnetic fields radiated by the digitally excited antenna; creating a database (42) comprising the incident fields on the inner wall (13) for each antenna misalignment.

6. Method according to claim 5, characterized in that it further comprises the steps of: iv. propagating the (34) incident fields extracted from the database (42) for a given antenna misalignment across the different dielectric layers forming the wall; v. calculate the electric and magnetic fields on the outer wall (12); vi. calculate equivalent electric and magnetic currents from the electric and magnetic fields present on the outer wall (12); vii. calculate the far fields transmitted by the dielectric wall (12) by radiating the equivalent electric and magnetic currents.

7. Method according to claim 1, characterized in that step b) is implemented by a computer.