EP0414613B1 - Procédé de fabrication d'un élément de surface pour l'absorption des ondes électromagnétiques - Google Patents
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- EP0414613B1 EP0414613B1 EP90402343A EP90402343A EP0414613B1 EP 0414613 B1 EP0414613 B1 EP 0414613B1 EP 90402343 A EP90402343 A EP 90402343A EP 90402343 A EP90402343 A EP 90402343A EP 0414613 B1 EP0414613 B1 EP 0414613B1
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Definitions
- the subject of the invention is a method of manufacturing a surface element for the absorption of electromagnetic waves.
- Surface elements absorbing electromagnetic waves, in particular radar waves, are known. These surface elements are produced by alternately depositing in a form or cassette sections of plates of mineral wool and sections of plates of material with electrical conductivity. They can be used as radar absorbers, for example for building facades. The manufacturing process for such surface elements is however complicated and must be carried out essentially by manual.
- the object of the present invention is to provide a process for manufacturing flat materials absorbing electromagnetic waves, in particular radar waves, enabling the provision of such materials to an industrial scale.
- an element of surface for the absorption of radar waves consisting of layers, of a dielectric material, here in mineral wool, between which are arranged intermediate layers of an electrically conductive material.
- the layers of mineral wool are stacked in the form of strips or plates, layers the fibers of which are oriented essentially parallel to large surfaces, by interposing layers of an electrically conductive material in the form of strips or plates, the stack is thus cut formed by vertical cutting with respect to the orientation of the fibers so as to form slices whose cutting faces become the large surfaces of the surface element and a support strip is applied which maintains the layers at least on one face of each surface elements.
- the stacking of strips or plates of mineral wool whose fibers are arranged essentially parallel to the surfaces of said strips or plates has the advantage of allowing the implementation of flat elements of mineral wool prefabricated in the factory on an industrial scale. In addition, these can have a considerable length which makes it possible to produce a very large number of slices from each stack. Finally the length of the slices can be defined at will by varying the height of the stack.
- the cutting step is preferably carried out using a wavy sharpening knife, with double teeth back and forth, cutting slices preferably during each vertical return.
- Coating with a support strip has the double advantage of also being able to be carried out automatically and of imparting high mechanical resistance to the surface element.
- Such a long surface element will for example be delivered in the form of a roll and cut to the desired length during installation.
- the ratio does not necessarily have to be 1 to 1, but it can be 1 to 2, 1 to 3, 1 to 4, etc., in order to absorb a wider band of electromagnetic waves. , including radar waves.
- the two faces of the surface element are advantageously coated.
- a lamellar plate of very high mechanical strength is then obtained which can, for example, be used for covering flat surfaces because their solidity makes them practicable for a short time.
- such an element coated on its two faces can be split parallel to the coating in order to obtain two surface elements coated on one side. This further reduces manufacturing costs and is particularly suitable for the production of relatively thin elements.
- the support strip is preferably an optionally reinforced metal sheet, in particular an aluminum sheet.
- a metal strip provides good mechanical strength and also has the effect of an internal radar reflector on the face of the surface element where the waves arrive after having passed through the different layers.
- an internal radar reflector on the face of the surface element where the waves arrive after having passed through the different layers.
- the front face of the surface element that is to say the wave penetration face is advantageously provided with a coating, of course, non-conductive, for example of the non-woven fibrous web type, in particular a fiber web. of glass, inert with respect to radiation but giving high mechanical resistance to the entire surface element, in particular good resistance to bending.
- a coating of course, non-conductive, for example of the non-woven fibrous web type, in particular a fiber web. of glass, inert with respect to radiation but giving high mechanical resistance to the entire surface element, in particular good resistance to bending.
- porous surface of the nonwoven veil allows sound waves to penetrate, which are absorbed by the layers of mineral wool, so that the surface element is soundproofing - in addition to its thermal insulation power.
- the support strip 2 made of a reinforced aluminum sheet has a thickness of 30 "m and supports wide layers 3 of mineral wool , in the case shown here in glass wool, arranged in parallel. These layers of mineral wool are associated with narrower layers 4, made of a glass fiber nonwoven impregnated with graphite.
- the fibers 5 of the layers 3 are essentially perpendicular to the support strip 2.
- the alternating layers 3 and 4 are in a defined ratio and compose an insulation layer 6 fixed by gluing to the support strip 2 made of a sheet of aluminum mesh.
- the surface element 1 thus has the form of a so-called lamellar mat.
- the differences between two narrow layers 4 are chosen relative to the length of the electromagnetic waves to be absorbed, in particular radar waves, so as to obtain a resonance absorption. Furthermore, the thickness of the insulation layer can also be adapted to the length of the waves to be absorbed. A so-called narrow band absorber is then obtained.
- German patent P 38 05 269.5 As regards other possibilities of implementation and the problem of the compressive strength of such a surface element 1, reference is made to German patent P 38 05 269.5.
- FIG. 2 Another example of embodiment is proposed in FIG. 2 where the elements similar to those of FIG. 1 are noted with marks increased by 200.
- the surface element 201 is produced in the form of lamellar plates by virtue of the second coating 208.
- the support strip 202 is an aluminum sheet
- the strips 203 of glass wool are fixed there by gluing. and are separated by narrow strips 204 into a metal sheet or for example into a nonwoven with the addition of graphite or even into a carbon nonwoven.
- the surface 207 of the surface element 201 is coated with an additional strip 208 of a material without electrical conductivity in the present case a nonwoven web of fibers of glass with a grammage of about 170-180 g / cm2.
- Such a veil can be penetrated by electromagnetic waves, in particular radar waves, in such a way that the latter are absorbed according to the mechanism described in the exemplary embodiment of FIG. 1.
- no radar radiation disturbing aviation safety leaves the surface element 201.
- This coating 208 improves the mechanical resistance, in particular the flexural resistance of the surface element 201. In addition, it protects the material of the layers 203 and 204 from fouling and deterioration.
- the surface elements 1 and 201 are used in particular for coating buildings reflecting radar waves and which can therefore disturb air traffic control. In addition to absorbing radar waves, the surface element also provides thermal and sound insulation to the building.
- the surface element 1 also has the advantage of being suitable for insulating curved surfaces. Furthermore, the main orientation of the fibers perpendicular to the support strip 2, 202 leads to products 1, 201 having a high compressive strength.
- the implementation of the surface element according to the invention goes beyond its use as a radar absorber.
- Such surface elements 1 or 201 produced according to the invention can also be used for thermal insulation and absorption of the rays in microwave appliances of all kinds.
- an insulator When used as a radar absorber in the narrow and / or wide band spectrum, an insulator is typically used with an apparent density of 25 to 70 kg / m3.
- FIG. 3 shows a particularly economical way of manufacturing a surface element 301.
- the elements having the same effect have the same reference as in FIG. 1 but increased by 300.
- a semi-finished product 310 is produced in a first step.
- This semi-finished product 310 has an insulation layer 306 with a thickness of 2 d.
- the lamellar strips composed of the elements 303 and 304 are then added to the lower and upper support strips 302 and 302a and fixed by gluing.
- the semi-finished product 301 is then split in the middle using a wavy sharpening knife with simple teeth 311, thus creating two surface elements 301 in the form of a lamellar strip.
- These elements 301 if necessary, are wound on a winding device, for example a winding core or have their surfaces 307 provided with an additional support strip.
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Building Environments (AREA)
- Manufacturing Of Multi-Layer Textile Fabrics (AREA)
Description
- L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément de surface pour l'absorption des ondes électromagnétiques.
- Les immeubles réfléchissant les ondes électromagnétiques, notamment les ondes radar, et situés dans la zone aéroportuaire, peuvent perturber le repérage par radar nécessaire à la sécurité aérienne.
- Il est connu des éléments de surface absorbant les ondes électromagnétiques, notamment les ondes radar. Ces éléments de surface sont réalisés en déposant en alternance dans une forme ou cassette des sections de plaques en laine minérale et des sections de plaques en matière à conductivité électrique. Ils peuvent servir d'absorbeur radar, par exemple pour des façades d'immeubles. Le procédé de fabrication de tels éléments de surface est cependant compliqué et doit être assuré essentiellement en manuel.
- Il est ainsi connu du brevet GB-1 074 899 un élément de surface absorbeur d'ondes électromagnétiques constitué par une alternance de couches en une matière diélectrique et de couches en une matière électroconductrice.
- Une telle fabrication manuelle présente le double inconvénient de contribuer à un coût élevé du produit et de ne pas garantir totalement une structure homogène des éléments de surface ainsi réalisés.
- La présente invention a pour objet de mettre à disposition un procédé de fabrication de matières planes absorbant les ondes électromagnétiques, notamment les ondes radar, permettant la mise à disposition de telles matières à une échelle industrielle.
- Conformément à la revendication 1, il est proposé selon l'invention un procédé de fabrication d'un élément de surface pour l'absorption des ondes radar, constitué par des couches, en une matière diélectrique, ici en laine minérale, entre lesquelles sont disposées des couches intermédiaires en une matière électroconductrice. Selon ce procédé, on empile les couches en laine minérale sous forme de bandes ou plaques, couches dont les fibres sont orientées essentiellement parallèlement aux grandes surfaces, en intercalant des couches en une matière électroconductrice sous forme de bandes ou plaques, on débite la pile ainsi formée par coupe verticale par rapport à l'orientation des fibres de manière à former des tranches dont les faces de coupe deviennent les grandes surfaces de l'élément de surface et on applique une bande support qui maintient les couches au moins sur une face de chacun des éléments de surface.
- L'empilage des bandes ou plaques en laine minérale dont les fibres sont disposées essentiellement parallèlement aux surfaces desdites bandes ou plaques présente l'avantage de permettre la mise en oeuvre d'éléments plans en laine minérale préfabriqués en usine à l'échelle industrielle. De plus, ceux-ci peuvent présenter une longueur considérable qui permet de réaliser un nombre très important de tranches à partir de chaque pile. Enfin la longueur des tranches peut être définie à volonté en variant la hauteur de la pile.
- L'étape de coupe est de préférence réalisée à l'aide d'un couteau à aiguisage ondulé, à denture double en mouvement de va et vient, débitant des tranches de préférence lors de chaque aller et retour vertical.
- Le revêtement par une bande-support présente le double avantage d'être également réalisable de façon automatique et de conférer une résistance mécanique élevée à l'élément de surface. De plus, il est ainsi possible de réaliser un élément de surface pratiquement sans fin, ceci en disposant des tranches les unes à côté des autres avant de recouvrir l'ensemble d'une bande support. Un tel élément de surface de grande longueur sera par exemple livré sous forme de rouleau et coupé à la longueur souhaitée lors de la pose.
- L'ensemble des étapes pouvant être automatisées, on dispose ainsi d'un procédé de fabrication à l'échelle industrielle, apte à fournir un nombre élevé d'éléments de surface aux caractéristiques d'absorption des ondes électromagnétiques.
- Il est possible d'obtenir une sélectivité de l'absorption des rayons, de manière à obtenir un absorbeur à bande étroite, par une adaptation du rapport des couches et/ou de leur épaisseur en fonction de la longueur des ondes de la radiation à absorber.
- Pour ce faire, le rapport ne doit pas nécessairement être de 1 pour 1, mais il peut s'élever à 1 pour 2, 1 pour 3, 1 pour 4, etc., en vue d'absorber une bande plus large des ondes électromagnétiques, notamment des ondes radar.
- Un élément de surface composé d'éléments en couches de texture différente est connu depuis la norme US-A-4 025 680 cependant un tel élément sert uniquement à l'isolation thermique d'un élément tubulaire de construction.
- En ce qui concerne les mesures techniques des dispositifs pour la réalisation du procédé objet de l'invention, il est renvoyé au contenu des documents EP-B-378 et DE-A-36 26 244, qui, dans un autre contexte, présentent des techniques applicables au procédé objet de l'invention.
- Pour la mise en oeuvre des dispositifs connus, il faut cependant tenir compte du fait qu'une modification du dispositif de découpe peut être requise le cas échéant, à savoir lorsque la pile à débiter est composée de couches de matières à masse volumique apparente fortement différente. Dans ce cas, et en raison de l'enfoncement selon différentes profondeurs du dispositif de coupe, une coupe dite ondulée peut se produire, faisant en sorte que le revêtement ne serait disposé sur le disque coupé que de manière approximative. C'est pourquoi une adaptation de la lame de scie du dispositif de coupe peut être nécessaire.
- De même, les transporteurs et les quantités de colle sont à adapter à la situation présente.
- Conformément à la revendication 2, les deux faces de l'élément de surface sont avantageusement revêtues. On obtient alors une plaque lamellaire de résistance mécanique très élevée qui peut être par exemple utilisée pour la couverture de surfaces planes car leur solidité les rend praticables pour une courte durée.
- Suivant la revendication 3, un tel élément revêtu sur ses deux faces peut être refendu parallèlement au revêtement afin d'obtenir deux éléments de surface revêtus sur une seule face. Ceci diminue encore les coûts de fabrication et convient tout particulièrement à la réalisation d'éléments relativement minces.
- La bande-support est de préférence une feuille métallique éventuellement armée, notamment une feuille d'aluminium. Une telle bande métallique assure une bonne résistance mécanique et a de plus un effet de réflecteur interne du radar sur la face de l'élément de surface où les ondes arrivent après avoir traversé les différentes couches. En fonction des épaisseurs des couches et de leur rapport, on peut faire en sorte que le déphasage entre les ondes arrivant sur la face frontale des couches et les ondes réfléchies par la bande-support aboutissent à un effacement quasi total des ondes.
- La face frontale de l'élément de surface, c'est-à-dire la face de pénétration des ondes est avantageusement munie d'un revêtement bien entendu non conducteur, par exemple du type voile fibreux non-tissé, notamment un voile en fibres de verre, inerte vis-à-vis des radiations mais conférant une résistance mécanique élevée à l'ensemble de l'élément de surface, notamment une bonne résistance à la flexion. La combinaison d'une bande-support en aluminium et d'un revêtement frontal du type voile en fibres de verre permet la réalisation d'éléments de surface sous forme de plaques.
- Par ailleurs, la surface poreuse du voile non-tissé laisse pénétrer les ondes sonores qui sont absorbées par les couches en laine minérale, de sorte que l'élément de surface est insonorisant - outre son pouvoir d'isolation thermique.
- D'autres avantages et caractéristiques avantageuses de la présente invention sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés qui représentent :
- figure 1 : un détail d'une coupe d'un élément de surface avec une bande support unilatérale, fabriqué selon le procédé objet de l'invention,
- figure 2 : un détail d'une coupe d'un élément de surface avec une bande support bilatérale, fabriqué selon le procédé objet de l'invention,
- figure 3 : un détail d'une coupe d'un produit semi-fini.
- Sur la figure 1, on a représenté en 1 un élément de surface sous forme de bande, dont la bande-support 2 faite d'une feuille d'aluminium armée a une épaisseur de 30 »m et supporte des couches larges 3 en laine minérale, dans le cas ici représenté en laine de verre, disposées en parallèle. Ces couches en laine minérale sont associées à des couches 4 plus étroites, faites d'un non-tissé en fibres de verre imprégné de graphite.
- Les fibres 5 des couches 3 sont essentiellement perpendiculaires à la bande-support 2. Les couches 3 et 4 alternantes sont dans un rapport défini et composent une couche d'isolation 6 fixée par collage à la bande-support 2 faite d'une feuille d'aluminium en treillis. L'élément de surface 1 a ainsi la forme d'une natte dite lamellaire.
- Les écarts entre deux couches étroites 4 sont choisis par rapport à la longueur des ondes électromagnétiques à absorber, notamment des ondes radar, de manière à obtenir une absorption de résonance. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche d'isolation peut être également adaptée à la longueur des ondes à absorber. On obtient alors un absorbeur dit de bande étroite.
- Pour ce qui concerne d'autres possibilités de mise en oeuvre et le problème de la résistance à la compression d'un tel élément de surface 1, référence est faite au brevet allemand P 38 05 269.5.
- Un autre exemple de réalisation est proposé à la figure 2 où les éléments similaires à ceux de la figure 1 sont notés avec des repères augmentés de 200.
- L'élément de surface 201 est réalisé sous forme de plaques lamellaires grâce au second revêtement 208. Dans l'exemple ici représenté, la bande-support 202 est une feuille d'aluminium, les bandes 203 en laine de verre y sont fixées par collage et sont séparées par des bandes étroites 204 en une feuille métallique ou par exemple en un non-tissé avec adjonction de graphite ou même en un non-tissé en carbone. En vue de réaliser une couche d'isolation 206 absorbant les ondes radar, la surface 207 de l'élément de surface 201 est revêtue d'une bande supplémentaire 208 en une matière sans conductivité électrique dans le cas présent un voile non tissé en fibres de verre d'un grammage d'environ 170-180 g/cm². Un tel voile peut être pénétré par des ondes électromagnétiques, notamment des ondes radar, de telle manière que les dernières sont absorbées selon le mécanisme décrit dans l'exemple de réalisation de la figure 1. Ainsi, aucune radiation radar perturbant la sécurité aérienne ne quitte l'élément de surface 201.
- Ce revêtement 208 améliore la résistance mécanique, notamment la résistance à la flexion de l'élément de surface 201. De plus, il protège la matière des couches 203 et 204 de l'encrassement et de la détérioration.
- Les éléments de surface 1 et 201 sont utilisés notamment pour le revêtement des bâtiments réfléchissants les ondes radar et pouvant de ce fait perturber les contrôles aériens. Outre l'absorption des ondes radar, l'élément de surface confère également une isolation thermique et sonore au bâtiment.
- Ces éléments de surface 1, 201 sont mis en place selon les techniques usuelles d'isolation par l'extérieur à partir de matériaux se présentant sous des formes similaires.
- L'élément de surface 1 présente de plus l'avantage de convenir à l'isolation des surfaces courbées. Par ailleurs, l'orientation principale des fibres perpendiculaire à la bande-support 2, 202 conduit à des produits 1, 201 ayant une résistance à la compression élevée.
- Bien entendu, la mise en oeuvre de l'élément de surface d'après l'invention dépasse son utilisation en tant qu'absorbeur radar. Ainsi, il est possible de régler certains problèmes d'isolation thermique et/ou acoustique par la variation du type de la matière isolante des bandes 3 et 203 ainsi que 4 et 204.
- De tels éléments de surface 1 ou 201 réalisés d'après l'invention peuvent être également utilisés pour l'isolation thermique et l'absorption des rayons dans des appareils à micro-ondes de toutes sortes.
- Lors de la mise en oeuvre en tant qu'absorbeur radar dans le spectre à bande étroite et/ou large, on utilise typiquement un isolant dont la masse volumique apparente s'élève à 25 à 70 kg/m³.
- La figure 3 montre une manière particulièrement économique de la fabrication d'un élément de surface 301. Les éléments ayant le même effet portent le même repère que sur la figure 1 mais augmenté de 300.
- D'après la figure 3, on réalise dans une première étape un produit semi-fini 310. Ce produit semi-fini 310 présente une couche d'isolation 306 d'une épaisseur de 2 d. Les bandes lamellaires composées des éléments 303 et 304 sont ensuite adjointes à des bandes support inférieure et supérieure 302 et 302a et fixées par collage. Le produit semi-fini 301 est ensuite refendu par le milieu à l'aide d'un couteau à aiguisage ondulé à denture simple 311, créant ainsi deux éléments de surface 301 sous forme de bande lamellaire. Ces éléments 301, le cas échéant, sont enroulés sur un dispositif d'embobinage, par exemple un noyau d'enroulement ou ont leurs surfaces 307 pourvues d'une bande-support supplémentaire.
- Ceci permet, à l'échelle industrielle, en un nombre élevé de pièces, la réalisation d'éléments de surface 1, 201 et 301 absorbant les ondes électromagnétiques et ayant des propriétés d'isolation thermique et acoustique.
Claims (7)
- Procédé de fabrication d'un élément de surface (1, 201 - 301) pour l'absorption des ondes électromagnétiques constitué par des couches en une matière diélectrique (2 - 203 - 303) entre lesquelles sont disposées des couches intermédiaires en une matière électroconductrice (4 - 204 - 304), caractérisé en ce que les couches (2 - 203 - 303) en un matière diélectrique sont en laine minérale et en ce que, selon ledit procédé :* on empile les couches en laine minérale (2 - 203 - 303) sous forme de bandes ou plaques, couches dont les fibres sont orientées essentiellement parallèlement aux grandes surfaces, en intercalant des couches (4 - 204 - 304) en une matière électroconductrice sous forme de bandes ou plaques,* on débite la pile ainsi formée par coupe verticale par rapport à l'orientation des fibres de manière à former des tranches dont les faces de coupe deviennent les grandes surfaces (7 - 207 - 307) de l'élément de surface (1 - 201 - 301) et,* on applique une bande support (2 - 202 - 302) qui maintient les couches (3 - 4 ; 203 - 204 ; 303 - 304) au moins sur une face de chacun des éléments de surface (1 - 201 - 301).
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux faces de l'élément de surface (1 - 201 - 301) sont revêtues.
- Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un élément de surface (1 - 201 - 301) revêtu sur deux faces est refendu parallèlement au revêtement afin d'obtenir deux éléments de surface (1 - 201 - 301) revêtus sur une seule face.
- Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise comme bande-support (2 - 202 - 302) une feuille métallique, le cas échéant une feuille armée, notamment une feuille d'aluminium.
- Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'une face de l'élément de surface est revêtue d'une feuille d'aluminium et la face opposée (207) est revêtue d'un voile fibreux non-tissé (208), notamment d'un voile en fibres de verre.
- Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tranches sont débitées à l'aide d'un couteau à aiguisage ondulé, à double denture, à mouvement de va-et-vient.
- Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit couteau est mené de manière à ce que des tranches sont débitées de la pile lors de chaque aller et retour vertical.
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