Comprendre l’impact de la fréquence sur un radôme : 18 GHz vs 40 GHz

Les systèmes antennaires modernes évoluent rapidement : radars automobiles, terminaux satellites, communications avioniques… Et une tendance domine : le passage de fréquences autour de 18 GHz (bande Ku) vers 40 GHz (bande Ka).

Ce changement n’est pas anodin.
À 40 GHz, tout devient plus petit, plus sensible, plus exigeant.
Un radôme performant à 18 GHz ne fonctionnera pas automatiquement en Ka. Apollinaire Composite Technologie accompagne ses clients dans cette montée en fréquence grâce à une expertise matériaux et RF unique.

Longueur d’onde : le facteur clé

La fréquence et la longueur d’onde sont liées :

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• À 18 GHz, la longueur d’onde dans l’air est d’environ 16,7 mm.

• À 40 GHz, elle tombe à 7,5 mm .

Conséquence : les détails géométriques, variations d’épaisseur et irrégularités deviennent deux fois plus “grands” électriquement en Ka qu’en Ku.

Quels impacts sur le comportement du radôme ?

Tolérances d’épaisseur : un resserrement brutal

L’épaisseur d’une peau ou d’un sandwich influence directement les pertes et la phase de l’onde.

D’après la base interne :

• Tolérance acceptable pour 18 GHz : ±120 µm

• Tolérance acceptable pour 40 GHz : ±55 µm (soit 2× plus strict)

À 40 GHz, une variation d’épaisseur de l’ordre d’un cheveu humain peut dégrader la performance RF.

Pertes d’insertion (IL)

Les pertes augmentent naturellement avec la fréquence, même si le matériau ne change pas.
La relation est proportionnelle à :

Exemples extraits des données techniques :

• À tan δ = 0,005 (époxy) → 0,03 dB à 18 GHz → 0,07 dB à 40 GHz

• À tan δ = 0,001 (cyanate-ester low-loss) → IL divisé par 5 à 40 GHz

Conclusion : les matériaux “classiques” deviennent insuffisants en Ka.
Les radômes 40 GHz exigent des matrices low-loss (cyanate-ester, quartz).

Rugosité & états de surface

Plus la fréquence augmente, plus une surface imparfaite diffuse l’onde.

Critère issu du référentiel :

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Donc :

• à 18 GHz, un état de surface moyen reste acceptable

• à 40 GHz, il faut une surface quasi optique, polie et parfaitement uniforme

Un défaut invisible à l’œil peut perturber une antenne Ka.

Cœurs sandwich : réduction de la maille

Pour éviter les effets de résonance de structure :

• maille tolérée à 18 GHz : ≈ 1,7 mm

• maille tolérée à 40 GHz : ≈ 0,75 mm (≤ λ/10)

Beaucoup de cœurs industriels ne peuvent pas descendre sous ces dimensions

• Nous pouvons regarder avec vous pour trouver les bons matériaux.

Boresight Error (BSE) : la précision angulaire

• Spécification typique Ku : ≤ 0,3°

• Spécification Ka : ≤ 0,15° (donc 2× plus sévère)

Un défaut d’orientation, un gradient d’épaisseur ou une anisotropie dans les fibres peut créer un dépointage mesurable.

Jointures, rivets, vis : des perturbations multipliées

À 40 GHz :

• tout ressaut doit être < λ/50 ≈ 0,15 mm (contre 0,33 mm en Ku)

• les zones de collage doivent être parfaitement continues

L’assemblage devient une science à part entière.

Impacts matériaux

Le passage Quartz/Cyanate-Ester devient obligatoire

Le référentiel recommande en Ka :

• Peaux quartz (εr 3,3–3,8, tan δ ≤ 10⁻³)

• Matrices cyanate-ester low-loss

• Cœurs mousses ou nid d’abeilles maille fine

• Protection foudre par diverters segmentés

En Ku, une peau verre/époxy peut encore suffire.
En Ka, c’est un facteur limitant majeur.

Que se passe-t-il si l’on utilise un radôme 18 GHz pour du 40 GHz ?

Les retours terrain et simulations montrent :

Effets typiques :

• +0,3 dB à +0,5 dB de pertes d’insertion (au lieu de 0,2–0,3 dB max)

• Erreurs de pointage (BSE) jusqu’à 0,4–0,8°

• Réduction du gain antenne

• Échauffements locaux dus à l’augmentation des pertes

• Sensibilité accrue aux variations environnementales (humidité, givre)

Conclusion :

• Un radôme “Ku” peut devenir un goulot d’étranglement dans une chaîne Ka.
• Il peut même masquer les capacités réelles de l’antenne.

Comment Apollinaire optimise les radômes 40 GHz ?

Méthodes & technologies utilisées :

1) Choix matériaux (basé données internes)

• Quartz / cyanate-ester avec tan δ ≤ 10⁻³

• Contrôle humidité & porosité

• Collages low-loss

2) Contrôle épaisseur & uniformité

• C-scan ou ultrason possible

• Métrologie multi-points ±50 µm sur demande

• Contrôle planéité sur demande

3) Conception EM

• Empilages accordés demi-onde

• Adaptation quart-d’onde multi-couches

• Modélisation TE/TM & incidence oblique sur demande

4) Qualification sur demande

• Mesures WR-28 (Ka)

• Bancs libre-espace 0–70°

• Tests DO-213A & DO-160 (foudre, pluie, givre)

Cette combinaison matériaux + procédés + qualification est le cœur du savoir-faire Apollinaire.

Passer de 18 à 40 GHz, c’est changer de dimension

Le passage en Ka ne consiste pas seulement à “monter en fréquence”.
C’est un changement complet de philosophie :

• matériaux low-loss

• contrôle dimensionnel micrométrique

• géométries plus fines

• process plus rigoureux

• qualification spécifique

Apollinaire Composite Technologie maîtrise ces contraintes et développe des radômes capables d’atteindre les performances requises en Ku comme en Ka, pour l’avionique, les télécommunications ou les radars nouvelle génération.