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Note d’application : Placement d’antenne sur un drone cible

Introduction
Ce document présente une étude de placement d’antenne sur un drone cible [1] utilisé dans le domaine militaire. Ce type de drone existe depuis de nombreuses années et sert à l’entrainement des moyens de défense aérienne. Le drone simule un missile et permet à un pilote d’avion de chasse de s’exercer au tir. Il est lancé par une catapulte depuis le sol et peut voler pendant plus d’une heure à 7000 m d’altitude à une vitesse de 200 km/h.
Un nouveau système de radar actif a été développé par la société LUN’TECH [2] pour être intégré sur ce type de drone. Il est constitué de deux antennes, l’une en réception et l’autre en émission. Les deux antennes sont placées chacune sous les deux ailes et fonctionnent sur des fréquences en bande X (8 à 12 Ghz).
Le besoin client :
• Evaluer la modification du diagramme de rayonnement l’antenne avec la structure du drone
• Optimiser le placement des antennes sur le drone
La solution mise en œuvre a été de modéliser les antennes et le drone, puis d’utiliser un logiciel de simulation afin de calculer le diagramme de rayonnement des antennes seules puis en présence du drone.

1. Modèle de l’antenne
L’antenne est de type spirale d’Archimède avec une cavité arrière de forme cylindrique.
Cette antenne est indépendante de la fréquence et est donc souvent utilisée pour des applications large bande. Le diamètre de l’antenne est de l’ordre de 30 mm.
L’antenne est placée sur une cavité cylindrique qui sert de réflecteur, pour avoir un diagramme unidirectionnel et de gain plus élevé.


Figure 1 – modèle d’antenne

2. Modèle du drone cible
Pour le modèle du drone cible, nous avons utilisé un modèle CAO du Meggitt BTT-3 Banshee [1].


Figure 2 – dimensions du drone

Le fichier CAO était directement au format IGES. Des simplifications ont été faites avec le logiciel de CAO, Rhinoceros 3D.

3. Utilisation de CAPITOLE-RF
Une première simulation de l’antenne spirale seule a été réalisée. Elle permet d’avoir un diagramme de rayonnement de référence.


Figure 3 – diagramme de rayonnement antenne spirale seule


Figure 4 – diagramme de rayonnement antenne spirale seule

Ensuite, l’antenne est placée sur le modèle du drone pour évaluer l’impact du fuselage sur le diagramme de rayonnement.


Figure 5 – diagramme de rayonnement 3D avec drone


Figure 6 – Diagramme de rayonnement antenne avec et sans drone – Coupe Theta, plan Horizontal



Figure 7 – Diagramme de rayonnement antenne avec et sans drone – coupe Phi – plan vertical

4. Conclusion
Cette étude porte sur le calcul de diagramme de rayonnement d’une antenne sur un drone. Le logiciel de simulation CAPITOLE-RF de NEXIO a été utilisé.
La difficulté ici était que la fréquence de fonctionnement de l’antenne était très élevée (10 Ghz), et avec un drone dont la longueur est de 3 mètres et l’envergure de 2,80 mètres, le calcul a pris environ 200 Go de mémoire. Grâce à un serveur de calcul disponible chez Nexio, le projet a pu être simulé en un peu moins de 5 heures.
D’après les résultats du calcul, on peut voir sur la figure Figure 6 que le diagramme est fortement modifié par la structure du drone. Ce comportement est logique, puisque le fuselage à un effet de réflecteur. D’autres simulations pourront être faites pour trouver le placement idéal des antennes, c’est-à-dire celui pour lequel la modification du diagramme est la plus faible.
Ces résultats montrent l’utilité de la simulation pour l’intégration d’antenne sur une structure d’une part, en effet, plusieurs configurations de placement peuvent être étudiées facilement et d’autre part, il est difficile et coûteux de faire une mesure de diagramme de rayonnement d’antenne avec un drone. En effet, les moyens de mesure comme les chambres anéchoïques ont des dimensions limitées et le poids du drone impliquerait l’utilisation d’un positionneur adapté pour des charges lourdes.

 

5. Référence
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Meggitt_Banshee
2. https://luneberg.com/produits/ares818/