Antenne commune pour radar primaire et radar secondaire

Abstract

 Antenne commune pour radar primaire et radar secondaire, dont la fonction radar secondaire est intégrée dans le réflecteur unique (1).
La fonction radar secondaire est réalisée à partir d'un réseau (2) linéaire de fentes (21) réparties le long d'une directrice passant par le centre de phase du réflecteur. La fonction radar secondaire comporte une voie contrôle réalisée à partir d'un certain nombre de fentes du réseau.
Application aux radars primaires et secondaires.

Description

[0001] La présente invention concerne une antenne commune pour radar primaire et radar secondaire.

[0002] Fréquemment, dans une station radar, il est nécessaire d'associer plusieurs antennes dans le même site d'exploitation. Mais cette association pose le problème de la cohabitation de ces matériels dans un volume qui est, dans le cas de systèmes d'armes par exemple, extrêmement restreint. L'association d'une antenne de radar primaire et d'une antenne de radar secondaire peut être réalisée de deux manières différentes. D'une part l'antenne du radar secondaire est distincte de l'antenne du radar.primaire ; les antennes installées de cette façon sont essentiellement du type "poutre". D'autre part, l'antenne du radar secondaire est intégrée à l'antenne du radar primaire, réalisant ainsi une véritable antenne bi-fonction radar primaire et radar secondaire.

[0003] Une antenne bi-fonction pour radars primaire et secondaire est constituée généralement par un miroir unique alimenté de façon telle qu'il est capable de rayonner de l'énergie dans l'espace aux fins de détecter une cible ou un aéronef, c'est ce qu'on appelle la fonction radar primaire, et également d'émettre un signal d'interrogation vers cet aéronef, qui possède à son bord un répondeur envoyant automatiquement sa réponse, c'est ce qu'on appelle la fonction radar secondaire.

[0004] Le faisceau rayonné véhiculant l'interrogation est directif, interrogeant dans la direction où l'aéronef a été détecté ; toutefois l'on s'est aperçu que le répondeur de l'aéronef interrogé pouvait être déclenché par les lobes secondaires du diagramme d'interrogation dont le niveau risque d'être relativement élevé par rapport à celui du lobe principal. Pour remédier à cet inconvénient on ajoute à l'antenne unique considérée, des moyens dits de contrôle comportant des éléments rayonnants agissant à la réception de l'interrogation par le répondeur interrogé et à la réception de la réponse de ce dernier par le récepteur concerné et qui rayonnent suivant un diagramme quasi omnidirectionnel dont le niveau est tel qu'il recouvre les lobes secondaires du diagramme rayonné par l'antenne principale.

[0005] Cette disposition permet par comparaison, faite dans les circuits associés, de l'amplitude des impulsions reçues du répondeur et de celles de contrôle, de déterminer l'impulsion reçue en réponse à l'interrogation par le lobe principal.

[0006] Les moyens de contrôle destinés à réaliser ce diagramme de contrôle et qui agissent à l'émission d'un signal d'interrogation et à la réception d'un signal de réponse d'une cible interrogée doivent être tels que le gain des voies de contrôle associées soit supérieur à celui des voies interrogation et réception dans les zones angulaires comprenant des lobes secondaires du diagramme directif d'interrogation mais beaucoup plus faible dans la direction de leur lobe principal.

[0007] Dans les réalisations actuelles, les moyens de contrôle consistent en des éléments rayonnants, des radiateurs d'onde, dont le diagramme de rayonnement est du type omni-directionnel, placés ou bien sur le miroir commun près du centre de phase ou bien à la partie supérieure du réflecteur ; ils peuvent consister également en.la source d'émission du signal d'interrogation alimentée pendant un temps déterminé pour faire apparaître un diagramme de rayonnement du type différence alors que le diagramme suivant lequel l'interrogation a lieu est un diagramme du type somme.

[0008] Cependant et malgré les précautions qui ont été prises, il apparaît que le diagramme de rayonnement des moyens de contrôle ne joue pas complètement son rôle, soit parce qu'il n'est pas totalement omnidirectionnel, soit parce que certains lobes secondaires de haut niveau du diagramme principal directif ne sont pas recouverts et aussi parce que dans certains cas, le lobe principal lui-même dont le niveau est un peu faible risque d'être étouffé par le diagramme omni- directionnel. De plus les diagrammes de contrôle sont perturbables par certains aménagements extérieurs comme par exemple les radomes sous lesquels les antennes sont placées.

[0009] Enfin, tous ces éléments additionnels, comme les radiateurs d'onde, provoquent des phénomènes de masque de la source primaire dus à l'ombre créée par ces radiateurs sur la surface du miroir.

[0010] Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients et de définir des moyens qui optimisent le diagramme de la voie contrôle du radar secondaire, sans perturber le fonctionnement du radar primaire.

[0011] Suiv-ant l'invention, l'antenne du radar secondaire est intégrée dans le réflecteur de l'antenne du radar primaire et la fonction interrogation, dont le diagramme de rayonnement est directif, est dotée de moyens de contrôle dont le diagramme de rayonnement est du type "différence".

[0012] Suivant l'invention également, la source d'émission-réception du radar secondaire est constituée par un réseau linéaire de fentes associées à des cavités rayonnantes, disposées le long d'une directrice, de préférence sur toute l'ouverture du réflecteur de l'antenne du radar primaire, un certain nombre de fentes de ce réseau disposées symétriquement autour du centre de phase de l'antenne secondaire, constituant la voie contrôle.

[0013] Pour avoir un diagramme directif optimal dans le plan horizontal, les fentes sont disposées sur une directrice horizontale. La section du réflecteur de l'antenne du radar primaire peut être circulaire, elliptique ou rectangulaire.

[0014] D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des figures 1, 2, 3 et 4 qui représentent :

- la figure 1, une coupe d'un réflecteur d'antenne commune par radars primaire et secondaire, selon l'invention ;

- la figure 2, un diagramme schématique montrant la liaison entre un déphaseur 0-π et le diviseur de puissance, selon l'invention ;

- la figure 3, la forme du diagramme de rayonnement de la voie interrogation-réception dans le plan gisement, de l'antenne bi-fonction selon l'invention ;

- la figure 4, le recouvrement du diagramme de rayonnement de la voie interrogation-réception pai- 1- diagramme de rayonnement de la voie de contrôle.

[0015] Dans la surveillance de l'espace principalement aux approches d'aérodromes, l'avantage de la combinaison d'un radar dit primaire et d'un radar dit secondaire, n'est plus à démontrer. Le radar primaire détecte des aéronefs en particulier par leur direction par rapport au radar et leur distance, et le radar secondaire les interroge, des répondeurs prévus à cet effet à bord des aéronefs, envoyant au sol, à l'interrogateur, des informations concernant leur altitude, leur identité, leur vitesse, etc... L'interrogation par le radar secondaire des aéronefs se faisant dans la direction de l'aéronef détecté par le radar primaire, on a,intérêt, soit à coupler les antennes des deux radars, soit à n'utiliser qu'une seule et même antenne capable de remplir les deux fonctions qui ont été définies. Cependant comme cela a été exprimé dans l'introduction, le système radar primaire-radar secondaire présente des inconvénients qui nuisent à son bon fonctionnement et à son rendement. En particulier, le diagramme de rayonnement du radar secondaire présente outre un lobe principal qui transmet l'interrogation et reçoit la réponse de l'aéronef interrogé, des lobes secondaires dont le niveau peut être suffisant pour qu'un répondeur soit déclenché qui peut soit appartenir à l'aéronef vraiment interrogé, soit être le répondeur d'un autre aéronef.

[0016] Dans ce cas, des erreurs peuvent s'en suivre dont les conséquences risquent d'être dangereuses.

[0017] On a alors cherché à remédier à ces inconvénients, en essayant de supprimer les lobes secondaires ou latéraux du diagramme d'interrogation ; la méthode qui a été adoptée consiste à recouvrir ces lobes latéraux par un diagramme du genre omnidirectionnel, créé à partir d'éléments dits de contrôle qui en fait sont une antenne séparée appelée antenne de contrôle, ou également par un diagramme du type dit en différence, celui-ci pouvant être créé à partir de la voie interrogation alimentée de façon adéquate.

[0018] Ces mesures ne sont toutefois pas suffisantes et par exemple dans le cas d'un recouvrement des lobes latéraux du diagramme d'interrogation par un diagramme omnidirectionnel, ce recouvrement est imparfait, dû souvent à des causes extérieures, radome, etc...

[0019] On cherche alors à former d'une part un diagramme de rayonnement interrogation-réception du type "somme" ou "pair" et d'autre part un diagramme de rayonnement de la voie contrôle du type "différence" ou "impair". L'avantage principal de ce type d'éclairement impair réside dans le fait que l'axe de la crevasse du diagramme différence se conserve en site, donnant ainsi un meilleur centrage de l'arc d'interrogation et, en principe, une stabilité accrue de ce dernier le long de la couverture en site. Au delà de la zone centrale du diagramme de rayonnement, le problème de recouvrement des lobes latéraux du diagramme de rayonnement du radar primaire est résolu en composant judicieusement les lois d'amplitude et de phase des éléments rayonnants.

[0020] Pour ce faire, suivant l'invention, on forme dans le réflecteur de l'antenne du radar primaire, le long d'une de ses directrices passant par le centre de phase de l'antenne pour avoir une plus grande envergure, un réseau linéaire de fentes rayonnantes. Le choix de la directrice du réflecteur dépend du plan de gisement déterminé pour la propagation. Le fait de disposer le réseau sur une des directrices centrales du réflecteur permet d'avoir un grand nombre de fentes donc une bonne résolution.

[0021] Chaque fente est associée à une cavité excitée par un élément par exemple du type plongeur ou cross-bar, dans laquelle sont créés les phénomènes de résonnance de certains modes ainsi que des phénomènes de rayonnement bien connus. Une excitation adéquate de l'ensemble des fentes rayonnantes du réseau pour la voie interrogation réception suivant une loi de phase paire et une loi atténuée en amplitude, telle que la loi gaussienne, permet d'obtenir d'un diagramme de rayonnement du type "somme" et une excitation d'un certain nombre de fentes, réparties symétriquement autour du centre de phase, suivant une loi de phase impaire, permet d'obtenir un diagramme de rayonnement du type "différence" pour la voie de contrôle.

[0022] L'intégration de l'antenne secondaire dans le réflecteur de l'antenne primaire présente l'avantage d'éviter une augmentation du volume de l'antenne primaire, donc de poids et de prise au vent. Le mécanisme d'entraînement du dispositif reste relativement simple et de faible volume, ce qui est particulièrement commode dans les systèmes d'armes.

[0023] La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un réflecteur 1 d'antenne commune pour radar primaire et secondaire, comportant un réseau 2 linéaire de fentes rayonnantes 2_., i variant de 1 à n avec n représentant le nombre total de fentes du réseau. Les fentes sont disposées le long d'une direction D de préférence sur toute l'ouverture du réflecteur 1. Le pas h du réseau est de l'ordre de 0,6 à 0,8 λ dans une réalisation préférentielle. Le réflecteur 1 est réalisé en diélectrique 3 - du mat de verre imprégné d'époxy - recouvert par un tissu 4 de fibres de verre porteur de fils métalliques guipés 40 et 41 croisés. Ces fils sont en général en cuivre de faible épaisseur.

[0024] Derrière chaque fente 2_i du réseau 2 est réalisée une cavité rayonnante 5_. paraléllépipédique, à partir du même diélectrique 3 que le réflecteur 1 recouvert de la même manière par un tissu 4 de fibres de verre porteur de fils métalliques. Les polarisations des sources des antennes primaire et secondaire étant perpendiculaires, les fils métalliques 40 et 41 sont croisés sur toute la superficie du réflecteur 1, et également à l'intérieur des cavités 5_., alors que devant les fentes il n'y a que les fils 40 disposés parallèlement à la directrice, suivant la direction de la polarisation choisie pour la source de l'antenne primaire, horizontale dans l'exemple décrit.

[0025] - Pour une fréquence d'émission de 104 MHz par exemple, le diamètre des fils métalliques 40 et 41 est de 12/100 mm et la distance entre chaque fil est de l'ordre de 1,5 mm.

[0026] Le guipage des fils métalliques par des fibres de verre permet au tissu d'avoir une élasticité homogène.

[0027] Pour diminuer le volume des cavités 5. et constituer un ensemble monolithique de réalisation simple, les cavités sont remplies de diélectrique 3. Les éléments excitateurs 6 de ces cavités 5. - du type plongeur ou cross-bar - sont insérés dans le diélectrique 3 remplissant les cavités et comportent une embase coaxiale 7 permettant l'adaptation entre les cavités 5_. et les lignes coaxiales 8 qui les relient à un système diviseur de puissance 9 placé au dos du réflecteur 1. Ce diviseur de puissance 9, pouvant être constitué par des répartiteurs, est connecté par une ligne de liaison hyperfréquence à un ensemble interrogateur-récepteur classique, non représenté sur la figure 1. L'arrière du réflecteur est protégé par un capot 10 étanche, réalisé en diélectrique 3.

[0028] S'il s'avère que le diagramme de la voie contrôle donné par les fentes 2_i du réseau, rayonnant vers l'avant, n'assure pas le recouvrement correct de la partie arrière du diagramme directif de la voie d'interrogation, cette voie contrôle est dotée d'un ou plusieurs éléments supplémentaires rayonnant vers l'arrière. Cela pourra éventuellement être une ou plusieurs fentes 11 formées dans le diélectrique du capot 10 derrière lesquelles sont réalisées des cavités 12, constituées de la même manière que les cavités 5_i rayonnant vers l'avant du réflecteur 1. Ces fentes 11 sont en nombre, réduit et placées dans le capot 10, dans le plan de symétrie du réflecteur 1 contenant les fentes rayonnant vers l'avant.

[0029] Comme on l'a vu précédemment, c'est par l'intermédiaire du diviseur de puissance 9 que les cavités 12 associées aux fentes 2_. et 11 sont excitées pour donner respectivement un diagramme de rayonnement directif du type "somme" pour la voie interrogation-réception et un diagramme du type "différence" pour la voie contrôle. Les fentes de la voie contrôle, qu'elles rayonnent vers l'avant ou vers l'arrière du réflecteur 1, sont réparties en deux groupes égaux, excités en opposition de phase, grâce à des déphaseurs de π situés dans le diviseur de puissance 9.

[0030] Comme le montre la figure 2 représentant un déphaseur 0-π hybride 15, les deux sorties 13 et 14 du déphaseur 15, en opposition de phase, sont reliées aux voies 16 et 17 du répartiteur de puissance 9, ces deux dernières voies alimentant les deux groupes de fentes 2. de la voie contrôle.

[0031] Les bornes 130 et 140 du déphaseur 15 sont des. entrées.

[0032] La figure 3 donne la forme du diagramme de rayonnement du type "somme" ou "pair" de la voie interrogation de la fonction radar secondaire, dans le plan gisement repéré par les axes d'abscisse 0 - angle de gisement - et d'ordonnée G - gain en dB. Il présente une largeur L à -3 dB du lobe principal 18 liée au gain désiré dans la direction du rayonnement maximal, liée aussi à des niveaux de lobes latéraux proches 19 peu élevés et enfin à un niveau de rayonnement diffus, représenté par les lobes 20, le plus faible possible.

[0033] Ces caractéristiques doivent être tenues non seulement dans le plan contenant la direction du rayonnement maximal, mais encore conservées dans toute l'ouverture en site du volume d'exploitation. Dans de telles conditions, il sera plus aisé d'assurer le recouvrement de ce diagramme par celui de la voie contrôle.

[0034] La figure 4 montre le recouvrement d'un diagramme directif I de la voie interrogation-réception par un diagramme C de la voie contrôle du type différence. L'axe de la crevasse 21 du diagramme différence C est le même que celui du lobe principal ¹⁸ du diagramme somme I. Les lobes latéraux 19 du diagramme de rayonnement du radar primaire I sont recouverts par le diagramme de rayonnement de la voie contrôle C.

[0035] On a ainsi décrit une antenne commune pour radar primaire et radar secondaire dont la fonction radar secondaire est intégrée dans le réflecteur de l'antenne du radar primaire.

Revendications

1. Antenne commune pour radar primaire et radar secondaire comportant un réflecteur unique illuminé par une source primaire jouant le rôle de source d'émission-réception de la fonction du radar primaire et une source alimentant la voie interrogation du radar secondaire, caractérisée par le fait que la source associée à la fonction radar secondaire est constituée par un réseau linéaire de fentes (2.) formé dans le réflecteur (1) le long d'une directrice (D), chaque fente étant associée à une cavité rayonnante (5_i) comportant des moyens d'excitation.

2. Antenne commune suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la directrice le long de laquelle le réseau linéaire de fentes est formé passe par le centre de phase de l'antenne.

3. Antenne commune suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la voie directive d'interrogation-réception de la fonction radar secondaire comporte une voie dite de contrôle comprenant comme éléments dits de contrôle un certain nombre de fentes (2_i), associées à des cavités (5.) rayonnantes, du réseau linéaire, situées à proximité et symétriquement de part et d'autre du centre de phase de l'antenne.

4. Antenne commune suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que le diagramme de rayonnement de la voie interrogation-réception du radar secondaire est du type "somme" ou "pair".

5. Antenne commune suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que le diagramme de rayonnement de la voie contrôle du radar secondaire est du type "différence" ou "impair".

6. Antenne commune suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que les deux groupes de fentes (2_i) symétriquement réparties autour du centre de phase de l'antenne, constituant la voie interrogation-réception du radar secondaire, sont excités suivant une loi atténuée en amplitude et une loi de phase paire.

7. Antenne commune suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que la loi atténuée en amplitude est une loi gaussienne.

8. Antenne commune suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les deux groupes de fentes (2_i), symétriquement réparties autour du centre de phase de l'antenne, constituant la voie de contrôle du radar secondaire, sont excités en opposition de phase.

9. Antenne commune selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le réflecteur (1) et les cavités (5_i) associées aux fentes (2_i) sont réalisées à partir d'un diélectrique (3) recouvert par un tissu (4) de fibres de verre porteur de fils métalliques guipés (40-41), ces fils métalliques étant croisés sur toute la superficie du réflecteur et à l'intérieur des cavités, excepté devant les fentes où ils sont disposés suivant la direction de polarisation de la source du radar primaire.

10. Antenne commune selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le diélectrique (3) est du mat de verre imprégné d'époxy.

11. Antenne commune selon la revendication 9, caractérisée par le fait que les cavités (5_i) associées aux fentes (2_i) sont remplies du même diélectrique (3) que celui servant à la réalisation du réflecteur (1).

12. Antenne commune selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les cavités (5_i) associées aux fentes (2_i) sont excitées par des éléments (6), du type plongeur ou cross-bar, insérés dans le diélectrique remplissant les cavités.

13. Antenne commune selon la revendication 12, caractérisée par le fait que les éléments excitateurs (6) des cavités (5) ont une embase coaxiale (7).

14. Antenne commune suivant la revendication 13, caractérisée par le fait que les moyens excitateurs (6) des cavités (5.) sont reliées par des lignes coaxiales (8) à un diviseur de puissance (9) plaqué au dos du réflecteur (1).

15. Antenne commune, suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait que l'arrière du réflecteur est protégé par un capot étanche (10), réalisé à partir du même diélectrique (3) que le réflecteur (1).

16. Antenne commune suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisée par le fait que la voie contrôle du radar secondaire peut comporter un ou plusieurs éléments (11) rayonnant vers l'arrière du réflecteur (1) et placés dans le plan de symétrie du réflecteur (1) contenant les fentes (2_i) rayonnant vers l'avant.

17. Antenne commune suivant la revendication 16, caractérisée par le fait que les éléments rayonnants supplémentaires de la voie contrôle sont une ou plusieurs fentes (11) insérées dans le capot arrière (10) associées à des cavités rayonnantes (12), réalisées et alimentées de la même manière que les fentes (2₁) associées aux cavités (5_i) insérées dans le réflecteur (1).

Dessins