[0001] La présente invention concerne une antenne Cassegrain inversé destinée à être utilisée
en veille ou en poursuite et pouvant fournir un faisceau élargi soit dans le plan
de site visualisation au sol soit dans Je plan gisement (anticollision) tout en conservant
les qualités d'un faisceau primaire fin.
[0002] L'antenne Cassegrain inversée est connue et a par exemple été décrite dans le brevet
américain US 3 771 160 qui concerne une antenne Cassegrain inversée à rotation de
polarisation. L'antenne décrite dans ce brevet comprend un réflecteur auxiliaire plan
constitué par une pluralité de réseaux de fils conducteurs parallèles et par une plaque
métallique, Ja pJaque et les réseaux de fils étant parallèles et séparés par un diélectrique.
Elle fonctionne à au moins deux fréquences mais ne peut pas être utilisée en association
avec un radar à fonction multiple, veille ou poursuite.
[0003] Dans un radar à fonction multiple il est en effet souhaitable que le faisceau émis
par l'antenne ait une forme adaptée, à un moment donné, à la fonction pour laquelle
il est utilisé. Ceci a déjà été réalisé sur des antennes simples, par commutation
de sources primaires ou par modification de la forme de l'antenne. Mais ce moyen d'adaptation
d'une antenne aux différentes fonctions d'un radar ne donne pas de bons résultats
dans le cas d'une antenne Cassegrain inversée. En effet les performances de l'antenne
Cassegrain sont réduites si l'on multiplie les sources primaires de cette antenne
ou si l'on déforme le réflecteur parabolique, ce qui oblige à modifier le dispositif
de focalisation du faisceau.
[0004] Un moyen avantageux pour réaliser une antenne Cassegrain inversée à fonction multiple
est de modifier la forme du miroir à rotation de polarisation dont elle est munie,
afin d'élargir le faisceau dans une direction déterminée.
[0005] On connait par le brevet Français n° 2 448 233 déposé le 2 Février 1979 une antenne
Cassegrain inversée à fonction multiple, comportant un miroir à rotation de polarisation
constitué de deux ou plusieurs éléments polariseurs-réflecteurs articulés deux à deux
autour d'une charnière orthogonale à la direction d'élargissement désirée pour le
faisceau.
[0006] L'articulation entre les deux éléments réflecteurs polariseurs peut être réalisée
sous Ja forme d'une sirnple charnière collée sur la partie arrière du miroir à rotation
de polarisation. Mais ce type d'articulation entraîne des discontinuités radioélectriques
tant au niveau de Ja face avant du polariseur qu'au niveau du réflecteur sur la face
arrière et une désadaptation radioélectrique au niveau de J'articulation. Ces discontinuités
détériorent les caractéristiques de l'antenne lorsque les éléments du miroir sont
rendus coplanaires.
[0007] Ces détériorations dues à la discontinuité électrique sont accentuées par les défauts
mécaniques inhérents à une charnière de ce type. En effet, il subsiste un espacement
de quelques millimètres entre les deux parties du miroir en position coplanaire. De
plus la charnière ne couvre pas toute la largeur du miroir au niveau de la coupure.
Par conséquent le positionnement de J'éJément mobile e
2 n'a pas la même précision sur toute la largeur de la coupure.
[0008] Ces détériorations électriques et mécaniques entraînent une remontée de lobes secondaires
lointains pour certains débattements.
[0009] L'objet de la présente addition permet de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés
et de conserver une continuité mécanique et radioélectrique au niveau de la charnière
articulant deux éléments du polariseur réflecteur selon le brevet principal, pendant
tout le débattement et quel que soit l'angle d'inclinaison de l'élément mobile.
[0010] La présente addition a également pour but de rétablir le déphasage de 180° au niveau
de la coupure existant entre deux éléments et de conserver la planéité du polariseur-réflecteur.
[0011] Selon J'invention, l'antenne Cassegrain inversée à rotation de polarisation pour
radar à fonction multiple dont les éléments réflecteurs-polariseurs plans comprennent
chacun une couche réflectrice maintenue parallèle, par l'intermédiaire d'une couche
de matériau diélectrique, à une nappe de fils métalliques parallèles, inclinées à
45° par rapport à la direction de polarisation du rayonnement incident, est caractérisé
en ce que la charnière, autour de làquelle deux éléments réflecteurs polariseurs plans
sont articulés, est constituée à l'avant par la nappe de fils métalliques qui recouvre
de façon continue la totalité des éléments réflecteurs polariseurs plans et adhère
à la couche intermédiaire en diélectrique et à l'arrière par une languette métallique
qui est parallèle à la surface de ladite nappe, qui est solidaire de la couche réflectrice
du premier élément réflecteur-polariseur par des moyens de fixation et qui est en
contact électrique par des moyens conducteurs avec le dos de la couche réfJectrice
du second élément réflecteur-polariseur, mobile par rapport au premier élément.
[0012] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture
de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ci-annexées
qui représentent.
[0013]
- la figure 1, une antenne Cassegrain inversée à miroir plan polariseur de type classique
;
- la figure 2, un exemple de réalisation d'une antenne Cassegrain inversée, pour radar
à fonction multiple ;
- les figures 3 et 4, respectivement une vue de profil et de face du miroir utilisé
dans la figure 2 ;
- la figure 5, les caractéristiques d'un faisceau large obtenu avec une antenne suivant
l'invention ;
- les figures 6 et 7, respectivement les vues de profil et de face d'un mode de réalisation
particulier du miroir à rotation de polarisation utilisé pour un radar à fonction
multiple ;
- la figure 8, un détail de réalisation du miroir à rotation de polarisation utilisé
dans la figure 2 ; et
- la figure 9, la coupe transversale du miroir à rotation de polarisation selon l'invention.
[0014] Une antenne Cassegrain inversée de type connu comporte, comme le montre la figure
1, une source primaire S destinée à émettre des ondes électromagnétiques haute fréquence,
un réflecteur primaire parabolique R
1, d'axe xx' de révolution, réfJéchissant le rayonnement de la source primaire S et
transmettant séJecti- veinent Je rayonnement ayant une polarisation rectiligne croisée,
et un réflecteur auxiliaire R
2 (ou miroir) à rotation de polarisation, de forme plane, J'ensemble constituant un
système focalisant. La source primaire S a pour rôle, à J'émission, d'illuminer Je
système focalisant avec une onde électromagnétique à polarisation rectiligne (poJarisation
horizontale par exemple), rayonnant un diagramme de révolution d'amplitude, de phase
et de polarisation bien définies et, à la réception, de recueillir dans les meilJeures
conditions, J'énergie fournie par l'écho et concentrée par Je système focalisant au
voisinage de son foyer F, sous forme d'un diagramme de diffraction.
[0015] En fonctionnement, la source primaire S (figure 1) disposée au foyer F du réflecteur
parabolique R
1 émet un rayonnement à polarisation linéaire (horizontale) qui est totalement réfléchi
par le réflecteur parabolique R
1, l'angle formé par le rayon incident et le rayon réfJéchi étant égal à J'angJe du
rayon incident et l'axe xx' du réflecteur R
1. Les rayons réfléchis, parallèles à l'axe xx' sont reçus par le réflecteur auxiliaire
R
2 (ou miroir), et réfléchis, après une rotation de π /2 de leur plan de polarisation
(la polarisation horizontale de l'onde incidente est transformée en polarisation verticale),
vers Je réflecteur parabolique R
1 laissant passer Je rayonnement ayant un plan de polarisation vertical, le faisceau
issu de J'antenne étant alors un faisceau parallèle.
[0016] Selon le brevet français FR 2 448 233, J'antenne Cassegrain inversée comprend une
source primaire S, un réflecteur primaire parabolique R réfléchissant le rayonnement
primaire issus de la source S et pouvant transmettre sélectivement le rayonnement
ayant une polarisation rectiligne croisée, cette source S étant sensiblement disposée
au foyer F du réflecteur primaire R, un miroir à rotation de polarisation formé d'au
moins deux éléments réfJec- teurs-polariseurs de forme plane, réunis deux à deux par
une charnière permettant Jeur articulation. Les charnières sont disposées selon une
direction perpendiculaire au pJan d'élargissement désiré du faisceau.
[0017] La réalisation du réflecteur parabolique R est connue en soi. Ce réflecteur R peut
être constitué par exemple d'une nappe de fils horizontaux lorsque la polarisation
rectiligne de l'onde incidente issue de la source primaire S est horizontale.
[0018] Les éléments réflecteurs-polariseurs composant le miroir à rotation de polarisation
peuvent présenter des inclinaisons relatives variables. Le mouvement des éléments
autour de leur charnière et leur immobilisation dans une position déterminée sont
obtenus, dans l'antenne suivant l'invention, au moyen d'un dispositif de commande
destiné à être actionné au cours du fonctionnement du radar.
[0019] Le dispositif de télécommande 20 est représenté uniquement, à titre d'exemple non
limitatif, sur la figure 2 afin de ne pas surcharger les dessins et afin de permettre
une meilleure compréhension de ces derniers.
[0020] Dans l'exemple non limitatif de la figure 2, le miroir à rotation de polarisation
désigné par la référence M
1 se compose de deux éléments réflecteurs polariseurs e
l, e
2 faisant un angle entre eux et réunis par la charnière C
1 perpendiculaire au plan d'élargissement du faisceau, qui est ici le plan de symétrie
de l'antenne confondu avec le plan de la figure. Le dispositif de commande 20 est
par exemple constitué par un moteur solidaire du miroir M
1 dont l'axe 201 est constitué par une vis sans fin munie d'un curseur 202 entraîné
par la vis sans fin 201 en translation
suivant la direction du miroir M
1 dans le plan de la figure 2. Le curseur mobile 202 est muni d'un index 203 mobile
selon une direction γ perpendiculaire à la direction de translation
du curseur et entraîné dans cette direction par un système d'engrenage. L'index mobile
203 a une de ses extrémités engagée dans une glissière disposée au dos de la surface
réfléchissante de l'élément réflecteur polariseur e
2. La glissière, pour raisons de simplification, n'est pas représentée sur la figure
2. Le moteur 20 est commandé par des signaux de commande au niveau d'une entrée de
commande 200. Ainsi à chaque position angulaire de l'arbre moteur correspond une valeur
Δδ, représentative d'un angle α . Tout autre moyen de commande équivalent de J'élément
réflecteur e
2 ne sort pas du cadre de la présente invention.
[0021] Dans Ja suite de Ja description, les diamètres du miroir à rotation de polarisation
(lorsque les éléments qui le composent sont coplanaires) qui sont respectivement perpendiculaire
et parallèle aux charnières sont désignés par D et D' respectivement.
[0022] Ce miroir M
1 permet donc de renvoyer sur le réflecteur R parabolique des rayons ayant des angles
de réflexion différents suivant l'élément e
1 ou e
2 vers lequeJ ils tombent. On peut donc considérer qu'iJ existe deux pupilles rayonnantes
ayant des distributions d'amplitude complexes légèrement différentes qui coopèrent
pour former dans l'espace Je faisceau désire.
[0023] Un calcul simple permet de déterminer la loi de phase dans le cas du miroir M à deux
éléments e
1, e
2.
[0024] En effet, J'articulation C
1 introduit une Joi de phase linéaire proportionnelle à l'angle α que font entre eux
les éléments e
1 et e
2. Si y
o est la distance de la charnière c
1 à l'axe xx' de l'antenne (-D
0/
2 < y < D
0/2). D
0 étant le diamètre du miroir, la loi de phase peut s'écrire pour un point du miroir
situé à la distance y, de l'axe. xx' (-D
0/2 <y<D
0/2): pour:
>y>+y
0 (élément e
1) φ=O par convention et pour : + yo> y) -
(élément e
2) φ = (y - y )
0sin
2 δ.
[0025] Selon un mode de réalisation non limitatif représenté par les figures 3 et 4, la
charnière C
1 articulant les deux éléments e
1 et e
2 constituant le miroir polariseur de la figure 2, est située au tiers du diamètre
D et est perpendiculaire au plan vertical de symétrie de J'antenne, représenté par
le plan de la figure 3 et contenant le diamètre D. L'éJément e
2, qui est l'élément le plus petit, est incliné d'un angle α de 7° par exemple par
rapport à l'élément e
l. Un tel miroir M
1 permet une couverture en site présentant une décroissance du gain obéissant sensiblement
à une loi en cosécante carrée, telle que le niveau à -17 dB soit atteint à 20° de
l'axe au lieu des 5° obtenus avec un faisceau fin conventionnel (figure 5). Les caractéristiques
du faisceau sont en outre peu sélectives en fréquence.
[0026] Selon un autre mode de réalisation non limitatif, représenté par les figures 6 et
7, le miroir polariseur M
2 est constitué de trois éléments réflecteurs-polariseurs e
l, e
2, e
3 articulés entre eux par deux charnières C
1, C
2 symétriques par rapport à un diamètre de l'antenne perpendiculaire au diamètre D.
Un tel miroir de la même manière que précédemment, permet d'obtenir un fonctionnement
de l'antenne avec un faisceau fin et des voies "monopulse", c'est-à-dire des voies
permettant d'obtenir un signal d'écartométrie d'un écho de cible par rapport à l'axe
xx' de J'antenne, ou un faisceau large et une voie "monopulse" lorsque les éléments
réflecteurs-polariseurs e
l, e
2, e
3 sont respectivement coplanaires ou inclinés symétriquement d'un angle dièdre α par
rapport au plan de l'élément e
2, et un fonctionnement avec un faisceau élargi asymétrique, tel que représenté figure
5 lorsque les éléments réflecteurs-polariseurs sont inclinés asymétriquement.
[0027] La figure 5 représente suivant le plan vertical de symétrie de l'antenne un diagramme
de rayonnement en fonction d'une direction 0 par rapport à l'axe xx'. Un maximum relatif
de rayonnement est obtenu dans la direction 2 α.
[0028] Il convient de noter que dans le cas de voies "monopulse" dans une antenne suivant
l'invention, le faisceau élargi asymétrique étant obtenu sur la voie somme, la voie
différence formée selon le plan vertical de symétrie de l'antenne perpendiculaire
aux charnières devient également asymétrique et, de ce fait est inutilisable. Par
contre une voie différence formée selon le plan parallèle aux charnières, la symétrie
selon ce plan étant conservée, conserve ses propriétés selon ce plan tout en bénéficiant
dans l'autre plan d'un élargissement analogue a celui de la voie somme.
[0029] Notons encore que les caractéristiques du faisceau émis par l'antenne de la figure
2 sont peu sélectives en fréquence.
[0030] Notons enfin que les exemples de réalisation de l'antenne décrits et représentés
ne sont pas limitatifs, en particulier en ce qui concerne le nombre d'éléments réflecteurs-polariseurs
constituant le miroir à rotation de polarisation.
[0031] Les éléments réflecteurs-polariseurs (e
l, e
2 des figures 2 à 4 par exemple) peuvent être, de façon connue représentée par la figure
8, constitués d'une plaque P métallique et d'une nappe N de fils parallèles inclinés
à 45° par rapport à la direction de la polarisation rectiligne incidente, cette nappe
N étant disposée à kλ/4 de la plaque P, k étant un nombre entier impair et À la longueur
d'onde de fonctionnement de J'antenne. En fonctionnement, une onde incidente O
1 à polarisation rectiligne horizontale, peut être considérée comme la superposition
de deux ondes composantes équiphase O'
1 et O"
1 dont les plans de polarisation sont inclinés à 45° par rapport au plan de polarisation
de l'onde incidente O
1, la première composante O'
1 étant parallèle aux fils de la nappe N et la seconde composante O"
1 étant perpendiculaire à ces fils. La première composante O'
1 est donc réfléchie par les fils alors que la seconde composante O"
1 traverse la nappe N après avoir parcouru un chemin égal à 2k λ /4, soit un chemin
égal à k A /2. A ce moment, la seconde composante O"
2 réfléchie est donc déphasée de π par rapport à la première composante O'
2 réfléchie et la combinaison des deux composantes crée alors une onde O
2 à polarisation ver- ticaJe qui pourra traverser le réflecteur parabolique laissant
passer les rayonnements à polarisation verticale et réfléchissant les rayonnements
à polarisation horizontale. On peut également utiliser des systèmes à lames métalliques
parallèles également inclinées à 45° par rapport à Ja direction de polarisation incidente
du rayonnement pour réaliser ces éléments réflecteurs-polariseurs sans sortir du cadre
de la présente invention.
[0032] Le miroir à rotation de polarisation selon l'invention, représenté par la figure
9, comprend une peau N suffisamment rigide pour permettre un bon guidage sans être
cassante au niveau de J'articulation. Cette peau se compose N d'un réseau de fils
100 et de différents préimprégnés de résine et de colle 101 et recouvre toute la surface
du miroir constitué dans le cas de Ja figure 10 de deux éléments réflecteurs-polariseurs
e
1 considéré comme fixe et e
2 mobile par rapport à e
1 autour de l'articulation C
1.
[0033] La fente existant entre les deux éléments e
1 et e
2 est recouverte par la peau N et est désignée par la référence 111 L'élément e
2, respectivement e
l, se compose successivement depuis la face avant recouverte par la peau N vers la
face arrière d'une couche 102, respectivement 103, de mousse ou de nid d'abeille par
exemple, dont l'adhérence à la peau N est facilitée par la composition de ladite peau.
L'élément e
2, ou e
1, comprend ensuite une couche mince 104, ou 105, servant de réflecteur et une couche
106, ou 107, de diélectrique. La couche réflectrice mince 104, ou 105, peut être par
exemple un film métallique ou un réseau de fils ou encore un matériau composite à
base de fibres de carbone. L'épaisseur de la couche 106 ou 107, de diélectrique est
calculée pour compenser la différence entre la constante diélectrique de la couche
102, ou 103, de mousse ou de nid d'abeille et celle de l'air.
[0034] Une baguette métallique 108 recouvre entièrement la fente 111. Elle est collée sur
la couche diélectrique 107 de l'élément fixe e
1 et en contact électrique avec la couche réflectrice 105 par des piliers 110. Elle
suit le mouvement de l'élément mobile e
2 en gardant un contact électrique avec la couche réflectrice 104 par des moyens 109.
[0035] Cette structure permet d'obtenir une continuité électrique au niveau de la face avant
puisque le réseau de fil recouvre la surface entière du miroir et par conséquent à
la fois les éléments e
1 et e
2 sans coupure. D'autre part, elle assure un bon guidage de l'élément mobile.
[0036] La languette métallique 108 est mobile tout en assurant la continuité électrique
sur toute la surface réfléchissante pendant le mouvement de l'élément e
2. Elle est située à une distance de la peau N, telle que le déphasage soit de 180°
dans la fente.
[0037] On a ainsi décrit une antenne Cassegrain inversée dont le faisceau peut être élargi
en fonctionnement dans une direction site ou gisement et qui comprend un miroir à
rotation de polarisation préseniant une continuité électrique sur la face avant et
un déphasage de 180° sur toute la surface du polariseur.
[0038] Application aux radars à fonction multiple.
1. Antenne Cassegrain inversée à rotation de polarisation pour radar à fonction multiple,
dont les éléments réflecteurs-polariseurs plans comprennent chacun une couche réflectrice
maintenue paral-Jèle, par l'interrnédiaire d'une couche de matériau diélectrique,
à une nappe de fils métalliques parallèles, inclinés à 45° par rapport à la direction
de polarisation du rayonnement incident, caractérisé en ce que la charnière (C1), autour de laquelle deux éléments réflecteurs-polariseurs plans (el, e2) sont articulés, est constituée à J'avant par la nappe N de fils métalliques qui
recouvre de façon continue les deux éléments plans (el, e2) et adhère à la couche intermédiaire diélectrique et à J'arrière par une languette
métallique (108) qui est parallèle à la surface de ladite nappe (N), qui est solidaire
de la couche réflectrice (105) du premier élément réflecteur-polariseur (el) par des moyens de fixation (110) et qui est en contact électrique par des moyens
(109) avec le dos de la couche réflectrice (104) du second élément réfJecteur-poJariseur
(e2), mobile par rapport au premier élément (e1).
2. Antenne Cassegrain inversée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la
languette métallique (108) est séparée de la couche réflectrice (105, 104) des premier
et deuxième éléments réflecteurs-polariseurs (el, e2) par, une deuxième couche intermédiaire de matériau diélectrique (107, 106) et est
collée à ladite deuxième couche diélectrique (107) du premier élément (e1) par rapport auquel le deuxième élément (e2) pivote.
3. Antenne Cassegrain inversée selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'épaisseur
de la deuxième couche intermédiaire de matériau diélectrique (107, 106) de chaque
élément plan (e1, e2) est telle quelle compense la différence entre la constante diélectrique de la première
couche intermédiaire et celle de l'air et en ce que la languette métallique (108)
est à une distance de la nappe (N) de fils métalliques telle que le déphasage soit
de 180° dans la fente existant entre les deux éléments juxtaposés (el, e2) sous ladite nappe (N) et assure la continuité électrique entre les couches réflectrices
(105, 104) des éléments plans (el, e2) pour constituer une surface réflechissante continue.
4. Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée
en ce que la couche réflectrice (105, 104) des éléments plans (el, e2) est constituée par un film métallique.
5. Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée
en ce que la couche réflectrice (104, 105) est constituée par un réseau de fils conducteurs.
6. Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée
en ce que la couche réflectrice (104, 105) est constituée par un matériau composite
à base de fibres de carbone.