Antenne réseau hyperfréquence du type disque avec son dispositif d'alimentation, et application aux radars d'écartométrie

Abstract

 Une antenne réseau du type disque est décrite avec son dispositif d'alimentation.
L'antenne est alimentée avec une onde électromagnétique à polarisation circulaire selon le mode TE₁₁ délivré par l'intermédiaire d'un moyen de couplage particulier.
Application aux radars effectuant des mesures d'écarto- métrie.

Description

[0001] La présente invention concerne les antennes réseau hyperfréquence du type disque, plus particulièrement associées aux radars effectuant des mesures d'écartométrie.

[0002] L'antenne réseau du type disque est connue. Sous sa forme actuelle, une telle antenne comporte une cavité cylindrique de grand diamètre et faible épaisseur. Une des faces de cette cavité est reliée en son centre à un guide de section circulaire, l'autre face est munie d'antennes élémentaires, réparties selon des cercles concentriques, et couplées électromagnétiquement avec l'intérieur de la cavité. A l'émission le guide circulaire est alors alimenté par une onde électromagnétique selon le mode TM_OI qui engendre dans la cavité une onde radiale circulaire.

[0003] Le guide circulaire est connecté à un Té délivrant à la réception sur au moins deux voies distinctes les signaux somme Z et différence Δ nécessaires à l'élaboration du signal d'écartométrie ε. A l'émission c'est la voie somme de ce Té qui reçoit l'onde électromagnétique transmise à l'antenne réseau du type disque.

[0004] Ce type de réalisation présente plusieurs inconvénients dus à l'utilisation du mode TM_O1 ; en effet une large bande de fréquence et un haut niveau de- puissance sont difficiles à obtenir du fait de l'obligation d'exciter l'antenne selon le mode TM_O1. Celui-ci s'obtient en général par l'intermédiaire de la voie différence d'un Té magique connectée à la voie somme du Té de l'antenne, cette voie différence étant difficile à adapter et ayant une faible tenue en puissance.

[0005] Le dispositif selon l'invention vise à remédier à ces inconvénients par l'alimentation du guide circulaire relié à l'antenne par une onde électromagnétique selon le mode TEll pouvant alors provenir directement de l'oscillateur hyperfréquence.

[0006] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à l'aide des figures qui représentent :

- les figures la et lb, la section et la vue de face d'une antenne réseau du type disque ;

- la figure 2a, un Té du type fourchette de l'art antérieur ;

- la figure 2b, un Té du type fourchette selon l'invention ;

- la figure 2c, un coupleur du type tourniquet.

[0007] Une onde électromagnétique selon le mode TE₁₁ à polarisation horizontale, engendre dans la cavité cylindrique de l'antenne réseau du type disque en un point de coordonnées polaires (r,α), un champ à courant radial dont la loi d'amplitude est définie par un diagramme en double cercle d'équation :

avec k = 2π/λ où λ est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique utilisée.

[0008] I(r) traduit l'atténuation du courant en fonction de la distance radiale.

[0009] Le même mode TE₁₁ en quadrature de phase et en polarisation verticale donne un second courant radial dont la loi d'amplitude est donnée par le diagramme en double cercle défini par l'équation :

L'excitation de la cavité de l'antenne selon le mode fondamental TE₁₁ en polarisation circulaire donne donc un courant dont la loi d'amplitude s'obtient en faisant la somme f = f₁ + f₂,

c'est l'équation d'un champ tournant omnidirectionnel dont les surfaces d'ondes sont des spirales d'archi- mède d'équation polaire α- kr = u, u étant un nombre constant.

[0010] Ce champ radial est collecté par des sondes directives permettant de choisir la loi de dépendance radiale s(r), généralement gaussienne, alimentant des antennes élémentaires par l'intermédiaire de déphaseurs compensant le terme de déphasage radialf= - kr.

[0011] La figure la montre la section d'une antenne réseau du type disque. Elle comporte une cavité cylindrique 3, alimentée par un guide circulaire 4. Cette cavité possède sur sa périphérie une charge adaptée 5 pouvant être par exemple constituée de matériaux diélectriques. Des sondes directives 7 sont connectées d'une part à des charges adaptées 6 et d'autre part à des antennes élémentaires 1 par l'intermédiaire de déphaseurs 2. Ces antennes élémentaires 1 peuvent être à titre d'exemple non limitatif du type spirale ou hélice.

[0012] L'alimentation de l'antenne selon le mode TEll permet de conserver la même disposition de l'art antérieur des antennes élémentaires 1 qui alors sont du type spirale ou hélice et ne présentent donc pas de symétrie axiale et sont disposées sur des cercles concentriques de centre O, O étant le point d'intersection de l'axe de symétrie de l'antenne avec la surface rayonnante de la cavité cylindrique 3. Cette disposition permet d'obtenir un rayonnement équiphase des antennes élémentaires si elle est réalisée conjointement avec une orientation de ces antennes élémentaires 1 rendue nécessaire par l'utilisation du mode TE₁₁, telle que toutes les antennes situées sur un même cercle se déduisent les unes des autres par une rotation autour de l'axe de symétrie de la cavité cylindrique 3. En effet, cette orientation radiale des antennes élémentaires 1 introduit une correction de phase de la forme e^-iα qui ajoutée à la modification de phase des déphaseurs 2 de la forme _e^ikr conduit à une loi d'illumination de l'antenne réseau du type disque de la forme

qui est une loi équiphase à symétrie circulaire rayonnant un diagramme de même symétrie.

[0013] Un avantage marquant de l'alimentation selon le mode TEll réside dans la possibilité d'avoir une seconde disposition des antennes élémentaires, permettant alors un choix moins restrictif du type des antennes élémentaires. Les antennes élémentaires 1 sont alors disposées suivant des spirales d'archimède, et présentent une symétrie axiale comme par exemple deux dipoles croisés. Il est alors clair que la loi d'illumination de l'antenne reste inchangée car en se plaçant sur des spirales d'archimède, le terme de phase e^iα disparait ainsi que le terme e^-iα dû à l'orientation radiale de ces antennes élémentaires 1.

[0014] Les propriétés inhérentes aux antennes réseau du type disque sont ainsi conservées en apportant une solution aux inconvénients de perte de puissance dus à l'utilisation du mode TM_O1 par l'alimentation de l'antenne.

[0015] - Plusieurs types de capteurs peuvent être utilisés pour alimenter la cavité cylindrique 3 de l'antenne.

[0016] La figure 2a montre l'un d'eux qui est un Té du type fourchette dont la structure et le fonctionnement sont connus. Il comporte deux guides à section rectangulaire 10 et 11 couplés électromagnétiquement entre eux. Le guide à section rectangulaire 10 est connecté à un guide à section circulaire 4. Ce guide à section circulaire est couplé électromagnétiquement à un guide à section rectangulaire 12 par l'intermédiaire d'un guide, à section rectangulaire, formant un anneau 13. Selon l'invention, ce Té reçoit alors à l'émission deux ondes sur les guides 10 et 12. Un avantage supplémentaire réside donc ici dans le fait que chaque guide 10 et 12 ne reçoit que la moitié de la puissance émise. A la réception, le guide 11 donne le signal différence Δ , le guide 12 la composante du signal somme Σ_V correspondant à une polarisation verticale, le guide 10 la composante du signal somme f _H correspondant à une polarisation horizontale.

[0017] La figure 2b montre une structure nouvelle selon l'invention d'un Té du type fourchette. Il comporte un guide à section rectangulaire 10 connecté à un guide à section circulaire 4. Un guide 11 à section rectangulaire est couplé électromagnétiquement au guide 10. Le guide à section rectangulaire 11 est tel que le plan déterminé par une de ses sections droites est fixé sur un plan délimitant le guide 10 et comprenant un des petits côtés de sa section droite, et que le grand côté d'une section droite du guide 11 est orthogonal au plan délimitant le guide 10 et comprenant le grand côté de la section rectangulaire. Un polariseur 20, par exemple constitué d'une lame approximativement en forme de losange taillé dans un matériau diélectrique est fixé dans le guide à section circulaire 4 de façon que le plan de ce polariseur 20 fasse un angle de π/4 par rapport au plan délimitant le guide à section rectangulaire lO. Un avantage consiste alors, par la présence du polariseur 20, à créer une onde à polarisation circulaire dans l'antenne à-partir - d'une unique onde à polarisation fixe appliquée à l'émission sur le guide lO, ce qui simplifie d'autant la réalisation de ce Té du type fourchette.

[0018] Le guide lO, à la réception, délivre le signal somme Σ tandis que le guide 11 perpendiculaire délivre le signal différence Δ .

[0019] La figure 2c montre un troisième exemple de coupleur, appelé tourniquet, qui peut être intéressant dans les cas où les diagrammes d'antenne devant présenter de bonnes caractéristiques de symétrie, l'alimentation présente elle aussi ces caractéristiques de symétrie. Il comporte outre le guide à section circulaire 4, quatre guides à section rectangulaire 30, 31, 32 et 33 couplés électromagnétiquement avec le guide à section circulaire 4 de façon que le grand côté de la section droite des guides 30, 31, 32 et 33 soit parallèle à l'axe du guide à section circulaire 4. De plus, chacun de ces guides à section rectangulaire se déduit du suivant par une rotation de π /2 autour de l'axe du guide à section circulaire 4. Le guide à section circulaire 4 est relié par une extrémité à une ligne coaxiale 34, et un moyen de couplage 35 assure la liaison électromagnétique.

[0020] En émission, chacun des quatre guides à section rectangulaire 30, 31, 32 et 33 reçoit une onde selon le mode TE₁₁ d'amplitude A₀ correspondant au quart de la puissance totale que l'antenne doit recevoir. Si A₁, A₂, A₃ et A₄ représentent les ondes appliquées respectivement sur les guides 30, 31, 32 et 33, alors on peut montrer que pour obtenir une onde à polarisation circulaire, les conditions suivantes doivent être remplies :

[0021] A la réception, on obtient alors les composantes du signal somme 2 sur les quatre guides d'ondes 30, 31, 32 et 33 et le signal différence Δ sur la ligne coaxiale 34.

[0022] On a ainsi décrit une antenne réseau du type disque apportant une solution au problème de la puissance, de l'art antérieur. Cette antenne s'applique préférentiellement aux radars effectuant des mesures d'écartométrie.

Revendications

1. Antenne réseau hyperfréquence du type disque avec son dispositif d'alimentation, utilisée dans les radars effectuant des mesures d'écartométrie, caractérisée en ce qu'elle comporte d'une part un moyen de couplage connecté à la cavité cylindrique (3) de l'antenne réseau du type disque par l'intermédiaire d'un guide à section circulaire (4), ce moyen de couplage, lorsque l'antenne travaille en émission, étant tel qu'il reçoit deux ondes en quadrature de phase à polarisation rectiligne selon le mode TEll et délivre au guide à section circulaire (4) une onde à polarisation circulaire selon le même mode TE₁₁, cette onde générant dans la cavité cylindrique (3) une onde à champ électromagnétique tournant tel que les points. équiphases forment des spirales d'archimède à partir du centre de la cavité cylindrique (3), d'autre part des sources rayonnantes élémentaires disposées sur la surface de cette antenne disque, l'excitation de chacune de ces antennes se faisant par l'intermédiaire de sonde d'excitation orthogonale au plan de la surface de l'antenne.

2. Antenne réseau hyperfréquence du type disque avec son dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de couplage est un Té du type fourchette comprenant deux entrées (10 et 12) correspondant à la réception aux signaux somme r et une entrée (11) correspondant à la réception au signal différence Δ de telle façon que, à l'émission les deux entrées (lO et 12) soient excitées dans le mode TE₁₁ par des ondes polarisées rectilignes et engendrent dans le guide circulaire (4) une onde polarisée circulairement.

3. Antenne réseau hyperfréquence du type disque selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de couplage est un Té comprenant un guide à section rectangulaire (10) connecté à un guide à section circulaire (4), un polariseur (20) constitué d'une plaque d'un matériau diélectrique telle que le plan de cette plaque fasse un angle de π/4 par rapport aux côtés du guide à section rectangulaire (10), un second guide à section rectangulaire (11) de telle façon qu'une section droite de ce second guide (11) soit fixée sur un plan comprenant un des petits côtés du premier guide à section rectangulaire (10) et que le grand côté d'une section droite du second guide (11) soit orthogonal au plan comprenant le grand côté de la section rectangulaire du premier guide (10).

4. Antenne réseau hyperfréquence du type disque selon la revendication 3, caractérisée en ce que la lame diélectrique constituant le polariseur a la forme approximative d'un losange.

5. Antenne réseau hyperfréquence du type disque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de couplage comporte un guide circulaire (4) connecté à une extrémité à une ligne coaxiale (34) correspondant, à la réception, au signal différenceΔ et quatre guides à section rectangulaire (30, 31, 32 et 33) couplés électromagnétiquement au guide à section circulaire (4) de telle façon que le grand côté d'une section droite d'un des guides à section rectangulaire soit parallèle à l'axe du guide à section circulaire (4), et que chaque guide à section rectangulaire se déduise de son voisin par une rotation de 7r /2 par rapport à l'axe du guide à section circulaire (4), chacun de ces guides à section rectangulaire étant, à l ' émission, alimenté selon le mode TE₁₁ de telle façon que les ondes correspondant à deux guides successifs soient déphasées de π/2 et que les amplitudes des ondes appliquées à chacun des quatre guides à section rectangulaire (30, 31, 32 et 33) soient égales.

6. Antenne réseau hyperfréquence du type disque avec son alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des antennes élémentaires (1) du type spirale ou hélice situées sur des cercles concentriques, les antennes élémentaires (1) d'un même cercle ayant une orientation telle qu'elles se déduisent les unes des autres par une rotation autour de l'axe de l'antenne réseau du type disque.

7. Antenne réseau hyperfréquence du type disque selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des antennes élémentaires (1) présentant une symétrie axiale, ces antennes élémentaires (1) étant disposées selon des spirales d'archimède.

8. Antenne réseau hyperfréquence.du type disque avec son alimentation selon les revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les antennes élémentaires (1) comportent des circuits déphaseurs (2) permettant d'obtenir à la sortie des antennes élémentaires (1) des ondes de phase convenable pour effectuer un balayage électronique.

9. Radar effectuant des mesures d'écartométrie, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne hyperfréquence réseau du type disque avec son alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Dessins