Brevet FR2034170A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs aériens hyperfréquence du type antenne Cassegrain. L'invention permet une réalisation simple et économique d'une antenne Cassegrain présentant un effet de masque notablement réduit. L'invention autorise en particulier, l'application de la technique Cassegrain pour des réalisations d'antennes de dimensions modérées vis à vis de la longueur d'onde. Une antenne Cassegrain est constituée d'un miroir principal généralement parabolique illuminé par l'intermédiaire d'un miroir auxiliaire généralement hyperbolique, homofocal au précédent, et dont l'un des foyers coïncide avec le centre de phase de la source primaire. Cette dernière se trouve placée au voisinage du sommet du réflecteur principal. Ce dispositif présente divers avantages mécaniques et électriques par rapport à celui qui utilise une source au foyer d'un simple réflecteur parabolique. la source qui peut être complexe et volumineuse est d'un accès facile, elle est placée près du récepteur ce qui évite les pertes dans le guide d'alimentation.Le rayonnement primaire non intercepté par le réflecteur ("Spill-Over") est orienté vers le ciel et non vers la terre et ne donne pas lieu à une élévation de la température de bruit de l'antenne. Cependant, sous cette forme simple-l'antenne Cassegrain présente un inconvénient majeur surtout lorsqu'elle est de dimensions relativement modestes (diamètre inférieur à 100 longueurs d'ondes).Cettinconvénient résulte du masque formé par le réflecteur auxiliaire, la directivité de la source primaire étant limitée par ses dimensions transversales, si l'on veut éviter une perte d'énergie prohibitive, le réflecteur auxiliaire doit être assez grand pour intercepter la majeure partie du rayonnement primaire. Xais si son diamètre dépasse le dixième ou le huitième de celui du réflecteur principal, on constate une diminution du gain et surtout une augmentation importante du niveau des lobes latéraux de l'antenne. Pour remédier à l"'effet de masque", il existe une technique utilisant les propriétés polarisantes des réseaux de fils paral lèles. La source primaire étant'supposée rayonnant une polarisation rectiligne horizontale, par exemple, le réflecteur auxiliaire est formé de fils métalliques parallèles horizontaux maintenus en place par un support diélectrique. Le réflecteur auxiliaire est opaque à la polarisation horizontale, et par réflexion illumine vvJ s le réflecteur principal. Celui-ci est tapissé d'un réseau de fils métalliques orientés à 450 par rapport à l'horizontale et maintenue à distance adéquate du réflecteur (un quart d'onde environ) au moyen d'un support diélectrique.Dans ces conditions, on montre que le plan de polarisation de l'onde réfléchie a tourné de 900 par rapport à celui de l'onde incidente. Elle est donc ici verticale, c'est-à-dire, orthogonale aux fils constituant le réflecteur auxiliaire. Celui-ci est donc transparent et ne constitue plus un masque. On constate que lez diagrammes rayonnés ne comportent plus de lobes latéraux gênants autres que ceux qui résultent de la loi d'illumination du réflecteur. Suivant l'invention, pour remédier au défaut de masque et permettre une réalisation simple, on fait appel aux propriétés d'une source directive à rayonnement longitudinal et à polarisation circulaire. Il est ainsi possible d'augmenter notablement, sans gêne, la directivité de la source primaire et de diminuer par suite les dimensions du réflecteur auxiliaire. On remarquera que la technique antérieure citée en dernier lieu se prote mal à l'utilisation de la polarisation circulaire qui nécessiterait l'adjonction dFut dispositif polariseur placé devant l'antenne proprement dite et augmenterait encore la complexité de l'ensemble. Les caractéristiques de la présente invention apparattront au cours de la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées représentant - la figure 1, le schéma d'une antenne Cassegrain conforme à l'invention ; - la figure 2, une variante de réalisation du schéma figure I - la figure 3, un schéma d'une source primaire conforme à l'invention dans le cas d'utilisation pour un radar de poursuite monopulse - la figure 4, un schéma d'une antenne Cassegrain à exploitation conique, conforme à l'invention. Dans une structure Cassegrain, le réflecteur auxiliaire doit être suffisamment grand pour intercepter la majeure partie du rayonnement de la source primaire. Pour diminuer le diamètre du réflecteur auxiliaire, on peut songer à augmenter la directivité de la source primaire. Mais ceci nécessite d'augmenter son "aire d'absorption équivalente". Par suite, une partie d'autant plus grande du rayonnement réfléchi par le réflecteur auxiliaire, au lieu d'illuminer correctement le réflecteur principal, est interceptée ou perturbée par la source primaire. On est arrêté dans cette voie lorsque cette perturbation devient du même ordre que l'effet de masque que l'on cherche précisément-à éviter. la même difficulté apparaît si l'on cherche à rapprocher la source primaire du miroir auxiliaire en diminuant la focale de ce dernier. On démontre dans ces conditions, que la valeur minimale du diamètre D. du réflecteur auxiliaire est donné anBroximativement nar x A la relation : longueur d'onde, F : distance focale du récepteur parabolique). Conformément à l'invention, une antenne Cassegrain comporte une source primaire très directive à rayonnement longitudinal et à polarisation circulaire. Dans ces conditions, la perturbation causée par l'onde réfléchie par le réflecteur auxiliaire est notablement diminuée et les dimensions de ce dernier peuvent être très réduites entraînant une diminution correspondante de l'effet de masque. la source primaire est avantageusement constituée par une antenne hélicoidale 1 représentée sur la figure 1 qui montre également les réflecteurs auxiliaires 2 et principal 3 de l'aérien ainsi que le foyer commun F. Par suite des propriétés de symétrie du réflecteur auxiliaire 2, la polarisation circulaire issue de la source primaire 1 est inversée après réflexion. Les ondes ainsi réfléchies ntinterfèrent donc pratiquement plus avec cette source. En toute rigueur, un léger couplage subsiste par suite de la seconde inversion de sens de polarisation, après réflexion sur le réflecteur principal 3. Le résidu d'énergie de couplage correspondant peut être éliminé en disposant dans la source primaire un dispositif absorbeur dit de polarisation croisée". Dans le cas d'une source primaire hélicoi- dale, cet absorbeur peut être constitué par une simple charge résistive placée à l'extrémité A de l'hélice opposée par rapport au point d'alimentation. Cette charge n'est pas représentée sur la figure. La suppression quasi-totale de couplage de la source 1 avec l'onde réfléchie par le réflecteur auxiliaire 2 permet d'utiliser une source primaire très directive et par suite de réduire dans de grandes proportions les dimensions DA de ce réflecteur. Il en résulte une diminution de l'effet de masque et une nette améliora- tion du gain et surtout des lobes latéraux. Dans certains cas, ce réflecteur pourra se trouver dans la zone des champs proches de la source primaire (zone de Rayleigh) où les surfaces d'ondes sont planes. Le système optique formé des deux réflecteurs devra alors être du type "afocal", par exemple si le réflecteur principal est parabolique, le réflecteur auxiliaire le sera également. Un cas extrême se présente, constituant une variante de l'invention, lorsque l'extrémité A de la source 1 à rayonnement longitudinal atteint le réflecteur auxiliaire 2. Dans ce montage schématisé sur la figure 2, la source 1 constitue en fait une sorte de guide d'onde polarisée circulairement. L'invention est destinée à être appliquée en particulier dans le domaine de la détection électromagnétique pour réaliser notamment des systèmes radar de poursuite monopulse ou à balayage conique. kDans le cas d'un système monopulse, on utilise une source primaire formée d'un réseau de quatre sources élémentaires directives à polarisation circulaire et à rayonnement longitudinal. La figure 3 montre un schéma d'une telle source primaire comportant quatre antennes hélicoïdales 11 à 14. Ces antennes ont leurs centres de phase placés aux sommets d'un carré et sont couplées au moyen de dispositifs connus symbolisés en 15, pour élaborer les diagrammes "somme", "différence site" et "différence gisement". la figure 4 se rapporte à une antenne Cassegrain à balayage conique conforme à l'invention utilisée dans un système radar de poursuite. la source primaire 1 est fixe et de même axe que le réflecteur principal 3. Le réflecteur auxiliaire 20 est incliné d'un angle ss et tourne à une vitesse détermanée autour de cet axe au moyen d'un dispositif d'entraînement 4 extérieur. Selon une autre version, on peut utiliser une source primaire 1 défocalisée transversalement, en rotation autour de l'axe de symétrie des réflecteurs ; l'alimentation de la source s'effectue au moyen d'un joint tournant. On a ainsi décrit un dispositif aérien hyperfréquence du type antenne Cassegrain qui permet, en utilisant une (ou plusieurs) source primaire directive à rayonnement longitudinal et à polarisation circulaire, une réalisation simple même avec des dimensions réduites du diamètre b du réflecteur principal. REVENDICATIONS 1. Dispositif aérien hyperfréquence du type "antenne Cassegrain" comportant une source primaire (1) associée à un réflecteur auxiliaire (2) et à un réflecteur principal (3), caractérisé en ce que la source primaire est directive, à rayonnement longitudinal et à polarisation circulaire. 2. Antenne Cassegrain selon I où la source primaire comporte à l'extrémité opposée à celle raccordée au circuit d'alimentation un dispositif du type absorbeur de polarisation croisée. 3. Antenne Cassegrain selon 1 ou 2 où la source primaire (1) est constituée par une antenne hélicoïdale. 4. Antenne Cassegrain selon 2 et 3 où le dispositif absorbeur est constitué par une simple charge résistive. 5. Antenne Cassegrain selon 1 où une extrémité de la source (I) est en contact avec le réflecteur auxiliaire (2). 1. Antenne Cassegrain selon 1 et 3 utilisée dans un système radar de poursuite monopulse ou la source primaire comporte quatre antennes hélicoïdales ayant leurs centres de phase disposés aux sommets d'un carré et raccordés à un dispositif de couplage pour obtenir les informations "somme", "différence site" et "différence gisement".