Brevet FR2073311A1 — publié le 19711001

La présente invention concerne les systèmes radar, et plus particulièrement les systèmes générateurs de programmes d'exploration dans un équipement radar à exploration de fréquence. Dans l'art antérieur il exista déjà plusieurs systèmes et variantes sur 5 le principe général de l'exploration de fréquence. Fondamentalement, un radar à exploration (eu balayage) de fréquence utilise un réseau d'antennes qui présente une caractéristique de diagramme de rayonnement direct!f profilée, dont l'angle de pointage du faisceau varie sur un secteur d'exploration déterminé intéressant quand la fréquence de l'énergie d'excitation hyperfréquence varie. 10 Ces systèmes sont évoqués dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 4^8 035 ; de même, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 039 097 décrit un autre type de système d'antennes répondant à la fréquence pour engendrer une exploration sans inertie. A l'aide de ces deux références, on conçoit que l'utilisation de lignes de transmission à guide -d'onde, de forme sinueuse ou repliée, comme 15 lignes d'alimentation pour les éléments des réseaux sensibles à la fréquence est connue dans ce domaine de la technique comme un moyen allongeant le trajet électrique de la ligne de transmission entre les éléments rayonnants, tout en maintenant un intervalle d'air plus faible entre les éléments rayonnants. Une telle solution constitue une tentative valable pour la réalisation de réseaux 20 d'exploration sensibles à la fréquence, présentant une sensibilité d'exploration déterminée. Dans certains systèmes connus, les angles d'exploration successifs, que l'on souhaite programmer dans un système d'exploration de fréquence, sont engendrés à travers la synthèse d'un programme d'étapes discrètes de fréquence 25 hautement stable dans une forme de boucle ouverte correspondant à chaque angle de pointage de faisceau souhaité., et à chaque angle de pointage d'entrelacement. D'une manière générale, la fonction du synthétiseur de fréquence, dans un tel système, doit être très élaborée, avec un très grand nombre d'oscillateurs commandés individuellement, des circuits mélangeurs, des filtres et des circuits 30 de commutation logiques. Afin d'obtenir une stabilité.adéquate, ces oscillateurs fonctionnent à des fréquences radio relativement faibles. En conséquence, des circuits de multiplication de fréquence, complexes, doivent être inclus. On conçoit que ces systèmes de synthèse de fréquence connus sont élaborés et, en conséquencc, onéreux à construire. La présente invention, propose la 35 formation implicite du programme de fréquence requis, d'une manière qui remédie à la plupart de l'instrumentation élaborée mentionnée ci-dessus. La manière de réaliser ces perfectionnements nouveaux sera indiquée dans la description ultérieure. En vue des inconvénients connus, cités, on peut dire que l'objet général 40 de la présente invention réside dans le développement d'un système relativement 70 36763 2073311 2 slnplc pour engendrwr un prc^ra/raie de- fréquence iv-dic, pour la prograr.r-.itior. de l'exploration d'un radar à exploration de fréquence. En général, le réseau sensible à la fréquence, tel que celui représenté-dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique M° 3 ^38 035» est réalisé pour Zzn 5 sensible à la fréquence, seulement dans un plan. Dans le brevet des Etacs-Uhis d'Amérique N° 3 039 097» la même chose est vraie bien que la formation du faisceau soit effectuée dans le plan orthogonal, au moyen d'un réflecteur tandis que le réseau décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N" 3 035 est essentiellement un réseau bidimensionnel, capable de former vin faisceau étroit, 10 approprié, dans les coordonnées polaires d'azimut et d'élévation. Si l'exploration commandée en fréquence doit être appliquée à l'exploration du secteur d'élévation, par exemple, on peut noter que l'angle du faisceau est placé selon la répartition de phase de la progression d'énergie d'une extrémité du réseau à l'autre. L'alimentation par guide d'onde sinueux (appelé également 15 "serpentin" dans la suite du texte) est, d'une manière générale, une ligne de transmission par guide-d'onde à "trajet étendu" réalisée pour accroître la longueur du trajet électrique dans cette alimentation par guide d'onde, d'élément en élément, tout en maintenant un intervalle externe plus faible entre les éléments rayonnants adjacents, pour des raisons de réalisation de réseau, 20 Dans le système d'antennes de ce type, il est bien connu que le faisceau directif dans un plan est placé selon un angle qui est fonction de la fréquence de l'énergie d'excitation. La présente invention peut être dite fonctionner selon un corollaire du même principe. Un serpentin de guidô d'onde supplémentaire ou auxiliaire est 25 prévu et est excité à partir de la même source de.signaux à fréquence variable que dans le réseau du serpentin d'exploration. Ce serpentin auxiliaire, ou de référence, est réalisé pour avoir un nombre relativement grand de longueurs d'onde dans la longueur électrique totale (comparée à la longueur électrique totale du serpentin du réseau d'exploration principal). Le serpentin de référence, 30 de plus, est réalisé pour changer sa longueur électrique totale de 2 "7f radians pour chaque variation successive souhaitée d'angle de pointage d'antennes. Chacune de ces variations peut, logiquement, être égale à une largeur du faisceau d'exploration, bien que le système ne soit pas limité à cette relation. Il est seulement nécessaire que le serpentin de référence, qui est excité à 35 partir de la source d'énergie mentionnée ci-dessus, modifie sa longueur électrique de 2 Ty radians (cfest-à-dire délivre un signal de sortie à son extrémité non excitée qui est de 2 Tf radians supérieur ou inférieur à celui correspondant à la dernière position de largeur du faisceau). Cette variation de longueur électrique est exprimée en cycles d'énergie d'excitation, à une fréquence 40 nouvelle, le temps de transit de la ligne ne doit pas, naturellement, char.cer. 70 36763 2073311 3 Quel que scit le réseau d'exploration du serpentin principal, le serpentin auxiliaire ou de référence ne comporte pas d'élément actif, mais est réalisé pour avoir la même longueur électrique on fonction d^s caraetéristiques de-température que le serpentin principal ; ainsi placé ians le rriCme environnement 5 de température, l'effet de temperature sur la fréquer.-e, _-r. fonction la relation d'angle d'exploration du réseau d'exploratiers, esc ainsi éliminé >i bien au moins réduit de Tanière substantielle. Si un oscillateur à l'requenoe •. friable, commandé en tension, ssz prévu pour alimenter un serpentin do référence, et im.iiivetc-fficivc. également le réseau du 10 serpentin d'exploration principal, la fréquence de cet oscillateur peut etre programmée par étapes, de telle sorte que chaque étape entendre approximativement la variation de phase de 2 '"'Y racians du signal de sortie du serpentin de référence. De cette manière, un système à zéro de phase -mltiplo est prévu et un circuit à boucle calée en phase peut être introduit cour reconnaître toute 15 erreur et engendrer un signai de correction de fréquence peur modifier chaque étape du signal de commande de fréquence, prévue pour l'oscillateur à fréquence variable, par le programmeur d'étapes. De cette maniera, la correspondance très précise entre l'angle du faisceau et la fréquence d'excitation requise, d'un système d'exploration de fréquence précis, est obtenue. De plus, on peut 20 dire que la fréquence requise pour chaque étape d'exploration a été engendrée implicitement, en comptant sur la longueur électrique totale d'une ligne de transmission, les caractéristiques du guide d'onde (serpentin) équilibrant la ligne de transmission du serpentin du réseau d'exploration principal, comme mentionné précédemment. 25 Un déphaseur commandé en phase, monté en série avec le serpentin de réfé rence, constitue un moyen pour introduire des décalages dans le programme d'exploration de fréquence, tel que cela serait nécessaire pour une exploration à entrelacements. Un tel déphaseur, commandé en phase, peut répondre à des signaux électriques et être capable de varier rapidement (il peut être du type digital JO pour des réglages de déphasage précis). D'autres caractéristiques de l'invention ressertiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin, ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue, de manière synoptique, et à moitié en perspective, 35 du serpentin de référence et clos composants de comparaison de phase. La figure 2 représente, de manière synoptique,- 1*, système de génération de programmes d'exploration de fréquence. La figure 3 est une illustration graphique du signal de sortie de phase du serpentin de référence, en fonction de l'angle d'exploration d'antennes -4-0 (c'est-à-dire de pointage de faisceau). 70 36763 2073311 't En se référant, maintenant, à la figure 1, le guid^ d'onde 2 de référence, en for.Tie de serpentin est représenté en commun!ration thermique v/oc un serpentin principal 1 de réseau «l'exploration. Les'flèches 3 sont destinées à indiquer cette association thermique qui peut, etre effectuée par une connexion ■j mutuelle à une source de chaleur commune, ou qui peut résulter d'un montage dans un carter commun pour enfermer également l'air environnant. Le signal à fréquence variable, introduit en 7, est fractionné par le coupleur di rxjctienne 1 6, et une portion du signal dirigé vers est envoyée sur le conducteur 9 d'un bras d'entrée d'un circuit hybride 8 de couplage de guide 1C d1 ondes appelé également dans la suite du texte "T magique". L'autre bras d'entrée du "T magique" 10 est alimenté par la sortie ou l'extrémité non excitée du serpentin de référence 2, par un conducteur 5^ et comme cela est illustré, à travers le déphaseur caminajndé 17. Comme cela est bien connu, les bras de sortie 11 et 12 du T magique typique 15 8, délivrent des signaux représentant la différence de phase entre 9 et 10- 3es détecteurs 13 et 14 fonctionnent pour enlever la fréquence porteuse de ce signal de sortie en 11 et 12, ce qui entendre des signaux d'erreur bipolaires dans le comparateur d'amplitude 15. Un tel signai bipolaire est dajns un sens si la phase de l'entrée 9 du T magique conduit "vers" 10, et, dans le sens opposé si la 20 condition inverse est réalisée. Ainsi, la r,ortie 16 délivre un signal de consnande de fréquence qui est explicité ensuite dans le cours de la description. En se référant maintenant à la figure 2, les éléments décrits précédemment 2, 6, 8, 15 et 17, y sont représentés. L'oscillateur 21 d'onde de retour est un générateur hyperfréquence approprié, qui répond à la conmande de tension d'étape 25 de sa fréquence. Un signal de commande d'horloge principal est appliqué en 18, un tel signal étant engendré par des techniques connues. Selon certaines conditions du système, il engendre par exemple un signal do déclenchement correspondant à chaque changement d'étape dans la tension de sortie du générateur 19, à tension en forme d'escalier. Un circuit est également facilement inclus dans le 30 générateur 19: pour ramener à son état initial la tension de sortie en escalier du générateur 19 à la fin de chaque exploration d'angle programmée. Un élément pilote du déphasage 20 peut également comporter' des compteurs ou autres circuits logiques, ainsi qu'une amplification de puissance pour la commande du déphaseur 17, selon un programme d'exploration prédéterminé. Ce déphaseur commandé 17 a 35 été réalisé expérimentalement en utilisant des dispositifs hybrides de guide d'ondes et une coranar.de de commutation électronique. Deux des quatre entrées de fonction hybride contiennent deux "courts-circuits" chacune, l'un des courts-circuits étant fixe, l'autre étant commandé électriquement par une diode du type PIN, montée dans le guide d'ondes. La diode du type PIN engendre la consnutation 40 d'énergie hyperfréquence requise, et ce qu'est nécessaire pour une conmande 70 36763 2073311 5 électronique de l'insertion de phase de 17. Divers déphaseurs, commandés électroniquement utilisant ces techniques ou bien d'autres techniques (tels que des ferrites) sent connus et adaptés à la réalisation de la fonction du déphaseur 17. Le circuit hybride 8 en T magique, les détecteurs 1J et 14. et le comparais teur d'amplitude 15, constituent les éléments principaux d'un moyen de comparaison de phase; destiné à réaliser la boucle calée en phase qui peut être dite commencée aux conducteurs 4 et 5 du serpentin de référence et qui comporte le trajet à travers le moyen de comparaison de phase, le signal de correction 16, la commande 21 en hélice de l'oscillateur de guide d'onde de retour, l'oscillateur 22 10 d'onde de retour, le distributeur d'énergie hyperfréquence 2J, et le signal d'entrée de fréquence pour le serpentin 2 sur les conducteurs 7 et 4, par l'intermédiaire du coupleur directionnel 6. L'oscillateur de guide d'onde de retour est soumis à une commande de fréquence selon un diagramme de tension appliqué à son hélice, d'une manière connue. 15 Etant donné que le signal de commande de correction en 16 est du type "vernier", il est mélangé avec le signal de sortie du générateur en escalier 19, dans le dispositif de commande 21 en hélice. Le distributeur d'énergie hyperfréquence qui comporte normalement un diviseur de puissance, engendre également un signal de sortie 24 destiné à. être appliqué à des amplificateurs de puissance et, 20 ultérieurement, au réseau serpentin principal 1, en provenance du conducteur 24. A partir du conducteur 25, le signal de l'oscillateur d'onde de retour peut être appliqué à un circuit hétérodyne pour engendrer un signal oscillateur local de récepteur, correctement asservi à la fréquence de l'oscillateur de retour. En se référant maintenant à la figure 3, on peut noter que les relations 2ç; décrites s'expliquent facilement d'elles-mêmes. On suppose, sur la figure J que l'incrément de fréquence entre les positions de pointage des faisceaux adjacents A 9 est -f (qui est égale à 15 MHz). La sortie du comparateur de phase assure que l'oscillateur de retour est commandé de manière régulière entre des points à phase calée. Bien que ceci peut ne pas être littéralement vrai dans un sys-tème pratique réel, la courbe du signal de sortie du comparateur de phase, représentée sur la figure montre les limites du signal apparaissant en l6. Les variations et les modifications des réalisations illustrées et décrites, se conçoivent et s'expliquent d'elles-mêmes, pour le technicien du domaine, selon des principes connus, -y. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention 70 36763 2073311 6 R D y E N D I C A T I 0_J_ S 1. Système destiné à engendrer un yrcjrarrne de fréquences radio, pou; oerv-mander 1'.angle de pointage de faisceau:: d'un réseau d'antennes radar sensible à la fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte : 5 - un générateur à fréquence radio, réglable en fréquence, destiné à engendrer des fréquences radio, en réponse à un signal variable Ce commande de fréquence ; - une ligne c".e transmission alimentée à une extrémité à partir d'un généraceur de fréquence radio, la ligne de transmission ayant -une longueur électrique constituée par une pluralité de longueurs d'onde, à des fréquences comprises dans 10 le programme de fréquences, de telle sorte que l'énergie à l'autre extrémité de la ligne de transmission traverse un incrément déterminé de variation de pnase, pour chaque variation de fréquence souhaitée dans le programme de fréquences provenant du générateur à fréquence radio ; - des moyens de détection de phase pour comparer en phase l'énergie à l'autre 15 extrémité de la ligne de transmission avec celle du générateur à fréquence radio ; - des moyens répondant a"ix moyens de détection de phase pour engendrer un signal de correction destiné à modifier le signal de commande de fréquence,, afin d'effectuer la commande de boucle à phase calée de l'autre phase d'extrémité 20 provenant de la ligne de transmission. 2. Radar d'exploration de fréquence comportant un réseau d'antennes présentant des éléments rayonnants successifs, alimentés à partir de points successifs correspondants, le long d'une première ligne de transmission par guide d'ondes à trajet étendu, afin d'engendrer un angle de pointage de faisceaux rayonnés en 25 fonction de la fréquence de l'énergie hyperfréquence engendrant l'excitation du reseau, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : - un générateur hyperfréquenee, destiné à engendrer l'énergie hyperfréquence dans la bande de fréquence intéressante, le générateur étant réglable en fréquence, 'en réponse à des signaux variables de commande de fréquence gradues par 30 étapes ; - une seconde ligne de transmission par guide d'endes à "trajet étendu", connectée pour recevoir l'énergie à son entrée en provenance du générateur hyperfréquence, cette seconde ligne de transmission ayant une pluralité de longueurs d'ondes électriques, de telle sorte qu'une variation de fréquence suffisante 35 pour engendre:- vne variation de phase de sortie égale à 2 7]' radians, constitua la même variation de fréquence qui , appliquée à la première ligne de transmission engendre -an incrément déterminé de variation d'angle de pointage de faiso^ ,u:i k pertir du réseau d'antennes ; - des moyens de programmation pour engendrer et appliquer les signaux variables 40 de commande de fréquence au générateur hyperfréquence, afin d'engendrer un O.ia- 70 36763 2073311 gramme déterminé de variations de fréquence successives graduées par étapes d'énergie hyperfréquence, chacune des ét-.pcr. de fréquence correspondant sensiblement L un angl ;• de pointage de faisceau:; discret s - des moyens peur comparer la chas; ."o l'énergie à l'entrée ae la seejr.de l igne de transmission avec celle à la sertie, -uin d '•îii^enûrer un signal de :;-mande de correction en fonction de la différence de p'iase entre l'entrée -t la sortie, et pour appiirv.cr le signal d_- ecixnancL- do corr .-etêon au générateur hyper-frequence afin de modifier la fr..-.raence de ce générateur, pou: tendre à produir-*- une coïncidence de phase entre î ' entrée et ... sortie de la seconde ligne de transmission. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé »;n ce que l'incrément prédéterminé de variation de phase est r- radians. Système selon la revendication 3» caractérisé en ce que la ligne de transmission est une ligne do transmission par guide c 1 endeo à "trajet étend1.; ' 5. Système selon la revendication f;, caractérisé en ce que les première et seconde lignes de transmission par r~iide d'ondes à trajet étendu sont en communication thermique l'une avec l'autre, ce qui élimine substantiellement toute variation de l'angle de pointage du faisceau correspondant à une frequen discrète du générateur hyperfréquence en fonction de la température. Système selon la. revendication 2, caractérisé en ce que les première et seconde lignes de transmission, à trajet étendu, sent consituéos par des guides d'ondes en forme de serpentin, repliés pour former un; longueur électrique étendue par unité de longueur totale. 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - le générateur hyperfréquence est constitué par un oscillateur d'onde de retour, présentant une hélice pouvant fonctionner eemme élément de commande de fréquence ; - les signaux de commande de fréquence comportent une tension en ferme d'escalier, provenant des moyens de programmation , - des moyens sont prévus pour mélanger la tension en escalier et le signal de commande de correction, afin de former un signal de commande composite et pour appliquer le signal composite àï'V.élic? afin de commander la fréqunece de l'es cillateur d'onde de retour. o. Système selon 1« revendication 5; caractérisé en ce que les moyens pou comparer la phase de l'énergie destinée à produire un signal de commande de correction, en fonction de la différence de phase, comportent un circuit hybri de couplage de guide d'ondes en "T magique" ayant a-.;s entrées connectées à cha cune des extrémités d'entrée et de sortie de la seconde ligne de transmission, les sorties du magique" étant détectées séparément et comparées en ar.iplitu de pour engendrer le signal de commande de correction sous une forme bipolaire 70 36763 2073311 8 5. Système ,-elon la revendication 0, caractérisé en ce qu'un déphasé réglable est monté en sér-ie entre la sertie de la seconde ligne de transmi et l'entrée correspondante du "T magique", *fin d'engendrer un dé-sala^e c l'angle do pointago 10, Système selon 1.; revendication caractérisé en ce qui- le déplia est réglable électriquement su:/ un anGlo n'e::ccJant pre 2 1: radions, a la de quoi l'angle de pointage du faisceau peut varier selon une fraction eh d'une largeur de faisceau, en cCiîimandant le déphaseur au couvs de la péri cetnprisrj entre les arrivées successives des variations de fréquence suces-grac-uée-s par étapes de l'énergie hyperî'réqv.cnca.