Brevet FR2086168A1 — publié le 19711231

.1 Ta présente invention se rapporte aux systèmes d'antennes à balayage électronique et aux dispositifs d'alimentation assortis, et plus particulièrement aux systèmes d'antennes à balayage spatial et aux dispositifs d'alimentation assortis du type dans lequel 5 au moins un réseau circulaire d'antennes, c'est-à-dire un réseau composé d'éléments d'antennes disposés sur la circonférence d'un cercle est alimenté par un système commandé d'alimentation tel que l'antenne puisse balayer l'espace en azimut sans être déplacée mécaniquement. Une telle exploration dite "balayage électronique" li peut se faire simplement en azimut, ou encore en élévation. L'invention est décrite à l'aide des figures Jointes et de'-la description s'y rapportant lesquelles n'en fournissent que des modes non limitatifs de réalisation. La figure 1 est un schéma de principe d'un système connu d'antennes à balayage électronique et 15 du dispositif d'alimentation assorti, semblable à l'un des modes de réalisation révélés dans :1e. brevet britannique 1.171.626, tandis que la figure 2 est une vue en plan de l'antenne de la figure 1 avec un diagramme de rayonnement. En se rapportant aux figures 1 ec 2, une pluralité d'élé- 2f ments d'antennes en trois jeux a, à an, h à b£ et c, 1 3 1 3 1 à cfi sont disposés à la circonférence d'un cercle, chacun étant 3 dirigé pour rayonner radialement vers l'extérieur. Bien que les jeux d'antennes soient représentés sur la figure 1 pour la commodité du dessin comme s'ils étaient disposés en ligne droite, il 25 est entendu que ce n'est pas le cas en réalité, et que les éléments du jeu ai à aïl sont disposés le long d'un premier arc de cer- 3 cle de 120", les éléments du jeu b-. à b_ le long de l'arc 3 suivant de 120®, et les éléments c à c_ le long du der- 3 nier arc de 120° du cercle. Les indices utilisés se rapportent 71 12750 g 2086168 à la position de l'élément dans son jeu le long de l'arc de cercle. Le nombre total d'.élémerits prévus est normalement uri multiple de six. • Les éléments d'antennes sont disposés pour être alimentés par paires en fonction de la directivité requise. Ainsi par exemple, les élé-5 ments- a^ et a^ pourraient être alimentés ensemble, les éléments a^ et a(j| + 1) seraient alimentés ensemble, et ainsi de suite. Les dispositifs d'alimentation des éléments indiqués sur la figure 1 montrent à gauche le mode d'alimentation par paires de 10 chacun des éléments a^, b-^ et c^ formant une unité, avec l'un quelconque des éléments aS-, b$- et c— formant une 6 6 6 unité. Sur le côté droit de la figure, on voit la disposition pour le cas, général de l'alimentation par paires de l'un quelconque des éléments a^, b^ et c^ formant une unité avec l'un quelcon-15 que des éléments a(i + g-), b(i + gO et c(i + jl) formant une unité, où i est un nombre entier compris entre" 1 et o Les éléments d'antenne sont alimentés à partir d'une source commune CS (qui peut être un émetteur ou un récepteur) en passant par un diviseur binaire B ayant autant de sorties OP qu'il y ait d'é-20 léments dans un jeu, c'est-à-dire Les sorties OP sont appli quées par paires aux deux fenêtres d'entrée d'un coupleur jJdB différent C± dont il y a L'une de chaque paire de sorties OP est branchée sur son coupleur 3dB assorti à travers un déphaseur 0'^ différent dont il y a naturellement encore un pour chaque 25 coupleur Les deux fenêtres de sortie du coupleur C.^ sont branchées en passant par les déphaseurs 0^ et 0(i + ^.) à la borne d'entrée d'ion commutateur S-^ et S(i + respectivement. Le commutateur Si branche le déphaseur 0^ à volonté sur les éléments a^ ^ ou c.^ d'une unité, tandis que le commutateur 71 12750 2086168 3 correspondant S(± + g-) branche le déphaseur 0(i + sur les éléments a(i + £.), b(i + §■) ou c(i + —) d'une unité. 6 6 Pour expliquer le fonctionnement, on suppose qu'un faisceau doive être produit dans la direction radiale a£L. Tous les commuta- 6 5 teurs S. sont actionnés pour sélectionner les éléments "a". Les t déphaseurs 0^ sont ajustés pour produire la division de puissance requise entre les commutateurs S^^ et S(i + pour obtenir la répartition d'illumination requise, tandis que les déphaseurs 0^ et 0(1 + E) sont ajustés pour engendrer des signaux en phase dans un 6 10 plan de référence dans l'espace perpendiculaire à la direction —. 6 Pour de faibles déplacements de faisceau approchant le sens radial a^ on peut ajuster les déphaseurs 0± et 0(i + £). Pour des décalages plus grands, il faut actionner de nouveau les commutateurs Sj^. Si par exemple la direction du faisceau passe du sens radial 15 ajr au sens radial a(2- + i), le commutateur S^ doit être commuté de a-^ en b^, et les déphaseurs doivent être réajustés. La commande des commutateurs et des déphaseurs pour obte nir un balayage de faisceau de 360° est connue et ne sera pas décrite ici dans le détail. Pratiquement, les commutateurs S^ sont 20 normalement commandés par ordinateur. La disposition décrite ci-dessus procure un diagramme de la somme des rayonnements. La présente invention a pour objet des systèmes d'antennes perfectionnés à balayage spatial et des dispositifs d'alimentation as-25 sortis du type indiqué dans lesquel on peut obtenir des diagrammes de rayonnement somme et différence. Suivant la présente invention, un système d'antennes et de dispositifs d'alimentation assortis adapté en vue du balayage électronique spatial comprend un système d'antennes composé d'une pluralité 71 12750 ^ 2086168 d'éléments espacés le long d'un arc de cercle, ces éléments étant divisés en jeux et unités, chaque jeu consistant en une même plu-• ralité d'éléments adjacents également espacés, et chaque unité en une pluralité de différents éléments d'antenne correspondants, au 5 moins un par jeu ; et un système d'alimentation à division de puissance divisé en dispositifs d'alimentation des unités conduisant chacun aux éléments d'antenne de deux unités différentes par des moyens de commutation permettant de sélectionner différentes combinaisons prédéterminées d*éléments d'antennes pour les relier au 10 dispositif d'alimentation des unités afin de déterminer la direction générale du rayonnement. Sur le chemin d'au moins l'une des deux unités alimentées par chaque dispositif d'alimentation d'unités, on a aussi prévu des déphaseurs ajustables pour ajuster cette direction générale de rayonnement. Chaque dispositif d'alimentation 15 d'unité comprend un coupleur JdB à quatre fenêtres, la première des deux fenêtres du coté opposé aux antennes de chacun de ces coupleurs étant reliée à une première dérivation binaire, et la deuxième fenêtre du même côté est reliée par un déphaseur ajustable à une seconde dérivation binaire. En fonctionnement, on obtient des signaux 20 somme du diagramme de rayonnement au moyen de la première dérivation binaire, et des signaux différence du diagramme de rayonnement à l' aide de la deuxième dérivation binaire. L'antenne et son système d'alimentation décrits ci-dessus conviennent pour l'émission. Dans ce cas, les signaux appliqués à la 25 seule voie du premier dispositif de dérivation binaire sont émis suivant un diagramme somme de rayonnement, tandis que les signaux appliqués à la seule voie du deuxième dispositif de dér-jdation binaire sont émis selon un diagramme différence de rayonnement. L'antenne et son syntème d'alimentation décrits ci-dessus convien- BAD ORIGINAL 71 12750 5 2086168 nent tout aussi bien pour la réception ; dans ce cas, des signaux somme du diagramme de rayonnement apparaissent sur la seule voie du premier dispositif de dérivation binaire, et les signaux diffé- ïr- t rence apparaissent sur la seule voie du deuxième dispositif de dé-5 rivation. Chacun des deux déphaseurs ajustables conduisant au deuxième dispositif de dérivation binaire est de préférence un déphaseur à deux bits adapté.pour introduire un retard de phase de 0 ou de 360°. 10 Ce déphaseur procure normalement un retard de phase nul lorsqu1 on sélectionne les éléments correspondants dans les unités, et un retard de phase de 360° en sélectionnant des éléments ne correspondant pas dans les unités. Les éléments correspondants des jeux adjacents sont encore de 15 préférence espacés exactement de 120°. Chaque dispositif d'alimentation d'unité est encore pourvu de préférence entre le dit coupleur 3dB et les deux unités alimentées et en amont du déphaseur permettant l'ajustage de la direction générale du rayonnement d'un élément hybride distribuant des puissances égales aux deux unités. Ce dernier élément hybride est de préféren-20 ce un autre coupleur 3dB. Les figures et b illustrent un exemple de réalisation qui est une modification du système illustré par■les figures 1 et 2 d'un système d'antennes à balayage spatial et de son dispositif d'alimentation suivant l'invention. 25 Sur la figure 3, la disposition des éléments d'antenne a.^ à a^-, b.. à b-? et c à c— par jeux et unités, des commuta-6 1 6 1 6 teurs S.s des déphaseurs 0. 0' et des coupleurs 3dï CL est 1 • 1 - i 1 semblable à celle de la figure 1, et les mêmes références désignent 71 12750 6 2086J68 des éléments semblables. Le dispositif d'alimentation des éléments de la figure 3 montre encore sur le côté gauche la disposition pour alimenter par paires xin quelconque des éléments a^> b^ et c^ avec n'importe le-5 quel des éléments a—, b— et c—, tandis que sur le côté droit de 6 6 6 la figure, on voit le cas général de l'alimentation par paires de 1' un quelqonque des éléments a^, b^ et c^ ; avec n'importe lequel des éléments a(i + , b(i + S.) et c(i + — J. 6 6 6 ; Au lieu du diviseurbinaire B à — sorties de la" figure 1, 3 a - 10 oïi a prévu deux diviseurs binaires B1 et B2 ayant chacun sor-Une sortie o ties-ldu diviseur binaire B1 et une sortie du diviseur binaire B2 sont connectées par paires aux deux fenêtres d'entrée d'un autre coupleur 3dB supplémentaire D dont il y a Entre chaque i 6 sortie du diviseur binaire B2 et la fenêtre d'entrée du coupleur 15 correspondant se trouve un déphaseur à deux bits P^. Ici encore, on aura naturellement — déphaseurs P. a deux bits. Les 6 1 deux sorties"de chaque coupleur supplémentaire sont branchées tout comme les sorties du diviseur binaire B de la figure 1 aux fenêtres d'entrée de l'/un respectivement des coupleurs C^, l'une 20 des deux sorties étant dans chaque cas branchée directement, et l' autre à travers le déphaseur 0^ correspondant. Chaque déphaseur binaire P^ est conçu pour produire un déphasage de 0° ou 180°. Avec la disposition décrite ci-dessus se rapportant à la figure 25 3» chacun des coupleurs 3dB additionnels fouriiit- (en cas de réception) la somme des signaux reçus à travers les commutateurs S. à S(i.+ —) à la fenêtre reliée au diviseur binaire Bl, et 1 6 la différence à la fenêtre reliée au diviseur binaire B2. Pour une direction de faisceau donnée, c'est à dire pour des réglages don- 71 12750 7 2086168 nés des commutateurs et des déphaseurs, les signaux somme seront tous en phase et s'ajouteront dans le diviseur binaire B1 pour fournir un signal somme Z. Les signaux différence W^, tout en étant en phase entre eux, seront en phase ou en opposition de phase avec les 5 signaux somme selon les réglages des commutateurs S^. Pour mieux comprendre ce qui se passe,on suppose que la cible se trouve dans la direction radiale —■ , Les commutateurs S. et les 6 i déphaseurs 0^, 0(i + g) et 0^ sont réglés pour produire un diagramme somme dont le lobe principal est dirigé sur la cible M» Si 10 l'on envoie maintenant un signal sur la cible, l'écho de la cible arrive sur l'antenne pour y produire des signaux dans chacune des a^ éléments» Ces signaux traversent les commutateurs et déphaseurs et se présentent sur les coupleurs C comme signaux en phase, pouvant i être représentés par Pn- et P(i + ~). 1 6 15 L'analyse montre que Z. proportionnel à l* eus » + l(x + —) sin i 0'. l c ■*- 6 2 ] et VL proportionnel à 1^ sin i. 0'.- l{i + â) cos 2. 0 .. i g 6 2 1 On voit donc que 22s facteurs d'amplitude cos — 0r et 1 , 2 i sin — 0^ sont permutés en produisant le signal différence au 20 lieu du signal somme Z L'effet de l'illumination primaire est illustré par la figure 4. Afin de produire le diagramme différence avec un bon rendement, les phases d'excitation des deux moitiés de l'ouverture doivent être en opposition. Cette condition est réalisée par les réglages initiaux 25 d'antenne décrits ci-dessus à condition de se contenter de faibles déplacements du faisceau. En conséquence, pour ce réglage initial, tous les déphaseurs P^ sont réglés pour procurer un déphasage nul. Considérons maintenant un décalage du faisceau dans la direction radiale a(S + x). Le commutateur S. est mis sur l'élément b,, et 6 1 1 71 12750 8 2086168 l'élément ajir se déplace vers le coté gauche de l'ouverture. Le signal différence n'est plus maintenant le signal reçu d'un . élément à gauche moins celui d'un signal reçu d'un élément à droite, mais l'inverse. 5 Afin d'additionner correctement l'élément différence aux autres éléments différence Wi? le déphaseur est ajusté pour produire un calage de phase de 180" de l'élément différence W-^. D'une manière générale, si Si et S(i + —) sont commutée sur le même type d'élément (a, b ou c), alors le déphaseur P^, 10 est ajusté pour un déphasage nul. Dans les autres cas, le déphaseur Pi est réglé pour un déphasage de 180°. 71 1275Û g 2086168 REVENDICATIONS. ■ : 1. Antenne et système d'alimentation assorti conçu pour le balayage électronique d'espace caractérisé par un système d'antennes consistant en une pluralité d'éléments d'antennes espacés le long d'un arc de cercles ces éléments étant divisés en jeux et unités, chaque jeu 5 étant composé du même nombre d'éléments adjacents également espacés, et chaque unité d'un nombre d'éléments d'antennes différents correspondants, au moins un par jeu ; et un système d'alimentation diviseur de puissance divisé en dispositifs d'alimentation d'unités conduisant chacun aux éléments d'antennes de deux unités différentes par des 10 moyens de commutation permettant de sélectionner différentes combinaisons prédéterminées d'éléments d'antennes pour les relier aux dispositifs d'alimentation des unités afin de déterminer la direction générale du rayonnement. On a prévu de plus dans la liaison d' au moins l'une des deux unités alimentées par chaque dispositif d' 15 alimentation d'unités des déphaseurs réglables pour ajuster cette direction générale du rayonnement. Chaque dispositif d'alimentation d'unités comprend un coupleur j5dB à quatre fenêtres dont la première des deux fenêtres du côté opposé aux antennes est reliée à une premièredériVdtti^n binaire, la seconde étant branchée à travers un 20 déphaseur réglable à une seconde dérivation binaire, ce qui permet d'obtenir en fonctionnement des signaux somme du diagramme de rayonnement au moyen de la dite première dérivation binaire, et des signaux différence de diagramme de rayonnement à l'aide de la dite secondedériv-.tion binaire, 25 2. Système d'émission suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les signaux appliqués à la seule voie du premier dispositif de dérivation binaire sont transmis suivant un diagramme somme de rayonnement, tandis que les signaux appliqués à la seule voie 71 12750 2086168 10 de la deuxièr dérivation binaire sont transmis suivant un diagramme différence de rayonnement. 3- Système de réception suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les signaux somme du diagramme de rayonnement 5 apparaissent sur la seule voie de la première dérivation binaire, et les signaux différence sur la seule voie de la deuxième dérivation binaire. -• _ -- .» 4. Système suivant la totalité des revendications.'^ 1 à 3, ca- T. * ractérisé par le fait que tous les déphaseurs réglables ^conduisant 10 à la dite deuxième dérivation binaire sent des déphaseurs à deux bits étudiés pour procurer un retard de phase'nul ou de 360°. 5. Système suivant la totalité des revendications précédentes caractérisé par le fait que ces déphaseurs introduisent un retard de phase nul lorsqu'on sélectionne des éléments correspondants dans les 15 unités 6. Système -suivant la totalité des revendications précédentes caractérisé par l'espacement d'exactement 120° des éléments correspondants de jeux adjacents. 20 7. Système suivant la totalité des revendications précédentes^ caractérisé par le fait que chaque dispositif d'alimentation d'unité comprend entre le dit coupleur JûB et les deux unités qu'il alimente, et éh àmont du dit déphaseur prévu pour ajuster la direction générale dù rayonnement un élément hybride distribuant des puissan-25 ces égales à chacune des deux unités. - #