Brevet FR2117702A1 — publié le 19720728

La présente invention est relative : radars et plus particulièrement à ceux qui seront dénommés ci-ap0rès "radars électronique" expression par laquelle on désigne un radar utili- sant une rangée d'éléments aériens dans lesquels une variation adéquate de direction ("balayage") (généralement, maie pas nécessairement, un balayage supérieur à un arc de gisement) est obtenue électroniquement sans nouvement mécanique de l'aérien par opposition à un balayage réalisé en balançant ou en faisant tourner mécaniquement cet aérien. Les radars, à balayage électronique utilisant un balayage dit en fréquence sont bien connus. Dans une réalisation typique dtun tel radar à balayage de fréquence on utilise un réseau d'éléments rayonnants ceux-ci étant connect's à des prises espacees différemment la long d'une ligne de transmission qui est elle même reliée à l'émotteur, et où le même réseau est utilisé par l'émission et la réception et est en conséquence également relié au récepteur. Lorsque la fréquence varie dans le ligne, l'intervalle des prises exprimé en longueur d2 onde varie également et le dispose tif est tel que la variation de phase conséqutive entre les différents éléments engendre une variation de direction adéquate du "feisceau" du réseau d'aérien, Cependant, en durit de la sinplicité tiléorique du balayage e fréquence, les réalisations pratiques d'un tel procédé n'ont pas eu benucoup de suceès. Il y a un certain nombre de raisons à cela.L'une de ces raisons consiste dans les difficultés "politiques" rencontrées pour l'attribution d'allocations en bende de frèquences suffisamment larges pour obtenir un angle de balayage suffisant car l'angle de balayage obtenu à 12 aide d2 un radar à balayage de fréquence est approximativement proportionnel au pourcentage du glissement de fréquence. Parmi les raisoiis techniques qui sont contre l'adoption, sur une bQïdC échelle, des radars à balayage de fréquence il y a celle qui vo-ut qu'en raison mEme de la nécessité des variations de fréquence, la réalisation d'un radar cohérent est rendue bien plus difficile que dans le cas des radars à fréquence fixe ; par ailleurs le balayage angulaire que l'on peut atteindre est également approximativement proportionnel à la longueur de ligne en-tre les prisas sur esquelles les éléments du réseau sont connectés et, si, dans le but obtenir un arAgle suffisamment grand on réalise une ligne longue, cette solution s'accom- pagne d'une augmontation importante des pertes ainsi que d'une augmentation des temps de propagation le long de la ligne, de telle sorte qutwle distorsion se manifeste pour les impulsions courtes, et par surcroit ces temps de propagation affectont l'instant d'arrivée des impulsions aux éléments ; si en raison des difficultés "politiques" rencontrées pour obtenir une alloca- tien do fréquence suffisante, la variation de fréquence utilisée est faible et que la ligne cst en conséquence longue afin dtobte- nii un angle de balayage suffisamment grand, les performances du radar deviemient extrënement sensibles att- variations de fré ;quence qui sont par exemple le fait des variations de la température ; par ailleurs l'émetteur doit être à large bande, et est en conséquence, à la fois plus coûteux et moins fiable qu'un émetteur à fréquence fixe.De plus pour ce type de radar à balayage de fréquence bien connu tel qu'il vient d'taro rapide tient décrit, la fiabilité globale n'est pas bonne, car une panne dans un seul élément du réseau est suffisante pour affecter sérieusement le fonctionnement ; le radar, avec son unique émetteur de puissance et sa ligne de connections vers les élémets, ne se prote pas à une production sur une grande échelle impliquant les méthodes de fabrication moderne de micro-électro- nique, et ne peut également utiliser les éléments d,e base standardisés qui sont incorporés dans différents radars de différentes puissanoes et de différentes ouvertures de réseau, car, particulièrement dans le cas de grands réseaux, -on rencontre de formidables difficultés pratiques pour disposer de façon satisfaisante les alimentations des différents -éléments, et pour déterminer correctement leurs relations de phase sans en arriver à un équipement très coûteux. La présente invention se propose de permettro la réalisa- tison de radars à balayage électronique présentant les avantages de la simplicité fondamentale des radars à balayage de fréquence connus, tout-en évitant les désavantages considérables de ceux-ci. La présente invention est relative à un radar a balayage élec tronique comprnant une pluralité de sources haute fréquence couplées aux éléments aériens d'un réseau9 et fournissant une haute fréquence commune d'émission; une longueur de ligne de transmission; des moyens pour faire varier simultanément et en gposition les fréquences de commande appliquées aux extrémités opposées de ladite ligne; et des moyens couplés à différents points espacés le long de ladite ligne pour bloquer la phase des différentes sources haute fréquence, de manière à faire varier leurs phases relatives et obtenir un effet de balayage par un faisceau directif produit par ledit réseau. De préférence, le radar comprend une pluralité de sources haute fréquence fournissant toutes la même fréquence d'émission F et étant couplées à un élément différent; un modulateur d'impulsion commun pour moduler en impulsions toutes lesdites sources une paire de lignes de transmissions; des moyens pour appliquer et faire varier la fréquence de commande f à l'une des dites lignes et en son extrémité; des moyens pour appliquer la différence de fréquence F - f à l'autre des-dites lignes et en son autre extrémité; et des moyens comprenant une paire de coupleurs directionnels de faible facteur de couplage pour réaliser le couplage entre les lignes et en des points espacés le long d'elles afin de bloquer la phase des sources haute fréquence par rapport aux phases des dites paires, chaque paire étant couplée aux lignes en des points différents le long d'elles. De préférence, chaque source haute fréquence est bloquée en phase par la sortie d'un premier mélangeur ayant deux entrées alimentées à partir de deux coupleurs d'-paire différente de coupleurs. De préférence, la fréquence variable f varie entre les valeurs comprises entre 1 F et 2 F. 2 3 tes intervalles des paires de coupleurs le long des lignes peuvent être eaux mais ce n'est pas indispensable et en adoptant des intervalles inégaux on peut obtenir une répartition en amplitude selon les prises. Les constantes de propagation des lignes peuvent etre les mimes ou elles peuvent etre différentes. Des moyens peuvent être fournis pour faire varier, par petites quantités, la fréquence ou la phase de la fréquence d'émission F, sous réserve de ne pas dépasser la bande passante de blocage de chacune des sources hautes fréquences. Lorsque le même réseau doit être utilisé pour la réception radar, on prévoit de préférence un récepteur pour chaque élément, et, conjointement avec lui, un deuxième mélangeur inséré de façon à mélanger la sortie dudit premier mélangeur avec les oscillations d'un oscillateur local, et un troisième mélangeur, inséré de façon à mélanger la sortie du second mélangeur avec les signaux de réception en provenance de l'élément, la sortie du troisième mélangeur étant injectée dans le récepteur, l'oscillateur local étant commun à l'ensemble des seconds mélangeurs. De préférence, les sources hautes fréquences sont constituées par des magnétrons, quoique d'autres types de sources hautes fréquences pourraient être utilisées. On appréciera maintenant le fait que quoique le balayage en site soit réalisé par variation de la fréquence de commande f, ceci ne change pas la fréquence d'émission F, mais uniquement les relations de phases entre les différents éléments- de -l'aérien. L'emploi préféré d'un modulateur d'impulsion commun permet la simplicité et par ailleurs, tant que les connexions dudit modulateur d'impulsions vers les différentes sources haute fréquence sont approximativement d'une meme longueur électrique - à l'intérieur dtune égalité absolue de 10% - , il ne se manifestera pas de dégradation importante des impulsions émises, comme cela se produit dans le cas d'un radar à balayage de fréquence comparable connu (ceci en raison des instants différents dtarrivée de l'impulsion aux différents éléments). L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure jointe et de la description s'y rapportant lesquelles n'en fournissent que des modes non limitatifs de réalisation. Dans le dispositif décrit, on utilise un réseau aérien constitué d'un nombre d'éléments espacés adéquat, qui sont identifiés par les lettres de références Â B ,.,.. N. Des ensembles de circuits identiques sont associés de façon similaire à ces éléments. amour simplifier les références de ces unités celles-ci comprennent des références numériques précédées de lettres, les mimes références numériques étant utilisées pour les mêmes unités, et les lettres de référence les précédant identifiant les éléments associés à ces unités. Avec cette méthode de référence, la description relative à une unité ayant une référence numérique précédée d'une lettre sera valable pour une unité ayant la même reférence numérique précédée d'une lettre différente. La figure représente un réseau d'aériens constitué par les éléments A, 3 ..... N, pouvant être de n1 importe quel type connu adéquat comme par exemple des cornets hyperfréquence. Un oscillateur haute fréquence AS est connecté à chaque élément par linter- médiaire d'une cellule (T-R) émission-réception telle-que AI; cet oscillateur est par exemple un magnétron ajustable à la haute fréquence d'émission B. Chacun de ces oscillateurs-est bloqué en phase par et avec la sortie d'un mélangeur tel que A3 qui lui est associé. Le mélangeur A3 mélange deux entrées en provenance de coupleurs différentiels indiqués de façon conventionnelle en A4 et A5, présentant un faible factéur de couplage, et réalisant le couplage avec les conducteurs 1 et 2 de deux lignes de transmis- sion. Les coupleurs de chaque paire sont couplés en des positions identiques le long des longueurs de lignes et les paires sont espacées le long de ces lignes selon des intervalles prédéterminés qui sont comme on le verra par la suite choisis en fonction de principes bien connus. Un modulateur d'impulsion 3 module simultanément en impulsion l'ensemble des magnétrons tels que AI. Les'connexions à partir du modulateur commun 3 vers les oscillateurs tels que AI doivent être au moins approximativement d'égale longueur Une fréquence variable f en provenance d'une source-adé- quate 4 est injectée via un filtre à bande passante 5 à lune des extrémités du conducteur de la ligne 1. Four donner un ordre de grandeur pratique, non limitatif, f peut varier'entre F/2 et 2F/3. La fréquence variable f en provenance de la source 4 est également appliquée, sur l'une de ses entréès,-.-à-un mélangeur 6, lequel reçoit sur sa seconde entrée la fréquence P en provenance de la source 7.La sortie de ce melangeur.passoe~~å travers un filtre passe-bande -8 dont la fréquence de coupure inférieure est égale à F/3 et dont la fréquence de coupure supérieure est égale à F72 et-est ensuite injectée au conducteur de la ligne 2, en son autre extrémité. Des fréquences variables simultanément, égales et en opposition, sont de cette manière, injectées aux deux extrémités des deux lignes. A la réception, les signaux incidents passent à travers les cellules T-R telles que Al pour aller vers un mélangeur tel que A6, lequel dispose comme deuxième entrée de la sortie du mélangeur A7. Cet étage mélange les oscillations locales d'un oscillateur local 9 (lequel est commun à tous les mélangeurs A7, 37 ..... avec les oscillations en provenance de A3. La sortie de A6 est en moyenne fréquence (M.F.) et après amplification dans l'étage amplificateur 19F A8, elle est dirigée vers le récepteur principal commun 10 pour reproduire les signaux d'information cible du radar qui sont alors utilisés de n'importe quelle manière connue. Les différents canaux de réception conduisant à l'entrée du récepteur principal commun 10 à partir des cellules T-R associées Al, Bu nul doivent être autant que possible identiques sur le plan électrique de manière à conserver les relations de phase des signaux et par voie de conséquence la forme do faisceau balayé à la réception. Il n'est pas essentiel. que les paires de coupleurs A4 A5, 34 B)P N4 N5 soient placées à des intervalles réguliers le long des lignes de transmission et des intervalles inégaux peuvent meme être adoptés. En adoptant des intervalles inégaux judicieusement déterminés on peut obtenir une distribution d'amplitude de la pente désirée tout en utilisant des équipements d'émission et de réception identiques associés aux différents éléments du réseau. Le dispositif décrit n'est, bien entendu, pas à meme de fonctionner lorsque le faisceau émis est complètement, ou est au voisinage de la position extrême du balayage - c'est-à-dire lorsqu'il est à 900 (ou près de 900) par rapport au plan du réseau - car, dans cette position f = F/2 et les émetteurs pourraient se bloquer à 2f ou à 2 (F - f) au lieu de f + (F - f). En conséquence, il existe un trou en position extrême ou à son voisinage. Cependant, en réalisant deux lignes de transmission présentant des constantes de propagation différentes, ce trou peut être calé sur l'un des c8tés, et permettre ainsi d'obtenir un balayage utile continu de grande surface ainsi que son symétrique, lequel laisse ledit trou en dehors et d'un seul côté de l'angle utile de balayage. L'invention n'est pas limitée aux radars balayant un seul plan, par exemple le plan gisement. Le balayage dans un deuxième plan, par exenple, le plan site peut autre obtenu de façon identique en appliquant l'invention par n'importe quel moyen connu en soi. L'invention peut également être appliquée dans le cas de deux balayages perpendiculaires l'un par rapport à l'autre en augmentant le nombre des lignes et leurs commandes de fréquence. Ainsi, par exemple, il y aurait trois lignes de transmission et trois ensembles de commande de fréquence fl, f2 et f3 chacune étant utilisée pour une ligne différente suivant le principe ou la fréquence f est utilisée dans le dispositif décrit pour les lignes 1, 2, les valeurs 1 f2 et f3 étant choisies de telles manière que leur somme soit égale à F, Dans un tel dispositif, il y aura lieu de choisir avec soin les valeurs f1 , f2 et f3 afin d'éviter les combinaisons d'harmoniques reproduisant F. R E V E N D I C A oe I O N S 1. Radar à balayage électronique comprenant une pluralité de sources haute fréquence couplées aux éléments aériens d'un réseau, et fournissant une haute fréquence commune d'émission; une longueur de ligne de transmissions des moyens pour faire varier simultanément et en opposition les fréquences de commande appliquées aux extrémités opposées de ladite ligne; et des moyens couplés à différents points espacés le long de ladite ligne pour bloquer la phase des différentes sources haute fréquence, de manière à faire varier leurs phases relatives et obtenir un effet de balayage par un faisceau directif produit par ledit réseau. 2. Radar à balayage électronique comprenant une pluralité de sources haute fréquence fournissant toutes la même fréquence d'émission y et étant couplées à un élément différent; un modulateur d'impulsions commun pour moduler en impulsions toutes lesdites sources; une paire de lignes de transmissions'; des moyens pour appliquer et faire varier la fréquence de commande ç à l'une des dites lignes et en son extrémité; des moyens pour appliquer la différence de fréquence F - f à l'autre des dites lignes et en son autre extrémité; et des moyens comprenant une paire de coupleurs directionnels de fable facteur de couplage pour réaliser le couplage entre les lignes et un des points espacés le long d'elles afin de bloquer la phase des sources haute fréquence par rapport aux phases des dites paires, chaque paire étant couplée aux lignes en des points différentes le long d'elles 3. Radar suivant la revendication 2 dans lequel chaque source haute fréquence est bloquée en phase par la sortie d'un premier mélangeur ayant deux entrées alimentées à partir de deux coupleurs d'une paire différente ,de coupleurs. 4. Radar suivant la revendication 2 ou 3 dans lequel la fréquence variable f varie entre les valeurs comprises entre 1/2 F et 2/3 F. 5 Radar suivant l'@@serble des revendications 2, 3, et 4 dams le quel les intervalles entre les paires de coupleurs le long des lignes sont égau@ 6. Radar suivaift l'ensemble des revendications 2, 3, et 4 dans lequel les intervalles entre les paires de coupleurs le long des lignes sont inégaux et choisis de façon à permettre une distri brution dtamplitude selon une pente prédéterminée. 7. Radar suivant l'ensemble des revendications. 2, 3, 4, 5 et 6 dans lequel les constantes de propagation des lignes sont les marnes. 8. Rader suivant l'ensemble des revendications 2, 3, 4, 5 et 6 dans lequel les constantes de propagation des lignes sont diffé- entes. 9. Radar suivant l'ensemble des revendications 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8 dans lequel des moyens sont prévus pour faire varier par petites quantités la fréquence ou la phase de la fréquence démission B. 10. Radar suivant la revendication 3 dans lequel le même réseau est utilisé pour émission et pour la réception et dans lequel il est prévu un récepteur pour chaque élément et, conjointement avec lui un deuxième mélangeur inséré de façon à mélanger la sortie dudit premier mélangeur avec les oscillations d'un oscil latex local et un troisième mélangeur inséré de façon à mélanger la sortie du second mélangeur avec les signaux de réception en provenance de l'élément, la sortie du troisième mélangeur étant injectée dans le récepteur et dont 1' oscillateur local est commun à ltensemble des seconds mélangeurs. 11. Radar suivant l'ensemble des rovendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 dals lequel las sources haute fréquence sont des magnétrons.