Brevet FR2440089A1 — publié le 19800523

L'invention a pour objet une antenne radar. On connaît des antennes radar constituées par deux conducteurs à configuration en spirales entremêlées dont l'une résulte de l'autre par une rotation de X autour du point équidistant des extrémités proches des spirales, qui est le centre de phase de l'antenne. Lorsque l'antenne doit fonctionner en antenne d'émission, son alimentation est obtenue en appliquant auxdites extrémités proches des tensions hyperfréquence de même amplitude, mais décalées en phase de x. Pour constituer une telle antenne, qui peut fonctionner aussi bien en réception quten émission, on fait appel jusqu'd présent à des conducteurs dont la configuration est en spirale d'lrchimède, ou en spirale logarithmique, ces spirales ayant un taux d'expansion constant. Une telle antenne est utilisable, essentiellement, en son mode principal ou mode 1 dans un intervalle de longueurs d'onde défini par la distance au centre de phase de I'extrémit8 la plus proche d'une spirale et de l'extrémité la plus éloignée. L'invention a pour objet une antenne constituée par deux conducteurs en spirales suivant la disposition générale définie cidessus, caractérisée en ce que les spirales ont des taux d'expansion différents respectivement d'un côté et de l'autre de la droite passant par les extrémités des spirales proches l'une de l'autre. Une antenne constituée par l'ensemble de deux telles spirales conductrices, au lieu d'avoir un centre de phase fixe comme l'antenne à spirales d'Archimède connue, a un centre de phase qui se déplace sur ladite droite en fonction de la longueur d'onde de l'ner- gie hyperfréquence d'émission et/ou de réception. ladite antenne, à deux spirales, tout en continuant de jouir des qualités propres aux antennes à spirales d'brohimkde connues, jouit en outre de la propriété remarquable de définir, par la position de son centre de phase, la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence d'émission et/ou de réception. Une application particulièrement avantageuse est celle d'un dispositif de réception hypertrSquence comprenant deux telles antennes et prévu pour la détermination de la direction d'un objet éloigné, émetteur d'énergie hyperfréquence ou réfléchissant une énergie hyperfréquence, et cela à partir de la différence de phase des signaux captés respectivement par l'une et l'autre antennes. L'application d'une antenne selon l'invention à un tel dispositif permet un élargissement substantiel de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de conducteurs en spirales faisant partie d'une antenne d'un type connu - la figure 2 est une vue schématique de conducteurs en spirales faisant partie d'une antenne selon l'invention - la figure 3 est un diagramme de construction - la figure 4 est un schéma d'une partie de conducteurs en spirales appartenant à une antenne selon 1* invention - la figure 5 est un diagramme explicatif. La figure 1 rappelle la constitution d'une antenne spiralée connue. Une telle antenne comprend un premier conducteur 11 en forme de spirale d'Archimède, montré en trait plein, et un second conducteur 11', également en forme de spirale d ' Archimède, montré en trait pointillé, les extrémités proches 12 et 12' des deux spirales défi- nissant un axe ou axe des I. Dans le système de coordonnées polaires défini par l'axe des X et une origine 0, équidistante des extrémités 12 et 12', le sens de rotation positif étant le sens de rotation du mouvement des aiguilles d'une montre, l'équation de la spirale Il est # = #0 + a# dans laquelle pest le rayon vecteur d'un point de la spirale, comme le point 14, c'est-à-dire la distance entre le pôle O et ledit point, et b est l'angle polaire ou angle fait par ledit rayon vecteur avec l'axe OX, Po étant la distance entre le point O et l'extrémité 12 et a étant une constante, appelée quelquefois taux d'expansion, auquel correspond, sur la spirale, multiplié par 2x , la distance qui sépare deux intersections successives avec un même rayon vecteur. La spirale 11', constituant le second brin de l'antenne, est obtenue à partir de la spirale 11, constituant le premier brin de l'antenne, par rotation dudit premier brin autour du centre O d'un angle égal à n, rour l'alimentation d'une telle antenne, dans le cas d'un fonctionnement en émission, les extrémités 12 et 12' sont habituel lement reliées aux sorties d'un appareil dit symétriseur qui leur applique des tensions d'égale amplitude mais déphasées de x. Une telle antenne fonctionne, dans un mdme mode, habituellement le mode 1 ou mode principal, dans une bande de longueurs d'onde dont la limite inférieure dépend de la distance par rapport au pôle O des extrémités 12 et 12' et dont la limite supérieure dépend de la distance des autres extrémités 13 et 13' desdits brins. Pour ces longueurs d'onde , le centre de phase de l'antenne est le pôle O, aussi bien à l'émission qu'à la réception. On se réfère maintenant à la figure 2 relative à une antenne selon l'invention. Celle-ci comprend, comme précédemment, deux brins en forme de spirales imbriquées ou entremalées ou logées l'une à l'intérieur de l'autre, à savoir un premier brin 21, montré en trait plein, à extrémité 22 à faible rayon de courbure et à extrémité 23 à grand rayon de courbure, et un second brin 21' à extrémité 22' à faible rayon de courbure et à extrémité 23' à grand rayon de courbure, les extrémités 22, 22', équidistantes du pôle O, définissant l'axe des x et les parties des brins 21, 21' proches des extrémités 22, 22' étant situées de part et d'autre de l'axe des I. Mais, alors que dans l'antenne connue le taux d'expansion de chacune des spirales est constant, dans l'antenne selon l'invention le taux d'expansion des deux spirales a une première valeur pour tous les points des spirales situés d'un côté de l'axe des x et une seconde valeur pour tous les points des spirales situés de l'autre côté de l'axe des I. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, les deux spirales ont, pour leurs points situés au-dessus de l'axe des I, un taux d'expansion plus élevé que pour leurs points situés en dessous de l'axe des I. Les points d'intersection successifs d'une spirale avec l'axe des x d'un côté du point O sont équidistants, et il en est de même pour les points d'intersection de l'autre côté du point O. Ainsi, par exemple, la spirale 21 intersecte l'axe des x en outre du point origine 22, en des points successifs 24, 25, 26, 27, 23 et la distance séparant les points 22 et 25 est égale à la distance séparant les points 25 et 27, les points 22, 25 et 27 étant, sur l'axe des I, situés du même côté du point O. La distance séparant les points 24 et 26 est égale à la distance séparant les points 26 et 23, les points 24, 26 et 23 étant sur l'axe des I situi d'un même côté du point 0, opposé à celui des points 22, 25, 27. Ta distance des points d'intersection situés d'un côté du point O d'une spirale avec l'axe des I, ici 22, 25, 27, est différente de la distance séparant les points d'intersection situés de l'autre côté du point O de la spirale avec l'axe des I, ici 24, 26, 23. L'alimentation des brins 21 et 21', dans le cas d'une antenne rayonnante, est réalisée en reliant les extrémités 22 et 22' aux sorties d'un appareil dit symétriseur de sorte que les tensions appliquées auxdites extrémités sont de mame amplitude, mais décalées en phase de it. La figure 3 est un diagramme en coordonnées rectangulaires sur lequel on a porté en abscisse l'angle polaire et en ordonnée la valeur r du rayon de courbure des différents points d'une des spirales constitutives de l'antenne, par exemple de la spirale 21. Alors que pour une spirale d'Archimède, le rayon de courbure r de la spirale en ses différents points, qui a à l'origine une valeur pO , varie suivant la droite D pour atteindre une valeur égale à -(pO+ 2it a) , a étant le taux d'expansion, pour une variation de 2x de l'angle polaire, l'invention prévoit que le rayon de courbure r de la spirale 21 varie d'abord suivant une faible pente comme montré par la droite E, pour les points de la spirale ayant un angle polaire compris entre O et n , puis varie suivant une forte pente comme montré par la droite F pour les points de la spirale ayant un angle polaire compris entre x et 2x. Les extrémités de la droite E sont, d'une part, le point e d'ordonnée p0 et d'abscisse nulle, et le point f d'abscisse égale à n et d'ordonnée notablement inférieure à (#0 + ita), par exemple égale à (Pg+ #a), tandis que la droite F relie le point f au point h d'ordonnée (p + 2#a)et d'abscisse 2#. Les mêmes variations du rayon de courbure r se reproduisent pour les points de la spirale 21 ayant un angle polaire compris entre 2 et 4s, , 4x et 6 , etc. Pour le brin 21', au contraire, la variation du rayon est forte pour les points de la spirale situés entre O et it, puis faible pour les points situés entre n et 2#, etc. Si l'on adopte, comme c'est le cas pour l'antenne représentée sur la figure 2, les mimes taux d'expansion pour les deux spirales constitutives des deux brins de l'antenne, les points d'intersection à abscisse positive, respectivement négative, de chacune des spirales avec l'axe des X sont équidistants des points dtinter- section à abscisse positive, respectivement négative, de l'autre spirale avec l'axe des I. Ainsi, si la spirale 21' intersecte l'axe des x en des points successifs 22', 24', 25', 26', 27' et 23', le point 24', par exemple, est équidistant des points 22 et 25. Suivant une forme de réalisation (figure 4), la spirale constitutive d'un brin d'antenne est constituée par une succession d'arcs de cercle. ainsi, la spirale 21 constitutive du premier brin de l'antenne comprend une première demi-circonférence 31 dont le centre C1 a une abscisse égale à #a/4 et le rayon est ita "p Po 4 et une seconde demi-circonférence 33 dont le centre C2 a une abscisse égale à ita + a = 54 4 4 et le rayon est 5ita p + ita + a = p t o 0 4 De même, par exemple, le second brin 21' comprend une première partie constituée par une demi-circonférence 31' dont une extrémité est le point 22' et dont l'autre extrémité 32' est distante du point O de (pO+ 2sa) .Le centre C2 de cette demi-circonférence a une abscisse de et son rayon est de p + ita 0 La demi-circonférence 31' se prolonge par une autre demi-circonférence 33' dont une extrémité est confondue avec l'extrémité 32' et dont l'autre extrémité 34' est à une distance du point O égale à p + ita = p + #a 0 2 0 2 et ainsi de suite. Suivant une autre forme de réalisation, non représentée, chaque spirale est constituée par une succession de segments de droite. La demi-circonférence 31' de la figure 4 est alors remplacée par les trois premiers côtés d'un carré, de longueur égale à la distance séparant les points 22' et 32', les autres demi-circonférences étant remplacées de manière similaire. Sur la figure 5, on a représenté, par leurs centres de phase, respectivement 411 et 4t2 deux antennes selon l'invention, constituées chacune par deux spirales à taux d'expansion non uniforme, recevant des énergies hyperfréquence d'un objet situé à l'infini dans une direction J définie par l'angle e entre l'axe X'X passant par les centres de phase 412 et 411 et la direction J. E est le plan équi-phase passant par le point B équidistant des centres de phase 411 412, et perpendiculaire à la direction J. La différence de phase des énergies reçues aux points 411 et 412 412 : hop - est caractéristique de l'angle 0, auquel elle est reliée par la formule : 2 sin e ## dans laquelle d est la distance séparant les points 41j et 412, X est la longueur d'onde de l'énergie hyperfréquence reçue. La différence de phase est ainsi fonction de la longueur d'onde B et de la distance d. L'application d'antennes à spirales selon l'invention, ou spirales excentrées, en faisant varier la position des centres de phase desdites antennes en fonction de la fréquence, et ainsi la distance d des centres de phase de manière à rendre le rapport d approximativement constant, fournit un moyen exceptionnellement avantageux pour aboutir à un appareil de détermination de l'angle 8 plus simple qu'il est possible jusqu'ici, puisqu'il n'est plus nécessaire de tenir compte, dans la détermination de l'angle 8 , de la variation de la valeur de la longueur d'onde. REVEWDIClTIONS 1. Antenne radar à deux brins en spirales logées l'une à l'intérieur de l'autre et réparties de part et d'autre d'une droite reliant leurs extrémités, caractérisée en ce que les spirales ont un taux d'expansion différent d'un côté et de l'autre de ladite droite. 2. Antenne radar selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une spirale est constituée par une succession d'arcs de cercle de rayon progressivement croissant. 3. Antenne radar selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une spirale est constituée par une succession de segments rectilignes. 4. Couple de deux antennes radar selon l'une quelconque des revendications I à 3. 5. appareil pour la détermination par radar de l'orientation d'un objet par rapport à une ligne d'axe sur laquelle sont placées deux antennes, caractérisé en ce que lesdites antennes sont des antennes selon l'une des revendications 1 à 3.