Brevet FR2453507A1 — publié le 19801031

L'invention concerne les radars de surveillance vclu- métrique, qui servent en particulier à la détection d'intrusion L'élément critique des radars de ce genre est leur antenne, c,ui doit être capable d'une grande sensibilité ainsi que d'une grande sélectivité, en conservant une taille suffisamment faible, et en s'insc--ivant dans des conditions économiques raisonnables. La présente invention vient fournir un circuit d'an- tenne qui répond particulièrement. bien à ces différents impératifs. Elle prévoit aussi des moyens de traitement susceptibles de constituer avec ce circuit d'antenne un radar de surveillance volumétrique perfectionné, et présentant très peu de risques de déclenchement intempestif, tout en pouvant être associé facilement avec différents types de centrale d'alarme electro- nique. Le circuit d'antenne proposé comporte une plaquesubstrat dont une face comporte d'une part une première zone conductrice étroite et allongée, et d'autre part une seconde zone conductrice couvrant pratiquement tout le reste de la face sans toutefois venir toucher la première zone, ainsi que, fixés sur cette face, deux brins conducteurs en forme de L dont les âmes sont reliées respectivement aux deux zones et s'étendent côte à côte, perpendiculairement à celles-ci, pour former une ligne bifilaire, tandis que les branches des L s'étendent alignées en sens opposé pour former un dipôle rayonnant perpendiculaire à la direction principale de la première zone. Avantageusement, il est prévu un court-circuit qui met la première zone en contact avec la seconde zone, à distance choisie des brins conducteurs. Dans un mode de réalisation préférentiel, il est prévu, de l'autre côté de la plaque-substrat, une troisième zone étroite et rectiligne, parallèle à la première et en regard de celle-ci, pour former avec elle couplage capacitif, et cette troisième zone est reliée à une électrode d'un transistor monté sur l'autre côté de la plaque-substrat. En pareil cas, sont également prévues de préférence, de l'autre côté de la plaque-substrat, une quatrième et une cinquième zones, proches de la troisième, mais situées en regard de la seconde zone, et les deux autres électrodes du transistor sont reliées à ces quatrième et cinquième zones. Dans un mode de réalisation particulier, l'électrode reliée à la troisième zone est la base du transistor, et la quatrième zone, reliée à son collecteur, est de superficie plus importante que la cinquième zone, reliée à son émetteur, le montage étant oscillant du fait de la capacité interne baseémetteur du transistor. Selon une autre caractéristique de l'invention, la polarisation du transistor est avantageusement réalisée de la manière suivante : le collecteur du transistor (quatrième zone) est relié à l'un des pôles d'alimentation par une première résistance suivie côté pôle d'alimentation d'une première bobine d'arrêt, cette première bobine d'arrêt alimente par ailleurs un pont diviseur résistif allant vers l'autre pôle d'alimentation, et dont le point milieu est relié par une seconde bobine d'arrêt à la base du transistor (troisième zone), et l'émetteur du transistor (cinquième zone) est relié à cet autre pôle d'alimentation par une résistance ajustable en série sur une troisième bobine d'arrêt. Avantageusement, pour l'élaboration du signal bassefréquence de sortie du circuit d'antenne, le collecteur du transistor (quatrième zone) est en outre relié à la masse à travers un condensateur de faible valeur, agissant en bassefréquence, ainsi qu'à une borne de sortie de basse fréquence à travers une quatrième bobine d'arrêt en série sur un condensateur de capacité plus grande. Selon un autre aspect de l'invention, la polarisation du transistor est choisie dans la zone linéaire de la relation entre la variation de courant continu base-émetteur et une variation apparente de l'impédance d'ambiance vue de l'antenne, à raison d'une intrusion. Dans une réalisation particulière considérée actuellement comme préférentielle, on obtient un radar de surveillance volumétrique en reliant le circuit d'antenne de la manière suivante : la bprne de sortie de basse fréquence est reliée à une chalne de traitement incluant un amplificateur très basse fréquence à gain réglable, un filtre passe-bas et un amplificateur à seuil, suivis d'un étage de mise en forme et d'un étage de comptage analogique, dont la sortie commande une centrale d'alarme. Selon un autre aspect encore de l'invention, l'étage de mise en forme comprend une double constante dé temps, lente sur le front avant, et rapide sur le front arrière, et l'étage de comptage analogique comprend un diviseur capacitif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillee qui va suivre, faite en référence aux dessins, donnés uniquement pour illustrer à titre non limitatif un mode de réalisation préférentiel de l'invention, et sur lesquels - lafigure 1 est une vue de la plaque de circuit imprimé constituant le circuit d'antenne, côté câblage et transistor ; - la figure 2 est une vue de la même plaque de circuit imprimé formant le circuit d'antenne, mais côté antenne ; - la figure 3 est le schéma électrique équivalent du circuit d'antenne tel que définit par les figures 1 et 2 ;; - la figure 4 est un diagramme illustrant mieux le point de polarisation du transistor incorporé au circuit d'antenne - la figure 5 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation préférentiel de radar de surveillance volumétrique selon l'invention ; et - la figure 6 illustre de façon plus détaillée les éléments 14 et 15 de la figure 5. La plaquette illustrée sur les figures 1 et 2 est désignée par la référence générale 100. Côté circuit câblé, elle comporte comme le montre la figure 1 une métallisation périphérique, désignée par la référence 120, et reliée à la masse de l'appareil. Côté circuit d'antenne, elle comporte une métallisation principale 121-, qui couvre pratiquement tout le reste de cette face, sans toutefois venir toucher une première zone métallisée désignée par la référence 122. Comme le montre la figure 2, cette première zone métallisée 122 est de forme étroite et allongée, de préférence rectiligne, et située pratiquement selon un axe de symétrie passant par les milieux de deux côtés de la plaquette, qui est de son côté de forme générale rectangulaire, de préférence. carrée.Sur deux côtés de la plaquette 100, des métallisations 129 réunissent la première zone 121 située côté circuit d'antenne et la zone periphérique de masse 120 située côté circuit. La figure 2 montre également deux brins conducteurs désignés par les références 124 et 125 pour l'un, ainsi que 127 et 128 pour l'autre. Ces deux brins sont en forme générale de L. Les deux âmes des L, 124 et 127, sont reliées respectivement à la première zone 122 et à la seconde zone 121, et s'étendent côte à côte, perpendiculairement à ces zones, pour former une ligne bifilaire. De leur côté, les branches des L, 125 et 128, s'étendent alignées en sens opposé l'une de l'autre, pour former un dipôle rayonnant perpendiculaire à la direction principale de la première zone 122, qui est le plan de la face principale de la plaquette 100. La ligne bifilaire constituée des morceaux 124 et l27 est ajustée pour présenter une longueur voisine d'un quart d'onde à la fréquence d'oscillation du circuit d'antenne, tandis que les brins 125 et 128 définissent un dipôle en demi-onde. La seconde zone métallisée 121 tient lieu de réflecteur à ce dipôle, pour constituer une antenne bbs rerformante.Dans la pratique, cette antenne est logée derrière un radôme en matière diélectrique à faible perte, qui la protège des chocs accidentels, et peut également la masquer à la vue des intrus. Sur la figure 2, on voit encore un brin conducteur 123 formant court-circuit, qui s'étend en travers de la première zone 122, au contact de celle-ci, en venant également toucher de part et d'autre la seconde zone métallisée 121. Ce courtcircuit sert a adapter l'antenne par rapport au transistor que l'on décrira plus loin, et est placé en pratique à une distance réglée pour obtenir l'accord optimal, et voisine du quart d'onde par rapport au transistor. De l'autre côté de la plaquette 100 (figure 1), on distingue tout d'abord une troisième zone conductrice etroite et rectiligne, référencée 109, qui s'entend parallèlement à la première zone 122, et en regard de celle-ci. Les deux zones sont ainsi en couplage capacitif, la longueur de la troisième zone 109 permettant par ailleurs d'ajuster la fréquence d'oscillation du transistor 110, dont l'unie des électrodes, ici la base, est reliée à la troisième zone 109. Pour un bon fonctionnement, les connexions entre le transistor 110 et lés zones ménagées sur la plaque 100 sont rendues aussi courtes que possible. Toujours sur la figure 1, on distingue également une quatrième zone 113, et une cinquième zone 112, proches de la troisième zone 109, mais qui sont situees de leur côté en regard de la seconde zone 121 située sur la face opposée de la plaque. Ces zones 112 et 113 définissent par rapport à la plaque 121 reliée à la masse des capacités qui sont sensiblement proportionnelles à la surface des zones 112 et 113. Ainsi, la quatrième zone 113, reliée au collecteur du transistor 110, est de superficie plus importante que la cinquième zone 112, reliée à l'émetteur du même transistor 110 et le montage du transistor est rendu oscillant par le fait de la capacité interne base-émetteur qu'il présente. Le schéma équivalent de la figure 3 fait mieux apparaître le montage électrique du transistor. Sur ce schéma, les éléments constitués par des composants discrets sont représentés tels quels. Les éléments réalisés par des métallisations sur la plaquette 100 sont illustrés à l'intérieur de rectangles en trait tireté ; également illustrée en trait tireté est la capacité interne base-émetteur du transistor 110. En comparant les figures 1 à 3, on remarque encore que le collecteur du transistor 110, par l'intermédiaire de la quatrième zone, est relié à l'un des pôles d'alimentation, en l'occurence + 9 Volts, par une première résistance 106, suivie côté pôle d t alimentation d'une première bobine d'arrêt 102. Dans la pratique, compte tenu de la fréquence de 2 450 MHz utilisée, les bobines d'arrêt sont simplement constituées d'une longueur de fil de diamètre 1/10 de millimètres. Cette première bobine d'arrêt 102 alimente également un pont diviseur résistif constitué de résistances 104 et 105, cette dernière aboutissant à la masse 120. Le point milieu du pont diviseur est relié à une zone metallisée 107, qui est à son tour reliée par une seconde bobine d'arrêt 108 à la base du transistor, en l'occurence par l'intermédiaire de la troisième zone métallisée 109. Enfin, l'émetteur du transistor 110, par l'intermédiaire de la cinquième zone métallisée 112, est relié à l'autre pôle d'alimentation, c'est-a-dire la masse 120, par l'intermédiaire d'une troisième bobine d'arrêt 119, suivie d'une résistance ajustable 111. L'ensemble qui vient d'être décrit constitue un étage oscillateur à transistor en état de fonctionner ; selon l'invention, la polarisation du transistor est choisie dans la zone linéaire de la relation entre la variation du courant continu base-émetteur et la variation apparente de l'impédance d'ambiance vue de l'antenne, à raison d'une intrusion. On sait en effet que le passage d'un corps plus ou moins réflecteur, et en particulier d'un individu, dans la zone couverte par l'antenne est vu par celle-ci comme une modification de l'impédance de l'ambiance. A cette modification de l'impédance correspond naturellement une réaction dans le circuit. La figure 4 illustre à titre d'exemple une loi de variation entre le courant baseémetteur du transistor et l'impédance apparente de l'ambiance vue de l'antenne.En plaçant le point de polarisation du transistor dans la zone où une variation d'impédance se traduit par une forte variation du courant base-émetteur, on contribue à donner à l'ensemble du circuit d'antenne un très bon fonctionnement. De par sa construction, et indépendamment de cette question de polarisation, le diagramme de rayonnement de l'antenne proposée est défini par un angle de 600 à 3 décibels dans le plante du champ électrique, et par un angle de 1200 à 3 décibels dans le plan H du champ magnétique. On remarquera aussi que l'antenne proposée peut être utilisée soit en polarisation horizontale, soit en polarisation verticale, ce qui offre deux possibilités différentes de couverture radar avec le même appareil. L'utilisation d'une plaquette 100 de forme générale carrée simplifie encore la mise en oeuvre de cette double utilisation, puisqu'il suffit de faire pivoter l'ensemble de la plaquette de 900. Le circuit des figures 1 à 3 comporte encore des éléments de sortie en basse fréquence pour utiliser cette variation de courant base-émetteur en fonction d'impédance apparente a d'un intrus vue de l'antenne. Il est tout d'abord prévu, entre la quatrième zone 113 reliée au collecteur du transistor, et la masse 120,undecoupEge par condensateur 117 de faible valeur, ce condensateur étant actif en basse fréquence seulement. Le collecteur du transistor est également relié à travers une quatrième bobine d'arrêt 116 a un condensateur 115 également actif en basse fréquence, mais de valeur nettement supérieure à celle du précédent, la sortie du condensateur 115 étant reliée à un plot 118 qui constitue la borne de sortie en-basse fréquence du circuit d'antenne. La borne de sortie ainsi obtenue est reliée à une chaîne de traitement qui est illustrée en détail sur la figure 5. Cette figure montre tout d'abord un accumulateur 12 Volts qui alimente les circuits 5 et 14 à 18. Le circuit 5 est une alimentation stabilisée sous 9 Volts qui réalise de son côté l'alimentation du circuit d'antenne 10 que l'on a décrit précédemment, ainsi que des circuits 11 à 13 branchés en série après le circuit d'antenne. Le circuit 11 est un amplificateur très basse fréquence à gain réglable. En pratique, il est réalisé sous forme de deux étages, dont le premier est à gain variable et le second à gain fixe. Le réglage du gain du premier étage amplificateur définit la sensibilité du radar. En réglant sur une forte sensibilité, le demandeur a pu obtenir une couverture radar qui traverse des planchers ne formant pas obstacle aux micro-ondeS, par exemple des planchers en parquet. Cette caractéristique est tout à fait exceptionnelle pour un détecteur radar d'intrusion. Le premier circuit 11 est suivi d'un étage de filtrage passe-bas 12, articulé autour d'un amplificateur opérationnel. En éliminant le bruit de l'étage 11 précédent, ce filtre améliore le rapport signal sur bruit, et contribue par là même à la sensibilité de l'appareil aux faux déclenchements et aux parasites. Cet étage de filtrage 12 est suivi d'un amplificateur 13 à gain très élevé, et à seuil réglable. Cet amplificateur se comporte comme un comparateur à faible bruit relativement au seuil. Les trois premiers étages qui viennent d'être décrits réalisent un prétraitement du signal issu du circuit d'antenne. On décrira maintenant les circuits 14 et 15 qui réalisent le traitement de ce signal, de façon à déterminer les conditions d'alarme. Ces étages 14 et 15 sont illustrés plus en détail sur la figure 6. La sortie du circuit 13 est appliquée à travers une diode 141 à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur différentiel 147 Entre sa sortie et cette même entrée non inverseuse, l'amplificateur possède une résistance 146. Entre sa sortie et son entrée inverseuse, il possède un circuit à double constante de temps constitué d'une part par une liaison directe à travers la résistance 148, d'autre part par une liaison en parallèle sur la première à travers une résistance 149 de même valeur que la résistance 148; mais à laquelle s'ajoute en série une diode 150 dans le sens convenable. Enfin, l'entrée inverseuse de l'amplificateur 147 est reliée à la tension d'alimentation + 12 Volts à travers un condensateur 151. I1 est par ailleurs prévu un montage ayant pour but de compenser les effets de l'impédance d'entrée de l'amplificateur 147, en le faisant fonctionner l'mi-course". Ce montage comprend à partir de la tension d'alimentation + 12 Volts un diviseur résistif 143, 142 allant vers l'entrée non inverseuse. Le point milieu de ce;diviseur résistif est relié d'une part à la masse par une résistance 144, et d'autre part à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 147 par une diode 145. Le circuit à double constante de temps constitué des éléments 148 à 151 fonctionne pour donner une réponse relativement lente à l'étage amplificateur 147 avant la commutation, c'est-à-dire avant qu'il n'ait été excité par la sortie de l'étage précédent 13. Au contraire, après cette commutation, la constante de temps est rapide, puis pour le retour de la sortie de l'amplificateur au niveau zéro. En d'autres termes, la constante de temps fournie par cet étage 14 est lente sur le front avant-des impulsions de sortie de l'étage 13, et rapide sur le front arrière de celle-ci. Les impulsions ainsi obtenues, qui sont illustrées schématiquement sur la figure 6, sont appliquées ensuite à un étage 15 qui réalise un comptage capacitif. Ces impulsions sont transmises à un condensateur 153, suivi d'un condensateur 156 allant vers la masse, les deux condensateurs fonctionnant en diviseur capacitif de rapport 5, compte tenu de leur valeur respective de 0,2 et I microFarad. I1 est prévu en série entre les deux condensateurs une diode 155, qui est passante dans le sens des impulsions appliquées, et au contraire bloquante en sens inverse, c'est-à-dire qu'elle offre une forte impédance à l'égard du condensateur 156. Une autre diode 154 est reliée par sa cathode à l'anode de la précédente, et par son anode à la masse.On voit ainsi que la maille de décharge du condensateur passe en inverse à travers les diodes 154 et 155, qui offrent ensemble une impédance de l'ordre de 5 à 10 mégohms pour la décharge du condensateur 156. Une maille de décharge du condensateur pourrait également être offerte par la base du transistor 157 qui vient ensuite, mais compte tenu du gain de ce transistor qui est de l'ordre de 80, et de sa résistance d'émetteur 158 qui est de 1 mégohm, l'impédance ainsi obtenue est de 80 mégohms, donc nettement supérieure à celle fournie par les diodes. La sortie de l'étage 15 est appliquée à un étage 16 qui comporte en l'espèce un amplificateur à seuil sensible à une tension de l'ordre de 7 Volts. Ainsi, chaque impulsion de 12 Volts issue de l'étage 14 va tendre à appliquer une tension égale à 1/5 de 12 Volts aux bornes du condensateur 156. Cette tension sera en elle-même insuffisante pour déclencher l'amplificateur à seuil de 7 Volts placé en aval. I1 faudra donc plusieurs impulsions consécutives fournies par l'étage 14 pour déclencher l'amplificateur à seuil 16. Compte tenu des valeurs précédemment indiquées, et de la constante de temps de décharge fournie en inverse par les diodes 154 et 155, après application de 5 impulsions consécutives au condensateur 156, celui-ci retournera à son état déchargé en 30 secondes environ.Compte tenu du fait que les circuits placés en aval ont en eux-mêmes une temporisation de 2 minutes au déclenchement d'une alarme, on voit que ce montage de comptage analogique des impulsions permet une très grande sécurité à l'égard des faux déclenchements. Si au contraire les impulsions se succèdent à l'entree de l'étage 15 à une cadence suffisamment rapide pour faire progresser la charge du-condensateur 156, malgré le trajet de décharge fourni par les diodes 154 et 155 prises en inverse, alors cette tension montante doit progressivement faire conduire de plus en plus le transistor 157, pour finir par faire apparaître sur sa résistance émetteur 158- une tension supérieure à 7 Volts qui déclenchera l'étage 16 situé en aval, sous réserve d'une temporisation de deux minutes à la mise en route de l'appareil. L'alarme sera déclenchée par l'ensemble des circuits 16, 17 et 18 formant ]a oente d'alarme 20 sur la figure 5. Ce circuit 16 est donc un circuit en tout ou rien commençant par un amplificateur à seuil de 6 Volts, muni d'une temporisation de plusieurs minutes, deux minutes par exemple comme on l'a précédemment indiqué. Le changement d'état de l'étage 16 est commandé soit par l'étage précédent, 15, lorsqu'il a compté un nombre donné d'impulsions dans un temps défini, soit par un signal issu d'un périphérique quelconque, tel qu'un contact de porte ou de fenêtre ou des organes classiques analogues, après prétraitement de ce signal par le circuit 18 qui réalise la commande par périphérique. Enfin, un étage 17 réalise la commutation des organes d'alarme, en exploitant le changement d'état du circuit 16 précédent par une chalne constituée d'un amplificateur opérationnel, de deux transistors et d'un relais. Par le jeu des contacts repos et travail de ce relais, on peut commander le fonctionnement des systèmes divers, alarme sonore, transmetteur téléphonique, appareil photographique, émetteur radio, etc... Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, et s'étend à toute variante conforme à son esprit, en particulier en ce qui concerne la réalisation de la centrale d'alarme proprement dite 20. Plus généralement, le circuit d'antenne proposé selon l'invention pourra être associé à des chaînes de traitement de signal dif férentes de celles qui ont été décrites plus haut. . REVENDICATIONS 1. Circuit d'antenne, en particulier pour radar de surveillance volumétrique, caractérisé par le fait qu'il comporte une plaque substrat dont une face comporte d'une part une première zone conductrice étroite et allongée, et d'autre part une seconde zone conductrice couvrant pratiquement tout le reste de la face sans toutefois venir toucher la première zone, ainsi que, fixés sur cette face, deux brins conducteurs en forme de L dont les âmes sont reliées respectivement aux deux zones et s'étendent côte à côte, perpendiculairement à celles-ci, pour former une ligne bifilaire, tandis que les branches des L s'étendent alignées en sens opposé pour former un dwk rayonnant perpendiculaire à la direction principale de la première zone. 2. Circuit d'antenne selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu un court-circuit qui met la première zone en contact avec la seconde zone, à distance choisie des brins conducteurs. 3. Circuit d'antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu, de l'autre côté de la plaque-substrat, une troisième zone étroite et rectiligne, parallèle.à la première et en regard de celle-ci, pour former avec elle couplage capacitif, et que cette troisième zone est reliée à une électrode d'un transistor monté sur l'autre côté de la plaque-substrat 4. Circuit d'antenne selon la revendication 3, caractérisé par le fait que sont également prévues, de l'autre côte de la plaque-substrat, une quatrième et une cinquième zones, proches de la troisième, mais situées en regard de la seconde zone, et que les deux autres électrodes du transistor sont reliées à ces quatrième et cinquième zones. 5. Circuit d'antenne selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'électrode reliée à la troisième zone est la base du transistor, et que la quatrième zone, reliée à son collecteur, est de superficie plus importante que la cinquième zone, reliée à son émetteur, le montage étant oscillant du fait de la capacité interne base-émetteur du transistor. 6. Circuit d'antenne selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le collecteur du transistor (quatrième zone) est relié à l'un des pôles d'alimentation par une première résistance suivie côté pôle d'alimentation d'une première bobine d'arrêt, que cette première bobine d'arrêt alimente par ailleurs un pont diviseur résistif allant vers l'autre pôle d'alimentation, et dont le point milieu est relié par une seconde bobine d'arrêt à la base du transistor (troi sième zone), et que l'émetteur du transistor (cinquième zone) est relié à cet autre pôle d'alimentation par une résistance ajustable en série sur une troisième bobine d'arrêt. 7. Circuit d'antenne selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le collecteur du transistor (quatrième zone) est en outre relié à la masse a travers un condensateur de faible valeur, agissant en basse fréquence, ainsi qu'une borne de sortie de basse fréquence à travers une quatrième bobine d'arrêt en série sur un condensateur de capacité plus grande. 8. Circuit d'antenne selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la polarisation du transistor est choisie dans la zone linéaire de la relation entre la variation de courant continu base-émetteur et une variation apparente de I'impédance d'ambiance vue de l'antenne, à raison d'une intrusion 9. Circuit d'antenne selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que la borne de sortie de basse fréquence est reliée à une chaîne de traitement incluant un amplificateur très basse fréquence à gain réglable, un filtre passe-bas et un amplificateur à seuil, suivis d'un étage de mise en forme et d'un étage de comptage analogique, dont la sortie commande une centrale d'alarme. 10. Circuit d'antenne selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'étage de mise en forme comprend une double constante de temps, lente sur le front avant, et rapide sur le front arrière, et que l'étage de comptage analogique comprend un diviseur capacitif.