Brevet FR2466878A1 — publié le 19810410

- 1 - 2466878 L'invention concerne une antenne de navigation à effet Doppler avec correction automatique des erreurs terre-mer par la production de deux groupes de lobes inclinés d'une façon un peu différente et composés,à chaque fois., de quatre lobes (variation d'orientation de faisceaux), avec utilisation d'un groupe d'émetteurs plans composés d'émetteurs individuels disposés en rangées parallèles qui sont alimentés du côté de l'extrémité par des lignes d'alimentation disposées trans- versalement par rapport aux rangées et qui sont munies à leurs extrémités de points d'alimentation. Dans le procédé de navigation de Doppler, l'objet aérien dirige vers le sol des rayons de radar, et on mesure la déviation de Doppler des ondes réfléchies. Les dévia- tions de fréquence connues sont uniquement conditionnées par les composantes de vitesse qui renvoient dans la direction du rayon radar. Poui obtenir les composantes de la vitesse pour le mou- vement dans l'espace, il faudrait effectuer au moins trois mesures dans des directions différentes qui ne doivent pas être situées dans un même plan. Dans un procédé avec une mesure continue, ceci signifie qu'il faut au moins trois rayons. Un quatrième rayon est généralement prévu pour les besoins de remplacement. Les procédés connus permettent une pré- cision de mesure relativement élevée pour la navigation au-dessus du sol, tandis qu'au-dessus de l'eau il se produit une erreur qui résulte surtout de la dépendance de l'énergie de réflexion de l'angle d'irradiation sur l'eau. Cette erreur s'explique par le fait que l'énergie de l'écho du sol au-dessus de la terre est à peu près indépendante de l'angle d'irradiation, tandis que l'éner- gie de réflexion change considérablement au-dessus de l'eau - aussi bien avec l'angle d'irradiation qu'avec la nature de la surface (houle). Le spectre de fréquence des signaux d'écho est alors déformé par rapport au spectre de fréquence reçu au-dessus de la terre, ce qui conduit à une déviation erronée du centre de la fréquence mesurée. C'est pourquoi il faut effectuer une cor- rection dans le cas d'un vol au-dessus de l'eau.- Dans la plupart des systèmes connus jusqu'à présent, cette correction est introduite par un commu- tateur appelé terre-mer. Cette méthode ne peut cependant éliminer comme compromis qu'une erreur moyenne au-dessus de l'eau, indé- pendamment de la houle, et signifie en outre une charge supplé- - 2 - 2466878 mentaire pour le pilote. Cette méthode suppose en outre la vue du sol ou la connaissance de la zone survolée. Pour la détermination de la fonction entre l'énergie réfléchie et l'angle d'incidence, qui est diffé- rente pour la terre et la mer, on peut dériver une correction automatique des erreurs terre-mer. Pour cela, il est connu. de rayonner avec une antenne de navigation de Doppler trois ou quatre lobes à inclinaison différente vers le sol et rayonner, en outre,généralement décalés dans le temps,trois ou quatre autres lobes qui, par rapport aux quatre premiers lobes, ont une incli- naison légèrement modifiée (variation d'orientation de faisceaux). La différence d'énergie entre deux-rayons voisins est différente en fonction de la houle, d'o on peut dériver une correction en fonction de la houle. Dans les systèmes connus à ce jour, on a utilisé pour la production des deux groupes de lobes, soit deux antennes séparées côte à côte, soit deux antennes emboîtées. Etant donné quepour les deux antennes réunies, on ne dispose généra- lement que d'une surface déterminée, dans le cas de deux antennes séparées les deux ne mesureraient que la moitié et, par conséquent, la largeur de rayonnement dans un plan serait le double et9par conséquentmoins favorable. Dans le cas d'antennes emboîtées, un émetteur de l'autre antenne est situé entre deux émetteurs de la première antenne, par exemple des guides d'ondes à fente. Il en résulte que les distances des émetteurs d'une antenne sont si élevées qu'il se produit plusieurs lobes principaux. Si, à une entrée d'antenne, il se produit deux lobes principaux, les si- gnaux de ces deux lobes ne se distinguent que par leur fréquence de Doppler différente, qui ne peuvent plus être séparées dans le cas d'avions volant lentement, comme par exemple les hélicop- tères. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients des antennes connues pour la navigation à effet Doppler, avec une antenne du genre indiqué. L'antenne de l'invention est caractérisée en ce que le groupe d'émetteurs présente, aux deux extrémités des rangées parallèles, une paire de lignes d'alimentation dis- posées transversalement aux rangées, les deux lignes de chacune des deux paires de lignes d'alimentation étant formées de telle sorte qu'elles se distinguent très peu dans leur temps de propa- - 3 - 246687-8 gation de phase. Dans le cas de l'alimentation d'une ligne de la paire de lignes d'alimentation, à savoir l'une des deux avec le même temps de propagation de phase, il se produit une inclinaison différente des groupes de lobes par rapport à l'alimentation des deux autres conducteurs d'alimentation dans le sens longitudinal des lignes d'alimentation. Ceci est obtenu avec une seule disposition d'antenne qui se trouve en exploita- tion dans les deux cas,.les deux conducteurs d'alimentation de chaque paire de lignes d'alimentation étant seulement reliés sé- parément à la source d'alimentation ou dans le cas de réception au poste de.-réception. La description se rapporte à un exemple de réalisation à l'aide des dessins-dans lesquels - La figure 1 montre un avion avec les deux groupes de lobes qui peuvent être émis vers le sol La figure 2 montre une disposition générale de l'antenne suivant l'invention, en vue oblique; - La figure 3 montre la position de dessus des huit lobes principaux rayonnés par l'antenne; - Les figures 4a et 4d montrent les pos- sibilités de couplage d'une paire de guides d'ondes d'alimentation sur une fente rayonnante de guide d'onde vue en section trans- versale. La figure 1 montre un-avion 1 vertica- lement au-dessus du point de terrain 2 qui rayonne avec son antenne de navigation de Doppler, le groupe de lobes 3 et une deuxième groupe de lobes 4, les deux groupes de lobes 3 et 4 étant inclinés légèrement différemment par rapport à la perpen- diculaire de l'avion au sol. Normalement, trois mesures seulement sont nécessaires, c'est-à-dire trois rayons dans des directions différentes qui ne doivent pas être situées dans un même plan; cependant, il est avantageux de disposer encore d'un rayon de remplacement. Avec les deux groupes de lobes 3 et 4, on peut fixer la fonction de l'énergie réfléchie de l'angle d'incidence qui est différent pour la terre et pour la mec, de so0.te qu'on peut dériver une correction automatique terre-mer des rapports d'énergie des signaux reçus. L'installation d'antenne de navigation de Doppler représentée dans la figure 2, se compose d'un groupe _4 _2466878 de onze guides d'ondes rectangulaires 5 dans le petit côté desquels est fraisée une pluralité de fentes 6 légèrement incli- nées dans des directions alternées. La distance de fente constante de centre à centre des fentes est un peu supérieure à une demi- longueur d'onde. Si, dans un guide d'ondes 5 à fente de ce genre, il passe une onde progressive-, il se produit un rayonnement légère- ment incliné par rapport au commencement du guide d'ondes. Dans le cas d'une alimentation bilatérale, il se produit donc deux rayons inclinés de façon opposée. La direction de rayonnement et la forme de diagramme dépendent de la fréquence de la dimension du guide d'ondes ainsi que du nombre de la distance de l'inclinaison des fentes, etc.. Lorsque l'inclinaison des fentes augmente, l'énergie couplée augmente également et une inclinaison qui augmente symé- triquement vers le centre du guide d'ondes est avantageuse pour l'amortissement du lobe secondaire. Chacun des onze guides d'ondes avec les rangées de fentes est relié à ses deux exzrêmités avec deux guides d'ondes d'alimentation 7 et 8, ou 9 et 10, et couplé avec ces derniers. Grâce à un dimensionnemént convenable, il se produit également dans les guides d'ondes d'alimentation 7, 8, 9 et 10 des ondes progressives. Les guides d'ondes d'alimentation 7 et 9 présentent le même sens de propagation de phase, il en est de même des guides d'ondes d'alimentation 8 et 10. Les deux guides d'ondes 7 et 8 ou 9 et 10 de chaque paire se distinguent très peu au point de vue de leur temps de propagation. Ce résultat est obtenu soit par des dimensions de sections différentes, soit par l'is---tîio d'un diélectrique. Les points d'alimentation 11, 12, 15 et 16 pour produire un groupe de lobes se trouvent aux extrémités des guides d'ondes d'alimentation 7 et 9, tandis que les points d'ali- mentation 13, 14, 17 et 18 pour le deuxième groupe de lobes incli- nés différemment sont prévus aux extrémités des deux guides d'on- des d'alimentation 8 et 10. Dans-le guide d'ondes d'alimentation, également, une inclinaison de fente acugmentant vers le centreï c'est-àdire un couplage croissant dans le guide d'ondes de rayonnement,est souvent avantageux pour réduire le lobe secondaire. La figure 3 représente la position des huit lobes principaux qui sont rayonnés par l'antenne lorsque cette dernière est alimentée au point d'alimentation indiqué dans la figure 2. Pour le cas de la réception, la même association est - 5 - 2466878 valable. Le point d'impact de la perpendiculaire de l'objet volant sur le sol est désigné par 2. Les deux groupes de lobes sont inclinés différemment dans la direction longitudinale des guides d'ondes d'alimentation. Cette direction coïncide dans l'exemple de réalisation avec le sens du vol. Les figures 4a et 4d représentent diffé- rentes possibilités de couplage d'une paire de guides d'ondes d'alimentation à une fente rayonnante de guide d'ondes qui servent en même temps à l'optimisation du découplage réciproque des deux guides d'ondes d'alimentation d'une paire. Dans la figure 4a, les deux guides d'onde d'alimentation 20 et 21 d'une paire de guides d'ondes d'alimentation sont appliqués à des parois latérales opposées 22 et 23 d'une fente rayonnante de guide d'ondes présen- tant une section rectangulaire 24. Une partie des guides d'ondes 20 et 21 pénètre dans la fente rayonnante de guide d'ondes 24 et y est couplée sur les fentes 25 et 26. Dans la disposition de la figure 4b, la fente rayonnante de guide d'ondes 27 se termine,à son extrémités dans une chambre 28 dans laquelle pénètrent partiellement les deux guides d'ondes 29 et 30 d'une paire de lignes d'alimentation. La figure 4c montre une fente rayonnante de guide d'ondes 31 dont l'extrèmité se termine en fourche, un guide d'ondes 34,35 d'une paire de lignes d'alimentation pénétrant dans chacune des deux branches de fourche 32 et 33. Dans la figure 4d, la paire de guidesd'ondes d'alimentation est remplacée par un seul guide d'ondes 36 avec une section à peu près carrée. Ce guide d'ondes 36 conduit deux ondes Hlo qui sont polarisées perpendiculairement entre elles et indiquées par les flèches 37 et 38. Leurs temps Ce propagation, qui sont déterminés par des mesures dans le plan H, se distinguent suivant le rapport latéral en section du guide d'ondes 36. Le couplage à une rangée d'émetteurs de guides d'ondes 39 s'effectue par l'intermédiaire de deux lignes coaxiales 40 et 41, le conducteur intérieur 42 du conducteur coaxial 40 pénètre& à travers la paroi latérale 43,dans l'intérieur du guide d'ondes 36 et le conducteur intérieur 44,par la paroi latérale 45,éga- lement dans l'intérieur du guide d'ondes 36. De l'autre côté des lignes coaxiales 40 et 41, les conducteurs intérieurs 42 et 44 pénètrent dans l'intérieur de la fente rayonnante de guide d'ondes 39. On peut également utiliser un seul guide - 6 - 2466878 d'ondes d'alimentation avec une section carrée, rectangulaire ou ronde normale, on connectant ou en coupant successivement dans le temps un déphaseur commandé électriquement pour modifier l'inclinaison de lobe. De même, on peut remplacer les rangées de fentes rayonnantes de guides d'ondes par d'autres rangées d'émetteurs, par exemple des émetteurs à conducteur plat ou des émetteurs dipôles. De même, les lignes d'alimentation ne sont pas forcément réalisées comme guides d'ondes, mais on peut éga- lement utiliser, par exemple, des câbles coaxiaux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation cidessus décrit et représenté, a partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela. sortir du cadre de l'invention. -7- R E V E N D I C A T I O N S ) Antenne de navigation à effet Doppler avec correction automatique des erreurs terre-mer par la production de deux groupes de lobes à inclinaison légèrement différente, composés à chaque fois de quatre lobes (variation d'orientation de faisceau), avec utilisation d'un groupe d'émet- teurs plans composé d'émetteurs individuels disposés en rangées parallèles,qui sont alimentés2à leur extrêmité,par des lignes d'alimentation disposées transversalement par rapport aux rangées et munis,à leurs deux extrêmitésde points d'alimentation, antenne caractérisée en ce que le groupe d'émetteurs présente aux deux extrémités des rangées parallèles, une paire de lignes d'ali- mentation disposées transversalement aux rangées, les deux lignes de chacune des deux paires de lignes d'alimentation étant formées de telle sorte qu'elles se distinguent très peu dans leur temps de propagation de phase. ) Antenne de navigation à effet Doppler suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe d'émetteurs se compose de fentes rayonnantes de guides d'ondes, de dipôles, de conducteurs recourbés périodiquement ou de fentes rayonnantes dans des plaques métalliques. 3 ) Antenne de navigation de Doppler suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, pour chaque paire de lignes d'alimentationsont prévus deux guides d'ondes. ) Antenne de navigation de Doppler suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les deux guides d'ondes de chaque paire de lignes d'alimentation présentent des dimensions de sections différentes. 5 ) Antenne de navigation de Doppler sui- vant la revendication 3, caractérisée en ce que les deux guides d'ondes de chaque paire de lignes d'alimentation présentent des propriétés diélectiriques différentes. - ) Antenne de navigation de Dopplet suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les deux guides d'ondes de l'une des deux paires de lignes d'ali- mentation sont disposés sur les parois latérales opposées de la fente rayonnante de guide d'ondes présentant une section rectan- gulaire. 4 IJ 70) Antenne de navigation de Doppler suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que - 8 - 2466878 les fentes rayonnantes de guides d'ondes se terminent à leurs extrémités dans des chambres auxquelles sont couplés les deux guides d'ondes de l'une des deux paires de lignes d'alimentation. 8 ) Antenne de navigation de Doppler suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les fentes rayonnantes de guide d'onde se terminent à leurs extré- mités en forme de fourche, et qu'à chacune des deux branches de fourche est couplé un guide d'ondes de l'une des deux paires de lignes d'alimentation. 9 ) Antenne de navigation de Doppler suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que chaque paire de lignes d'alimentation est formée par un seul guide d'ondes à section rectangulaire qui conduit deux ondes pola- risées perpendiculairement entre elles, de sorte que les temps de propagation des deux trains d'ondes se distinguent d'après le rapport latéral de la section du guide d'ondes d'alimentation. ) Antenne de navigation de Doppler suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le couplage de chaque guide d'ondes d'alimentation avec la fente rayonnante de guide d'ondes est réalisé à l'aide de deux ies..:i.. ies dont le conducteur intérieur pénètre sur l'un des côtés, à travers deux parois latérales du guide d'ondes d'alimentation rectangu- laire,à l'intérieur de ce dernier et sur l'autre côté à travers deux parois latérales opposées dans la fente rayonnante de cuide d'ondes munie d'une section rectangulaire. 11 ) Antenne de navigation de Doppler suivent l'une des revendications 3 à 5, caractérisee eni ce cae chaque paire de lignes d'alimentation est focmée par un seul guide d'ondes à section carrée, rectangulaire ou ronde, dans lequel est introduit un déphaseur qui peut être commandé électri- quement. 12 ) Antenne de navigation de Doppler suivant l'une des revendications 1 et 2, caiacucisée en ce que, comme ligne d'alimentation, sont prévus des câbles coaxial o_ des conducteurs plats.