Brevet FR2524720A2 — publié le 19831007

FR 2524720 A2 19831007 FR 8205787 A 19820402 ANTENNE CASSEGRAIN INVERSEE POUR RADAR A FONCTION MULTIPLE La présente invention qui est une addition au brevet principal n' 79/02768 déposé le 2 février 1979 concerne une antenne Cas- segrain inversé destinée à être utilisée en veille ou en poursuite et pouvant fournir un faisceau élargi soit dans le plan de site visua- lisation au sol soit dans le plan gisement (anticollision) tout en conservant les qualités d'un faisceau primaire fin. L'antenne Cassegrain inversée est connue et a par exemple été décrite dans le brevet américain US 3 771 160 qui concerne une antenne Cassegrain inversée à rotation de polarisation L'antenne décrite dans ce brevet comprend un réflecteur auxiliaire plan constitué par une pluralité de réseaux de fils conducteurs parallèles et par une plaque métallique, la plaque et les réseaux de fils étant parallèles et séparés par un diélectrique Elle fonctionne à au moins deux fréquences mais ne peut pas être utilisée en association avec un radar à fonction multiple, veille ou poursuite. Dans un radar à fonction multiple il est en effet souhaitable que le faisceau émis par l'antenne ait une forme adaptée, à un moment donné, à la fonction pour laquelle il est utilisé Ceci a déjà été réalisé sur des antennes simples, par commutation de sources primaires ou par modification de la forme de l'antenne Mais ce moyen d'adaptation d'une antenne aux différentes fonctions d'un radar ne donne pas de bons résultats dans le cas d'une antenne Cassegrain inversée En effet les performances de l'antenne Cas- segrain sont réduites si l'on multiplie les sources primaires de cette antenne ou si l'on déforme le réflecteur parabolique, ce qui oblige à modifier le dispositif de focalisation du faisceau. Un moyen avantageux pour réaliser une antenne Cassegrain inversée à fonction multiple est de modifier la forme du miroir à rotation de polarisation dont elle est munie, afin d'élargir le faisceau dans une direction déterminée. Le brevet principal a pour objet une antenne Cassegrain inversée à fonction multiple, comportant un miroir à rotation de polarisation constitué de deux ou plusieurs éléments polariseurs- réflecteurs articulés deux à deux autour d'une charnière orthogonale à la direction d'élargissement désirée pour le faisceau. L'articulation entre les deux éléments réflecteurs polariseurs peut être réalisée sous la forme d'une simple charnière collée sur la partie arrière du miroir à rotation de polarisation Mais ce type d'articulation entraîne des discontinuités radioélectriques tant au niveau de la face avant du polariseur qu'au niveau du réflecteur sur la face arrière et une désadaptation radioélectrique au niveau de l'articulation Ces discontinuités détériorent les caractéristiques de l'antenne lorsque les éléments du miroir sont rendus coplanaires. Ces détériorations dues à la discontinuité électrique sont accentuées par les défauts mécaniques inhérents à une charnière de ce type En effet, il subsiste un espacement de quelques millimètres entre les deux parties du miroir en position coplanaire De plus la charnière ne couvre pas toute la largeur du miroir au niveau de la coupure Par conséquent le positionnement de l'élément mobile e 2 n'a pas la même précision sur toute la largeur de la coupure. Ces détériorations électriques et mécaniques entraînent une remontée de lobes secondaires lointains pour certains débattements. L'objet de la présente addition permet de remédier aux incon- vénients ci-dessus mentionnés et de conserver une continuité méca- nique et radioélectrique au niveau de la charnière articulant deux éléments du polariseur réflecteur selon le brevet principal, pendant tout le débattement et quel que soit l'angle d'inclinaison de l'élé- ment mobile. La présente addition a également pour but de rétablir le déphasage de 1800 au niveau de la coupure existant entre deux éléments et de conserver la planéité du polariseur-réflecteur. Selon l'invention, l'antenne Cassegrain inversée à rotation de polarisation pour radar à fonction multiple selon la revendication 1 du brevet principal déposé le 2 février 1979 sous le numéro 79/02768, dont les éléments réflecteurs-polariseurs plans compren- nent chacun une couche réflectrice maintenue parallèle, par l'inter- médiaire d'une couche de matériau diélectrique, à une nappe de fils métalliques parallèles, inclinées à 450 par rapport à la direction de polarisation du rayonnement incident, est caractérisé en ce que la charnière, autour de laquelle deux éléments réflecteurs polariseurs plans sont articulés, est constituée à l'avant par la nappe de fils métalliques qui recouvre de façon continue la totalité des éléments réflecteurs polariseurs plans et adhère à la couche intermédiaire en diélectrique et à l'arrière par une languette métallique qui est parallèle à la surface de ladite nappe, qui est solidaire de la couche réflectrice du premier élément réflecteur-polariseur par des moyens de fixation et qui est en contact électrique par des moyens conducteurs avec le dos de la couche réflectrice du second élément réflecteur-polariseur, mobile par rapport au premier élément. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ci-annexées qui représentent. la figure 1, une antenne Cassegrain inversée à miroir plan polariseur de type classique; la figure 2, un exemple de réalisation d'une antenne Cas- segrain inversée, suivant l'invention décrite dans le brevet prin- cipal; les figures 3 et 4, respectivement une vue de profil et de face du miroir utilisé dans la figure 2; la figure 5, les caractéristiques d'un faisceau large obtenu avec une antenne suivant l'invention; les figures 6 et 7, respectivement les vues de profil et de face d'un mode de réalisation particulier d'un miroir à rotation de polarisation selon l'invention; la figure 8, un détail de réalisation d'un miroir à rotation de polarisation suivant l'invention; et la figure 9, la coupe transversale du miroir à rotation de polarisation selon l'invention. Une antenne Cassegrain inversée de type connu comporte, comme le montre la figure 1, une source primaire S destinée à émettre des ondes électromagnétiques haute fréquence, un réflec- teur primaire parabolique R 1, d'axe xx' de révolution, réfléchissant le rayonnement de la source primaire S et transmettant sélecti- vement le rayonnement ayant une polarisation rectiligne croisée, et un réflecteur auxiliaire R 2 (ou miroir) à rotation de polarisation, de forme plane, l'ensemble constituant un système focalisant La source primaire S a pour rôle, à l'émission, d'illuminer le système focalisant avec une onde électromagnétique à polarisation rectiligne (polarisation horizontale par exemple), rayonnant un diagramme de révolution d'amplitude, de phase et de polarisation bien définies et, à la réception, de recueillir dans les meilleures conditions, l'énergie fournie par l'écho et concentrée par le système focalisant au voisinage de son foyer F, sous forme d'un diagramme de diffraction. En fonctionnement, la source primaire S (figure 1) disposée au foyer F du réflecteur parabolique R 1 émet un rayonnement à polarisation linéaire (horizontale) qui est totalement réfléchi par le réflecteur parabolique R 1, l'angle formé par le rayon incident et le rayon réfléchi étant égal à l'angle du rayon incident et l'axe xx' du réflecteur R 1 Les rayons réfléchis, parallèles à l'axe xx' sont reçus par le réflecteur auxiliaire R 2 (ou miroir), et réfléchis, après une rotation de T /2 de leur plan de polarisation (la polarisation horizontale de l'onde incidente est transformée en polarisation verticale), vers le réflecteur parabolique R 1 laissant passer le rayon- nement ayant un plan de polarisation vertical, le faisceau issu de l'antenne étant alors un faisceau parallèle. Selon le brevet principal, l'antenne Cassegrain inversée com- prend une source primaire S, un réflecteur primaire parabolique R réfléchissant le rayonnement primaire issus de la source S et pouvant transmettre sélectivement le rayonnement ayant une pola- risation rectiligne croisée, cette source S étant sensiblement dispo- sée au foyer F du réflecteur primaire R, un miroir à rotation de polarisation formé d'au moins deux éléments réflecteurs-polariseurs de forme plane, réunis deux à deux par une charnière permettant leur articulation Les charnières sont disposées selon une direction perpendiculaire au plan d'élargissement désiré du faisceau. La réalisation du réflecteur parabolique R est connue en soi. Ce réflecteur R peut être constitué par exemple d'une nappe de fils horizontaux lorsque la polarisation rectiligne de l'onde incidente issue de la source primaire S est horizontale. Les éléments réflecteurs-polariseurs composant le miroir à rotation de polarisation peuvent présenter des inclinaisons relatives variables Le mouvement des éléments autour de leur charnière et leur immobilisation dans une position déterminée sont obtenus, dans l'antenne suivant l'invention, au moyen d'un dispositif de commande destiné à être actionné au cours du fonctionnement du radar. Le dispositif de télécommande 20 est représenté uniquement, à titre d'exemple non limitatif, sur la figure 2 afin de ne pas surcharger les dessins et afin de permettre une meilleure compré- hension de ces derniers. Dans l'exemple non limitatif de la figure 2, le miroir à rotation de polarisation désigné par la référence M 1 se compose de deux éléments réflecteurs polariseurs el, e 2 faisant un angle entre eux et réunis par la charnière C 1 perpendiculaire au plan d'élargissement du faisceau, qui est ici le plan de symétrie de l'antenne confondu avec le plan de la figure Le dispositif de commande 20 est par exemple constitué par un moteur solidaire du miroir M 1 dont l'axe 201 est constitué par une vis sans fin munie d'un curseur 202 entraîné par la vis sans fin 201 en translation J suivant la direction du miroir M 1 dans le plan de la figure 2 Le curseur mobile 202 est muni d'un index 203 mobile selon une direction T perpendi- culaire à la direction de translation ' du curseur et entraîné dans cette direction par un système d'engrenage L'index mobile 203 a une de ses extrémités engagée dans une glissière disposée au dos de la surface réfléchissante de l'élément réflecteur polariseur e 2 La glissière, pour raisons de simplification, n'est pas représentée sur la figure 2 Le moteur 20 est commandé par des signaux de commande au niveau d'une entrée de commande 200 Ainsi à chaque position angulaire de l'arbre moteur correspond une valeur à, représen- tative d'un angle O t Tout autre moyen de commande équivalent de l'élément réflecteur e 2 ne sort pas du cadre de la présente inven- tion. Dans la suite de la description, les diamètres du miroir à rotation de polarisation (lorsque les éléments qui le composent sont coplanaires) qui sont respectivement perpendiculaire et parallèle aux charnières sont désignés par D et D' respectivement. Ce miroir M 1 permet donc de renvoyer sur le réflecteur R parabolique des rayons ayant des angles de réflexion différents suivant l'élément e 1 ou e 2 vers lequel ils tombent On peut donc considérer qu'il existe deux pupilles rayonnantes ayant des distri- butions d'amplitude complexes légèrement différentes qui coopèrent pour former dans l'espace le faisceau désiré. Un calcul simple permet de déterminer la loi de phase dans le cas du miroir M 1 à deux éléments e 1, e 2. En effet, l'articulation C 1 introduit une loi de phase linéaire proportionnelle à l'angle"Xque font entre eux les éléments e 1 et e 2. Si Jyo lest la distance de la charnière c 1 à l'axe xx' de l'antenne (Do/2 Y> + Y (élément el) O = O par convention 2 D 2 etpour:+y O >y> 2 (élémente 2) 5 =(y-y) y sin 2 I - Selon un mode de réalisation non limitatif représenté par les figures 3 et 4, la charnière C 1 articulant les deux éléments e 1 et e 2 constituant le miroir polariseur de la figure 2, est située au tiers du diamètre D et est perpendiculaire au plan vertical de symétrie de l'antenne, représenté par le plan de la figure 3 et contenant le diamètre D L'élément e 2, qui est l'élément le plus petit, est incliné d'un angle r X de 7 par exemple par rapport à l'élément e 1 Un-tel miroir M 1 permet une couverture en site présentant une décrois- sance du gain obéissant sensiblement à une loi en cosécante carrée, telle que le niveau à -17 d B soit atteint à 200 de l'axe au lieu des 5 obtenus avec un faisceau fin conventionnel (figure 5) Les caracté- ristiques du faisceau sont en outre peu sélectives en fréquence. Selon un autre mode de réalisation non limitatif de l'invention, représenté par les figures 6 et 7, le miroir polariseur M 2 est constitué de trois éléments réflecteurs-polariseurs el, e 2, e 3 arti- culés entre eux par deux charnières C 1, C 2 symétriques par rapport à un diamètre de l'antenne perpendiculaire au diamètre D Un tel miroir de la même manière que précédemment, permet d'obtenir un fonctionnement de l'antenne avec un faisceau fin et des voies "monopulse", c'est-à-dire des voies permettant d'obtenir un signal d'écartométrie d'un écho de cible par rapport à l'axe xx' de l'anten- ne, ou un faisceau large et une voie "monopulse" lorsque les éléments réflecteurs-polariseurs el, e 2, e 3 sont respectivement coplanaires ou inclinés symétriquement d'un angle dièdre Q( par rapport au plan de l'élément e 2, et un fonctionnement avec un faisceau élargi asymétrique, tel que 'représenté figure 5 lorsque les éléments réflecteurs-polariseurs sont inclinés asymétriquement. La figure 5 représente suivant le plan vertical de symétrie de l'antenne un diagramme de rayonnement en fonction d'une direction Q par rapport à l'axe xx' Un maximum relatif de rayonnement est obtenu dans la direction 20 ( Il convient de noter que dans le cas de voies "monopulse" dans une antenne suivant l'invention, le faisceau élargi asymétrique étant obtenu sur la voie somme, la voie différence formée selon le plan vertical de symétrie de l'antenne perpendiculaire aux charnières devient également asymétrique et, de ce fait est inutilisable Par contre une voie différence formée selon le plan parallèle aux charnières, la symétrie selon ce plan étant conservée, conserve ses propriétés selon ce plan tout en bénéficiant dans l'autre plan d'un élargissement analogue à celui de la voie somme. Notons encore que les caractéristiques du faisceau émis par l'antenne suivant l'invention sont peu sélectives en fréquence. Notons enfin que les exemples de réalisation de l'antenne suivant l'invention décrits et représentés ne sont pas limitatifs, en particulier en ce qui concerne le nombre d'éléments réflecteurs- polariseurs constituant le miroir à rotation de polarisation. Les éléments réflecteurs-polariseurs (e 1, e 2 des figures 2 à 4 par exemple) peuvent être, de façon connue représentée par là figure 8, constitués d'une plaque P métallique et d'une nappe N de fils parallèles inclinés à 450 par rapport à la direction de la polarisation rectiligne incidente, cette nappe N étant disposée à k)/4 de la plaque P k étant un nombre entier impair et \ la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne En fonctionnement, une onde incidente O 1 à polarisation rectiligne horizontale, peut être consi- dérée comme la superposition de deux ondes composantes équiphase 1 et 01 ", dont les plans de polarisation sont inclinés à 45 par rapport au plan de polarisation de l'onde incidente 01, la première composante O '1 étant parallèle aux fils de la nappe N et la seconde composante O " 1 étant perpendiculaire à ces fils La première composante O'1 est donc réfléchie par les fils alors que la seconde composante O'" 1 traverse la nappe N après avoir parcouru un chemin égal à 2 k As /4, soit un chemin égal à k \ /2 A ce moment, la seconde composante " 2 réfléchie est donc déphasée dei par rapport à la première composante O '2 réfléchie et la combinaison des deux composantes crée alors une onde 02 à polarisation ver- ticale qui pourra traverser le réflecteur parabolique laissant passer les rayonnements à polarisation verticale et réfléchissant les rayon- nements à polarisation horizontale On peut également utiliser des systèmes à lames métalliques parallèles également inclinées à 45 par rapport à la direction de polarisation incidente du rayonnement pour réaliser ces éléments réflecteurs-polariseurs sans sortir du cadre de la présente invention. Le miroir à rotation de polarisation selon l'invention, repré- senté par la figure 9, comprend une peau N suffisamment rigide pour permettre un bon guidage sans être cassante au niveau de l'articu- lation Cette peau se compose N d'un réseau de fils 100 et de * différents préimprégnés de résine et de colle 101 et recouvre toute la surface du miroir constitué dans le cas de la figure 10 de deux éléments réflecteurspolariseurs el considéré comme fixe et e 2 mobile par rapport à el autour de l'articulation C 1. La fente existant entre les deux éléments el et e 2 est recouverte par la peau N et est désignée par la référence 111. L'élément e 2, respectivement el, se compose successivement depuis la face avant recouverte par la peau N vers la face arrière d'une couche 102, respectivement 103, de mousse ou de nid d'abeille par exemple, dont l'adhérence à la peau N est facilitée par la compo- sition de ladite peau L'élément e 2, ou e 1, comprend ensuite une couche mince 104, ou 105, servant de réflecteur et une couche 106, ou 107, de diélectrique La couche réflectrice mince 104, ou 105, peut être par exemple un film métallique ou un réseau de fils ou encore un matériau composite à base de fibres de carbone L'épais- seur de la couche 106,ou 107, de diélectrique est calculée pour compenser la différence entre la constante diélectrique de la couche 102, ou 103, de mousse ou de nid d'abeille et celle de l'air. Une baguette métallique 108 recouvre entièrement la fente 111 Elle est collée sur la couche diélectrique 107 de l'élément fixe e 1 et en contact électrique avec la couche réflectrice 105 par des piliers 110 Elle suit le mouvement de l'élément mobile e 2 en gardant un contact électrique avec la couche réflectrice 104 par des moyens 109. Cette structure permet d'obtenir une continuité électrique au niveau de la face avant puisque le réseau de fil recouvre la surface entière du miroir et par conséquent à la fois les éléments el et e 2 sans coupure D'autre part, elle assure un bon guidage de l'élément mobile. La languette métallique 108 est mobile tout en assurant la continuité électrique sur toute la surface réfléchissante pendant le mouvement de l'élément e 2 Elle est située à une distance de la peau N, telle que le déphasage soit de 1800 dans la fente. On a ainsi décrit une antenne Cassegrain inversée dont le faisceau peut être élargi en fonctionnement dans une direction site ou gisement et qui comprend un miroir à rotation de polarisation présentant une continuité électrique sur la face avant et un dépha- sage de 80 ' sur toute la surface du polariseur. Application aux radars à fonction multiple. il REVENDICATIONS 1 Antenne Cassegrain inversée à rotation de polarisation pour radar à fonction multiple selon la revendication 1 du brevet prin- cipal déposé le 2 février 1979 sous le numéro 79/02768, dont les éléments réflecteurs-polariseurs plans comprennent chacun une cou- che réflectrice maintenue parallèle, par l'intermédiaire d'une couche de matériau diélectrique, à une nappe de fils métalliques parallèles, inclinés à 45 par rapport à la direction de polarisation du rayon- nement incident, caractérisé en ce que la charnière (C 1), autour de laquelle deux éléments réflecteurs-polariseurs plans (e 1, e 2) sont articulés, est constituée à l'avant par la nappe N de fils métalliques qui recouvre de façon continue les deux éléments plans (e 1, e 2) et adhère à la couche intermédiaire diélectrique et à l'arrière par une languette métallique ( 108) qui est parallèle à la surface de ladite nappe (N), qui est solidaire de la couche réflectrice ( 105) du premier élément réflecteur-polariseur (e 1) par des moyens de fixation ( 110) et qui est en contact électrique par des moyens ( 109) avec le dos de la couche réflectrice ( 104) du second élément réflecteur-polariseur (e 2), mobile par rapport au premier élément (e 1). 2 Antenne Cassegrain inversée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la languette métallique ( 108) est séparée de la couche réflectrice ( 105, 104) des premier et deuxième éléments réflecteurs-polariseurs (e 1, e 2) par, une deuxième couche inter- médiaire de matériau diélectrique ( 107, 106) et est collée à ladite deuxième couche diélectrique ( 107) du premier élément (e 1) par rapport auquel le deuxième élément (e 2) pivote. 3 Antenne Cassegrain inversée selon' la revendication 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la deuxième couche intermé- diaire de matériau diélectrique ( 107, 106) de:chaque élément plan (e 1, e 2) est telle quelle compense la différence entre la constante diélectrique de la première couche intermédiaire et celle de l'air et en ce que la languette métallique ( 108) est à une distance de la nappe (N) de fils métalliques telle que le déphasage soit de 180 dans la fente existant entre les deux éléments juxtaposés (el, e 2) sous ladite nappe (N) et assure la continuité électrique entre les couches réflectrices ( 105, 104) des éléments plans (el, e 2) pour constituer une surface réflechissante continue. 4 Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que la couche réflectrice ( 105, 104) des éléments plans (el, e 2) est constituée par un film métallique. 5 Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche réflectrice ( 104, 105) est constituée par un réseau de fils conducteurs. 6 Antenne Cassegrain inversée selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que la couche réflectrice ( 104, 105) est constituée par un matériau composite à base de fibres de carbone.