Brevet FR2538935A1 — publié le 19840706

Barrière hyperfréquence à grande sensibilité. La présente invention se rapporte à une barrière hyperfréquence comportant un ensemble émetteur et un ensemble récepteur séparés par une zone à contrôler, le contrôle consistant dans une mesure des perturbations qu'entraîne la pénétration d'un intrus dans la zone à contrôler. De telles barrières sont connues; qui sont disposées, par exemple, autour d'usines à protéger contre d'éventuels visiteurs indésirables, ou qui sont installées pour contrôler les passages dans un couloir, dans un chemin etc... Les barrières hyperfréquence connues comportent un émetteur associé à une première antenne pour émettre un faisceau plus ou moins étroit en direction d'une seconde antenne associée à un récepteur; les fréquences de travail sont de l'ordre de 10 GHz mais peuvent descéndre à moins d'un gigahertz et monter à plus de 20 GHz; les antennes utilisées sont généralement des antennes cornets, des paraboles ou des antennes à ruban c'est-à-dire réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban (stripline dans la littérature anglo-saxonne).Une intrusion dans la zone protégée est décelée lorsque le signal reçu par la seconde antenne réceptrice subit des modifications; en effet, excepté lorsque le bon fonctionnement de l'émetteur ou du récepteur n'est pas assuré, ces modifications ne peuvent être dues qu'à une ou plusieurs intrusions dans la zone à contrôler. Dans beaucoup d'applications il est utile que la sensibilité de ces barrières soit importante, le matériel à employer est alors coûteux. Par ailleurs les barrières connues réagissent aux précipitations atmospheriques ce qui pose des problèmes d'interprétation des modifications du signal reçu. La présente invention a pour but d'améliorer la sensibilité des barrières hyperfréquence. Ceci est obtenu en utilisant un ensemble émetteur comportant un émetteur et deux antennes couplées à cet émetteur de telle manière qu'en l'absence d'intrus, le signal reçu par l'ensemble récepteur soit nul ou très faible. Selon l'invention une barrière hyperfréquence du type indiqué au début de cette description est caractérisée en ce que, en plus d'un émetteur, l'ensemble émetteur comporte : deux éléments rayonnants disposés de part et d'autre d'un axe XX reliant l'ensemble émetteur à l'ensemble récepteur et un coupleur pour coupler l'émetteur aux deux éléments rayonnants de telle sorte que, en l'absence d'intrus dans la zone à contr3ler, les signaux reçus par l'ensemble récepteur et provenant des deux éléments rayonnants soient sensiblement de même amplitude et en opposition de phase. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - les figures 1 et 2 des vues schématiques d'une barrière hyperfré quence selon l'art connu, - la figure 3 une vue schématique'd'une barrière hyperfréquence selon l'invention, - les figures 4 et 5 des exemples de réalisation d'un- des éléments de la figure 3. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. Les figures 1 et 2 montrent une barrière hyperfréquence selon l'art connu, respectivement en vue de côté et en vue de dessus. Cette barrière comporte un émetteur 1 avec une antenne d'émission 2 et une antenne de réception 4 couplée à un récepteur 5. A cette barrière hyperfréquence sont associées, comme le montre la figure 2, deux grilles G1, G2 disposées parallèlement à l'axe XX qui joint l'émetteur 1 au récepteur 5. Dans l'exemple décrit l'émetteur comporte une diode GUN associée à une cavité et le récepteur une diode SCHOTTKY associée à une autre cavité et la barrière fonctionne en bande X.Toujours dans l'exemple décrit l'émetteur et le récepteur ainsi que les antennes sont situés à environ 1 mètre du sol, T, la distance entre les deux antennes est d'environ 200 mètres, la distance entre les deux grilles est de 6 mètres et la hauteur de ces grilles est de 3 mètres.Le lobe principal, L, du faisceau hyperfréquence émis par l'antenne 2 et reçu par antenne 4, a été représenté sur les figures 1 et 2 Le faisceau L définit un volume donc une zone à l'intérieur de laquelle toute pénétration d'intrus provoque une modification dans le champ reçu par l'antenne 4 et le récepteur 5; ceci se traduit par une modification de la tension détectée dans le récepteur 5, la modification de cette tension détectée constitue après traitement le signal d'alarme fourni par la barrière hyperfréquence. Les figures 3 et 4 montrent comment il est possible, à caractéristiques d'émetteur et de récepteur sensiblement équivalentes, d'améliorer la sensibilité d'une barrière hyperfréquence. La figure 3 correspond, à la différence près des modifications propres à l'invention, au schéma de la figure 2. La figure 3 montre que l'antenne de la figure 2 a été remplacée par deux antennes de même type 2a, 2b alimentées par l'émetteur 1 à travers un coupleur 3; ce coupleur reçoit l'énergie de l'émetteur 1 sur son entrée et la divise en deux parties égales et en opposition de phase pour la fournir aux deux antennes 2a et 2b qui la rayonnent vers l'antenne 4.Les antennes 2a et 2b sont à la même hauteur par rapport au sol et sont disposées de façon symétrique par rapport au plan vertical passant par un axe XX ()C)( étant ici un axe joignant l'antenne réceptrice 4 à un point, non représenté, situé à mi- distance des antennes 2e et 2b > . La ligure 3 montre le volume Li occupé par les lobes principaux des antennes 2a et 2b; 8 ce volume est symétrique par rapport au plan vertical passant par XX. Dans l'exemple décrit la fréquence de travail est de 9,9 GHz, ia distance entre l'ensemble émetteur et l'ensemble récepteur est de 200 m et lr distance entre les antennes 2a et 2b est de 20 cm 9 quant aux antennes 2e, 2b et 4 elles sont réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban et comportent chacune un carré métallique de 15 cm de cBtég déposé sur une face d'une plaque de diélectrique dont l'autre face est entièrement métallisée pour constituer le plan de masse du guide d'ondes à ruban. Les signaux reçus par l'antenne réceptrice 4 et provenant des antennes 2a et 2b étant égaux en amplitude niais de phases opposées, le récepteur 5 de la figure 3 reçoie un signal résultant de niveau moyen nul ou très faible, du moins dans la mesure où aucun intrus pénètre dans la zone contrôlée par la barrière hyperfréquence. Si ce n'est pas le cas, l'intrus en pénétrant à l'intérieur de la zone L' modifiera de façon différente les signaux provenant de l'antenne 2a et de l'antenne 2b; c'est ainsi qu'un intrus qui franchirait la grille G1 puis la grille G2 modifierait d'abord plus fortement le signal provenant de l'antenne 2a puis ensuite après avoir passé l'axe XX le signal provenant de l'antenne 2b.La pénétration d'un intrus dans la zone L' se traduit donc par une augmentation du signal détecté dans le récepteur 5 augmentation qui, dans l'exemple décrit, est traduite visuellement au moyen d'un voltmètre 5a dont la déviation de l'aiguille à droite ou à gauche de la position centrale indique la position de l'intrus par rapport à l'axe XX; dans l'exemple décrit l'augmentation du niveau moyen du signal reçu par le récepteur 5 est également utilisée pour déclencher une alarme lumineuse et une alarme sonore. Des essais comparatifs effectués avec une barrière hyperfréquence selon les figures 1 et - 2 et avec une barrière hyperfréquence selon la figure 3 ont montré que la sensibilité de détection d'un intrus avec une barrière selon l'invention (figure 3) était accrue par-rapport à la sensibilité obtenue avec une barrière classique (figures 1 et 2). La figure 4 montre que les axes principaux de propagation des antennes 2a et 2b peuvent être respectivement inclinées d'un angle +r et -r par rapport à l'axe XX. La figure 4 montre également comment peut être réalisé le coupleur 3 : il s'agit ici d'un coupleur directif à trois 3 dB dont un accès d'une paire d'accès conjugués est reliée à l'émetteur, l'autre accès de cette paire conjuguée étant reliée à la masse par une charge d'équilibrage 3a tandis que les deux autres accès de l'autre paire d'accès conjugués sont respectivement reliés aux antennes 2a et 2b. Le coupleur 3 pour brancher les deux antennes émettrices peut être constitué d'un diviseur à résistances, classique avec, dans l'un de ses accès reliés aux antennes, un circuit déphaseur constitué par un câble coaxial dont la longueur est ajustée pour obtenir le déphasage de 1800 entre les signaux reçus par l'antenne réceptrice. Une meilleure solution, afin d'éviter une perte importante d'énergie dans le coupleur, est d'utiliser un coupleur du type de celui de la figure 5 (connu sous le nom de coupleur de WILKINSON). Dans ce coupleur la sortie de l'émetteur 1, est reliée à la première extrémité de deux inductances LI, L2 d'une valeur de 71 ohms réactifs chacune, constituées par des lignes réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban (stripline dans la littérature anglo-saxonne), de longueur égale à \4 ( A-: : la longueur d'onde correspondant à la fréquence de 9,9 GHz > ; la seconde extrémité de l'inductance L1 est reliée à l'antenne 2a et à lune des extrémités d'une résistance R de 100 ohms; la seconde extrémité de l'inductance L2 est reliée à l'autre extrémité de la résistance R et, par le conducteur intérieur d'un câble coaxial D, à l'antenne 2b.Le câble coaxial constitue l'élément déphaseur de ce montage; c'est un câble d'impédance caractéristique égale à 50 ohms dont le conducteur extérieur est à la masse et dont la longueur est choisie pour déterminer un déphasage de 180 entre les signaux reçus, en l'absence d'intrus, par l'antenne réceptrice de la barrière hyperfréquence et provenant des antennes 2a et 2b. Sur la figure 4 ont également été représentés deux condensateurs C1 et C2 branchés entre la masse et, respectivement, les secondes extrémités des inductances L1 et L2; ces condensateurs sont, en fait, constitues par la capacité répartie que présentent les inductances Ld et L2 par rappqrt au plan de masse du guide d'ondes à ruban. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits et en particulier le coupleur 3 peut comporter des éléments de réglage de l'amplitude des signaux fournis aux antennes 2a et 2b de manière que, si le terrain entre l'émetteur et le récepteur n'est pas plat et sans obstacles, un réglage puisse être effectué et qu'ainsi, en l'absence d'intrus, le signal à l'entrée du récepteur 5 de la figure 3 reste quasiment nul. REVENDICATIONS I. Barrière-hyperfréquence comportant un ensemble émetteur (1, 2a, 2b, 3) et un ensemble récepteur (4, 5, 5a) séparés par une zone à contrôler (L'), 'le contrôle consistant dans une mesure des perturbations qu'entraîne la pénétration d'un intrus dans la zone à contrôler, caractéri sée en ce que, en plus d'un émetteur (1), l'ensemble émetteur comporte : deux éléments rayonnants (2a, 2b) disposés de part et d'autre d'un axe XX reliant l'ensemble émetteur à l'ensemble récepteur et un coupleur (3) pour coupler l'émetteur aux deux éléments rayonnants de telle sorte que, en l'absence d'intrus dans la zone à contrôler, les signaux reçus par l'ensemble récepteur et provenant des deux éléments rayonnants soient sensiblement de même amplitude et en opposition de phase. 2. Barrière hyperfréquence selon la revendication l, caractérisé en ce que le coupleur comporte un coupleur directif à 3 dB dont les accès d'une paire d'accès conjugués sont respectivement couplés à l'émetteur (1) et à une résistance de charge (3a) et dont les accès d'une autre paire d'accès conjugués sont respectivement couplés aux deux éléments rayonnants (2a, 2b). 3. Barrière hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coupleur comporte une première (L1) et une seconde (L2) inductance, une résistance (R) et un élément déphaseur (D), en ce qu'une extrémité de la résistance est couplée directement à l'un des éléments rayonnants (2a) et, à travers la première inductance, à l'émetteur et en ce que l'autre extrémité de la résistance est couplée, à travers un élément déphaseur (D), à l'autre élément rayonnant (2b) et, à travers la seconde inductance, à l'émetteur. 4. Barrière hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe principal de propagation de l'un des éléments rayonnants fait un angle +r avec Paxe X-X et en ce que l'axe principal de propagation de l'autre élément rayonnant fait un angle r avec l'axe XX.