Brevet FR2548836A1 — publié le 19850111

ANTENNE A COUVERTURE QUASI TORIQUE A DEUX REFLECTEURS. La présente invention a pour objet une antenne à couverture quasi torique à deux réflecteurs, pour l'émrnission et/ou la réception d'une onde hyperfréquence. De nombreuses applications radar exigent une antenne susceptible de fournir des faisceaux tournants Il est connu d'obtenir de tels faisceaux tournants l'aide d'antenne, tournantes; celles-ci présentent de nombreux incor vénients bien connus, notamment le 10 manque de souplesse, qui ont conduit à développer des antennes statiques o le mouvement du faisceau est réalisé électroniquement. Différentes réalisations d'antennes statiques sont connues, parmi lesquelles une structure constituée d'un ensemble d'antennes en forme de dalle, disposées selon un tronc de pyramide; la 15 couverture obtenue est demi-sphérique et le fonctionnement en est satisfaisant; son inconvénient est d'avoir toutefois un prix de revient élevé On connaît également une antenne dite antenne dôme, qui est constituée par un réseau d'éléments rayonnants permettant un balayage du faisceau selon un cône d'angle limité, de l'ordre de 20 90 %, recouvert par un dôme hémisphérique, qui comporte des éléments déphasant les rayonnements le traversant, de sorte que l'angle de balayage du faisceau à l'extérieur du dôme soit égal à 180 " Cette structure a notamment pour avantage de diminuer le nombre d'éléments actifs nécessaires par rapport à la solution 25 précédente, mais elle présente un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels la complexité de fabrication du dôme incluant des déphaseurs, le volume de l'antenne résultante et les pertes se produisant par réflexion sur la paroi du dôme. La présente invention a pour objet une antenne statique 30 permettant d'éviter ces inconvénients en utilisant un système à double réflexion, les réflecteurs étant passifs et de révolution, ce qui est relativement simple donc peu onéreux à fabriquer. Plus précisément, l'invention a pour objet une antenne a couverture quasi torique à deux réflecteurs, assurant l'émission et/ou la réception d'une onde hyperfréquence, l'antenne admettant un axe de révolution et comportant un réseau, placé perpendicu5 lairement à cet axe, le premier des deux réflecteurs étant en forme de calotte dont la concavité est tournée vers le réseau, le deuxième des réflecteurs étant en forme d'anneau concave, s'étendant de l'autre côté du réseau par rapport au premier réflecteur, anneau dont le centre est occupé par le réseau et dont la méridienne a sa 10 concavité tournée vers le premier réflecteur. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexes o: la figure 1 représente un mode de réalisation de l'antenne 15 selon l'invention la figure 2 représente un mode de réalisation d'un réseau rayonnant utilisé dans l'antenne selon l'invention; la figure 3 a représente une variante de réalisation de ce réseau, et la figure 3 b, un diagramme de rayonnement s'y 20 rapportant; la figure 4, représente le diagramme de couverture de l'antenne selon l'invention. Sur ces diff érentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Sur la figure 1, on a donc représenté un mode de réalisation de l'antenne selon l'invention Afin de simplifier l'exposé, on décrit le fonctionnement de l'antenne dans le cas de l'émission, étant entendu qu'une telle antenne est adaptée aussi bien à l'émission qu'à la réception. Cette antenne comporte des moyens I pour émettre un rayonnement hyperfréquence, constitués par exemple par un réseau d'éléments rayonnants sensiblement plan et parallèle à un plan XOY, par exemple horizontal, de révolution autour d'un axe OZ normal à XOY Il reçoit l'énergie à émettre de moyens 5, par exemple placés 1 -r>,f G N I&r, ou ^ seal ur un plan 6 supportan l'antenne par exemplne *-_ea: S 3 ensi 4 emgn p"r, èe a X ; e: t:rnsmer ant au reseau * P 4 nerg-e hyp; efrrc Juence ar e,nrs cma-ndes n-cessa:res par des yer S 5 o '_e r- 1 ' 3 e r -te par exemple par une luralit' de su-es nnes p une matrice de circuits de formato dci un ou piusieurs -iseaux reprsent sur ia figure i om;ae paie te i 3 oens 'e rse peuit également utiliser des cp eseu-s oo om ilustre ci-desousu ces divers dispositifs constituan t des m 2 yans ie r;commandde dla Ici dqllu:mination -du réseau 10 e 4 phase e évenuelernet en amrpli 3 ude L'dn err;e r yon-e par le reseaul 1 es réfléchie par un flecteur 2 deu rd oyz Jion autour de i'axe - en forme de caiorte elliptique ou' paraboiique par eernple, dont id oncaqit est tourn 4 e vers le r Seau Les rayonnerm-ents réfléchis par ie réf Iecîeur 2 sont réfléchis une seconde lois par un réflecteur 3 qui est% lui, en forme d'anneau entourant le réseau 1, cet anneau ayanti une méridienne don' la concavité est tournée vers le réflecteur 2; le réfiecteur 3 est également de révo Lution-autour de 'axe OZ; il s'étend de préférence 20 jusqu'au l-an 6 supportant l'antenne. L'an'enne comporte encore un radome: dont la présence n'est pas indispensable à son fonci Gonnement mais qui permet, outre les fonctions classiques d'un radome, de supporter le réflecteur 2 Ce ranome 4 est sensiblement de révolution autour de l'axe OZ comme 25 le réflecteur 2; il petdt être cylindrique ou conique; il s'appuie de préférence d'une part s" r la circonférence 20 du réflecteur 2 et d'autre part sur la circonférence extérieure 30 G du réflecteur 3 o La figure 2 repr'ésente un mode de réalisation du réseau l de la figure 1. ' 5 Sur cette figure, on distingue une plaquette 12 en forme de disque d'axe OZ, comportant des élééments rayonnants 11 et 14 respectivement sur ses deux faces, par exemple du type dipôleo Chacun des clémen Ts 1 1 et 14 sont reliés entre eux par l'ini ermédiaire d'un circuit déphaseur 13 Le réseau 1 ainsi constitué est i; éclairé par un système de sources primaires hyperfréquences 10 d'axe OZ. Ainsi qu'il est connu, le rayonnement émis par le système 10 est capté par les éléments Il; après le déphasage induit par les circuits 13, le rayonnemnent est réémis par les éléments rayonnants 14 Les angles d'émissicn de l'énergie par l'ensemble des éléments rayonnants 14 est déterminé par la valeur des déphasages conférés par chacun des circuits 13 et par les caractéristiques du système 10. La figure 3 a représente une vue partielle d'une variante de 10 réalisation du résea', ( 1) utilisé dans l'antenne selon l'invention, dans lequel les éléments rayonnants t 14 de la figure 2 sont du type unipâle. Sur la figure 3 a, on a donc représenté une fraction de la plaquette 12 vue en coupe dans laquelle sont insérés des éléments 15 rayonnants du type unipôle, repérés 15, qui sont des solides de révolution par exemple comme représenté sur la figure de forme conique, ce qui permet une plus grande iargeur de bande. Afin de diminuer le coupiage entre les unipôles 15, on dispose dans une variante de réalisation des rainures 16 circulairement 20 autour de chaque unipgle 15, ces rainures constituant des pièges pour 1-ndde hyperfréquence; la profondeur des rainures 16 est de l'ordre du quart de la longueur d'onde (X) émise Comme représenté sur les figures, les rainures 16 peuvent être des cercles tangents. Selon une réalisation préférée, les unipÈles 15 sont disposés en 25 quinconces. A titre d'exemple, la hauteur des unipôles est de l'ordre de Xl 4, l'angle au sommet du c 8 re formé par un unipôle peut être de l'ordre de 20 et le diamètre des cercles formés par les rainures, de l'ordre de X/2. Sur la figure 3 b, on a représenté en coordonnées polaires la section méridienne du diagramme de couverture (enveloppe des diagrammes de rayonnement possibles) obtenu avec un réseau 1 constitué d'unipôles tel qu'illustré sur la figure 3 a. Il apparaît que la couverture d'un tel réseau est de forme quasi torique, c'est-à-dire dont la directrice est une courbe fermée non circulaire, avec un zéro selon l'axe OZ et un zéro dans le plan XOY. L'angle d'ouverture maximal est par exemple compris entre 45 et . En se reportant à la figure 1, on voit qu'un tel diagramme est particulièrement adapté à l'antenne selon l'invention, dans laquelle il est souhaitable d'éviter tou' rayonnement dans un angle m pour que ne se produisent pas de réflexions parasites et multiples entre le réseau 1 et le réflecteur 2. La géométrie adoptée pour les réflecteurs 2 et 3 est fonction, a partir des caractéristiques du réseau 1, de la loi de ccuverture en site souhaitée pour l'ensermble de l'antenne, par exemple une loi cosécantée Une telle loi est représentee à titre d'exemple sur la figure 4. Sur cette figure, on a reporté le support 6 de l'antenne, son réseau 1 et ses deux réflecteurs 2 et 3 On a représenté en outre par une courbe 7 la loi de couverture de l'antenne, qui est quasi torique et limitée sensiblement, d'une part, par un plan parallèle à XOY et, d'autre part, par un cône d'axe OZ et d'angle au sommet y Il 20 apparaît que la couverture de l'antenne selon l'invention n'est pas hémisphérique; toutefois, cet inconvénient est considéré comme négligeable, du fait que les seules cibles qui ne peuvent être atteintes par une telle antenne sont celles qui sont voisines de OZ, c'est-à-dire généralement du zénith, c'est-à-dire encore des cibles 25 proches. Deux méthodes de calcul de réflecteurs sont possibles La première méthode consiste à considérer le diagramme de chaque source en présence de réflecteurs, d'écrire les expressions reliant les densités énergétiques au niveau du réseau 1, du premier puis du 30 deuxième réflecteurs, puis en intégrant les expressions obtenues. Une autre méthode consiste à décomposer les illuminations du réseau et par suite les diagrammes résultants, en l'absence et en présence des réflecteurs, sur une base de fonctions orthogonales à symétrie circulaire Le calcul montre qu'il existe une multiplicité de solutions possibles pour les équations des méridiennes des réflecteurs 2 et 3, le diagramme de couverture souhaité de l'antenne étant préalablement fixé; un diagramme de rayonnement particulier est alors obtenu par le choix de la loi de pondération du réseau en phase et éventuellement en amplitude; cela constitue bien entendu un avantage Le choix définitif du couple de méridiennes se fait de préférence en utilisant la technique dite de conformation connue dans les systèmes de type Cassegrain et qui consiste, après avoir calculé les deux réflecteurs, à modifier par approximations succes10 sives la méridienne de l'un d'eux pour se rapprocher du diagramme de rayonnement recherché, puis modifier corrélativement le second réflecteur. En se reportant à la figure 1, l'élément 4 peut être un radome continu ou un simple support, continu ou non, métallique ou diélec15 trique du réflecteur 2; il peut en outre porter un filtre de polarisation, formé de fils conducteurs parallèles à la direction de polarisation à éliminer; il peut également porter un polariseur permettant de rayonner par exemple une onde à polarisation circulaire: dans ce cas, il porte des fils conducteurs orientés à 45 par rapport à la 20 polarisation incidente Il peut encore constituer un écran mobile: il porte alors par exemple des fils conducteurs parallèles entre eux, par exemple parallèles à la direction OZ, portant en série chacun des diodes rendues conductrices à volonté; dans cet exemple, il est possible de réaliser un écran mobile: la partie écran est alors 25 constituée d'un ensemble de fils dont les diodes sont conductrices, réfléchissant ainsi l'énergie dont la polarisation est parallèle à eux. On a décrit ci-dessus une antenne utilisant des focalisateurs passifs, qui permettent de moduler le gain du réseau et par là-même de limiter le nombre d'éléments actifs nécessaires, pour un gain 30 donné, par rapport aux antennes à rayonnement direct De plus, cette antenne utilise le phénomème de réflexion, évitant ainsi les pertes aux interfaces rencontrées dans les systèmes à transmission; en outre, elle utilise deux réflecteurs, ce qui d'une part confère une plus grande souplesse dans le choix et la mise au point des rfleçteurs e d Jautr e o Par Mit Pencomrbrement de l'antenneo Par ail urs, les réflerteurs S et de révolut ion, ce qui est de fbrication rceiatie S iple e peu oereuse Enfin, cette anennae est Idapt e ac: ,neren de toute polarisation polarisation c:ns; t'an e-is 'ou' le diagramme e parallèle à OZ si le,.,, sau est rsau est contr,'ue -i -s: da-ns le plan si le rseau es o u,e 1 d p-d alb-lks a XO'7,f e circulaire si le resea es constit par example:héices ou de toute autre source de potarisio c F'r,;=. L'a':enne d ecrte ei *essu S:_st dornc susceptibie d ''rettre at de recevoir un faisceau diect' f balayant ecroniuemnt a zone de couverture de iantenne Elle est également susceptible de fonctionner en régeima Dan e es a d'une antenne multifaisceau utilisée uniquemrent a enmission; les moyens I 1 peuvent 15 être quelconques et par exemple constitués par une source cmnidirectionrelle, a la réserva près faite ci-dessus sur l'angle a ni {figure 1) Lorsque 'an';:nie multifaisceau es uilisée en réception. les moyens 1 doiven L re constitués par un résea: associes a une mavri-e de formation de faisceau ( anlo-ique ou numérique) 20 connectée à un ensemble de récepteurs ainsi qu'il est connu, lorsque la matrice de foraton de fasceau est numérique, elle doit etre placée en amont des récepteurs Sur le schéma de la figure 1, la matrice de fonction de faisceau comme les récepteurs sont inclus dans les moyens 5. La description faite ci-dessus l'a été à titre d'exemple non limitatif; c'est ainsi par exemple que l Oa::e OZ peut être vertical, mais que ce n'est nullement nécessaire C'est ainsi également que le r:seau 1 a été décrit plan, mais qu'il peut être légèrement concave, sa concavité étant tournée vers le reflecteur 2, afin de faciliter la 30 focalisation de l'énergie qu'il rayonne sur ce réflecteur Enfin, utiiisation du réseau d'unip 18 ies tel que décrit figure 3 n'est pas limi- ée a une antenne melle que décrite figure 1, mais s'étend à tout type d'antenne utilisant un reseau. REVENDICATIONS i Antenne à couverture quasi torique, assurant l'émission et/ou la réception d'une onde hyperfréquence, caractérisée par ie fait qu'elle admet sensiblement un axe de révolution (OZ) et qu'elle comporte un réseau (i), placé perpendiculairerment à cet axe; un 5 premier réflecteur ( 2), en forme de calotte dont la concavité est tournée vers le réseau i; un deuxlme réflecteur ( 3), en forme d'anneau concave, s'étendant de lautre côté du réseau ( 1) par rapport au premier réflecteur ( 2), dont le centre est occupé par le réseau ( 1) et dont la méridienne a sa concavité tournée vers le 10 premier réflecteur ( 2). 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comnporte de plus des moyens de support ( 4 M du premier réflecteur ( 2), supportant celui-ci sur sa périphérie ( 20). 15 3 Antenne selon la reve'dication 2, caractérisée en ce que les moyens,i= support ( 4) forment r-Jiome, 4 Antenne selon l'une des reve ndications 2 ou 3, caractérisée 20 en ce que les moyens de support ( 4) forment polariseur ou filtre de polarisation. Antenne selon l'une den revendica ions 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens de support ( 4) forment écran mobile. 25 6 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier réflecteur ( 2) est en forme de calotte elliptique ou parabolique. 7 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réseau ( 1) comporte une pluralité d'éléments rayonnants du type unipôle ( 15). 8 Antenne selon l'une des caractérisée par le fait que le réseau commande de sa loi d'illumination. revendications précédentes, ( 1) comporte des moyens de 9 Antenne selon l'une des revendications précédentes, du type 5 multifaisceaux, assurant la réception d'une onde hyperfréquence, caractérisée par le fait que le réseau ( 1) est associé à une matrice de formation de faisceaux connectée a un ensemble de récepteurs.