Brevet FR2549300A1 — publié le 19850118

L'invention se rapporte à unnouveau dispositif de balayage électronique, en particulier pour antennes de radar. Pour effectuer le balayage de l'espace par un faisceau de rayonnement radar on utilise dans la pratique deux systèmes différents l'un à balayage mécanique l'autre à balayage électronique. On peut également combiner le balayage mécanique dans un plan avec un balayage électronique dans un autre plan. Par exemple on peut utiliser une antenne radar qui tourne mécaniquement autour d'un axe vertical et dont le balayage en site est réalisé par une commande électronique. Le balayage mécanique présente l'inconvénient de l'inertie inhérente au système lui donnant peu de souplesse et ne permettant pas des vitesses de balayage rapide. Le balayage électronique, notamment dans les plans de site et de gisement nécessite fréquemment une commande relativement complexe qui peut poser des problèmes de contrôle. Les dispositifs électroniques permettant le balayage du faisceau émis appartiennent généralement à deux familles. Selon la première famille le dispositif de commande du balayage travaille en transmission, tandis que selon la seconde famille le dispostif travaille en réflexion , des déphaseurs étant incorporés et placés sur le trajet de l'onde émise ou réfléchie pour obtenir les modifications de direction du faisceau. Parmi les divers dispositifs de commande électronique permettant la commande du balayage, on peut citer notamment des dispositifs travaillant à la transmission utilisant des réseaux de fils conducteurs chargésde diodesconvenablement orientés par rapport au plan de polarisation de l'onde électromagnétique et permettant selonqueladiode est commandée en étant passante ou en étant bloquée d'effectuer des "dépointages" du faisceau d'onde émis . On peut se référer par exemple au brevet français NO 69 35239 du 15 octobre 1969 déposé au nom de Monsieur Gilbert BONY permettant d'obtenir un balayage électronique dans un plan perpendiculaire aux fils chargés de diodes.On peut également citer le brevet français 79 27873 du 13 novembre 1979 déposé au nom de la Société d'Etude du Radant assurant un balayage électronique dans le plan parallèle aux fils chargés de diodes,c'est-à-dire à 900 par rapport à l'effet obtenu selon le premier brevet cité. Parmi les dispositifs de balayage électronique travaillant à la réf lexion,onpeutfaire référence au brevet anglais NO 1.026.612 déposé le Il novembre 1963 au nom de la Société BLASS ANTENNA ELECTRONICS utilisant une série de guides dits Ridge accolés formant une matrice de réseau à deux dimensions. La commande de balayage est obtenue en modifiant le déphasage en jouant sur la longueur apparente de chaque guide au moyen de fils métalliques chargés d'une diode disposés à diverses profondeurs par rapport au fond du guide de façon à déplacer selon la commande en direct ou en inverse de la première diode rencontrée sur le trajet de l'onde le plan de réflexion de l'onde électromagnétique.Par un adressage convenable des diverses commandes des diodes placées les unes derrière les autres dans chaque guide il est théoriquement possible d'obtenir la déflexion électronique désirée du faisceau à la réflexion. Il apparait cependant à l'évidence que dans la pratique le contrôle d'un tel système sera extrêmement délicat et en tout cas coûteux. L'objet de 11 invention est de permettre la construction d'un nouveau dispositif de balayage électronique d'un faisceau radar dans une direction, par exemple en site ou en gisement, et dont la construction et le contrôle soient simplifiés et efficients. Conformément à cet objet, l'invention s'appliquant plus particulièrement à un radar comprenant une source émettant selon une ligne focale d'un réflecteur associé, le dispositif se caractérise en ce qu'il comprend plusieurs canaux juxtaposés répartis à la surface du réflecteur, séparés entre eux par des cloisons métalliques, lesquels canaux recoivent au moins un réseau de fils chargés de diodes électriquement contrôlables dans l'état bloqué ou dans l'état passant, les fils étant dirigés chacun parallèlement au plan de polarisation de l'onde émise par l'antenne, ledit réseau étant situé à une distance du plan métallique de réflexion fermant le fond des canaux inférieure à longueur d'onde du faisceau, lesdites cloisons métalliques étant dirigées sensiblement perpendiculairement auxdits réseaux de fils. Il apparaît à l'évidence qu'à partir d'une telle structure en "bandes" la construction et le contrôle sont considérablement simplifiés. En outre du fait du cloisonnement assurant l'individualité et la séparation entre elles-des bandes, on est assuré d'éviter des perturbations dans le diagramme du faisceau réfléchi tout en pouvant contrôler des angles de balayage allant jusqu'à 900. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre possible illustré à titre d'exemple. Dans les dessins annexés la figure 1 montre schématiquement une partie d'un canal du dispositif de balayage électronique conçu selon l'invention, la figure 2 montre schématiquement la tranche d'un canal équipé selon une variante, les figures 3 à 7 sont des schémas expliquant le principe de fonctionnement du dispositif, la figure 8 montre en vue schématique une application de l'invention à la construction d'une antenne radar à balayage vertical électronique et horizontal mécanique. En se reportant à la figure1on voit une partie d'un canal 1 limité par deux plaques métalliques 2,3, le fond du canal étant fermé par une plaque métallique 4. Sur cette figure schématique on n'a illustré que la région proche du fond du canal pourvue des fils chargés de diodes, et l'on a repéré D cette partie active des canaux, étant entendu que chaque canal est nettement plus profond comme il apparaît clairement aux figures 3 à 7. En effet les canaux doivent être suffisamment profonds pour éviter toute interférence entre canaux adjacents, ces interférences étant du reste évitées par l'exils tence des plaques de séparation telles 2 et 3. Comme montré à la figure 1 le canal 1 reçoit 4 réseaux successifs placés les uns derrière les autres de fils chargés de deux diodes, les fils étant placés dans des plans parallèles à la surface du fond 4-du canal. Pour ne pas surcharger la figure on n'a représenté que dans le plan PO le plus proche de l'ouverture du canal les rangées repérées RO chargées de diodes DO D'O, tandis que dans les plans successifs P1, P2, P3 on n'a montré qu'une seule rangée de fils repérés respectivement R1, R2, R3 chargés de diodes. En fait le montage de chaque réseau plan de fils chargés de diodes est évidemment identique pour chacun des plans successifs P1, P2, P3. Dans l'exemple illustré chaque fil chargé de diodes tel que RO supporte deux diodes en série DO, D'O à l'intérieur d'un seul canal tel que repéré 1 entre deux plans métalliques tels que repérés 2 et 3. Les fils RO, Ri. . traversent les diverses plaques métalliques de séparation telles que 2 et 3 dans des orifices convenablement formés à cet effet aux endroits convenables des différents canaux superposés accolés. La commande électrique des diodes en direct ou en inverse se fait aisément dans chaque réseau plan par exemple au moyen de deux fils d'alimentation 5,6. Lorsque le fil 5 est alimenté sous une tension positive, le fil 6 sous une tension négative, les diodes sont conductrices , de sorte que les fils sont considérés comme continusou non coupés. Les diodes sont bloquées si les commandes sont inversées, le fil 5 étant alimenté sus tension négative et le fil 6 sous tension positive, les fils RO,-R1, ... apparaissant alors comme discontinus ou coupés. De façon à éviter tout couplage électrique avec les plaques métalliques 2, 3, on peut monter de part et d'autre des diodes DO, D'O, des capacités CO, C'O de découplage qui empêchent effectivement tout passage de courant dans les fils sauf pour les hautes fréquences induites adaptées correspondant à l'onde hyperfréquence du faisceau émis; en effet pour ces hautes fréquences les capacités se comportent comme des court-circuits. Par exemple pour une fréquence de l'ordre de 3 mégahertz, on peut prendre des capacités de l'ordre de 2 picofarad. L'écartement des plaques métalliques telles que 2 et 3 délimitant les canaux, l'espacement des fils chargés de diodes, la distance des diodes entre elles sont choisis en fonction de la longueur d'onde et de la fréquence du faisceau d'émission radar. De préférence on prendra comme distance séparant les plaques formant les cloisons latérales telles que 2, 3 de chaque canal une distance inférieure à la longueur d'onde du faisceau, par exemple comprise entre 0,9 et 0,2 fois cette longueur d'onde et avantageusement entre 0,6 et 0,4 fois cette longueur. Sur la figure on a supposé cette distance égale / /2, > étant la longueur d'onde du faisceau émis. La distance séparant entre eux les fils chargés de diodes sera elle aussi avantageusement choisie inférieure à Dans . dan l'exemple illustré on a supposé que cette distance était égale à 0,4 > . En outre dans le montage illustré les diodes DO, D'O sont séparées entre elles d'une distance égale à environ )/ 4. Si l'on veut éviter la construction nécessitant la perforation des plaques de séparation des canaux et le passage des fils chargés de diodes à travers les orifices correspondants de ces plaques, on peut utiliser un dispositif de montage intégré tel que schématisé à la figure 2. Dans cet exemple on retrouve les réseaux RO de fils chargés de diodes DO, D'O commandés en direct ou en inverse par deux fils d'alimentation 5,6, mais tous ces éléments sont intégrés à un support, tel qu'une feuille d'une matière plastique de qualité diélectrique appropriée, les réseaux de fils et de diodes pouvant être déposés sur cette plaque selon la technique des circuits imprimés. Evidemment dans ce cas il n'est plus nécessaire de prévoir de capacité telle que CO C'O de découplage, puisqu'il n'y a plus de contact électrique entre les fils et les plaques. En outre la construction peut être notablement facilitée et standardisée, les éléments de circuit intégré pouvant être engagés comme des tiroirs entre deux plaques séparatrices et étant tous identiques entre eux. En se reportant maintenant aux figures 3 à 7 on expliquera le fonctionnement du dispositif. Dans la construction schématisée chaque plan successif de fils PO, R1, R2 est équidistant de A /8 du suivant, comme illustré et repéré à la figure 3. Si l'on commande comme illustré à la figure 4 le premier réseau RO de fils en bloquant les diodes, les fils apparaissant coupés, l'onde électromagnétique envoyée dans le canal est réfléchie sur le plan de ce fil RO comme schématisé par les flèches. La réflexion se produit donc comme si le plan de réflexion normal 4 avait été rapproché d'une distance de 3 > /8 de l'ouverture du canal, ce qui crée un déphasage correspondant, égal dans le cas présent à environ 2700. Si par contre, comme illustré à la figure 5, les diodes du réseau. RO sont commandées en conduction tandis que les diodes du réseau R1 sont commandées en blocage, l'onde électromagnétique reçue dans le canal traverse sans encombre les fils continus RO et vient se réfléchir sur le plan des fils R1, après quoi l'onde retraverse librement le réseau des fils RO, comme schématisé par les flèches. Dans ce cas le plan de réflexion est donc déplacé du fond matérialisé 4 du canal au niveau du plan des fils R1; le canal est donc raccourci d'une longueur égale à 2 > /8, soit )/4-créant un déphasage correspondant voisin de 1800. De la même manière, comme illustré à la figure 6, lorsque les deux réseaux RO, R1 sont commandés en conduction et le réseau R2 en inverse, l'onde électromagnétique reçue dans le canal se réfléchit sur le plan du réseau R2, le raccourcissement du canal étant cette fois de ss /8, ce qui crée un déphasage de l'onde égal à 900 environ. Dans l'exemple illustré à la figure 7 tous les réseaux de fils sont commandés en conduction, le canal retrouvant sa longueur "normale"l'onde étant réfléchie sur la paroi de fond 4 et traversant librement à l'émission et à la réflexion le canal. Evidemment le nombre de réseaux de fils placés les uns derrière les autres est quelconque et peut être augmenté à volonté en fonction de l'incrément d'angle de déphasage que l'on veut obtenir. On note qu'à la figure 1 on a supposé qu'on avait disposé quatre réseaux de fils chargés de diodes les uns derrière les autres, tandis qu'aux figures 3 à 7 on a représenté une réalisation dans laquelle on utilisait seulement 3 réseaux successifs placés les uns derrière les autres. Dans l'exemple d'application illustré à la figure 8, on a supposé le montage sur une antenne conformée généra-lement cylindrique8d'une multiplicité de canaux 1,1', ?'l..qul. peuventêtredeconstruction similaire à celle décrite aux figures précédentes. En commandant canal par canal les déphasages nécessaires on peut obtenir le dépointage ou balayage désiré en site du faisceau, et ce par une commande électronique simple. A cette commande de balayage électronique en site qui peut être très rapide, on peut associer un balayage mécanique classique par rotation de l'antenne15 supporte par son pied 16 autour de l'axe vertical 17, le balayage en gisement se faisant donc de façon mécanique. En 7 on a schématisé l'émetteur en ligne du radar. REVENDICATIONS 1. Dispositif de balayage électronique en particulier pour antenne radar comprenant une source émettrice et un panneau de réflexion, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs canaux (1, 1', 1"...) juxtaposés répartis à la surface du réflecteur de l'antenne radar (15), lesdits canaux étant séparés entre eux par des cloisons métalliques (2,3), lesdits canaux recevant au moins un réseau de fils R chargé de diodes D électriquement contrôlablesdans l'état bloqué ou dans l'état passant, lesdits fils étant dirigés chacun parallèlement au plan polarisation de l'onde émise par l'antenne, ledit réseau étant situé à une distance du plan métallique de réflexion (4) fermant le fond des canaux (1) inférieure à la longueur d'onde du faisceau émis, et lesdites cloisons (2,3) étant dirigées sensiblement perpendiculairement aux réseaux de fils R chargés de diodes D. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que plusieurs réseaux de fils RO, R1; R2... sont disposés parallèlement et successivement à la suite les uns des autres vers le fond de chaque canal. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte au moins 3 réseaux équidistants RO, Rî, R2, R3 entre eux et le dernier d'avec le plan arrière de réflexion (4) du canal (1) d'une distance voisine de ss /8. 4. Dispositif-selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des canaux(1) est inférieure à la longueur d'onde > du faisceau émis. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fils diodes R d'un même réseau sont alimentés en parallèle par deux fils (5,6) dirigés parallèlement à la surface des séparations (2,3) des canaux. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les fils RO,R1, R2... sont tendus à travers des trous formés dans les plaques de séparation (2,3) des canaux et des capacités C, C' de découplage formant court-circuit aux fréquences élevées induites dans les fils assurntla séparation électrique des fils avec lesdites cloisons séparatrices (2,3). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les réseaux de fils chargés de diodes R sont formés sur un support en une matière plastique de qualité diélectrique convenable et sont rapportés comme des tiroirs entre deux cloisons adjacentes (2,3) d'un même canal (1). 8. Antenne à balayage électronique utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les canaux (1, 1', 1") sont dirigés parallèlement à la direction des génératrices du cylindre réflecteur de l'antenne.