Brevet FR2561824A1 — publié le 19850927

ANTENNE PLATE A BALAYAGE MECANIQUE RAPIDE L'invention concerne une antenne plate à balayage mécanique rapide et notamment une antenne plate à balayage dans un plan par la fréquence et, dans l'autre plan, par balayage mécanique rapide. Cette antenne présente l'avantage de ne présenter aucune pièce mobile visible pour un observateur. Dans le cas o l'on désire surveiller une portion de territoire déterminée, on utilise une antenne dont on connaît les angles de balayage en azimut et en site. Ce type d'antenne peut être utilisé notamment dans les radars appelés "radar antimortier" permettant d'observer une partie d'un champ de bataille. De telles antennes utilisent des systèmes de balayages électroniques dans les deux plans et sont de ce fait d'un coût élevé. Ces systèmes nécessitent en effet un déphaseur électronique à l'entrée de chaque élément rayonnant. Ils nécessitent également un dispositif de répartition d'alimen- tation entre les déphaseurs. Par ailleurs, les déphaseurs doivent faire l'objet d'un réglage précis, toujours délicat à réaliser. L'invention fournit une antenne radar plate peu coûteuse, n'utilisant pas de déphaseur à diodes ou à ferrites, ne présentant donc pas de pertes comme les déphaseurs électroniques. L'invention concerne donc une antenne plate à balayage mécanique rapide comprenant une source d'émission émettant un faisceau divergent sur un dispositif collimateur, lequel transmet un faisceau collimaté de direction de polarisation linéaire déterminée, à un réseau d'émission constitué de réseaux linéaires dispersifs, dont la direction de rayonnement dépend de la fréquence émise, caractérisée en ce qu'il comporte en outre: deux moyens de guidage plans et parallèles disposés de part et d'autre du faisceau collimaté, parallèles à la direction de polarisation linéaire du faisceau, et délimitant un milieu de guidage du faisceau, un dispositif de réflexion orientable disposé entre les deux moyens de guidage plans et réfléchissant le faisceau vers le réseau d'émission. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaî- tront à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1, représente une vue isométrique d'une antenne selon l'invention, - les figures 2 à 5 représentent des vues explicatives de l'antenne de la figure 1, la figure 6 représente une variante de réalisation de l'antenne selon l'invention, - la figure 7 est une autre variante de réalisation de l'antenne selon l'invention, - les figures 8 à 10 représentent une autre variante de réalisation de l'antenne radar selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on va décrire la constitution de l'antenne radar selon l'invention en replaçant chaque élément constitutif dans un trièdre trirectangle Oxyz. Cette antenne radar comporte une source d'émission 1. Cette source d'émission pourra être un cornet d'émission monopulse. La source d'émission I émet un faisceau divergent 10 selon une direction parallèle à l'axe Ox. Ce faisceau est reçu par un dispositif collimateur 2 du type lentille collimatrice qui émet un faisceau 11 col- limaté. Deux plaques planes 3 et 4 en matériau conducteur, parallèles au plan xOy, permettent de guider les faisceaux 10 et 11. Entre les plaques 3 et 4 est disposée une plaque réflectrice ou miroir 6 permettant de réfléchir, par sa face 7, le faisceau 11, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du faisceau 11, aux entrées d'un réseau dispersif plan 8. Le réseau 8 est constitué par la juxtaposition de lignes rayonnantes dispersives parallèles à Oy et dont la direction de rayonnement dépend de la fréquence émise. Selon un mode de réalisation, le réseau 8 est constitué de guides à fentes, tel que le guide 80, disposés selon un plan xOy et comportant des fentes d'émission 81. Ce type de guide est bien connu dans la technique. Le réseau 8 émet un faisceau rayonnant dans une direction portée par un cône d'axe Oy et dont l'angle au sommet varie avec la fréquence. Le miroir 6 est mobile autour d'un axe 9. Elle peut tourner comme indiqué par les flèches Fl et F2, autour de cet axe. La hauteur h de cette plaque est inférieure à la distance d séparant les deux plaques 3 et 4 de telle façon qu'il n'y ait pas frottement entre le miroir 6 et les plaques 3 et 4. Par ailleurs, la direction de polarisation E de l'onde plane Il est parallèle à l'axe Oy c'est-à-dire transverse et parallèle aux plaques de guidage 3 et 4. Dans ces conditions, le jeu existant entre le miroir 6 et les plaques 3 et 4 ne donne pas lieu à des pertes d'énergie. L'interstice résiduel constitue un espace guidé à "la coupure", compte-tenu de la longueur d'onde de l'énergie se propageant entre les plaques 3 et 4, donc interdisant la propagation au-delà du miroir 6. Lorsque le miroir 6 est incliné de -i/4 radians par rapport à la direction du faisceau 11, comme cela est représenté sur les figures 2 et 4, le faisceau transmis au réseau dispersif 8 est sensiblement équiphase. La direction du faisceau émis est à l'intersection du cône d'axe Oy précédem- ment décrit et d'un cSne d'axe Ox d'angle au sommet dépendant de la position du miroir 6. L'angle de l'inclinaison du miroir 6 de Â-,4 radians correspond à un angle au sommet de radians, donc un cône dégénéré 1 5 confondu avec le plan yOz. Lorsqu'on donne au miroir 6, une position différente de it/4 radians par rapport à la direction du faisceau Il, comme cela est représenté sur les figures 3 ou 5, on établit un gradient de phase le long de la face d'entrée du réseau dispersif 8 et on introduit un déphasage entre les différentes ondes fournis aux différentes lignes rayonnantes du réseau dispersif 8. En donnant un mouvement d'oscillation à la plaque réflectrice 6, l'angle au sommet du cône, précédemment décrit, varie. Dans ces conditions, les variations de l'angle au sommet du premier c8ne décrit (variations de fréquences) permettent un premier type de balayage qui sera utilisé comme balayage en site, et les variations de l'angle au sommet du deuxième c6ne décrit (balayage mécanique par inclinaison du miroir 6) permettent un deuxième type de balayage utilisé alors comme balayage en gisement. L'antenne réalisée selon l'invention permet ainsi un balayage en site grâce à l'agilité en fréquences du système et le balayage en gisement est dû à l'oscillation du miroir 6 entre les plaques 3 et 4. A titre d'exemple, on peut envisager une zone de balayage en site de 256 1824 l'ordre de 15 degrés en utilisant une bande de fréquences située autour de 9000 MHz. En ce qui concerne le balayage en gisement, une rotation de + 25 degrés du miroir 6, par exemple, permet d'obtenir- un balayage de + 50 degrés, ce qui convient parfaitement. Il est à noter que selon les figures 1 à 5, l'axe d'articulation 9 a été placé le plus près possible du réseau dispersif 8 pour que le glissement transversal de l'onde plane réfléchi soit le plus faible possible. Cette disposition permet de limiter l'accroissement de la longueur du réseau à Il0 % environ pour les déflexions choisies. Il est bien évident que l'axe pourrait être situé en un endroit différent de celui choisi, on obtiendrait alors un rendement inférieur. La fréquence d'oscillation du miroir 6 et donc du balayage en gisement sera à titre d'exemple situé entre 2 et 3 Hz, et pourra atteindre 10 Hz en réalisant un équipage mobile très léger, du type mécanique résonnant, pour le rmiroir 6. L'antenne ainsi réalisée est donc extrêmement plate. Vue de l'exté- rieur, bien qu'il y ait un balayage mécanique entre les plaques 3 et 4, l'ensemble est fixe ce qui garantit sa discrétion. Selon une variante de réalisation telle que représentée par la figure 6, la source d'émission 1 et le dispositif collimateur 2 peuvent être montés entre deux plaques 12 et 13 accolées, en position de fonctionnement de l'antenne, aux plaques 3 et 4 guidant le faisceau I 1 dans la zone d'oscillation du miroir 6. Un axe d'articulation 20 relie la plaque 12 à la plaque 3. Il est donc possible de replier l'ensemble plaques 12, 13, source d'émission I et dispositif collimateur 2, en dessous de la plaque de guidage 3, ce qui facilitera la manutention et le transport de l'antenne. Il est à noter que le réseau 9 de guides 80 est disposé de telle façon que les ouvertures d'entrée de chaque guide aient leur grand côté perpendi- culaire aux plans des plaques 3 et 4 et donc leur petit côté parallèle à ces plans. Dans ces conditions, l'adaptation à l'entrée du réseau peut se faire sans intermédiaire compliqué, la polarisation de l'onde incidente étant alors perpendiculaire à la direction longitudinale des guides à + 20 près par exemple et également perpendiculaire aux grands côtés de ces mêmes guides. 6 1824 Selon une autre variante de l'invention, entre les plaques de guidage 3 et 4, et le réseau plan dispersif 8 sont prévus des moyens de couplage appelés ligne de transition 14. Cette ligne de transition permet de retrans- mettre au réseau dispersif 8 toute l'énergie réfléchie par le miroir 6. Pour des raisons de technologie, la face d'entrée du réseau dispersif 8 peut avoir des dimensions différentes de celles du faisceau réfléchi. Il peut également y avoir des discontinuités entre des lignes rayonnantes du réseau 8. Dans ces conditions la ligne de transition est réalisée sous forme d'un répartiteur équiphase 14, comme représenté sur la figure 7. Ce répartiteur équiphase assure que la distance parcourue entre la sortie des plans de guidage 3 et 4, et l'entrée du réseau 8 est la même en tout point du faisceau. Ce qui est représenté sur la figure 6 par des liaisons plus ou moins ondulées selon le parcours adopté. Ce répartiteur equiphase assure ainsi une conservation des phases tel qu'imposé par la réflexion sur le miroir 6. Selon une variante de l'invention l'espace guidé 5, compris entre les plaques de guidage 3 et 4, est muni d'un matériau diélectrique comme cela est représenté sur les figures 8 à 10. Par exemple, les plaques 3 et 4 sont munies de plaques de diélec- trique 15 et 16. Entre les plaques 15 et 16 est laissé un espace vide 17 d'épaisseur f destiné à recevoir le miroir 6. L'épaisseur du miroir 6 a donc une épaisseur e inférieure à l'épaisseur f pour permettre une oscillation autour de l'axe 9. La constante diélectrique globale de l'ensemble plaques 15, 16 et espace 17 est supérieure à l'unité. La largeur b du miroir 6 est au moins égale à la longueur d'onde guidée dans le milieu diélectrique de telle façon qu'il y ait coupure et que l'onde ne se propage pas au-delà du miroir 6. L'avantage de la variante ainsi décrite réside dans le fait qu'on peut diminuer les dimensions de l'antenne. De plus à angle de balayage gisement équivalent, on peut diminuer l'amplitude d'oscillation du miroir 6 ce qui est important du point de vue mécanique. REVENDICATIONS 1/ Antenne plate à balayage mécanique comprenant une source d'émis- sion (1) émettant un faisceau divergent (10) sur un dispositif collimateur (2) lequel transmet un faisceau collimaté (1l1) de direction de polarisation (E) linéaire déterminée, à un réseau d'émission (8) constitué de réseaux linéaires dispersifs (80), dont la direction de rayonnement dépend de la fréquence émise, caractérisée en ce qu'il comporte en outre: deux moyens de guidage (3, 4) plans et parallèles disposés de part et d'autre du faisceau collimaté (11), parallèles à la direction de polarisation (E) linéaire du faisceau, et délimitant un milieu de guidage (5) du faisceau, un dispositif de réflexion (6) orientable disposé entre les deux moyens de guidage plans (3 et 4) et réfléchissant le faisceau vers le réseau d'émission (8). 2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispo- sitif de réflexion est un miroir plan (6) dont le plan de réflexion (7) est perpendiculaire aux plans des moyens de guidage (3, 4), et dont la hauteur (h) est inférieure à la distance (d) séparant les deux plaques de guidage (3, 4) de telle façon qu'il n'y ait pas de frottement entre le miroir (6) et les plaques de guidage (3, 4). 31 Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle com- porte également entre le miroir (6) et le réseau d'émission (8) des moyens de transition (14) évitant toute perte d'énergie et assurant la conservation des phases entre le miroir (6) et le réseau d'émission (8). 4/ Antenne selon l'une des revendications I ou 2, caractérisée en ce que le miroir (6) est articulé selon un axe d'articulation (9) perpendiculaire aux deux plaques de guidage (3, 4). 5/ Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'axe d'articulation (9) de miroir (6) est situé au bord du faisceau collimaté (11) le plus proche du réseau d'émission (8). 6/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le milieu de guidage (5) est constitué d'un matériau dont la constante diélectrique globale est supérieure à l'unité. 7/ Antenne selon l'une des revendications I ou 6, caractérisée err ce que le dispositif de réflexion comporte une lame conductrice (6) orientable dont la dimension (b) transversale et parallèle aux plans des moyens de guidage (3, 4) est au moins égale à la longueur d'onde guidée dans le milieu diélectrique composite. 8/ Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que le milieu de guidage (5) comporte une lame d'air plane (17) parallèle aux moyens de guidage dans lequel est placé la lame conductrice (6), et de dimensions telles qu'elle permet la rotation de la lame conductrice. 9/ Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'espace plan (17) a les mêmes dimensions selon le plan parallèle aux moyens de guidage, que la lame conductrice (6). / Antenne selon l'une des revendications 7, 8 ou 9, selon laquelle l'épaisseur de la lame conductrice (6) est telle que l'épaisseur du diélectrique située de part et d'autre de la lame conductrice ne permet pas la propagation de l'énergie de part et d'autre de la lame. 11/ Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une première et une deuxième plaques de gui- dage (12 et 13), encadrant la source d'émission (1) et le dispositif collima- teur (2) et permettant de guider les faisceaux émis (10 et 11); une troisième et une quatrième plaques de guidage (3 et 4), disposées respectivement dans le prolongement des première et deuxième plaques de guidage, encadrant le miroir 6 et guidant le faisceau Il; un axe d'articulation reliant lesdites première et troisième plaques (12 et 3) et permettant de replier l'ensemble constitué par les première et deuxième plaques (12 et 13) ainsi que la source (1) et le dispositif collimateur (2), sur la troisième plaque 3.