Brevet FR2594260A1 — publié le 19870814

2S94250 SOURCE PRIMAIRE HYPERFREQUENCE POUR ANTENNE A BALAYAGE CONIQUE ET ANTENNE L'INCORPORANT La présente invention concerne une source primaire pour antenne à balayage conique plus particulièrement à balayage conique de phase. Des antennes à balayage conique sont le plus souvent associées à des systèmes radar utilisés en poursuite et il n'est pas inutile de rappeler brièvement en quoi consiste un ensemble de balayage conique bien qu'un tel ensemble soit bien connu des spécialistes et qu'il en existe des descriptions dans la littérature. Dans un ensemble à balayage conique d'amplitude, comportant un système focalisant, l'antenne est éclairée par une source primaire et son centre de phase décrit autour de l'axe focal du système un cercle de rayon déterminé situé dans le plan focal. Pour une telle antenne, le diagramme de rayonnement n'est plus centré sur l'axe du système focalisant, il tourne dans l'espace de sorte que la direction de rayonnement maximal décrit un cone dont le demi-angle au sommet est appelé angle de strabisme de l'antenne (Squint angle en anglais). En l'absence d'un système focalisant, le balayage conique peut être obtenu au moyen d'une source tournante, inclinée par rapport à son axe de révolution et dont le centre de phase est sur cet axe. Dans un tel ensemble cependant, le diagramme de rayon- nement étant le même à l'émission et à la réception, il est possible en analysant le diagramme d'émission d'en déterminer la fréquence de rotation et d'utiliser cette connaissance à des fins de brouillage. Dans un ensemble à balayage conique de phase, tel que décrit par exemple dans le brevet français EN N 78.36245 déposé le 22 décembre 1978 le centre de phase du rayonnement émis décrit un cercle situé dans un plan perpendiculaire à la direction du rayon- nement maximal de l'antenne. Le diagramme de rayonnement à l'émission étant centré sur l'axe de l'antenne il n'y a plus de possibilité d'en déterminer la fréquence de rotation et partant de procéder à son brouillage. 2S94260 Cependant certaines réalisations de sources hyperfréquence données dans le brevet français cité, qui sont reproduites schémati- quement figures I et 2 de la présente description, peuvent donner lieu à certaines contraintes mécaniques qu'il est souhaitable d'éviter. Ainsi dans la réalisation de la figure 1, on fait tourner une source primaire 2 inclinée devant un réflecteur 1, de façon telle que son centre de phase reste fixé au foyer F du système d'antenne. Pour que cette rotation puisse être effectuée, il faut prévoir un guide d'alimentation 3 coudé connecté à un joint tournant 5 lui-même connecté à un guide coudé 6 par l'intermédiaire d'une transition 4 assurant le passage du guide à section circulaire 50 au guide à section rectangulaire 6. Dans une telle réalisation, il est nécessaire que la source soit soigneusement équilibrée du point de vue dyna- mique et de plus la mécanique paraît relativement compliquée. Dans la réalisation de la figure 2, on utilise pour obtenir le balayage conique de phase, un prisme 7 tournant devant une source primaire 8 axiale fixe, dans une antenne Cassegrain. Le prisme est réalisé en un matériau diélectrique naturel ou artificiel. L'antenne comporte un réflecteur principal 9 et un réflecteur auxiliaire 10, tous deux de révolution autour de l'axe oz, le réflecteur auxiliaire étant supporté par les bras 12-120. La source primaire 8 qui est un cornet corrugué circulaire est connectée à une alimentation par le guide 1. En tournant, entraîné en rotation autour de l'axe oz, par une couronne 13 dentée, engrenant dans une couronne 14 solidaire d'un moteur 15, le prisme 7 fait tourner le centre de phase des ondes émises par le cornet 8 dans un plan parallèle à l'ouverture de l'antenne. Ce centre de phase des ondes émises CI se déplace lui dans le plan 25 de l'ouverture. Cependant dans une telle réalisation, la mise en place d'un prisme devant l'embouchure du cornet de la source primaire risque de créer une modulation d'amplitude parasite pour certaines fré- quences de rotation, pour lesquelles le centre de phase n'est plus stable, rendant nécessaire la mise en place d'une lentille 26 dans l'ouverture 20 du cornet 8. De plus l'angle de déviation du diagramme de rayonnement est faible et la bande passante est étroite. La présente invention a pour objet la réalisation d'une source primaire hyperfréquence permettant d'obtenir un balayage conique de phase exempt des inconvénients de l'art antérieur qui viennent d'être rappelés, tant au point de vue électrique qu'au point de vue mécanique. Suivant l'invention une source primaire hyperfréquence pour antenne à balayage conique de phase comprenant un cornet conique excité par un guide circulaire fixe selon le mode fondamental T1, est caractérisée par le fait que le cornet comprend un obstacle donnant naissance à une onde se propageant selon le mode TE21 en quadrature de phase avec l'onde en mode TEll dans le plan de l'ouverture, des moyens étant prévus pour faire tourner les lignes du champ électrique du mode TE21 entrainant la déviation du faisceau dans le plan de symétrie de l'obstacle. L'invention sera bien comprise en ce reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompagnent dans lesquelles, outre les figures 1 et 2 se rapportant à des réalisations de l'art antérieur, - les figures 3 représentent schématiquement une source selon l'invention vue en coupe selon un plan contenant la direction de propagation et un plan perpendiculaire; - les figures 4 représentent schématiquement les répartitions des champs électriques des deux ondes dans le plan de l'ouverture du cornet; - la figure 5 représente les caractéristiques de rayonnement d'un aérien utilisant la source de l'invention; - les figures 6 représentent les positions extrêmes que peut prendre l'obstacle dans le cornet. On a représenté sur la figure 3A vue en coupe, une source selon l'invention comprenant un guide d'entrée 27 dans lequel se propage une onde selon le mode fondamental TEl0; ce guide est connecté à une transition 28, guide rectangulaire, guide circulaire suivie d'un guide circulaire 29 dans lequel se propage une onde selon le mode fondamental TE 1. Le champ électrique ainsi qu'il est figuré en E est perpendiculaire au plan de coupe. Un cornet conique 30 est alimenté par le guide 27. Un obstacle 31 est placé dans le cornet au voisinage de son embouchure. Sa forme générale est celle d'un demi cone, s'appuyant sur la paroi du cornet comme cela est visible figure 3A avec son axe parallèle à l'axe du cornet. Il est constitué d'un diélectrique de constante E de valeur comprise généralement entre 1 et 4,5 avec une tangente de perte faible ou d'un métal comparable à celui ou ceux utilisés couramment dans la fabrication des sources radar, par exemple du cuivre ou de l'aluminium. Si l'on appelle e son épaisseur, L la longueur du cornet, a la distance entre l'embouchure du cornet et la pointe P de l'obstacle, la distance a est de l'ordre du douzième de la longueur L. Si)1 et 2 sont respectivement le diamètre de l'ouverture du cornet et de son embouchure, e est compris entre }i/6 et)l/4 suivant la pente désirée des courbes de discrimination angulaire. L'obstacle 31 transforme une partie de l'Pénergie se propageant suivant le mode TEll en énergie se propageant suivant le mode TE21 et des modes supérieurs dont la propagation est supposée interdite par les dimensions du cornet. La figure 3B est une vue dans le plan de l'ouverture Q. Si on choisit un repère OX, Y orthogonal tel que OX soit un plan de symétrie pour l'obstacle 31, on obtient une distribution de champ électrique pour le mode TEll selon la figure 4A et pour le mode TE21, supposé en phase, selon la figure 4B. Selon l'invention, on choisit les caractéristiques de l'obstacle 31, en particulier sa longueur, pour que, dans le plan de l'ouverture Q, la distribution du champ électrique du mode TE21 soit selon la figure 4C. Ainsi qu'il apparaît on passe de la distribution de la figure 4B à celle de la figure 4C par une rotation de 45 qui peut être obtenue en déphasant l'onde se propageant selon le mode TE21 par rapport à celle se propageant selon le mode TElI de Wr/4. La distribution du champ électrique résultant projeté suivant OY présente les caractéristiques suivantes: - les champs en deux points symétriques par rapport à OY sont des complexes conjugués l'un par rapport à l'autre. Ils ont donc même amplitude et des phases opposées; - les champs en deux points symétriques par rapport à OX sont égaux. Ainsi qu'il est bien connu, la transformation de Fourier permet d'obtenir le diagramme de rayonnement. Si on calcule le diagramme de rayonnement suivant la polarisation parallèle à OY à partir d'une distribution présentant les caractéristiques ci-dessus, on obtient une intensité maximale dans une direction 4 du plan XOZ o 4 est la direction du champ considéré. En faisant subir une rotation à la distribution représentée sur la figure 4C, par rapport à celle représentée sur la figure 4B, on obtient une rotation de l'intensité maximale dans le plan XOZ sans modulation d'amplitude. Cela est obtenu en faisant tourner: - soit l'obstacle 31 par rapport au cornet 30 maintenu fixe par rapport au guide 29; - soit le cornet 30 dont l'obstacle 31 est solidaire, par rapport au guide 29. Sur la figure 3A, on reconnaît un joint tournant 32 permettant par un système d'engrenages non représentés, de faire tourner le cornet 30 dans lequel se trouve fixé l'obstacle 31. On n'a pas représenté des moyens permettant de faire tourner l'obstacle 31 seul dans le cornet. Cette solution, possible, est toutefois compliquée et ne sera probablement pas utilisée dans la pratique.Cette rotation réaiise le balayage conique en phase. Au cours de cette rotation le centre de phase reste sur l'axe du cornet. Si l'on éclaire un réflecteur avec une telle source en rotation, on obtient alors un diagramme secondaire dont le maximum d'amplitude est sur l'axe focal de l'ensemble, et le centre de phase reste sur cet axe. La figure 5 représente, dans le plan XOZ la caractéristique d'amplitude relative à un aérien utilisant une source primaire du type décrit cidessus pour les deux positions extrêmes schématisées sur les figures 6A et 6B. Sur la figure 5, la droite 33 donne la phase pour l'obstacle situé comme l'indique la figure 6A tandis que la droite 34 la donne pour l'obstacle situé comme l'indique la figure 6B. Les diodes 33 et 34 déterminant avec l'horizontal OX l'angle de squint Sq. Dans l'espace, la phase du diagramme décrit un cone de révolution. On pourra noter que, l'obstacle pouvant être réalisé en un métal, cuivre ou aluminium, utilisés couramment dans la fabrication des sources radar, l'angle de balayage obtenu sera inférieur à celui obtenu lorsque l'obstacle est un diélectrique. Ceci est dû au fait qu'il y a formation de modes évanescents. De telles sources sont avantageusement utilisables dans les antennes de poursuite et la figure 7 représente une telle source placée devant un couple de réflecteurs à rotation de polarisation. On reconnait sur cette figure le réflecteur principal 9 parabolique avec devant lui un réflecteur 90 à fils inclinés à 45 par rapport à la polarisation, un réflecteur auxiliaire 10 hyperbolique à fils parallèles à la polarisation de la source primaire tournante 30 placée dans l'axe de l'antenne. On a ainsi décrit une source hyperfréquence pour antenne à balayage conique de phase dont la réalisation mécanique est plus simple et plus aisée que celles des réalisations antérieures et qui présentent des performances accrues principalement dans la largeur de bande transmise. REVENDICATIONS 1. Source primaire hyperfréquence pour antenne à balayage conique de phase comprenant un cornet conique excité par un guide circulaire fixe selon le mode TEll, caractérisée par le fait que le cornet (30) comprend un obstacle (31) donnant naissance à une onde se propageant selon le mode TE21 en quadrature de phase avec l'onde en mode TEl dans le plan de l'ouverture (Q), des môyens (32) étant prévus pour faire tourner les lignes de champ électrique du mode TE21 entraînant la déviation du faisceau dans le plan de symétrie de l'obstacle. 2. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obstacle (31) tourne à l'intérieur du cornet (30), autour de l'axe (V) de celui-ci. 3. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obstacle (31) est solidaire du cornet (30) qui tourne autour de son axe (V). 4. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisée en ce que la longueur de l'obstacle (31) est inférieure à la longueur (L) du cornet, mesurée selon la direction de propagation, ledit obstacle se terminant dans le plan de l'ouverture (Q) du cornet (30). 5. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 4, caractérisée en ce que la longueur de l'obstacle est de l'ordre de 11/12 de la longueur (L) du cornet (2). 6. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'obstacle (31) est constitué par une pièce diélectrique présentant une face interne (35) plane parallèle à l'axe (V) du cornet (30) et une face externe épousant la face du cornet sur un secteur angulaire (36) dont la flèche (e) est comprise entre 1/6 et 1/4 de la valeur du diamètre (1) de l'ouverture du cornet (30). 7. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 6, caractérisée en ce que la constante diélectrique du matériau cons- tituant l'obstacle (31) est comprise entre 2 et 4,5 avec une tangente de perte de valeur faible. 8. Source primaire hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'obstacle (31) est constitué par une pièce métallique, en cuivre ou en aluminium. 9. Antenne pour radar de poursuite comportant une source primaire selon les revendications 1 à 8.