Brevet FR2614429A1 — publié le 19881028

RADAR DOPPLER DE TYPE HOMODYNE A ONDES HYPERFREQUENCE UTILISABLE A LA DETECTION DES INTRUSIONS A L'INTERIEUR DE LOCAUX. La présente invention concerne un radar Doppler de type homodyne à ondes hyperfréquence utilisable notamment, mais non exclusivement, à la détection des-intrusions à l'inté- rieur de locaux. D'une manière générale, on sait qu'un radar Doppler de type homodyne comprend nécessairement un organe d'émission apte à émettre vers une cible une onde électromagnétique incidente et un organe de réception destiné à recevoir les ondes électromagnétiques d'écho engendrées par la réflexion de l'onde incidente sur la cible, et un organe mélangeur qui effectue un mélange de l'onde incidente et de l'onde d'écho en vue de produire un signal basse fréquence de battement plus généralement appelé signal Doppler. I1 s'avère que grâce au développement des composants actifs utilisables en hyperfréquence et notamment des transistors hyperfréquence, il est devenu possible de proposer sur le marché des radars hyperfréquence relativement simples, peu coûteux et pouvant de ce fait convenir à la détection des intrusions notamment dans des locaux d'habitation. Ainsi, dans le but de simplifier au maximum les circuits et le nombre de composants nécessaires, on a donc proposé des radars homodynes dans lesquels un transistor hyperfréquence couplé à une seule antenne assure à la fois les fonctions d'émetteur, de récepteur et de mélangeur. Bien entendu, dans ce cas le transistor est associé à des circuits oscillants hyperfréquence aptes à engendrer l'onde incidente et à recevoir l'onde d'écho. I1 utilise la conduc- tance négative non linéaire de ces circuits pour engendrer un signal de battement (signal Doppler) et est polarisé de manière à servir en outre d'amplificateur basse fréquence pour amplifier ce signal de battement et permettre son extraction. I1 s'avère que dans un tel montage, le double usage d'au moins une partie des circuits (usage hyperfréquence et usage basse fréquence) et les éléments nécessaires à la polarisation du transistor ne permettent pas en pratique d'obtenir une bonne optimalisation du circuit et d'obtenir un signal Doppler présentant un rapport signal bruit élevé. L'invention a donc plus particulièrement pour but la réalisation d'un radar Doppler homodyne présentant une simplicité et un court de fabrication comparable à celui du radar précité et qui présente néanmoins de meilleures performances. Elle propose donc un radar du type comprenant un organe d'émission qui comporte un oscillateur hyperfréquence couplé à une antenne émettrice et un organe de réception distinct de l'organe d'émission comportant une antenne réceptrice couplée à un mélangeur duquel est extrait le signal Doppler, ce mélangeur utilisant un composant semi-conducteur. Selon l'invention, ce radar est plus particulièrement caractérisé en ce que l'antenne réceptrice est disposée à proximité immédiate de l'antenne émettrice de manière à obtenir un couplage entre ces deux antennes grâce auquel le mélangeur peut recevoir à la fois le signal d'écho et une fraction du signal émis par l'organe d'émission, et l'élément semi-conducteur est convenablement polarisé par le courant engendré sur 11 antenne réceptrice par l'onde émise par l'organe d'émission. Avantageusement, le susdit composant semi-conducteur pourra consister en une diode hyperfréquence ou en un transistor hyperfréquence. Selon un mode d'exécution de l'invention, l'organe d'émission pourra comprendre un oscillateur utilisant un transistor hyperfréquence monté sur un premier circuit imprimé et associé à des circuits hyperfréquence formés sur le circuit imprimé selon la technique des lignes "micro-strip", ces circuits hyperfréquence incluant les circuits oscillants et de couplage permettant au transistor de fonctionner en oscillateur hyperfréquence, l'antenne de l'organe émetteur ainsi qu'un circuit d'adaptation de cette antenne audit oscillateur. De même, l'organe de réception pourra également comprendre un circuit hyperfréquence formé sur un deuxième circuit imprimé selon la technique des lignes "micro-strip", disposé parallèlement au premier et à faible distance de celui-ci, ce circuit comprenant plus particulièrement : - d'une part, une antenne réceptrice similaire à l'antenne émettrice et disposée en regard de celle-ci, cette antenne étant reliée à un premier circuit résonnant accordé à la fréquence de l'organe d'émission, ce premier circuit résonnant étant relié à la masse, du côté opposé à l'antenne, par une première ligne quart d'onde qui présente une impédance infinie à la fréquence d'émission, et - d'autre part, reliés à la jonction dudit premier circuit résonnant et de la première ligne quart d'onde, par une diode hyperfréquence, un deuxième circuit résonnant ét un filtre passe bande connecté à une résistance aux bornes de laquelle peut être prélevé le signal Doppler. I1 convient de noter que le radar Doppler précédemment décrit peut fonctionner en continu. Toutefois, lorsque ce radar est destiné à fonctionner de façon autonome et est alimenté par une source de courant électrique à énergie limitée, telle qu'une batterie de piles ou d'accumulateurs, il est préférable de faire fonctionner ce radar par intermittence (ou par impulsions). Dans ce cas, l'organe d'émission et, dans le cas d'espèce, le transistor est alimenté de manière à fonctionner par intermittence (ou par impulsions). De ce fait, le signal prélevé aux bornes de la résistance de l'organe de réception sera également émis par intermittence (ou par impulsions) à la fréquence des impulsions délivrées par l'organe d'émission. L'obtention d'un signal continu représentatif du signal Doppler peut alors être assurée au moyen d'un circuit échantillonneur bloqueur classique fonctionnant à la fréquence des susdites impulsions. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma de principe d'un radar Doppler homodyne selon l'invention La figure 2. est un schéma électrique équivalent du circuit hyperfréquence de l'organe de réception du radar illustré figure 1 Les figures 3 et 4 montrent en perspective schématique et en coupe axiale, un agencement des cartes de circuit imprimé de l'organe d'émission et de l'organe de réception permettant un couplage de l'antenne émet trice et de l'antenne réceptrice. Dans exemple représenté sur la figure 1, le radar comprend tout d'abord un organe d'émission (bloc 1) faisant intervenir un oscillateur hyperfréquence utilisant un transistor hyperfréquence T1 et un montage oscillants L1à Lq réalisé selon la technique bien connue des lignes microbandes ou "micro-strip". Dans cet exemple, l'oscillateur est de type Colpitt et débite sur une antenne émettrice A1 raccordée sur la ligne oscillante du circuit collecteur. L'alimentation du transistor T1 est assurée par une source de courant continu G connectée entre émetteur E et collecteur C avec une résistance R1 dans le circuit émetteur. La base B du transistor T1 est polarisée par un pont de résistances R2-R3 alimenté par intermittence à partir de la source G grâce à un dispositif de commutation I piloté par un oscillateur OSC, ce montage permettant d'obtenir successivement le blocage et le déblocage du transistor T1. A titre d'exemple, l'oscillateur T1, L1 à L4 peut être accordé à une fréquence d'émission de 2450 MHZ et génère périodiquement, dans l'espace, tous les 1 ms, des trains d'onde hyperfréquence de durée égale à 10 ps, grâce à l'antenne A1 qui sert de charge du circuit collecteur. L'organe de réception (bloc 2) fait, quant à lui, intervenir une antenne réceptrice A2 similaire à l'antenne émettrice et raccordée à un circuit résonnant (ligne micro-strip en S) relié à la masse par l'intermédiaire d'une ligne quart d'onde L6 qui présente une impédance infinie à la fréquence d'émission. te circuit résonnant L5 est relié au niveau de sa jonction à la ligne quart d'onde L6 à l'anode d'une diode hyperfréquence D1 dont la cathode est connectée -*d'une part, à un circuit résonnant L7 t et - d'autre part, à l'une des deux bornes d'une résistance R4 par l'intermédiaire d'une ligne quart d'onde L8 d'impédance infinie à la fréquence d'oscillation. L'extrémité de la ligne quart d'onde L8 où s'effectue la connexion de la résistance R4 est en outre prolongée par une ligne d'impédance sensiblement nulle Lg à la fréquence d'émission. Pour obtenir un fonctionnement homodyne de l'organe de réception, l'antenne émettrice A1 et l'antenne réceptrice A2 sont disposées à proximité immédiate lwune de l'autre de manière à obtenir un couplage entre ces deux antennes. I1 se produit donc dans les circuits hyperfréquence de l'organe récepteur un mélange de l'onde émise et de l'onde reçue qui produit un signal basse fréquence qui est le signal Doppler. Ce signal Doppler, présent sur la cathode de la diode D, peut être extrait aux bornes de la résistance R4. Bien entendu, en raison de la nature impulsionnelle de l'onde émise, ce signal Doppler sera engendré par intermittence à la même fréquence que celle deys trains d'onde émis. I1 convient donc d'effectuer une démodulation de ce signal grâce à un échantillonneur bloqueur de type classique qui a été schématiquement (bloc 3) représenté par un interrupteur alimentant un condensateur, cet interrupteur étant commandé, au rythme des trains d'onde émis, par l'oscillateur OSC. Le signal Doppler continu fourni par cet échantillonneur est ensuite amplifié (amplificateur 4) et éventuellement filtré pour être ensuite transmis à un circuit de traitement (bloc 5) apte à déclencher une alarme lorsque le signal Doppler s'élève au-dessus d'un seuil prédéterminé. Comme on peut le voir sur le schéma équivalent représenté sur la figure 2, dans le circuit hyperfréquence de l'organe de réception, le circuit résonnant L5 en S raccordé à l'antenne A2 est équivalent à un circuit LC accordé sur la fréquence d'émission. I1 se comporte comme un générateur de tension alternative qui polarise la diode D et engendre ainsi un courant appliqué à la résistance R4. Le bouclage de ce circuit est alors obtenu par la ligne quart d'onde L6 qui, pour les ondes hyperfréquence émises, présente une impédance infinie. Ce bouclage n'a donc aucune influence sur l'accord du circuit résonnant L5. De même, le circuit résonnant L7 a été représenté sur la figure 2 sous la forme d'un montage LC accordé au circuit L5. Les lignes L8 et Lg sont représentées par un élément de filtrage de type basse bas, ne laissant passer à la résistance R4 que la composante basse fréquence du signal. En fait, la ligne quart d'onde L8 qui présente théoriquement une impédance infinie pour la fréquence d'émission devrait suffire. Il s'avère cependant qu'aux fréquences élevées (hyperfréquences) l'impédance de la résistance R4 n'est pas purement résistive, de sorte que la ligne quart d'onde L8 ne joue pas entièrement le rôle qui lui est attribué. C'est la raison pour laquelle on rajoute, à la ligne quart d'onde L8, une ligne quart d'onde Lg, de manière à obtenir une impédance nulle permettant d'éliminer les ondes hyperfréquence résiduelles. I1 apparaît clairement que le radar précédemment décrit ne peut fonctionner correctement que si l'on assure un bon couplage entre l'antenne émettrice A1 et l'antenne réceptrice A2 sans que des interférences risquant de perturber le fonctionnement du radar puissent se produire entre les circuits hyperfréquence d'émission et de réception. L'invention propose de résoudre ce problème en utilisant pour les circuits d'émission 1 et de réception 2, deux plaquettes de circuit imprimé double face P1, P2 parallèles l'une à l'autre et situées à faible distance l'une de l'autre (figure 3), la plaquette P1 portant sur sa face extérieure le circuit hyperfréquence d'émission, tandis que la plaquette P2 porte sur sa face extérieure le circuit hyperfréquence de réception. De ces deux circuits, on n'a simplement représenté sur la figure 3 que les antennes A1 et A2. Par ailleurs, les faces intérieures de ces deux plaquettes de circuit imprimé sont métallisées de manière à assurer un blindage 9, 10 entre les deux circuits hyperfréquence, à l'exception cependant de deux zones respectives en forme de V, 11, 12 à l'intérieur desquelles s'étendent les deux antennes A1, A2. Ces métallisations jouent donc le rôle, dans le plan des plaquettes P1 et P2, d'un cornet hyperfréquence qui limite le champ des ondes hyperfréquence émises et reçues et rend le radar plus directionnel. La limitation de ce champ dans un plan perpendiculaire au précédent peut alors être obtenue au moyen de deux plaques métalliques 13, 14 parall.èles aux plaquettes P1, P2 et situées de part et d'autre de celles-ci (figure 4). Avant-a- geusement, ces deux plaques 13, 14 pourront consister en les deux faces opposées du boîtier renfermant le radar. Revendications 1. Radar Doppler de type homodyne à ondes hyperfréquence utilisable à la détection des intrusions à l'intérieur de locaux, ce radar comportant un organe d'émission comprenant un oscillateur hyperfréquence couplé à une antenne émettrice et un organe de réception distinct de l'organe d'émission comprenant une antenne réceptrice couplée à un mélangeur duquel est extrait le signal Doppler, ce mélangeur utilisant au moins un composant semi-conducteur, caractérisé en ce que l'antenne réceptrice (A2) est disposée à proximité immédiate de l'antenne émettrice (A1), de manière à obtenir un couplage entre ces deux antennes (A1, A2) grâce auquel le mélangeur peut recevoir à la fois le signal d'écho et une fraction du signal émis par l'organe d'émission et l'élément semi-conducteur (D1) est convenablement polarisé par le courant engendré sur l'antenne réceptrice (A2) par l'onde émise par l'oscillateur (T1, L1-L4). 2. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit composant semi-conducteur est une diode (D1). 3. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit composant semi-conducteur est un transistor hyperfréquence. 4. Radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit organe d'émission (1) comprend un oscillateur utilisant un transistor hyperfréquence (T1) monté sur un premier circuit imprimé (P1) et associé à des circuits hyperfréquence (L1-L4) formés sur le circuit imprimé selon la technique des lignes "micro-strip", ces circuits hyperfréquence (L1-L4) incluant les circuits oscillants et de couplage permettant au transistor (T1) de fonctionner en oscillateur hyperfréquence, l'antenne (A1) de l'organe émetteur ainsi qu'un circuit d'adaptation de cette antenne audit oscillateur, et en ce que l'organe de réception comprend un circuit hyperfréquence formé sur un deuxième circuit imprimé selon la technique des lignes micro-strip", disposé parallèlement.au premier et à faible distance de celui-ci, ce circuit comprenant plus particulièrement - d'une part, une antenne réceptrice (A2) similaire à l'antenne émettrice (A1) et disposée en regard de celle-ci, cette antenne (A2) étant reliée à un premier circuit résonnant (L5) accordé à la fréquence de l'organe d'émission, ce premier circuit résonnant (L5) étant relié à la masse, du côté opposé à l'antenne (A2), par une première ligne quart d'onde (L6) qui présente une impédance infinie à la fréquence d'émission, et - d'autre part, reliés à la jonction dudit premier circuit résonnant (L5) et de la première ligne quart d'onde (L6) par une diode hyperfréquence (D1), un deuxième circuit résonnant (L7) et un filtre passe bande (L8, Lg) connecté à une résistance (R4) aux bornes de laquelle peut être prélevé le signal Doppler. 5. Radar selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit filtre passe bas se compose d'une première ligne quart d'onde (L8) d'impédance infinie à la fréquence d'oscillation, qui relie la cathode de la diode hyperfréquence (D1) à une résistance (R4) aux bornes de laquelle est prélevé le signal Doppler, l'extrémité de la première ligne, quart d'onde (L8) où s'effectue la connexion de la susdite résistance étant en outre prolongée par une ligne d'impédance sensiblement nulle (Lg) à la fréquence d'émission. 6. Radar selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les circuits hyperfréquence des organes d'émission (1) et de réception (2) sont formés sur les faces extérieures des deux plaquettes (P1, P2), et en ce que les faces intérieures de ces deux plaquettes (P1, P2) sont métallisées de manière à assurer un blindage entre les circuits hyperfréquence d'émission et de réception, à l'exception de deux zones respectives en forme de V à l'intérieur desquelles s'étendent les deux antennes (A1, A2). 7. Radar selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fonctionne en continu. 8. Radar selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il fonctionne par intermittence, et en ce que, dans ce cas, l'organe de réception comprend un échantillonneur bloqueur (3).