Brevet FR2702090A1 — publié le 19940902

I ANTENNE D'ECARTOMETRIE POUR RADAR MONOPULSE La présente invention concerne une antenne d'écartométrie pour radar monopuise Elle s'applique notamment aux antennes dont une fonction est de fournir des éléments pour la mesure d'angles plus petits que l'ouverture du faisceau d'antenne, ces angles définissant un écart entre la direction d'une cible détectée et la direction pointée par l'antenne. L'écartométrie consistant dans la mesure des angles précités, pour situer avec précision une cible dans l'espace, plusieurs écartométries sont généralement utilisées, notamment en gisement et en site Pour obtenir une écartométrie d'un signal détecté, il faut lui relier de façon bi-univoque un écart angulaire par rapport à la direction pointée par l'antenne Pour cela, il faut établir une fonction de l'écart angulaire dans l'intervalle de mesure, cette fonction étant monotone Elle est généralement croissante et impaire Dans le cas de radars monopulses, o toutes les informations de position sont obtenues à la suite d'une seule impulsion d'émission, à cette première fonction associée à un premier circuit de réception généralement appelé voie différence ou d'écartométrie se combine une deuxième fonction paire associée à un deuxième circuit de réception généralement appelé voie somme Cette deuxième fonction, en normalisant le signal fourni par la première fonction, monotone, permet d'obtenir un signal caractéristique de l'écart angulaire des cibles détectées de façon bi-univoque. Des antennes connues permettent de réaliser des voies de réception nécessaires aux écartométries des radars monopulses, c'est le cas notamment des antennes à réflecteur ou à lentille passive et des antennes en réseaux avec ou sans balayage électronique. Les antennes à réflecteur ou à lentille passive ont une direction de pointage fixe Elles sont orientées mécaniquement en fonction des besoins, en général après traitement des informations fournies par l'écartométrie Pour former les voies réception, il est possible par exemple d'utiliser deux cornets situés de part et d'autre du foyer de l'antenne Les deux voies sont obtenues en faisant la somme et la différence des signaux issus des cornets, en utilisant par exemple les sorties orthogonales d'un té magique Il est aussi possible d'utiliser un cornet multimode. Un inconvénient de cette solution provient notamment du fait que les diagrammes d'antennes obtenus sont difficilement exploitables sans perfectionnement qui augmente la complexité et en conséquence le coût de l'antenne. Les réseaux d'antennes avec ou sans balayage électronique sont utilisés notamment pour réaliser les ouvertures rayonnantes de dalles et de lentilles. Dans les antennes dalle les signaux issus des éléments rayonnants, répartis sur un plan par exemple, sont collectés individuellement puis rassemblés par des combineurs qui forment les voies nécessaires Les combineurs sont par exemple disposés en espalier ou suivant une matrice de Blass, réalisés en guide en ligne triplaques ou en lignes microrubans Ces combineurs à plusieurs voies sont assez complexes et de réalisation délicate et coûteuse pour obtenir les qualités exigées par les antennes modernes. Dans le cas des réseaux lentilles, les signaux issus des éléments rayonnants, répartis sur un plan par exemple, passent à travers des déphaseurs fixes ou électroniques, puis sont rayonnés vers des capteurs situés au voisinage d'un point focal Les déphaseurs sont chargés de transformer l'onde localement plane reçue en onde sphérique centrée sur le point focal Après cette transformation de l'onde reçue, il est possible d'utiliser les techniques réservées aux réflecteurs, à cornets multimodes ou non. Cependant une telle solution est encore complexe et coûteuse à mettre en oeuvre De plus elle est encombrante à cause de l'épaisseur des lentilles qu'elle entraîne, notamment dans le cas d'une antenne à balayage électronique o tout ce qui sert au balayage électronique doit être dans cette épaisseur. L'utilisation de moyens de fabrication de précision à commande numérique permet notamment la réalisation de guides à fentes ayant de très bonnes performances à faibles coûts de fabrication Cependant, dans une antenne réalisée avec des guides à fentes, la pondération de l'ouverture est réalisée en couplant judicieusement les fentes au guide Ce couplage est fixé une fois pour toute au moment de la fabrication et il est difficile d'implanter une deuxième voie, une deuxième pondération orthogonale pour créer les voies de réception paires et impaires nécessaires à l'établissement de l'écartométrie. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités, notamment en permettant d'établir une fonction d'écartométrie simple à mettre en oeuvre, destinée à des mesures d'écarts angulaires précises. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne d'écartométrie de radar monopuise comportant au moins deux panneaux rayonnant, caractérisé en ce que leurs faisceaux ayant le même centre de phase, ils sont orientés différemment, une fonction monotone d'un signal reçu par l'antenne étant réalisée à partir du rapport de sa puissance reçues par le premier panneau sur sa puissance reçue par le deuxième panneau, une fonction paire du signal reçu étant obtenue en effectuant la somme des signaux reçus dans les faisceaux. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de situer de façon précise une cible dans l'espace, qu'elle permet de fournir des mesures d'angles plus petits que l'ouverture du faisceau d'antenne, qu'elle est adaptée à toutes les fréquences d'antennes et qu'elle est économique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent: la figure 1, un schéma de principe d'une antenne selon l'invention; la figure 2, un faisceau d'un panneau d'antenne; la figure 3, une illustration de principe de fonctionnement d'une antenne selon l'invention; la figure 4, un faisceau obtenu à partir des faisceaux de deux panneaux d'antenne; la figure 5, un mode de réalisation possible d'une antenne selon l'invention. La figure 1, présente un schéma de principe d'une antenne vue de dessus selon l'invention Elle comprend au moins deux panneaux rayonnant 1, 2 Ces deux panneaux ont par exemple les mêmes dimensions Un premier panneau rayonnant 1 est couplé à des premiers moyens 3 de répartition de puissance et un deuxième panneau rayonnant 2 est couplé à des deuxièmes moyens 4 de répartition de puissance Ces premiers 3 et deuxièmes 4 moyens de répartition de puissance sont reliés à une source hyperfréquence par des lignes d'alimentation 5, 6, des câbles coaxiaux ou des guides d'onde à section rectangulaire par exemple. Une courbe 7 en trait discontinu représente l'allure de la répartition de puissance émise par ces deux panneaux rayonnant 1, 2 Un premier axe x étant défini dans le plan de la figure et confondu aux côtés des panneaux en regard des moyens 3, 4 de répartition de puissance, son origine xo étant dans un coin du premier panneau 1 opposé au deuxième panneau 2, la courbe 7 croît du point d'origine xo jusqu'au côté opposé du premier panneau 1 Elle est symétrique par rapport à un deuxième axe y situé entre les deux panneaux 1, 2 et équidistants de ceux-ci, de telle sorte qu'elle décroît du côté du deuxième panneau 2 contigu à ce deuxième axe y jusqu'à un point xi du premier axe x appartenant au côté opposé du deuxième panneau 2 Prise dans un repère ayant le point O d'intersection des deux axes x, y et constitué de ces deux axes x,y, la courbe 7 de répartition de puissance dans les panneaux 1, 2 représente une fonction paire. Comme l'illustre la figure 2, chaque panneau possède son propre faisceau d'émission. La figure 2 illustre le premier panneau 1 vu de côté avec son faisceau FI sensiblement symétrique autour d'un troisième axe z perpendiculaire au plan du panneau 1 et coupant celui-ci en son milieu par exemple. La figure 3, illustre le principe de fonctionnement d'une antenne selon l'invention Les deux panneaux rayonnant 1, 2 sont vus de côté, le premier panneau 1 cachant par exemple le deuxième panneau 2 Les faisceaux Fl, F 2 des panneaux rayonnant 1, 2 sont orientés différemment Le faisceau Fl du premier panneau 1 est orienté de telle façon que la projection de son axe de symétrie zi fasse un premier angle de pointage 01 avec la projection du troisième axe z précité et perpendiculaire au premier panneau 1 dans le plan de la figure Le faisceau F 2 du deuxième panneau 2 est orienté de telle façon que la projection de son axe de symétrie z 2 fasse un deuxième angle de pointage avec la projection du troisième axe z dans le plan de la figure, les deux axes de symétrie zl, z 2, faisant entre eux, dans le plan de la figure, la somme 01 + 02 des deux angles précédents 01, 02 Ce plan de figure est un plan orthogonal au premier axe x et parallèle au deuxième axe y, il peut par exemple être appelé plan de symétrie de l'antenne. Pour établir l'écartométrie, une fonction monotone de l'écart angulaire est réalisée dans l'intervalle de mesure Cette fonction est par exemple construite à partir du rapport des puissances reçues par les deux panneaux. Dans le cas o les faisceaux Fl, F 2 des panneaux rayonnant sont gaussiens, ce qui est souvent le cas, les puissances Pl, P 2 reçues dans une direction 8 dont la projection sur le plan de symétrie précité de l'antenne fait un angle O avec la projection du troisième axe z dans ce même plan, s'expriment par les relations suivantes: P 1 =g 1 e a(O-01) 2 Pl=gle ( 1) a(O-02) 2 P 2 =g 2 e ( 2) Pl et P 2 étant respectivement les puissances reçues par le premier et le deuxième panneaux rayonnant, g 9 et g 2 étant respectivement les gains des premier et deuxième panneaux et a étant une constante liée aux dimensions et à l'illumination des panneaux rayonnant Les angles 01, 02 sont les angles de pointage précités. En prenant 01 =-42 =OD, il vient: Pl gl 4 a OD = e ( 3) P 2 g 2 ce rapport des puissances reçues par les deux panneau 1,2 dont les faisceaux sont orientés différemment, constitue bien une fonction monotone de l'écart angulaire O d'une cible renvoyant un signal vers l'antenne Cet écart angulaire peut être par exemple un écart en gisement, les angles 01, 02, O en question étant des écarts entre les projections des directions sur le plan de symétrie de l'antenne, les directions étant prises à partir du point O d'intersection du premier axe x et du deuxième axe y. En fait, en prenant la répartition de puissance telle que décrite en regard de la figure 1, et les faisceaux FI, F 2 des premier et deuxième panneaux ayant sensiblement le même centre de phase, il est alors possible, si l'écart angulaire entre les deux faisceaux FI, F 2 n'est pas trop grand, de réaliser un faisceau somme FE illustré par la figure 4, qui est la somme des deux faisceaux FI, F 2 précédents et o un signal reçu dans ce faisceau correspond à la somme des signaux reçus dans les deux faisceaux Fi, F 2 précédents, cette somme constituant une fonction paire du signal reçu en fonction de son angle O de détection Cet angle O est l'angle entre la projection dans le plan de symétrie de l'antenne de la direction de la cible détectée prise à partir du point O d'intersection du premier axe x et du deuxième axe y et par exemple de la projection du troisième axe z dans ce même plan Ce point O d'intersection constitue le centre de phase des deux faisceaux FI, F 2. La fonction paire obtenue, associée à la fonction monotone, rapport des puissances, permet de réaliser une écartométrie, en gisement par exemple. Pour rendre la fonction monotone, établie dans la relation ( 3), plus simple d'exploitation, il est possible par exemple d'en prendre son logarithme. Dans ce cas la fonction n'est plus seulement le rapport des puissances PI, P 2, mais le logarithme de ce rapport de puissance La fonction monotone f de l'écart angulaire O précité est alors établie par la relation suivante: f(O) = l 4 a OD log el O + llog g 9 log g 2 l ( 4) La figure 5 illustre un mode de réalisation possible de l'antenne selon l'invention Les deux panneaux 1, 2 sont par exemple constitués de guides à fentes La répartition de puissance dans les panneaux étant la même que précédemment, les axes de symétrie zl, z 2 de leurs faisceaux F 1, F 2 étant perpendiculaires à leur plan, ou fixes par rapport à ces plans, les premier 1 et deuxième 2 panneaux rayonnant sont décalés respectivement d'un angle 01, 02 de part et d'autre de leur plan commun initial Po par rotation autour d'un axe h contenu dans ce plan et coupant par exemple les panneaux 1, 2 en leur milieu Ces décalages angulaires permettent notamment de décaler les faisceaux FI, F 2 entre eux, les décalages angulaires 01, 02 étant par exemple égaux à un angle donné OD Les moyens de répartition 3, 4 des panneaux rayonnant 1, 2 sont par exemple eux aussi décalés de façon à rester en regard de leurs panneaux respectifs. La figure 5 montre que le décalage des faisceaux Fl, F 2 peut être obtenu par rotation mécanique Il est possible aussi de tourner les faisceaux électroniquement en prenant par exemple pour le premier panneau des guides à fentes ayant un pointage initial différent de celui pris par les guides du deuxième panneau Pour cela, il suffit par exemple de prendre des pas entre les fentes des guides différents d'un panneau à l'autre Il est possible par exemple de ne décaler de cette façon qu'un seul faisceau. Dans le cas o les éléments rayonnant des panneaux ne sont plus des fentes alimentées par des guides, mais des éléments d'un autre type alimentés par un distributeur équiphase, en espalier par exemple, il est possible, pour le premier panneau de placer en sortie de ce distributeur des lignes dont les longueurs sont telles qu'une variation linéaire de phase soit établie le long du réseau des éléments rayonnant, cela permettant de décaler son faisceau dans un sens Pour le deuxième panneau, une variation de pente inverse peut être établie pour décaler son faisceau dans le sens opposé, le distributeur restant le même. L'invention peut par exemple, s'appliquer à toutes les antennes en réseaux que l'on peut partager en deux panneaux. REVENDICATIONS 1 Antenne d'écartométrie de radar monopulse comportant au moins deux panneaux rayonnant ( 1, 2),un signal reçu par l'antenne étant vu par celle-ci sous un angle donné ( 0) caractérisé en ce que les faisceaux (Fl, F 2) des panneaux ayant le même centre de phase, ils sont orientés différemment, une fonction monotone de l'angle donné ( 0) étant réalisée à partir du rapport de la puissance (PI) du signal reçue par le premier panneau sur sa puissance (P 2) reçue par le deuxième panneau ( 2), une fonction paire de l'angle ( 0) étant obtenue en effectuant la somme des signaux reçus dans les faisceaux (FI, F 2). 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance étant répartie dans les panneaux ( 1, 2) par des moyens de répartition ( 3, 4), un premier axe (x) étant confondu aux côtés des panneaux ( 1, 2) en regard des moyens de répartition ( 3, 4), un deuxième axe (y) étant situé entre les panneaux ( 1, 2) et équidistants de ceux-ci, la puissance croît d'un point (xo) du premier axe (x) situé sur le côté du premier panneau ( 1) opposé au deuxième panneau ( 2) jusqu'au deuxième côté du premier panneau ( 1) en regard du deuxième panneau ( 2), la puissance étant répartie dans le deuxième panneau de telle sorte qu'elle soit symétrique sur l'ensemble des deux panneaux ( 1, 2), par rapport au deuxième axe (y). 3 Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la fonction monotone est le logarithme du rapport des puissances (PI, P 2). 4 Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les panneaux ( 1, 2) sont décalés entre eux d'un angle donné ( 01, 02) par rotation autour d'un axe (h) inclus dans ceux-ci. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les panneaux ( 1) sont constitués par des guides à fentes. 6 Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le décalage angulaire des faisceaux (FI, F 2) est obtenu électroniquement. 7 Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les panneaux ( 1, 2) étant constitués de guides à fentes, le pas entre les fentes sont différent d'un panneau ( 1) à l'autre ( 2).