Brevet FR2755241A1 — publié le 19980430

Etat de la technique La présente invention concerne un système de radar de véhicule automobile comprenant au moins un élément d'émission/réception pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques, au moins un élément diélectrique se trouvant dans le chemin des faisceaux, d'au moins un élément d'émission/réception et protégeant au moins cet élément d'émission/réception contre les intempéries. On utilise de tels systèmes de radar d'automobile pour la régulation automatique de la vitesse d'un véhicule, afin de détecter les véhicules en avant. Pour protéger le système radar contre les intempéries, on prévoit usuellement un capot transparent aux radiations; en général, il s'agit d'une matière diélectrique dans le chemin des faisceaux des ondes électromagnétiques. Fréquemment, cette pièce fait par- tie d'un boîtier entourant en tant que tel le système de radar du véhicule. Cet élément peut être réalisé de préfé- rence sous la forme d'une lentille diélectrique et servir en même temps à focaliser les ondes électromagnétiques utili- sées. On peut également le réaliser comme dans les systèmes anciens, simplement sous la forme d'un radom sans rechercher un effet de focalisation. Le fonctionnement des lentilles di- électriques pour les ondes électromagnétiques est décrit de façon générale dans la documentation suivante " Antenna Engi- neering Handbook " H. Jasik ou " Antennas " J.D. Kraus, McGraw-Hill. Un système de radar de véhicule, du type défini ci-dessus, est par exemple décrit dans le document EP- 0 498 524-A2. Il s'agit dans ce document, d'un système radar bistatique, c'est-à-dire d'un système radar à deux antennes distinctes pour l'émission et pour la réception. L'élément d'émission est une corne; l'élément de réception est consti- tué par trois éléments d'antenne en forme de pastilles placés l'un à côté de l'autre. L'élément d'émission et l'élément de réception sont logés dans un même boîtier; une cloison est prévue entre l'élément d'émission et l'élément de réception, si bien que le boîtier commun est en fait subdivisé en deux zones. Chacune de ces zones du boîtier est fermée dans la di- rection du rayonnement du système radar par une lentille di- électrique. La difficulté d'un tel système de radar notamment monté à l'avant du véhicule pour détecter les véhicules cir- culant devant, est que les saletés, la neige ou la neige fon- due, la glace et l'humidité se déposent sur les lentilles diélectriques et de façon générale sur l'élément diélectrique qui constitue une fenêtre pour les ondes électromagnétiques. Ces couches amortissent de manière gênante les ondes électro- magnétiques qui les traversent, ce qui peut même fausser le fonctionnement et rendre le système radar inopérant. Cette difficulté dépend évidemment de la nature du radar utilisé, suivant qu'il s'agit d'un radar à micro-ondes comme dans le15 document évoqué ou d'un radar à laser. Problème de l'invention La présent invention a pour but de développer un système de radar de véhicule adapté aux conditions d'environnement et aux intempéries auxquelles est soumis un véhicule et en particulier dans les zones du véhicule expo- sées à la saleté. En particulier, l'invention se propose de créer des moyens permettant de reconnaître les détériorations du fonctionnement par encrassage ou dépôt d'une couche di- électrique extérieure dans le chemin des faisceaux du système radar pour permettre le cas échéant de les éliminer. A cet effet, l'invention concerne un système de radar du type défini cidessus caractérisé en ce qu'au moins un élément diélectrique comporte une disposition de chemins conducteurs électriques. Cette disposition est dimensionnée et/ou répartie pour que son effet soit négligeable sur le chemin des ondes électromagnétiques. Pour cela, la disposition est formée de chemins conducteurs ayant une largeur égale au maximum à X/10 et l'intervalle entre ces chemins conducteurs est au moins égal à X/4. La longueur d'onde libre des ondes électromagné- tiques utilisées est désignée par X. Les chemins conducteurs eux-mêmes doivent être perpendiculaires au plan de polarisa- tion des ondes émises ou reçues. De préférence, l'élément diélectrique extérieur est réalisé comme lentille dans le chemin du faisceau du sys- tème de radar et sert ainsi en même temps à focaliser ou à étaler les ondes électromagnétiques qui traversent cet élé- ment. Une disposition conductrice électrique, ainsi di- mensionnée peut alors servir séparément ou en combinaison à chauffer l'élément diélectrique, à détecter les dépôts de sa- leté et les dépôts et/ou permettre un contrôle de fonctionne- ment du système radar. Suivant l'application souhaitée, on peut ou on doit placer cette disposition conductrice sur la face inté- rieure de l'élément diélectrique, c'est-à-dire la face tour- née vers les éléments d'émission/réception, ou encore sur la face extérieure ou encore directement dans l'épaisseur de l'élément diélectrique. Le système selon l'invention présente l'avantage tout d'abord de résoudre le problème posé, c'est-à-dire de garantir le fonctionnement fiable notamment dans des condi- tions de fortes intempéries, auxquelles peut être soumis un véhicule automobile. La disposition conductrice électrique peut être traversée par un courant électrique de chauffage et dégager ainsi l'élément diélectrique des dépôts tels que de la glace, de la neige ou de la neige fondue. Le courant de chauffage permet également de sécher l'élément diélectrique ou de le maintenir sec. On peut subdiviser la disposition conductrice électrique en au moins deux parties séparées l'une de l'autre pour déterminer le degré d'encrassage ou la présence d'un dé- pôt sur l'élément diélectrique. Il faut pour cela que la dis- position conductrice se trouve sur le côté extérieur de l'élément diélectrique. On mesure alors la résistance élec- trique et la capacité entre les deux parties séparées de la disposition. Ces deux grandeurs interviennent dans la formule de l'angle de déperdition tan 6 de la matière constituant le dépôt. Celle-ci permet de déduire une information sur les ca- ractéristiques d'amortissement du dépôt. Il est particulièrement avantageux de combiner ces deux possibilités d'utilisation. On peut ainsi d'une part brancher un courant de chauffage en fonction de l'encrassage ou d'un dépôt, constaté, à travers la disposition conduc- trice. Par ailleurs, on peut modifier de manière simple la répartition de la puissance de chauffage entre au moins deux zones par exemple pour dégager rapidement une lentille recou- verte de glace, en fournissant une puissance de chauffage élevée, puis maintenir la lentille, dégagée en fournissant une puissance de chauffage réduite. Au moins une partie de la disposition conductrice électrique forme une ligne de retard, ce qui permet de con- trôler de manière simple le fonctionnement du système radar par une simulation d'objectif. Pour cela, on applique à cette ligne une impulsion radar ou une partie d'une impulsion radar. Dans le cas d'un système de radar bistatique, on coupe cette impulsion après passage dans la ligne dans l'antenne de réception. Dans le cas d'un système monostatique, on ferme l'extrémité de la ligne de façon à ce qu'elle réfléchisse et renvoie l'impulsion injectée de nouveau vers l'antenne combi- née. A partir du temps de parcours connu du signal dans la ligne, on obtient un signal de contrôle permettant de véri- fier le fonctionnement du système radar. Il est particulièrement avantageux qu'une dispo- sition selon l'invention puisse se réaliser de manière très simple et très peu coûteuse sur l'élément diélectrique. Les chemins conducteurs peuvent être appliqués sur un élément en céramique selon la technique connue des couches épaisses. Pour des éléments en matière plastique, on peut imprimer les chemins conducteurs d'une manière très avantageuse à l'aide des procédés connus. Description des exemples de réalisation: Plusieurs exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: * la figure 1 est une coupe transversale d'un système de radar selon l'invention, * la figure 2 est une vue de face d'un système radar équipé d'une disposition selon l'invention pour le chauffage, * les figures 3a et 3b sont des coupes transversales d'éléments diélectriques selon l'invention, de préférence de forme lenticulaire, * les figures 4a, 4b sont une vue de face d'un système radar avec une ligne de retard selon l'invention pour le contrôle du fonctionnement. * la figure 5 est une vue d'un système radar avec une dispo- sition combinée pour le chauffage et le contrôle de fonc- tionnement, * la figure 6 est une vue d'un système radar avec une dispo- sition selon l'invention pour détecter des dépôts, * la figure 7 est une vue d'un système radar avec une dispo- sition selon l'invention, combinée pour détecter des dépôts et pour assurer le chauffage. La figure 1 montre une coupe transversale d'un système radar selon l'invention logé dans un boîtier 10. Dans la direction 13 des faisceaux des ondes électromagnétiques, le boîtier 10 est fermé par un élément diélectrique 11. Ce- lui-ci constitue une fenêtre pour les ondes électromagnéti- ques et protège ainsi le système radar contre les influences météorologiques extérieures. A l'intérieur du boîtier 10 se trouvent les éléments d'émission/réception 12 ainsi qu'un en- semble 14 avec plusieurs composants 15 différents. L'élément diélectrique 11 est réalisé en forme de lentille selon un dé- veloppement avantageux de l'invention pour servir en même temps à focaliser les ondes électromagnétiques. Sur sa face intérieure, c'est-àdire sur le côté tourné vers les éléments d'émission/réception 12, on a une disposition formée de che- mins conducteurs électriques 16. La figure 2 est une vue de face ou de dessus du système de radar selon l'invention représenté à la figure 1 montrant le boîtier 10 et l'élément diélectrique 11. Sur ou au choix à l'intérieur de l'élément diélectrique 11, on a une disposition 22 formée d'un chemin conducteur électrique tracé en méandres. La largeur de cette bande est au maximum égale à X/10. La distance de deux bandes voisines est au moins égale à X/4. Pour une direction de polarisation des ondes électro- magnétiques inclinées de 45 vers la droite, à titre d'exemple, les différentes bandes sont de préférence incli- nées à 45 vers la gauche. Globalement cela signifie que les courtes liaisons entre deux bandes parallèles sont différen- tes de cet alignement. Le début et la fin de la disposition en méandres 21 sont reliés à des points de contact 22. Cela permet d'injecter un courant électrique pour chauffer l'élément diélectrique 11. Les figures 3a, 3b montrent des développements correspondants de l'élément diélectrique en forme de lentille selon une coupe transversale. La figure 3a montre une len- tille plan convexe 30 dont la surface convexe porte une dis- position en méandres 31 selon la figure 2. La figure 3b montre une lentille convexe 32 dont les deux faces sont bom- bées. La disposition conductrice électrique 33 se trouve dans un plan entre les deux faces bombées. Pour la fabrication, on peut par exemple assembler cette lentille à partir de deux lentilles plans convexes séparées. Les deux moitiés Mi, M2 peuvent être réalisées dans des matières différentes. On peut en outre prévoir également une disposition selon l'invention sur le côté intérieur d'une lentille. Un exemple est donné par la vue en coupe transversale de la figure 1. De même, on peut appliquer l'invention à n'importe quelle autre forme de lentille. Les figures 4a, 4b montrent également une vue de dessus d'un système de radar selon l'invention comprenant un boîtier 10 et un élément diélectrique 11. Les dispositions conductrices électriques 40, 43 sont en forme de lignes chauffantes. Elles se trouvent de préférence sur le côté ex- térieur de l'élément diélectrique 11 pour contrôler le sys- tème radar. La figure 4a comporte une ligne de retard 40 entourant suivant un tracé annulaire le bord du chemin des faisceaux des ondes électromagnétiques. Pour cette raison, il ne sera pas nécessaire dans ce cas que les différentes bandes soient distantes d'au moins X/4. De même, la direction de po- larisation respective n'est pas prise en compte dans ce cas. La référence 41 désigne un élément d'injection en forme de pastille. La référence 42 désigne l'extrémité de la ligne de retard qui est fermée dans le cas du système radar monos- tatique pris ici à titre d'exemple par une fermeture réflé- chissante, c'est-à-dire soit en terminant à vide, soit avec un élément de courtcircuit. A la figure 4b, on a une ligne de retard en forme de méandres à l'extérieur du chemin des faisceaux des ondes électromagnétiques. Un seul point d'injection 44 également réalisé par exemple sous la forme d'une pastille, se trouve dans le chemin des faisceaux. Dans le cas d'un système radar bistatique, l'extrémité de la ligne 43 pourrait également être réalisée par une pastille et la ligne ainsi alimentée pourrait être couplée sur l'antenne de réception. Dans le cas du système de radar monostatique re- présenté ici, l'extrémité de ligne 43 est fermée de manière à réfléchir. En variante, on peut injecter une impulsion radar à des fins d'essai également à travers une liaison galvanique de la ligne de temps de parcours 40, 43 avec l'installation émission/réception du système radar. Le conducteur de retour de la ligne de retard 40, 43 est réalisé au choix, soit comme dans le cas d'une ligne à microbande, comme surface conductrice sur la face arrière de l'élément diélectrique 11, soit comme ligne coplanaire. De façon analogue aux antennes de fil, suivant la réalisation pratique, on peut également renoncer totalement à une ligne de retour. La figure 5 montre une autre réalisation d'une ligne de retard. Dans cet exemple, la ligne de retard est combinée à la disposition en méandres, susceptible d'être chauffée selon la figure 2. Les mêmes références désignent ainsi les mêmes éléments que ceux du système radar déjà dé- crits. En complément, au milieu de la disposition en méan- dres, on a un point d'injection 51 sous la forme d'une antenne constituée par une pastille ainsi que deux réseaux de découplage 52 au début et à la fin de la disposition. Les ré- seaux de découplage 52 permettent le passage du courant de chauffage qui est un courant continu. Toutefois, ces réseaux constituent en même temps un court-circuit pour les signaux de micro-ondes haute fréquence. Ces signaux de micro-ondes sont ainsi réfléchis par les réseaux de découplage 52. On réalise les réseaux de découplage 52 de préfé- rence en bandes larges sous la forme de " broches radiales ". Il s'agit de structures de lignes en forme de segments de cercle comme cela est représenté à la figure 5. Selon un dé- veloppement avantageux de cet exemple de réalisation, les ré- seaux de découplage 52 comportent des diodes pin dont l'impédance de coupure peut être modifiée. Les réseaux de dé- couplage peuvent de préférence être ainsi branchés et coupés. La figure 6 est également une vue de face ou de dessus d'un système de radar selon l'invention comprenant un boîtier 10 et un élément diélectrique 11. L'élément diélec- trique 11 est recouvert par deux dispositions en forme de peignes 61, 62 imbriquées étroitement sans toutefois se tou- cher. Pour expliciter le chevauchement, la disposition 61 est représentée avec des traits interrompus. Il s'agit ici égale- ment d'une structure électrique liée. Entre les deux disposi- tions imbriquées 61, 62, on peut mesurer une résistance R et une capacité C. Ces grandeurs dépendent de l'angle de perte tan 5 de la matière entre les deux dispositions et ainsi éga- lement de l'angle de perte tan 6 d'un éventuel revêtement. Ainsi, l'amortissement du signal permet de déceler la pré- sence dun dépôt, c'est-à-dire le degré d'encrassage. Les dispositions conductrices électriques 61, 62 doivent être prévues pour cette application sur le côté extérieur de l'élément diélectrique 11. La figure 7 montre une vue analogue à celle de la figure 6. Toutefois au contraire dans ce cas, les deux dispo- sitions conductrices 71, 72 sont réalisées comme des cercles de chauffage avec des contacts 73, 74. Pour déceler l'encrassage, on mesure la résistance R et la capacité C en- tre les deux dispositions. En plus, on peut utiliser les con- tacts 73, 74 pour injecter un courant de chauffage servant à chauffer cet élément de la disposition. En conclusion, les réalisations exposées ci- dessus des dispositions conductrices électriques selon l'invention ne constituent que des exemples préférentiels. L'invention peut également se réaliser avec d'autres disposi- tions non représentées ici. De même, l'élément diélectrique est de préférence réalisé sous forme de lentille comme cela est indiqué dans les figures, mais il peut également s'agir d'un élément obtenu par la mise en forme d'une pièce diélec- trique plus grande, et dont seulement une partie est en forme de lentille. De même, l'élément diélectrique seul peut être utilisé comme radom, c'est-à-dire comme élément sans effet de10 focalisation. R E V E N D I CATIONS 1 ) Système de radar de véhicule automobile comprenant au moins un élément d'émission/réception (12) pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques, au moins un élément diélectrique (11) se trouvant dans le chemin des faisceaux (13), d'au moins un élément d'émission/réception (12) et protégeant au moins cet élément d'émission/réception (12) contre les intempéries, caractérisé en ce qu' au moins un élément diélectrique (11) comporte une disposi- tion de chemins conducteurs électriques (16). 2 ) Système de radar de véhicule automobile selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la disposition est formée de chemins conducteurs dont la lar- geur est au maximum égale à X/10 et l'intervalle au moins égal à X/4, X étant la longueur d'onde libre des ondes élec- tromagnétiques. 3 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les chemins conducteurs électriques de la disposition étant principalement orientés perpendiculairement à la direction de polarisation des ondes électromagnétiques. 4 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' au moins un élément diélectrique est une lentille diélectri- que pour focaliser ou disperser les ondes électromagnétiques. ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que la disposition est formée de chemins conducteurs électriques appliquées sur la surface d'au moins un élément diélectrique. l1 6 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que la disposition de chemins conducteurs électriques est placée à l'intérieur d'au moins un élément diélectrique. 7 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que la disposition de chemins conducteurs électriques est utili- sée pour chauffer au moins un élément diélectrique. 8 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la disposition de chemins conducteurs électriques forme une ligne de retard simulant un objectif radar. 9 ) Système radar de véhicule automobile selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que la ligne de temps de retard constitue en même temps un cir- cuit de chauffage pour chauffer l'élément diélectrique. 10 ) Système radar de véhicule automobile selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé par au moins deux dispositions de chemins conducteurs électriques entre lesquelles on peut mesurer une résistance électrique et une capacité, les grandeurs ainsi mesurées de la résistance et de la capacité constituant des moyens indiquant le degré d'encrassage ou de couverture de l'élément diélectrique. 11 ) Système radar de véhicule automobile selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce qu' au moins les deux dispositions conductrices sont en forme de peignes et s'interpénètrent pour ne pas se toucher. 12 ) Système radar de véhicule automobile selon les revendi- cations 10 ou 11, caractérisé en ce qu' au moins deux dispositions conductrices électriques entre lesquelles on peut mesurer une résistance électrique et une capacité forment également deux circuits de chauffage dis- tincts.