Brevet FR2784803A1 — publié le 20000421

A/ L'invention concerne le domaine des antennes de gamme UHF et peut être appliquée pendant l'élaboration des antennes pour des complexes radar lance-missiles D.C.A. mobiles de dimensions réduites destines à détecter et à poursuivre des objectifs et des missiles, ainsi que dans les antennes UHF de destination diverse. Il est connu qu'un tel complexe monté généralement sur un véhicule de transport (châssis automoteur) doit assurer la possibilité d'observation de l'espace afin de rechercher des objectifs et de les poursuivre ultérieurement, c'est-à-dire, de définir périodiquement trois coordonnées d'objectifs dans l'espace et de suivre les trajets des objectifs pour prendre la décision de leur destruction. Une fois le lancement des missiles antiaériens effectué, le complexe doit assurer l'accrochage des dits missiles et de les guider vers les objectifs poursuivis jusqu'à la destruction des derniers. L'appareillage étant monté sur un châssis automoteur, la nécessité de réaliser les tâches ci-dessus multiplie considérablement les exigences envers le système d'alimentation d'antenne radar d'un tel complexe, plusieurs d'entre lesdites exigences s'avérant contradictoires. Ainsi, pour accroltre le pouvoir de résolution du radar et augmenter la précision de déterminaion de coordonnées angulaires de l'objectif, il est necessaire de former un diagramme directionnel de l'antenne suffisamment étroit, tandis que lors de l'observation de l'espace ou de l'accrochage du missile le diagramme directionnel de l'antenne doit être suffisamment large. L'antenne doit assurer le rendement élevé du radar afin de suivre simultanément plusieurs objectifs et missiles, et la possibilité d'adaptation aux largeurs de diagrammes directionnels: à cet effet, l'antenne doit réagir rapidement - 2 - aux déplacements du diagramme dans l'espace et à la variation de largeur de diagramme. En même temps l'antenne radar du complexe lance-missiles mobile d'un petit gabarit doit avoir elle-même des gabarits et un poids réduits et être peu coûteuse, ce qui constitue souvent un facteur déterminant pour le choix du type d'antenne. Les exigences précedenmment citées requises à l'antenne radar du complexe lance-missiles D.C.A. mobile d'un petit gabarit seraient le mieux satisfaites par l'application des antennes du type de réseau phasé à balayage électronique du diagramme directionnel. On connait des complexes lance-missiles D.C.A. utilisant des antennes du type réseau phasé, par exemple, radar multifonctionnel du complexe lance-missiles D. C.A. "PATRIOT", radar du complexe lance-missiles D.C.A. de bord 'AEGI$". Toutefois, les particularités de construction des réseaux phases caractérisant l'élaboration des antennes pour les radars précités s'avèrent inadmissibles pendant l'élaboration des antennes pour des postes radar d'un petit gabarit de détection et de poursuite des objectifs et des missiles destinés à être montés sur un châssis automoteur, lesdits réseaux étant trop compliqués, encombrants, lourds et coûteux. Ceci explique le fait que les radars connus d'un petit gabarit de détection et de poursuite des objectifs et des missiles utilisent jusqu'à présent des antennes-miroirs au balayage électromécanique. Des antennes pareilles sont utilisées dans les complexes 'Crotale"(France), Roland"(France, Allemagne) et nOssa" (Russie). Le système a miroir du radar de poursuite des objectifs du complexe lance-missiles D.C.A. 'Ossa" a été pris pour le prototype de l'antenne (cf. Description technique du véhicule de combat du complexe lance-missiles D.C.A. 'Ossa-Afl4", GP IEMZ, Ijevsk, 1980). L'antenne du complexe comprend une ouverture émettrice (surface) et un circuit de signal UHF. L'ouverture émettrice est constituée d'un miroir parabolique au plan de polarisation orientable et d'un miroir filtrant. La surface de l'antenne est excitée par un excitateur. Le circuit de signal UHF comrenant un système de raccords en T hybrides, un modulateur, un pont à tentes, un circulateur, relie le radiateur à l'émetteur et au récepteur du radar. Le balayage de diagrammes directionnels dans un secteur angulaire donné est effectué dans le plan azimutal et dans le plan d'angle de site par un dispositif électromécanique d'orientation comportant une commande en azimut et une commande en angle de site. Tout en répondant aux exigences de simplicité, de réduction de dimensions et de poids et de diminution de coût requises à l'antenne radar du complexe mobile, les antennes du prototype et des analogues présentent des inconvénients considérables lors de l'application contre les moyens modernes d'offensive, les inconvénients tels que: - une grande durée de détection et d'accrochage des objectifs en cas de déplacement mécanique du diagramme directionnel dans l'espace, - incapacité de poursuivre simultanément plusieurs objectifs et missiles à cause de leurs grandes vitesses, - absence d'adaptation rapide aux largeurs de diagrammes directionnels, - un haut niveau des lobes latéraux d'antenne, la surface de travail du miroir étant ombrée par l'excitateur et par les éléments de construction d'excitateurs et de miroir filtrant, ce qui réduit l'invuinérabilité du radar aux brouillages. Le but de l'invention consiste A réaliser une antenne relativement peu coûteuse au balayage électronique de diagrammes directionnels dans un secteur d'angles nécessaire pour un radar de complexes lance-missiles D.C.A., ladite antenne étant dispensée d'inconvénients précités propres à l'antenne du prototype. En même temps l'invention doit contribuer à améliorer les caractéristiques d'antenne du prototype tout en répondant aux exigences de coût, de gabarit, de poids et de puissance consommée admissible qui sont demandées a un radar mobile d'un petit gabarit. L'invention a pour objectif de réaliser une antenne au nombre réduit d'éléments réglables, ladite antenne assurant le balayage électronique de diagrammes directionnels dans un secteur d'angles limité définis par les exigences envers les radars desdits complexes, le temps de déplacement du diagramme -4- vers tout point du secteur de balayage ne dépassant pas des fractions de milliseconde. L'antenne doit former des diagrammes directionnels somme- différence pour le repérage d'objectif par la méthode à monoimpulsion, doit être adaptable aux largeurs de diagrammes directionnels, doit avoir un coefficient d'amplification non intérieur à celui du prototype et un niveau plus bas de rayonnement latéral dans le diagramme directionnel sommaire. L'antenne doit avoir un poids et des gabarits appropriés pour être montée sur des radars d'un petit gabarit. Le coût étant un problème important pour des radars d'armée, lesdites caractéristiques de l'antenne doivent être atteintes pour un coût minimal. L'objectif de l'invention est atteint grâce au fait que l'ouverture émettrice de l'antenne est réalisée en quatre sOUS- réseaux d'un même type dont chacun est muni d'un système d'excitation, d'un système de mise en phase au nombre réduit de dêphaseurs réglables et d'un système de rayonnement comprenant des radiateurs présentant une forme appropriée (en plateau) du diagramme directionnel, tous les sous- réseaux étant munis d'un système commun d'orientation de faisceau. Chaque radiateur du système de rayonnement est relié à un déphaseur réglable correspondant du système de mise en phase qui est connecté à une des sorties du système d'excitation. Les systèmes d'excitation sont réalisés sous forme de lignes de transmission UHF et présentent une entrée pour chaque sous-réseau et des sorties en nombre correspondant au nombre de déphaseurs réglables. Par l'intermédiaire du système de quatre raccords en T hybrides dont trois raccords sont repliés dans le plan E, les entrées du système d'excitation et le circulateur sont reliés par les lignes de liaison UHF au récepteur et à l'émetteur du radar. Les entrées de commande des déphaseurs électriquement réglables sont connectées aux sorties du système d'orientation de faisceau. L'ouverture émettrice de l'antenne avec tous ses composants est montée sur la plate-forme du châssis de complexe comportant des commandes êlectromécaniques en azimut et en angle de site. Pour assurer l'adaptation aux largeurs de diagrammes directionnels l'antenne est munie d'un bloc d'élaboration de corrections à la répartition de phase. Pour la mise en phase mutuelle des sous-réseaux l'antenne comporte une source de signal de contrôle. L'essentiel de l'invention consiste à construire le réseau d'antenne phasé répondant à toutes les exigences précitées et présentant un nombre réduit d'éléments réglables (déphaseurs) gràce à la réalisation des éléments rayonnants aux diagrammes directionnels spéciaux. L'invention proposée permet de réaliser le réseau d'antenne phasé avec un nombre d'éléments réglables réduit de plusieurs fois par rapport auz réseaux phases équidistants connus ayant la mème largeur de diagramme directionnel et utilisant des radiateurs analogues aux radiateurs utilisés dans les complexes lance-missiles sus- mentionnés 'PATRIOT" et 'AEGIS" et dans la plupart d'autres radars aux réseaux d'antenne phases. Le réseau d'antenne phasé présente une distance entre les éléments réglables égale à plusieurs longueurs d'onde, tandis que dans les réseaux analogues la distance entre lesdits éléments est inférieure à une longueur d'onde. La composition de l'antenne proposée est présentée & la figure 1, à la figure 2 et à la figure 3. La figure 1 représente l'ouverture émettrice 1 et le circuit de signal UHF comprenant un système 2 de quatre raccords en T hybrides dont trois raccords sont replies dans le plan E, un circulateur 3 et des lignes UHF 4, 5, 6, 7 reliant l'antenne à l'émetteur et aux récepteurs (l'émetteur et les récepteurs ne sont pas présentés à la figure 1). Ces composants constituent un ensemble de construction fini à deux axes de rotation en angle de site et en azimut relié respectivement aux commandes 8 et 9 en angle de site et en azimut. L'ouverture émettrice 1 d'antenne est constituée de plusieurs (quatre) sous-réseaux 10 comprenant chacun un système de rayonnement 11, Lun système de mise en phase 12 et un système d'excitation 13. Chacun des systèmes de rayonnement comporte des radiateurs 14 présentant des diagrammes directionnels sous forme de plateau et espacés de plusieurs longueurs d'onde. Chaque radiateur 14 est relié à un -6-_ déphaseur correspondant 15 électriquement réglable faisant partie d'un système de mise en phase 12, l'entrée dudit déphaseur étant reliée à une sortie respective du système d'excitation 13, Chacun des systèmes d'excitation 13 représente en ensemble de lignes de transmission UHF en série ou en parallèle, chaque ligne présentant une entrée 16 et des sorties dont le nombre total dans l'antenne doit être égal au nombre de déphaseurs électriquement réglables. Les entrées de réglage de déphaseurs 15 sont reliées aux sorties du système 17 d'orientation de faisceau commun à tous les sous-réseaux de l'antenne. Par l'intermédiaire du système 2 de quatre raccords en T hybrides dont trois raccords en T hybrides sont repliés dans le plan E, les entrées 16 du système d'excitation 13 sont reliées au circulateur 3 et aux lignes 4, 5, 6 et 7 de liaison UHF qui relient à leur tour l'antenne à l'émetteur du radar (ligne 4) et aux récepteurs A monoirmpulsion, la ligne 5 étant reliée à l'entrée du récepteur de canal sommaire et les lignes 6 et 7 étant reliées aux entrées de récepteurs de canaux différentiels d'azimut et d'angle de site. La figure 2 représente une variante de l'antenne comprenant en outre une source 18 de signal de contrôle reliée l'entrée latérale du système 2 de quatre raccords en T hybrides. Selon une autre variante de réalisation de l'antenne représentée à la figure 3, l'antenne est munie d'un bloc 19 d'élaboration de corrections en lignes et en colonnes la! répartition de phase modifiant la largeur de diagramme directionnel, ledit bloc étant relié au système 17 d'orientation de faisceau. Le système 17 d'orientation de faisceau comprend des entrées séparées pour des signaux de réglage de déphaseurs en lignes et en colonnes. Les entrées de réglage de chaque déphaseur 15 de sous-réseau 10 sont reliées aux sorties respectives de réglage en lignes et en colonnes du système 17 d'orientation de faisceau. 4L'antenne fonctionne de la manière suivante: -7-,. Au moyen des commandes 8 et 9 l'ouverture émettrice 1 est orientée dans la direction du secteur de balayage par rapport au chAssis du radar. Au régime de transmission UHF par l'intermédiaire de la ligne 4 de liaison UHF, le circulateur découplant 3 et le pôle sommaire du système 2 de raccords en T hybrides, la puissance est transmise en conincidence de phase depuis l'émetteur jusqu'aux sorties 16 des quatre systemes d'excitation 13 de sous-réseaux 10 du réseau d'antenne phasé. Les systèmes d'excitation 13 assurent une répartition d'amplitude appropriée aux entrées de tous les déphaseurs réglables 15 des systèmes 12 de mise en phase. Les déphaseurs réglables 15 établissent une répartition de phase appropriée aux entrées de radiateurs 14 des systèmes de rayonnement 11 conformément aux signaux de réglage élaborés par le système 17 d'orientation de faisceau afin d'orienter le diagramme directionnel de l'antenne vers tout point du secteur de balayage choisi. Au régime de réception l'antenne fonctionne comme suit: Apres être réfléchi par l'objectif le signal est reçu par les radiateurs 14 de systèmes de rayonnement des sous- réseaux 10 et est transmis aux déphaseurs 15 de systèmes de mise en phase 12. Au moyen du système 17 d'orientation de faisceau les déphaseurs 15 produisent un décalage en phase dans le signal reçu en fonction de la largeur voulue de diagramme directionnel et de sa position angulaire dans les limites du secteur de balayage choisi. Les systèmes de mise en phase 12 compensent également les décalages en phase subis par les déphaseurs differents sous l'effet des systèmes d'excitation 13 de sous-réseaux 10. Dans le système 2 de raccords en T hybrides les signaux en provenance de tous les quatre sous-réseaux 10 d'antenne sont additionnés soit en coïncidence de phase lors de la formation de diagramme directionnel selon le canal sommaire, soit en opposition de phase lors de la formation de diagramme directionnel selon les canaux différentiels d'azimut ou d'angle de site, L'addition de signaux en opposition de phase venant des parties gauche et droite de l'ouverture 1 d'antenne fait former les diagrammes directionnels differentiels dans le plan azimutal. L'addition de signaux en opposition de phase venant des parties supérieure et inférieure de l'ouverture 1 d'antenne fait former les diagrammes directionnels différentiels dans le plan d'angle de site. Les radiateurs 14 forment des diagrammes directionnels de largeur voulue pour un secteur de balayage donné de l'antenne. Les diagrammes directionnels des radiateurs selon leurs faces avant et arriere deviennent proches à ceux en forme de plateau en assurant la suppression des lobes de diffraction (lobes de réseau), Ceci permet d'augmenter considérablement la distance entre les radiateurs du réseau d'antenne phasé et de réduire le nombre d'éléments réglables de plusieurs fois. L'adaptation selon les largeurs de diagrammes directionnels s'effectue grâce à la variation de la répartition de phase à l'ouverture de l'antenne contrôlée par le système 17 d'orientation de faisceau d'après les signaux produits par le bloc de corrections 19. Le bloc de correction 19 assure le stockage des corrections à la répartition de phase en lignes et en colonnes, lesdites corrections étant convoquées et estimées par le système 17 d'orientation de faisceau lors d'élaboration de signaux de réglage de déphaseurs 15 afin de modifier la largeur de diagramme directionnel. Le système 17 d'orientation de faisceau élabore des signaux séparés de réglage de déphaseurs 15 en lignes et en colonnes. Les déphaseurs 15 de sous-réseaux 10 dont les circuits de réglage sont reliées aux sorties de lignes et de colonnes respectives du système 17 d'orientation de faisceau, produisent le décalage de phase sommaire correspondant auxdits signaux en modifiant la répartition de phase a l'ouverture 1 de l'antenne afin de modifier la largeur de diagramme directionnel dans une direction donnée en cas de sa déviation. La mise en phase mutuelle des canaux sommaires et différentiels s'effectue d'après le signal de contrôle venant de la source 18 de signal de contrôle et traversant le pôle latéral du système 2 de raccords en T hybrides repliés dans le plan E ce qui assure l'envoi en coïncidence de phase et en égalité d'amplitude du signal de contrôle vers la circuit de formation de diagrammes directionnels somme- différence et, par -9- _ consequence, contribue à une précision plus élevée de repérage d'objectifs. Les essais d'un grand nombre d'antennes construites selon la présente invention ont démontrés que ces antennes répondent complètement aux exigences demandées aux antennes radars de poursuite d'objectifs et de missiles des complexes lance- missiles D.C.A. d'un petit gabarit. La possibilité de déplacement électromécanique de l'antenne combinée avec le balayage électronique dans un secteur d'angle opérationnel du radar permet de réaliser des régimes différents de fonctionnement du radar pendant la détection et la poursuite des objectifs et pendant l'accrochage et le guidage des missiles. L'antenne forme des diagrammes directionnels sommaires et différentiels de largeurs différentes pour la méthode de repérage à monoimpulsions. Dans le secteur d'angles opérationnel le balayage électronique et l'adaptation aux largeurs de diagramme directionnel permettent de réaliser tout algorithme de travail avec plusieurs objectifs aux fréquences de rayonnement differentes du radar et aux largeurs differentes de diagramame directionnel. En comparaison avec le prototype l'antenne possède un coefficient d'amplification plus élevé et un niveau plus bas des lobes latéraux. Ceci s'explique par le fait que dans l'antenne proposée l'ouverture émettrice n'est pas ombrée par le miroir-filtrant, il n'y a pas de pertes dans le diélectric utilise pour la réalisation du système au plan de polarisation tournant, la puissance n'est pas rayonnée en dehors de l'ouverture. L'utilisation des radiateurs spécialement élaborés aux caractéristiques de rayonnement en plateau supprimant des lobes de diffraction d'antenne (lobes d'antenne) dans le secteur d'angles opérationnel a permis de les monter dans l'ouverture de l'antenne avec un espacement de plusieurs longueurs d'ondes et, par conséquence, de réduire considérablement le nombre d'éléments réglables. Dans l'antenne proposée les éléments réglables sont espacés d'une intervalle égale à trois longueurs d'onde, tandis que dans la plupart de réseaux d'antenne phasés connus ledits éléments sont montés avec un espacement inférieur - 10 - à une longueur d'onde. Dans ce cas le nombre d'éléments réglables dans l'antenne proposée est sensiblement diminué par dix ce qui contribue à diminuer le poids et les gabarits de l'antenne et de réduire son coût jusqu'aux valeurs permettant l'application de l'antenne au balayage électronique dans des radars de détection et de poursuite des objectifs et des missiles des complexes lance-missiles D.C.A. d'un petit gabarit. Par ailleurs, la disposition équidistante des radiateurs dans l'antenne permet d'appliquer le-système d'orientation de faisceau au réglage de déphaseurs en lignes et en colonnes. Ledit système s'avère essentiellement plus simple et moins coûteux par rapport aux systèmes au réglage de déphaseurs élément par élément élaborant des signaux de réglage pour chaque déphaseur, car le nombre de canaux de réglage dans ledit système est diminué du nombre de fois égal a la moitié de la racine carrée du nombre d'élémenlts d'antenne. - '11 - REVENDICATIONS l.Antenne pour des postes radars d'un petit gabarit de détection et de poursuite des objectifs et des missiles, comprenant une ouverture émettrice 1 et un circuit de signal UHF constitué d'un système 2 de quatre raccords en T hybrides dont trois raccords sont replies dans le plan E, d'une ligne de liaisons UIHF 4, 5, 6, 7 avec un récepteur et un émetteur du radar, des commandes 8 et 9 en azimut et en angle de site, caractérisée en ce que l'ouverture émettrice 1 est réalisée sous forme de sous-réseaux 10 d'un même type munis chacun d'un système d'excitation 13 sous forme de lignes de transmission UHF en série ou en parallèle, d'un système de mise en phase 12 avec des déphaseurs 15 électriquements réglables, d'un système de rayonnement 11 réalisé sous forme de radiateurs discrets 14 aux caractéristiques de rayonnement en plateau, montés dans l'ouverture 1 d'antenne de manière équidistante et espacés de plusieurs longueurs d'onde, et d'un système 17 d'orientation de faisceau commun pour tous les sous-réseaux, le nombre total de sorties des systèmes d'excitation étant égal au nombre de déphaseurs réglables 15 et le nombre d'entrées étant égal à quatre, chaque radiateur 14 étant relié au déphaseur eléctriquement réglable 15 respectif du système de mise en phase 12, ledit déphaseur étant relié à la sortie d'un des systèmes d'excitation 13, les entrées de réglage de dephaseurs sont reliées aux sorties du système 1'7 d'orientation de faisceau, et par l'intermédiaire du système 2 de raccords en T hybrides et du circulateur 3 quatre entrées 16 du système d'excitation 13 sont reliées au récepteur et à l'émetteur du radar. 2.Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un bloc 19 d'élaboration de corrections en lignes et en colonnes à la répartition de phase modifiant la largeur de diagramme directionnel de l'antenne, ledit bloc étant relié au système 17 d'orientation de faisceau élaborant à ses sorties des signaux de réglage de déphaseurs en lignes et en colonnes, les entrées de réglage de chaque déphaseur 15 de - 12 - sous-réseaux 10 étant reliées respectivement aux sorties de réglage en ligne et en colonnes du système 17 d'orientation de faisceau. 3.Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'etlle est munie d'une source 18 de signal de contrôle, dont la sortie est reliée au pâle latéral du système 2 de raccorde en T hybrides repliés.