Brevet FR2828935A1 — publié le 20030228

REPONDEUR RADAR MARITIME L'invention concerne un répondeur radar maritime, équipant une bouée ou un radeau de sauvetage pour permettre les opérations de recherche et de secours par l'indication de la position à un radar de recherche à modulation d'impulsions. Il doit assurer une détection des naufragés jusqu'à 10 milles nautiques, rapide et précise, même par vent fort et mer agitée qui rendent difficilement repérable la position d'un radeau de sauvetage bien petit sur la mer. Un tel répondeur doit résister à la corrosion par l'eau de mer, être étanche à l'air, et aisément fixé à bord du radeau. Un répondeur radar maritime étant mis en route lors d'un naufrage au point géographique à baliser, il reçoit les signaux émis par un radar de navigation maritime fonctionnant dans une bande de fréquences déterminée, de 9,2 à 9,5 GHz, et émet un signal dans la même bande de fréquences qui sera capté par le radar de navigation et produira sur son écran panoramique des échos codés sous forme de traits T et de points partant radialement du point de localisation du répondeur, dont les combinaisons permettent l'identification durépondeur. L'indication sur l'écran radar E, dont un exemple est donné par la figure 1, donne la direction È et la distance d entre le répondeur et le radar de recherche. Le signal émis par le répondeur radar est ultra-rapide, avec un balayage sur la bande de fréquences 9,2 à 9,5 GHz et avec une période d'émission de 100 s, synchrone avec toute émission radar reçue. La figure 2 est une vue en perspective d'un répondeur 1 radar maritime, comprenant une antenne cylindrique 2 omnidirectionnelle, montée à l'intérieur d'un boîtier cylindrique 3, dont une première partie 31 forme un râdome de protection. Ce boîtier renferme également un récepteur d'ondes émises par un radar à balayage, un émetteur d'ondes radar et un circuit de commande de l'émission de telles ondes après réception d'une onde radar. Une seconde partie 32 du boîtier 3 renferme un dispositif d'alimentation électrique destiné à alimenter en courant continu le récepteur, l'émetteur et le circuit de commande de l'antenne. Ce dispositif d'alimentation est préférentiellement une pile ayant une grande durée de vie, et supportant des conditions extrêmes de température. Le boîtier possède une résistance élevée aux chocs et est doté d'un support de fixation 4 pour l'installation du répondeur radar à bord d'un bateau ou d'un radeau de sauvetage 5 par exemple. Dans le cas de la figure 2, l'antenne omnidirectionnelle 2 est réalisée à partir d'éléments rayonnants 6 imprimés sur un substrat cylindrique 7 en matériau diélectrique. Selon un mode de réalisation de l'art antérieur, un répondeur radar, dont un schéma électronique est représenté par la figure 3, comporte les éléments suivants. Une antenne 8 omnidirectionnelle dans le plan horizontal, servant à la réception et à l'émission, - capte les ondes émises par un radar de recherche pendant que le faisceau la balaye. Ce signal reçu passe dans un commutateur ou duplexeur 9 qui l'oriente vers la voie réception du répondeur puis est amplifié dans un circuit amplificateur 10 pour être détecté dans un circuit détecteur 11 à large bande qui attaque un amplificateur 12 vidéo. Après comparaison dans un circuit 13 avec une valeur seuil, les impulsions du signal ainsi amplifiées, qui sont supérieures à la valeur seuil, sont dirigées vers la voie émission du répondeur. Celle-ci comporte un dispositif générateur de balayage qui comprend d'abord un circuit codeur 14 délivrant, pour chaque impulsion reçue, un train d'impulsions, 4 ou 5 par exemple, dont les décalages respectifs correspondent au code particulier du répondeur, et ensuite un circuit de modulation 15 du signal pour former les ondes de balayage de réponse destinées à être émises par un oscillateur 16 haute fréquence. Cet oscillateur est mis en oscillation au début de chaque train d'impulsions et chaque impulsion déclenche le balayage de la bande de fréquences d'une extrémité à l'autre, linéairement en fonction du temps. La durée de ce balayage, de l'ordre de 10 s est une limite inférieure pour les intervalles du train d'impulsions. Le signal haute fréquence délivré par l'oscillateur est amplifié dans un circuit 17 pour être envoyé vers l'entrée émission du commutateur 9. La réponse émise par l'antenne 8 est un signal ultra-rapide de balayage de toutes les fréquences de la bande 9, 2-9, 5 GHz, avec une période d'émission de 100 gus, synchrone avec toute émission radar reçue. Etant relativement puissants, les circuits d'amplification d'un tel répondeur actuel ont un coût- élevé, en particulier les deux transistors du circuit d'amplification du signal de réponse oscillant. En plus de cet inconvénient, il y a le fait que le répondeur ne fonctionne plus dès qu'un de ces deux transistors tombe en panne, puisqu'ils sont montés en série. Un troisième inconvénient vient de l'antenne unique d'émissionréception qui oblige à utiliser un commutateur pour commuter les voies réception et émission du système, occasionnant des problèmes de pertes et de limitations en puissance. Enfin, le montage électronique présente des difficultés de réalisation en raison de l'équilibrage des fils entre l'amplificateur d'émission et l'antenne, entraînant des durées d'assemblage longues donc coûteuses. Le but de l'invention est de résoudre ces différents inconvénients en proposant un répondeur radar doté d'une antenne de réception et d'une'antenne d'émission distinctes, celle-ci étant constituée de plusieurs brins actifs, alimentés indépendamment les uns des autres et parfaitement équilibrés en amplitude et en phase en raison de la constitution même de la voie d'émission du répondeur. Cette antenne d'émission peut notamment être réalisée sur un circuit imprimé cylindrique ainsi que l'antenne de réception, ces deux circuits étant empilés pour réaliser les fonctions émission et réception. Pour alimenter de façon indépendante et équilibrée les différents brins actifs de l'antenne d'émission, le dispositif d'alimentation de cette antenne est intégré sur un seul circuit imprimé, connecté directement aux différents brins. Pour cela, l'objet de l'invention est un répondeur radar maritime comprenant une antenne omnidirectionnelle de réception d'ondes radar associée- à une voie de réception, une antenne omnidirectionnelle d'émission d'ondes radar associée à une voie d'émission comprenant un circuit générateur de balayage relié à un circuit oscillateur dont la sortie est connectée à un circuit d'amplification, caractérisé en ce que l'antenne d'émission est constituée par un nombre entier n, supérieur à trois, de brins actifs émettant n signaux identiques de polarisation rectiligne horizontale et en ce que le circuit d'amplification de la voie d'émission est constitué par un premier étage "driver" à transistor et un second étage en pont diviseur de type Wilkinson réalisé par n transistors, tous identiques au transistor du premier étage"driver" et relié chacun d'une part, par un circuit adaptateur d'impédance d'entrée, au premier étage"driver"et d'autre part, par un circuit adaptateur d'impédance de sortie, à un brin actif de l'antenne. Selon une autre caractéristique du répondeur radar selon l'invention, la voie d'émission d'un signal radar alimentant les brins actifs de l'antenne d'émission est réalisée à partir d'un circuit imprimé sur une première face d'une plaquette de substrat diélectrique où sont gravées les connections électriques entre les transistors ainsi que les circuits d'adaptation d'impédance et de couplage. Les brins actifs de l'antenne d'émission sont alors de préférence connectés électriquement directement sur la seconde face de la plaquette, aux circuits adaptateurs d'impédance de sortie à travers des trous percés dans ladite plaquette diélectrique. Ils peuvent être également connectés aux circuits adaptateurs d'impédance de sortie par l'intermédiaire de câbles coaxiaux semi-rigides. Un tel répondeur est beaucoup plus performant que ceux de l'art antérieur en raison de sa réalisation surcircuit imprimé, supprimant les pertes le long des fils de connexion électrique et réalisant, grâce à l'utilisation de transistors tous identiques, un excellent équilibrage en amplitude et en phase des brins rayonnants de l'antenne d'émission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, cette description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels, outre les trois premières figures déjà décrites qui sont : - la figure 1 : une représentation schématique de l'image du répondeur produite sur l'écran d'un radar de recherche ; - la figure 2 : une vue en perspective d'un répondeur radar à antenne cylindrique omnidirectionnelle actuelle ; - la figure 3 : un schéma électronique d'un répondeur selon un mode de réalisation de l'art antérieur ; - la figure 4 est un schéma électronique d'un répondeur radar maritime selon l'invention ; - la figure 5 est un schéma d'un exemple de circuit imprimé réalisant la partie émission du répondeur selon l'invention ; - la figure 6 est un diagramme de rayonnement d'un répondeur selon l'invention. Comme le montre la figure 4, le répondeur radar maritime selon l'invention est doté de deux antennes distinctes, l'une 18 pour la réception des signaux émis par les radars de recherche et l'autre 19 pour l'émission d'une réponse à destination de ces mêmes radars. L'utilisation de deux antennes distinctes élimine le commutateur des voies réception et émission. L'antenne 19 d'émission est constituée d'au moinsquatre éléments ou brins actifs 20 destinés à émettre au moins quatre signaux radar identiques de polarisation rectiligne horizontale, afin de réaliser une antenne émettrice omnidirectionnelle. Comme les répondeurs de l'art antérieur, ce répondeur possède une voie réception, composée d'un amplificateur 10, d'un détecteur 11, d'un amplificateur 12, d'un comparateur 13 et d'un codeur 14, et une voie d'émission, composée d'un modulateur 15, d'un e oscillateur 16 et d'un circuit d'amplification 17. Pour que les n = quatre signaux émis soient identiques, il faut que les brins actifs de l'antenne soient parfaitement équilibrés en amplitude et en phase, ce qui est rendu possible à la fois par leur réalisation selon la technique des circuits imprimés et par leur alimentation par des signaux identiques. Pour cela, le circuit d'amplification 17 de la voie émettrice du répondeur comprend un premier étage"driver", recevant un signal oscillant modulé, réalisé par un transistor 21 et un second étage en pont diviseur de type Wilkinson, réalisé par n = quatre transistors tous identiques au transistor 21 du premier étage et relié chacun d'une part, au premier étage"driver"par un circuit adaptateur d'impédance d'entrée 23, et d'autre part à un des brins de l'antenne par un circuit adaptateur d'impédance de sortie 24. Ce montage présente l'avantage d'assurer un parfait équilibrage des signaux alimentant les brins actifs de l'antenne d'émission, indispensable pour l'obtention d'un diagramme de rayonnement omnidirectionnel sans ondulation de gain et a pour intérêt de permettre le fonctionnement du répondeur même en cas de panne d'un des transistors amplificateurs. Ces transistors d'amplification tous identiques seront avantageusement identiques aussi au transistor utilisé dans l'amplificateur 10 de la voie de réception du répondeur. Selon un mode de réalisation préférentielle, l'oscillateur 16 et les deux étages d'amplification sont réalisés selon la technique des circuits imprimés sur une face d'une plaquette 25 de substrat diélectrique où sont gravées les connections électriques entre les transistors 21 et 22 ainsi que les différents circuits d'adaptation et de couplage 23 et 24, comme le montre la figure 5. La précision de la gravure, la forme du dessin et la longueur des lignes de couplage, les doses de soudure automatisées limitent les paramètres et contribuent à l'équilibrage des signaux émis par les brins de l'antenne d'émission. Un autre facteur d'équilibre, notamment'de l'amplitude des signaux émis, est la réalisation des transistors du circuit d'amplification à partir d'une même tranche de silicium-"wafer"en vocable anglo-saxon-. Enfin, pour minimiser la longueur des connections et éviter l'utilisation de câbles coaxiaux toujours sources de pertes, les brins actifs de l'antenne d'émission sont situés de l'autre côté de la plaquette diélectrique, servant de plan de masse au circuit imprimé, et chacun est relié directement à son propre amplificateur à transistor par des trous 26 percés dans l'épaisseur de la plaquette. En variante, on peut envisager d'alimenter les brins actifs de l'antenne d'émission par l'intermédiaire de câbles coaxiaux semi-rigides afin de déporter l'antenne d'émission par rapport à la plaquette 25 de substrat diélectrique. Préférentiellement, les brins de l'antenne d'émission, sont constitués d'éléments rayonnants tels que des carrés imprimés sur une face d'un substrat diélectrique cylindrique et reliés entre eux par des lignes conductrices de façon à former des dipôles rayonnants, dont la base est située à une distance égale à la demilongueur d'onde de rayonnement du plan de masse de l'antenne. L'antenne de réception 17 omnidirectionnelle peut être constituée d'éléments rayonnants intercalés entre les brins actifs, disposés par exemple en couronne audessus de l'antenne émettrice 18, ou bien de fentes rayonnantes réalisées entre les brins actifs. La figure 6 montre des diagrammes de gain d'un répondeur selon l'invention, comportant une antenne d'émission omnidirectionnelle à quatre brins actifs perpendiculaires les uns aux autres, en fonction de l'angle d'azimuth à différentes fréquences de fonctionnement allant de 9, 2 à 9, 5 GHz. On remarque que l'antenne du répondeur émet une onde polarisée horizontalement dont le gain est quasi constant, ses variations étant inférieures à 2dB. Ainsi, grâce à ses deux antennes de réception et d'émission différentes, on réduit le coût et les pertes en puissance et grâce à la réalisation d'une antenne d'émission à plusieurs brins actifs indépendants, on obtient le diagramme de rayonnement désiré et on améliore le gain maximum pour chaque brin, ce qui permet d'associer un amplificateur à transistor à chaque brin tout en réduisant la puissance donc le coût de ces transistors. REVENDICATIONS 1. Répondeur radar maritime comprenant une antenne omnidirectionnelle de réception d'ondes radar associée à une voie de réception, une antenne omnidirectionnelle d'émission d'ondes radar associée à une voie d'émission comprenant un circuit générateur de balayage relié à un circuit oscillateur dont la sortie est connectée à un circuit d'amplification, caractérisé en ce que l'antenne d'émission (19) est constituée par un nombre entier n, supérieur à trois, de brins actifs (20) émettant n signaux identiques de polarisation rectiligne horizontale et en ce que le circuit d'amplification (17) de la voie d'émission est constitué par un premier étage"driver"à transistor (21) et un second étage en pont diviseur de type Wilkinson réalisé par n transistors (22), tous identiques au transistor (21) du premier étage et relié chacun d'une part, par un circuit adaptateur (23) d'impédance d'entrée, au premier étage "driver" et d'autre part, par un circuit adaptateur (24) d'impédance de sortie, à un brin actif de l'antenne. 2. Répondeur radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits de la voied'émission d'un signal radar alimentant les brins actifs (20) de l'antenne d'émission (19) sont réalisés à partir d'un circuit imprimé sur une première face d'une plaquette de substrat diélectrique (25) où sont gravées les connections électriques entre les transistors (21,22) ainsi que les circuits d'adaptation d'impédance (23,24). 3. Répondeur radar selon la revendication 2, caractérisé en ce que les brins actifs (20) de ladite antenne d'émission sont électriquement connectés, directement sur la seconde face de la plaquette (25), aux circuits adaptateurs d'impédance (24) de sortie à travers des trous (26) percés dans ladite plaquette diélectrique. 4. Répondeur radar selon la revendication 2, caractérisé en ce que les brins actifs (20) de ladite antenne d'émission sont électriquement connectés aux circuits adaptateurs d'impédance (24) de sortie par l'intermédiaire de câbles coaxiaux semi-rigides. 5. Répondeur radar selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le circuit d'amplification (17) de la voie d'émission, les n transistors (22) du second étage en pont diviseur de type Wilkinson sont tous identiques au transistor (21) du premier étage"driver", et obtenus à partir de la même tranche de silicium. 6. Répondeur radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que la voie de réception associée à l'antenne de réception (18) comporte un circuitamplificateur (10) du signal radar reçu réalisé à partir d'au moins un transistor identique aux transistors (21,22) du circuit d'amplification de la voie d'émission. 7. Répondeur radar selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les brins (20) actifs de l'antenne d'émission (19) sont constitués d'éléments rayonnants imprimés sur une face d'un substrat diélectrique cylindrique et reliés entre eux par des lignes conductrices imprimées de façon à former des dipôles rayonnants, dont la base est située à une distance égale à la demi-longueur d'onde de rayonnement du plan de masse de l'antenne. 8. Répondeur radar selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'antenne omnidirectionnelle de réception (17) est constituée d'éléments rayonnants intercalés entre les brins actifs, disposés en couronne au-dessus de l'antenne d'émission (19). 9. Répondeur radar selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'antenne omnidirectionnelle de réception (17) est constituée de fentes rayonnantes réalisées entre les brins actifs de l'antenne d'émission (19).