Brevet FR2890790A1 — publié le 20070316

ANTENNE RADAR MULTIFAISCEAU A PLUSIEURS LIGNES DE PROPAGATION RAYONNANT DIRECTEMENT A PARTIR D'UN GUIDE OUVERT. La présente invention concerne les antennes radar pour l'émission ou la réception d'énergie en hyperfréquences, et plus particulièrement les antennes dites "multifaisceau", c'est-à-dire capables d'émettre ou recevoir de l'énergie dans l'espace selon plusieurs diagrammes de rayonnement différents. On utilise de telles antennes multifaisceau par exemple pour établir simultanément des diagrammes de rayonnement orthogonaux entre eux tels qu'un diagramme dit "diagramme somme" présentant un lobe principal très étroit dans une direction donnée et un diagramme dit "diagramme différence" avec un affaiblissement très important dans la direction du lobe principal du diagramme somme et avec deux lobes principaux étroits de part et d'autre de cette direction. Ces différents diagrammes de rayonnement sont très 15 utilisés mais ne sont donnés qu'à titre d'exemple de ce qu'on peut réaliser avec une antenne multifaisceau. Une solution habituellement utilisée pour réaliser de telles antennes consiste à prévoir un réseau d'éléments rayonnants alimentés par ce qu'on appelle une matrice de Blass; une telle matrice comporte plusieurs lignes principales d'amenée d'énergie et plusieurs lignes secondaires qui croisent les premières. Des coupleurs directifs sont placés à chaque croisement pour qu'une fraction de l'énergie incidente sur une ligne principale soit dirigée sur une ligne secondaire dans un sens bien déterminé vers un élément rayonnant a une extrémité de cette ligne secondaire. L'autre extrémité de la ligne secondaire est pourvue d'une charge absorbante. Entre deux croisements d'une ligne secondaire avec les différentes lignes principales, c'est-à-dire entre les coupleurs directifs correspondant a ces croisements, on,insère dans la ligne secondaire des déphaseurs (qui peuvent être des morceaux de ligne). Les coefficients de couplage des différents coupleurs et les valeurs de déphasage des différents déphaseurs sont calculés (qu'ils soient constants ou variables) de manière a établir des diagrammes de rayonnement désirés qui sont différents selon que l'énergie arrive par l'une ou l'autre des lignes principales. Dans toute la description, on ne parlera, pour simplifier, que d'antennes fonctionnant en émission, étant entendu qu'elles peuvent aussi fonctionner en réception. Cette disposition (matrice de Blass), dans laquelle les extrémités rayonnantes de toutes les lignes secondaires forment une antenne capable d'émettre selon autant de diagrammes différents que de lignes principales différentes, est très utilisée mais elle est de réalisation coûteuse, à cause notamment des coupleurs directifs qu'il faut prévoir à chaque croisement. La présente invention vise à réaliser une antenne en réseau linéaire multifaisceau beaucoup plus simple de conception et ne comportant pas de lignes secondaires, de coupleurs directifs et d'éléments déphaseurs, mais établissant directement à partir de plusieurs lignes de propagation d'énergie un rayonnement dans l'espace se propageant directivement d'un seul côté des lignes avec un degré de couplage variant le long de chacune des lignes, un déphasage variant également le long des lignes, les courbes de variation du couplage et du déphasage étant différentes pour les différentes lignes de manière à établir des diagrammes de rayonnement différents pour les différentes lignes, par exemple un diagramme somme et un diagramme différence à une même fréquence, ou encore deux diagrammes somme correspondant à deux fréquences différentes. Ainsi, l'invention consiste d'abord dans la réalisation d'une pseudo matrice de Blass dans laquelle on aurait supprimé les liaisons physiques avec des lignes secondaires, l'équivalent de ces lignes secondaires et des éléments rayonnants qui les ter-minent étant maintenant obtenu par un rayonnement direct dans l'espace à partir des lignes principales; ce rayonnement est directif et ne s'effectue pratiquement que;d'un seul côté des lignes. Il en résulte des possibilités de réalisation particulièrement simples de l'antenne. Plus précisément, l'antenne selon l'invention comporte un guide ouvert allongé pourvu de parois latérales parallèles constituant une cavité allongée ouverte d'un côté sur essentiellement toute sa longueur; l'ouverture est de préférence conformée en cornet d'émission constituant une source d'émission linéaire; une charge absorbante est placée tout le long du guide entre les parois latérales, parallèlement à la longueur du guide et écartée de l'ouverture; au moins deux lames conductrices min ces allongées sont placées entre la charge et le côté ouvert du guide, toutes deux dans un plan médian entre les parois latérales sur essentiellement toute la longueur du guide, ces lames servant de lignes de propagation d'énergie en mode transverse électrique; des obstacles dissymétriques sont répartis dans la cavité le long du guide, entre chaque lame et une paroi latérale, ces obstacles engendrant, à partir de l'énergie incidente en mode transverse électrique sur chacune des lames, un rayonnement en mode trans verse électromagnétique d'une fraction de cette énergie, les obstacles étant de plus conformés de telle manière que ce rayonnement se propage directivement vers l'ouverture de la cavité. En pratique, les obstacles dissymétriques sont répartis le long de chaque lame par paires, chaque paire comportant deux obstacles similaires dont l'un est proche d'un premier bord longitudinal de la lame et l'autre est proche de l'autre bord longitudinal de la lame. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'antenne selon l'invention, la figure 2 est une coupe en perspective montrant bien 30 la forme des lames conductrices et des obstacles dissymétriques engendrant le rayonnement. L'antenne décrite est une antenne d'émission à deux faisceaux comportant une voie somme et une voie différence. L'émission se fait à partir d'une cavité allongée ouverte d'un côté essentiellement sur toute sa longueur. Cette cavité, vue en coupe transversale à la figure 1, est constituée par un guide ouvert comportant un fond horizontal 10 et des parois latérales parallèles verticales 12 et 14. Les termes "horizontal" et "vertical" sont pris arbitrairement en référence a la position du guide a la figure 1 sans préjuger de l'orientation effective de l'antenne dans l'espace. Le côté ouvert du guide en auge est conformé en cornet d'émission linéaire grâce a un évasement des parois latérales 12 et 14. Une charge 16 absorbant les ondes aux fréquences de travail s'étend au fond du guide essentiellement sur toute la longueur de celui-ci. L'énergie hyperfréquence est propagée le long du guide en mode transverse électrique grâce a deux lignes d'alimentation placées a l'intérieur du guide dans le plan médian entre les parois parallèles 12 et 14. Ces lignes sont des lames conductrices minces 18 et 20 s'étendant essentiellement sur toute la longueur du guide, raccordées a une extrémité â une source d'énergie (par exemple par une transition câble coaxial-guide en auge reliant l'âme de câbles coaxiaux a chacune des lames), et noyées à l'autre extrémité dans une charge absorbante prévue pour dissiper le résidu d'énergie transmise le long de la ligne et non rayonnée. Les extrémités des lignes ne sont pas représentées. Les deux lames 18 et 20 sont supportées dans le plan médian par exemple grâce a des inserts 22 disposés de place en place le long du guide. Ces inserts sont en une matière diélectrique à faibles pertes (tétrafluorure de polyéthylène par exemple). Leur forme est adaptée à la largeur de la cavité pour s'y ajuster étroitement et servir en même temps d'entretoises de maintien du parallélisme des parois latérales 12 et 14. Les inserts 22 peuvent être fendus en leur milieu et présenter des découpes appropriées pour la réception des lames 18 et 20. L'épaisseur des lames 18 et 20 est très faible devant la largeur de la cavité ; leur largeur est de préférence de l'ordre du quart de la longueur d'onde des fréquences utilisées. La largeur de la cavité entre les parois 12 et 14 est elle-même de préférence de ce même ordre de grandeur ou même moins. Les lames reçoivent de l'énergie hyperfréquence propagée en mode transverse électrique. Des obstacles dissymétriques conducteurs placés transversalement dans la cavité entre une lame et une paroi latérale excitent un mode de propagation transverse électromagnétique rayonnant. Ces obstacles sont répartis tout le long du guide et ils sont choisis ici de manière à engendrer une propagation d'un seul côté de chaque lame, à savoir vers l'ouverture en cornet et non vers le fond du guide (pour les deux lames). Les dimensions et la position de chaque obstacle 10 dissymétrique transversal déterminent le rapport entre l'énergie rayonnée et l'énergie incidente. Les obstacles sont ici des languettes 24, 26, 28, 30 découpées dans les lames elles mêmes et repliées transversalement vers une paroi latérale du guide. La figure 2 montre mieux en perspective la forme et la disposition de ces languettes. Les languettes sont réparties sur chaque lame par paires de manière à obtenir la directivité de rayonnement souhaitée: une paire de languettes 24, 26 comprend deux languettes repliées du même côté de la lame 18, par exemple du côté de la paroi 12. La paire adjacente (en suivant la longueur du guide) comprendra deux languettes repliées de l'autre côté. Dans une paire donnée, une languette 24 est repliée à partir d'un premier bord longitudinal 32 de la lame 18 (le bord situé du côté de l'ouverture en cornet) ; l'autre languette 26 est repliée à partir de l'autre bord longitudinal 34 (bord situé du côté du fond du guide). Les deux languettes 24 et 26 d'une paire sont espacées, dans le sens de la longueur du guide, d'une distance égale au quart de la longueur d'onde de travail. Deux paires adjacentes sont disposées à sensiblement une demi longueur d'onde d'écart, et le pas entre deux paires de languettes repliées d'un même côté de la lame est sensiblement égal à la longueur d'onde de travail. La description qui précède est exactement valable pour des paires de languettes 28 et 30 de l'autre lame 20. Cette disposition par paires de languettes, écartées du quart de la longueur d'onde et se faisant face à partir des deux bords d'une lame, est particulièrement apte à engendrer un rayonnement à forte directivité vers l'ouverture du guide. Cette directivité est suffisamment forte pour assurer un découplage très efficace entre les deux lames qui ne recueillent pas chacune l'énergie rayonnée par l'autre. Les languettes constituent pour l'énergie propagée des obstacles dissymétriques de type inductif et, pour éviter des réflexions d'énergie indésirables le long des lames 18 et 20, on adapte l'impédance de ces obstacles par exemple par des encoches 36 découpées dans les lames 18 et 20 de part et d'autre de chaque languette repliée. La lame est de préférence en cuivre et elle est découpée par photogravure pour former les languettes et les encoches. Les dimensions des languettes varient le long de la lame et cette variation est différente pour les deux lames pour établir les diagrammes de rayonnement différents désirés: la fraction d'énergie rayonnée est d'autant plus grande que les languettes sont plus longues. Les positions des languettes le long de la lame agissent aussi sur la forme de ces diagrammes, car ces positions influent directement sur les déphasages qui peuvent exister par exemple entre une fraction d'énergie rayonnée pour une paire de languettes 24, 26 de la première lame 18 et une paire de languettes 28, 30 de la deuxième lame: la paire de languettes 28, 30 peut être décalée longitudinalement le long de la lame par rapport à la paire de languettes 24, 26. L'antenne ainsi réalisée est dispersive, ce qui signifie qu'on peut alimenter les lames 18 et 20 avec une fréquence variable pour obtenir une direction variable de pointage. Si la même fréquence est utilisée pour les deux lignes, on réalisera des diagrammes somme et différence. Si deux fréquences différentes sont utilisées simultanément pour les deux lames respectivement, on aura deux directions de pointage simultanées. On peut aussi s'arranger pour que les languettes soient 35 positionnées et dimensionnées de manière à avoir deux directions de pointage différentes pour la même fréquence. Ce qui vient d'être décrit est tout a fait valable pour une antenne présentant plus de deux faisceaux: d'autres lames conductrices d'amenée d'énergie en mode transverse électrique, de constitution similaire aux lames 18 et 20, peuvent être prévues dans le plan médian entre les parois latérales 12 et 14 du guide. REVENDICATIONS. 1. Antenne radar multifaisceau, caractérisée par le fait qu'elle comporte: un guide ouvert allongé pourvu de parois latérales parallèles (12, 14) constituant une cavité allongée ouverte d'un 5 côté sur essentiellement toute sa longueur, une charge absorbante (16) placée tout le long du guide entre les parois latérales, au moins deux lames conductrices minces allongées (18, 20) situées toutes deux entre la charge (16) et le côté ouvert du guide et toutes deux dans un plan médian entre les parois latérales sur essentiellement toute la longueur du guide, ces lames servant de lignes de propagation d'énergie en mode trans verse électrique, des obstacles dissymétriques (24, 26, 28, 30) répartis dans la cavité le long du guide, entre chaque lame et une paroi latérale, ces obstacles engendrant, à partir de l'énergie incidente en mode transverse électrique sur chacune des lames, un rayonnement en mode transverse électromagnétique d'une fraction de cette énergie, les obstacles étant de plus conformés de sorte que ce rayonnement se propage directivement vers l'ouverture de la cavité. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les obstacles dissymétriques sont répartis le long de chaque lame par paires, chaque paire (24, 26) comportant deux obstacles similaires dont l'un (24) est proche d'un premier bord longitudinal de la lame et l'autre (26) est proche de l'autre bord longitudinal de la lame. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisee'par le fait que les deux obstacles similaires d'une, paire sont séparés, dans la direction longitudinale de la lame, d'une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de l'énergie propagée par la lame. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que deux paires d'obstacles, disposées successivement le long d'une lame, comprennent respectivement des obstacles conducteurs placés entre la lame et une paroi latérale (12) et des obstacles conducteurs placés entre la lame et l'autre paroi latérale (14). 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les obstacles dissymétriques d'une lame sont constitués par des languettes découpées dans la lame et repliées transversalement à celle-ci. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la largeur de chacune des lames est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de l'énergie qu'elle propage. 7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que les lames sont supportées par des inserts en matériau diélectrique à faibles pertes s'ajustant étroitement dans la largeur de la cavité. 8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le côté ouvert de la cavité du guide est conformé en cornet d'émission linéaire prolongeant les parois latérales du guide. 9. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les obstacles dissymétriques relatifs à chacune des lames sont positionnés et dimensionnés de manière variable le long de chacune des lames et de manière différente pour les différentes lames, afin d'établir des diagram-mes de rayonnement différents pour les différentes lames. 10. Antenne radar multifaisceau, caractérisée par le fait qu'elle comporte un guide ouvert allongé présentant des parois latérales parallèles (12, 14) constituant une cavité allongée ouverte d'un côté essentiellement sur toute la longueur du guide, une charge absorbante (16) dans la cavité, répartie essentiellement sur toute la longueur du guide, parallèlement à l'ouverture de la cavité, et plusieurs lames centrales allongées parallèles (18, 20) placées dans le plan médian entre les parois latérales, entre la charge et l'ouverture, ces lames constituant des lignes de propagation d'énergie capables de rayonner directivement vers l'ouverture de la cavité avec des diagrammes de rayonnement différents pour les différentes lignes.