Brevet FR2886772A1 — publié le 20061208

Antenne dispersive en fréquence adaptée notamment à la localisation d'objets sur un domaine angulaire supérieur à la largeur naturelle de ladite antenne L'invention concerne une antenne dispersive en fréquence. En particulier, l'invention s'applique à la localisation de phénomènes météorologiques sur un domaine angulaire supérieur à la largeur naturelle d'une antenne aéroportée. Les radars météorologiques aéroportés comportent pour la plupart une antenne dont le balayage en gisement et en site est réalisé mécaniquement. L'inertie de l'antenne ainsi que le degré souhaité d'agilité du faisceau influent sur le choix des moteurs compris dans les mécanismes de balayage. De tels mécanismes peuvent de part leur complexité atteindre des coûts particulièrement élevés. L'utilisation d'antennes dispersives en fréquence semble apporter une solution adaptée à ces problèmes, dans le cas d'un radar météorologique aéroporté par exemple. En faisant varier la fréquence du signal hyperfréquence radar sur une plage de fréquence donnée, il est ainsi possible de réaliser un balayage électronique du faisceau dans un plan sur quelques degrés. Cette méthode permet l'analyse de domaines angulaires en site suffisants dans le cas d'une antenne aéroportée adaptée à la détection et à la localisation de phénomènes météorologiques. Afin de localiser en élévation un phénomène météorologique comme un nuage par exemple, le radar météorologique peut notamment mettre en oeuvre un procédé comportant une première étape de mesure de la puissance du signal hyperfréquence reçu pour deux directions de pointage en site suffisamment différentes et une seconde étape de comparaison entre ces deux mesures. Ce procédé connu, appelé bi-lobing dans la littérature anglo-saxonne, n'est cependant pas robuste vis à vis des fluctuations en fréquence de la Surface Equivalente Radar de l'objet à localiser. Or l'emploi de ce traitement sur un radar comportant une antenne dispersive en fréquence, où la variation de fréquence demeure le principe même du dépointage de l'antenne, est donc problématique. Ce traitement ne permet donc pas sur une antenne dispersive en fréquence d'atteindre une précision de localisation angulaire suffisante sur des domaines importants. L'invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne comportant au moins une partie haute et une partie basse. La partie haute comporte des guides d'onde rayonnant couplés électromagnétiquement par l'intermédiaire de fentes de couplage à un guide d'onde d'alimentation. La partie basse comporte des guides d'onde rayonnant couplé électromagnétiquement par l'intermédiaire de fentes de couplage à un guide d'onde d'alimentation. La variation de la direction de pointage du faisceau de l'antenne est obtenue dans au moins un plan en faisant varier la fréquence des ondes guidées par les guides d'ondes d'alimentation. Le guide d'onde d'alimentation de la partie haute de l'antenne ne comporte pas de fente de couplage sur une longueur L. La longueur L est choisie afin de réaliser une longueur électrique sensiblement égale à la longueur électrique du guide d'alimentation couplé à la partie basse de l'antenne. Selon un aspect de l'invention, les guides d'onde d'alimentation fonctionnent en mode progressif. Selon un autre aspect de l'invention, les guides d'onde rayonnant 25 fonctionnent en mode résonnant. Le guide d'onde d'alimentation de la partie haute de l'antenne peut notamment comporter dans la longueur L des éléments d'adaptation et de déphasage des ondes électromagnétiques guidées. La valeur du déphasage alors induit par les éléments d'adaptation et de déphasage est alors par exemple sensiblement égale à la perturbation en phase engendrée par les fentes de couplage du guide d'onde d'alimentation de la partie basse de l'antenne. L'invention a notamment pour avantages d'assurer la continuité de phase des ondes électromagnétiques guidées, notamment sans rupture de valeur ni de pente à la jonction des différentes parties de l'antenne. 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: É la figure 1, le principe de base d'une antenne utilisant un procédé mono impulsion pour déterminer la position angulaire d'un objet, par exemple son l'élévation; É la figure 2, un guide d'onde rayonnant; É la figure 3, un couplage électromagnétique entre un guide d'onde rayonnant comportant des fentes rayonnantes et un guide d'onde d'alimentation; É la figure 4, un exemple de mise en oeuvre de l'antenne utilisant un procédé mono impulsion pour déterminer l'élévation d'un objet; É la figure 5, une antenne selon l'invention vue de l'arrière. La description qui suit est illustrée à partir d'un radar aéroporté météorologique comportant une antenne dont le principe de balayage repose sur la dispersivité en fréquence. Toutefois, l'invention s'applique à tout dispositif comportant une antenne dispersive en fréquence. Une des fonctions principales d'un radar météorologique aéroporté est la localisation en élévation de phénomènes météorologiques, comme des nuages par exemple. Dans le cas d'un radar comportant une antenne dispersive en fréquence, les procédés appelé bi-lobing dans la littérature anglosaxonne, sont inadaptés. En effet, ces procédés ne sont pas robustes vis à vis de fluctuations en fréquence de l'écho radar renvoyé par la cible, la variation de fréquence étant le principe même du dépointage d'une antenne à dispersivité de fréquence. II existe d'autres types de procédés, notamment les procédés mono impulsion, permettant de déterminer l'élévation d'un objet. La figure 1 illustre le principe de base d'une antenne utilisant un procédé mono impulsion pour déterminer la position angulaire d'un objet, par exemple son l'élévation. Une antenne de type mono impulsion a notamment pour caractéristique qu'un même écho radar parcourt simultanément deux voies de réception, permettant ainsi de localiser précisément la position angulaire d'un objet situé dans le faisceau. La figure 1 montre une antenne 1 de type mono impulsion dans le plan de l'élévation. L'antenne 1 comporte une partie haute 2 et une partie basse 3 sur lesquelles sont disposées des fentes rayonnantes. La partie haute 2 reçoit des ondes électromagnétiques par l'intermédiaire de moyens d'alimentation AH. De même, la partie basse 3 reçoit des ondes électromagnétiques par l'intermédiaire de moyens d'alimentation AB. Les moyens d'alimentation AH en onde électromagnétique de la partie haute 2 de l'antenne 1 sont différenciés des moyens d'alimentation AB en onde électromagnétique de la partie basse 3 de l'antenne 1. Les signaux hyperfréquences résultant de la réception d'une onde incidente à la surface de la partie haute 2 de l'antenne 1 sont acheminés par une voie 5 vers un té magique 4. De même, les signaux hyperfréquences résultant de la réception d'une onde incidente à la surface de la partie basse 3 de l'antenne 1 sont acheminés par une voie 6 vers le té magique 4. Le té magique 4 forme une voie VE correspondant la somme des signaux hyperfréquences reçus sur les voies 5 et 6. Le té magique 4 forme aussi une voie Vo correspondant à la différence des signaux hyperfréquences reçus sur les voies 5 et 6. C'est à partir des voies VE et VA que le radar détermine par des procédés dit d'écartométrie mono impulsion connus l'élévation de l'objet pointé par l'antenne 1. L'invention a notamment pour objet un radar comportant une antenne 1 dispersive en fréquence et mettant en oeuvre un procédé de type mono impulsion comme décrit précédemment. La partie haute 2 et la partie basse 3 de l'antenne 1 comportent notamment des guides d'ondes rayonnant. Ces guides d'ondes rayonnant peuvent être disposés par exemple horizontalement. La figure 2 montre un de ces guides d'onde rayonnant 10. Des fentes rayonnantes 11 sont réalisées le long du guide d'onde rayonnant 10. Les fentes rayonnantes 11 sont notamment adaptées à l'émission et à la réception de signaux hyperfréquences. Les fentes rayonnantes 11 réalisées sur le guide d'onde rayonnant 10 forment un groupe de fentes rayonnantes 11. Lorsqu'une onde électromagnétique parcourt le guide d'onde rayonnant 10, le groupe de fentes rayonnantes 11 par couplage électromagnétique reçoit un signal électro-magnétique. Réciproquement, lorsqu'une onde électromagnétique incidente est captée par le groupe de fentes rayonnantes 11, une onde électromagnétique parcourt le guide d'onde rayonnant 10 du fait du couplage électromagnétique. Dans un mode de réalisation, le guide d'onde rayonnant 10 peut être un guide plat à fentes fonctionnant en mode résonant. Pour cela, on dispose des courts-circuits à chaque extrémité du guide d'onde rayonnant 10. La figure 3 illustre le couplage électromagnétique entre un guide d'onde rayonnant 10 comportant des fentes rayonnantes 11 et un guide d'onde d'alimentation 20. L'antenne comporte notamment au moins un guide d'onde d'alimentation 20 positionné ici verticalement. Chaque guide d'onde rayonnant 10 est couplé électromagnétiquement avec un des guides d'onde d'alimentation 20. Cette disposition permet notamment de pouvoir réaliser un couplage électromagnétique par une fente de couplage 21 entre le guide d'onde d'alimentation 20 et le guide d'onde rayonnant 10. Dans un mode de réalisation, les guides d'onde d'alimentation 20 fonctionnent en mode progressif. Pour cela, des charges adaptées sont positionnées à l'une des extrémités de chaque guide d'onde d'alimentation 20. Les ondes alimentant chaque guide d'onde d'alimentation 20 ne sont alors pas réfléchies par l'extrémité des guides d'onde d'alimentation 20. La figure 4 montre un exemple de mise en oeuvre de l'antenne 1 utilisant un procédé mono impulsion pour déterminer la position angulaire d'un objet, par exemple son l'élévation. L'antenne 1 comporte une partie haute 2 et une partie basse 3. La partie haute 2 de l'antenne 1 comporte des guides d'onde rayonnant 10 comportant des fentes rayonnantes 11. De même, la partie basse 3 de l'antenne 1 comporte des guides d'onde rayonnant 10 comportant des fentes rayonnantes 11. La disposition de la partie haute 2 et basse 3 est donnée à titre d'exemple. II serait tout aussi pertinent de séparer l'antenne en groupe de guides d'onde rayonnant 10 dans quelques directions que se soient. Pour mettre en oeuvre l'antenne 1 utilisant un procédé mono impulsion, la partie haute 2 et la partie basse 3 de l'antenne 1 doivent être alimentées en onde électromagnétique séparément. Ainsi les guides d'ondes rayonnant 10 de la partie haute 2 de l'antenne 1 sont couplés électromagnétiquement à un guide d'onde d'alimentation 32 alors que les guides d'ondes rayonnant 10 de la partie basse 3 de l'antenne 1 sont couplés électromagnétiquement à un autre guide d'onde d'alimentation 33. L'alimentation d'une antenne 1 selon l'invention étant dispersive en fréquence, les guides d'onde d'alimentation 32 et 33 doivent donc être parcourus dans le même sens par les ondes électromagnétiques. La figure 5 montre une antenne selon l'invention vue de l'arrière. Les guides d'onde rayonnant 10 de la partie haute 2 de l'antenne 1 sont couplés électromagnétiquement à un guide d'onde d'alimentation 32 par l'intermédiaire de fentes de couplage 21. De même, les guides d'onde rayonnant 10 de la partie basse 3 de l'antenne 1 sont couplés électromagnétiquement à un guide d'onde d'alimentation 33 par l'intermédiaire de fentes de couplage 21. Aux extrémités des guides d'onde d'alimentation 32 et 33 sur l'antenne 1 sont disposées des charges adaptées 40 afin que les guides d'onde d'alimentation 32 et 33 fonctionnent en mode progressif. Dans un mode de réalisation, le guide d'onde d'alimentation 32 35 couplé à la partie haute 2 de l'antenne 1 est un guide plat à fente. Sur une longueur L, le guide d'onde d'alimentation 32 ne comporte ni de fente de couplage 21 ni de fente rayonnante 11. Dans une ligne micro-onde comme par exemple un guide d'onde, les ondes se propagent de manière guidée suivant une longueur d'onde guidée en général différente de la longueur d'onde en espace libre dans l'air. Dans le cas d'un guide d'onde ayant pour longueur d'onde guidée LG, pour un déphasage f donné, la longueur électrique LE s 'exprime selon l'expression LE = f ZLG. La longueur électrique LE est la longueur électrique correspondant au déphasage f pour une ligne micro-onde donnée. Deux tronçons de deux lignes différentes peuvent avoir la même longueur électrique et des longueurs physiques différentes, signifiant qu'un signal de même fréquence aura la même phase à la sortie des deux lignes. La différence de longueur physique est compensée par la différence de la longueur d'onde guidée LG, par exemple, ou par l'introduction d'éléments déphaseurs. Selon l'invention, la longueur L est choisie afin de réaliser une longueur électrique sensiblement égale à la longueur électrique du guide d'alimentation 33 couplé à la partie basse 3 de l'antenne 1. Le guide d'onde d'alimentation 32 peut notamment comporter sur cette longueur L des éléments d'adaptation reproduisant sur le signal parcourant le guide d'alimentation 32, les déphasages introduits par les fentes de couplage du guide d'alimentation 33, de manière à ce que le signal dans le guide d'alimentation 32 ait la même phase, au niveau de sa première fente de couplage 21, qu'aurait eu le signal provenant d'un guide unique ayant d'abord parcourue une distance égale à celle du guide d'onde d'alimentation 33. Des fentes de couplage 21 sont ensuite disposées sur la longueur restante du guide d'onde d'alimentation 32, chaque fente étant face à un guide d'onde rayonnant 10 de la partie haute 2 de l'antenne 1. Le guide d'onde d'alimentation 32 ne comporte donc pas de fente de couplage 21 de couplage sur la longueur L. L'onde électromagnétique parvenant à la partie haute 2 de l'antenne 1 est ainsi retardée. La phase de cette onde électromagnétique, lorsque celle-ci parvient à la partie haute 2 de l'antenne 1, est égale à la phase d'une onde électromagnétique qui aurait parcouru le guide d'onde d'alimentation 33 de la partie basse 3 de l'antenne 1. Réciproquement, la phase de l'onde électromagnétique parvenant à l'extrémité opposée à celle où se trouve la charge adaptée 40 du guide d'onde d'alimentation 32 est égale à la phase d'une onde électromagnétique qui aurait parcouru le guide d'onde d'alimentation 32 de la partie haute de l'antenne 1 et le guide d'onde d'alimentation 33 de la partie basse 3 de l'antenne 1. La partie du guide d'onde d'alimentation 32 ne comportant pas de fente de couplage 21 peut notamment comporter des éléments d'adaptation et de déphasage à des fins de réglages fins du déphasage des ondes électromagnétiques guidées. Ces éléments permettent par exemple de prendre en compte les perturbations en phase engendrées par les fentes de couplage 21 du guide d'onde d'alimentation 33 de la partie basse 3 de l'antenne 1. Dans le cas du guide d'onde d'alimentation 33 de la partie basse 3 de l'antenne 1, le couplage électromagnétique avec les guides d'onde rayonnant 10 est défini par une loi de couplage croissante selon la position des fentes sur un axe vertical. Une fente située en dessous selon l'axe vertical d'une autre fente aura une loi de couplage plus faible à celle-ci. Symétriquement, dans le cas du guide d'onde d'alimentation 32 de la partie haute 2 de l'antenne 1, le couplage électromagnétique avec les guides d'onde rayonnant 10 est défini par une loi de couplage décroissante selon la position des fentes sur un axe vertical. Une fente située en dessous selon l'axe vertical d'une autre fente aura une loi de couplage plus forte à celle-ci. II résulte de l'application de ces règles une loi de pondération utile à la tenue de niveaux optimaux de lobes secondaires de l'antenne 1. Dans un autre mode de réalisation, les charges adaptées 40 sont notamment paramétrées de telle sorte que la différence entre l'énergie incidente sur les parties basse 3 et haute 2 de l'antenne 1 permette de garantir un creux de voie différence au niveau souhaité. Dans un mode de réalisation, les guides d'onde rayonnant 10 comportent au moins trois tronçons adjacents. L'angle entre le premier tronçon et le tronçon central est dans le sens horaire supérieur ou égal à 90 degrés et inférieur à 180 degrés alors que l'angle entre le tronçon central et le troisième tronçon est dans le sens antihoraire supérieur ou égal à 90 degrés et inférieur à 180 degrés. La fente de couplage 21 est disposée sur la face arrière du tronçon central de chaque guide d'onde rayonnant 10. Les guides d'ondes d'alimentation 32 et 33 comportent un empilement vertical d'élément, chaque élément comportant au moins trois tronçons adjacents. L'angle entre le premier tronçon et le tronçon central est dans le sens antihoraire supérieur ou égal à 90 degrés et inférieur à 180 degrés alors que l'angle entre le tronçon central et le troisième tronçon est dans le sens horaire supérieur ou égal à 90 degrés et inférieur à 180 degrés. La fente de couplage 21 est disposée sur la face avant du tronçon central de chaque élément. Le tronçon central de chaque guide d'onde rayonnant 10 croise donc le tronçon central d'un élément 23 d'un des guides d'onde d'alimentation 32 et 33. Dans le cas d'un radar météorologique, l'antenne 1 fonctionne en bande X. Les guides d'ondes rayonnant 10 ainsi que les guides d'ondes d'alimentation 32 et 33 peuvent par exemple être des guides d'onde plats à fentes de côtes extérieures d'environ 23. mm pour le grand côté et entre 5 et 10 mm de côte intérieure pour le petit côté. Les caractéristiques de l'antenne permettent d'obtenir un dépointage du faisceau en site de 60 degrés par gigahertz. Il en résulte que pour une distance électrique de 157 mm des guides d'ondes d'alimentation 32 et 33, la plage de balayage du faisceau en site s'étend de -3 à 3 si la fréquence de l'onde électromagnétique varie dans une bande de 100MHz. La variation de pointage du faisceau de l'antenne 1 en fonction de la fréquence des ondes électromagnétique n'affecte pas la structure des lobes secondaires. De même, la pente d'écartométrie ne varie pratiquement pas avec la fréquence dans une bande de 100 MHz. REVENDICATIONS 1. Antenne (1) caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une partie haute (2) et une partie basse (3), la partie haute (2) comportant des guides d'onde rayonnant (10) couplés électromagnétiquement par l'intermédiaire de fentes de couplage (21) à un guide d'onde d'alimentation (32), la partie basse (2) comportant des guides d'onde rayonnant (10) couplé électromagnétiquement par l'intermédiaire de fentes de couplage (21) à un guide d'onde d'alimentation (33), la variation de la direction de pointage du faisceau de l'antenne étant obtenue dans au moins un plan en faisant varier la fréquence des ondes guidées par les guides d'ondes d'alimentation (32,33), le guide d'onde d'alimentation (32) de la partie haute (2) de l'antenne ne comportant pas de fente de couplage (21) sur une longueur L, la longueur L étant choisie afin de réaliser une longueur électrique sensiblement égale à la longueur électrique du guide d'alimentation (33) couplé à la partie basse (3) de l'antenne. 2. Antenne selon l'une des quelconques revendications précédentes caractérisée en ce que les guides d'onde d'alimentation (32,33) fonctionnent en mode progressif. 3. Antenne selon l'une des quelconques revendications précédentes caractérisée en ce que les guides d'onde rayonnant (10) fonctionnent en mode résonnant. 4. Antenne selon l'une des quelconques revendications précédentes caractérisée en ce que le guide d'onde d'alimentation (32) de la partie haute (2) de l'antenne comporte dans la longueur L des éléments d'adaptation et de déphasage des ondes électromagnétiques guidées. 5. Antenne selon la revendication 4 caractérisée en ce que la valeur du déphasage induit par les éléments d'adaptation et de déphasage est sensiblement égale à la perturbation en phase engendrée par les fentes de couplage (21) du guide d'onde d'alimentation (33) de la partie basse (3) de l'antenne (1).