Brevet FR2890791A1 — publié le 20070316

ANTENNE A BALAYAGE ELECTRONIQUE A POLARISATION ARBITRAIRE OU MULTIPLE La présente invention concerne les antennes à balayage électronique à polarisation arbitraire ou multiple. Lorsqu'on émet une onde électromagnétique on choisit en général d'émettre l'onde selon la polarisation la plus favorable à la détection en fonction du type de cible recherchée et des conditions météorologiques. Par exemple, on émet des ondes en polarisation circulaire pour éviter d'être géné par des gouttes d'eau, car les ondes en polarisation circulaire s'inversent en se réfléchissant sur les gouttes d'eau. A la réception le choix de la polarisation peut être fondé sur le critère du plus fort signal utile ou du plus faible signal parasite. On choisira par exemple de recevoir dans une polarisation orthogonale à celle que peut émettre un brouilleur. Il est, par conséquent nécessaire de disposer des deux composantes de la polarisation soit à l'émission soit à la réception. Dans certaines applications les deux composantes de polarisation permettent d'utiliser un codage à l'émission ce qui permet de reconnaître à la réception après le traitement des deux composantes la forme de la cible. En effet, si on émet une suite de polarisation circulaire droite et gauche suivant un code binaire, la cible renvoie le signal avec le même code de polarisation s'il s'agit d'un tièdre ou avec un code inversé si la cible est sphérique ou présente une surface de révolution. Dans le cas des antennes constituées d'un ensemble formé par une source primaire et un focalisateur (généralement un ou plusieurs réflecteurs centrés ou non, ou une lentille), la polarisation de l'ensemble est celle qui est donnée par la source primaire. Pour obtenir une polarisation arbitraire ou multiple dans ce cas, on utilise par exemple comme source primaire deux dipôles croisés placés devant un réflecteur, ou bien un cornet symétrique comportant deux accès d'excitation en polarisation croisée. Une polarisation arbitraire est obtenue en alimentant les deux accès par l'intermédiaire d'un polariseur et d'un atténuateur. Une polarisation multiple peut être exploitée à la réception en disposant d'un récepteur pour chaque accès. Dans le cas des antennes à balayage électronique, on utilise des réseaux d'antennes phasées. Or pour l'obtention d'une polarisation arbitraire il est nécessaire d'équiper chaque source du réseau d'éléments tels que des dipôles croisés ou des cornets symétriques ayant par conséquent deux accès commandés chacun par un déphaseur et un atténuateur pour chaque élément pour régler l'amplitude et la phase du signal. De plus pour recevoir des signaux à polarisation multiple il est nécessaire de doubler l'ensemble du réseau des circuits d'alimentation et des déphaseurs pour aboutir à deux récepteurs séparés. Or le coût d'une telle antenne à balayage électronique est proportionnel au nombre de déphaseurs, ce nombre étant multiplié par deux dans ce cas. La réalisation d'une telle antenne est donc plus complexe et plus coûteuse. La présente invention permet de remédier à ces problèmes. Elle consiste à utiliser une source primaire à polarisation arbitraire ou multiple éclairant un réseau réflecteur constitué de sources phasées. L'invention a pour objet une antenne à balayage électronique à polarisation arbitraire ou multiple ne nécessitant pas de doubler les équipements et notamment les déphaseurs, d'une part parce que les lois de phase d'amplitude et de polarisation sont données par la source primaire qui éclaire le réseau réflecteur et d'autre part parce que les déphaseurs sont reliés aux éléments rayonnants de chaque source du réseau comme il est expliqué ci- 15 20 30 dessous de sorte que ces éléments peuvent émettre et/ou recevoir des ondes à polarisation multiple ou arbitraire. La présente invention a donc pour objet une antenne à balayage électronique à polarisation arbitraire ou multiple comportant une source primaire permettant d'alimenter un réseau de sources réflectrices constituées par deux éléments rayonnants en polarisation croisée et un déphaseur réciproque associé à chaque source, caractérisé en ce que la source primaire est susceptible d'émettre des ondes à polarisation arbitraire et/ou de recevoir des ondes à polarisation multiple, et en ce que les déphaseurs per-mettent de relier les deux éléments rayonnants de chaque source. D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexés ou: - la figure 1 représente un mode de réalisation de l'antenne selon l'invention; - la figure 2 représente un mode de réalisation d'élément rayonnant du réseau selon l'invention; - la figure 3 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation du réseau relatif à une technologie particulière, selon l'invention; - la figure 4, représente une variante de réalisation d'un élément rayonnant selon la figure 2; - la figure 5, représente un autre mode de réalisation d'élément rayonnant selon l'invention. On a représenté sur la figure 1, une antenne à balayage électronique selon l'invention. L'antenne comporte une source primaire 1 apte à émettre des ondes polarisées de façon quelconque et variable à l'émission et susceptible à la réception de recevoir simultanément deux composantes orthogonales de la polarisation incidente: par exemple verticale et horizontale. La source primaire est classique en soi. Elle peut être réalisée par un cornet comme représenté sur cette figure 1 équipé pour rayonner des ondes selon une polarisation multiple ou arbitraire, suivant une loi de phase et d'amplitude prédéterminée. L'émetteur 3 rayonne une onde divisée en deux parties au moyen d'un diviseur 4 variable. L'une des ondes partielles est déphasée avec le déphaseur 5, l'autre peut être atténuée avec l'atténuateur 6. Ces deux ondes excitent, par l'intermédiaire de circulateurs 7, 8 (jouant le rôle de duplexeurs) les deux accès en polarisation croisée du cornet 9. On obtient ainsi une polarisation émise arbitraire. A la réception les signaux reçus dans les deux composantes (horizontale u>et verticale v'3 sont transmis à travers les circulateurs 7, 8 vers deux récepteurs Ru Rv (éventuellement munis de limiteurs de protection) pour l'exploitation. L'antenne comporte également un réseau phasé 2. Ce réseau est un réseau réflecteur comportant un ensemble de sources rayonnantes 10. Chaque source possède deux accès en polarisation croisée de manière à pouvoir émettre ou recevoir des ondes à polarisation multiple ou arbitraire. Chaque source est constituée par deux éléments susceptibles de rayonner une partie de l'énergie émise par la source primaire, la 20 source primaire constituant l'alimentation. Sur cette figure les sources du réseau sont constituées chacune par deux fentes rayonnantes croisées comportant deux branches 11, 12 et 13, 14. Un déphaseur 15 à commande électronique relie deux branches orthogonales 12, 14 des deux fentes pour chaque source. Chaque déphaseur est commandé, de manière classique pour déphaser les ondes émises par chaque source de manière à compenser le retard de phase du fait de la propagation depuis la source primaire et pour imprimer au réseau le gradient de phase produisant l'orientation du faisceau. Chaque déphaseur relie par conséquent deux branches orthogonales de sorte que l'énergie reçue par une fente passe à travers le déphaseur et soit rerayonnée par l'autre fente dans le cas ou les ondes sont polarisées selon une seule direction verticale ou horizon- 10 tale c'est-à-dire selon la direction de l'un des éléments constituant chaque source. Dans le cas où les ondes ont une polarisation autre que l'une de ces deux directions (verticale ou horizontale), une fraction d'énergie (par exemple la composante horizontale) est captée par une branche, l'autre fraction (par exemple la composante verticale) est captée par l'autre branche. Ainsi l'énergie captée par une branche verticale passe dans le déphaseur et est re-rayonnée par la branche horizon-tale, et inversement l'énergie captée par une branche horizontale passe dans le déphaseur et est re-rayonnée par la branche verticale. Il y a un échange entre le rayonnement des branches verticales et horizontales. En effet, une polarisation quelconque peut être représentée par une matrice colonne de deux nombres complexes (a, b) ou, plus commodément par un vecteur complexe ayant ces deux nombres (a, b) pour composantes selon un référentiel donné. En choisissant comme référentiel (i u, v un trièdre formé de trois vecteurs unitaires orthogonaux n'définissant la direction du rayonnement, u la composante horizontale et v> la composante verticale, une onde polarisée pi peut s'écrire p 1= a u + b v, (a, b) correspondant à la loi d'amplitude et de phase donnée par la source primaire. Pour une polarisation horizontale pi = a û ; pour une polarisation verticale p1= b v>; pour une polarisation circulaire droite pi a + i v>), (i = f 1) ; pour une polarisation circulaire gauche > > p1 =a(u-iv). Une onde primaire i émise par la source primaire à polarisation verticale, donne une onde secondaire p2 rayonnée par le réseau à polarisation horizontale. Réciproquement une onde primaire à polarisation horizontale donne une onde secondaire à polarisation verticale. Une onde à polarisation quelconque qui peut toujours être décomposée vectoriellement en composante horizon-tale et verticale subit une transformation symétrique entre ses composantes; l'onde secondaire p2 résulte d'un échange entre composante horizonale et verticale de l'onde primaire p1' En effet, si pi est la polarisation de l'onde primaire incidente sur l'un des éléments du réseau, les coefficients a et b qui la définissent sont sous la dépendance de la source primaire exclusivement, l'onde secondaire p2 s'obtient simplement en permutant les composantes horizontales et verticales. Il y a donc une symétrie par rapport à la diagonale principale. Par suite de la réflexion (ce qui est le cas d'une incidence normale) l'onde change de sens. On se réfère alors à un référentiel modifié pour qu'il demeure un trièdre direct, soit (e W) ce trièdre avec: û=--d v'= v n?=-n> L'onde secondaire émergeante qui peut s'écrire p2> a v + b u> s'écrit selon ce trièdre direct 2> -b ui+ a Cette onde émergeante est donc toujours sous la dépendance de la source primaire. Chaque déphaseur a une fonction supplémentaire à la fonction habituelle, puisqu'il permet en plus d'effectuer une transformation linéaire orthogonale sur la polarisation de l'onde. Quelques exemples sont donnés à titre indicatif dans le tableau cidessous: Polarisation primaire pl Polarisation secondaire p2 horizontale p 1 = a u ' verticale p2 '= a v verticale pl> b v' horizontale p2 - b u circulaire p l = a (u + i v circulaire de même sens: diagonale p l = a (u + v') p2> - is (u' + i v?) diagonale parallèle P2-a (-ci- v' ) Le fonctionnement à la réception est réciproque. L'onde analysée par la source primaire a une polarisation symétrique de celle de l'onde incidente en provenance du réseau. Sur la figure 2, on a représenté un exemple particulier de réalisation d'élément rayonnant. Le réseau réflecteur est plan par exemple. Chaque élément bipolarisation 10 est formé de deux fentes croisées 11, 12 et 13, 14. Ces fentes sont réalisées sur un support 20 plan métallisé 23 ou métallique, la technologie choisie dépendant de la puissance qui doit avoir l'antenne. Les deux accès A et B en polarisation croisée sont reliés entre eux par le déphaseur 15 au moyen d'une ligne d'alimentation pour chaque élément rayonnant. Cette ligne comporte deux tronçons 21 et 22. Les points d'alimentation A et B sont placés sur les fentes de sorte que l'on obtienne une adaptation d'impédance correcte: ces points A et B ne sont pas nécessairement au centre des fentes mais ils sont choisis pour obtenir une meilleure adaptation. Les extrémités 17 des fentes peuvent être épanouies selon une forme en Té selon cet exemple, ce qui peut améliorer l'adaptation surtout dans le cas d'une large bande de fréquence. On a représenté sur la figure 3, un exemple de réseau plan vu en coupe. Le réseau est réalisé sur un circuit imprimé comportant le support (substrat) 20 métallisé double face. Ce support est donc recouvert d'une métallisation 23 dans laquelle sont tracées les fentes 15 (absence de métallisation). Sur l'autre face du support sont placés les tronçons de ligne d'alimentation 21, 22, pour chaque fente. Ces tronçons sont réalisés par des bandes de métallisation sur le support 20 (du type microstrip). A l'arrière du circuit imprimé est placé un plan réflecteur constitué par exemple par une plaque métallique 24. La figure 4, représente un autre mode de réalisation d'élément rayonnant. L'élément se présente également sous la forme de deux fentes croisées 11, 12, 13, 14 dont les extrémités 18 ont une forme évasée. Cette prolongation des fentes permet également d'effectuer l'adaptation d'impédance pour les lignes d'alimentation du déphaseur. Sur la figure 5 on a représenté un autre exemple d'élément rayonnant pour la réalisation du réseau. Ces éléments sont constitués par des dipôles croisés 30, 31 - 32, 33 placés devant un réflecteur 40 commun situé environ un quart d'onde en arrière des dipôles. Les accès A, B en polarisation croisée sont reliés à une ligne d'alimentation du type ligne coaxiale, constituée par les deux tronçons 21 et 22 reliés au déphaseur 15. Toutes les technologies micro-ondes peuvent être utilisées tout en restant dans le cadre de la présente invention notamment celles qui ont été citées (lignes à bandes ou microruban, lignes coaxiales) mais également les lignes triplaques à air ou à diélectriques). De même tout type d'antenne à double polarisation peut être utilisé tout en restant dans le cadre de cette invention. D'autres réalisations peuvent être envisagées pour le réseau notamment les réseaux dont les éléments rayonnants ont des branches obliques par rapport aux axes d'alignement de ce réseau. De même, on peut utiliser toute sorte de source primaire permettant d'émettre en polarisation multiple et de recevoir indépendamment et simultanément deux composantes orthogonales de polarisation (linéaires ou circulaires inverses par exemple). Les déphaseurs sont des déphaseurs réciproques classiques en soi. Ces déphaseurs sont réalisés par des diodes PIN ou des ferrites. Le fait que les déphaseurs soient réciproques permet, bien évidemment, d'appliquer le même déphasage dans un sens de propagation comme dans l'autre. L'invention consiste par conséquent en une antenne à balayage électronique comportant une source primaire à polarisation arbi- traire ou multiple, éclairant un réseau constitué de sources réflectrices. Les sources réflectrices comportent des éléments rayonnants en polarisation croisée. Les déphaseurs sont placés de manière à relier deux éléments rayonnants de chaque source. Cette configuration permet de réduire de moitié les équipements nécessaires à la réalisation d'une antenne à balayage susceptible d'émettre des ondes selon une polarisation arbitraire ou de recevoir des ondes à polarisation multiple. REVENDICATIONS 1. Antenne à balayage électronique à polarisation arbitraire ou multiple comportant une source primaire permettant d'alimenter un réseau de sources réflectrices (10) constituées par deux éléments rayonnants en polarisations croisées (Il, 12 - 13, 14) et un déphaseur réciproque associé à chaque source, caractérisée en ce que la source primaire est susceptible d'émettre des ondes à polarisation arbitraire et/ou de recevoir des ondes à polarisation multiple et en ce que les déphaseurs (15) permettent de relier les deux éléments rayonnants (11, 13) de chaque source. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les déphaseurs (15) sont des déphaseurs à commande électronique. 3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments (11, 12 - 13, 14) du réseau sont constitués par deux fentes (11, 12), (13, 14) croisées, les déphaseurs (15) reliant une branche d'une fente à une autre branche de l'autre fente. 4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments sont réalisés par deux dipôles (30, 31 - 32, 33) croisés, les déphaseurs (15) reliant une branche d'un dipôle à une autre branche de l'autre dipôle. 5. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau est un réseau plan réalisé sur un circuit imprimé, une face du circuit étant partiellement métallisée les zones non métallisées correspondant à des fentes croisées, l'autre face du circuit comportant des lignes (21, 22) micro-ruban reliant les accès en polarisation croisée de deux branches (12, 14), et en ce qu'un plan réflecteur (24) est placé à l'arrière du circuit imprimé. 6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau comporte un ensemble de dipôles (30, 31 - 32, 33), des lignes d'alimentation (21, 22) reliant les accès en polarisation croisée ces deux branches (33, 31) de chaque dipôle, et en ce qu'un plan réflecteur (40) est placé à l'arrière des dipôles, le déphaseur (15) étant placé à l'arrière de ce plan (40). 7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la source primaire comporte un cornet (1) comportant deux accès à polarisation croisée. 8. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les accès à polarisation croisée sont reliés respectivement à une entrée d'un circulateur (7, 8), l'un des circulateurs est relié à un déphaseur (5), l'autre à un atténuateur (6), l'atténuateur et l'oscillateur sont reliés à un émetteur (3) par l'intermédiaire d'un diviseur (4), l'autre entrée de chaque circulateur étant reliée aux récepteurs (Ru, Rv).