Brevet FR2902936A1 — publié le 20071228

ANTENNE HYPERFREQUENCE AVEC UNE SOURCE EN POLARISATION CROISEE IMPLANTEE DANS UNE SOURCE MONOPULSE MULTIMODE La présente invention concerne notamment les antennes de poursuite pour radar de trajectographie permettant de connaître la signature de polarisation des cibles. Il est connu d'adjoindre à la source en polarisation nominale d'une antenne de poursuite une source extérieure en polarisation croisée et de séparer les polarisations grâce à un système de filtres de polarisation qui a l'inconvénient d'entraîner des pertes et d'être coûteux. Il est également connu, notamment par les brevets français FR-A- 2.418.551 et FR-A- 2.477.785, des sources monopulses multimodes. La présente invention a pour but de réaliser une voie en polarisation croisée à l'intérieur d'une source monopulse multimode en polarisation nominale sans perturber cette dernière polarisation tout en ayant une voie de polarisation croisée donnant de bonnes caractéristiques de rayonnement. Elle consiste à intégrer une voie en polarisation croisée dans une source monopulse multimode de telle sorte que les diagrammes de rayonnement en polarisation nominale et croisée aient leurs centres de phase confondus et des largeurs voisines à -3 décibels et -10 décibels. Elle a pour objet une antenne hyperfréquence avec une source en polarisation croisée implantée dans une source monopulse multimode. La source monopulse multimode comporte une structure multimode plan E formée d'une section de guide rectangulaire alimentée au travers d'une paroi d'entrée par un groupement de guides d'ondes excités dans le mode fondamental et prolongée en sortie par un cornet rectangulaire. La source en polarisation croisée comporte au moins un dipôle placé dans l'ouverture du cornet de la source monopulse multimode, dans un plan parallèle à celle-ci et avec une orientation telle que son champ électrique soit orthogonal au champ électrique de la source monopulse multimode. Selon une autre caractéristique la source en polarisation croisée comporte également une grille disposée dans l'ouverture du cornet de la source monopulse multimode à l'arrière du ou desdits dipôles et constituée de barreaux métalliques parallèles entre eux et à la direction du champ électrique de ladite source en polarisation croisée. Avantageusement, la grille de la source en polarisation croisée a une section perpendiculaire à ses barreaux en forme de V, la base du V étant tournée vers l'intérieur de l'ouverture du cornet de la source monopulse multimode. La source en polarisation croisée peut également être monopulse. Elle comporte alors quatre dipôles disposés en losange dans l'ouverture rectangulaire du cornet de la source monopulse multimode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront ci-après de la description de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale respectivement dans le plan E contenant le vecteur champ électrique et dans le plan H contenant le vecteur champ magnétique d'une source monopulse multimode ; - la figure 3 e3t une vue en perspective partiellement arrachée d'une antenne hyperfréquence selon l'invention avec une source en polarisation croisée implantée dans une source monopulse multimode ; - la figure 4 représente le diagramme de rayonnement de la source en polarisation croisée vue à la figure 3, la grille étant enlevée, tracé dans les plans E et H de la source monopulse multimode pour une fréquence de 5.650 MHz ; - la figure 5 représente le diagramme de rayonnement de la source en polarisation croisée vue à la figure 3, équipée de la grille, ainsi que la loi de phase de ce diagramme de rayonnement tracés dans les plans E et H de la source monopulse multimode pour une fréquence de 5.650 MHz ; et - les figures 6, 7 et 8 représentent en coupe longitudinale dans le plan E et dans le plan H ainsi que vue de face une source monopulse multimode équipée d'une source monopulse en polarisation croisée. Une source monopulse permet l'exploitation de plusieurs diagrammes de rayonnement. Ces diagrammes de rayonnement sont souvent au nombre de trois : un diagramme somme servant de référence, à symétrie paire dans les plans vertical et horizontal, un diagramme différence à symétrie impaire dans le plan vertical donnant des signaux d'écartométrie en site et un diagramme différence à symétrie impaire dans le plan horizontal donnant des signaux d'écartométrie en gisement. Une source monopulse multimode est une source monopulse dans laquelle les différents diagrammes de rayonnement sont obtenus à partir de différentes lois d'illumination de son ouverture résultant de diverses 25 superpositions, au sein de sa structure, de divers modes de propagation guidés, fondamental et harmoniques. La figure 1 représente, vue en coupe par un plan longitudinal contenant le vecteur champ électrique (plan E) supposé ici être le plan vertical, une source monopulse 30 multimode à structure multimode plan E tandis que la figure 2 représente la même source monopulse multimode en coupe dans un plan longitudinal contenant le vecteur champ magnétique (plan H) qui se trouve être, avec la convention adoptée précédemment, le plan horizontal. 15 20 La source comporte essentiellement un modeur plan E constitué d'une section de guide d'ondes rectangulaire 1 fermée en entrée par une paroi dans laquelle débouchent quatre guides d'ondes rectangulaires 2, 3, 4 et 5 et prolongée en sortie par un cornet rectangulaire 6 par l'intermédiaire duquel la source rayonne dans l'espace libre. Les quatre guides d'ondes rectangulaires d'excitation 2, 3, 4 et 5 débouchent dans la paroi d'entrée du modeur plan E aux sommets d'un rectangle, leurs faces larges à l'horizontal, parallèles au plan H. Les embouchures des deux guides d'ondes d'excitation supérieurs 2, 3 sont séparées de celles des deux guides d'ondes d'excitation inférieur 4, 5 par une arête horizontale médiane 7 en relief vers l'intérieur du modeur plan E. les embouchures des deux guides d'ondes d'excitation 1.5 supérieurs 2, 3 comme celles des guides d'ondes d'excitation inférieurs 4, 5 sont accolées par leur petit côté et occupent toute la largeur de la section de guide d'ondes rectangulaire 1 délimitant le modeur plan E. Les guides d'ondes d'excitation 2, 3, 4 et 5 propagent 20 le mode fondamental TE10 dont le vecteur de polarisation électrique est vertical et provoquent dans la cavité de la source la création de modes harmoniques conservant un vecteur de polarisation électrique vertical qui se combinent entre eux et au mode fondamental pour donner différentes lois 25 d'illumination en polarisation verticale. Brièvement, pour expliciter la formation de la loi d'illumination dans le plan E, on considère une seule paire de guides d'ondes d'excitation superposés 2, 4 ou 3, 5 et la moitié de la cavité de la source' coupée par un plan longitudinal médian 30 vertical dans laquelle ils débouchent. Lorsqu'ils sont excités en phase, les guides d'ondes d'excitation de la paire considérée engendrent dans le plan de discontinuité de leurs embouchures des modes supérieurs pairs TE12 et TM12 qui se combinent entre eux pour former un mode mixte EM12 et qui se superposent en phase au niveau de l'ouverture du cornet rectangulaire 6 terminant le modeur E, avec le mode fondamental TE10 pour former une loi d'illumination paire en voie somme dans le plan E. Lorsqu'ils sont excités en opposition de phase, ces mêmes guides d'ondes d'excitation engendrent dans le plan de discontinuité de leurs embouchures des modes supérieurs impairs TE11 et TM11 qui se combinent entre eux pour former un mode mixte EM11 et donner une loi d'illumination impaire en voie différence dans le plan E. Pour expliciter la formation de la loi d'illumination dans le plan H, on considère une seule paires de guides d'ondes d'excitation accolés 2, 3 ou 4, 5 et la moitié de la cavité de la source coupée par un plan longitudinal médian horizontal dans laquelle ils débouchent. Lorsqu'ils sont excités en phase seul le mode fondamental pair TE10 se propage et engendre une loi d'illumination paire dans le plan H. Lorsqu'ils sont excités en opposition de phase, ces mêmes guides d'ondes d'excitation engendrent à l'entrée du cornet rectangulaire 6 un mode supérieur impair TE20 qui forme une loi d'illumination impaire en voie différence dans le plan H. Pour davantage d'explication sur le fonctionnement d'une source monopulse multimode on se reportera aux descriptions des brevets précités. La figure 3 représente, vue en perspective partiellement arrachée, une antenne hyperfréquence selon l'invention avec une source polarisation croisée implantée dans une source monopulse multimode. On distingue sur cette figure 3 la structure d'une source monopulse multimode avec la section de guide d'ondes rectangulaire 1 du modeur plan E intercalée entre un socle 8 à l'intérieur duquel débouchent les quatre guides d'ondes d'excitation dont deux 2, 3 sont visibles et le cornet rectangulaire 8. Un dipôle 9 constituant la source de polarisation croisée est placé dans l'ouverture du cornet rectangulaire 8. Il est porté par une tige 10 qui est formée d'un coaxial rigide et qui est fixée dans l'arête horizontale médiane 7 au fond de la cavité de la source monopulse multimode. Ses deux brins rayonnants 11 et 12 sont disposés dans le cornet rectangulaire 8, dans un plan parallèle à son ouverture et orientés horizontalement de manière à présenter une polarisation électrique qui soit orthogonale à celle de la source monopulse multimode. Du fait des dimensions de la cavité de la source monopulse multimode le dipôle 9 crée des modes supérieurs dans celle-ci. Ces modes supérieurs sont éliminés grâce à une grille métallique qui rend monomode pour la voie croisée la cavité de la source monopulse multimode. Cette grille obture l'ouverture de la cavité de la source monopulse multimode à l'arrière du dipôle. Elle est formée de barreaux métalliques parallèles 13 de faible diamètre qui sont disposés horizontalement, parallèlement aux brins rayonnants 11 et 12 du dipôle et qui n'interfèrent pas avec le champ électrique vertical de la source monopulse multimode. Elle a une section en V dans un plan de coupe vertical perpendiculaire à ses barreaux 13, la base du V étant tournée vers l'intérieur de la cavité monopulse multimode. L'angle au sommet du V et la position du dipôle par rapport au sommet de ce V agissent sur le diagramme de rayonnement du dipôle et sur la position du centre de phase. Par un réglage adéquat, il permettent d'obtenir pour le dipôle 9 un diagramme de rayonnement dont l'ouverture à -3dB et la position du centre de phase coïncident avec celle des diagrammes de rayonnement de la source monopulse multimode. La figure 4 représente, tracé dans le plan E et dans le plan H de la source -monopulse multimode, le diagramme de rayonnement obtenu avec le dipôle 9 placé dans l'ouverture de la source monopulse multimode sans la grille à une fréquence centrale de fonctionnement de la source monopulse multimode et d'accord du dipôle 9 de 5.650 MHz. Ce diagramme comporte un petit lobe central enfoncé entre deux importants lobes latéraux. 15 20 25 30 Cette configuration est due aux modes supérieurs engendrés par le dipôle 9 dans la cavité de la source monopulse multimode. La figure 5 représente, tracés dans le plan E et dans le plan H de la source monopulse multimode, le nouveau diagramme de rayonnement et sa loi de phase obtenus avec la grille intercalée à l'arrière du dipôle dans l'ouverture de la source monopulse multimode. Le lobe central est agrandi au point de constituer un seul lobe avec les lobes latéraux ce qui illustre la suppression des modes supérieurs dans la cavité de la source monopulse multimode. On peut réaliser une source en polarisation croisée qui soit monopulse en remplaçant le dipôle unique par quatre dipôles disposés en losange dans l'ouverture du cornet rectangulaire de la source monopulse multimode. Les figures 6, 7 et 8 illustrent une telle disposition vue respectivement selon une coupe longitudinale de la source monopulse multimode faite dans un plan vertical (plan E) puis dans un plan horizontal (plan H), et selon une vue de face. Les quatre dipôles A, B, C, D sont disposés aux sommets d'un losange dans l'ouverture du cornet rectangulaire 6. Le dipôle supérieur A est fixé par une tige en coaxial rigide 20 à la cloison de séparation 21 des embouchures des guides d'excitation supérieurs 2 et 3. Le dipôle inférieur C est fixé par une tige en coaxial rigide 22 à la cloison de séparation 23 des embouchures des guides d'excitation inférieurs 4 et 5. Les dipôles médians B et D sont placés aux extrémités de tiges 24, 25 en coaxial rigide fixées côte à côte sur l'arête médiane horizontale 7. Le diagramme b somme de la source en polarisation croisée est obtenu en sommant les signaux captés par les quatre dipôles A, B, C et D, le diagramme différence en site en effectuant la différence entre les signaux captés par les dipôles A et C, et le diagramme différence en azimut en effectuant la différence entre les signaux captés par les dipôles B et D. L'implantation d'une source en polarisation croisée dans une source monopulse multimode a l'avantage de se faire sans augmentation de l'encombrement de la source monopulse multimode tout en permettant d'obtenir des diagrammes en polarisation nominale et croisée de largeurs comparables avec des centres de phase confondus. Elle présente en outre l'avantage de pouvoir se faire sur des sources monopulses multimodes d'antennes radar déjà existantes. On peut, sans sortir du cadre de la présente invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment améliorer la directivité du ou des dipôles en leur adjoignant des brins directeurs fixés soit à leur tige au moyen d'un support isolant, soit à la paroi d'un radome recouvrant l'ouverture de la cavité de la source monopulse multimode. 15 REVENDICATIONS 1. Antenne hyperfréquence avec une source en polarisation croisée implantée dans une source monopulse multimode caractérisée en ce qu'elle comporte - une source monopulse multimode avec une structure multimode plan E formée d'une section de guide rectangulaire (1) alimentée en entrée par un groupement de guides d'ondes d'excitation (2, 3, 4, 5) et prolongée en sortie par un cornet rectangulaire (6), et - une source en polarisation croisée comportant au moins un dipôle (9) placé dans l'ouverture du cornet (6) de la source monopulse multimode dans un plan parallèle à ladite ouverture et avec une orientation telle que son champ électrique soit orthogonal à celui de la source monopulse multimode. 2. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que la source en polarisation croisée comporte en outre une grille constituée de barreaux métalliques (13) parallèles entre eux et à son champ électrique, et disposée à l'arrière du dipôle (9) dans l'ouverture du cornet (6) de la source monopulse multimode. 3. Antenne selon la revendication 2 caractérisée en ce que ladite grille a, dans un plan perpendiculaire à ses barreaux (13), une section en V, la base du V étant tournée vers l'intérieur de l'ouverture du cornet (6) de la source monopulse multimode. 25 4. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que la source en polarisation croisée comporte quatre dipôles (A, B, C, D) disposés en losange dans l'ouverture rectangulaire du cornet (6) de la source monopulse multimode. 5. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce 30 que le ou lesdits dipôles de la source en polarisation croisée comportent chacun deux brins rayonnants (11, 12) placés dans le prolongement l'un de l'autre dans un plan parallèle à 10 1.5 20 l'ouverture du cornet (6) de la source monopulse multimode, dans une direction orthogonale à celle du champ électrique de la source monopulse multimode, et portés par l'extrémité d'une tige fixée dans la paroi d'entrée du guide rectangulaire (1) de la structure multimode plan E de la source monopulse multimode, sur une cloison (7, 21, 23) de séparation des embouchures des guides d'ondes d'excitation (2, 3, 4, 5). 6. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le ou lesdits dipôles sont pourvus de brins directeurs 10 améliorant leur directivité.