Brevet FR3042917A1 — publié le 20170428

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition ainsi qu'un système d'antenne pour le suivi d'une cible en mouvement incluant un tel dispositif d'aide à l'acquisition. L'invention s'applique aux stations de suivi, de poursuite, pour la télémesure et les essais en vol d'engins ou d'aéronef (avions, missiles, drones... ) ou dans le domaine spatial comme la réception de données des charges utiles scientifiques et d'observation (satellites défilants en orbite basse), le contrôle en orbite durant la phase de lancement pour tous types de satellites (LEO, MEO, GEO), aussi bien pour des systèmes d'antenne au sol ou bien embarqués sur des navires de guerre ou civils, des systèmes de défense aérienne, des systèmes de radars monopulse et multi-bandes. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans une station de télémesure, l'antenne principale est particulièrement directive avec un faisceau d'émission fin, ayant un angle d'ouverture de quelques degrés. Compte tenu de la finesse de son faisceau, il est difficile de pointer l'antenne principale vers la cible, en particulier lorsque celle-ci se déplace rapidement. Les antennes d'aide à l'acquisition (en anglais, « Acquisition Aid Antenna ») sont des antennes auxiliaires destinées à être fixées à des antennes principales dans une station de télémesure. Cette antenne d'aide à l'acquisition est généralement solidaire de l'antenne principale et présente un lobe nettement plus large que celui de l'antenne principale (entre 15 et 30°, soit jusqu'à 20 fois celui de l'antenne principale). Le rôle de l'antenne d'aide à l'acquisition est de faciliter une acquisition rapide et d'assurer une poursuite à faible distance. Une fois que l'antenne principale est correctement orientée et que le niveau du signal reçu provenant de la cible est suffisant pour permettre une réception par l'antenne principale, le signal est commuté vers l'antenne principale, sans perte de la poursuite lorsque la cible est à bonne distance. 3042917 2 L'antenne d'aide à l'acquisition est également utilisée pour récupérer des données de télémesure en cas de perte de signal par l'antenne principale. L'antenne d'aide à l'acquisition permet en particulier de continuer à poursuivre une cible en mouvement (drone, avion ou missile par 5 exemple) lorsque la cible est proche ou se déplace rapidement. Il est ainsi possible de commuter entre l'antenne principale et l'antenne d'aide à l'acquisition afin de maintenir une continuité du signal de télémesure. Une commutation de l'antenne principale vers l'antenne d'aide à 10 l'acquisition peut également être réalisée à titre préventif lorsque la proximité de la cible risque d'entrainer une saturation des équipements radiofréquence. On connaît des antennes d'aide à l'acquisition comprenant une source d'antenne et un réflecteur parabolique de petit diamètre, la source 15 d'antenne étant disposée au foyer du réflecteur. Un inconvénient de ce type d'antenne est que, le réflecteur étant de petit diamètre, la source d'antenne masque une partie importante du réflecteur. Cela a pour conséquence que l'antenne d'aide à l'acquisition présente un rendement médiocre et un diagramme de réception de mauvaise qualité (présentant des lobes 20 secondaires d'amplitude élevée). On connaît également des antennes d'aide à l'acquisition comprenant un réseau plan d'éléments rayonnants. Cependant, la largeur de bande du réseau est limitée, ce qui peut conduire à l'utilisation de plusieurs réseaux en parallèle pour obtenir une réception multi-bande, et 25 impacte le coût et l'encombrement de l'antenne d'aide à l'acquisition. RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une antenne d'aide à l'acquisition, qui présente un encombrement réduit et de bonnes 30 performances en termes de rendement et de qualité du diagramme de rayonnement. 3042917 3 Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition, comprenant : - une source d'antenne d'aide à l'acquisition multibande, propre à recevoir un rayonnement émis par une cible selon un premier diagramme 5 de réception présentant un lobe principal de réception ayant un premier angle d'ouverture, et - une lentille disposée dans le lobe principal de réception de la source d'antenne d'aide à l'acquisition pour concentrer le rayonnement reçu de la cible vers la source d'antenne en augmentant l'ouverture du lobe 10 principal de réception de la source d'antenne d'aide à l'acquisition, de manière à recevoir le rayonnement émis par la cible selon un deuxième diagramme de réception présentant un lobe principal de réception ayant un deuxième angle d'ouverture inférieur au premier angle d'ouverture. Grâce à l'utilisation d'une lentille, le dispositif d'antenne d'aide à 15 l'acquisition proposé permet de concentrer le rayonnement de la cible sur la source d'antenne tout en présentant un encombrement réduit. Le diamètre du dispositif peut être de l'ordre de 1,5 à 5 longueurs d'ondes, ce qui permet de placer le dispositif sur le côté du dispositif d'antenne principale de plus grand diamètre. 20 L'utilisation d'une lentille disposée dans le lobe principal de réception de la source d'antenne permet d'ajuster l'angle d'ouverture de l'antenne d'aide à l'acquisition, et permet d'obtenir un bon rendement tout en présentant un encombrement réduit. Le dispositif proposé permet en particulier d'utiliser une source 25 d'antenne identique à celle utilisée pour l'antenne principale. Le dispositif proposé peut en outre présenter les caractéristiques suivantes : - la lentille permet de diminuer l'angle d'ouverture du lobe principal de la source d'antenne d'aide à l'acquisition d'un quotient deuxième angle / 30 premier angle compris entre 1/6,5 et 1/3,25, - la source d'antenne d'aide à l'acquisition comprend plusieurs ensembles rayonnants, chaque ensemble rayonnant étant propre à recevoir 3042917 4 un rayonnement dans une bande de fréquences donnée, différente des bandes de fréquences reçus par les autres ensembles rayonnants, et dans lequel l'ensemble rayonnant dans la gamme de fréquences la plus basse a un centre de phase situé au foyer de la lentille, 5 - les autres ensembles rayonnants ont des centres de phase décalés par rapport au foyer de la lentille, - les éléments rayonnants sont disposés de sorte que plus la gamme de fréquence d'un élément rayonnant est élevée, plus le centre de phase de l'élément rayonnant est proche de la lentille, 10 - la lentille est configurée pour transformer une onde quasi-plane reçue de la cible en une onde sphérique, l'onde sphérique étant émise vers la source d'antenne d'aide à l'acquisition, - la lentille est formée dans au moins un bloc de matériau, le matériau présentant une densité comprise entre 1,05 et 1,15, et une 15 permittivité comprise entre 2,5 et 2,7, - le matériau formant la lentille est un matériau polymérique, de préférence un matériau à base de polystyrène. L'invention se rapporte en outre à un système d'antenne pour le suivi d'une cible en mouvement, comprenant : 20 - un dispositif d'antenne principale, comprenant une source d'antenne principale propre à recevoir un rayonnement principal et un réflecteur parabolique propre à réfléchir le rayonnement principal selon un troisième diagramme de réception présentant un lobe principal de réception présentant un troisième angle d'ouverture, 25 - un dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition tel que défini précédemment, monté fixe par rapport au dispositif d'antenne principale, et dans lequel le deuxième angle d'ouverture est supérieur au troisième angle d'ouverture. Dans un tel système, la source d'antenne principale et la source d'antenne d'aide à l'acquisition peuvent être identiques entre elles. 30 3042917 5 PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : 5 - les figures 1 et 2 représentent de manière schématique un système d'antenne pour le suivi d'une cible en mouvement, conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente de manière schématique, en coupe longitudinale, un dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition, 10 - la figure 4 représente de manière schématique, en coupe longitudinale, une lentille du dispositif d'aide à l'acquisition, - la figure 5 représente de manière schématique le paramétrage de la lentille du dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition. 15 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Sur la figure 1, le système d'antenne 1 représenté comprend un dispositif d'antenne principale 2 et un dispositif d'antenne auxiliaire 3 associé. Le dispositif d'antenne principal 2 comprend une source d'antenne 20 principale 4 et un réflecteur parabolique 5. La source d'antenne principale 4 est positionnée au foyer du réflecteur parabolique 5. La source d'antenne principale 4 est maintenue dans cette position par un support 6 permettant de fixer la source d'antenne principale 4 sur le réflecteur parabolique 5. La source d'antenne principale 4 peut être une source multibande, 25 par exemple une source multibande telle que décrite dans le document FR 3 007 215. Une telle source est propre à émettre et/ou recevoir des signaux de télémesure sélectivement dans chacune des bandes de fréquence L (1GHz à 2GHz), S (2GHz à 4GHz) et C (4 GHz à 8GHz). La source d'antenne principale 4 est propre à éclairer le réflecteur 30 parabolique 5 avec un angle d'ouverture à -10dB a d'environ 70 degrés autour de l'axe principale de réception X1 de la source 4. Ainsi, la source 3042917 6 d'antenne principale 4 éclaire sensiblement la totalité de la surface réfléchissante du réflecteur parabolique 5. Le réflecteur parabolique 5 est propre à réfléchir un rayonnement émis par une cible vers la source 4 avec un angle d'ouverture à -10dB 5 compris entre 2 et 8 degrés. Le dispositif d'antenne auxiliaire 3 (appelé « dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition ») est disposé à côté du dispositif d'antenne principal 2. Le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition 3 est monté fixe sur le dispositif d'antenne principale 2. Ainsi, lors du suivi d'une cible en 10 mouvement, les deux dispositifs 2 et 3 sont entrainés ensemble, selon un déplacement identique. Le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition 3 comprend une source d'antenne d'aide à l'acquisition 7, un support de lentille 8 et une lentille 9. Le système d'antenne 1 comprend également un bras de support 15 10 reliant le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition 3 au dispositif d'antenne principale 2. Le bras de support 10 est fixé d'une part au réflecteur parabolique 5 du dispositif d'antenne principale 2 et d'autre part au carter de la source d'antenne d'aide à l'acquisition 7. Le bras de support 10 maintient le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition 3 dans une position 20 fixe par rapport au dispositif d'antenne principale 2. Ainsi, au cours de l'acquisition de signaux de télémesure, le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition 3 et le dispositif d'antenne principal 2 sont déplacés simultanément, de manière identique. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, la source 25 d'antenne d'aide à l'acquisition 7 est identique à la source d'antenne principale 4. Cette caractéristique présente l'avantage de ne pas nécessiter un développement spécifique pour la source d'antenne d'aide à l'acquisition. De cette manière, la source d'aide à l'acquisition présente les mêmes 30 caractéristiques de bandes de fréquences, de polarisation et de diagrammes (somme et différence) que la source d'antenne principale. De plus, en cas de panne de la source d'antenne principale, la source 3042917 7 d'antenne d'aide à l'acquisition peut être utilisée de manière provisoire comme source d'antenne principale. Le dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition est illustré plus précisément sur la figure 3. 5 La source d'antenne d'aide à l'acquisition 7 présente un axe principal de réception X2, parallèle à l'axe principal de réception X1 de la source d'antenne principale. La source d'antenne d'aide à l'acquisition 7 comprend une pluralité d'ensemble rayonnants 11 à 16 propres à générer un rayonnement 10 respectivement dans les bandes de fréquence C, S et L. Chaque ensemble rayonnant 11 à 16 est propre à recevoir un rayonnement selon un premier diagramme de réception présentant un lobe principal de réception orienté selon l'axe principal de réception X2. Plus précisément, les ensembles rayonnants comprennent : 15 - un premier ensemble rayonnant delta 11 propre à recevoir un rayonnement delta dans la première bande de fréquence L, - un premier ensemble rayonnant sigma 12 propre à recevoir un rayonnement sigma dans la première bande de fréquence L, - un deuxième ensemble rayonnant delta 13 propre à recevoir un 20 rayonnement delta dans la deuxième bande de fréquence S, - un deuxième ensemble rayonnant sigma 14 propre à recevoir un rayonnement sigma dans la deuxième bande de fréquence S, - un troisième ensemble rayonnant delta 15 propre à recevoir un rayonnement delta dans la troisième bande de fréquence C, et 25 - un troisième ensemble rayonnant sigma 16 propre à recevoir un rayonnement sigma dans la troisième bande de fréquence C. Dans chacune des bandes de fréquence L, S et C, le lobe principal de réception présente un premier angle d'ouverture y. Le premier angle d'ouverture y est d'environ 130 degrés à -10dB. 30 La lentille 9 est positionnée sur l'axe principal de réception X2 de la source d'antenne d'aide à l'acquisition 7, l'axe optique de la lentille 9 étant confondu avec l'axe principal de réception de la source 7. La lentille 9 est 3042917 8 disposée par rapport à la source d'antenne d'aide à l'acquisition 7 de sorte que la source reçoit la totalité du rayonnement transmis par la lentille. La lentille 9 est une lentille convergente présentant une première surface convexe 17 (appelée également « surface intérieure ») et une 5 deuxième surface convexe 18 (appelée également « surface extérieure »), opposée à la première surface convexe 17. La première surface convexe 17 est dirigée vers la source 7. La deuxième surface convexe 18 est dirigée vers une cible à détecter. La lentille 9 est configurée pour concentrer le rayonnement émis par la cible vers la source d'antenne d'aide à l'acquisition 10 7, en réduisant l'ouverture du lobe principal de réception de la source 7, de manière à obtenir un deuxième diagramme de réception présentant un lobe principal de réception ayant un deuxième angle d'ouverture b inférieur au premier angle d'ouverture y. Plus précisément, la lentille 9 est dimensionnée pour diminuer 15 l'angle d'ouverture du lobe principal avec un quotient 8/y compris entre 1/6,5 et 1/3,25. Le deuxième angle b est ainsi compris entre 20 et 40 degrés à -10 dB (en fonction de la bande de fréquence considérée). Le support de lentille 8 permet de monter la lentille 9 fixe par rapport à la source d'antenne d'aide à l'acquisition 7. Le support de lentille 8 20 présente une forme générale tubulaire. Le support de lentille 8 comprend une paroi 19 de forme générale cylindrique de révolution définissant une première ouverture 21 et une deuxième ouverture 22. Le support de lentille 8 est fixé d'une part à la source d'aide à l'acquisition 7, la source s'étendant à travers la première ouverture 21, et d'autre part à la lentille 9, la lentille 9 25 obstruant la deuxième ouverture 22. L'ensemble rayonnant dans la gamme de fréquences la plus basse (en l'espèce, l'ensemble 12 rayonnant dans la bande L) a son centre de phase situé au foyer de la lentille 9. En revanche, les ensembles rayonnants dans les autres gammes de fréquences (en l'espèce, les ensembles 14 et 30 16 rayonnant dans les bandes S et C) ont des centres de phase décalés par rapport au foyer de la lentille 9. Les ensembles rayonnants 12, 14 et 16 sont disposés de sorte que plus la gamme de fréquence d'un ensemble 3042917 9 rayonnant est élevée, plus le centre de phase de l'ensemble rayonnant est éloigné du foyer de la lentille 9 et proche de la première surface 17 de la lentille 9. En contrôlant la position des centres de phase des ensembles 5 rayonnants 12, 14 et 16 par rapport au foyer de la lentille 9, il est possible d'ajuster le deuxième angle d'ouverture Ô, pour chacune des gammes de fréquences L, S et C, sur une bande passante de 2 octaves. En particulier, les ensembles rayonnants 12, 14 et 16 peuvent être disposés le long de l'axe optique de la lentille de manière à minimiser la variation du deuxième 10 angle d'ouverture b en fonction de la gamme de fréquences de réception L, Set C. La lentille 9 est dimensionnée pour transformer une onde quasi-plane reçue de la cible en une onde sphérique, l'onde sphérique étant émise vers la source d'antenne 7, dans la gamme de fréquences la plus 15 basse (en l'espèce, la bande L). Comme illustré sur les figures 3 et 4, la lentille 9 peut être formée par usinage dans un ou plusieurs blocs de matériau. Le matériau utilisé présente de préférence une densité comprise entre 1,05 et 1,15, et une permittivité comprise entre 2,5 et 2,7. 20 Le matériau formant la lentille 9 est un matériau diélectrique, tel qu'un matériau polymérique, présentant de faibles pertes diélectriques (tangente de perte REVENDICATIONS1. Dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition (3), comprenant : - une source d'antenne d'aide à l'acquisition (7) multibande, propre 5 à recevoir un rayonnement émis par une cible selon un premier diagramme de réception présentant un lobe principal de réception ayant un premier angle d'ouverture (y), et - une lentille (9) disposée dans le lobe principal de réception de la source d'antenne d'aide à l'acquisition (7) pour concentrer le rayonnement 10 reçu de la cible vers la source d'antenne (7) en augmentant l'ouverture du lobe principal de réception de la source d'antenne d'aide à l'acquisition, de manière à recevoir le rayonnement émis par la cible selon un deuxième diagramme de réception présentant un lobe principal de réception ayant un deuxième angle d'ouverture (Ô) inférieur au premier angle d'ouverture (y). 15 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la lentille (9) permet de diminuer l'angle d'ouverture du lobe principal de la source d'antenne d'aide à l'acquisition d'un quotient deuxième angle / premier angle compris entre 1/3,25 et 1/6,5. 20 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la source d'antenne d'aide à l'acquisition (7) comprend plusieurs ensembles rayonnants (12, 14, 16), chaque ensemble rayonnant (12, 14, 16) étant propre à recevoir un rayonnement dans une bande de fréquences donnée, 25 et dans lequel l'ensemble rayonnant (12) dans la gamme de fréquences la plus basse a un centre de phase situé au foyer de la lentille (9). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les autres ensembles rayonnants (14, 16) ont des centres de phase décalés par rapport au foyer 30 de la lentille (9). 3042917 15 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les éléments rayonnants (11-16) sont disposés de sorte que plus la gamme de fréquence d'un élément rayonnant est élevée, plus le centre de phase de l'élément rayonnant est proche de la lentille (9). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la lentille (9) est configurée pour transformer une onde quasi-plane reçue de la cible en une onde sphérique, l'onde sphérique étant émise vers la source d'antenne d'aide à l'acquisition (7). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la lentille (9) est formée dans au moins un bloc de matériau, le matériau présentant une densité comprise entre 1,05 et 1,15, et une permittivité comprise entre 2,5 et 2,7. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le matériau formant la lentille (9) est un matériau polymérique, de préférence un matériau à base de polystyrène. 20 9. Système d'antenne (1) pour le suivi d'une cible en mouvement, comprenant : - un dispositif d'antenne principale (2), comprenant une source d'antenne principale (4) propre à recevoir un rayonnement principal et un réflecteur parabolique (5) propre à réfléchir le rayonnement principal selon un 25 troisième diagramme de réception présentant un lobe principal de réception présentant un troisième angle d'ouverture (p), - un dispositif d'antenne d'aide à l'acquisition (3) conforme à l'une des revendications 1 à 9, monté fixe par rapport au dispositif d'antenne principale (2), et dans lequel le deuxième angle d'ouverture (Ô) est 30 supérieur au troisième angle d'ouverture (p). 10 15 3042917 16 10. Système selon la revendication 9, dans lequel la source d'antenne principale (4) et la source d'antenne d'aide à l'acquisition (7) sont identiques entre elles.