Antenne à balayage hyperhémisphérique.
<EMI ID=1.1>
généralement utilisé dans les radars, et plus particulièrement
un système d'antenne perfectionné employant une rotation mécanique et un balayage électronique combinés pour diriger le faiscea u,
<EMI ID=2.1>
Traditionnellement, le balayage d'antennes radars a été atteint au moyen de systèmes de pointage mécaniques. Ces systèmes sont relativement lents, exigent un agencement mécanique complexe, et lorsque l'on désire un balayage dans plus d'une direction, ils exigent des systèmes de suspension compliqués. Il est difficile de recevoir de tels systèmes mécaniques dans les radomes d'a vion.
Récemment, on a utilisé le système d'antenne en phase pour procurer un balayage électronique en commandant la phase d'éléments radiants individuels de façon à engendrer, par l'in-
<EMI ID=3.1>
dar, qui pointe le faisceau dans la direction souhaitée. Cependant, comme on le sait, pour une antenne ayant un diamètre de
45,70 cm et travaillant à une longueur d'onde de 3,05 cm, il
faut de l'ordre de 700 éléments de déphasage pour diriger un faisceau d'une puissance convenable dans n'importe quelle direction à l'intérieur d'une partie substantielle de l'hémisphère avant. Comme des déphaseurs sont de façon intrinsèque coûteux, leur coût peut devenir un facteur dominant dans la conception d'une antenne, et important dans la conception globale d'un système de radar.
de
Pour réduire le nombre /déphaseurs, on a plus récemment réalisé une antenne qui utilise un balayage électronique, par déphasage, uniquement dans un plan (un plan qui comprend l'axe passant par le centre de, et perpendiculaire au système d'antenne, que l'on désigne ci-après par axe transversal, et utilise une rotation mécanique des éléments de l'antenne autour de l'axe transversal, ce qui réduit le nombre de déphaseurs nécessaires jusqu'à de l'ordre de 30 dans l'exemple précédent. Ceci procure un système qui balayera une bonne partie de l'hémisphère avant, tandis que
le plan des éléments radiants (l'ouverture) reste substantiellement dans le même plan par rapport à son montage.
Un problème (aussi bien avec l'antenne à un balayage totalement électronique qu'avec l'antenne à balayage dans le plan de son axe transversal et qui tourne autour de son axe transver- <EMI ID=4.1>
dû au fait que la puissance de sortie de l'ouverture diminue avec le cosinus de l'anale de décalage par rapport à l'axe transversal. Ainsi, bien que l'antenne puisse théoriauement explorer jusqu'5 des angles de 90[deg.] hors de l'axe transversal, la puissance
<EMI ID=5.1>
tivement ou pratiquement être exploré par ces antennes est limité
<EMI ID=6.1>
rapport à l'axe transversal du système, qui est en fait l'axe de visée du système dans ces antennes.
Ainsi, bien qu'il n'y ait pas de limitation de l'angle suivant lequel une antenne à balayage mécanique puisse être pointée, l'appareil de balayage mécanique empêche son usage pratique. D'autre part, aussi bien le système d'antenne en phase à balayage ou exploration totalement électronique, mécaniquement simple, que l'antenne hydride qui combine un balayage électro-
<EMI ID=7.1>
Le b ut principal de l'invention est de fournir un système d'antenne employant un balayage électronique, qui est ca-
<EMI ID=8.1>
éléments est pourvu de déphaseurs qui sont commandés électroniquement pour diriger le faisceau du système � l'intérieur d'un plan qui comprend l'axe transversal du système et le système est
<EMI ID=9.1>
gle de moins de 90[deg.] par rapport à l'axe transversal du système
et ne le recoupe qu'en un point. Encore selon l'invention, l'angle entre l'axe de rotation et l'axe transversal peut être changé.
<EMI ID=10.1>
à balayage électronique, peut avoir la forme d'une ellipse pour
<EMI ID=11.1>
d'un radome conique (ou d'un autre radome de section droite circulaire) pour augmenter ainsi le gain du système.
L'invention permet un balayage électronique du faisceau
<EMI ID=12.1>
sal faisant des angles importants par rapport à l'axe avant du montage de l'antenne (la direction de vol d'un avion, par exemple). L'invention permet d'explorer des vol unes qui sont plus grands
que l'hémisphère avant de l'antenne, et. une recherche � plus <EMI ID=13.1>
direction convenable en boucle fermée du faisceau, est utile dans la poursuite de cibles désignées à des angles plus importants par rapport à la direction avant d'un système dans lequel elle est dis-
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
de puissance, pour renforcer ainsi la capacité il détecter des cibles dans des directions autres que la direction avant du montage.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui suit et des dessins annexés, sur lesquels; La Figure 1 est une vue en plan d'un système d'antenne elliptique selon un mode de réalisation de l'invention, <EMI ID=17.1> tion, l'antenne ayant tourné de :façon à pointer son axe transversal à 30[deg.] vers la gauche, La Figure 3. est une vue en plan schématique du radome et de l'antenne de la Figure 2, l'antenne ayant tourné de 90[deg.] dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre de :façon à ce que son axe transversal pointe vers le haut à un angle de
30[deg.], et La Figure 4 est une illustration schématique, partiellement en coupe, d'un système d'antenne selon l'invention, permettant d'ajuster l'angle entre l'axe transversal et l'axe de rotation de l'antenne.
En se reportant à la Figure 1, m système d'antenne 10 qui peut être utisé dans la mise en oeuvre de l'invention comprend plusieurs éléments radiants 12 disposés en colonnes; chaque colonne peut comprendre une section de guide d'ondes 14, auquel cas chacun des éléments radiants 12 peut consister en une fente dans le guide d'ondes, comme représenté à la Figure 1. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la Figure 1, le système d'antenne peut avoir une forme elliptique dans un but qui sera décrit plus complètement ci-après en liaison avec les Figures 2 et 3. Opendant, dans d'autres modes de réalisation de l'invention le système d'antenne ne doit pas nécessairement avoir <EMI ID=18.1>
me autre configuration lorsqu'on le trouve souhaitable.
En se reportant à la Figure 2, le système d'antenne 10 est représenté tel qu'il pourrait être monté à l'intérieur d'm radome conique 16 qui peut: de façon typique être monté dans le
<EMI ID=19.1>
l'axe de rotation 18 et l'axe transversal 20 est fixé à 30[deg.] à la Figure 2 bien que, comme décrit plus en détail ci-après en liaison avec la Figure 4, ce ne doive pas nécessairement être le cas. A la Figure 1, l'axe transversal est perpendiculaire au plan du papier et est placé directement au centre du système d'antenne 10. Le système 10 est représenté comme ayant tourné a utour de son axe de rotation 18 de façon à ce que son axe trans-
<EMI ID=20.1>
L'antenne étant pointée comme on le voit à la Figure 2, un balayage électronique du faisceau, dans un plan contenant les
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jusqu'à des angle de + 60[deg.] par rapport à l'a�e transversal, fera se déplacer le faisceau entre les limites à gauche et à droite indiquées respectivement par les lignes en traits interrompus 22 et 24, le faisceau ne se déplaçant dans un sens et dans l'autre entre les limites 22 et 24, dans le plan du papier à la Figure 2, que lorsque l'antenne est tournée mécaniquement dans la position de la Figure 2 (pointant au maximum vers la gauche) . On voit que ceci procure un rayonnement utile (à 60[deg.] de l'axe transversal) à
90[deg.] de la direction avant du montage de l'antenne (l'avant du
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les axes 18, 20 comme à la Figure 2, avec un petit sacrifice dans l'énergie disponible, l'antenne peut avoir un gain utile à un angle de plus de 90[deg.] par rapport à la direction avant de son montage
(illustré par la ligne en traits interrompus 25) par balayage jusqu'à 70[deg.] de son axe transversal. De façon similaire, il devrait être clair que, si l'angle entre les axes 18, 20 est augmenté au delà de 30[deg.], la limite 22 sera à plus de 90[deg.] de l'axe avant du montage de l'antenne. De façon similaire, si l'antenne tourne d'une demi-révolution autour de son axe de rotation, l'axe transversal pointera au maximum vers la droite, d'une manière qui est l'image dans un miroir de la situation représentée à la Figure 2.
<EMI ID=23.1>
le balavage du faisceau est limité à + 60[deg.] hors de l'axe transversal, ou même à des anales plus arands si on utilise un angle
<EMI ID=24.1>
est augmenté au delà de 30[deg.] . Lorsqus l'antenne tourne autour de son axe de rotation 18, chaque extrémité de l'antenne (Figure 2) décrit un cercle qui est une section droite du radome, et reste
à une distance constante de la surface interne du radome.
En se reportant à la Figure 3, on voit le système d'antenne 10 après qu'il a tourné de 90[deg.] dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre à partir de la position dans laquelle il est représenté à la Figure 2 de telle sorte que, en regardant le radome du haut comme à la Figure 3, l'axe transversal 20 se situe dans le même plan que l'axe de rotation 18,mais pointe en fait vers le haut, hors du plan du papier à la Figure 3. Le balayage électronique du faisceau se fait dans un plan perpendic ulaire à celui du papier à la Figure 3, et sa limite supérieure est à 90[deg.] au-dessus de la direction avant.
Il faut remarquer que l'axe transversal est amené à décrire un cône du fait de la rotation de l'antenne autour de l'axe de rotation 18 qui fait un angle avec l'axe 20. En toute position de l'axe transversal à l'intérieur de ce cône, l'antenne
<EMI ID=25.1>
tenne connu dans la technique.
Comme décrit plus en détail ci-après, l'angle entre les axes 18, 20 peut être ajusté pour atteindre une caractéristique souhaitée de balayage du faisceau. Cependant, comme représenté aux Figures 2 et 3, l'angle ne pourrait être réduit puisque les bords de l'antenne toucheraient des sur faces internes du radome, à moins qu'elle ne soit raccourcie le long de son grand axe de façon à devenir moins elliptique. Cependant, même avec le système représenté a uc Figures 2 et 3, l'angle peut être augmenté puisque les bords du système d'antennes seraient simplement plus écartés des surfaces internes du radome. Pour une antenne souple travaillant dans un radome conique, on peut trouver qu'un système d'antenne circulaire est le plus souhaitable.
En se reportant maintenant à la Figure 4, dans un mode de réalisation exemplaire de l'invention choisi principalement pour sa simplicité dans l'illustration des principes appliqués ici, <EMI ID=26.1>
des éléments radiants 12 et des déphaseurs 26 montés solidaire-
<EMI ID=27.1>
de l'énergie 28, qui est alimentée par une section de auide d'ondes 32 elle-même reliée par une courte section d'un guide d'ondes flexible 34 à une autre section de guide d'ondes 36. La section de guide d'ondes 36 est couplée à une section de guide d'ondes 38 qui transmet l'énergie entre un système de radar 40 et l'antenne 10, par l'intermédiaire d'un joint rotati f bien connu 42. L'antenne
10, et l'équipement associé, est disposée sur un élément 44 convenable (et un élément similaire non représenté) qui est inclinable par rapport à un cadre rotatif 46 grâce à tout moyen convenable, par exemple une fente 48, dans l'élément 44, qui coopère a-
<EMI ID=28.1>
tour monté sur une couronne dentée 52 menée par un engrenage 54 entraîné par un moteur 56 convenable. La couronne dentée 52 peut être disposée pour tourner sur un cadre 58 de montage de l'antenne au moyen d'une voie de roulement 60. Pour donner des informations quant à l'angle de rotation de la couronne dentée 52, un engrenage 60 peut être couplé à un dispositif d'information 62 ayant un train d'engrenages convenable. Alternativement, la couronne dentée 52 peut être menée par un moteur synchrone et les signa uc utilisés pour le commander (sur la ligne 53) peuvent être également. utilisés pour indiquer la position de la couronne dentée 52 à tout moment, puisque la couronne est entraînée en rotation par le moteur synchrone d'une manière qui est connue dans la technique.
Si on le souhaite, l'angle de l'axe 20 peut être rendu électriquement ajustable, par exemple en prévoyant des dents 64 sur un bord courbe du cadre 44, dents qui engrènent à leur tour
<EMI ID=29.1>
tir d' une . unité 72 de commande de la direction du faisceau qui peut être de tout type connu dans la technique, avec: une entrée supplémentaire, par exemple un bouton 74 actionnable manuellement, qui peu: déterminer l'angle du cône (entre les axes 18, 20) en
<EMI ID=30.1>
peut également être ajustable manuellement, ou être fixe, si on le souhaite.
<EMI ID=31.1>
radar 40, pour le faisceau de l'antenne tourné et balayé électroni- <EMI ID=32.1>
orienté suivant me configuration haut-bas/aauche-droite, comme
<EMI ID=33.1>
dispositif d'information 62 sur une paire de lignes '8,80, qui correspondent respectivement au cosinus de l'angle de rotation
(cose ) et au sinus de l'angle de rotation (sine-.), doivent simplement être multipliées par un signal dans une ligne 82, qui est fourni par l'unité de commande de la direction du faisceau,
<EMI ID=34.1>
tion X et Y, comme suit:
<EMI ID=35.1>
Comme l'tnité 72 de commande de la direction du faisceau procure
<EMI ID=36.1>
colonne d'éléments radiants 12, selon la relation:
<EMI ID=37.1>
où D est l'écartement entre les colonnes d'éléments radiants 12 dans le plan dans lequel se produit le balavage électronique, et ^est la longueur d'onde de l'énergie ravonnée dans l'espace, il est très simple pour l'unité 72 de fournir le signal nécessaire pour les multiplications dans les équations (1) et (2) qui précèdent. A tout moment, l'angle entre les axes 18, 20 est fixé ; cet angle ne change pas en fonction du temps. mais simplement de temps en temps lorsque l'on souhaite changer les caractéristiques opérationnelles du radar. Les valeurs de sinus requises pour l'équation (3) peuvent simplement être utilisées dans un décodeur choisi ou une mémoire morte pour fournir automatiquement le sinus
<EMI ID=38.1>
des multiplicateurs numériques si on le sothaite, comme indiqué par les multiplicateurs 84, 86 dont les sorties dans les lignes 88 et 89 correspondent respectivement à des signaux proportionnels
<EMI ID=39.1>
76, comme indiqué dans les équations (1) et (2).
Lorsque les éléments radiants 12 comprennent des fentes dans des guides d'ondes 14 (Figure 1), l'alimentation de toutes
( <EMI ID=40.1>
mentation résonante à partir d'un seul déphaseur. Dans ce cas, une seule rangée de déphase urs, un pour chacun des guides d'ondes représentant les colonnes 14, est tout ce qui est nécessaire entre les éléments radiants 12 et l'alimentation 28 de division de l'énergie (Figure 6). D'autre part, si les éléments radiants 12 sont des éléments séparés (comme des antennes ou dipôles séparés) il faut alors interposer entre chaque déphaseur et la colonne correspondante d'éléments radiants 12 qu'il alimente une alimentation supplémentaire de division de l'énergie, comme une alimentation collective. Tout ceci est bien connu des personnes versées dans la technique des radars à système en phase.
<EMI ID=41.1>
à la Figure 4 comme de simples liaisons par câble entre l'unité 72 et le moteur synchrone 68 et les déphaseurs 26, il faut comprendre
<EMI ID=42.1>
l'appareil monté sur la couronne dentée 52 tourne. Par exemple,
<EMI ID=43.1>
lectrices prévues en combinaison avec le joint rotatif 42, ou de toute autre façon connus dans la technique.
Comme on en a discuté plus haut, l'invention peut être bien utilisée en prévoyant un angle d'environ 30[deg.] ou plus entre l'axe de rotation 18 et l'axe transversal 20 de façon à procurer un gain dans un volume qui est plus qrand qu'une hémisphère. L'invention trouve également une application avec un angle relativement petit (de l'ordre de 5 ou 10[deg.]) entre l'axe de rotation 18
et l'axe 20, de façon à distribuer la puissance de pointe dans
un cône entourant la direction avant du système d'antenne (en conservant à l'esprit le fait que le gain d'un système en phase baisse avec le cosinus de l'angle de décalage par rapport à l'axe transversal). Avec une synchronisation convenable, le présent système d'antenne peut être utilisé de façon à procurer un mode de travail du radar dans lequel une cartographie du sol en vision latérale peut être effectuée conjointement avec des fonctions d'exploration vers l'avant ou de poursuite.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes
<EMI ID=44.1>
titre d'exemple.
<EMI ID=45.1>
1. Système d'antenne à balayage hperhémisphérique,
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
d'éléments radiants, plusieurs déphaseurs, un pour chaque colonne d'éléments radiants, chacun des déphaseurs étant couplé à une colonne associée d'éléments pour alimenter en énergie tous les éléments radiants de celle-ci, le système plan ayant un axe qui lui est normal, par un moyen pour propager l'énergie vers, et
au départ des éléments par l'intermédiaire des déphaseurs, par
<EMI ID=48.1>
système plan, les déphaseurs et le moyen d'alimentation, à rotation par rapport au montage d'antenne autour d'un axe de rotation
qui fait un angle inférieur à 90[deg.] par rapport audit axe normal
du système plan et intersecte cet axe en un seul point, et par
un moyen .fournissant des signaux à chacun des déphasées pour contrôler le déphasage qu'ils produisent dans l'énergie qui
les traverse, de façon à déplacer la direction du faisceau d'énergie rayonnée par les éléments dans un plan qui contient l'axe normal au système plan et l'axe de rotation et est perpendiculaire
<EMI ID=49.1>
Hyperhemispheric scanning antenna.
<EMI ID = 1.1>
generally used in radars, and more particularly
an advanced antenna system employing mechanical rotation and electronic scanning combined to direct the beam,
<EMI ID = 2.1>
Traditionally, the scanning of radar antennas has been achieved by means of mechanical pointing systems. These systems are relatively slow, require a complex mechanical layout, and when sweeping in more than one direction is desired, they require complicated suspension systems. It is difficult to accommodate such mechanical systems in aircraft radomes.
Recently, the phased antenna system has been used to provide electronic scanning by controlling the phase of individual radiating elements so as to generate, by the in-
<EMI ID = 3.1>
dar, which points the beam in the desired direction. However, as is known, for an antenna having a diameter of
45.70 cm and working at a wavelength of 3.05 cm, it
It takes on the order of 700 phase shifting elements to direct a beam of suitable power in any direction within a substantial part of the front hemisphere. Since phase shifters are inherently expensive, their cost can become a dominant factor in antenna design, and important in the overall design of a radar system.
of
To reduce the number / phase shifters, an antenna has more recently been produced which uses electronic scanning, by phase shifting, only in a plane (a plane which includes the axis passing through the center of, and perpendicular to the antenna system, which hereinafter referred to as the transverse axis, and uses a mechanical rotation of the elements of the antenna around the transverse axis, which reduces the number of phase shifters required to around 30 in the example This provides a system that will scan a good part of the front hemisphere, while
the plane of the radiant elements (the opening) remains substantially in the same plane with respect to its assembly.
A problem (both with the fully electronic scanning antenna and with the scanning antenna in the plane of its transverse axis and which rotates around its transverse axis- <EMI ID = 4.1>
due to the fact that the output power of the aperture decreases with the anal cosine offset from the transverse axis. Thus, although the antenna can theoretically explore up to angles of 90 [deg.] Off the transverse axis, the power
<EMI ID = 5.1>
tively or practically to be explored by these antennas is limited
<EMI ID = 6.1>
in relation to the transverse axis of the system, which is in fact the line of sight of the system in these antennas.
Thus, although there is no limitation on the angle at which a mechanical scanning antenna can be pointed, the mechanical scanning apparatus prevents its practical use. On the other hand, both the fully electronic, mechanically simple scanning or scanning phase antenna system, as well as the hybrid antenna which combines an electro-
<EMI ID = 7.1>
The main aim of the invention is to provide an antenna system employing electronic scanning, which is ca-
<EMI ID = 8.1>
elements is provided with phase shifters which are electronically controlled to direct the beam of the system � inside a plane that includes the transverse axis of the system and the system is
<EMI ID = 9.1>
gle less than 90 [deg.] from the transverse axis of the system
and only intersects it at one point. Still according to the invention, the angle between the axis of rotation and the transverse axis can be changed.
<EMI ID = 10.1>
electronically scanned, may have the shape of an ellipse to
<EMI ID = 11.1>
a conical radome (or another radome of circular cross section) to thereby increase the gain of the system.
The invention allows electronic scanning of the beam
<EMI ID = 12.1>
sal making large angles to the front axis of the antenna mounting (the direction of flight of an airplane, for example). The invention makes it possible to explore flights which are larger
as the front hemisphere of the antenna, and. a search � more <EMI ID = 13.1>
suitable closed-loop direction of the beam, is useful in tracking designated targets at greater angles to the forward direction of a system in which it is dis-
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
power, thereby enhancing the ability to detect targets in directions other than the forward mounting direction.
Other objects, characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description and from the accompanying drawings, in which; Figure 1 is a plan view of an elliptical antenna system according to an embodiment of the invention, <EMI ID = 17.1> tion, the antenna having rotated so as to point its transverse axis at 30 [ deg.] to the left, Figure 3. is a schematic plan view of the radome and antenna of Figure 2 with the antenna rotated 90 [deg.] counterclockwise. a watch so that its transverse axis points upwards at an angle of
30 [deg.], And Figure 4 is a schematic illustration, partially in section, of an antenna system according to the invention, making it possible to adjust the angle between the transverse axis and the axis of rotation of the antenna.
Referring to Figure 1, an antenna system 10 which can be used in the implementation of the invention comprises several radiating elements 12 arranged in columns; each column may include a waveguide section 14, in which case each of the radiating elements 12 may consist of a slot in the waveguide, as shown in Figure 1. In the embodiment of the invention shown in Figure 1, the antenna system may have an elliptical shape for a purpose which will be described more fully hereinafter in conjunction with Figures 2 and 3. However, in other embodiments of the invention the antenna system antenna does not have to have <EMI ID = 18.1>
me another configuration when it is found desirable.
Referring to Figure 2, the antenna system 10 is shown as it could be mounted within a conical radome 16 which may: typically be mounted in the
<EMI ID = 19.1>
the axis of rotation 18 and the transverse axis 20 is set at 30 [deg.] in Figure 2 although, as described in more detail below in connection with Figure 4, this need not necessarily be the case . In Figure 1, the transverse axis is perpendicular to the plane of the paper and is placed directly in the center of the antenna system 10. The system 10 is shown as having rotated around its axis of rotation 18 so that its trans axis
<EMI ID = 20.1>
The antenna being pointed as seen in Figure 2, an electronic scan of the beam, in a plane containing the
<EMI ID = 21.1>
up to angles of + 60 [deg.] with respect to the transverse a � e, will cause the beam to move between the limits on the left and on the right indicated respectively by the dashed lines 22 and 24, the beam moving back and forth between limits 22 and 24, in the plane of the paper in Figure 2, only when the antenna is mechanically rotated to the position of Figure 2 (pointing as far as possible towards the left). We see that this provides useful radiation (at 60 [deg.] From the transverse axis) at
90 [deg.] Of the front direction of antenna mounting (the front of the
<EMI ID = 22.1>
the axes 18, 20 as in Figure 2, with a small sacrifice in the energy available, the antenna can have a useful gain at an angle of more than 90 [deg.] with respect to the direction before its assembly
(illustrated by dashed line 25) by scanning up to 70 [deg.] from its transverse axis. Similarly, it should be clear that if the angle between axes 18, 20 is increased beyond 30 [deg.], Limit 22 will be more than 90 [deg.] From the front axis of the mount. of the antenna. Similarly, if the antenna rotates half a revolution around its axis of rotation, the transverse axis will point to the maximum to the right, in a manner which is the mirror image of the situation shown in Figure 2.
<EMI ID = 23.1>
beam sweep is limited to + 60 [deg.] off the transverse axis, or even wider anal if using an angle
<EMI ID = 24.1>
is increased beyond 30 [deg.]. As the antenna rotates around its axis of rotation 18, each end of the antenna (Figure 2) describes a circle which is a straight section of the radome, and remains
at a constant distance from the inner surface of the radome.
Referring to Figure 3, the antenna system 10 is seen after it has rotated 90 [deg.] Counterclockwise from the position in which it is shown. in Figure 2 such that, looking at the radome from above as in Figure 3, the transverse axis 20 lies in the same plane as the axis of rotation 18, but actually points upward, out of the plane of the paper in Figure 3. The electron scan of the beam is in a plane perpendicular to that of the paper in Figure 3, and its upper limit is 90 [deg.] above the forward direction.
It should be noted that the transverse axis is brought to describe a cone due to the rotation of the antenna around the axis of rotation 18 which forms an angle with the axis 20. In any position of the transverse axis to inside this cone, the antenna
<EMI ID = 25.1>
tenne known in the art.
As described in more detail below, the angle between the axes 18, 20 can be adjusted to achieve a desired beam scanning characteristic. However, as shown in Figures 2 and 3, the angle could not be reduced since the edges of the antenna would touch internal surfaces of the radome, unless it was shortened along its major axis so as to become less elliptical. However, even with the system shown in Figures 2 and 3, the angle may be increased since the edges of the antenna system would simply be further apart from the internal surfaces of the radome. For a flexible antenna working in a conical radome, one may find that a circular antenna system is most desirable.
Referring now to Figure 4, in an exemplary embodiment of the invention chosen primarily for its simplicity in illustrating the principles applied herein, <EMI ID = 26.1>
radiant elements 12 and phase shifters 26 mounted integrally
<EMI ID = 27.1>
energy 28, which is supplied by a waveguide section 32 itself connected by a short section of a flexible waveguide 34 to another waveguide section 36. The guide section 36 is coupled to a waveguide section 38 which transmits energy between a radar system 40 and antenna 10, through a well-known rotary joint 42. The antenna
10, and the associated equipment, is disposed on a suitable element 44 (and a similar element not shown) which is tiltable relative to a rotating frame 46 by any suitable means, for example a slot 48, in the element 44 , which cooperates a-
<EMI ID = 28.1>
tower mounted on a ring gear 52 driven by a gear 54 driven by a suitable motor 56. The ring gear 52 may be arranged to rotate on an antenna mounting frame 58 by means of a raceway 60. To provide information as to the angle of rotation of the ring gear 52, a gear 60 may be provided. be coupled to an information device 62 having a suitable gear train. Alternatively, the ring gear 52 can be driven by a synchronous motor and the signals used to control it (on line 53) can also be. used to indicate the position of the ring gear 52 at all times, since the ring gear is rotated by the synchronous motor in a manner which is known in the art.
If desired, the angle of axis 20 can be made electrically adjustable, for example by providing teeth 64 on a curved edge of frame 44 which teeth in turn mesh.
<EMI ID = 29.1>
shot of one. beam direction control unit 72 which may be of any type known in the art, with: an additional input, for example a manually operable button 74, which can: determine the angle of the cone (between axes 18, 20 ) in
<EMI ID = 30.1>
can also be manually adjustable, or be fixed, if desired.
<EMI ID = 31.1>
radar 40, for the antenna beam rotated and scanned electronically - <EMI ID = 32.1>
oriented according to my top-bottom / left-right configuration, like
<EMI ID = 33.1>
information device 62 on a pair of lines' 8,80, which correspond respectively to the cosine of the angle of rotation
(cose) and at the sine of the angle of rotation (sine-.), simply need to be multiplied by a signal in a line 82, which is supplied by the beam direction control unit,
<EMI ID = 34.1>
tion X and Y, as follows:
<EMI ID = 35.1>
As the beam direction control unit 72 provides
<EMI ID = 36.1>
column of radiant elements 12, according to the relation:
<EMI ID = 37.1>
where D is the spacing between the columns of radiating elements 12 in the plane in which the electronic sweeping occurs, and ^ is the wavelength of the energy returned to space, it is very simple for the unit 72 to provide the signal necessary for the multiplications in equations (1) and (2) above. At any time, the angle between the axes 18, 20 is fixed; this angle does not change over time. but simply from time to time when it is desired to change the operational characteristics of the radar. The sine values required for Equation (3) can simply be used in a chosen decoder or ROM to automatically provide the sine
<EMI ID = 38.1>
digital multipliers if desired, as indicated by multipliers 84, 86 whose outputs in lines 88 and 89 correspond respectively to proportional signals
<EMI ID = 39.1>
76, as shown in equations (1) and (2).
When the radiant elements 12 include slots in waveguides 14 (Figure 1), the supply of all
(<EMI ID = 40.1>
resonant mentation from a single phase shifter. In this case, a single row of phase shifters, one for each of the waveguides representing columns 14, is all that is needed between the radiant elements 12 and the power dividing feed 28 (Figure 6). . On the other hand, if the radiating elements 12 are separate elements (such as separate antennas or dipoles) it is then necessary to interpose between each phase shifter and the corresponding column of radiating elements 12 which it feeds an additional power supply for dividing the energy, like collective food. All of this is well known to those skilled in the art of phased system radars.
<EMI ID = 41.1>
in Figure 4 as simple cable connections between unit 72 and synchronous motor 68 and phase shifters 26, it should be understood
<EMI ID = 42.1>
the apparatus mounted on the toothed ring 52 rotates. For example,
<EMI ID = 43.1>
readers provided in combination with the rotary joint 42, or in any other way known in the art.
As discussed above, the invention can be used well by providing an angle of about 30 [deg.] Or more between the axis of rotation 18 and the transverse axis 20 so as to provide a gain in a volume which is larger than a hemisphere. The invention also finds application with a relatively small angle (of the order of 5 or 10 [deg.]) Between the axis of rotation 18.
and axis 20, so as to distribute the peak power in
a cone surrounding the forward direction of the antenna system (keeping in mind that the gain of a phased system decreases with the cosine of the offset angle from the transverse axis). With proper timing, the present antenna system can be used to provide a mode of radar work in which side-view ground mapping can be performed in conjunction with forward exploration or tracking functions. .
Of course, the invention is not limited to the modes
<EMI ID = 44.1>
as an example.
<EMI ID = 45.1>
1. Hperhemispheric scanning antenna system,
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
of radiant elements, several phase shifters, one for each column of radiant elements, each of the phase shifters being coupled to an associated column of elements for supplying energy to all of the radiant elements thereof, the planar system having an axis which to it is normal, by a means to propagate energy to, and
at the start of the elements via the phase shifters, by
<EMI ID = 48.1>
planar system, the phase shifters and the feed means, rotating with respect to the antenna assembly about an axis of rotation
which makes an angle less than 90 [deg.] with respect to said normal axis
of the plane system and intersects this axis at a single point, and by
a means .providing signals to each of the phase shifts to control the phase shift they produce in the energy which
crosses them, so as to move the direction of the beam of energy radiated by the elements in a plane which contains the axis normal to the plane system and the axis of rotation and is perpendicular
<EMI ID = 49.1>