Antenne à balayage hyperhémisphérique.
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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,
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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-
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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
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tivement ou pratiquement être exploré par ces antennes est limité
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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-
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Le b ut principal de l'invention est de fournir un système d'antenne employant un balayage électronique, qui est ca-
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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
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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.
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à balayage électronique, peut avoir la forme d'une ellipse pour
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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
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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-
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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
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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-
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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.
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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
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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
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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-
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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-
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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
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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
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peut également être ajustable manuellement, ou être fixe, si on le souhaite.
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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
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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,
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tion X et Y, comme suit:
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Comme l'tnité 72 de commande de la direction du faisceau procure
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colonne d'éléments radiants 12, selon la relation:
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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
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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
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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
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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.
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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
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l'appareil monté sur la couronne dentée 52 tourne. Par exemple,
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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
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titre d'exemple.
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1. Système d'antenne à balayage hperhémisphérique,
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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
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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
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