CH623171A5

CH623171A5 -

Info

Publication number: CH623171A5
Application number: CH324778A
Authority: CH
Inventors: Serge Drabowitch
Original assignee: Thomson Csf
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1981-05-15
Also published as: IT7848588A0; FR2385233A1; DE2812903C2; IT1156177B; US4223316A; NL7803081A; GB1600163A; FR2385233B1; DE2812903A1

Description

La présente invention concerne une structure d'antenne à réflecteurs excentrés, plus particulièrement du type Gregory, dans laquelle on a cherché à remédier à un certain nombre d'inconvénients qui subsistent encore malgré les modifications qui ont été déjà apportées et qui en ont diminué ou même éliminé d'anciens.

Il est connu que les antennes à réflecteurs généralement utilisées en micro-ondes utilisent souvent des structures centrées où la source primaire est placée devant le réflecteur. Les systèmes Cassegrain à double réflecteurs sont généralement centrés avec le réflecteur auxiliaire placé dans l'axe du réflecteur principal. Cependant, dans ces structures, la source primaire ou le réflecteur auxiliaire sont ainsi placés qu'ils constituent des obstacles au rayonnement du ou vers le réflecteur principal (effet de masque), provoquant principalement une diminution du gain de l'antenne et un accroissement du niveau des lobes latéraux. Pour remédier à ce défaut, on utilise parfois, dans les structures Cassegrain, le procédé dit de rotation du plan de polarisation, mettant en œuvre un réflecteur auxiliaire formé de fils ou de lames parallèles transparents à une polarisation. Toutefois ce procédé n'est économiquement applicable que pour les petits réflecteurs et n'est compatible en principe qu'avec une polarisation linéaire. Avec une polarisation circulaire, il faudrait utiliser un polariseur extérieur couvrant toute l'antenne. Pour éviter l'effet de masque, on utilise souvent des réflecteurs à source primaire excentrée par rapport à la zone de rayonnement du réflecteur principal, le réflecteur comportant généralement un plan de symétrie. Un inconvénient toutefois subsiste dans cette technique: même éclairé par une source à polarisation pure, ou source de Huygens, le réflecteur engendre un diagramme de polarisation croisée antisymétrique par rapport au plan de symétrie. En polarisation circulaire, cet effet se manifeste par un dépointage angulaire du lobe principal, un accroissement du taux d'ellipticité de l'onde rayon-née et par une dissymétrie des variations de ce taux par rapport au plan de symétrie de l'antenne.

Outre les pertes de gain qui en résultent, ces phénomènes provoquent une diminution du taux d'effacement des échos de pluie dans les radars à polarisation circulaire et une détérioration de la précision et de la stabilité angulaire des radars de poursuite.

Pour pallier ces difficultés, liées à la courbure du réflecteur, on est amené à augmenter sa distance focale. Outre l'accroissement consécutif d'encombrement, ce procédé nécessite des sources primaires à gain élevé dont le débordement sur la périphérie du réflecteur provoque un rayonnement parasite gênant, faux échos, sensibilité aux brouilleurs ou au rayonnement thermique terrestre dans le cas d'une antenne de télécommunications spatiales.

La présente invention a pour but la définition d'une structure d'antenne à réflecteurs excentrés qui échappe aux inconvénients rappelés ci-dessus.

La structure d'antenne est définie par les caractéristiques figurant dans la revendication 1.

Les avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description d'un exemple de réalisation donné à l'aide des figures qui représentent:

— la fig. 1 : une structure d'antenne suivant l'invention à réflecteurs principal et auxiliaire paraboliques;

— la fig. 2: une vue en plan de la structure de la fig. 1 ;

— la fig. 3 : une structure d'antenne suivant l'invention à réflecteur principal à double courbure et réflecteur auxiliaire elliptique;

— la fig. 4: une autre structure d'antenne à réflecteur auxiliaire à double courbure et réflecteur principal à découpe non circulaire;

— la fig. 5 : une vue en plan de la structure de la fig. 4,

— la fig. 6: une structure d'antenne dans laquelle le réflecteur auxiliaire et le cornet d'alimentation 3 sont enfermés dans un ensemble.

La fig. 1 représente une structure d'antenne à réflecteurs excentrés qui comporte un premier réflecteur 1 concave de forme parabolique et un réflecteur auxiliaire 2 concave et également de forme parabolique. Ce deuxième réflecteur est excentré par rapport au premier procurant à la structure les avantages qui y sont liés, plus particulièrement une suppression de l'effet de masque. Ce deuxième réflecteur 2 est illuminé par une source 3 à polarisation sensiblement pure représentée dans la figure par un cornet ondulé. Ces réflecteurs 1 et 2 sont de plus homothétiques, au moins de façon approximative par rapport à un point F réel, qui joue d'ailleurs le rôle de foyer intermédiaire pour la structure complète.

Le réflecteur auxiliaire 2 est illuminé en champ proche par le cornet ondulé 3, dont les ondes émergentes (en raisonnant à l'émission) légèrement sphériques peuvent nécessiter l'interposition à la sortie du cornet d'une lentille 4 de correction agissant pour que le champ proche soit une onde plane. Si le cornet ondulé d'alimentation est au voisinage de l'équilibre hybride, on sait qu'il

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se comporte alors comme une source de Huygens idéale. C'est-à-dire à polarisation pure. L'illumination de la face externe de la lentille est à polarisation constante avec une loi d'amplitude approximativement gaussienne. Etant, comme on l'a déjà dit,

dans la zone de rayonnement proche de la source primaire constituée par le cornet 3, le réflecteur auxiliaire 2 est illuminé par une onde approximativement plane à polarisation constante. On a dessiné sur la fig. 1, le trajet de quelques rayons a, b, c, d, al, bl, cl, dl, a2, b2, c2, d2.

Si l'on prend l'approximation de l'optique géométrique légitimée par les conditions de phase stationnaire qui régnent en champ proche et si par exemple la polarisation du cornet est supposée horizontale, on remarque dans la fig. 2 qui représente une vue en plan de la fig. 1 que les lignes de courant 5 du réflecteur auxiliaire 2 sont des sections de ce réflecteur par des plans horizontaux. Les réflecteurs étant homothétiques par rapport au foyer F, il en résulte que les lignes de courant 6 correspondantes du réflecteur principal 1 sont également des sections de ce réflecteur par des plans horizontaux. Dans l'ouverture du réflecteur principal qui constitue l'ouverture de la structure, l'illumination est à polarisation constante horizontale. Il n'y a pas de polarisation croisée comme c'est le cas avec les structures d'antennes excentrées de l'art antérieur.

On remarquera, en appelant S le sommet de la surface dans laquelle est découpé le réflecteur principal 1, que la longueur du cornet ondulé utilisé est peu inférieure à la distance SF, constituant une distance focale intermédiaire de la structure. Cela permet l'illumination en zone proche du réflecteur auxiliaire 2. Le champ de l'onde réfléchie par le réflecteur auxiliaire 2 étant concentré au voisinage du point F, le cornet d'alimentation prolongé jusqu'au voisinage du point F ne provoque pas d'occultation. Cette disposition permet de minimiser le débordement autour du réflecteur auxiliaire.

On notera également que l'utilisation d'un cornet ondulé rayonnant en zone proche associé au fait que la distribution du champ est gaussienne détermine une décroissance rapide de ce champ à l'extérieur du réflecteur, d'où il résulte un rayonnement de débordement très faible pouvant même aller jusqu'à sa suppression. De plus la variante de cette distribution est très stable en fonction de la fréquence d'où il résulte que l'illumination obtenue est elle-même stable en fréquence.

La forme même de cette illumination est d'ailleurs favorable à des lobes latéraux très bas.

On a ainsi défini les avantages que l'on peut obtenir pour une structure d'antenne décrite.

Cependant, toutes les dispositions qui ont été décrites à l'appui de la fig. 1 ne sont pas rigides et l'on peut s'en écarter et créer d'autres structures d'antennes qui tout en étant conformes aux caractéristiques de base de l'invention présentent d'autres avantages.

Par exemple, dans l'exemple de la fig. 1, on a envisagé l'interposition d'une lentille entre l'ouverture du cornet ondulé 3 et le réflecteur auxiliaire 2. Cette lentille n'est pas indispensable à la condition que le cornet soit suffisamment long même si le réflecteur auxiliaire reste voisin d'un paraboloide.

La fig. 3 représente une structure d'antenne conforme à l'invention dans laquelle le réflecteur auxiliaire 2 est un élément d'ellipsoïde. La lentille 4 n'est pas nécessaire dans ce cas. L'ellipsoïde dont le réflecteur auxiliaire 2 fait partie à un de ses foyers en F, centre d'homothétie de la structure et son autre foyer en C, centre de phase du champ rayonné en zone proche par le cornet ondulé 3.

La fig. 3 présente une autre particularité. Non seulement le réflecteur auxiliaire 2 est un élément d'ellipsoïde, mais le réflecteur principal 1 peut ne pas être parabolique sur toute sa surface active. De fait, sa partie supérieure AB conserve une allure parabolique, mais sa partie inférieure BD est déformée par rapport à l'allure parabolique qu'elle a par exemple fig. 1. Cette déformation est telle que le réflecteur principal est dit présenter une courbure en C. Dans ces conditions, on peut — selon les techniques connues — former le diagramme de rayonnement en site par exemple en cosécante.

On notera que la partie inférieure déformée du réflecteur principal tend à faire remonter les rayons qui la frappent vers les sites positifs. De ce fait, l'axe 7 peut être remonté, ainsi que le cornet d'alimentation sans qu'il y ait risque d'occultation. La structure est plus ramassée.

On notera également qu'une structure telle que celle de la fig. 3 continue de répondre aux critères de l'invention, en particulier à la condition d'homothétie, dans la partie parabolique du réflecteur principal plus particulièrement, qui donne naissance à la corne du diagramme.

Dans les exemples décrits précédemment, on a supposé que la polarisation était horizontale. Les raisonnements faits restent valables pour une polarisation quelconque, verticale ou même circulaire.

Dans certains cas, la découpe des réflecteurs peut ne pas être circulaire. Pour illuminer de façon convenable néanmoins le réflecteur principal, on utilise un cornet ondulé à section rectangulaire.

On peut également conserver le cornet d'illumination à section circulaire et prendre un réflecteur auxiliaire à double courbure (astigmatique).

Les fig. 4 et 5 représentent en coupe et en plan respectivement une telle structure. La section verticale SI et horizontale S2 ont des courbures différentes de sorte que l'illumination du réflecteur principal à découpe non circulaire est assurée. Fl et F2 représentent les droites focales de ce système astigmatique.

Dans ce qui précède, on a insisté sur l'utilisation de cornets ondulés qui, par leurs qualités intrinsèques, permettent de réaliser les structures d'antennes conformément à l'invention. Toutefois dans le cas où la bande de fréquences à couvrir est étroite, on peut avantageusement remplacer le cornet 3 par un cornet multi-mode, qui est de fabrication plus aisée.

On a ainsi décrit des structures d'antennes à réflecteurs excentrés dans lesquels lesdits réflecteurs sont plus particulièrement homothétiques l'un de l'autre, avec des formes qui toutefois peuvent s'écarter de la forme traditionnelle parabolique et permettre l'optimisation de telle ou telle caractéristique de rayonnement de l'antenne : facteur de gain, forme du diagramme, lobes latéraux, etc.

On notera que la structure d'antenne conforme à l'invention se prête bien à une réalisation dans laquelle le cornet d'illumination et le réflecteur auxiliaire sont disposés dans un ensemble fermé 8, sauf dans sa partie supérieure 9. La fig. 6 rend compte d'une telle disposition.

On notera également des avantages qui découlent directement de la structure suivant l'invention. Le réflecteur principal n'est pas à longue focale, ce qui favorise une réduction d'encombrement longitudinal et l'embouchure 10 du cornet 3 est proche de l'axe vertical 11 de rotation de la tourelle 12, ce qui favorise une connexion courte entre le joint tournant 13 et le cornet.

On notera également que dans le cas de l'application de l'invention à une structure d'antenne de poursuite, le cornet utilisé comme source primaire illuminant le réflecteur auxiliaire fonctionne avantageusement sur le mode monopulse.

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REVENDICATIONS

1. Structure d'antenne à réflecteurs excentrés, caractérisée par le fait que le réflecteur principal (1) et le réflecteur auxiliaire (2) dont les parties concaves sont tournées l'une vers l'autre et dont le réflecteur auxiliaire (2) est excentré par rapport au réflecteur principal (1) sont au moins approximativement homothétiques l'un par rapport à l'autre par rapport à un point réel (F) situé entre lesdits réflecteurs et constituant un foyer intermédiaire pour la structure et que le réflecteur auxiliaire (2) est illuminé par une source primaire (3) en champ proche.
2. Structure d'antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la source primaire (3) est un cornet ondulé dont la longueur est peu inférieure à la distance séparant le sommet de la surface dans laquelle est découpé le réflecteur principal (1) du foyer (F) intermédiaire de la structure.
3. Structure d'antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la source primaire (3) est un cornet multimode adaptée à un fonctionnement à bande de fréquence étroite.
4. Structure d'antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la source primaire (3) est un cornet fonctionnant sur le mode monopulse.
5. Structure d'antenne suivant la revendication 1, dans laquelle les réflecteurs principal et auxiliaire sont à profil parabolique, caractérisée par le fait qu'une lentille de correction (4) est interposée entre la source primaire (3) d'illumination et le réflecteur auxiliaire.
6. Structure d'antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le réflecteur auxiliaire (2) est un élément d'ellipsoïde dont un foyer est le foyer (F) intermédiaire de la structure et l'autre foyer est le centre de phase des ondes émises par la source primaire, disposition éliminant la lentille de correction (4).
7. Structure d'antenne suivant les revendications 1 et 6, caractérisée par le fait que le réflecteur principal est à double courbure.
8. Structure d'antenne suivant les revendications 1 et 5, caractérisée par le fait que le réflecteur auxiliaire est astigmatique, et le réflecteur principal à découpe non circulaire.
9. Structure d'antenne suivant l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le réflecteur (2) et le cornet d'alimentation (3) sont réunis dans un ensemble fermé, sauf dans sa partie supérieure.
10. Structure d'antenne compacte suivant l'ensemble des revendications 3 à 8.
11. Equipement de détection électromagnétique de surveillance comportant une structure d'antenne conformément à l'une des revendications 1 à 9.