EP0225219A1 - Antenne réseau à balayage conique et radar comportant une telle antenne - Google Patents

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EP0225219A1
EP0225219A1 EP86402346A EP86402346A EP0225219A1 EP 0225219 A1 EP0225219 A1 EP 0225219A1 EP 86402346 A EP86402346 A EP 86402346A EP 86402346 A EP86402346 A EP 86402346A EP 0225219 A1 EP0225219 A1 EP 0225219A1
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
phase shift
sources
phase
elementary
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86402346A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Bouko
Serge Drabowitch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0225219A1 publication Critical patent/EP0225219A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Definitions

  • the main object of the invention is a conical scanning array antenna and a radar comprising such an antenna.
  • the entire antenna is equiphase and the maximum radiation appears along the axis normal to the plane of the antenna, passing through its center.
  • Conical scanning is carried out by supplying each of the quadrants with a phase shifter. The successive phase shift of the various quadrants makes it possible to obtain an inclination of the energy beam.
  • the level of the distant secondary lobes is always very high and the gain factor is low.
  • the diagram obtained is the product of the diagram of a quadrant by the alignment factor of the four barycenters which are always distant by more than one wavelength. It therefore inevitably appears second order lobes (lobe of networks).
  • the gain is weakened by the presence of these lobes and affected by the losses in the phase shifters, which are often of the order of half a decibel, and which subtracts from the gain of the antenna alone.
  • the present invention relates to a planar antenna with conical scanning comprising in addition to the four quadrants whose radiation is likely to be phase shifted from the radiation sources placed for example in the center of the antenna whose phase shift relative to the supply energy is constant.
  • Conical scanning provides high accuracy in determining the direction of a target.
  • Conical scanning antennas are used in particular for tracking radars as well as for tracking radars.
  • Directional Cassegrain type antennas with a beam opening at half power of around 1 ° are used in particular in a tracking radar.
  • the great directivity of these antennas allows tracking with great precision.
  • acquiring a target at the start is quite difficult.
  • the problem of initial acquisition may arise after a loss after said target has been masked by an obstacle such as a building or trees.
  • the present invention relates to a wide beam conical scanning antenna, for example with a beam opening at half power of the order of 10 °.
  • This antenna has a low accuracy, but a high probability of initial detection.
  • the antenna according to the invention with a large beam opening is therefore particularly effective in constituting a secondary antenna associated with a primary antenna with conical scanning with a small beam opening, the main antenna being for example of the Cassegrain type.
  • the main object of the invention is a planar antenna comprising elementary sources, the circular permutation in the plane of the antenna of the phase shift of some of said sources relative to the others making it possible to obtain a conical scan, characterized in that it comprises at least one elementary source whose phase shift is constant.
  • FIGS. 1 to 13 the same references have been used to designate the same elements.
  • FIG. 1 an improved conical scanning array antenna can be seen.
  • the antenna 4, illustrated in FIG. 1, comprises four quadrants 3.
  • each quadrant 3 comprises three elementary sources 2.
  • the points A, B, C, D represent the phase centers of the quadrants 3 are finding amplitudes emitted by the sources at the barycentres 2.
  • the antenna 4 comprises, in addition to the sources belonging to the quadrants 3, a source 1 placed for example in the center of the antenna.
  • the sources 2 of the four quadrants 3 and the source 1 are for example supplied with energy from a single oscillator.
  • the sources 2 of the quadrants 3 are supplied through a variable phase shifter, for example with two states.
  • the phase shift of the central source 1 with respect to the energy supplied by the oscillator is fixed.
  • a phase shift is applied to one of the quadrants 3 with respect to the other three.
  • This phase shift is swapped in a circular fashion. For example, in a first phase, the phase shift is applied to the quadrant whose phase center is point A. In a second phase, the phase shift is applied to quadrant 3 whose phase center is point B. In a third phase, the phase shift is applied to quadrant 3 whose phase center is point C. In a fourth step the phase shift is applied to quadrant 3 whose phase center is point D. In a fifth step the phase shift is applied to quadrant 3 whose phase center is point A, and so on.
  • the same phase shift is applied to two successive quadrants 3.
  • the circular permutation of these phase shifts is carried out. So for example, in the first step, we apply a phase shift to quadrants 3 whose phase centers are point A and point B. In a second step, we apply phase shift to quadrants 3 whose phase centers are point B and point C. In a third step, we apply a phase shift to quadrants 3 whose phase centers are point C and point D. In a fourth step, we apply a phase shift to quadrants 3 whose phase centers are point D and point A. In a fifth step, a phase shift is applied to quadrants 3 whose phase centers are point A and point B, and so on.
  • phase of the elementary sources 2 varies with the abscissa and the ordinate of these sources on the surface of the antenna 4.
  • the phase shift is for example greatest for extreme sources 2 of quadrant 3 whose phase center is point A, the phase shift decreasing as we get closer to elementary sources 2 extreme of quadrant 3 whose phase center is point C. Then we make the circular permutation of these phase shifts in an analogous manner as in one of the two previous examples of phase shift distribution on the antenna.
  • the fixed phase shift of the central source 1 is between the source phase shift belonging to a phase shifted quadrant 3 and that of the sources belonging to a non-phase shifted quadrant 3.
  • the phase shift of the central source 1 is equal to half the value of the relative phase shift of the sources 2 belonging to a phase shifted quadrant 3 with respect to a source 2 of a non-phase shifted quadrant 3.
  • the antenna comprises five elementary sources 1 placed crosswise in the center of the antenna 4. The sources are regularly distributed over the surface of the antenna 4.
  • the four quadrants 3 each comprise four elementary sources 2.
  • An alternative embodiment of the antenna 4 according to the invention comprises four additional sources 10, for example with phase shift relative to the oscillator of constant supply, placed at the ends of the cross formed by all of the elementary sources 1.
  • the phase shift is obtained in the same way as the antenna device 4 in FIG. 1.
  • the variation in phase shift with the abscissa and l ordinate of the sources 2 on the surface of the antenna 4 is obtained in the case of the antenna 4 of FIG. 2 for example by the use of two-bit digital phase shifters allowing four positions of phase shift.
  • FIGS. 3 to 8 illustrate various exemplary embodiments of the elementary sources of radiation 1, 2 or 10.
  • the patch sources 5 are supplied by a distribution shaft 6.
  • the sources are produced in so-called microstrip technology (microstrip in English terminology), consisting of depositing metallizations on a dielectric 70 whose opposite face comprises a metallized ground plane 7.
  • the 5 patch sources are feed metallization widenings whose width is for example equal to ⁇ / 2, ⁇ being the wavelength of the radiations in free space.
  • FIG. 5 we can see an elementary source consisting of a horn.
  • the horn illustrated in the nonlimiting example of FIG. 5 is a rectangular horn.
  • FIG. 6 one can see an example of an elementary source 5 of the dielectric candle type 12.
  • the source 5 supplied by a ribbon 6 coupled through a wall 8 to a circular waveguide 9.
  • a dielectric piece 12 of elongated shape giving the name of candle to the whole of the elementary source 5.
  • FIG. 7 an elementary source 5 of the propeller type can be seen.
  • FIG. 8 we can see a double logarithmic spiral wound on a cone 60.
  • the arrow 61 indicates the direction of radiation of the source 5.
  • phase shifter 40 said switching phase shifter.
  • the phase shifter 40 has two paths 41 and 46 of different lengths. Depending on whether the signal imprinted between an input 30 and an output 31 the longest path 46 or the shortest path 41 the phase shift of the signal present at the output 31 of the phase shifter 40 will be more or less significant compared to the signal present at the input 30 of the phase shifter 40.
  • the switches between the two paths 41 and 46 are obtained by switching from the saturated state to the blocked state of the PIN diodes 32, 33 and 34.
  • the path 41 has a length equal to ⁇ / 2
  • the diode 34 is placed halfway, at a distance equal ⁇ / 4 from the input 30 and the output 31.
  • the path 46 has two PIN diodes 33 and 32 placed respectively at a distance equal to ⁇ / 4 from the input 30 and the output 31 of the phase shifter 40.
  • the device not shown in FIG. 9 allows the switching of the PIN diodes, for example the diode 34 in its saturated state and the diodes 32 and 33 in their blocked state allows the signal to pass through the branch 41.
  • the blocking of the diode 34 and the conduction of the diodes 32 and 33 allows the signal to pass through the branch 46.
  • phase shifter 40 has two branches 41 and 46 allowing two different phase shifts. It is said that the phase shifter 40 in FIG. 9 is a one bit phase shifter. It is understood that the phase shifter 40 can have a higher number of branches allowing a greater number of phase shifts. Similarly, the invention is not limited to the implementation of switching phase shifters. Other types of phase shifters can be used for the implementation of the planar conical scanning antenna according to the invention.
  • FIG 10 we can see a three-plate feed line.
  • the three-plate line can be particularly advantageous for the supply and / or phase shift of the energy supplied to the elementary sources.
  • a strip line is described in French patent No. 2496996 filed by the Applicant.
  • FIG. 10 a detail of a three-plate line ensuring the balanced division of energy between an inlet 63 and two outlets 53.
  • the energy distribution is ensured by a metallic strip, for example made of copper.
  • the copper tape is placed between two metal plates 51 and 52.
  • the dielectric supports 50 ensure the constant spacing between the metal tape and the plates 51 and 52.
  • the air present between the plates 51 and 52 plays the role of dielectric, without generating power losses.
  • the antenna according to the invention has a wide beam of energy.
  • the antenna illustrated in FIG. 1 the elementary sources of which are dielectric candles illustrated in FIG. 6, has an opening at half power of the beam of the order of 10 °. It is therefore advantageous to associate it with a Cassegrain type tracking radar antenna.
  • the Cassegrain antenna includes a radiation source 13 placed opposite an auxiliary mirror 15 and passing through a main mirror 14.
  • the flat antenna 4 is placed on the face opposite to the source 13 of the auxiliary mirror 15.
  • the arrow 61 indicates the mean directions of the radiation of the antenna 4 and of the Cassegrain antenna 112.
  • the antenna 4 can be placed for example next to the Cassegrain antenna 112. It is however important that the antenna 4 does not disturb the radiation emitted and received by the Cassegrain antenna 112.
  • the invention is not limited to planar antennas with wide beams.
  • the invention also makes it possible to produce flat antennas with conical scanning of low cost of desired beam opening.
  • FIG. 12 one can see curves representing the performances of the antenna of known type. To facilitate comparison with the curves in FIG. 13, the same sources of radiation were used for the production of FIGS. 12 and 13. These sources of radiation are the dielectric plugs as illustrated in FIG. 6.
  • the abscissa 16 represents the azimuth in degrees. On the ordinate 15, the power is represented in decibels.
  • Curve 17 represents the radiation diagram of an antenna whose four quadrants 3 radiate in phase.
  • the curve 18 represents the radiation diagram of the same antenna, the conical scanning of which is carried out by phase shifting two quadrants 3 with respect to the other two quadrants 3.
  • the curve 17 shows a radiation diagram for all the sources 2 and 1 emitting in phase.
  • the curve 17 represents the radiation diagram of which two quadrants 3 have a phase shift with respect to the other two, the central source 1 having a half-phase shift.
  • the antenna according to the invention has better performance than the antenna of known type, in particular in that the secondary lobes are lower.
  • the invention applies mainly to the production of wide beam conical scanning antennas allowing the acquisition of targets in a tracking radar, the tracking being carried out by a narrow beam conical scanning Cassegrain antenna.
  • the invention also applies to the production of low cost conical scanning antennas.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention a principalement pour objet une antenne réseau à balayage conique et un radar comportant une telle antenne. L'antenne plane selon l'invention comporte quatre quadrants (3), la permutation circulaire du déphasage et quadrants les uns par rapport aux autres permettant d'obtenir un balayage conique. La présence des sources (1) non déphasées permet d'améliorer le diagramme de rayonnement de l'antenne (4) selon l'invention notamment en diminuant le lobe de coma. L'invention s'applique principalement à la constitution d'antennes d'acquisition à faisceau large pour radars de trajectographie. L'invention s'applique aussi à la construction d'antennes à balayage conique plane de faible coût.

Description

  • L'invention a principalement pour objet une antenne réseau à balayage conique et un radar comportant une telle antenne.
  • Le livre, "Les antennes, application aux radars et aux tech­niques spatiales" de Léo Thourel, deuxième édition édité chez Dunod en 1971 décrit, pages 408 et 409 un exemple d'antenne plane à balayage conique. Ce livre décrit une antenne comportant des groupements des guides à fentes rayonnantes. Ces guides sont groupés en quatre quadrants identiques alimentés par quatre guides d'onde d'excitation se trouvant à l'arrière. Chacun des quadrants constitue un groupement équiphase, dont le centre de phase se trouve au barycentre des amplitudes d'excitation desdites fentes. Du fait de l'identité des quatre groupes les barycentres de phase forment le sommet d'un carré dont le centre est le centre de l'antenne. Si les quatre quadrants sont alimentés en phase l'ensemble de l'antenne est équiphase et le maximum de rayonnement apparaît suivant l'axe normal au plan de l'antenne, passant par son centre. Le balayage conique est réalisé en réalisant l'alimentation de chacun des quadrants par un déphaseur. Le déphasage successif des divers quadrants permet d'obtenir une inclinaison du faisceau d'énergie.
  • L'auteur souligne deux graves défauts de ce dispositif, le niveau des lobes secondaires lointains est toujours très élevé et le facteur de gain est faible. En effet, le diagramme obtenu est le produit du diagramme d'un quadrant par le facteur d'alignement des quatre barycentres qui sont toujours distants de plus d'une longueur d'onde. Il apparaît donc inévitablement des lobes de deuxième ordre (lobe des réseaux). De plus le gain est affaibli par la présence de ces lobes et affecté par les pertes dans les déphaseurs, qui sont souvent de l'ordre d'un demi-décibel, et qui se retranche du gain de l'antenne seule.
  • La présente invention se rapporte à une antenne plane à balayage conique comportant en plus des quatre quadrants dont le rayonnement est susceptible d'être déphasé des sources de rayon­nement placées par exemple au centre de l'antenne dont le dépha­sage par rapport à l'énergie d'alimentation est constant.
  • Le balayage conique permet d'obtenir une grande précision à détermination de la direction d'une cible. Les antennes à balayage conique sont notamment utilisées pour les radars de poursuite ainsi que pour des radars de trajectographie. Les antennes de type Cassegrain directives, avec une ouverture du faisceau à mi-­puissance de l'ordre de 1° sont utilisées notamment dans un radar de trajectographie. La grande directivité de ces antennes permet une poursuite de grande précision. Par contre, l'acquisition de cible au départ est assez difficile. De plus, le problème d'acquisition initiale peut se reposer après une perte après que ladite cible ait été masquée par un obstacle comme par exemple un batiment ou des arbres.
  • La présente invention a pour objet une antenne à balayage conique à faisceau large, par exemple avec une ouverture du faisceau à mi-puissance de l'ordre de 10°. Cette antenne a une faible précision, mais une grande probabilité de détection initiale. L'antenne selon l'invention à large ouverture du faisceau est donc particulièrement performante pour constituer une antenne secon­daire associée à une antenne primaire à balayage conique à faible ouverture du faisceau, l'antenne principale étant par exemple de type Cassegrain.
  • L'invention a principalement pour objet une antenne plane comportant des sources élémentaires, la permutation circulaire dans le plan de l'antenne du déphasage de certaines desdites sources par rapport aux autres permettant d'obtenir un balayage conique, carac­térisée par le fait qu'elle comporte au moins une source élémentaire dont le déphasage est constant.
  • L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-­après des figures annexées données comme des exemples non limi­tatifs parmi lesquels :
    • - la figure 1 est une vue de face d'une première variante de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue de face d'une seconde variante de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 3 est une illustration d'un premier exemple de réalisation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 4 est une illustration d'un second exemple de réalisation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 5 est une illustration d'un troisième exemple de réali­sation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 6 est une illustration d'un quatrième exemple de réalisation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 7 est une illustration d'un cinquième exemple de réalisation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 8 est une illustration d'un sixième exemple de réalisation de sources de rayonnement mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 9 est une illustration du principe du déphasage par commutation ;
    • la figure 10 est une vue en perspective des lignes d'alimentation mises en oeuvre dans l'antenne selon l'invention ;
    • - la figure 11 est un schéma illustrant la disposition relative de l'antenne à déphasage conique plane par rapport à une antenne à balayage conique de type Cassegrain à laquelle il est associé ;
    • - la figure 12 présente des courbes de rayonnement de l'antenne de type connu ;
    • - la figure 13 présente des courbes de l'antenne selon l'invention.
  • Sur les figures 1 à 13 on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments.
  • Sur la figure 1, on peut voir une antenne réseau à balayage conique, améliorée.
  • L'antenne 4, illustrée sur la figure 1, comporte quatre quadrants 3. Dans l'exemple non limitatif illustré chaque quadrant 3 comporte trois sources élémentaires 2. Les points A, B, C, D représentent les centres de phase des quadrants 3 se trouvant aux barycentres des amplitudes émises par les sources 2. L'antenne 4 comporte en plus des sources appartenant aux quadrants 3 une source 1 placée par exemple au centre de l'antenne.
  • Les sources 2 des quatre quadrants 3 et la source 1 sont par exemple alimentées en énergie à partir d'un oscillateur unique. Les sources 2 des quadrants 3 sont alimentées à travers un déphaseur variable par exemple à deux états. Le déphasage de la source 1 central par rapport à l'énergie fournie par l'oscillateur est fixe. En effectuant la permutation circulaire des déphasages appliqués aux divers quadrants 3 on réalise le balayage conique.
  • Dans un premier exemple de réalisation de l'antenne selon l'invention, on applique un déphasage à un des quadrants 3 par rapport aux trois autres. On permute de façon circulaire ce dépha­sage. Par exemple dans un premier temps le déphasage est appliqué au quadrant dont le centre phase est le point A. Dans un second temps le déphasage est appliqué au quadrant 3 dont le centre de phase est le point B. Dans un troisième temps le déphasage est appliqué au quadrant 3 dont le centre de phase est le point C. Dans un quatrième temps le déphasage est appliqué au quadrant 3 dont le centre de phase est le point D. Dans un cinquième temps le déphasage est appliqué au quadrant 3 dont le centre de phase est le point A, et ainsi de suite.
  • Avantageusement, on applique le même déphasage à deux quadrants 3 successifs. De même, on effectue la permutation circu­laire de ces déphasages. Ainsi par exemple, dans un premier temps on applique un déphasage aux quadrants 3 dont les centres de phase sont le point A et le point B. Dans un second temps on applique le déphasage aux quadrants 3 dont les centres de phase sont le point B et le point C. Dans un troisième temps on applique un déphasage aux quadrants 3 dont les centres de phase sont le point C et le point D. Dans un quatrième temps, on applique un déphasage aux quadrants 3 dont les centres de phase sont le point D et le point A. Dans un cinquième temps on applique un déphasage aux quadrants 3 dont les centres de phase sont le point A et le point B, et ainsi de suite.
  • Il est évident que la permutation circulaire peut être effectuée en sens inverse.
  • Dans une troisième variante de réalisation du déphasage de l'antenne 4 selon l'invention, la phase des sources élémentaires 2 varie avec l'abscisse et l'ordonnée de ces sources sur la surface de l'antenne 4. Le déphasage est par exemple le plus grand pour les sources extrêmes 2 du quadrant 3 dont le centre de phase est le point A, le déphasage diminuant au fur et à mesure qu'on se rapproche des sources élémentaires 2 extrêmes du quadrant 3 dont le centre de phase est le point C. Ensuite on fait la permutation circulaire de ces déphasages de manière analogue comme dans l'un des deux exemples précédents de distribution de déphasage sur l'antenne.
  • Avantageusement, le déphasage fixe de la source 1 centrale est compris entre le déphasage de source appartenant à un quadrant 3 déphasé et celui des sources appartenant à un quadrant 3 non déphasé.
  • Avantageusement, le déphasage de la source 1 centrale est égal à la moitié de la valeur du déphasage relatif des sources 2 appartenant à un quadrant 3 déphasé par rapport à une source 2 d'un quadrant 3 non déphasé.
  • L'utilisation d'une source élémentaire 1 de rayonnement d'un déphasage est constant par rapport à l'oscillateur permet d'amé­liorer de façon très sensible la qualité du diagramme de rayon­nement de l'antenne 4, notamment par l'abaissement des lobes de coma.
  • Sur la figure 2, on peut voir un autre exemple de disposition des sources élémentaires de rayonnement 1 et 2. L'antenne com­porte cinq sources élémentaires 1 placées en croix au centre de l'antenne 4. Les sources sont régulièrement réparties sur la surface de l'antenne 4.
  • Dans l'exemple illustré sur la figure 2 les quatre quadrants 3 comportent chacun quatre sources élémentaires 2. Une variante de réalisation de l'antenne 4 selon l'invention comporte quatre sources supplémentaires 10 par exemple à déphasage par rapport à l'oscil­lateur d'alimentation constant, placées aux extrémités de la croix formée par l'ensemble des sources élémentaires 1. Le déphasage est obtenu de la même manière que le dispositif de l'antenne 4 de la figure 1. La variation de déphasage avec l'abscisse et l'ordonnée des sources 2 sur la surface de l'antenne 4 est obtenue dans le cas de l'antenne 4 de la figure 2 par exemple par l'utilisation de déphaseurs numériques à deux bits permettant quatre positions de déphasage.
  • Les figures 3 à 8 illustrent divers exemples de réalisation des sources élémentaires de rayonnement 1, 2 ou 10.
  • Les sources illustrées sur les figures 3 à 8 sont connues en tant que telles.
  • Sur la figure 3, on peut voir deux sources élémentaires 5 de type patch. Les sources patch 5 sont alimentées par un arbre de distribution 6. Les sources sont réalisées en technologie dite de microruban (microstrip en terminologie anglo-saxonne), consistant à déposer des métallisations sur un diélectrique 70 dont la face opposée comporte un plan de masse métallisée 7. Les sources 5 patch sont des élargissements de métallisation d'alimentation dont la largeur est par exemple égale à λ/2, λ étant la longueur d'onde des rayonnements en espace libre.
  • Sur la figure 4, on peut voir une source élémentaire 5 constituée par une fente rayonnante.
  • Sur la figure 5, on peut voir une source élémentaire constituée par un cornet. Le cornet illustré dans l'exemple non limitatif de la figure 5 est un cornet rectangulaire.
  • Sur la figure 6, on peut voir un exemple de source élémentaire 5 du type à bougie diélectrique 12. La source 5 alimentée par un ruban 6 couplé à travers une paroi 8 à un guide d'onde circulaire 9. A l'extrémité du guide d'onde est placée une pièce diélectrique 12 de forme allongée donnant le nom de bougie à l'ensemble de la source élémentaire 5.
  • Sur la figure 7, on peut voir une source élémentaire 5 de type hélice.
  • Sur la figure 8, on peut voir une spirale logarithmique double enroulée sur un cône 60. La flêche 61 indique le sens de rayon­nement de la source 5.
  • Sur la figure 9, on peut voir un déphaseur 40, dit déphaseur à commutation. Le déphaseur 40 comporte deux chemins 41 et 46 de longueurs différentes. Selon que le signal empreinte entre une entrée 30 et une sortie 31 le chemin le plus long 46 ou le chemin le plus court 41 le déphasage du signal présent à la sortie 31 du déphaseur 40 sera plus ou moins important par rapport au signal présent à l'entrée 30 du déphaseur 40. Les commutations entre les deux chemins 41 et 46 sont obtenues par commutation de l'état saturé à l'état bloqué des diodes PIN 32, 33 et 34. Dans l'exemple illustré sur la figure 9 le chemin 41 a une longueur égale à λ/2, la diode 34 est placée à mi-chemin, à une distance égale λ/4 de l'entrée 30 et de la sortie 31. Le chemin 46 comporte deux diodes PIN 33 et 32 placées respectivement à une distance égale à λ/4 de l'entrée 30 et de la sortie 31 du déphaseur 40. Le dispositif non représenté sur la figure 9 permet la commutation des diodes PIN par exemple la diode 34 dans son état saturé et les diodes 32 et 33 dans leur état bloqué permet le passage du signal par la branche 41. De même le blocage de la diode 34 et la mise en conduction des diodes 32 et 33 permet le passage du signal par la branche 46.
  • Sur la figure 9 le déphaseur 40 comporte deux branches 41 et 46 permettant deux déphasages différents. On dit que le déphaseur 40 de la figure 9 est un déphaseur un bit. Il est bien entendu que le déphaseur 40 peut avoir un nombre de branches supérieur per­mettant un nombre plus important de déphasages. De même l'in­vention n'est pas limitée à la mise en oeuvre des déphaseurs à commutation. D'autres types de déphaseurs peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre de l'antenne à balayage conique plane selon l'invention.
  • Sur la figure 10, on peut voir une ligne d'alimentation tri­plaque. La ligne triplaque peut être particulièrement avantageuse pour la réalisation de l'alimentation et/ou du déphasage de l'énergie fournie aux sources élémentaires. Une ligne triplaque est décrite dans le brevet français No 2 496 996 déposé par la Demanderesse.
  • Sur la figure 10 est représenté un détail d'une ligne triplaque assurant la division équilibrée d'énergie entre une entrée 63 et deux sorties 53. La distribution d'énergie est assurée par un ruban métallique par exemple en cuivre. Le ruban en cuivre est placé entre deux plaques métalliques 51 et 52. Les supports diélectriques 50 assurent l'espacement constant entre le ruban métallique et les plaques 51 et 52. L'air présent entre les plaques 51 et 52 joue le rôle de diélectrique, sans pour autant engendrer de pertes de puissance.
  • Avantageusement, l'antenne selon l'invention a un faisceau large d'énergie. Par exemple l'antenne illustrée par la figure 1 dont les sources élémentaires sont des bougies diélectriques illustrées sur la figure 6 a une ouverture à mi-puissance du faisceau de l'ordre de 10°. Il est donc avantageux de l'associer à une antenne de radar de trajectographie du type Cassegrain.
  • Sur la figure 11, on peut voir un exemple d'association d'une antenne Cassegrain 112 avec une antenne 4 telle que décrite précédemment. L'antenne Cassegrain comporte une source de rayon­nement 13 placée en face d'un miroir auxiliaire 15 et traversant un miroir principal 14.
  • Avantageusement, l'antenne plate 4 est placée sur la face opposée à la source 13 du miroir auxiliaire 15. La flèche 61 indique les directions moyennes du rayonnement de l'antenne 4 et de l'antenne Cassegrain 112.
  • Il est bien entendu que l'exemple de la figure 11 n'est pas limitatif. L'antenne 4 pouvant être placée par exemple à côté de l'antenne Cassegrain 112. Il est toutefois important que l'antenne 4 ne perturbe pas le rayonnement émis et reçu par l'antenne Cassegrain 112.
  • L'association d'une antenne à balayage conique 4 avec un radar comportant une antenne Cassegrain 112 à balayage conique permet d'utiliser pour le traitement des signaux reçus dans l'antenne 4 la chaîne du traitement radar de l'antenne principale 112.
  • L'invention n'est pas délimitée aux antennes planes à faisceaux larges. L'invention permet aussi de réaliser des antennes planes à balayage conique de faible coût d'ouverture de faisceau désirée.
  • Sur la figure 12, on peut voir des courbes représentant les performances de l'antenne de type connu. Pour faciliter la compa­raison avec les courbes de la figure 13 on a utilisé les mêmes sources de rayonnement pour la réalisation des figures 12 et 13. Ces sources de rayonnement sont les bougies diélectriques telles qu'illustrées sur la figure 6.
  • En abscisse 16 on a représenté l'azimut en degré. En ordonnée 15 on a représenté la puissance en décibel.
  • La courbe 17 représente le diagramme de rayonnement d'une antenne dont les quatre quadrants 3 rayonnent en phase. La courbe 18 représente le diagramme de rayonnement de la même antenne dont on effectue le balayage conique en déphasant deux quadrants 3 par rapport aux deux autres quadrants 3.
  • Sur la figure 13, on peut voir les performances des antennes selon l'invention illustrées sur la figure 1. La courbe 17 montre un diagramme de rayonnement toutes les sources 2 et 1 émettant en phase. La courbe 17 représente le diagramme de rayonnement dont deux quadrants 3 présentent un déphasage par rapport aux deux autres, la source centrale 1 présentant un déphasage moitié moindre. Comme on peut le voir l'antenne selon l'invention a des performances supérieures à l'antenne de type connu notamment en ce que les lobes secondaires sont moins élevés.
  • L'invention s'applique principalement à la réalisation d'antennes à balayage conique à faisceau large permettant l'acqui­sition des cibles dans un radar de trajectographie, la poursuite étant effectuée par une antenne Cassegrain à balayage conique à faisceau étroit.
  • L'invention s'applique aussi à la réalisation d'antennes à balayage conique de faible coût.

Claims (12)

1. Antenne plane (4) comportant des sources élémentaires (2), la permutation circulaire dans le plan de l'antenne du déphasage de certaines desdites sources (2) par rapport aux autres permettant d'obtenir un balayage conique, caractérisé par le fait qu'elle comporte au moins une source élémentaire (1) dont le déphasage est constant.
2. Antenne (4) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la ou les sources élémentaires (1) dont le déphasage est constant présentent une symétrie par rapport au centre de l'antenne.
3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte des déphaseurs (140) à commutation.
4. Antenne (4) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que la valeur du déphasage constant de la source élémentaire (1) est intermédiaire entre la valeur du déphasage des sources élémentaires (2) déphasées et la valeur du déphasage des sources élémentaires (2) non déphasées.
5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la valeur du déphasage constant de la source élémentaire (1) est égale à la moitié de la valeur du déphasage relatif des diverses sources élémentaires (2).
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précé­dentes, caractérisée par le fait que ladite antenne est partagée en quatre quadrants (3) comportant des sources élémentaires (2) de même déphasage, à chaque instant sont formés deux groupes de deux quadrants contigüs de déphasage identique.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que ladite antenne (4) est partagée en quatre quadrants (3) comportant des sources élémentaires (2) de même déphasage, à chaque instant trois quadrants ont un même déphasage relatif par rapport au quatrième.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte des déphaseurs à au moins deux bits.
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications précé­dentes, caractérisée par le fait que les sources élémentaires (1, 2, 10) comportent des bougies diélectriques.
10. Radar de trajectographie comportant une antenne Cassegrain (112) à balayage conique, caractérisé par le fait qu'il comporte une antenne (4) plane à balayage conique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11. Radar selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'antenne (4) plane est disposée devant le miroir secondaire (15) de l'antenne Cassegrain (112) de façon à ne pas perturber l'émission et la réception de l'antenne Cassegrain (112).
12. Radar selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que l'antenne (4) plane et l'antenne Cassegrain (112)sont connectées à un même chaîne de traitement radar.
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