EP0374008B1 - Antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique, du type réseau volumique raréfié aléatoire - Google Patents

Antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique, du type réseau volumique raréfié aléatoire Download PDF

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EP0374008B1
EP0374008B1 EP89403381A EP89403381A EP0374008B1 EP 0374008 B1 EP0374008 B1 EP 0374008B1 EP 89403381 A EP89403381 A EP 89403381A EP 89403381 A EP89403381 A EP 89403381A EP 0374008 B1 EP0374008 B1 EP 0374008B1
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EP
European Patent Office
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antenna
elementary
mast
axisymmetric
envelope volume
Prior art date
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EP89403381A
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EP0374008A1 (fr
Inventor
Claude Aubry
Jean-Louis Pourailly
Joseph Roger
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array

Definitions

  • the present invention relates to an antenna with three-dimensional coverage and electronic scanning, of the random rarefied volume array type.
  • antennas which make it possible to obtain three-dimensional coverage (most often hemispherical or quasi-hemispherical coverage) from a configuration of fixed elements combined with electronic scanning, that is to say antennas in which the shape of the radiation diagram is modified (in particular, the pointing of a main lobe) by playing on the individual, adjustable phase shifts, of the various elements constituting the network.
  • the most commonly used configuration in practice, for producing such an antenna, consists in distributing the various elementary antennas of the array on one or more reflecting surfaces, such as for example the surface of a cylinder or a plurality of differently oriented panels.
  • Another type of antenna with three-dimensional coverage and electronic scanning is known in which, unlike multi-panel or cylindrical surface antennas, all of the elementary antennas of the array participate in the formation of the beam and contribute to the gain of the antenna, whatever whatever the direction of the main lobe.
  • These antennas are the so-called “steric” or “solid” antennas in which, unlike surface antennas, the elementary antennas are no longer distributed on the surface of a given plane or volume, but inside d 'a volume (usually a sphere).
  • the elementary antennas are distributed in this volume as irregularly as possible, so as to minimize mutual coupling between elementary antennas and thus attenuate the network lobes as much as possible; this condition is obtained by distributing the antennas in the volume according to a statistically isotropic random distribution law, and on the other hand by providing an average spacing between elementary antennas which is notably greater than half a wavelength.
  • Such an antenna has in particular been described in DE-A-28 22 845.
  • this document describes a so-called crow's nest antenna, that is to say an antenna formed by a network in which the elementary antennas are open loops or “ turnstile ” antennas, radiating on a horizontal polarization and placed at the top of vertical coaxial feed lines.
  • the length of the coaxial lines the longest of which have a length at least equal to twice the radius of the envelope sphere makes the system mechanically fragile and requires, if we want to have the desired precision of positioning of the different loops inside the sphere and sufficient overall rigidity, to provide additional mechanical means such as nylon threads holding the semi-rigid power cables in position and / or drowning the entire network in a mass of foam (polyurethane foam for example).
  • phase shift which can vary in significant proportions depending on whether it is a short line or a long line and it will be necessary to compensate to avoid the appearance of phase faults independent of the direction pointed.
  • Such a network is very "visible" in terms of radar signature, due to the use of loops or turnstile antennas; however the use of such types of elementary antennas is inevitable because, by nature, a network requires antennas having, in amplitude as in phase, a quasi-omnidirectional diagram in azimuth.
  • this known type of antenna is limited, due to its structure, to operation essentially in horizontal polarization.
  • the present invention relates to a steric type antenna (that is to say of the “random rarefied volume network” type explained above) which overcomes all of the aforementioned drawbacks, while keeping a simple, robust and therefore inexpensive structure. to achieve.
  • This antenna is, in itself known, constituted by a fixed network comprising a plurality of elementary antennas with quasi-omnidirectional individual radiation distributed according to a statistically isotropic random distribution law inside an envelope volume of revolution, the average spacing between elementary antennas being notably greater than half a wavelength of the minimum frequency to receive or transmit, each elementary antenna being connected to individually controllable phase-shifting means themselves connected to common distributor means.
  • the elementary antennas consist of vertically oriented dipoles and the antenna comprises a common vertical mast coaxial with the axis of the volume envelope of revolution, this mast extending over the entire length of the volume envelope of revolution and said supply lines comprise a first section, extending horizontally between the respective dipole and the common vertical mast coaxial with the volume envelope of revolution, and a second section extending inside the mast.
  • the volume envelope of revolution can in particular be a sphere.
  • the first sections of the supply lines constitute means, self-supporting, of mechanical support of the dipoles on the common vertical dish.
  • the length of the sections of the supply lines which form the self-supporting means is considerably reduced: the maximum length of these is at most equal to the radius of the sphere (more precisely, it is equal to the radius of the sphere minus the radius of the central cylinder), while in the crow's nest structure of the prior art described above, this length was at least twice the radius of the sphere.
  • the central mast only moderately disturbs the radiation diagram, and in any case has no effect on the isotropy in azimuth of the beam, because of its axial position; in other words, the non-uniformity introduced by the central cylinder will be essentially a non-uniformity in site, where one accepts very well a degradation of the performances of the network in the vicinity of the zenithal region.
  • the central tube may advantageously be constituted by a mast of the ship or by a similar superstructure element, which makes it much easier to find a suitable location for the antenna and makes the mast neutral from a radioelectric point of view, a particularly appreciable advantage on ships, where the superstructure elements close to the antenna always bring significant disturbances to the diagram.
  • the structure of the antenna makes it easy to place, on the supply line, the active modules inside the vertical mast and therefore close to the elementary antennas, which increases their efficiency all the more.
  • the array can be made practically invisible in terms of radar signature by choosing very thin wires for the dipoles, therefore having an equivalent surface. extremely weak reflective (unlike the loops or turnstiles of the prior art).
  • the structure essentially comprises a network 1 formed of a plurality of elementary antennas formed of simple vertical dipoles 3, distributed randomly within an envelope volume 2, in accordance with the principles of random rarefied networks, which have been explained more high.
  • the dipoles 3 are each connected by a clean supply line 4,5 to an active module 6.
  • phase-shifting circuit an electronic module comprising at least one phase-shifting circuit that can be individually controlled, but which may also include amplifier circuits, filtering circuits, transmission means, reception means, etc., depending on the functions assumed by the antenna and the types of signals it may be required to transmit or receive).
  • the different active modules 6 all lead to an antenna distributor 7 itself connected to the transmission and / or reception circuits 8.
  • the supply lines of each dipole consist of two sections 4 and 5.
  • the first section 4 is essentially horizontal to be transparent (from the radioelectric point of view), taking into account the vertical polarization provided by the antenna.
  • this first section 4 has an essentially rigid structure in order to play, in addition to its role of supplying the dipole 3, a role of mechanical support for this dipole on a central mast 9.
  • the second section 5 of the supply line runs inside the mast 9.
  • the mast 9 is made of a material forming radioelectric shielding, so that the sections 5, which are generally vertical, do not disturb the antenna pattern, the direction of polarization of which is also vertical.
  • the active modules 6 are placed at the end of section 5 of the supply line, near the distributor 7 (generally located at the base of the antenna or at the base of the mast ).
  • the active modules 6 are placed inside the mast 9, at the end of the horizontal section 4.
  • this second configuration requires an increase in the diameter of the mast 9 in order to accommodate the active modules of the various elementary antennas, it has the advantage of minimizing the distance between each elementary antenna and its associated active module, thus allowing a significant improvement. antenna performance, both from the point of view of the signal / noise ratio and of the disturbances introduced by the proper phase shifts of the supply lines.
  • the active modules can also contain transmission and reception means.
  • they are positioned, for example, in the same way as the phase shifting means 6 shown in Figures 1 and 2, the dispensing means no longer appear in this case.
  • the vertical mast 9 can (in particular in the embodiment of FIG. 1) have a very small diameter (less than a wavelength) and consequently only bring a minimal gene to the quasi-hemispherical diagram of each elementary antenna.
  • All the elements of the network can be placed in free space, or inside a protective radome, or even be drowned in an appropriate material such as a polyurethane foam (although this solution, as indicated above, is not satisfactory from the point of view of heat dissipation when the network is used in transmission).
  • the envelope volume in its simplest form, is a sphere.
  • a spherical volume corresponds to a substantially uniform beam whatever the elevation angle, while a flattened shape, close to that of a disc, will obtain the fineness of the beam mainly for large angles of elevation.
  • Figures 3 and 4 illustrate the performance obtained with a network produced according to the teachings of the invention, comprising 377 sources distributed with an average mesh of 3 wavelengths and an average random deviation of ⁇ 1.5 wavelength.
  • the gain G has been plotted as a function of the elevation angle, the azimuth angle being in the two figures fixed at 60 °).
  • Figure 3 corresponds to a pointing of the beam at a site angle of 0 °
  • Figure 4 corresponds to a pointing to a site angle of 60 °.
  • a beam width l of -3 dB of 2.52 ° in the first case and 2.56 ° in the second case is obtained.
  • the excellent performance of beam finesse will be emphasized, although there is both a high elevation angle (60 °) and a high azimuth angle (also 60 °).
  • point A the maximum gain in one case and in the other, which reveals an excellent isotropy in site.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique, du type réseau volumique raréfié aléatoire.
  • On connait plusieurs types d'antennes permettant d'obtenir une couverture tridimensionnelle (le plus souvent, une couverture hémisphérique ou quasi-hémisphérique) à partir d'une configuration d'éléments fixes combinée à un balayage électronique, c'est-à-dire des antennes dans lesquelles on modifie la forme du diagramme de rayonnement (notamment, le pointage d'un lobe principal) en jouant sur les déphasages individuels, ajustables, des différents éléments constituant le réseau.
  • La configuration la plus couramment utilisée, en pratique, pour réaliser une telle antenne, consiste à répartir les différentes antennes élémentaires du réseau sur une ou plusieurs surfaces réfléchissantes, comme par exemple la surface d'un cylindre ou une pluralité de panneaux différemment orientés.
  • Ces antennes du type dit "à réseau surfacique" ne sont cependant pas à tous égards satisfaisantes. En effet :
    • le réseau surfacique cylindrique présente l'inconvénient d'une couverture médiocre pour des angles de site relativement importants, c'est à dire lorsque l'on se rapproche de la direction du zéith ;
    • les antennes multipanneaux permettent de remédier à cet inconvénient, en plaçant les différents panneaux (généralement au nombre de quatre) sur les faces d'un tronc de pyramide, ce qui permet d'obtenir une couverture hémisphérique relativement satisfaisante.
  • Cependant, ces antennes multipanneaux sont relativement coûteuses car chaque panneau, donc chaque antenne du réseau, ne travaille que dans un seul quadrant (dans le cas d'une antenne à quatre panneaux).
  • En effet, pour une direction donnée du lobe principal, seul l'un des quatre panneaux est utilisé, les antennes élémentaires des trois autres panneaux ne contribuant en aucune façon à la formation du faisceau dans cette direction.
  • De la sorte, pour disposer d'une couverture complète en azimut il est nécessaire de quadrupler le nombre d'antennes et de modules déphaseurs, grevant de façon corrélative le coût de l'ensemble.
  • On connaît un autre type d'antennes à couverture tridimensionnelle et balayage électronique dans lesquelles, à la différence des antennes surfaciques multipanneaux ou cylindriques, la totalité des antennes élémentaires du réseau participent à la formation du faisceau et contribuent au gain de l'antenne, quelle que soit la direction du lobe principal.
  • Ces antennes sont les antennes dites "stériques" ou "volumiques" dans lesquelles, à la différence des antennes surfaciques, les antennes élémentaires ne sont plus réparties à la surface d'un plan ou d'un volume donné, mais à l'intérieur d'un volume (généralement une sphère).
  • Les antennes élémentaires sont réparties dans ce volume de la façon la plus irrégulière possible, de manière à minimiser le couplage mutuel entre antennes élémentaires et atténuer ainsi au maximum les lobes de réseau ; cette condition est obtenue en répartissant les antennes dans le volume selon une loi de distribution aléatoire statistiquement isotrope, et d'autre part en prévoyant un espacement moyen entre antennes élémentaires qui soit notablement supérieur à une demi-longueur d'onde.
  • On parle ainsi de "réseau raréfié aléatoire". Dans de tels réseaux :
    • la raréfaction permet de faire des économies sur le nombre d'éléments rayonnants pour une dimension donnée du réseau, c'est-à-dire pour une ouverture donnée du faisceau. Elle permet également de réduire fortement les couplages entre sources, qui sont des causes fréquentes de dégradation des performances des antennes réseau ; et
    • l'aléa permet d'éliminer les lobes de réseau inhérents aux structures régulières à grands pas.
  • Une telle antenne a notamment été décrite dans le DE-A-28 22 845.
  • Plus précisément, ce document décrit une antenne dite crow's nest, c'est à dire une antenne formée d'un réseau dans lequel les antennes élémentaires sont des boucles ouvertes ou des antennes « tourniquet », rayonnant sur une polarisation horizontale et placées au sommet de lignes coaxiales verticales d'alimentation.
  • Bien qu'il apparaisse comme une solution théoriquement très intéressante d'antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique ce type d'antenne, bien que proposé depuis plus de dix ans, n'a jusqu'à présent fait l'objet que de réalisations expérimentales, sans application effective aux différents domaines où un tel type d'antenne s'avèrerait particulièrement souhaitable : défense aérienne, marine, radar pour systèmes d'armes, radars secondaires pour l'aviation, etc.
  • En effet, en premier lieu, la longueur des lignes coaxiales dont les plus longues ont une longueur au moins égale au double du rayon de la sphère enveloppe rend le système mécaniquement fragile et oblige, si l'on veut avoir la précision voulue de positionnement des différentes boucles à l'intérieur de la sphère et une rigidité d'ensemble suffisante, à prévoir des moyens mécaniques supplémentaires tels que des fils de nylon maintenant en position les câbles d'alimentation semi-rigides et/ou en noyant l'ensemble du réseau dans une masse de mousse (mousse polyuréthane par exemple).
  • Outre les difficultés de mise en oeuvre mécanique, dans ce dernier cas la présence de mousse joue le rôle d'isolant thermique qui empêche l'évacuation des calories au cas où l'antenne est utilisée en émission, ce qui limite cette solution à des antennes de réception ou d'émission à faible puissance, le problème de l'évacuation calorique n'étant pas résolu.
  • Un second inconvénient, également lié à la longueur importante des lignes d'alimentation, est le déphasage propre introduit par celles-ci, déphasage qui peut varier dans des proportions importantes selon qu'il s'agit d'une ligne courte ou d'une ligne longue et qu'il sera nécessaire de compenser pour éviter l'apparition de défauts de phase indépendants de la direction pointée.
  • Ces inconvénients, tant mécaniques qu'électriques, liés à la longueur importante des lignes d'alimentation sont d'autant plus gênants que les dimensions de la sphère sont importantes par rapport à la longueur d'onde. Or, comme la finesse du faisceau (angle d'ouverture du lobe principal) est directement liée à la dimension (exprimée en longueurs d'onde) de la sphère, on est conduit à limiter ainsi les performances du système en ce qui concerne sa finesse de faisceau.
  • En troisième lieu, un tel réseau est très "visible" en termes de signature radar, du fait de l'utilisation de boucles ou d'antennes tourniquets ; or l'utilisation de tels types d'antennes élémentaires est inévitable du fait que, par nature, un réseau nécessite des antennes présentant, en amplitude comme en phase, un diagramme quasi-omnidirectionnel en azimut.
  • En quatrième lieu, ce type connu d'antenne est limité, de fait de sa structure, à un fonctionnement essentiellement en polarisation horizontale.
  • Or de nombreuses applications nécessitent absolument une polarisation verticale, par exemple les antennes pour radar embarqués sur des navires (la polarisation verticale élimine en effet les effets de réflexion sur la mer), ou encore les antennes pour radars secondaires, notamment les radars IFF (Identification Friend or Foe : identification ami/ennemi).
  • Ces différentes raisons expliquent pourquoi, malgré ses avantages théoriques évidents et le besoin de disposer d'une antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique dans de nombreux domaines d'application, ce type connu d'antenne n'a jusqu'à présent pas dépassé le stade expérimental.
  • La présente invention a pour objet une antenne de type stérique (c'est à dire du type "réseau volumique raréfié aléatoire" explicité plus haut) qui pallie l'ensemble des inconvénients précités, tout en gardant une structure simple, robuste et donc peu coûteuse à réaliser.
  • Cette antenne est, de manière en elle-même connue, constituée d'un réseau fixe comprenant une pluralité d'antennes élémentaires à rayonnement individuel quasi-omnidirectionnel réparties selon une loi de distribution aléatoire statistiquement isotrope à l'intérieur d'un volume enveloppe de révolution, l'espacement moyen entre antennes élémentaires étant notablement supérieur à une demi-longueur d'onde de la fréquence minimale à recevoir ou émettre, chaque antenne élémentaire étant reliée à des moyens déphaseurs individuellement contrôlables eux-mêmes reliés à des moyens distributeurs communs.
  • De façon caractéristique de l'invention, les antennes élémentaires sont constituées de dipôles orientés verticalement et l'antenne comprend un mat vertical commun coaxial à l'axe du volume enveloppe de révolution ce mât s'étendant sur toute la longueur du volume enveloppe de révolution et lesdites lignes d'alimentation comprennent une première section, s'étendant horizontalement entre le dipôle respectif et le mât vertical commun coaxial au volume enveloppe de révolution, et une seconde section s'étendant à l'intérieur du mât.
  • Le volume enveloppe de révolution peut notamment être une sphère.
  • Très avantageusement, les premières sections des lignes d'alimentation constituent des moyens, autoporteurs, de support mécanique des dipôles sur le met vertical commun.
  • Par rapport à une antenne crow's nest, on réduit ainsi de façon importante la longueur des sections des lignes d'alimentation qui forment les moyens autoporteurs : la longueur maximale de ceux-ci est au plus égale au rayon de la sphère (plus précisément, elle est égale au rayon de la sphère moins le rayon du cylindre central), tandis que dans la structure crow's nestde l'art antérieur décrite plus haut, cette longueur était au moins égale au double du rayon de la sphère.
  • Compte tenu de la longueur réduite, il n'est plus nécessaire de noyer le réseau dans une mousse ou de prévoir des moyens auxilaires de maintien.
  • Du point de vue radioélectrique, le mât central ne perturbe que modérément le diagramme de rayonnement, et en tout cas est sans incidence sur l'isotropie en azimut du faisceau, du fait de sa position axiale ; en d'autres termes, la non-uniformité introduite par le cylindre central sera essentiellement une non-uniformité en site, où l'on accepte fort bien une dégradation des performances du réseau au voisinage de la région zénithale.
  • En outre, dans le cas d'un radar pour la marine, le tube central peut être avantageusement constitué par un mât du navire ou par un élément de superstructure analogue, ce qui rend beaucoup plus facile la recherche d'un emplacement approprié pour l'antenne et rend le mât neutre du point du vue radioélectrique, avantage particulièrement appréciable sur les navires, où les éléments de superstructure proches de l'antenne apportent toujours des perturbations importantes au diagramme.
  • Par ailleurs, la structure de l'antenne permet aisément de placer, sur la ligne d'alimentation, les modules actifs à l'intérieur du mât vertical et donc à proximité des antennes élémentaires, ce qui augmente d'autant leur efficacité.
  • Enfin, du fait de l'utilisation de simples dipôles comme antennes élémentaires, le réseau peut être rendu pratiquement invisible en termes de signature radar en choisissant pour la réalisation des dipôles des fils très fins, donc présentant une surface équivalente réfléchissante extrêmement faible (à la différence des boucles ou tourniquets de l'art antérieur).
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 montre, de façon schématique, un mode de réalisation de l'antenne selon les enseignements de la présente invention,
    • la figure 2 est une variante de réalisation de la figure 1, dans laquelle les modules actifs sont placés dans le mât central, au voisinage de leurs antennes élémentaires respectives associées,
    • les figures 3 et 4 sont des diagrammes donnant le gain en fonction de l'angle de site du réseau selon l'invention.
  • Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement le réseau selon l'invention.
  • On notera que, pour la clarté du dessin, les proportions respectives entre la longueur des diférentes antennes élémentaires (une demi-longueur d'onde), leurs espacements relatifs (de l'ordre de plusieurs longueurs d'onde), le diamètre du volume enveloppe (de l'ordre de plusieurs longueurs d'onde ou plusieurs dizaines de longueurs d'onde) et le diamètre du mât central (de l'ordre d'une longueur d'onde ou d'une fraction de longueur d'onde) n'ont pas été respectées.
  • Par ailleurs, comme le verra plus loin, les différentes dimensions que l'on vient d'indiquer peuvent varier dans des proportions importantes en fonction des performances souhaitées pour le réseau (gain, finesse du faisceau, etc.).
  • La structure comporte essentiellement un réseau 1 formé d'une pluralitéd'antennes élémentaires formées de dipôles simples verticaux 3, répartis de façon aléatoire à l'intérieur d'un volume enveloppe 2, conformément aux principes des réseaux raréfiés aléatoires, qui ont été explicités plus haut.
  • Les dipôles 3 sont reliés chacun par une ligne d'alimentation propre 4,5 à un module actif 6.
  • (Par « module actif » on entendra un module électronique comportant au moins un circuit déphaseur individuellement contrôlable, mais pouvant comprendre en outre des circuits amplificateurs, de filtrage, des moyens d'émission, des moyens de réception, etc ... selon les fonctions assumées par l'antenne et les types de signaux qu'elle pourra être amenée àémettre ou recevoir).
  • Les différents modules actifs 6 aboutissent tous à un répartiteur d'antenne 7 lui-même relié aux circuits 8 d'émission et/ou de réception.
  • Les lignes d'alimentation de chaque dipôle sont constituées de deux sections 4 et 5.
  • La première section 4 est essentiellement horizontale pour être transparente (du point de vue radioélectrique), compte tenu de la polarisation verticale procurée par l'antenne.
  • Par ailleurs, du point de vue mécanique, ctte première section 4 est de structure essentiellement rigide afin de jouer, outre son rôle d'alimentation du dipôle 3, un rôle de support mécanique de ce dipôle sur un mât central 9.
  • La seconde section 5 de la ligne d'alimentation court à l'intérieur du mât 9.
  • Le mât 9 est réalisé en un matériau formant blindage radioélectrique, afin que les sections 5, qui sont généralement verticales, ne perturbent pas le diagramme de l'antenne, dont la direction de polarisation est également verticale.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 1, les modules actifs 6 sont placés en bout de la section 5 de la ligne d'alimentation, à proximité du répartiteur 7 (généralement situé à la base de l'antenne ou à la base du mât).
  • En revanche, dans le mode de réalisation de la figure 2, les modules actifs 6 sont placés à l'intérieur du mât 9, à l'extrémité de la section horizontale 4.
  • Bien que cette seconde configuration nécessite une augmentation de diamètre du mât 9 pour pouvoir loger les modules actifs des différentes antennes élémentaires, elle présente l'avantage de réduire au minimum la distance entre chaque antenne élémentaire et son module actif associé, permettant ainsi une amélioration sensible des performances de l'antenne, tant du point de vue du rapport signal/bruit que des perturbations introduites par les déphasages propres des lignes d'alimentation.
  • Dans une variante non représentée, les modules actifs peuvent également contenir des moyens d'émission et de réception. Dans ce cas, ils sont positionnés, par exemple, de la même manière que les moyens déphaseurs 6 représentés sur les figures 1 et 2, les moyens distributeurs n'apparaissent plus dans ce cas de figure.
  • Le mât vertical 9 peut (notamment dans le mode de réalisation de la figure 1) avoir un diamètre très faible (moins d'une longueur d'onde) et par conséquent n'apporter qu'une gène minime au diagramme quasi- hémisphérique de chaque antenne élémentaire.
  • L'ensemble des éléments du réseau peut être placé en espace libre, ou bien à l'intérieur d'un radôme de protection, ou bien encore être noyé dans un matériau approprié tel qu'une mousse polyuréthane (bien que cette solution, comme on l'a indiqué plus haut, ne soit pas satisfaisante du point de vue de la dissipation thermique lorsque le réseau est utilisé en émission).
  • Le volume enveloppe 1, dans sa forme la plus simple, est une sphère.
  • Cette forme n'est cependant pas limitative et l'on pourrait envisager aussi bien d'autres formes de volume enveloppe, c'est-à-dire avec un ratio hauteur/diamètre principal qui soit différent de 1, dès lors que ces formes sont des forme de révolution.
  • Ce choix dépend en fait de la finesse du faisceau désirée en fonction de l'angle de site : un volume sphérique correspond à un faisceau sensiblement uniforme quelque soit l'angle de site, tandis qu'une forme aplatie, proche de celle d'un disque, permettra d'obtenir la finesse du faisceau essentiellement pour les angles de site importants.
  • En d'autres termes, c'est le contour apparent du volume enveloppe, vu de la cible, qui déterminera la finesse du faisceau.
  • En ce qui concerne le nombre de dipôles dans le réseau, l'espacement moyen relatif entre ceux-ci et le diamètre du volume enveloppe, ces paramètres peuvant varier de façon importante en fonction des performances désirées.
  • Essentiellement :
    • le nombre d'antennes élémentaires détermine le gain de l'antenne dans la direction choisie : plus le nombre d'antennes élémentaires est important, plus ce gain est élevé ;
    • et le diamètre de la sphère détermine la finesse du faisceau : plus la sphère est de grande taille, plus le faisceau, dans la direction déterminée, est éroit ; typiquement pour un faisceau fin, de l'ordre de 1° d'ouverture à -3 dB, il est nécessaire de prévoir une sphère ayant un diamètre de l'ordre de 70 longueurs d'onde.
  • Les figures 3 et 4 illustrent les performances obtenues avec un réseau réalisé selon les enseignements de l'invention, comportant 377 sources réparties avec une maille moyenne de 3 longueurs d'onde et un écart aléatoire moyen de ± 1,5 longueur d'onde.
  • Sur les deux diagrammes, on a porté le gain G en fonction de l'angle de site, l'angle d'azimut étant dans les deux figures fixé à 60°).
  • La figure 3 correspond à un pointage du faisceau sur un angle de site de 0°, tandis que la figure 4 correspond à un pointage sur un angle de site de 60°.
  • On obtient une largeur l du faisceau à - 3 dB de 2,52° dans le premier cas et de 2,56° dans le second cas. On soulignera, dans ce second cas, les performances excellentes de finesse du faisceau, bien que l'on ait à la fois un angle de site élevé (60°) et un angle d'azimut élevé (60° également). On notera également l'absence de variation du gain maximal (point A) dans un cas et dans l'autre, ce qui révèle une excellente isotropie en site.
  • L'antenne selon l'invention se prête à des nombreuses applications, parmi lesquelles on peut indiquer :
    • les radars embarqués sur des navires, où l'on a typiquement besoin à la fois d'une couverture hémisphérique et d'une polarisation verticale pour éliminer les effets de réflexion sur la mer,
    • les radars IFF et les radars de poursuite pour systèmes d'armes, pour lesquels une rotation continue du faisceau est mal adaptée. En effet, une fois les menaces localisées, il est nécessaire de pouvoir échanger des informations séquentiellement dans une pluralité de directions bien déterminées, susceptibles de s'étendre sur tout l'horizon et avec des angles de site importants, directions auxquelles il est souhaitable de pouvoir accéder sélectivement sans avoir à balayer tout l'horizon, comme c'est le cas actuellement avec les radars à rotation continue.

Claims (6)

  1. Une antenne à couverture tridimensionnelle et balayage électronique, du type réseau volumique raréfié aléatoire, constituée d'un réseau fixe (1) comprenant une pluralité d'antennes élémentaires (3) à rayonnement individuel quasi-omnidirectionnel alimentés par des lignes d'alimentation (4, 5) et réparties selon une loi de distribution aléatoire statistiquement isotrope à l'intérieur d'un volume enveloppe de révolution (2), l'espacement moyen entre antennes élémentaires étant notablement supérieur à une demi-longueur d'onde de la fréquence minimale à recevoir ou émettre, chaque antenne élémentaire étant reliée à des moyens déphaseurs individuellement contrôlables, caractérisée en ce que les antennes élémentaires (3) sont constituées de dipôles orientés verticalement, en ce que l'antenne comprend un mât vertical commun (9) coaxial à l'axe du volume enveloppe de révolution (2) ce mât s'étendant sur toute la longueur du volume enveloppe de révolution (2), et en ce que lesdites lignes d'alimentation (4, 5) comprennent une première section (4), s'étendant horizontalement entre le dipôle respectif et le mât vertical commun (9) coaxial au volume enveloppe de révolution (2), et une seconde section (5) s'étendant à l'intérieur du mât (9).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le volume enveloppe de révolution (2) est une sphère.
  3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premières sections (4) des lignes d'alimentation constituent des moyens, autoporteurs, de support mécanique des dipôles sur le mât vertical commun (9).
  4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque antenne élémentaire est reliée à un module actif (6) comprenant les moyens déphaseurs.
  5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les modules actifs (6) sont placés, sur la ligne d'alimentation, à l'intérieur du mât vertical (9).
  6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dipôles des antennes élémentaires (3) sont des fils fins.
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