FR2522888A1 - ANTENNA WITH DOUBLE REFLECTOR WITH POLARIZATION TRANSFORMER INCORPORATED - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE RADAR DE TYPE CASSEGRAIN QUI COMPORTE UN REFLECTEUR PRINCIPAL ESSENTIELLEMENT PARABOLIQUE ET UN REFLECTEUR AUXILIAIRE ESSENTIELLEMENT HYPERBOLIQUE. CETTE ANTENNE COMPORTE, PLACES DEVANT LA SURFACE 6 DU REFLECTEUR AUXILIAIRE HYPERBOLIQUE 2 DES PANNEAUX DIELECTRIQUES 21, 22, 23 AYANT UNE SURFACE SENSIBLEMENT EGALE A CELLE DU REFLECTEUR AUXILIAIRE ET UN GALBE SENSIBLEMENT IDENTIQUE A CELUI DE CE DERNIER, CES PANNEAUX SERVANT DE SUPPORT A DES FILS DIODE 26 EPOUSANT LA FORME HYPERBOLIQUE DES PANNEAUX, UN CIRCUIT D'ALIMENTATION COMMANDE 12 ETANT PLACE DERRIERE LE REFLECTEUR AUXILIAIRE ET ETANT RELIE AUX FILS DIODES DES DIFFERENTS PANNEAUX POUR ALIMENTER LES FILS DIODES SELON L'UN DE DEUX ETATS POSSIBLES QUI SONT RESPECTIVEMENT UN ETAT OU LES DIODES SONT BLOQUEES ET UN ETAT OU ELLES SONT POLARISEES EN DIRECT DONC PASSANTES.THE INVENTION RELATES TO A RADAR ANTENNA OF THE CASSEGRAIN TYPE WHICH INCLUDES AN ESSENTIALLY PARABOLIC MAIN REFLECTOR AND AN ESSENTIALLY HYPERBOLIC AUXILIARY REFLECTOR. THIS ANTENNA INCLUDES, PLACED IN FRONT OF SURFACE 6 OF THE HYPERBOLIC AUXILIARY REFLECTOR 2, DIELECTRIC PANELS 21, 22, 23 HAVING A SURFACE SENSITIVELY EQUAL TO THAT OF THE AUXILIARY REFLECTOR AND A SHELF SENSITIVELY IDENTICAL TO THOSE SUPPORT OF THIS LAST ASSISTANT, DIODE 26 WIRES BELONGING TO THE HYPERBOLIC SHAPE OF THE PANELS, A CONTROL 12 POWER SUPPLY CIRCUIT IS PLACED BEHIND THE AUXILIARY REFLECTOR AND IS CONNECTED TO THE DIODE WIRES OF THE DIFFERENT PANELS TO POWER THE DIODE WIRES ACCORDING TO ONE OF TWO POSTSIBLE STATES, WHICH ARE POSTSIBLE. OR THE DIODES ARE BLOCKED AND A STATE IN WHICH THEY ARE POLARIZED LIVE THEREFORE ON.
Description
ANTENNE A DOUBLE REFLECTEUR A TRANSFORMATEUR DE POLARISATIONPOLARIZATION TRANSFORMER DOUBLE REFLECTOR ANTENNA
INCORPORE.BUILT.
La présente invention concerne les antennes d'émission ou réception d'ondes hyperfréquences et plus particulièrement les The present invention relates to antennas for transmitting or receiving microwave waves and more particularly the
antennes à double réflecteur de type Cassegrain ou Gregori compor- double-reflector type Cassegrain or Gregori antennas with
tant un réflecteur principal concave de forme généralement parabo- a concave main reflector of generally parabolic shape
lique, un réflecteur auxiliaire convexe, de forme généralement hyperbolique et une source hyperfréquence, ces trois éléments étant ainsi disposés les uns par rapport aux autres que le réflecteur auxiliaire convexe renvoie vers le réflecteur principal a convex auxiliary reflector, of generally hyperbolic shape and a microwave source, these three elements being thus arranged relative to each other that the convex auxiliary reflector returns towards the main reflector
le rayonnement émis par la source.the radiation emitted by the source.
Il est souhaitable, lorsqu'on émet une onde radioélectrique, de pouvoir modifier les caractéristiques de It is desirable, when transmitting a radio wave, to be able to modify the characteristics of
polarisation de l'onde émise.polarization of the emitted wave.
D'une manière très générale, une onde radio-électrique possède une polarisation elliptique qui, à la limite, peut être linéaire ou circulaire Lorsqu'on utilise cette onde dans un système de détection (radar), il est parfois intéressant de passer d'une polarisation linéaire à une polarisation circulaire pour éliminer les échos dus à la pluie Dans le cas d'émission en présence de brouillage, il peut être intéressant d'inverser la polarisation circulaire Enfin, lorsque les cibles recherchées ont une surface équivalente faible en polarisation circulaire, il peut In a very general way, a radio-electric wave possesses an elliptical polarization which, at the limit, can be linear or circular When one uses this wave in a system of detection (radar), it is sometimes interesting to pass of a linear polarization with a circular polarization to eliminate the echoes due to the rain In the case of emission in the presence of jamming, it can be interesting to reverse the circular polarization Finally, when the sought targets have a low equivalent surface in circular polarization , he can
être utile de passer en polarisation linéaire. be useful to switch to linear polarization.
Ces exemples montrent l'intérêt de disposer de transfor- These examples show the value of having transfor-
mateurs de polarisation au niveau de l'émission ou de la réception Polarization Matters at the Program or Reception
de l'onde radioélectrique.of the radio wave.
Dans le cas des antennes de type Cassegrain, on n'a pas cependant trouvé jusqu'à maintenant de solution satisfaisante pour In the case of Cassegrain antennas, however, no satisfactory solution has yet been found for
disposer d'une commutation de polarisation pouvant servir effica- polarization switching that can be used effectively
cement dans les cas mentionnés ci-dessus. in the cases mentioned above.
En effet, une solution habituellement utilisée con- Indeed, a solution usually used
sistait à prévoir un polarisateur devant l'ouverture de la source, ce polariseur étant à lames ou à fils et pouvant être escamoté mécaniquement pour modifier la polarisation; mais l'escamotage est difficile pour des raisons mécaniques et surtout des raisons d'encombrement du système d'escamotage car ce système doit se situer devant les réflecteurs et constitue alors un masque was to provide a polarizer in front of the opening of the source, this polarizer being blades or son and can be retracted mechanically to change the polarization; but the retraction is difficult for mechanical reasons and especially reasons of clutter of the retraction system because this system must be located in front of the reflectors and is then a mask
préjudiciable au bon fonctionnement de l'antenne. detrimental to the proper functioning of the antenna.
On a également imaginé de placer devant l'ouverture de la source un transformateur de polarisation à commu Lation électrique, constitué de panneaux plans de fils-diodes parallèles pouvant être rendus conducteurs et donc continus par polarisation directe des diodes, ou non conducteurs et donc discontinus par polarisation inverse ou absence de polarisation des diodes, l'état continu ou discontinu des fils influençant la polarisation de l'onde émise; mais il s'avère qu'il existe un problème de tenue en puissance de ces panneaux qui reçoivent une grande densité de puissance électromagnétique du fait qu'ils sont placés immédiatement devant l'ouverture de la source; d'autre part, d'un point de vue pratique, il est difficile de trouver un emplacement It has also been conceived to place in front of the opening of the source a polarization transformer with electrical communication, consisting of parallel planar son-diode panels that can be made conductive and therefore continuous by direct polarization of the diodes, or non-conductive and therefore discontinuous by inverse polarization or absence of polarization of the diodes, the continuous or discontinuous state of the wires influencing the polarization of the emitted wave; but it turns out that there is a power handling problem of these panels which receive a high density of electromagnetic power because they are placed immediately in front of the opening of the source; on the other hand, from a practical point of view, it is difficult to find a location
convenable pour les circuits d'alimentation des fils-diodes. suitable for the power supply circuits of the diode wires.
On a aussi proposé de placer un polariseur dans la source, en milieu guidé, c'est-à-dire dans le cornet dont l'ouverture est dirigée vers le réflecteur auxiliaire; par exemple des lames quart-d'onde inclinées à 45 permettent de créer une polarisation linéaire, mais outre qu'il existe une difficulté de modification de la polarisation, on constate aussi que ce genre de dispositif présente l'inconvénient, notamment en émission It has also been proposed to place a polarizer in the source, in guided medium, that is to say in the horn whose opening is directed towards the auxiliary reflector; for example, quarter-wave plates inclined at 45 make it possible to create a linear polarization, but apart from the fact that there is a difficulty of modifying the polarization, it is also noted that this type of device has the disadvantage, especially in emission
multimode, d'engendrer des modes supérieurs non désirés. multimode, to generate undesired higher modes.
Pour éviter ces inconvénients, on propose selon To avoid these disadvantages, it is proposed according to
l'invention de disposer immédiatement devant le réflecteur auxi- the invention to dispose immediately in front of the reflector auxi-
liaire des panneaux galbés de fils-diodes permettant une com- of curved panels of wire-diodes
mutation électrique de polarisation Plus précisément, on place devant le réflecteur auxiliaire des panneaux diélectriques galbés electrical polarization mutation Specifically, curved dielectric panels are placed in front of the auxiliary reflector
ayant une forme sensiblement identique à celle du réflecteur auxi- having a shape substantially identical to that of the reflector auxi-
liaire et une surface sensiblement égale à celle de ce dernier, ces panneaux servant de support à des fils-diodee épousant la forme hyperbolique des panneaux; un circuit d'alimentation commandée est placé derrière le réflecteur auxiliaire et est relié aux fils diode pour assurer soit une polarisation directe des diodes soit une absence de polarisation ou une polarisation and a surface substantially equal to that of the latter, these panels serving as support for son-diodee marrying the hyperbolic form of the panels; a controlled supply circuit is placed behind the auxiliary reflector and is connected to the diode wires to provide either a direct polarization of the diodes or an absence of polarization or polarization
inverse telle que les diodes soient bloquées. reverse, such that the diodes are blocked.
La construction de ces panneaux est plus complexe que celle de panneaux plans de fils-diodes utilisés jusqu'à maintenant comme commutateurs de polarisation agissant à la sortie de la The construction of these panels is more complex than that of son-diode planar panels used until now as polarization switches acting at the exit of the
source, mais elle permet d'éliminer les inconvénients des disposi- source, but it makes it possible to eliminate the disadvantages of
tifs de polarisation utilisés jusqu'à maintenant, et ceci sans of polarization used until now, and this without
altérer les performances de l'antenne. alter the performance of the antenna.
A la différence des polariseurs habituellement utilisés dans les antennes de type Cassegrain, le polariseur commutable selon l'invention fonctionne à la réflexion et non à la transmission: il est traversé une fois par une onde incidente issue de la source, qui subit ainsi une polarisation partielle, et une autre fois après réflexion de cette onde partiellement Unlike the polarizers usually used in Cassegrain-type antennas, the switchable polarizer according to the invention operates on reflection and not on transmission: it is crossed once by an incident wave originating from the source, which thus undergoes polarization. partial, and again after reflection of this wave partially
polarisée sur le réflecteur auxiliaire. polarized on the auxiliary reflector.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention
apparaitront à la lecture de la description qui suit et qui est will appear on reading the description which follows and which is
faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement, en coupe transversale, une antenne de type Cassegrain selon l'invention, la figure 2 représente plus en détail le réflecteur auxiliaire, montrant les panneaux superposés de fils diodes, la figure 3 montre un détail un détail de réalisation d'un panneau de fils-diodes, On pourra se référer au brevet français 2 382 109 du 25 février 1977 pour des explications complémentaires relatives à la possibilité d'effectuer une commutation électrique de polarisation Referring to the accompanying drawings in which: Figure 1 shows schematically, in cross-section, a Cassegrain-type antenna according to the invention, Figure 2 shows in more detail the auxiliary reflector, showing the superimposed panels of diode wires, the figure 3 shows a detail of a detail of a son-diode panel. Reference may be made to French patent 2,382,109 of February 25, 1977 for additional explanations relating to the possibility of carrying out an electrical polarization switch.
d'une onde hyperfréquence au moyen d'un panneau plan de fils- of a microwave wave by means of a plane board of son-
diodes,- placé sur le-trajet d'une onde. diodes, - placed on the path of a wave.
Un tel panneau est essentiellement constitué par une plaque diélectrique dans l'épaisseur de laquelle est noyé un réseau de fils conducteurs parallèles entre eux et séparés par-une distance de l'ordre d'une fraction de longueur d'onde Chaque fil est en réalité constitué d'une succession de tronçons de fils séparés par des diodes toutes orientées dans le même sens et les tronçons ont une longueur de l'ordre d'une fraction de longueur d'onde. En l'absence de polarisation des diodes ou en présence d'une polarisation inverse, les tronçons de fils sont isolés les uns des autres L'impédance présentée par le -réseau est alors capacitive et provoque un retard de phase de la composante de champ électrique parallèle aux fils Au contraire, -en présence Such a panel is essentially constituted by a dielectric plate in the thickness of which is embedded a network of conductive wires parallel to each other and separated by a distance of the order of a fraction of a wavelength. Each wire is in fact consisting of a succession of son sections separated by diodes all oriented in the same direction and the sections have a length of the order of a fraction of wavelength. In the absence of polarization of the diodes or in the presence of a reverse bias, the wire sections are isolated from each other. The impedance presented by the network is then capacitive and causes a phase delay of the electric field component. parallel to the wires On the contrary, -in the presence
d'une polarisation directe des diodes en série, les fils se com- direct polarization of the diodes in series, the wires are
portent comme des conducteurs continus et non comme des tronçons bear as continuous conductors and not as stretches
isolés L'impédance présentée par le réseau est inductive et pro- The impedance presented by the network is inductive and
voque une avance de phase de la composante de champ électrique parallèle aux fils Selon le nombre de diodes, on peut obtenir plusieurs valeurs de déphasage et il peut être nécessaire de prévoir plusieurs panneaux parallèles ayant éventuellement des If a phase advance of the electric field component parallel to the wires According to the number of diodes, several phase shift values can be obtained and it may be necessary to provide several parallel panels possibly having
orientations de fils différentes.orientations of different threads.
La commutation de polarisation de l'onde hyperfréquence Polarization switching of the microwave wave
se fait par commande de l'alimentation des fils-diodes. is done by command of the supply of the son-diodes.
La présente invention propose d'appliquer ce principe de base de commutation de polarisation à une antenne de type The present invention proposes to apply this basic principle of polarization switching to a type antenna.
Cassegrain, en prévoyant d'une part que des panneaux de fils- Cassegrain, anticipating, on the one hand, that
diodes sont placés immédiatement devant le réflecteur auxiliaire diodes are placed immediately in front of the auxiliary reflector
hyperbolique, tandis que leur système d'alimentation et de com- hyperbolic, while their system of food and
mande est placé derrière ce réflecteur, et d'autre part que les panneaux supportant les fils-diodes et les fils-diodes eux-mêmes ont une forme galbée épousant la forme de la surface du réflecteur Mande is placed behind this reflector, and secondly that the panels supporting the son-diodes and son-diodes themselves have a curved shape matching the shape of the surface of the reflector
auxiliaire.auxiliary.
Une antenne Cassegrain selon l'invention est représentée A Cassegrain antenna according to the invention is represented
à la figure 1.in Figure 1.
Elle comprend un réflecteur principal concave 1, de forme généralement parabolique (paraboloide de révolution) et un réflecteur auxiliaire convexe 2 de forme généralement hyperbolique (hyperboloide de révolution) de dimension beaucoup plus petite que le réflecteur principal 1 (par exemple un diamètre environ dix It comprises a concave main reflector 1 of generally parabolic shape (paraboloid of revolution) and a convex auxiliary reflector 2 of generally hyperbolic shape (hyperboloid of revolution) of dimension much smaller than the main reflector 1 (for example a diameter of about ten
fois plus petit).times smaller).
Une source excitatrice multimode 3 est placée au sommet du réflecteur principal 1 et émet des ondes hyperfréquences vers le réflecteur auxiliaire 2, lequel est maintenu centré devant la source et coaxialement au réflecteur principal par quatre tirants rigides 4 de faible diamètre disposés dans des plans à 45 de A multimode excitation source 3 is placed at the top of the main reflector 1 and emits microwave waves towards the auxiliary reflector 2, which is kept centered in front of the source and coaxially with the main reflector by four small diameter rigid tie rods 4 arranged in 45-degree planes. of
l'axe des réflecteurs.the axis of the reflectors.
Des circuits d'alimentation hyperfréquence désignés par la référence 5 sont placés derrière la source 3, à l'arrière du Microwave supply circuits designated by the reference 5 are placed behind the source 3, at the rear of the
réflecteur principal 1.main reflector 1.
Immédiatement en avant de la surface réfléchissante 6 du réflecteur auxiliaire est placé le polarisateur commandé, 7, qui comporte par exemple trois ensembles 8, 9, 10, de réseaux doubles de fils-diodes: chaque ensemble comporte à la fois une couche de fils diodes parallèles orientés globalement dans une direction donnée et une couche de fils- diode orientés perpendiculairement à Immediately in front of the reflecting surface 6 of the auxiliary reflector is placed the controlled polarizer, 7, which comprises for example three sets 8, 9, 10, of double networks of son-diodes: each set includes both a diode son layer parallel oriented globally in a given direction and a diode-wire layer oriented perpendicular to
ceux de l'autre couche.those of the other layer.
Le détail des ensembles de réseaux de fils-diode sera The detail of the wire-diode arrays will be
donné plus loin.given further.
En arrière du réflecteur auxiliaire 2, sont placés des circuits de commande 12 permettant d'alimenter les diodes des différents réseaux en direct ou en inverse, et des circuits de contrôle 13 permettant de vérifier et de connaître l'état de bon At the rear of the auxiliary reflector 2 are placed control circuits 12 making it possible to feed the diodes of the different networks directly or in reverse, and control circuits 13 making it possible to check and to know the state of good
ou de mauvais fonctionnement des diodes (coupures ou court- or malfunction of the diodes (cuts or short
circuit) donc celui de l'ensemble de polarisation. circuit) therefore that of the set of polarization.
Ces circuits sont reliés aux fils-diodes par des conduc- These circuits are connected to the diode wires by means of
teurs 14, 15 passant à travers des trous 17 de faible diamètre 14, 15 passing through holes 17 of small diameter
percés près du bord du réflecteur 2. drilled near the edge of the reflector 2.
Les circuits 12 et 13 sont placés dans un caisson étanche 16 dont les dimensions sont telles qu'il ne perturbe pas le rayonnement de l'antenne lorsqu'il est placé à l'arrière du The circuits 12 and 13 are placed in a watertight box 16 whose dimensions are such that it does not disturb the radiation of the antenna when it is placed at the rear of the
réflecteur auxiliaire 2.auxiliary reflector 2.
Les tensions d'alimentation des diodes, les ordres de commande, les signaux de contrôle sont véhiculés par des câbles 18, 19 passant à l'intérieur des tirants 4 et provenant d'un The supply voltages of the diodes, the control commands, the control signals are conveyed by cables 18, 19 passing inside the tie rods 4 and coming from a
bottier de commande 11.control cabinet 11.
La figure 2 montre le détail de réalisation du polari- Figure 2 shows the detail of the polari-
seur à commande électronique placé,devant le réflecteur auxiliaire 2. Les trois ensembles 8, 9, 10 de réseaux de fils diodes sont protégés par un radome 20 de faible épaisseur et sont constitués chacun de préférence par trois panneaux qui sont respectivement: un panneau 21 de fils-diodes noyés dans un diélectrique, un panneau diélectrique 22 servant au réglage de l'adaptation des réseaux de fils diodes entre eux, un panneau 23 de fils diodes qui peuvent être orientés The three sets 8, 9, 10 of diode wire arrays are protected by a radome 20 of small thickness and are each preferably constituted by three panels which are respectively: a panel 21 of diode-embedded wires, a dielectric panel 22 for adjusting the matching of the diode wire networks to one another, a panel 23 of diode wires which can be oriented
différemment de ceux du panneau 21. differently from panel 21.
Ces trois panneaux 21, 22, 23 sont séparés par des entretoises qui définissent leur espacement et ils ont tous la même forme sensiblement hyperbolique que la surface 6 du réflecteur auxiliaire 2 L'espacement des panneaux, l'épaisseur de chacun d'eux influent sur la polarisation subie par l'onde These three panels 21, 22, 23 are separated by spacers that define their spacing and they all have the same substantially hyperbolic shape as the surface 6 of the auxiliary reflector 2 The spacing of the panels, the thickness of each of them affect the polarization undergone by the wave
hyperfréquence.microwave.
Les ensembles 8, 9 et 10 sont tous constitués de la même manière, c'est-àdire chacun avec trois panneaux tels que 21, 22, Sets 8, 9 and 10 are all constituted in the same way, that is to say each with three panels such as 21, 22,
23 et ils sont séparés par des entretoises 24. 23 and they are separated by spacers 24.
La figure 3 représente un détail de réalisation d'un panneau 21 ou 23, en coupe transversale et en vue de dessus Le panneau galbé est réalisé en un matériau diélectrique et est pourvu de rainures parallèles 25 pour les fils-diodes, ces rainures étant assez larges pour contenir les diodes 26 reliées par des tronçons de fils 27 Les fils-diodes, ainsi constitués et FIG. 3 shows a detail of a panel 21 or 23, in cross-section and in plan view. The curved panel is made of a dielectric material and is provided with parallel grooves 25 for the diode wires, these grooves being quite wide to contain the diodes 26 connected by son sections 27 son-diodes, thus formed and
maintenus dans les rainures 25, épousent la forme galbée des pan- held in the grooves 25, follow the curved shape of the
neaux 21 et 23.21 and 23.
D'autres rainures 28, plus petites que les rainures 25 et parallèles à ces dernières, servent à maintenir des fils Other grooves 28, smaller than the grooves 25 and parallel thereto, serve to hold wires
d'alimentation 29 pour les fils-diodes. power supply 29 for the son-diodes.
Les fils diodes parallèles entre eux peuvent être séparés par une distance de l'ordre de la demi-longueur d'onde du rayonnement émis, tandis que l'espacement entre un fil-diode et son fil d'alimentation serait de l'ordre du dixième de la longueur d'onde Les panneaux peuvent être réalisés par moulage donnant The diode wires parallel to each other may be separated by a distance of the order of the half-wavelength of the emitted radiation, while the spacing between a diode-wire and its feed wire is of the order of tenth of the wavelength The panels can be made by molding giving
directement la forme galbée désirée avec les rainures parallèles. directly the desired curved shape with the parallel grooves.
Les fils-diodes sont alors mis en place, après quoi les panneaux sont assemblés entre eux, par exemple par cerclage et fixés sur le The son-diodes are then put in place, after which the panels are assembled together, for example by strapping and fixed on the
réflecteur auxiliaire.auxiliary reflector.
L'antenne Cassegrain qui vient d'être décrite peut être utilisée notamment dans les systèmes radar de poursuite et d'écartom 6 trie, de trajectographie, d'écoute spatiale, etc. The Cassegrain antenna which has just been described can be used in particular in radar tracking and tracking systems, trajectory tracking, space listening, etc.
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