FR2704695A1 - Source à rayonnement arrière pour antenne à réflecteur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une source à rayonnement arrière pour antenne à réflecteur et antenne utilisant une telle source. Elle est constituée au moins d'un cornet (7) relié à un guide d'onde (4, 5). Le cornet (7) comporte au moins deux parois inclinées (8, 9) formant une ouverture (10), chaque paroi (8, 9) étant prolongée par une paroi (14, 15) d'inclinaison différente. Application: Radars notamment de surveillance.

Description

SOURCE A RAYONNEMENT ARRIERE POUR

ANTENNE A REFLECTEUR

La présente invention concerne une source à rayonnement arrière pour antenne à réflecteur. Elle s'applique notamment à des antennes elliptiques ayant un diagramme étroit en gisement et large en site, dans le cas d'application par exemple à des radars de surveillance capables d'effectuer une écartométrie en gisement. Plus généralement, elle s'applique à des sources pour antenne à rayonnement arrière dont il est nécessaire d'améliorer le diagramme dans le plan du champ électrique en limitant

notamment les pertes de gain ainsi que le niveau des lobes secondaires.

Pour des raisons d'encombrement, il peut être avantageux d'utiliser pour certaines applications radar des antennes à rayonnement arrière ou encore appelées "rear feed" selon la terminologie anglo saxonne, ce peut être par exemple le cas de radars aéroportés. Par ailleurs, à ces conditions d'encombrement s'ajoutent généralement la nécessité d'obtenir des diagrammes d'antenne de grande qualité et de grande directivité. Ce peut être le cas par exemple d'une antenne de radar de surveillance maritime tournant autour d'un axe vertical, à polarisation horizontale, possédant un large diagramme en site pour la surveillance et un diagramme étroit en gisement pour des mesures d'écartométrie. Une telle antenne comprend alors un réflecteur, éclairé par la source à rayonnement arrière, formé d'un paraboloïde coupé par un plan, la plus grande dimension du réflecteur étant suivant l'axe horizontal et la plus petite dimension suivant l'axe vertical. Pour réaliser des fonctions d'écartométrie, il existe deux types de sources à rayonnement arrière monopulse, destinées à des fonctions d'écartométrie, des sources monopulses à polarisation dans le plan du champ électrique E et des sources monopulses à polarisation dans le plan du champ magnétique H. Les sources à polarisation dans le plan E utilisent des guides parallèles. Les deux guides sont excités par exemple à partir

d'un T magique replié dans le plan E de façon connue de l'homme du métier.

Les voies somme et différence du T magique propagent respectivement les modes TE01 d'une part et TM11 et TE 1 d'autre part. Les sources à polarisation dans le plan H utilisent par exemple un seul guide dans lequel se propagent les modes TE01 pour la voie somme et TE02 pour la voie différence. Les voies somme et différence sont par exemple excitées à partir

d'un T magique de façon connue de l'homme du métier.

Relativement au type d'application précitée, les sources à

rayonnement arrière présentent généralement plusieurs inconvénients.

Parmi ceux-ci un premier inconvénient se traduit notamment par une défocalisation des diagrammes d'une antenne éclairée par ce type de source, ce qui entraîne notamment des lobes secondaires de niveau élevé ainsi qu'une perte de gain, d'o une efficacité et un rendement moindres de l'antenne. Le but de l'invention est de pallier l'inconvénient précité, notamment en permettant d'obtenir des antennes à rayonnement arrière

ayant des bonnes performances au niveau de l'efficacité et du rendement.

A cet effet, I'invention a pour objet une source à rayonnement arrière pour antenne à réflecteur, constituée au moins d'un cornet relié à un guide d'onde, le cornet comportant au moins deux parois inclinées formant une ouverture, caractérisée en ce que chaque paroi est prolongée par une paroi d'inclinaison différente de façon à ce que le centre de phase du

rayonnement se situe à l'intérieur du cornet.

L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de diminuer le taux de polarisation croisée, diminuant ainsi des pertes d'énergie, qu'elle permet de réduire l'encombrement de la source, qu'elle convient à tous types de réflecteurs, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et

qu'elle est économique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront

à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui

représentent: - la figure 1, le synoptique d'une antenne à réflecteur ayant une source à rayonnement arrière; - la figure 2, un mode de réalisation de source à rayonnement arrière selon l'art antérieur; - la figure 3, un T magique replié dans le plan du champ électrique; - la figure 4, un autre mode de réalisation de source à rayonnement arrière selon l'art antérieur; - la figure 5, une source à rayonnement arrière selon l'invention; - les figures 6 et 7, des illustrations des positions de centres de phase par rapport à une source à rayonnement arrière; - la figure 8, un mode de réalisation possible d'un guide d'onde utilisé dans une source selon l'invention - la figure 9, une source selon l'invention utilisant un guide du mode précité; -la figure 10, un autre mode de réalisation possible d'un guide d'onde utilisé dans une source selon l'invention; - la figure 11, un exemple d'application d'une source selon

lo l'invention.

La figure 1 présente le synoptique d'un exemple d'antenne à réflecteur ayant une source à rayonnement arrière. L'antenne comprend un réflecteur 1, de forme paraboloide. Ce réflecteur 1 est éclairé par une source 2 à rayonnement arrière, la source 2 étant reliée à un guide d'onde 3 traversant le réflecteur 1, le guide étant lui-même relié à des moyens de

génération d'ondes hyperfréquence, à la sortie d'un émetteur notamment.

Les figures 2 et 4 présentent des vues détaillées de modes de

réalisation possibles de sources à rayonnement arrière selon l'art antérieur.

La figure 2 présente notamment la partie rayonnante d'une source 2 monopulse à polarisation dans le plan du champ électrique, reliée à deux

guides 4, 5 séparés par une paroi métallique 6.

Les deux guides 4, 5 sont par exemple excités à partir d'un T magique replié dans le plan du champ électrique E, ce T magique 11 étant illustré par la figure 3. Les ondes parcourant les deux guides 4, 5 destinées

à la réalisation du diagramme somme se propagent selon le mode TE01.

L'autre sortie 12 du T magique 11 affectée à la voie différence, est parcourue par une onde se propageant selon l'addition des modes TM11 et TE11. La partie rayonnante de la source 2 est constituée au moins d'un cornet 7 terminé par deux parois 8, 9 formant une ouverture, par exemple planes, coupés par un plan d'ouverture 10 perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde parcourant les guides 4, 5. Le cornet 7 et les guides 4, 5 sont disposés de part et d'autre du plan d'ouverture 10. Ce dernier délimite l'ouverture du cornet 7, donc de la source 2, I'ouverture étant en

regard du réflecteur 1.

La figure 4 présente une source monopulse à polarisation dans le plan magnétique H. La partie rayonnante de la source 2 a un cornet 7 de structure analogue à celui de la source présentée en figure 2, mais dans ce cas, le cornet est relié à un seul guide 13 propageant le mode-TE01 destiné à la voie somme et le mode TE02 destiné à la voie différence. Les voies somme et différence sont excitées à partir d'un T magique replié dans le plan du champ magnétique H. La figure 5, présente une vue en coupe d'un exemple de source selon l'invention. Les parois 8, 9 de terminaison du cornet 7, constitués de parois métallisées, sont prolongés chacune par une nouvelle paroi métallique de terminaison 14, 15 d'inclinaison différente des précédentes 8, 9, les nouvelles parois de terminaison étant ouvertes et faisant par exemple un angle moindre avec le plan médian 16 du cornet 7, ces nouvelles parois

de terminaison sont par exemple planes.

Les figures 6 et 7 illustrent l'effet de l'adjonction des nouvelles

parois de terminaison 14, 15.

La figure 6, montre un résultat connu, à savoir que le centre de phase 17 du rayonnement produit par le cornet 7 dans le plan du champ électrique E se situe en arrière de la source 2 à une distance généralement égale à 0,3 longueurs d'onde. Cette position du centre de phase se traduit par une défocalisation des diagrammes d'une antenne éclairée par une telle source à rayonnement arrière, ce qui entraîne notamment un taux élevé de lobes secondaires ainsi qu'une perte de gain, d'o une efficacité et un

rendement moindre de l'antenne.

Les expériences réalisées par la déposante ont montré qu'en adjoignant les nouvelles parois de terminaison 14, 15 au cornet 7 de la source 2, le centre de phase 17 pouvait se trouver alors à l'intérieur de la source, ce nouveau centre de phase 17' étant par exemple situé dans l'ancien plan d'ouverture 10 comme l'illustre la figure 7. La position du nouveau centre de phase 17' est par exemple obtenue en jouant notamment soit sur la longueur des nouvelles parois de terminaison 14, 15 soit sur leur inclinaison. Le centre de phase étant situé à l'intérieur de la source, la

défocalisation précitée est alors pratiquement supprimée.

La source de la figure 5 présente une source à rayonnement arrière monopulse à polarisation dans le plan du champ électrique E raccordée à deux guides conformément à l'exemple de la figure 1. La paroi 6

de séparation des deux guides 4, 5 est reliée à la paroi arrière du cornet 7.

La figure 8 présente, par une vue de dessus, un mode de réalisation possible du guide d'onde 3 relié à la source 2, ce guide pouvant avoir par exemple une des structures de guides 4, 5, 1.3 illustrées par les figures 2 ou 4. Ce mode de réalisation permet notamment de diminuer le taux de polarisation croisée, et donc de diminuer des pertes d'énergie. Le guide d'onde 3 étant à structure rectangulaire, la figure 8 présente une vue d'un des deux grands côtés du guide. Les bords de ce coté en métal, sont constitués de créneaux 81, les bords du côté opposés étant eux aussi constitués de créneaux. La largeur des créneaux est par exemple égale à VJ4, X étant la longueur d'onde transmise par le guide. La profondeur des créneaux est aussi par exemple de XJ4 ainsi que la distance entre chaque créneau. Le champ électrique E se propageant le long du guide, sa direction étant perpendiculaire aux grands côtés de ce dernier, la direction du champ Ec dû à la polarisation croisé se situe alors dans le plan des grands côtés, ce champ Ec se propageant le long du guide. Les créneaux 81 empêchent la propagation du champ Ec de polarisation croisée. En effet, à un instant t, ce champ Ec étant à une distance D1 d'un créneau quelconque et à une distance D2 du bord voisin du guide, le champ Ec a alors une composante

rayonnée par le créneau et une composante rayonnée par le bord du guide.

Si les longueurs des créneaux ainsi que de leurs intervalles sont sensiblement égaux à 2J4 comme indiqué précédemment, alors la différence entre les distances précitées D1, D2 est sensiblement égale à;J2. Il en résulte que le créneau et le bord du guide précités rayonnent des composantes de champ en opposition de phase au point o est calculé le champ Ec de polarisation, ce qui tend à annuler ce champ Ec. Les créneaux et les intervalles entre les créneaux créent donc des rayonnements

élémentaires en opposition de phases les uns par rapport aux autres.

La figure 9, présente un mode de réalisation possible d'une source 2 selon l'invention, la partie rayonnante étant reliée à un guide muni de créneaux 81, le guide étant relié par ailleurs à un T magique 11. La source comprend notamment un cornet 7 avec des parois 14, 15 prolongeant des parois 8, 9 d'inclinaison différente. Le guide 3, du type de ceux 4, 5, 13 des figures 2 ou 4, dans le cas par exemple d'une application d'antenne monopulse, comporte des créneaux 81 sur les bords de ses grands côtés. Les créneaux ont une largeur et une profondeur par exemple égales au quart de la longueur d'onde transmise. La longueur des intervalles entre les créneaux est aussi par exemple égale au quart de la longueur d'onde. Le T magique 11 est par exemple un T magique replié dans le plan E, avec une entrée 91 par exemple affectée à une voie différence et avec

une entrée 92 par exemple affectée à une voie somme.

Il est possible d'améliorer le mode de réalisation précité, illustré par la figure 9, notamment en changeant la loi d'éclairement à l'ouverture du cornet et cela, en créant par exemple une discontinuité à l'intérieur du guide 3. La figure 10 présente un exemple de réalisation du guide permettant d'obtenir un tel objectif, ce qui permet notamment de réduire l'encombrement d'une antenne utilisant une source selon l'invention, ainsi que son poids. A cet effet, le guide d'onde 3 possède une discontinuité de largeur 101, c'est à dire un endroit o la largeur de ses grands côtés change. Cela permet d'exciter un deuxième mode dans la partie 102 plus large du guide à partir d'un premier mode excité dans la partie 103 plus étroite du guide, les deux modes s'additionnent dans la partie plus large 102. Les figures 10Ob, 10 Oc et 10 d présentent des vues en coupe du guide d'onde 3 avec les représentations respectives du mode TE01, TE03 et

de l'addition des deux modes précités TE01+TE03.

La figure 10 Ob illustre l'amplitude 104 du champ électrique dans la section du guide 3 relativement au mode TE01. Ce premier mode est excité dans la partie étroite 103 du guide. La discontinuité 101 génère l'excitation du mode TE03 illustré par la figure 10c dont une courbe 105 représente l'amplitude. Ces deux modes, connus, s'additionnent dans la partie large

102 du guide puisque le mode TE01 continue à s'y propager.

La figure 10d illustre par une courbe 106 I'addition des modes TE01 et TE03, cette addition crée en fait un nouveau mode TE01+TE03 se propageant dans la partie large 102 du guide, cette partie large 102 du

guide, étant raccordée à la source selon l'invention.

La figure 1 Od montre que l'amplitude du champ électrique, représentée par la courbe 106, à l'intérieur du guide est proche de l'uniformité illustrée par la figure 10e, o l'amplitude du champ électrique E est uniforme sur toute la section du guide. Le champ électrique est donc proche de l'uniformité au niveau de l'ouverture du cornet 7 de la source. Cela permet notamment d'obtenir un diagramme de source plus directif. La directivité est liée généralement à la dimension de la source. Dans le cas de réalisation précitée, les performances obtenues au niveau de l'uniformité du champ électrique en sortie de la source permettent, pour une directivité donnée, de réduire la taille de la source, ainsi d'ailleurs que du guide d'onde

auquel elle est reliée et donc de gagner en encombrement et en poids.

Le guide d'onde utilisé dans la source selon l'invention peut par

exemple posséder la discontinuité 101 ainsi que les créneaux 81 précités.

La figure 11 présente à titre d'exemple, une application d'une source selon l'invention pour un radar de surveillance maritime à

polarisation horizontale. Le réflecteur 1 tourne autour d'un axe vertical 111.

Le réflecteur 1 est découpé dans un paraboloiïde fortement aplati, dans le sens de la verticale, de façon par exemple à obtenir un diagramme étroit en gisement et large en site. La source 2 et le guide d'onde 3 qui l'alimente sont

par exemple structurés conformément au mode de réalisation de la figure 9.

De plus, le guide 3 présente par exemple une discontinuité du type de celui

de la figure 1 Oa afin d'améliorer la directivité de la source.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Source à rayonnement arrière pour antenne à réflecteur (1), constituée au moins d'un cornet (7) relié à un guide d'onde (3), le cornet comportant au moins deux parois inclinées (8, 9) formant une ouverture (10), caractérisée en ce que chaque paroi (8, 9) est prolongée par une paroi (14, ) d'inclinaison différente de façon à ce que le centre de phase (17') du

rayonnement se situe à l'intérieur du cornet (7).

2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les

parois (8, 9, 14, 15) sont planes.

3. Source selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le guide d'onde (3) ayant une section rectangulaire, les bords de ses grands côtés sont constitués de créneaux (81).

4. Source selon la revendication 3, caractérisée en ce que la longueur et la profondeur des créneaux (81) sont sensiblement égales au quart de la longueur d'onde (X/4) se propageant dans le guide (3), I'intervalle entre deux créneaux successifs étant sensiblement égal au quart de cette

longueur d'onde (214).

5. Source selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le guide d'onde (3) ayant une section intérieure rectangulaire, il présente une discontinuité (101) consistant en

une modification de la largeur de ses grands côtés.

6. Source selon la revendication 5, caractérisée en ce que dans la partie (103) du guide ayant la plus petite largeur est excité le mode TE01, la partie du guide ayant le côté de plus grande largeur étant reliée au cornet (7).

7. Source selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le guide (3) est constitué de deux guides d'ondes (4, 5) séparés par une paroi métallique (6) reliée au cornet (7).

8. Source selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que le guide d'onde (3) est relié à son autre extrémité à un T magique (11) replié dans le plan de polarisation du champ électrique.