FR2738401A1

FR2738401A1 - Wide angle antenna network e.g. for radar, telecommunications

Info

Publication number: FR2738401A1
Application number: FR8512259A
Authority: FR
Inventors: Francois Gautier; Jean Noel Bonnier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1997-03-07
Also published as: GB8617441D0

Abstract

The antenna network includes a conical upper section (2) which is mounted on an antenna network base (1). The conical upper section has a number of cells which can be set to be transparent or to reflect signals. For angles smaller than 50 degrees w.r.t. the axis, the reflecting cells are set to be transparent and the antenna network receives radiation directly. For angles greater than 50 degrees, one side of the cone is set to reflecting mode (R) and the other side is set to transparent mode (T). This allows off-axis radiated energy to pass through one cone side, reflect on the next side and to reach the antenna network.

Description

ANTENNE RESEAU A COUVERTURE ANGULAIRE ELARGIE
La présente invention concerne une antenne réseau à couverture angulaire élargie. Une telle antenne peut être utilisée toutes les fois qu'une large couverture angulaire est recherchée, que ce soit au sol ou sur un système embarqué. Ce peut être en radar pour des veilles ou des poursuites sur de grands angles, ou en télécommunications pour des liaisons entre mobiles ou entre mobile et point fixe (liaisons avec satellite par exemple).WIDE ANGULAR COVERED NETWORK ANTENNA
The present invention relates to a network antenna with an enlarged angular coverage. Such an antenna can be used whenever a wide angular coverage is sought, either on the ground or on an embedded system. It can be radar for watches or pursuits on large angles, or telecommunications for links between mobile or between mobile and fixed point (satellite links for example).

On connaît, depuis plusieurs décennies, les principes de fonctionnement et les possibilités des antennes constituées d'un réseau plan d'éléments rayonnants identiques contrôlés en phase et, éven- tuellement, en amplitude. The principles of operation and the possibilities of antennas consisting of a plane array of identical radiating elements controlled in phase and, possibly, in amplitude, have been known for several decades.

Une des caractéristiques majeures de ce type d'antenne est que son gain décroit lorsque la direction d'observation s'éloigne de la normale à l'antenne. Ainsi, si e est l'angle entre la normale et la direction d'observation, la surface apparente de l'antenne décroit environ comme cos e, ce qui réduit considérablement les possibilités de détection au délà de 450
I1 s'agit d'une loi physique qui ne laisse aucun espoir quant à l'amélioration de cette situation. Les méthodes adoptées pour contourner ce problème appartiennent à l'une ou l'autre des cinq catégories suivantes:
- L'antenne réseau 1 est montée sur une mécanique d'orientation permettant de la diriger vers le secteur angulaire à explorer (figure 1).One of the major characteristics of this type of antenna is that its gain decreases when the direction of observation moves away from the normal to the antenna. Thus, if e is the angle between the normal and the direction of observation, the apparent surface of the antenna decreases approximately as cos e, which considerably reduces the detection possibilities beyond 450
This is a physical law that leaves no hope of improving this situation. The methods adopted to work around this problem belong to one of five categories:
The network antenna 1 is mounted on an orientation mechanism making it possible to direct it towards the angular sector to be explored (FIG. 1).

- Un réflecteur 2 à rotation mécanique est associé à une antenne réseau 1 de telle sorte que le faisceau émis puisse être réfléchi (éventuellement focalisé) par le réflecteur (figure 2). La direction d'observation e est alors fixée cumulativement, par une première orientation suivant un angle e1 donné par le réseau, et par une deuxième orientation déterminée par le positionnement mécanique du réflecteur (angle a). Le réseau peut rayonner directement, jusqu'à e = 60 par exemple, (c'est le cas du rayonnement (a)) ou par l'intermédiaire d'une réflexion sur le miroir 2, pour les grands angles (c'est le cas du rayonnement (b)).La surface apparente de l'antenne réseau dans la direction considérée est dans ce dernier cas artificiellement accrue, comme on peut le voir sur la figure 2 par comparaison entre les ouvertures L1 et L2 de deux faisceaux de même direction, émis l'un directement et l'autre par réflexion sur le réflecteur. - A reflector 2 with mechanical rotation is associated with a network antenna 1 so that the emitted beam can be reflected (possibly focused) by the reflector (Figure 2). The observation direction e is then fixed cumulatively, by a first orientation at an angle e1 given by the network, and by a second orientation determined by the mechanical positioning of the reflector (angle a). The grating can radiate directly, up to e = 60 for example (this is the case of the radiation (a)) or by means of a reflection on the mirror 2, for the large angles (this is the The apparent surface of the grating antenna in the direction considered is in this latter case artificially increased, as can be seen in FIG. 2 by comparison between the openings L1 and L2 of two beams of the same type. direction, emitted one directly and the other by reflection on the reflector.

- Plusieurs antennes-réseaux fixes 11, 12, 13... sont associées, chacune d'elles étant orientée vers un secteur angulaire donné (il en faut 4 ou 5 pour une couverture hémisphérique) (figure 3). - Several fixed network antennas 11, 12, 13 ... are associated, each of them being oriented towards a given angular sector (it takes 4 or 5 for a hemispherical cover) (Figure 3).

- L'antenne est un réseau continu unique, dont la forme est celle d'une figure de révolution (cylindre, hémisphére ou autre). - The antenna is a unique continuous network, whose shape is that of a figure of revolution (cylinder, hemisphere or other).

Seuls les éléments vus depuis la direction d'observation sont alimentés et contrôlés en phase (figure 4).Only the elements seen from the viewing direction are powered and controlled in phase (Figure 4).

- L'antenne réseau plan rayonne à travers une lentille divergente 3 amplifiant la déflexion du faisceau (figure 5). - The plane array antenna radiates through a diverging lens 3 amplifying the deflection of the beam (Figure 5).

Les inconvénients de ces solutions s'expriment en termes d'efficacité opérationnelle ou de rendement. The disadvantages of these solutions are expressed in terms of operational efficiency or efficiency.

De façon évidente les deux premières solutions n'autorisent pas la couverture instantanée d'un large secteur angulaire. De plus, et plus spécialement pour les applications aéroportées, la présence d'une mécanique d'orientation du réseau complique énormément la réalisation de l'antenne. Obviously, the first two solutions do not allow instantaneous coverage of a wide angular sector. In addition, and especially for airborne applications, the presence of a network orientation mechanism greatly complicates the realization of the antenna.

Les trois autres catégories de solution sont défavorables en ce qui concerne le rapport du gain maximal de l'antenne au nombre d'éléments implantés. Il est typiquement inférieur, dans un rapport 3 à 5, à celui d'une antenne réseau plan. The other three categories of solution are unfavorable as regards the ratio of the maximum gain of the antenna to the number of implanted elements. It is typically inferior, in a ratio 3 to 5, to that of a planar array antenna.

L'invention diminue les inconvénients qui viennent d'être cités au prix, il est vrai, de la présence d'un élément nouveau qui sera appelé par la suite "réflecteur électronique à transparence contrôlée". Le coût de fabrication de celui est cependant très inférieur à celui du triplement ou quintuplement du nombre d'éléments rayonnants. En outre, pour les radars aéroportés où l'antenne est logée dans le nez de l'avion, l'invention utilise au mieux le volume disponible. The invention reduces the disadvantages just mentioned, the price, it is true, the presence of a new element which will be called thereafter "electronic reflector controlled transparency". The manufacturing cost of this is, however, much lower than that of tripling or quintuplement of the number of radiating elements. In addition, for airborne radars where the antenna is housed in the nose of the aircraft, the invention makes the best use of the available volume.

L'antenne réseau à couverture angulaire élargie, suivant l'invention, comportant un réseau bidimensionnel d'éléments rayonnants contrôlés en phase, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un réflecteur à transparence contrôlée (2) formé lui-même par juxtaposition, sur une structure enveloppant le réseau, au moins partiellement, du côté où l'on veut bénéficier d'une couverture angulaire élargie, d'un ensemble de cellules (2i) à deux états : transparent ou réfléchissant, commandées en transparence (T), soit dans la zone d'interception par cette structure du faisceau directement émis par le réseau, lorsque la direction de ce faisceau fait un angle relativement faible avec la normale au réseau, soit dans la zone d'interception, par cette structure, d'un faisceau faisant un angle relativement grand avec la normale au réseau, et réfléchi par cette structure en réponse à un faisceau incident émis par le réseau, la zone d'interception de ce dernier étant alors commandée en réflexion (R). The wide angle grating antenna, according to the invention, comprising a two-dimensional array of phase-controlled radiating elements, is essentially characterized in that it further comprises a controlled transparency reflector (2) itself formed by juxtaposition, on a structure enveloping the network, at least partially, on the side where one wishes to benefit from an enlarged angular coverage, a set of cells (2i) with two states: transparent or reflective, controlled in transparency (T ), or in the interception zone by this structure of the beam directly emitted by the grating, when the direction of this beam is at a relatively small angle with the normal to the grating, or in the interception zone, by this structure, a beam making a relatively large angle with the normal to the network, and reflected by this structure in response to an incident beam emitted by the network, the intercepting zone ion of the latter being then controlled in reflection (R).

La localisation des zones de transparence et de réflexion est ainsi définie à l'émission, étant entendu que l'antenne fonctionne de la même façon à la réception. The location of the areas of transparency and reflection is thus defined on transmission, it being understood that the antenna operates in the same way on reception.

D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ciannexés dans lesquels:
- les figures 1 à 5 sont des schémas relatifs à l'art antérieur
- les figures 6, 6a, 6b, 6c, 7 et 8 représentent schématiquement un exemple de réalisation d'une antenne suivant l'in invention; - les figures 9 et 10 représentent un autre exemple de réalisation d'une antenne suivant l'invention.Other objects and features of the present invention will appear more clearly on reading the following description of exemplary embodiments, with reference to the attached drawings in which:
FIGS. 1 to 5 are diagrams relating to the prior art
FIGS. 6, 6a, 6b, 6c, 7 and 8 schematically represent an embodiment of an antenna according to the invention; - Figures 9 and 10 show another embodiment of an antenna according to the invention.

Un exemple de réalisation d'une antenne suivant l'invention est représenté schématiquement, suivant une coupe transversale, sur les figures 6, 6a, 6b et 6c et suivant une vue en perspective sur la figure 7. An embodiment of an antenna according to the invention is shown diagrammatically, in cross-section, in FIGS. 6, 6a, 6b and 6c and in a perspective view in FIG. 7.

L'antenne suivant l'invention comporte un réseau bidimentionnel 1 d'éléments rayonnants contrôlés en phase. Ce réseau peut être une antenne réseau classique telle que la décrit la littérature ou telle que de nombreuses sociétés en réalisent. Le contrôle de phase peut être un contrôle de type lignes/colonnes, tel que le permet le procédé RADANT par exemple. Cependant, comme on le verra par la suite, de meilleures performances sont obtenues avec une antenne suivant l'invention lorsque les éléments rayonnants sont contrôlés individuellement en phase, au moyen de déphaseurs ou de lignes à retard par exemple. Comme on le verra également par la suite, un contrôle d'amplitude sur chaque élément rayonnant n'est pas indispensable au fonctionnement de l'ensemble ; on peut cependant en attendre une amélioration des performances de l'antenne. The antenna according to the invention comprises a two-dimensional network 1 of radiating elements controlled in phase. This network can be a conventional network antenna as described in the literature or as many companies realize. The phase control can be a line / column type control, as allowed by the RADANT method, for example. However, as will be seen later, better performances are obtained with an antenna according to the invention when the radiating elements are individually controlled in phase, by means of phase shifters or delay lines, for example. As will also be seen later, an amplitude control on each radiating element is not essential for the operation of the assembly; however, we can expect an improvement in the performance of the antenna.

L'antenne suivant l'invention comporte également un réflecteur 2 à transparence contrôlée. Comme il apparaît plus particulièrement sur la figure 6, ce réflecteur est formé par juxtaposition d'un ensemble de cellules telles que la cellule 2i, à deux états qui sont la transparence et la réflexion totales, quelles que soit l'incidence et la polarisation du rayonnement reçu. Sur les figures 6, 6a, 6b, 6c et 7, le réflecteur 2 revêt une forme conique permettant notamment le logement de l'antenne dans le nez de l'avion. Néanmoins comme on le verra ultérieurement d'autres formes sont possibles. The antenna according to the invention also comprises a reflector 2 with controlled transparency. As it appears more particularly in FIG. 6, this reflector is formed by juxtaposition of a set of cells such as cell 2i, in two states which are the total transparency and reflection, whatever the incidence and the polarization of the radiation received. In Figures 6, 6a, 6b, 6c and 7, the reflector 2 has a conical shape allowing in particular the housing of the antenna in the nose of the aircraft. Nevertheless as will be seen later other forms are possible.

En fonction de la direction d'observation e choisie, deux cas se présentent, qui correspondent respectivement aux figures 6a et
- L'angle e avec la normale au réseau n'est pas trop grand, par exemple inférieur à S0 (cas de la figure 6a, angle e). Alors le réseau est focalisé à l'infini au moyen des commandes de phase et le réflecteur est rendu transparent dans la zone (T) d'interception des rayons émis ou reçus directement par le réseau (rayonnement (a)).Depending on the direction of observation e chosen, two cases occur, which correspond respectively to FIGS.
- The angle e with the normal to the network is not too large, for example less than S0 (case of Figure 6a, angle e). Then the network is focused to infinity by means of phase controls and the reflector is made transparent in the zone (T) of interception of the rays emitted or received directly by the network (radiation (a)).

- L'angle e avec la normale au réseau est élevé, par exemple supérieur à 50 ou 600 (c'est le cas de la figure 6b, angle 42). Dans ce cas le réseau n'émet pas directement vers la direction considérée, mais par réflexion sur le réflecteur 2. Le réflecteur 2 est alors rendu réfléchissant dans la zone (R) d'interception des rayons émis ou reçus par le réseau et transparent dans la zone (T) d'interception des rayons émis ou reçus par le réflecteur (rayonnement (b)). - The angle e with the normal to the network is high, for example greater than 50 or 600 (this is the case of Figure 6b, angle 42). In this case the grating does not emit directly towards the direction considered, but by reflection on the reflector 2. The reflector 2 is then made reflective in the zone (R) intercepting the rays transmitted or received by the network and transparent in the zone (T) for intercepting the rays emitted or received by the reflector (radiation (b)).

L'existence d'un troisième état possible des cellules 2. : absorption totale, peut être mise à profit pour éliminer certains rayonnements parasites dans la mesure où il existe sur le réflecteur des zones qui ne seraient pas utiles en réflexion et qui n'auraient pas à être transparentes. Ceci apparaît sur la figure 6c où les zones d'absorption sont notées (A).The existence of a third possible state of cells 2: total absorption, can be used to eliminate certain parasitic radiation insofar as there are areas on the reflector that would not be useful in reflection and that would not not to be transparent. This appears in Figure 6c where the absorption zones are denoted (A).

La focalisation est obtenue par la loi de phase sur l'antenne réseau, mais, contrairement au cas du rayonnement direct, le réflecteur n'étant pas plan (figure 7), le réseau est focalisé sur la caustique du réflecteur de façon à ce que l'ensemble de l'antenne soit à nouveau focalisé à l'infini. The focusing is obtained by the phase law on the array antenna, but unlike the case of direct radiation, the reflector is not plane (Figure 7), the network is focused on the caustic reflector so that the whole antenna is again focused to infinity.

En effet, lorsque le rayonnement est direct, le gain de l'antenne varie comme Go cos e. Indeed, when the radiation is direct, the gain of the antenna varies as Go cos e.

Lorsque le rayonnement passe par la réflexion sur le réflecteur, l'angle d'observation et le gain sont, en première approximation, reliés par la relation G = Go cos (4 - 2 a). When the radiation passes through reflection on the reflector, the observation angle and the gain are, as a first approximation, connected by the relation G = GB cos (4 - 2 a).

On se reportera à la figure 8 pour la définition des paramètres o! et e dans le cas de rayonnement direct (4l) et dans le cas de rayonnement par réflexion sur le réflecteur (o2). Refer to Figure 8 for the definition of the parameters o! and e in the case of direct radiation (4l) and in the case of reflection radiation on the reflector (o2).

En fait, la réflexion sur un cône ne permet pas de conserver le même rendement d'antenne à moins que son diamètre ne soit grand devant celui de l'antenne. En effet, considérons tous les rayons issus de la direction d'observation et rencontrant le cône (figure 7). Après traversée de la paroi du cône (en Dij), réflexion sur un autre point (intérieur) de la paroi (Bij) certains rayons vont rencontrer l'antenne en Aij.Focaliser l'antenne consiste alors à mettre sur chaque élément du réseau (défini par ses coordonnées i et j) la phase ij telle que tous les trajets optiques soient égaux (à 2xr) près, c'est-à dire
ij - x Aij Bij - > Bij Cii = O (2or) (1) où les points C.. sont tous sur un même plan d'onde (r) quelles que
'J soient les coordonnées i et j.In fact, reflection on a cone does not maintain the same antenna performance unless its diameter is large compared to that of the antenna. Indeed, consider all the rays coming from the direction of observation and meeting the cone (figure 7). After crossing the wall of the cone (in Dij), reflection on another point (inside) of the wall (Bij) some rays will meet the antenna in Aij.Focaliser the antenna then consists in putting on each element of the network ( defined by its coordinates i and j) the phase ij such that all the optical paths are equal (to 2xr), that is to say
ij - x Aij Bij -> Bij Cii = O (2or) (1) where the points C .. are all on the same wave plane (r) whatever
'J are the coordinates i and j.

Cette opération ne rend cepandant pas maître de la quantité d'énergie reçue par chaque élément. Il est clair que l'énergie réfléchie par le réflecteur n'est pas uniformément répartie sur l'antenne et que cette répartition dépend à la fois de la forme du réflecteur, de ses dimensions et de la direction d'observation chaque cas doit être analysé mais il est facile de voir que si le diamètre du réflecteur augmente, la zone concernée par les rayons renvoyés sur l'antenne se rapproche d'un plan et la répartition d'énergie sera plus uniforme sur l'antenne. This operation does not affect the amount of energy received by each element. It is clear that the energy reflected by the reflector is not uniformly distributed over the antenna and that this distribution depends both on the shape of the reflector, its dimensions and the direction of observation, each case must be analyzed. but it is easy to see that if the diameter of the reflector increases, the area affected by the rays reflected on the antenna approaches a plane and the distribution of energy will be more uniform on the antenna.

De même, pour les angles les plus faibles d'utilisation du réflecteur, le contour de la surface utile de réflexion est nettement "trapézoïdal" voire triangulaire, et la symétrie de l'éclairement n'est pas obtenue (figure 7). Likewise, for the weakest angles of use of the reflector, the contour of the useful surface of reflection is clearly "trapezoidal" or even triangular, and the symmetry of the illumination is not obtained (FIG. 7).

I1 serait donc préférable, du point de vue du rendement et de la forme du faisceau de pouvoir contrôler la fonction de transfert en amplitude de chaque élément du réseau. It would therefore be preferable, from the point of view of the efficiency and the shape of the beam, to be able to control the amplitude transfer function of each element of the network.

Ceci implique la présence d'amplificateurs dans les modules du réseau : en contrôlant soit le gain des amplificateurs à l'émission, soit l'atténuation après amplification en réception, on peut optimiser le rendement de l'antenne ainsi que la symétrie du faisceau principal, ce qui améliore la fonction d'écartométrie. This implies the presence of amplifiers in the modules of the network: by controlling either the gain of the amplifiers at the emission, or the attenuation after amplification in reception, one can optimize the yield of the antenna as well as the symmetry of the main beam , which improves the deviation function.

Le calcul de la zone de réflecteur concernée, à mettre en position de réflexion totale, ainsi que le calcul des phases (et éventuellement des amplitudes) sur l'antenne ne peut pas a priori se faire en temps réel dans le calculateur d'antenne : le volume des calculs paraît trop important. The calculation of the reflector zone concerned, to put in total reflection position, as well as the calculation of the phases (and possibly amplitudes) on the antenna can not be done in real time in the antenna computer: the volume of calculations seems too important.

Ces calculs comportent:
- calculs géométriques pour déterminer les points d'entrée dans le réflecteur (Dij) (calcul de la zone de transparence T), les points de réflexion (Bij) (calcul de la zone de réflexion R, définie sur la figure 7 par son contour (a)), le point de rencontre de chacun des rayons incidents avec le réseau (Aij) et la longueur du trajet Aij Bij Cij;
- en première approximation la phase ij à introduire dans chaque élément du réseau ainsi que, éventuellement, la pondération d'amplitude peuvent être calculées au moyen de ce calcul géométrique par application de règles bien connues (cf relation (1) donnée précédemment);;
- pour tenir compte de l'absence de contrôle de l'amplitude sur l'antenne (ou d'un contrôle partiel ou d'un compromis avec d'autres impératifs) et des effets de la diffraction, un calcul inverse, c'est dire calcul du champ créé par l'antenne sur le réflecteur puis calcul du diagramme du faisceau réfléchi, doit être effectué. Les phases (et les amplitudes) seront alors ajustées pour optimiser le faisceau suivant des critères choisis.These calculations include:
- Geometric calculations to determine the points of entry into the reflector (Dij) (calculation of the transparency zone T), the reflection points (Bij) (calculation of the reflection zone R, defined in FIG. 7 by its contour (a)), the meeting point of each of the rays incident with the network (Aij) and the length of the path Aij Bij Cij;
in a first approximation, the phase ij to be introduced into each element of the network as well as, possibly, the amplitude weighting can be calculated by means of this geometrical calculation by application of well-known rules (cf relation (1) given previously);
- to take into account the absence of amplitude control on the antenna (or partial control or compromise with other requirements) and the effects of diffraction, an inverse calculation is ie calculation of the field created by the antenna on the reflector then calculation of the reflected beam pattern, must be performed. The phases (and amplitudes) will then be adjusted to optimize the beam according to selected criteria.

En raison de leur volume important, ces calculs doivent être effectués lors de l'étude de l'ensemble réseau plus réflecteur. Ils seront faits complètement pour un certain nombre de directions du faisceau, suffisamment rapprochées pour ne pas laisser de "trous" dans la couverture ou pour permettre de calculer les lois de phase et d'amplitude correspondant à des directions intermédiaires au moyen de formules d'interpolation simples. Because of their large volume, these calculations must be made during the study of the network plus reflector. They will be made completely for a certain number of directions of the beam, sufficiently close together not to leave "holes" in the coverage or to allow the calculation of the laws of phase and amplitude corresponding to intermediate directions by means of formulas of simple interpolation.

On peut alors stocker dans une mémoire les lois de phase et d'amplitude ainsi que des formules paramétrées d'interpolation. Le calculateur d'antenne n'a alors à faire qu'une petite partie des calculs. The phase and amplitude laws as well as parameterized interpolation formulas can then be stored in a memory. The antenna calculator then has to do only a small part of the calculations.

Une couverture hémisphérique (4 < 90 ) peut être obtenue sans difficulté avec 2a = 300 par exemple. Dans ce cas, le gain à 90" est la même qu'à 600 au rendement de la focalisation près. Dans la zone 500 < e < 600, le rayonnement direct est utilisable avec un gain G voisin de Go/2 (cos e f 1/2). Le rayonnement par réflexion donnerait un gain plus élevé: G > 0,85. Go si le rendement de la focalisation dans le cône était égal à l'unité. Ce n'est pas le cas et les deux façons de rayonner conduisent sans doute à des résultats voisins. Le bénéfice de l'utilisation du réflecteur est donc surtout sensible audelà de 600, ce qui représente tout de même la moitié de l'hemis- phère. A hemispherical coverage (4 <90) can be obtained without difficulty with 2a = 300 for example. In this case, the gain at 90 "is the same as at 600 at the focus efficiency, in the area 500 <e <600, the direct radiation is usable with a gain G close to GB / 2 (cos ef 1 Reflective radiation would give a higher gain: G> 0.85 Go if the efficiency of the focus in the cone was equal to unity This is not the case and the two ways of radiating The benefit of the use of the reflector is therefore especially sensitive above 600, which is still half of the hemisphere.

D'autres performances type sont obtenues en fonction de la
forme du réflecteur. La géométrie de l'ensemble dépend essentiel
lement de la place disponible et de la zone angulaire à privilégier.Other typical performances are obtained according to the
shape of the reflector. The geometry of the whole depends on essential
the available space and the preferred angular area.

D'une manière générale, le réflecteur doit envelopper le
réseau, au moins partiellement, c'est-à-dire du côté opposé à celui
où l'on veut bénéficier d'une couverture angulaire élargie. Par "envelopper on entend à la fois entourer (au moins partiellement) le
réseau, et être incliné par rapport à la direction normale à celui-ci,
de façon à réfléchir correctement le faisceau.In general, the reflector should wrap the
network, at least partially, that is to say on the opposite side to that
where one wants to benefit from an extended angular coverage. By "wrapping one hears at the same time to surround (at least partially) the
network, and be inclined with respect to the direction normal to it,
in order to correctly reflect the beam.

Le réflecteur peut être plan, ou fait de plusieurs plans, pour
priviligier des directions particulières. Sinon c'est une surface
courbe. Cette surface n'est pas obligatoirement de révolution et
centrée sur l'axe du réseau. Bien évidemment une forme de révo
lution, centrée sur l'axe du réseau, égalise les performances pour
toutes les directions ayant le même angle e par rapport à la normale
au réseau, c'est-àaire quelque soit l'angle de rotation du faisceau
autour de la normale au réseau. Le réflecteur peut ainsi être de
forme conique, tronconique, hémisphérique ou même secteur de
sphère.The reflector may be flat, or made of several planes, for
privilege of particular directions. Otherwise it's a surface
curve. This surface is not necessarily a revolution and
centered on the axis of the network. Obviously a form of revo
lution, centered on the axis of the network, equals performance for
all directions having the same angle e with respect to the normal
to the network, that is to say whatever the angle of rotation of the beam
around the normal to the network. The reflector can thus be
conical, frustoconical, hemispherical or even
sphere.

La difficulté de faire une surface courbe peut conduire à
vouloir l'approximer par des plans, de la même façon qu'un polygone
pour approximer un cercle (figure 9). I1 y a dans ce cas une
détérioration des performances dépendant de la position du faisceau
par rapport aux arêtes du réflecteur. Pour limiter les dégradations
dues aux arêtes, les plans formant le réflecteur peuvent être
raccordés par des surfaces courbes (figure 10) ce qui localise les
difficultés de construction.The difficulty of making a curved surface can lead to
want to approximate it with planes, in the same way as a polygon
to approximate a circle (Figure 9). There is in this case a
performance deterioration depending on beam position
relative to the edges of the reflector. To limit the damage
due to the edges, the planes forming the reflector may be
connected by curved surfaces (Figure 10) which locates the
construction difficulties.

Partant par exemple d'un réseau plan de diamètre Q le
réflecteur s'il est de révolution, peut être paramétré en fonction de
son diamètre OR à la base et de l'inclinaison de sa génératrice, si
elle est droite (réflecteur tronconique), ou des paramètres d'une
fonction si la génératrice est courbe.Starting, for example, from a planar network of diameter Q
reflector if it is of revolution, can be parameterized according to
its OR diameter at the base and the inclination of its generator, if
it is straight (frustoconical reflector), or parameters of a
function if the generator is curved.

Là où la place est limitée (par exemple nez d'avion) OR ne sera
guère plus grand que b Le balayage sera alors limité à 90 et l'angle d'ouverture du cône réflecteur sera également compris entre 30 et 450
Pour aller au delà de 900, le diamètre du réflecteur OR devra être nettement plus grand que celui du réseau afin que les rayons réfléchis ne soient pas interceptés par l'antenne. L'angle d'ouverture du cône réflecteur sera alors assez grand (4 5 à 60 ). Where the space is limited (eg aircraft nose) OR will not be
not much larger than b The scan will then be limited to 90 and the opening angle of the reflective cone will also be between 30 and 450
To go beyond 900, the diameter of the reflector OR must be much larger than that of the network so that the reflected rays are not intercepted by the antenna. The opening angle of the reflector cone will then be quite large (45 to 60).

La présente invention n'a pas directement pour objet le réflecteur à transparence contrôlée. Aussi celui-ci ne sera décrit que de façon schématique. Chaque cellule élémentaire 2. de ce réflecteur comporte ainsi par exemple un dipôle d'entrée et un dipôle de sortie reliés entre eux par un guide d'onde sur lequel est disposé un commutateur d'onde électromagnétique (par exemple un commutateur à diodes), ce commutateur ayant deux états : un état ouvert dans lequel l'onde est aiguillée vers le dipôle de sortie (état transparent de la cellule), un état fermé dans lequel l'onde est renvoyée vers le dipôle d'entrée (état réfléchissant de la cellule), et éventuellement un troisième état dans lequel l'onde reçue est renvoyée vers une charge absorbante (état absorbant). The present invention does not directly relate to the reflector with controlled transparency. Also this one will be described only schematically. Each elementary cell 2. of this reflector thus comprises, for example, an input dipole and an output dipole connected to each other by a waveguide on which an electromagnetic wave switch (for example a diode switch) is arranged. this switch having two states: an open state in which the wave is switched to the output dipole (transparent state of the cell), a closed state in which the wave is returned to the input dipole (reflecting state of the cell), and possibly a third state in which the received wave is returned to an absorbent load (absorbing state).

Pour les applications aéroportées, le réflecteur peut être appliqué ou noyé dans l'épaisseur d'un radôme. For airborne applications, the reflector may be applied or embedded in the thickness of a radome.

Claims

An array antenna having an enlarged angular coverage, comprising a two-dimensional network (1) of radiating elements controlled in phase, characterized in that it further comprises a reflector with controlled transparency (2) itself formed by juxtaposition, on a structure enveloping the network, at least partially, on the side opposite to that where it is desired to benefit from an enlarged angular coverage, of a set of cells (2i) with two states: transparent or reflective, controlled in transparency (T) either in the interception zone by this structure of the beam directly emitted by the grating, when the direction of this beam is at a relatively small angle with the normal to the grating, or in the interception zone, by this structure, of a beam making a relatively large angle with the normal to the network, and reflected by this structure in response to an incident beam emitted by the network, the interception zone of the latter then controlled as in reflection (R).

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the cells (2i) of the controlled transparency reflector have a third possible state which is the absorbent state (A).

3. Antenna according to one of claims 1 and 2, characterized in that the different elements of the network (1) are individually controlled in phase.

4. Antenna according to claim 3, characterized in that, in the case where the antenna beam is obtained by reflection on a reflection zone (R) of the reflector (2) and then crossed by a transparency zone (T) of the reflector (2), the phase law of the grating (1) is determined so that all the possible optical paths between the grating, the reflection zone (R), the transparency zone (T) and a plane orthogonal to the beam antenna are equal (to 2;

5. Antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that the various elements of the network (I) are individually controlled amplitude.

6. Antenna according to one of claims I to 5, characterized in that the reflector (2) is plane.

7. Antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflector (2) is made of several planes.

8. Antenna according to claim 7, characterized in that these planes are connected by curved surfaces.

9. Antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflector (2) is a curved surface.

10. Antenna according to one of claims 1 to 5, 7, 8, 9, characterized in that the reflector (2) is of revolution around the network.

11. Antenna according to revendicatons 9 and 10, characterized in that the reflector (2) has a conical or frustoconical shape.

12. Antenna according to claims 9 and 10, characterized in that the reflector (2) has a hemispherical shape or sphere sector.

13. Antenna according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reflector (2) is applied or embedded in the thickness of a radome.