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EP0012055A1 - Source primaire monopulse imprimée et antenne comportant une telle source - Google Patents

Source primaire monopulse imprimée et antenne comportant une telle source Download PDF

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Publication number
EP0012055A1
EP0012055A1 EP79400867A EP79400867A EP0012055A1 EP 0012055 A1 EP0012055 A1 EP 0012055A1 EP 79400867 A EP79400867 A EP 79400867A EP 79400867 A EP79400867 A EP 79400867A EP 0012055 A1 EP0012055 A1 EP 0012055A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiating
zones
primary source
substrate
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP79400867A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0012055B1 (fr
Inventor
Robert Pierrot
François Gautier
Pierre Crochet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0012055A1 publication Critical patent/EP0012055A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0012055B1 publication Critical patent/EP0012055B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/02—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing sum and difference patterns

Definitions

  • the present invention relates to a printed monopulse primary source, in particular for an airborne radar antenna, and to the antenna comprising such a source.
  • a monopulse primary source comprises radiating elements supplied with electromagnetic energy to develop a summing path and one or two difference paths oriented, for example, in elevation and in bearing, ⁇ S, ⁇ G channels.
  • An object of the present invention is the implementation of a printed monopulse primary source which does not have the aforementioned drawbacks and limitations.
  • Another object of the present invention is the implementation of a printed monopulse primary source comprising independent sum and difference channels.
  • Another object of the present invention is the implementation of a printed monopulse antenna having, due to its great simplicity of production, a low production cost.
  • the printed monopulse primary source comprises on a substrate of dielectric material a series of radiating zones forming at least one sum path and a difference path.
  • the radiating zones are arranged on a first face of the substrate of dielectric material.
  • the sum and difference channels constituted by distinct radiating zones are independent.
  • a reception supply circuit for the radiating zones, and connection means ensure the electrical connection of the radiating zones to the reception supply circuit in the thickness of the dielectric material substrate, the reception supply circuit and the radiating zones being separated. .
  • Such a printed monopulse source can be used in any airborne radar, in particular in active missile or self-steering radars.
  • the printed monopulse source object of the invention comprises, on a first face of a substrate of dielectric material 1, a series of radiating zones 20, 21, 22, 23, 24 constituting the radiating element of the primary source.
  • the first face of the substrate of dielectric material comprises five radiating zones constituting sum channels, site difference path ⁇ S, and field difference difference ⁇ G channel formed by distinct radiating zones. Any embodiment comprising a different number of radiating zones aimed at forming at least one sum channel ⁇ and one difference channel ⁇ does not depart from the scope of the present invention.
  • the primary source also comprises, disposed on a second face of the substrate opposite to the first face, a reception supply circuit 2 of the radiating zones 20, 21, 22, 23 24.
  • Connection means 3 provide the electrical connection of the zones radiating to the receiving supply circuit 2 in the thickness of the substrate of dielectric material.
  • the sum and difference channels comprise, on the first face of the substrate of dielectric material, a central radiating zone 20 forming the sum channel Z and four lateral radiating zones 21, 22, 23, 24 arranged symmetrically with respect to the central radiating zone 20.
  • the four lateral radiating zones 21, 22, 23, 24 are arranged symmetrically with respect to the central radiating zone 20 and respectively form two by two, radiating zones 21, 22 and 23, 24, the site difference tracks ⁇ S and deposit difference ⁇ G.
  • the three channels ⁇ , ⁇ S, ⁇ G are thus independent, the radiation patterns of these three channels being adjusted experimentally taking into account the couplings between the radiation zones.
  • the substrate of dielectric material 1 is constituted by a first and a second wafer of dielectric material 11, 12 each comprising on a first face a conductive sole 110, 120 or ground plane of reference.
  • the two conductive soles are for example produced by metallization and the two plates 11, 12 are placed back to back by their conductive sole 110, 120.
  • the two conductive soles 110 and 120 are joined to one another by means of a metal frame 4 ensuring, on the one hand, the electrical contact between the two conductive soles 111 and 120, and on the other hand , good rigidity and good sealing of the assembly.
  • the reception supply circuit 2 is directly connected to output terminals 5, 6 fixed to the chassis 4 and the central radiating area 20 is directly connected to an electromagnetic energy supply terminal 7 by a coaxial cable for example.
  • the connection means 3 are advantageously constituted by coaxial lines for example.
  • the reception supply circuit for the radiating zones comprises for each difference channel ⁇ S, ⁇ G, a transmission line in T 13, 14.
  • the branches 131, 132 and 141, 142 of each Tees have respectively equal lengths L and their ends are respectively connected to a lateral radiating zone forming a difference path by the connection means 3.
  • the lengths L of the Tees are determined experimentally in order to optimize the radiation patterns.
  • the Tee lines 13, 14 are, for example, ribbon lines each comprising an impedance transformer 133, 143.
  • connection means of the central radiating zone are directly connected to the supply terminal 7.
  • the terminals 5, 6, 7 are for example coaxial terminals fixed to the chassis.
  • a primary source prototype was produced for S-band operation, the operating wavelength being close to 10 cm.
  • the assembly taking into account the metal chassis 4. has the appearance of a reduced cylindrical volume of 13 cm in diameter and 6 cm in height.
  • the radiating zones are printed on a dielectric plate of 5 mm thick glass epoxy copper laminate dielectric constant of two faces 4, 5.
  • the reception feed circuit is formed on a dielectric material wafer known as trade name of metallized "Rexolite" two faces, thickness 1.7 mm and dielectric constant 2.5.
  • FIG. 4 relates to an embodiment of the invention allowing operation of the source in the frequency bands such as the Ku band for wavelengths of the order of a centimeter, the implementation in microelectronics being facilitated by the simplification of the source structure.
  • the substrate of dielectric material 1 is constituted by a wafer of single dielectric material comprising, on the one hand, a first face constituting the first face of the substrate 1.
  • This first face comprises the distinct radiating zones constituting the channels sum ⁇ and difference ⁇ S, to G.
  • the second face of the wafer of dielectric material opposite the first face, constitutes the second face of the substrate and comprises a conductive sole 150.
  • the second face of the wafer of dielectric material comprises two T-shaped transmission lines 16, 17 constituting with the metal sole 150 coplanar transmission lines.
  • the branches of Tees of identical length are respectively connected to a lateral radiating zone forming a difference path Z. S or ⁇ G by the connection means 3.
  • the transmission lines 16 and 17 are connected to the coaxial terminals 5, 6 not shown in the figure 4 and the metal chassis 4 can be reduced to a simple metal cylinder welded to the conductive sole 150 if this chassis is necessary for the mechanical maintenance of the primary source.
  • the coaxial supply terminal 7 can be welded directly to the metal soleplate 150.
  • the lateral radiating zones 21, 22, 23, 24 are excited two by two for each site difference path and deposit in phase opposition, the lateral radiating zones constituting the difference channels by the choice of their excitation point .
  • the connection means 3 ensuring the electrical connection of the radiating zones to the reception supply circuit are connected to these radiating zones at a particular point determining the excitation point 204, 211, 221, 231 of each of the zones .
  • the excitation point of each radiating zone has, with respect to the zero-field radio center of each zone, a determined eccentricity e.
  • the radiating zones consist of circular metallized pellets of the same diameter printed on the substrate of dielectric material.
  • the radio center in this case corresponds to the center of each patch.
  • the arithmetic value of the eccentricity is characteristic of the impedance of each radiating zone.
  • the excitation point of two lateral radiating zones forming a difference channel has an opposite eccentricity, the eccentricity being measured in magnitude and in sign with respect to the eccentricity of the central radiating zone defining the direction of polarization of the radioelectric signal .
  • the direction of polarization of the signals is represented, at the level of each radiating zone, by a vector P whose origin is located at the radioelectric center of the radiating zone and the end at the point of excitation of The area.
  • the lateral zones constituting a difference site or deli deposit route come to the reception of the signals in phase opposition due to the equality of the branches of each tee up to the level of their respective junction.
  • the phase opposition of the signals in each difference channel is thus carried out in principle and is independent of the frequency.
  • the operating band of the primary source is only limited by the radiating zones themselves and by the Tees whose standing wave rate is only suitable for a determined frequency band.
  • the choice of identical electrical lengths for the transmission lines 16, 17 up to the level of the terminals 5, 6 makes it possible to obtain the phasing of the signals by construction.
  • All of the embodiments of the invention shown in FIGS. 2 to 5 include radiating zones of circular shape. Any embodiment comprising radiating zones of different shape does not depart from the scope of the present invention.
  • the radiating zones are square metallized pellets 30, 31, 32, 33, 34 of the same dimensions.
  • the direction of polarization of the electric field is also given by a polarization vector P whose origin corresponds to the radio-electric center of the radiating zone and the end with the excitation point 301, 311, 321, 331, 341.
  • the eccentricity e of the excitation points of the lateral radiating zones is preferably defined in a direction parallel to the eccentricity of the central radiating zone.
  • the power supply circuit for receiving the radiating zones consists of at least one hybrid circuit 70 comprising two asymmetrical inputs phase-shifted by n 701 and 702 decoupled.
  • the hybrid circuit is arranged on a substrate of dielectric material 100 independent of the dielectric substrate 1 comprising the radiating zones constituting the radiant element.
  • the dielectric substrate 100 is, for example, mounted on a metal frame 200 ensuring the mechanical strength of the reception supply circuit.
  • Each of the phase-shifted inputs of n 701, 702 is connected respectively by terminals 201, 202, of the coaxial terminal type fixed to the chassis 200, to one of the lateral radiating zones 21, 22 by means of connection means 3 of equal electrical length. . ''
  • the connection means 3 preferably consist of a coaxial cable whose central core is connected to a phase-shifted input of ⁇ 701, 702 of the hybrid circuit 70 and at the point of excitation of each radiating zone defining with the radio center of each radiating area the direction of polarization P of the electric field of the emission signal.
  • the external conductor of the coaxial cables constituting the connection means 3 are connected to the conductive sole 110 of the substrate 1 and to the chassis 200 of the substrate 100 by means of terminals 201, 202 and coaxial terminals directly soldered to the conductive sole 110 of the substrate 1 and not shown in FIG. 7.
  • the excitation points of each zone have an identical eccentricity e, the phase shift of n making it possible to form the corresponding difference channel being brought to the level of the hybrid circuit 70.
  • the power supply circuit for receiving the radiating zones is constituted by at least one hybrid circuit 71 disposed on a substrate of independent dielectric material comprising two symmetrical inputs in phase 711 and 712 connected by the terminals 201, 202 respectively to the lateral radiating zones 21 and 22 forming at least one difference channel.
  • the difference signal is obtained on a channel 713 connected to a terminal 203, the connection means 3 ensuring the electrical connection of the radiating zones with the receiving supply circuit are connected at a particular point of each radiating zone determining the point of excitation. of each radiating zone.
  • the excitation point of the two lateral radiating zones forming the difference channel have, according to FIG. 8, an opposite eccentricity, the eccentricity e being measured in magnitude and in sign with respect to the eccentricity of the central radiating zone defining the direction polarization of the radio signal emitted by the primary source.
  • the two lateral zones 21 and 22 directly delivering signals in phase opposition to the hybrid ring 71 form a difference path therewith.
  • FIGS. 7 and 8 allow, by the complete separation of the reception supply circuit of the radiating element from the source, complete decoupling of the transmission-supply-reception functions and an improvement system performance from the point of view of channel decoupling.
  • the antenna according to the invention shown in Figure 9, it comprises a parabolic reflector 90.
  • the radiating element of the primary source 1 is disposed at the focus of the reflector 90 and held in position by a part frustoconical 91 solidiaire of the reflector.
  • the frusto-conical part 91 covers the opening of the reflector and is, for example, fitted therein and fixed to the latter by any suitable means.
  • the frustoconical part 91 has at its top a housing 92 intended to receive the radiating element 1 from the primary source, the radiating zones forming the independent sum and difference channels being oriented towards the reflector.
  • the frustoconical part 91 is constituted by a dielectric material with a dielectric constant of less than 1.1, such as a polyurethane foam for example.
  • the reception supply circuit 2 constituting with the radiating element 1 the primary source is for example arranged on the back of the reflector.
  • the connection means 3 constituted by coaxial cables connect the reception supply circuit to the radiating element 1 as described and shown in FIGS. 7 or 8 for example, the semi-rigid coaxial cables allowing the mechanical maintenance of the whole part radiating 1 frustoconical part 91 and the reflector 90.
  • the caxial cables are preferably arranged along a generator of the frustoconical part orthogonally to the vector P representing the vector polarization of the electric field of the signal emitted by the primary source. Any embodiment in which the primary source or the radiating part of the primary source is offset in off-set with respect to the focus of the reflector of the radar antenna does not depart from the scope of the present invention.
  • the simplicity of the reception supply circuit makes it possible to obtain low radioelectric losses, the integration of the reception supply circuit and of the radiating zones on the opposite faces of the dielectric substrate or on wafers. separate dielectric and separation of sum and difference channels to minimize these losses.
  • the circuits of the monopulse primary source which is the subject of the invention can be produced by the photoengraving technique, this makes it possible to obtain radiating and supply circuits of high precision and of low cost for a minimum bulk compared to the sources. classics.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

La source primaire monopulse imprimée pour antenne radar comporte, disposée sur une première face d'un substrat de matériau diélectrique (1), des zones rayonnantes (20, 21, 22, 23, 24) formant des voies somme, différence site et différence gisement indépendantes. Un circuit d'alimentation réception (2) des zones rayonnantes est disposé sur une deuxième face du substrat, opposée à la première face. Des moyens de connexion (3) assurent la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception dans l'épaisseur du substrat (1). Application aux radar aéroportés.

Description

  • La présente invention est relative à une source primaire monopulse imprimée, notamment pour antenne de radar aéroporté, et à l'antenne comportant une telle source.
  • Une source primaire monopulse comporte des éléments rayonnants alimentés en énergie électromagnétique pour élaborer une voie sommer et une ou deux voies différences orientées, par exemple, en site et en gisement, voies Δ S, Δ G.
  • Les sources primaires monopulse utilisées jusqu'à ce jour peuvent être classées en deux catégories :
    • - les sources monopulse réalisées par l'association de plusieurs guides d'ondes métalliques, généralement de section rectangulaire, ou par l'utilisation de guides d'ondes de section surdimensionnée dans lesquels sont engendrés des modes de propagation d'ordre supérieur permettant de donner naissance à des signaux d'erreur dans les plans site et gisement. Ces sources, de conception et de réalisation complexe, sont chères et encombrantes leur longueur pouvant atteindre 3 à 10 fois la longueur d'onde du signal électromagnétique transmis, suivant la complexité de la source. De telles sources ont été décrites en particulier dans les publications de L. THOUREL, chapitre 9, intitulée "Les Antennes" publiée en 1971 (DUNOD) et de S.W. DRABOWITCH intitulée "Multimode Antennas" publiée dans la revue "Microwave Journal" de janvier 1966, pages 41 à 51.
    • - les sources monopulse imprimées qui élaborent les signaux somme et différence au moyen d'un circuit d'alimentation réception gravé connu sous le vocable anglo- saxon de circuit "microstrip". Ces sources sont constituées d'éléments rayonnants imprimés. Chaque élément rayonnant est une surface conductrice séparée d'un plan de masse par un substrat de matériau diélectrique. L'alimentation des éléments rayonnants est effectuée, en général, par un réseau de circuits hyperfréquence connus, jonctions hybrides
      Figure imgb0001
      λ, regroupés sur la surface du substrat qui comporte les éléments rayonnants. Des circuits similaires à une voie ont été décrits en particulier dans les brevets américains n° 3 921 177 et 3 811 128 de Robert E.M son. Ces circuits d'alimentation sont encombrants et introduisent des pertes importantes au niveau des éléments rayonnants. En particulier dans le cas d'une source monopulse imprimée classique, telle que représentée figure 1, comportant quatre éléments rayonnants A, B, C, D reliés par quatre jonctions hybrides a, b, c, d, la voie sommez-est délivrée par deux jonctions en cascade ce qui augmente d'autant les pertes sur la voie sommes et les voies différence site et différence gisement ΔS, ΔG. Des couplages indésirables entre les différentes voies à certaines fréquences peuvent également dégrader les performances de la source.
  • Un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une source primaire monopulse imprimée qui ne présente pas les inconvénients et limitations précités.
  • Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une source primaire monopulse imprimée comportant des voies somme et voies différence indépendantes.
  • Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une antenne monopulse imprimée présentant, du fait d'une grande simplicité de réalisation, un faible coût de production.
  • Selon l'invention, la source primaire monopulse imprimée comporte sur un substrat de matériau diélectrique une série de zones rayonnantes formant au moins une voie somme et une voie différence. Les zones rayonnantes sont disposées sur une première face du substrat de matériau diélectrique. Les voies somme et différence constituées par des zones rayonnantes distinctes sont indépendantes. Un circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes, et des moyens de connexion assurent la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception dans l'épaisseur du substrat de matériau diélectrique, le circuit d'alimentation réception et les zones rayonnantes étant disjoints.
  • Une telle source monopulse imprimée peut être utilisée dans tout radar aéroporté, notamment dans les radars de missiles ou auto-directeurs actifs.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après où les mêmes références représentent les mêmes éléments et, dans lesquels, outre la figure 1 représentant une réalisation selon l'art antérieur,
    • - la figure 2 représente une vue en perspective de la source primaire selon l'invention ;
    • - les figures 3 et 4 représentent une vue de face du circuit d'alimentation réception de la sources primaire conformément à la figure 2 ;
    • - les figures 5 et 6 représentent une vue de face du circuit rayonnant de la source primaire conformément à la figure 2 ;
    • - les figures 7 et 8 représentent une variante de réalisation de l'invention ;
    • - la figure 9 représente une antenne comportant une source primaire selon l'invention.
  • Dans les dessins, les différentes proportions et cotes relatives des éléments ne sont pas respectées afin d'assurer une meilleure compréhension de l'ensemble.
  • Selon la figure 2, la source monopulse imprimée objet de l'invention comporte, sur une première face d'un substrat de matériau diélectrique 1, une série de zones rayonnantes 20, 21, 22, 23, 24 constituant l'élément rayonnant de la source primaire. Selon la figure 2, la première face du substrat de matériau diélectrique comporte cinq zones rayonnantes constituant des voies somme , voie différence site ΔS, et voie différence gisement ΔG indépendantes formées par des zones rayonnantes distinctes. Tout mode de réalisation comportant un nombre différent de zones rayonnantes visant à former au moins une voie somme Σ et une voie différence Δ ne sort pas du cadre de la présente invention. La source primaire comporte également, disposé sur une deuxième face du substrat opposée à la première face, un circuit d'alimentation réception 2 des zones rayonnantes 20, 21, 22, 23 24. Des moyens de connexion 3, assurent la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception 2 dans l'épaisseur du substrat de matériau diélectrique. Ainsi selon la figure 2, les voies somme et différence comportent, sur la première face du substrat de matériau diélectrique, une zone rayonnante centrale 20 formant la voie somme Z et quatre zones rayonnantes latérales 21, 22, 23, 24 disposées symétriquement par rapport à la zone rayonnante centrale 20. Les quatre zones rayonnantes latérales 21, 22, 23, 24 sont disposées symétriquement par rapport à la zone rayonnante centrale 20 et forment respectivement deux à deux, zones rayonnantes 21, 22 et 23, 24, les voies différence site Δ S et différence gisement Δ G. Les trois voies Σ , Δ S, Δ G sont ainsi indépendantes, les diagrammes de rayonnement de ces trois voies étant ajustés expérimentalement en tenant compte des couplages entre les zones de rayonnement. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 2, le substrat de matériau diélectrique 1 est constitué par une première et une deuxième plaquette de matériau diélectrique 11, 12 comportant chacune sur une première face une semelle conductrice 110, 120 ou plan de masse de référence. Les deux semelles conductrices sont par exemple réalisées par une métallisation et les deux plaquettes 11, 12 sont accolées dos à dos par leur semelle conductrice 110, 120. Selon le mode de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention représenté figure 2, les deux semelles conductrices 110 et 120 sont accolées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un chassis métallique 4 assurant, d'une part, le contact électrique entre les deux semelles conductrices 111 et 120, et d'autre part, une bonne rigidité et une bonne étanchéité de l'ensemble. La deuxième face de chaque plaquette de matériau diélectrique 11, 12, opposée à la première face, forme respectivement la première et la deuxième face du substrat de matériau diélectrique. Le circuit d'alimentation réception 2 est relié directement à des bornes de sortie 5, 6 fixées au chassis 4 et la zone rayonnante centrale 20 est connectée directement à une borne d'alimentation en énergie électromagnétique 7 par un câble coaxial par exemple. Les moyens de connexion 3 sont constitués, avantageusement, par des lignes coaxiales par exemple.
  • Selon le détail de réalisation représenté figure 3, le circuit d'alimantation réception des zones rayonnantes comporte pour chaque voie différence Δ S, Δ G, une ligne de transmission en Té 13, 14. Les branches 131, 132 et 141, 142 de chaque Té ont des longueurs L respectivement égales et leur extrémité est respectivement connectée à une zone rayonnante latérale formant une voie différence par les moyens de connexion 3. Les longueurs L des Tés sont déterminées expérimentalement afin d'optimaliser les diagrammes de rayonnement.
  • Les lignes en Té 13, 14, sont, par exemple, des lignes à rubans comportant chacune un transformateur d'impédance 133, 143.
  • Les moyens de connexion de la zone rayonnante centrale sont directement reliés à la borne d'alimentation 7. Les bornes 5, 6, 7 sont par exemple des bornes coaxiales fixées au chassis.
  • Un prototype de source primaire a été réalisé pour un fonctionnement en bande S, la longueur d'onde de fonc- tipnnement étant voisine de 10 cm.
  • L'ensemble, compte tenu du chassis métallique 4 . présente l'aspect d'un volume cylindrique réduit de 13 cm de diamètre et de 6 cm de hauteur. Les zones rayonnantes sont imprimées sur une plaquette de matériau diélec- trique de 5 mm d'épaisseur en stratifié verre époxy cuivré deux faces de constante diélectrique 4, 5. Le circuit d'alimentation réception est réalisé sur une plaquette de matériau diélectrique connu sous la dénomination commerciale de "Rexolite" métallisée deux faces, d'épaisseur 1,7 mm et de constante diélectrique 2, 5.
  • Le fonctionnement de la source primaire monopulse imprimée objet de l'invention telle que représentée figures 2 et 3 est le suivant :
    • - l'implantation des zones rayonnantes 20, 21, 22, 23, 24 est effectuée en tenant compte du couplage entre zones rayonnantes de façon à obtenir la meilleure adaptation. La voie somme correspondant à la zone rayonnante centrale 20 émet en polarisation rectiligne et rayonne selon un diagramme en forme de cosinus modifié par le couplage des zones rayonnantes latérales. A l'émission les longeurs de lignes de transmission en Té du circuit d'alimentation réception sont-telles que, du fait du couplage des zones rayonnantes, une fraction de l'énergie rayonnée est captée par les zones rayonnantes latérales puis transmise par les branches du Té jusqu'au Té lui- même où elles se réfléchissent du fait de leur opposition de phase.
  • Cette fraction d'énergie non dissipée par la jonction de chaque Té se réfléchit et est rayonnée à nouveau par les zones rayonnantes latérales qui participent de ce fait au diagramme de rayonnement global de l'antenne, les lignes de transmission en Té constituant de ce fait le circuit d'alimentation réception. A la réception les zones rayonnantes latérales 21, 22, 23, 24, sont excitées par l'énergie électromagnétique réfléchie par un obstacle ou écho selon le mode de fonctionnement classique des sources monopulses, la zone rayonnante centrale 20 influant peu par son couplage sur chacune des zones rayonnantes latérales et pouvant être déconnectée des circuits d'émission.
  • La figure 4 est relative à un mode de réalisation de l'invention permettant un fonctionnement de la source dans les bandes de fréquence telles que la bande Ku pour des longueurs d'onde de l'ordre du centimètre, la mise en oeuvre en microélectronique étant facilitée du fait de la simplification de structure de la source.
  • Selon ce mode de réalisation, le substrat de matériau diélectrique 1 est constitué par une plaquette de matériau diélectrique unique comprenant, d'une part, une première face constituant la première face du substrat 1. Cette première face comporte les zones rayonnantes distinctes constituant les voies somme Σ et différence Δ S, à G. La deuxième face de la plaquette de matériau diélec- troqie, opposée à la première face, constitue la deuxième face du substrat et comporte une semelle conductrice 150. La deuxième face de la plaquette de matériau diélectrique comporte deux lignes de transmission en Té 16, 17 constituant avec la semelle métallique 150 des lignes de transmission coplanaires. Les branches des Tés de longueur identique sont connectées respectivement à une zone rayonnante latérale formant une voie différence Z. S ou Δ G par les moyens de connexion 3. Les lignes de transmission 16 et 17 sont connectées aux bornes coaxiales 5, 6 non représentées figure 4 et le chassis métallique 4 peut se réduire à un simple cylindre métallique soudé sur la semelle conductrice 150 si ce chassis est nécessaire pour le maintien mécanique de la source primaire. La borne coaxiale d'alimentation 7 peut être soudée directement sur la semelle métallique 150.
  • Selon la figure 5, les zones rayonnantes latérales 21, 22, 23, 24 sont excitées deux à deux pour chaque voie différence site et gisement en opposition de phase, les zones rayonnantes latérales constituant les voies différence par le choix de leur point d'excitation. Selon la figure 5, les moyens de connexion 3 assurant la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception sont connectés à ces zones rayonnantes en un point particulier déterminant le point d'excitation 204, 211, 221, 231 de chacune des zones. Le point d'excitation de chaque zone rayonnante présente, par rapport au centre radio-électrique de champ nul de chaque zone, une excentricité e déterminée. Suivant le mode de réalisation particulier non limitatif de la figure 5, les zones rayonnantes sont constituées par des pastilles métallisées circulaires de même diamètre imprimées sur le substrat de matériau diélectrique. Le centre radio-électrique correspond dans ce cas au centre de chaque pastille. La valeur arithmétique de l'excentricité est caractéristique de l'impédance de chaque zone rayonnante. Le point d'excitation de deux zones rayonnantes latérales formant une voie différence présente une excentricité opposée, l'excentricité étant mesurée en grandeur et en signe par rapport à l'excentricité de la zone rayonnante centrale définissant la direction de polarisation du signal radio-électrique. Sur la figure 5, la direction de polarisation des signaux est représentée, au niveau de chaque zone rayonnante, par un vecteur P dont l'origine est située au centre radio-électrique de la zone rayonnante et l'extrémité au point d'excitation de la zone. Les zones latérales constituant une voie différence site ou gisement délivrent à la réception des signaux en opposition de phase du fait de l'égalité des branches de chaque Té jusqu'au niveau de leur jonction respective. L'opposition de phase des signaux dans chaque voie différence est ainsi réalisée par principe et est indépendante de la fréquence. La banda de fonctionnement de la source primaire est uniquement limitée par les zones rayonnantes elles-mêmes et par les Tés dont le taux d'onde stationnaire n'est convenable que pour une bande de fréquence déterminée. De plus, le choix de longueurs électriques identiques pour les lignes de transmission 16, 17 jusqu'au niveau des bornes 5, 6 permet d'obtenir la mise en phase des signaux par construction. L'ensemble des modes de réalisation de l'invention représentés figures 2 à 5 comporte des zones rayonnantes de forme circulaire. Tout mode de réalisation comportant des zones rayonnantes de forme différente ne sort pas du cadre de la présente invention. En particulier selon une variante de réalisation de l'invention représentée figure 6, les zones rayonnantes sont des pastilles métallisées carrées 30, 31, 32, 33, 34 de mêmes dimensions.
  • Dans ce cas la direction de polarisation du champ électrique est encore donnée par un vecteur polarisation P dont l'origine correspond au centre radio-électrique de la zone rayonnante et l'extrémité avec le point d'excitation 301, 311, 321, 331, 341. Dans tous les cas l'excentricité e des points d'excitation des zones rayonnantes latérales est définie, de préférence, dans une direction parallèle à l'excentricité de la zone rayonnante centrale.
  • Selon une variante de réalisation représentée figure 7, le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes est constitué par au moins un circuit hybride 70 comportant deux entrées dissymétriques déphasées de n 701 et 702 découplées.
  • Le circuit hybride est disposé sur un substrat de matériau diélectrique 100 indépendant du substrat diélectrique 1 comportant les zones rayonnantes consituant l'élément rayonnant. Le substrat diélectrique 100 est, par exemple, monté sur un chassis métallique 200 assurant la tenue mécanique du circuit d'alimentation réception. Chacune des entrées déphasées de n 701, 702 est reliée respectivement par des bornes 201, 202, du type borne coaxiale fixée au chassis 200, à une des zones rayonnantes latérales 21, 22 par l'intermédiaire de moyens de connexion 3 de longueur électrique égale. '
  • La différence est obtenue sur une sortie 703 connectée à une borne 203. La zone rayonnante centrale 20 est directement reliée à une borne d'alimentation du système d'aiguillage émetteur-récepteur du radar. Les moyens de connexion 3 sont constitués de préférence par un cable coaxial dont l'âme centrale est connectée à une entrée déphasée de π 701, 702 du circuit hybride 70 et au point d'excitation de chaque zone rayonnante définissant avec le centre radioélectrique de chaque zone rayonnante la direction de polatisation Pdu champ électrique du signal d'émission. Le conducteur externe des cables coaxiaux constituant les moyens de connexion 3 sont reliés à la semelle conductrice 110 du substrat 1 et au chassis 200 du substrat 100 par l'intermédiaire de bornes 201, 202 et de bornes coaxiales directement soudées à la semelle conductrice 110 du substrat 1 et non représentées figure 7.
  • Selon le mode de réalisation non limitatif représenté figure 7, les points d'excitation de chaque zone présentent une excentricité e identique, le déphasage de n permettant de former la voie différence correspondante étant apporté au niveau du circuit hybride 70.
  • Tout mode de réalisation comportant un nombre de zones rayonnantes latérales et, consécutivement, de circuits hybrides diffèrent en vue de former plus d'une voie différence et dans lequel le déphasage de n, permettant la sommation algébrique des signaux correspondants, est obtenu par des solutions différentes ne sort pas du cadre de la présente invention.
  • En particulier selon le mode de réalisation représenté figure 8, le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes est constitué par au moins un circuit hybride 71 disposé sur un substrat de matériau diélectrique indépendant comprenant deux entrées symétriques en phase 711 et 712 reliées par les bornes 201, 202 respectivement aux zones rayonnantes latérales 21 et 22 formant au moins une voie différence. Le signal différence est obtenu sur une voie 713 reliée à une borne 203, les moyens de connexion 3 assurant la liaison électrique des zones rayonnantes avec le circuit d'alimentation réception sont connectés en un point particulier de chaque zone rayonnante déterminant le point d'excitation de chaque zone rayonnante.
  • Le point d'excitation des deux zones rayonnantes latérales formant la voie différence présentent, selon la figure 8, une excentricité opposée, l'excentricité e étant mesurée en grandeur et en signe par rapport à l'excentricité de la zone rayonnante centrale définissant la direction de polarisation du signal radioélectrique émis par la source primaire. Les deux zones latérales 21 et 22 délivrant directement, à l'anneau hybride 71 des signaux en opposition de phase forment avec celui-ci une voie différence.
  • Les modes de réalisation représentés figures 7 et 8 permettent, de par la séparation complète du circuit d'alimentation réception de l'élément rayonnant de la source, un découplage complet des fonctions émission-alimentation-réception et une amélioration des performances du système du point de vue du découplage des voies.
  • Suivant un mode de réalisation préférentiel de l'antenne selon l'invention représenté figure 9, celle-ci comporte un réflecteur parabolique 90. L'élément rayonnant de la source primaire 1 est disposé au foyer du réflecteur 90 et maintenu en position par une pièce tronconique 91 solidiaire du réflecteur. La pièce tronconique 91 coiffe l'ouverture du réflecteur et est par exemple, emboîtée dans celle-ci et fixée à ce dernier par tout moyen approprié. La pièce tronconique 91 comporte à son sommet un logment 92 destiné à recevoir l'élément rayonnant 1 de la source primaire, les zones rayonnantes formant les voies somme et différence indépendantes étant orientées vers le réflecteur. La pièce tronconique 91 est constituée par un matériau diélectrique de constante diélectrique inférieure à 1, 1 tel que une mousse de polyuréthane par exemple.
  • Le circuit d'alimentation réception 2 constituant avec l'élément rayonnant 1 la source primaire est par exemple disposée au dos du réflecteur. Les moyens de connexion 3 constitués par des câbles coaxiaux relient le circuit d'alimentation réception à l'élément rayonnant 1 ainsi que décrit et représenté figures 7 ou 8 par exemple, les câbles coaxiaux semi- rigides permettant le maintien mécanique de l'ensemble partie rayonnante 1 pièce tronconique 91 et du réflecteur 90. Les câbles caxiaux sont disposés de préférence suivant une génératrice de la pièce tronconique orthogonalement au vecteur P représentant le vecteur polarisation du champ électrique du signal émis par la source primaire. Tout mode de réalisation dans lequel la source primaire ou la partie rayonnante de la source primaire est décalée en off-set par rapport au foyer du réflecteur de l'antenne radar ne sort pas du cadre de la présente invention.
  • Quel que soit le mode de réalisation choisi, la simplicité du circuit d'alimentation réception permet d'obtenir de faibles pertes radioélectriques, l'intégration du circuit d'alimentation réception et des zones rayonnantes sur les faces opposées du substrat diélectrique ou sur des plaquettes diélectriques séparées et la séparation des voies somme et différence permettant de minimiser ces pertes. Les circuits de la source primaire monopulse objet de l'invention pouvant être réalisés par la technique de photogravure, celle-ci permet d'obtenir des circuits rayonnants et d'alimentation de grande précision et de faible coût pour un encombrement minimum par comparaison aux sources classiques.

Claims (18)

1. Source primaire monopulse imprimée comportant, sur un substrat de matériau diélectrique, une série de zones rayonnantes formant au moins une voie somme et une voie différence, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- des zones rayonnantes disposées sur une première face du substrat de matériau diélectrique constituant l'élément rayonnant de la source primaire les voies somme et différence constituées par des zones rayonnantes distinctes étant indépendantes, et sur une deuxième face du substrat, opposée à la première face, une semelle conductrice portée en fonctionnement, au potentiel de référence :
- un circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes et des moyens de connexion assurant la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception dans l'épaisseur du substrat de matériau diélectrique, le circuit d'alimentation réception et les zones rayonnantes étant disjoints.
2. Source primaire suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- des zones rayonnantes disposées sur une première face du substrat de matériau diélectrique, les voies somme et différence constituées par des zones rayonnantes distinctes étant indépendantes ;
- un circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes disposé sur une deuxième face du substrat, opposée à la première face, et des moyens de connexion assurant la liaison électrique des zones rayonnantes au circuit d'alimentation réception dans l'épaisseur du substrat de matériau diélectrique.
3. Source primaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que les voies somme et différence comportent sur la première face du substrat de matériau diélectrique :
- une zone rayonnante centrale formant la voie somme ;
- au moins deux zones rayonnantes latérales disposées symétriquement par rapport à la zone rayonnante centrale et formant une voie différence.
4. Source primaire selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le substrat de matériau diélectrique est constitué par une première et une deuxième plaquette de matériau diélectrique comportant chacune sur une première face, une semelle conductrice, les deux plaquettes étant accolées dos à dos par leur semelle conductrice, la deuxième face de chaque plaquette de matériau diélectrique, opposée à la première face, formant respectivement la première et la deuxième face du substrat de matériau diélectrique.
5. Source primaire selon les revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes comporte au moins une ligne de transmission en Té, les deux branches du Té, de longueur égale, étant connectées respectivement, par les moyens de connexion, à une zone rayonnante latérale formant une voie différence, les moyens de connexion de la zone rayonnante centrale étant directement reliés à une borne d'alimentation.
6. Source primaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ligne de transmission en Té est une ligne à ruban.
7. Source primaire selon les revendications 2, 3, et 5, caractérisée en ce que le substrat de matériau diélectrique est constitué par une plaquette de matériau diélectrique comprenant d'une part, une première face constituant ladite première face du substrat de matériau diélectrique et comportant les zones rayonnantes distinctes constituant les voies somme et différence, et, d'autre part, une deuxième face, opposée à la première face constituant ladite deuxième face du substrat et comportant une semelle conductrice, le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes étant disposé sur la deuxième face de la plaquette de matériau diélectrique et comprenant au moins une ligne de transmission en Té, les deux branches du Té, de longueur égale, étant connectées respectivement par les moyens de connexion à une zone rayonnante latérale formant une voie différence et les moyens de connexion de la zone rayonnante centrale étant directement reliés à une prise d'alimentation, la ligne de transmisssion en Té constituant avec la semelle métallique une ligne de transmission du type coplanaire.
8. Source primaire selon l'une des revendications 5, 6 ou 7, caractérisée en ce que les moyens de connexion assurant la liaison électrique des zones rayonnantes sont connectés auxdites zones rayonnantes en un point particulier de chaque zone rayonnante déterminant le point d'excitation de chaque zone rayonnante, le point d'excitation présentant, par rapport au centre radioélectrique de chaque zone rayonnante, une excentricité e déterminée.
9. Source primaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que le point d'excitation de deux zones rayonnantes latérales formant une voie diffe- rence présentent une excentricité opposée, l'excentricité e étant mesurée en grandeur et en signe par rapport à l'excentricité de la zone rayonnante centrale définissant la direction de polarisation du signal radioélectrique émis par la source primaire, les deux zones latérales délivrant, à la réception, des signaux en opposition de phase.
10. Source primaire selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que les voies somme et différence comportent sur la première face du substrat de matériau diélectrique :
- une zone rayonnante centrale formant la voie somme ;
- quatre zones rayonnantes latérales disposées symétriquement par rapport à la zone rayonnante centrale, deux zones rayonnantes latérales, dont le point d'excitation présente une excentricité opposé mesurée en grandeur et en signe par rapport à l'excentricité de la zone centrale définissant une première voie différence AS, les deux autres zones rayonnantes latérales, dont le point d'excitation présente une excentricité opposée définie dans une direction parallèle à l'extrémité de la zone rayonnante centrale définissant une deuxième voie différence Δ G.
11. Source primaire selon les revendications 6 et 10, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes comporte deux lignes à ruban en Té, les branches de chaque Té de longueur égale connectées respectivement, par les moyens de connexion, à une zone rayonnante latérale formant une voie différence et les moyens de connexion de la zone rayonnante centrale étant directement reliés à une prise d'alimentation.
12. Source primaire selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes est constitué par au moins un circuit hybride comprenant deux entrées déphasées de n, ledit circuit hybride étant disposé sur un substrat de matériau diélectrique indépendant du substrat diélectrique comportant les zones rayonnantes, chacune des entrées déphasées de n étant reliée respectivement à une des zones rayonnantes latérales formant au moins une voie différence par des moyens de connexion et la zone rayonante centrale étant directement reliée à une borne d'alimentation.
13. Source primaire selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation réception des zones rayonnantes est constitué par au moins un circuit hybride comprenant deux entrées symétriques en phase, ledit circuit hybride étant disposé sur un substrat de matériau diélectrique indépendant du substrat diélectrique comportant les zones rayonnantes, chacune des entrées symétriques en phase étant reliée respectivement à une des zones rayonnantes latérales formant au moins une voie différence par des moyens de connexion et la zone rayonnante centrale étant directement reliée à une borne d'alimentation, les moyens de connexion assurant la liaison électrique des zones rayonnantes avec le circuit d'alimentation réception étant connectés auxdites zones rayonnantes en un point particulier de chaque zone rayonnante déterminant le point d'excitation de chaque zone rayonnante, le point d'excitation de deux zones rayonnantes latérales formant une voie différence présentant une excentricité opposée, l'excentricité étant mesurée en grandeur et en signe par rapport à l'excentricité de la zone rayonnante centrale définissant la direction de polarisation du signal radioélectrique émis par la source primaire, les deux zones latérales délivrant, à la réception, des signaux en opposition de phase.
14. Source primaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites zones rayonnantes sont des pastilles métallisées circulaires de même diamètre.
15. Source primaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les zones rayonnantes sont des pastilles métallisées carrées de mêmes dimensions.
16. Antenne radar comportant une source primaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
17- Antenne radar selon la revendication 16, comportant un réflecteur parabolique, caractérisée en ce que la source primaire est disposée au foyer du réflecteur, ladite source primaire étant maintenue en position par une pièce tronconique solidaire du réflecteur coiffant l'ouverture de ce dernier, la source primaire étant disposée au sommet de la pièce tronconique.
18. Antenne radar selon la revendication 17, caractérisé en ce que la pièce tronconique est en matériau diélectrique de constante diélectrique inférieure à 1, 1.
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