FR2779873A1 - Electronic phase control of scanning polarized wave antenna - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à une antenne à balayage électronique àThe present invention relates to an electronic scanning antenna with
polarisation variable. Des antennes à balayage électronique sont actuellement utilisées dans divers domaines tels que les radars, les télécommunications, la radiométrie, etc.... De telles antennes exploitent généralement une polarisation fixe, même si elle est quelconque. On connaît des antennes à balayage électronique dont on peut modifier l'orientation de la polarisation variable polarization. Electronic scanning antennas are currently used in various fields such as radars, telecommunications, radiometry, etc. These antennas generally use a fixed polarization, even if it is arbitrary. Electronic scanning antennas are known of which the orientation of the polarization can be modified
linéaire, mais leur domaine d'application ne dépasse pas la bande Ka (c'est- linear, but their field of application does not exceed the Ka band (i.e.
à-dire 35 GHz). Par ailleurs, on connaît des antennes à balayage électronique pouvant exploiter simultanément deux polarisations linéaires orthogonales, mais ces polarisations sont fixes. Or, pour élargir le domaine d'application des antennes à balayage électronique et pour en améliorer les performances, il serait souhaitable qu'une même antenne exploite aussi bien des polarisations linéaires que des polarisations circulaires, ce que ne i.e. 35 GHz). Furthermore, electronic scanning antennas are known which can simultaneously exploit two orthogonal linear polarizations, but these polarizations are fixed. However, in order to widen the field of application of electronically scanned antennas and to improve their performance, it would be desirable for the same antenna to use both linear and circular polarizations, which is not the case.
permettent pas les antennes connues. not allow known antennas.
La présente invention a pour objet une antenne à balayage électronique qui puisse exploiter, de façon simple et peu onéreuse, plusieurs polarisations différentes, linéaires et circulaires, I'orientation des The present invention relates to an electronic scanning antenna which can exploit, in a simple and inexpensive manner, several different polarizations, linear and circular, the orientation of the
polarisations linéaires pouvant être variable. linear polarizations can be variable.
L'antenne à balayage électronique conforme à l'invention est du type à deux sous-ensembles rayonnants pouvant émettre selon deux polarisations rectilignes orthogonales et reliée par des circuits de commande à des circuits d'émission et/ou de réception, et elle est caractérisée en ce que les circuits de commande sont à deux voies identiques séparées, affectées chacune à la commande d'un sous-ensemble, chacune de ces deux voies envoyant au sous-ensemble correspondant le même signal avec la même loi de répartition spatiale de phase, la différence de phase relative de ces deux signaux étant constante pendant la durée de traitement The electronic scanning antenna according to the invention is of the type with two radiating sub-assemblies capable of transmitting according to two orthogonal rectilinear polarizations and connected by control circuits to transmission and / or reception circuits, and it is characterized in that the control circuits are made up of two separate identical channels, each assigned to control a sub-assembly, each of these two channels sending the same signal to the corresponding sub-assembly with the same spatial phase distribution law, the relative phase difference of these two signals being constant during the processing time
assignée par le système utilisateur. assigned by the user system.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la The present invention will be better understood on reading the
description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non detailed description of an embodiment, taken by way of example not
limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un bloc-diagramme d'une antenne à balayage électronique conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue partielle du réseau de fentes rayonnantes formé par les deux sous-réseaux de la figure 1, et - les figures 3A et 3B se rapportent à une variante de réalisation des réseaux de l'antenne de l'invention, à partir de réseaux de dipôles, la figure 3A étant une vue partielle d'un réseau de dipôles, et la figure 3B étant une vue détaillée d'un groupe élémentaire de deux dipôles, montrant les limiting and illustrated by the appended drawing, in which: - Figure 1 is a block diagram of an electronic scanning antenna according to the invention, - Figure 2 is a partial view of the network of radiating slots formed by the two sub-networks of FIG. 1, and - FIGS. 3A and 3B relate to an alternative embodiment of the networks of the antenna of the invention, from networks of dipoles, FIG. 3A being a partial view of a network of dipoles, and FIG. 3B being a detailed view of an elementary group of two dipoles, showing the
connexions respectives des deux dipôles. respective connections of the two dipoles.
Le terme " antenne " employé dans la présente demande se rapporte non seulement aux éléments rayonnants mais aussi aux circuits disposés en amont de ces éléments rayonnants et généralement intégrés à leur structure mécanique. Ces circuits comportent essentiellement des déphaseurs permettant d'obtenir le balayage électronique du faisceau The term "antenna" used in the present application relates not only to the radiating elements but also to the circuits arranged upstream of these radiating elements and generally integrated into their mechanical structure. These circuits essentially comprise phase shifters making it possible to obtain the electronic scanning of the beam
rayonné par l'antenne.radiated by the antenna.
L'invention est décrite ci-dessous en référence à une antenne à balayage électronique de radar, du type comportant deux sous-réseaux mutuellement imbriqués de fentes de directions orthogonales, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, et qu'elle peut être mise en oeuvre pour différents types d'antennes, qu'elles soient à réflexion ou à transmission, et quel que soit le type des éléments rayonnants (fentes, cornets, dipôles,...), à condition que les éléments rayonnants puissent traiter deux polarisations différentes et que les circuits de The invention is described below with reference to an electronically scanned radar antenna, of the type comprising two mutually nested sub-arrays of slots of orthogonal directions, but it is understood that it is not limited to this alone application, and that it can be implemented for different types of antennas, whether they are reflection or transmission, and whatever the type of radiating elements (slots, horns, dipoles, ...), provided that the radiating elements can treat two different polarizations and that the circuits of
commande correspondants soient séparables. corresponding controls are separable.
L'antenne I schématiquement représentée sur le dessin comporte essentiellement un aérien 2 se composant de deux sous-réseaux identiques The antenna I schematically represented in the drawing essentially comprises an aerial 2 consisting of two identical sub-arrays
3, 4 de fentes rayonnantes, et d'un dispositif 5 de commandes de phases. 3, 4 of radiating slots, and a device 5 for phase controls.
Ce dispositif 5, connu en soi, reçoit des signaux 5A de commande d'orientation de faisceaux et 5B de commande de polarisation, produits par le calculateur du radar. Bien que sur le dessin les deux sous- réseaux 3, 4 soient représentés séparés, ils sont en fait mutuellement imbriqués. On a représenté en figure 2 un exemple simplifié d'une telle imbrication. Ces deux sous-réseaux sont reliés aux circuits 6 d'émission et de réception du radar (non représentés en détail) par les deux voies distinctes 7, 8 de transmission. On a représenté en figure 3A une variante de réalisation de l'antenne 1, à partir de dipôles. Les connexions des deux dipôles d'un This device 5, known per se, receives signals 5A for beam orientation control and 5B for polarization control, produced by the radar computer. Although in the drawing the two sub-networks 3, 4 are shown separate, they are in fact mutually nested. FIG. 2 shows a simplified example of such a nesting. These two sub-networks are connected to the radar transmission and reception circuits 6 (not shown in detail) by the two separate transmission channels 7, 8. FIG. 3A shows an alternative embodiment of the antenna 1, from dipoles. The connections of the two dipoles of a
groupe élémentaires ont été schématisées en figure 3B. elementary groups have been shown diagrammatically in FIG. 3B.
L'orientation du faisceau de l'aérien 3 est définie, de façon connue en soi, par la phase des signaux appliqués à l'ensemble des fentes des deux sous-réseaux 3 et 4. Les ondes émises par les fentes de ces deux sousréseaux sont polarisées linéairement, celles dues aux fentes du sousréseau 3 étant polarisées orthogonalement par rapport à celles dues aux fentes du The orientation of the beam of the aerial 3 is defined, in a manner known per se, by the phase of the signals applied to all of the slots of the two sub-networks 3 and 4. The waves emitted by the slots of these two sub-networks are linearly polarized, those due to the slots of the subnet 3 being orthogonally polarized with respect to those due to the slots of the
sous-réseau 4.subnet 4.
Selon l'invention, les signaux envoyés par les voies 7 et 8 aux sousréseaux 3 et 4 suivent la même loi de répartition spatiale de phase (commandant la direction du faisceau émis), avec une différence de phase constante pendant la durée de traitement minimale des signaux reçus par l'antenne, c'est-à-dire pendant au moins un laps de temps suffisant pour détecter une cible. Toutefois, ce déphasage peut varier au bout d'un ou plusieurs de ces laps de temps de traitement, ce qui permet de réaliser une According to the invention, the signals sent by channels 7 and 8 to subnets 3 and 4 follow the same spatial phase distribution law (controlling the direction of the beam emitted), with a constant phase difference during the minimum processing time of the signals received by the antenna, that is to say for at least a sufficient period of time to detect a target. However, this phase shift can vary after one or more of these treatment time periods, which makes it possible to achieve a
diversité de polarisation.polarization diversity.
Ainsi, si, par exemple, les deux sous-réseaux sont commandés avec un déphasage nul ou de 180 , la polarisation du faisceau émis est linéaire, verticale, horizontale, ou même inclinée d'un angle quelconque par rapport à la verticale, selon l'orientation des fentes autour d'un axe horizontal. Si le déphasage entre les signaux des voies 7 et 8 est de + 90 , la polarisation du faisceau émis est circulaire, droite ou gauche selon le Thus, if, for example, the two sub-arrays are controlled with a zero or 180 phase shift, the polarization of the emitted beam is linear, vertical, horizontal, or even inclined at any angle relative to the vertical, according to l orientation of the slots around a horizontal axis. If the phase shift between the signals of channels 7 and 8 is + 90, the polarization of the emitted beam is circular, right or left depending on the
signe de ce déphasage.sign of this phase shift.
Selon une variante de l'invention, au lieu de combiner les deux polarisations linéaires des sous-réseaux 3 et 4, on peut émettre deux faisceaux distincts à polarisations linéaires différentes en déphasant les signaux des voies 7 et 8, indépendamment de l'autre voie pour chacune de According to a variant of the invention, instead of combining the two linear polarizations of the subarrays 3 and 4, it is possible to transmit two distinct beams with different linear polarizations by phase shifting the signals of the channels 7 and 8, independently of the other channel for each of
ces deux voies, d'une valeur différente des valeurs citées ci-dessus. these two channels, with a value different from the values mentioned above.
Parmi les applications possibles de l'invention, on peut citer celles tirant parti de la diversité de polarisation pour des contre-contremesures de radars, afin de mieux analyser des cibles en commutant des polarisations différentes, de façon périodique ou aléatoire. De plus, les polarisations Among the possible applications of the invention, there may be mentioned those taking advantage of the diversity of polarization for radar countermeasures, in order to better analyze targets by switching different polarizations, periodically or randomly. In addition, the polarizations
peuvent être différentes en émission et en réception. can be different in transmission and reception.
La diversité de polarisation peut également être mise en oeuvre pour atténuer des échos dus à la pluie en choisissant momentanément une polarisation circulaire, pour les renforcer (par commutation des polarisations The polarization diversity can also be implemented to attenuate echoes due to rain by temporarily choosing a circular polarization, to reinforce them (by switching the polarizations
circulaires entre émission et réception) aux fins d'études météorologiques. circulars between transmission and reception) for meteorological studies.
On peut aussi chercher la désadaptation maximale entre l'antenne et un We can also look for the maximum mismatch between the antenna and a
brouilleur incident.incident jammer.
Le dispositif de l'invention peut également constituer le miroir polariseur plan d'une antenne Cassegrain inversée, telle que décrite par exemple par L. THOUREL dans son ouvrage " Les antennes ", aux Editions Dunod, pages 290-291 et figures 10.30, 10.31. Cette combinaison assure ainsi à la fois la rotation de polarisation et le balayage angulaire de I'antenne. Il suffit pour cela d'éclairer le réseau par une onde de polarisation rectiligne inclinée à 45 sur les deux réseaux de fentes et d'appliquer, à l'un des réseaux la loi spatiale de phase assurant la déviation souhaitée, et à The device of the invention can also constitute the plane polarizing mirror of an inverted Cassegrain antenna, as described for example by L. THOUREL in his work "Les antennes", Editions Dunod, pages 290-291 and figures 10.30, 10.31 . This combination thus ensures both the polarization rotation and the angular scanning of the antenna. For this, it suffices to illuminate the network by a rectilinear polarization wave inclined at 45 on the two networks of slits and to apply, to one of the networks, the spatial phase law ensuring the desired deviation, and to
l'autre réseau la même loi décalée de 180 . the other network the same law shifted by 180.
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