Source monopulse multimode
La présente invention a pour objet une source monopulse multimode.
On sait que dans les systèmes monopulse, qu'il s'agisse de systèmes actifs, ou radars, recevant l'énergie émise par le système et réfléchie par la cible, ou de systèmes passifs recevant l'énergie directement rayonnée par la cible, une indication de dépointage suivant deux directions, généralement site et gisement, est obtenue au moyen d'une seule impulsion reçue. La source monopulse, incluant l'aérien, est conçue de telle sorte que chaque impulsion reçue donne naissance, respectivement, aux deux sorties site et gisement , à deux signaux différence qui traduisent respectivement, en valeurs relatives, fonction du niveau du signal reçu les dépointages en site et gisement de la cible par rapport à l'axe de l'aérien.
Les dépointages absolus, indépendants du niveau du signal reçu, s'obtiennent ensuite par comparaison de chacun des signaux différence avec un signal de référence, généralement obtenu sur une autre sortie, qui sera dite de référence .
Une source monopulse, au sens limité où ce terme est entendu ici, -comporte dans l'aérien, une voie de sortie référence , une voie -de sortie site et une voie de sortie gisement , et, dans le cas d'un système actif ou radar, une voie d'entrée qui, le plus souvent, se confond avec la voie de sortie référence , ces diverses voies étant réunies à l'aérien par des circuits plus ou moins complexes.
Extérieurement à la source monopulse, la sortie référence , ainsi que les sorties site et gisement sont reliées aux dispositifs de comparaison des signaux référence et différence . Dans le cas d'un système actif, la voie d'enkée est reliée à l'émetteur; si la voie d'entrée se confond avec la voie de référence, un duplexeur est intercalé entre cette sortie de référence d'une part, et l'émetteur et les dispositifs de comparaison d'autre part.
Dans les systèmes monopulse couramment utilisés actuellement, l'aérien est divisé en quatre parties qui sont groùpées deux à deux, de deux manières différentes, pour l'élaboration respectivement des deux signaux différence . La sortie de référence, appelée dans ce cas une sortie somme , est alimentée par les quatre parties de l'aérien qui, dans le cas d'un système actif, sont également groupées pour l'émission des impulsions. La voie d'entrée se confond avec la sortie somme . Dans les systèmes monopulse, dits d'amplitude, les diagrammes de rayonnement, de chacune des quatre parties de l'aérien, sont constitués par des faisceaux divergents issus d'un même point. Dans les monopulses dits de phase, ils sont constitués par quatre faisceaux parallèles issus de points distincts.
Dans les deux cas, on est conduit à des circuits hyperfréquences assez complexes tant dans la source monopulse que dans les circuits extérieurs à la source.
D'autre part, s'il s' agit d'un système actif, la mise en phase des faisceaux émis par les différentes parties de l'aérien en vue de leur combinaison en un faisceau unique à l'émission pose des problèmes très délicats.
I1 a déjà été proposé de simplifier notablement les circuits hyperfréquences d'un système monopulse en remplaçant les quatre guides d'une source monopulse classique par deux guides dans lesquels peuvent se propager non plus un seul mode mais deux modes à l'exclusion des modes d'ordre supérieur: les modes connus dans la littérature technique française sous les appellations TE01 et TE02, et sous les appellations TE10 et TE2.0 dans la littérature technique internationale qui sera utilisée exclusivement dans ce qui suit.
L'invention a pour objet une source monopulse multimode, dont l'embouchure est formée par un guide unique dans lequel peuvent se propager les modes TE2,, et TE11, TMll, et le mode TElo à l'exclusion des modes d'ordre supérieur. Bien entendu on obtiendrait le -même résultat en prenant un guide dans lequel peuvent se propager les modes TE11 -TM11 et TE01 -TE02 à l'exclusion de tous autres. Le plan de polarisation serait seul modifié.
Suivant l'invention une source monopulse multimode comportant une embouchure rayonnante et captrice (S), une sortie somme , une sortie site AE, et une sortie gisement AH est caractérisée en ce qu'elle comporte, en association, un guide d'embouchure, dimensionné de façon que les ondes dans les modes d'ordre 0, 1 et 2 s'y propagent selon les modes TE11, TMll, l'un des modes
TE20, TE02 et l'un des modes TElo, TE01, à l'exclusion des modes d'ordre supérieur,
des premiers moyens de prélèvements séparés de l'énergie qui se présente sur l'embouchure dans l'un des modes TE10, TE01 d'une part, TEll et TM11 d'autre part, et des seconds moyens de prélèvement de l'énergie présente dans l'un des modes TEo9, TE-, sur l'embouchure, lesdits premiers et seconds moyens assurant d'autre part la conversion dans l'un des modes TE01, TEîo de l'énergie prélevée par eux.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et en se reportant aux figures parmi lesquelles:
La fig. 1 est une vue en perspective avec arrachement d'un premier exemple de source multimode suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en perspective d'un second exemple de source multimode suivant l'invention.
Les fig. 3, 4 et 5 sont des vues de face, en plan et en bout, de la source de la fig. 1.
Les fig. 6, 7 et 8 sont des vues de face, en plan et en bout, de la source de la fig. 2.
Les fig. 9, 10, 11, 12, 13 sont des schémas explicatifs.
A titre préliminaire on rappelle que l'on désignera dans la suite par plan E le plan qui, dans le mode de propagation TE10, comporte le vecteur champ électrique et l'axe du guide, c'est-à-dire le plan vertical de symétrie du guide.
Par extension on désignera par la suite par plan H le plan de symétrie qui lui est perpendiculaire.
La source multimode suivant l'invention est représentée schématiquement en perspective avec arrachement fig. 1 et en vue de face, en plan et de bout, fig. 3, 4 et 5.
Elle comporte essentiellement un guide principal G dont l'ouverture S constitue la source rayonnante ou captrice suivant qu'il s'agit d'émission ou de réception des ondes électromagnétiques. La section du guide G est telle que les modes TE10 TE20, TEll et TM,1 puissent s'y propager.
A partir de la distance p du plan de l'ouverture est placée une cloison métallique C perpendiculaire au champ électrique E transversal des modes se propageant dans le guide G.
Le guide G se trouve ainsi partagé en deux guides identiques g1 et g'1; le mode TE10 ne sera pas perturbé en rencontrant la cloison, et l'onde se propageant dans ce mode se partage dans les deux guides g1 et g' en deux ondes, en phase, qui se recombinent dans la voie de sortie h: pour former le signal de référence connu sous le même nom.
Par contre les composantes, longitudinales, du champ électrique du mode EM11 (résultant des modes TEll et TM11) sont court-circuitées par la cloison C. Cette perturbation provoque de façon connue la création, dans les guides g1 et g'l, de mode TE10 en opposition de phase: l'interruption de la cloison C réalisée de façon connue par un profil adéquat, en escalier par exemple comme représenté fig. 3, provoque une déformation du champ telle qu'un mode fondamental TE10 est alors excité dans un guide latéral AE placé au niveau de l'extrémité en escalier de la cloison C, et qui constitue la voie différence de même nom.
En effet, un déplacement angulaire de l'axe du rayonnement perpendiculairement au plan H provoque la présence simultanée des deux modes TE10 et Elle, dans le guide principal et, en conséquence, la formation d'ondes dans le mode TE10 d'importances inégales dans les guides g1 et g'l. Le circuit décrit, ayant la structure d'un Té magique replié dans le plan E tel que défini, forme bien la somme et la différence des ondes qui se propagent dans les guides g1 et g'l, ce qui justifie les désignations E: et AE des guides de sortie, la sortie AE étant la sortie site de la source monopulse.
Les guides S et #E doivent être de dimensions telles que, compte tenu d'un matériau les remplissant éventuellement, ils soient sous coupure pour tout autre mode que le TE10.
Un déplacement angulaire de l'axe de rayonnement perpendiculairement au plan E fait apparaître à la fois les modes TE20 et TE10 à l'ouverture S. L'énergie, AH, dans le mode TE20 est fonction de cet écart angulaire.
Elle est captée par un couplage au guide principal G effectué de façon à ne prélever dans celui-ci que le mode
TE20 entre l'embouchure S et la cloison C.
Dans l'exemple de réalisation représenté fig. 1, ce couplage est réalisé par un guide g2, ne propageant que le mode TE10; un réseau N de fils serrés espacés de moins de Â/10, dans le plan H, formant un obstacle pour les ondes dont le champ électrique est parallèle au plan
H, partage localement le guide G en deux parties égales, face à l'embouchure du guide g2. Ce réseau évite l'excitation dans le guide G du mode parasite TEol.
Dans l'exemple de réalisation représenté fig. 2, la dissymétrie locale est supprimée par l'utilisation de deux guides identiques g'2 et g"2 à sections rectangulaires identiques à celle du guide g2, et recourbés en anneau ouvert. Ces deux guides sont excités en opposition de phase par les ondes se propageant dans le guide G dans le mode TE20. La sortie différence d'un Té magique couplé aux deux guides g'2 et g"2 restitue dans le mode TE10, choisi, le signal AH, qui apparaît sur la sortie gisement du même nom AH. La sortie somme de ce même Té magique restitue au contraire le signal qui serait présent dans G au niveau du couplage de g' et g"2 en phase aux deux embouchures, c'est-à-dire dans le mode TEo. C'est-à-dire que cette sortie est inutilisée ici.
Mais il est intéressant de noter que, en alimentant le guide par cette voie E1 on y crée le mode TE01. Ainsi en alimentant le guide G à la fois dans le mode TE10 par la voie z et dans le mode TE01 par la voie Z, on peut obtenir la réduction de l'ombre de la source dans une antenne à rotation de polarisation, suivant le principe décrit dans le brevet français No 1477571.
Enfin, on remarquera que les modes à répartition paire dans le plan H, TE10 et EMtt, ne sont pas couplés avec les guides g2, g'2 et g"2 car ils tendent, par la déformation de champs qu'ils imposent, à y créer un mode supérieur, se trouvant sous coupure.
A titre de rappel, on a représenté schématiquement, fig. 9 à 13, les répartitions du champ électrique dans un même guide respectivement en mode TE10, TE20, TMll, TEll et EM11, ce dernier mode résultant de la combinaison des modes TM11 et TEll. Les flèches indiquent la direction du champ et les courbes la répartition de son intensité suivant la coordonnée en abscisse.
En pratique, on aura intérêt, afin d'éviter des discontinuités difficiles à adapter pour tous les modes en présence, à conserver une section constante au guide G, sur toute sa longueur, celle imposée par l'ouverture rayonnante utile. On sera alors amené à remplir le guide de diélectrique.
La voie somme L, sera fermée par une charge adaptée lorsque l'on ne prévoit pas d'utilisation du mode TE01.
On rapelle que les guides de sortie des signaux Z,
AE, AH, ne doivent propager que le mode TElo, de même que les guides g1 et g'1. L'adaptation des impédances aux différentes jonctions de guides doit être assurée indépendamment pour chaque mode. En particulier, chaque fois que cela sera possible, on placera le dispositif correctif (iris par exemple) dans un guide TE10 exclusivement: sorties de 2 AE ou AH.
A titre d'exemple, on peut effectuer les corrections des impédances comme indiqué ci-après, en respectant l'ordre des opérations:
a) mise en place de deux iris ou piliers, selfiques, symétriques pour le TE20;
b) mise en place d'un iris ou pilier central pour le TE10;
c) mise en place d'une plaquette métallique mince perpendiculaire au champ électrique transversal mais interceptant les composantes longitudinales pour le Elle. Suivant la longueur de celle-ci, on obtient une réactance selfique ou capacitive.
Les dimensions du guide G - largeur a et hauteur b - sont déterminées par la nécessité de permettre la propagation des modes TE01, TE02, TE11 et TM11 et d'éliminer le plus proche mode parasite susceptible de propagation. De même, les divers guides d'alimentations (voies , AE, AH) doivent avoir des dimensions telles que seuls les modes utiles puissent s'y propager. Par exemple, on peut choisir a et b tels que les modes impairs TE20, TE11 et TM11 aient dans le guide G la même longueur d'onde de coupure, ce qui donne
EMI3.1
si on suppose que la constante diélectrique interne est
b égale à 1, soit 0,578.
a
En pratique on choisira la longueur d'onde maximum i,M de façon à rester éloigné de la longueur d'onde de coupure C. Par exemple on prendra M/Âc = 0,8.
D'autre part la longueur d'onde minimum Âm ne doit pas être trop proche de la longueur d'onde de coupure Ae2l des modes indésirables TE21 et TM21 définies par:
EMI3.2
Le choix de a et b sera donc un compromis entre ces diverses considérations.
Les dimensions 1 et 1' dépendent du choix, entrepris précédemment, des largeur a et hauteur b du guide multimode G. La longueur 1' entre le plan d'excitation du mode TEo2 et le plan du changement de section lors de la jonction avec le Té magique plan E (dont les guides sont de dimensions standard) est de l'ordre de Â/2. Elle est déterminée en particulier par le processus d'adaptation du mode TE02. La longueur 1 est moins critique mais doit cependant être suffisante pour que les modes évanescents TE12 et TM12, excités en même temps que le TEo2, soient suffisamment atténués en S (20 à 30 dB) où est raccordé le cornet (non représenté).
Enfin la réalisation mécanique devra être suffisamment précise, notamment en ce qui concerne la symétrie des guides d'excitation et des dispositifs correctifs.