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Alimentation d’une antenne réseau à commande de phase

Air-borne active radar antenna

Figure 1 : Antenne active du radar avant d’un chasseur Tornado composé 428 unités de transmission et réception.

Antenne active

Une antenne réseau à commande de phase est « active » si le faisceau radar est généré au niveau de chacun de ses éléments radiants. Par exemple, les antennes des radars du chasseur Tornado, du système de défense aérienne RRP-117 et du radar naval APAR sont formées d’un très grand nombre d’unités qui émettent le signal individuellement et le reçoivent de la même façon.

Cela permet d’avoir un ensemble d’émetteurs de plus faible puissance, au lieu d’un seul émetteur central très puissant. Ceci rend le signal est plus facile à traiter par les déphaseurs de chaque unité. Une description plus détaillée des antennes active se trouve dans le chapitre sur les transmetteurs.

Antenne passive

Les antennes passives sont celles où le signal émis par un transmetteur central est distribué vers les unités individuelles de transmission. Il existe deux types principaux d’alimentation qui se subdivisent en sous-types selon le diagramme ci-dessous :

Antennes passives
Alimentation aérienne
Alimentation par circuit
Par transmission
Par réflexion
…en série
…parallèle
Organigram
Antennes passives
Alimentation aérienne
Alimentation par circuit

L’alimentation par circuit est la plus courante pour les antennes passives. Il s’agit d’amener le signal aux éléments individuels grâce à un guide d’onde ou une ligne à ruban équilibrée (ex. PAR-80).

L’alimentation aérienne, ou quasi-optique, utilise un cornet émetteur dirigé vers l’antenne. Le signal est capté par chaque élément transmetteur et réémis après modification de la phase pour orienter le faisceau dans la direction désirée (ex. FRK - Patriot).

Figure 2 : Antenne réseau à commande de phase passive alimentée en série par un guide d’onde placé au bout de la rangé d’émetteurs.

Figure 2 : Antenne réseau à commande de phase passive alimentée en série par un guide d’onde placé au bout de la rangé d’émetteurs. (Image interactive)

Alimentation en série

L’alimentation en série d’une antenne réseau à commande de phase se fait en joignant les éléments radiants à intervalles réguliers le long d’un guide d’ondes dans lequel le signal se propage. La figure 2 montre un tel arrangement dans lequel le signal entre à un bout du guide d’onde et se propage vers l’autre extrémité. On peut aussi alimenter le guide d’onde au centre et ainsi les unités seront alimentées séquentiellement de part et d’autre du centre. Cette alimentation centrale revient à diviser l’alimentation de l’antenne en deux guides d’ondes d’extrémités.

La phase de l’onde arrivant à chaque unité de transmission varie avec la distance parcourue. La différence de phase entre une unité et la suivante dépend également de la fréquence utilisée. Si la fréquence varie cela fait varier le déphasage proportionnellement à la longueur du guide d’alimentation, donnant un balayage angulaire de la direction de pointage du faisceau. Le tout crée une restriction sur la bande passante utilisable. Cette caractéristique n’est utile que pour un radar utilisant une antenne à balayage de fréquences.

Le déphasage tout le long du guide d’alimentation doit être calculé afin de bien ajuster les déphaseurs, incluant le changement dû à la variation de fréquence. En pratique, cela se fait le plus souvent par abaques.

Figure 3 : Alimentation en parallèle.

Parallel feed of phased array

Figure 3 : Alimentation en parallèle. (Image interactive)

Alimentation en parallèle

Dans ce cas-ci, le signal et sa puissance sont divisés par une série de guide d’ondes alimentés au centre pour former un arbre comme dans la figure 3. Chaque élément de transmission dans cette configuration est alimenté par un signal ayant parcouru la même distance et tous les éléments sont donc exactement en phase.

Dans ce cas, la variation de fréquence n’aucun effet sur la phase entre les éléments radiants et il devint inutile de tenir compte de la longueur de la ligne d’alimentation dans le logiciel d’opération de l’antenne. Elles sont donc essentielles pour les radars à diversité de fréquence et la compression des impulsions.

Antenne à alimentation aérienne par transmission
Différence de parcours

Figure 4 : Antenne à alimentation aérienne par transmission.

Différence de parcours

Figure 4 : Antenne à alimentation aérienne par transmission. (Image interactive)

L’alimentation aérienne, ou quasi-optique, se situe entre l’alimentation en série centrale et celle en parallèle. En utilisant un cornet à un point focal très éloigné, le front d’onde arrivant sur les éléments radiants est presque parallèle à la surface de l’antenne ce qui donne une alimentation quasi-parallèle de ceux-ci. Avec un point focal rapproché, l’onde est courbée et la phase reçue par les éléments dépend de leur distance au point central comme dans une alimentation par guide centrée en série.

Dans le type par transmission, le cornet d’émission se trouve derrière l’antenne. Les éléments radiants captent l’onde et la réémettre vers l’avant. La position du cornet ne crée donc pas d’obstruction au signal de l’antenne. Un exemple de type est l’antenne du système anti-missile « Patriot ».

Antenne d’alimentation aérienne par réflexion
Plan de
réflexion

Figure 5 : Antenne à alimentation aérienne par réflexion

Plan de
réflexion

Figure 5 : Antenne à alimentation aérienne par réflexion (Image interactive)

Dans le type par réflexion, le cornet se trouve en avant de l’antenne. Cela laisse de la place derrière celle-ci pour installer les déphaseurs. Le signal reçu par les éléments radiants est traité pour générer le faisceau radar qui repasse en partie par le cornet. Non seulement ceci cause une ombre derrière le cornet mais le faisceau radar interfère avec l’onde d’alimentation pour donner une onde stationnaire entre l’antenne et le cornet.

Comme pour le type par transmission, la distance du cornet à l’antenne doit être prise en compte pour régler les déphaseurs.