FR2538935A1 - High-sensitivity microwave barrier - Google Patents

Abstract

Microwave barrier provided for identifying intruders into an area to be monitored L%. A receiver assembly 4, 5, 5a receives, from a transmitter assembly 1, 2a, 2b, 3 comprising two antennae 2a, 2b, two signals which are equal in amplitude but in phase opposition, as long as no intruder passes into the area L% separating these two assemblies; the total signal received is therefore nil. The arrival of an intruder disturbs the two received signals differently and the total signal received is no longer nil; this change in the total signal received allows an alarm to be triggered. Application, in particular, to peripheral monitoring of buildings.

Description

Barrière hyperfréquence à grande sensibilité. Microwave barrier with high sensitivity.

La présente invention se rapporte à une barrière hyperfréquence comportant un ensemble émetteur et un ensemble récepteur séparés par une zone à contrôler, le contrôle consistant dans une mesure des perturbations qu'entraîne la pénétration d'un intrus dans la zone à contrôler. The present invention relates to a microwave barrier comprising a transmitter assembly and a receiver assembly separated by an area to be controlled, the control consisting in a measurement of the disturbances that entails the penetration of an intruder into the area to be controlled.

De telles barrières sont connues; qui sont disposées, par exemple, autour d'usines à protéger contre d'éventuels visiteurs indésirables, ou qui sont installées pour contrôler les passages dans un couloir, dans un chemin etc... Such barriers are known; which are arranged, for example, around factories to be protected against possible unwanted visitors, or which are installed to control the passages in a corridor, in a path etc ...

Les barrières hyperfréquence connues comportent un émetteur associé à une première antenne pour émettre un faisceau plus ou moins étroit en direction d'une seconde antenne associée à un récepteur; les fréquences de travail sont de l'ordre de 10 GHz mais peuvent descéndre à moins d'un gigahertz et monter à plus de 20 GHz; les antennes utilisées sont généralement des antennes cornets, des paraboles ou des antennes à ruban c'est-à-dire réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban (stripline dans la littérature anglo-saxonne).Une intrusion dans la zone protégée est décelée lorsque le signal reçu par la seconde antenne réceptrice subit des modifications; en effet, excepté lorsque le bon fonctionnement de l'émetteur ou du récepteur n'est pas assuré, ces modifications ne peuvent être dues qu'à une ou plusieurs intrusions dans la zone à contrôler. The known microwave barriers comprise a transmitter associated with a first antenna for transmitting a more or less narrow beam in the direction of a second antenna associated with a receiver; working frequencies are of the order of 10 GHz but may drop below 1 GHz and rise to more than 20 GHz; the antennas used are generally horn antennas, parabolas or ribbon antennas that is to say made in the technology of ribbon waveguides (stripline in the Anglo-Saxon literature). An intrusion into the protected area is detected when the signal received by the second receiving antenna is modified; indeed, except when the functioning of the transmitter or the receiver is not ensured, these modifications can only be due to one or more intrusions in the zone to be controlled.

Dans beaucoup d'applications il est utile que la sensibilité de ces barrières soit importante, le matériel à employer est alors coûteux. Par ailleurs les barrières connues réagissent aux précipitations atmospheriques ce qui pose des problèmes d'interprétation des modifications du signal reçu. In many applications it is useful that the sensitivity of these barriers is important, the equipment to be used is then expensive. Moreover, the known barriers react to atmospheric precipitations, which poses problems of interpretation of the modifications of the received signal.

La présente invention a pour but d'améliorer la sensibilité des barrières hyperfréquence. The present invention aims to improve the sensitivity of the microwave barriers.

Ceci est obtenu en utilisant un ensemble émetteur comportant un émetteur et deux antennes couplées à cet émetteur de telle manière qu'en l'absence d'intrus, le signal reçu par l'ensemble récepteur soit nul ou très faible. This is achieved by using a transmitter assembly comprising a transmitter and two antennas coupled to this transmitter so that in the absence of intruders, the signal received by the receiver set is zero or very low.

Selon l'invention une barrière hyperfréquence du type indiqué au début de cette description est caractérisée en ce que, en plus d'un émetteur, l'ensemble émetteur comporte : deux éléments rayonnants disposés de part et d'autre d'un axe XX reliant l'ensemble émetteur à l'ensemble récepteur et un coupleur pour coupler l'émetteur aux deux éléments rayonnants de telle sorte que, en l'absence d'intrus dans la zone à contr3ler, les signaux reçus par l'ensemble récepteur et provenant des deux éléments rayonnants soient sensiblement de même amplitude et en opposition de phase. According to the invention, a microwave barrier of the type indicated at the beginning of this description is characterized in that, in addition to an emitter, the emitter assembly comprises: two radiating elements arranged on either side of an axis XX connecting the transmitter assembly to the receiver assembly and a coupler for coupling the transmitter to the two radiating elements such that, in the absence of intruders in the area to be controlled, the signals received by the receiver assembly and originating from the two radiating elements are of substantially the same amplitude and in opposition of phase.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent:
- les figures 1 et 2 des vues schématiques d'une barrière hyperfré
quence selon l'art connu,
- la figure 3 une vue schématique'd'une barrière hyperfréquence
selon l'invention,
- les figures 4 et 5 des exemples de réalisation d'un- des éléments de
la figure 3.The present invention will be better understood and other features will become apparent from the following description and the accompanying figures which show:
FIGS. 1 and 2 are diagrammatic views of a hyperfine barrier
according to the known art,
FIG. 3 is a schematic view of a microwave barrier
according to the invention,
FIGS. 4 and 5 are examples of embodiments of one of the elements of
Figure 3.

Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. In the different figures, the corresponding elements are designated by the same references.

Les figures 1 et 2 montrent une barrière hyperfréquence selon l'art connu, respectivement en vue de côté et en vue de dessus. Cette barrière comporte un émetteur 1 avec une antenne d'émission 2 et une antenne de réception 4 couplée à un récepteur 5. A cette barrière hyperfréquence sont associées, comme le montre la figure 2, deux grilles
G1, G2 disposées parallèlement à l'axe XX qui joint l'émetteur 1 au récepteur 5. Dans l'exemple décrit l'émetteur comporte une diode GUN associée à une cavité et le récepteur une diode SCHOTTKY associée à une autre cavité et la barrière fonctionne en bande X.Toujours dans l'exemple décrit l'émetteur et le récepteur ainsi que les antennes sont situés à environ 1 mètre du sol, T, la distance entre les deux antennes est d'environ 200 mètres, la distance entre les deux grilles est de 6 mètres et la hauteur de ces grilles est de 3 mètres.Le lobe principal, L, du faisceau hyperfréquence émis par l'antenne 2 et reçu par antenne 4, a été représenté sur les figures 1 et 2 Le faisceau L définit un volume donc une zone à l'intérieur de laquelle toute pénétration d'intrus provoque une modification dans le champ reçu par l'antenne 4 et le récepteur 5; ceci se traduit par une modification de la tension détectée dans le récepteur 5, la modification de cette tension détectée constitue après traitement le signal d'alarme fourni par la barrière hyperfréquence.Figures 1 and 2 show a microwave barrier according to the prior art, respectively in side view and in top view. This barrier comprises a transmitter 1 with a transmitting antenna 2 and a receiving antenna 4 coupled to a receiver 5. At this microwave barrier are associated, as shown in FIG. 2, two grids
G1, G2 arranged parallel to the axis XX which joins the transmitter 1 to the receiver 5. In the example described, the transmitter comprises a diode GUN associated with a cavity and the receiver a diode SCHOTTKY associated with another cavity and the barrier It operates in X-band. In the example described, the transmitter and the receiver as well as the antennas are located about 1 meter from the ground, T, the distance between the two antennas is about 200 meters, the distance between the two grids is 6 meters and the height of these grids is 3 meters.The main lobe, L, of the microwave beam emitted by the antenna 2 and received by antenna 4, has been shown in Figures 1 and 2 The beam L defines a volume therefore an area within which any intruder penetration causes a change in the field received by the antenna 4 and the receiver 5; this results in a modification of the voltage detected in the receiver 5, the modification of this detected voltage is after processing the alarm signal provided by the microwave barrier.

Les figures 3 et 4 montrent comment il est possible, à caractéristiques d'émetteur et de récepteur sensiblement équivalentes, d'améliorer la sensibilité d'une barrière hyperfréquence. Figures 3 and 4 show how it is possible, with substantially equivalent transmitter and receiver characteristics, to improve the sensitivity of a microwave barrier.

La figure 3 correspond, à la différence près des modifications propres à l'invention, au schéma de la figure 2. La figure 3 montre que l'antenne de la figure 2 a été remplacée par deux antennes de même type 2a, 2b alimentées par l'émetteur 1 à travers un coupleur 3; ce coupleur reçoit l'énergie de l'émetteur 1 sur son entrée et la divise en deux parties égales et en opposition de phase pour la fournir aux deux antennes 2a et 2b qui la rayonnent vers l'antenne 4.Les antennes 2a et 2b sont à la même hauteur par rapport au sol et sont disposées de façon symétrique par rapport au plan vertical passant par un axe XX ()C)( étant ici un axe joignant l'antenne réceptrice 4 à un point, non représenté, situé à mi- distance des antennes 2e et 2b > .  FIG. 3 corresponds, with the difference of the modifications specific to the invention, to the diagram of FIG. 2. FIG. 3 shows that the antenna of FIG. 2 has been replaced by two antennas of the same type 2a, 2b powered by FIG. the transmitter 1 through a coupler 3; this coupler receives the energy of the transmitter 1 on its input and divides it into two equal parts and in phase opposition to supply it to the two antennas 2a and 2b which radiate it towards the antenna 4.The antennas 2a and 2b are at the same height relative to the ground and are arranged symmetrically with respect to the vertical plane passing through an axis XX () C) (here being an axis joining the receiving antenna 4 to a point, not shown, located half distance of antennas 2e and 2b>.

La ligure 3 montre le volume Li occupé par les lobes principaux des antennes 2a et 2b; 8 ce volume est symétrique par rapport au plan vertical passant par XX.  Figure 3 shows the volume Li occupied by the main lobes of antennas 2a and 2b; 8 this volume is symmetrical with respect to the vertical plane passing through XX.

Dans l'exemple décrit la fréquence de travail est de 9,9 GHz, ia distance entre l'ensemble émetteur et l'ensemble récepteur est de 200 m et lr distance entre les antennes 2a et 2b est de 20 cm 9 quant aux antennes 2e, 2b et 4 elles sont réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban et comportent chacune un carré métallique de 15 cm de cBtég déposé sur une face d'une plaque de diélectrique dont l'autre face est entièrement métallisée pour constituer le plan de masse du guide d'ondes à ruban. In the example described, the working frequency is 9.9 GHz, the distance between the transmitter unit and the receiver unit is 200 m and the distance between the antennas 2a and 2b is 20 cm 9 as for the antennas 2e , 2b and 4 they are made in the technology of ribbon waveguides and each comprise a metal square 15 cm of cBtég deposited on one side of a dielectric plate whose other face is fully metallized to form the plane mass of the ribbon waveguide.

Les signaux reçus par l'antenne réceptrice 4 et provenant des antennes 2a et 2b étant égaux en amplitude niais de phases opposées, le récepteur 5 de la figure 3 reçoie un signal résultant de niveau moyen nul ou très faible, du moins dans la mesure où aucun intrus pénètre dans la zone contrôlée par la barrière hyperfréquence. Si ce n'est pas le cas, l'intrus en pénétrant à l'intérieur de la zone L' modifiera de façon différente les signaux provenant de l'antenne 2a et de l'antenne 2b; c'est ainsi qu'un intrus qui franchirait la grille G1 puis la grille G2 modifierait d'abord plus fortement le signal provenant de l'antenne 2a puis ensuite après avoir passé l'axe XX le signal provenant de l'antenne 2b.La pénétration d'un intrus dans la zone L' se traduit donc par une augmentation du signal détecté dans le récepteur 5 augmentation qui, dans l'exemple décrit, est traduite visuellement au moyen d'un voltmètre 5a dont la déviation de l'aiguille à droite ou à gauche de la position centrale indique la position de l'intrus par rapport à l'axe XX; dans l'exemple décrit l'augmentation du niveau moyen du signal reçu par le récepteur 5 est également utilisée pour déclencher une alarme lumineuse et une alarme sonore. Since the signals received by the receiving antenna 4 and originating from the antennas 2a and 2b are equal in amplitude but of opposite phases, the receiver 5 of FIG. 3 receives a signal resulting from a mean level of zero or very low, at least to the extent that no intruder enters the zone controlled by the microwave barrier. If this is not the case, the intruder penetrating inside the zone L 'will modify in a different way the signals coming from the antenna 2a and the antenna 2b; this is how an intruder that crosses the grid G1 then the gate G2 would first modify more strongly the signal from the antenna 2a and then after passing the axis XX the signal from the antenna 2b.La penetration of an intruder into the zone L 'therefore results in an increase of the signal detected in the augmentation receiver which, in the example described, is translated visually by means of a voltmeter 5a whose deflection of the needle to right or left of the central position indicates the position of the intruder with respect to the XX axis; in the example described the increase in the average level of the signal received by the receiver 5 is also used to trigger a light alarm and an audible alarm.

Des essais comparatifs effectués avec une barrière hyperfréquence selon les figures 1 et - 2 et avec une barrière hyperfréquence selon la figure 3 ont montré que la sensibilité de détection d'un intrus avec une barrière selon l'invention (figure 3) était accrue par-rapport à la sensibilité obtenue avec une barrière classique (figures 1 et 2). Comparative tests carried out with a microwave barrier according to FIGS. 1 and 2 and with a microwave barrier according to FIG. 3 have shown that the detection sensitivity of an intruder with a barrier according to the invention (FIG. compared to the sensitivity obtained with a conventional barrier (Figures 1 and 2).

La figure 4 montre que les axes principaux de propagation des antennes 2a et 2b peuvent être respectivement inclinées d'un angle +r et -r par rapport à l'axe XX. La figure 4 montre également comment peut être réalisé le coupleur 3 : il s'agit ici d'un coupleur directif à trois 3 dB dont un accès d'une paire d'accès conjugués est reliée à l'émetteur, l'autre accès de cette paire conjuguée étant reliée à la masse par une charge d'équilibrage 3a tandis que les deux autres accès de l'autre paire d'accès conjugués sont respectivement reliés aux antennes 2a et 2b. FIG. 4 shows that the main axes of propagation of the antennas 2a and 2b can be respectively inclined at an angle + r and -r with respect to the axis XX. FIG. 4 also shows how the coupler 3 can be made: this is a three-dB directional coupler whose access of a pair of interconnected accesses is connected to the transmitter, the other access of this pair conjugate being connected to the ground by a balancing load 3a while the other two accesses of the other pair of access conjugates are respectively connected to the antennas 2a and 2b.

Le coupleur 3 pour brancher les deux antennes émettrices peut être constitué d'un diviseur à résistances, classique avec, dans l'un de ses accès reliés aux antennes, un circuit déphaseur constitué par un câble coaxial dont la longueur est ajustée pour obtenir le déphasage de 1800 entre les signaux reçus par l'antenne réceptrice. The coupler 3 for connecting the two transmitting antennas may consist of a conventional resistance divider with, in one of its ports connected to the antennas, a phase shifter circuit consisting of a coaxial cable whose length is adjusted to obtain the phase shift. 1800 between the signals received by the receiving antenna.

Une meilleure solution, afin d'éviter une perte importante d'énergie dans le coupleur, est d'utiliser un coupleur du type de celui de la figure 5 (connu sous le nom de coupleur de WILKINSON). Dans ce coupleur la sortie de l'émetteur 1, est reliée à la première extrémité de deux inductances LI, L2 d'une valeur de 71 ohms réactifs chacune, constituées par des lignes réalisées dans la technologie des guides d'ondes à ruban (stripline dans la littérature anglo-saxonne), de longueur égale à \4 ( A-: : la longueur d'onde correspondant à la fréquence de 9,9 GHz > ; la seconde extrémité de l'inductance L1 est reliée à l'antenne 2a et à lune des extrémités d'une résistance R de 100 ohms; la seconde extrémité de l'inductance L2 est reliée à l'autre extrémité de la résistance R et, par le conducteur intérieur d'un câble coaxial D, à l'antenne 2b.Le câble coaxial constitue l'élément déphaseur de ce montage; c'est un câble d'impédance caractéristique égale à 50 ohms dont le conducteur extérieur est à la masse et dont la longueur est choisie pour déterminer un déphasage de 180 entre les signaux reçus, en l'absence d'intrus, par l'antenne réceptrice de la barrière hyperfréquence et provenant des antennes 2a et 2b. A better solution, in order to avoid a significant loss of energy in the coupler, is to use a coupler of the type of that of FIG. 5 (known as the WILKINSON coupler). In this coupler, the output of the emitter 1 is connected to the first end of two inductances LI, L2 of a value of 71 ohms each, constituted by lines produced in the technology of ribbon waveguides (stripline in the Anglo-Saxon literature), of length equal to 4 (A-): the wavelength corresponding to the frequency of 9.9 GHz>, the second end of the inductance L1 is connected to the antenna 2a and at one of the ends of a resistor R of 100 ohms, the second end of the inductor L2 is connected to the other end of the resistor R and, by the inner conductor of a coaxial cable D, to the antenna 2b.The coaxial cable constitutes the phase-shifting element of this assembly, it is a characteristic impedance cable equal to 50 ohms whose external conductor is grounded and the length of which is chosen to determine a phase shift of 180 between the signals received, in the absence of intruders, by the antenna receiving the microwave barrier and from antennas 2a and 2b.

Sur la figure 4 ont également été représentés deux condensateurs C1 et
C2 branchés entre la masse et, respectivement, les secondes extrémités des inductances L1 et L2; ces condensateurs sont, en fait, constitues par la capacité répartie que présentent les inductances Ld et L2 par rappqrt au plan de masse du guide d'ondes à ruban.FIG. 4 also shows two capacitors C1 and
C2 connected between the mass and, respectively, the second ends of the inductors L1 and L2; these capacitors are, in fact, constituted by the distributed capacitance which the inductances Ld and L2 present by reference to the ground plane of the ribbon waveguide.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits et en particulier le coupleur 3 peut comporter des éléments de réglage de l'amplitude des signaux fournis aux antennes 2a et 2b de manière que, si le terrain entre l'émetteur et le récepteur n'est pas plat et sans obstacles, un réglage puisse être effectué et qu'ainsi, en l'absence d'intrus, le signal à l'entrée du récepteur 5 de la figure 3 reste quasiment nul.  The present invention is not limited to the examples described and in particular the coupler 3 may comprise elements for adjusting the amplitude of the signals supplied to the antennas 2a and 2b so that, if the ground between the transmitter and the receiver It is not flat and without obstacles, an adjustment can be made and that, in the absence of intruders, the signal at the input of the receiver 5 of Figure 3 remains virtually zero.

Claims (4)

REVENDICATIONS I. Barrière-hyperfréquence comportant un ensemble émetteur (1, 2a, 2b, 3) et un ensemble récepteur (4, 5, 5a) séparés par une zone à contrôler (L'), 'le contrôle consistant dans une mesure des perturbations qu'entraîne la pénétration d'un intrus dans la zone à contrôler, caractéri sée en ce que, en plus d'un émetteur (1), l'ensemble émetteur comporte : deux éléments rayonnants (2a, 2b) disposés de part et d'autre d'un axe XX reliant l'ensemble émetteur à l'ensemble récepteur et un coupleur (3) pour coupler l'émetteur aux deux éléments rayonnants de telle sorte que, en l'absence d'intrus dans la zone à contrôler, les signaux reçus par l'ensemble récepteur et provenant des deux éléments rayonnants soient sensiblement de même amplitude et en opposition de phase. I. Microwave barrier comprising a transmitter assembly (1, 2a, 2b, 3) and a receiver assembly (4, 5, 5a) separated by a control zone (L '), the control consisting of a measurement of the disturbances which entails the penetration of an intruder into the zone to be controlled, characterized in that, in addition to an emitter (1), the emitter assembly comprises: two radiating elements (2a, 2b) arranged on both sides another of an axis XX connecting the transmitter assembly to the receiver assembly and a coupler (3) for coupling the transmitter to the two radiating elements so that, in the absence of intruders in the area to be controlled, the signals received by the receiver assembly and originating from the two radiating elements are of substantially the same amplitude and in phase opposition. 2. Barrière hyperfréquence selon la revendication l, caractérisé en ce que le coupleur comporte un coupleur directif à 3 dB dont les accès d'une paire d'accès conjugués sont respectivement couplés à l'émetteur (1) et à une résistance de charge (3a) et dont les accès d'une autre paire d'accès conjugués sont respectivement couplés aux deux éléments rayonnants (2a, 2b). 2. Microwave barrier according to claim 1, characterized in that the coupler comprises a directional coupler 3 dB whose accesses of a pair of conjugate accesses are respectively coupled to the transmitter (1) and to a load resistor ( 3a) and whose accesses of another pair of conjugate accesses are respectively coupled to the two radiating elements (2a, 2b). 3. Barrière hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coupleur comporte une première (L1) et une seconde (L2) inductance, une résistance (R) et un élément déphaseur (D), en ce qu'une extrémité de la résistance est couplée directement à l'un des éléments rayonnants (2a) et, à travers la première inductance, à l'émetteur et en ce que l'autre extrémité de la résistance est couplée, à travers un élément déphaseur (D), à l'autre élément rayonnant (2b) et, à travers la seconde inductance, à l'émetteur. 3. Microwave barrier according to claim 1, characterized in that the coupler comprises a first (L1) and a second (L2) inductor, a resistor (R) and a phase shifter (D), in that one end of the resistor is coupled directly to one of the radiating elements (2a) and, through the first inductor, to the emitter and that the other end of the resistor is coupled, through a phase-shifting element (D), to the other radiating element (2b) and, through the second inductor, to the emitter. 4. Barrière hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe principal de propagation de l'un des éléments rayonnants fait un angle +r avec Paxe X-X et en ce que l'axe principal de propagation de l'autre élément rayonnant fait un angle r avec l'axe XX.  4. Microwave barrier according to any one of the preceding claims, characterized in that the main axis of propagation of one of the radiating elements is at an angle + r with Pax XX and in that the main axis of propagation of the Another radiating element is at an angle r with the axis XX.