FR2880202A1 - Combined identification friend or foe-radar antenna for ship, has dipoles with wires coiled in helix inside dielectric bushing sleeves, where step and diameter of helix and diameter of wires are chosen to be low - Google Patents
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Abstract
Description
ANTENNE DE TYPE FILAIRE A TRES FAIBLE VISIBILITE AUXANTENNA OF WIRED TYPE WITH VERY LOW VISIBILITY TO
FREQUENCES SUPERIEURES A SA FREQUENCE DE FONCTIONNEMENT FREQUENCIES HIGHER THAN ITS FREQUENCY OF OPERATION
ET ANTENNE COMBINEE RADAR-IFF EN FAISANT APPLICATION AND RADAR-IFF COMBINED ANTENNA BY APPLYING
La présente invention se rapporte à une antenne à élément rayonnant du type filaire à très faible visibilité dans un champ électromagnétique à fréquence plus élevée que la fréquence de fonctionnement de ladite antenne. The present invention relates to a wire-type radiating element antenna with very low visibility in an electromagnetic field with a frequency higher than the operating frequency of said antenna.
Elle se rapporte également à l'application de ladite antenne à la réalisation d'une antenne combinée radar-IFF. It also relates to the application of said antenna to the realization of a radar-IFF combined antenna.
Les antennes de radar sont souvent combinées à une antenne liée à un interrogateur d'identification Ami-Ennemi (Identification of Friend or Foe dans la littérature anglo-saxonne, ou IFF en abrégé) fonctionnant à une fréquence basse (par exemple en bande L) tandis que le radar fonctionne à fréquence plus élevée (par exemple en bande X). Ce cas se rencontre en particulier pour les systèmes embarqués où le volume disponible est limité. L'antenne IFF est en général constituée par un réseau de dipôles disposés en avant de l'antenne radar dont ils utilisent une surface réflectrice. The radar antennas are often combined with an antenna linked to a Friend-Enemy identification interrogator (IFF abbreviated) operating at a low frequency (for example in the L band). while the radar operates at a higher frequency (for example in X-band). This case is encountered in particular for embedded systems where the available volume is limited. The IFF antenna is generally constituted by a dipole array disposed in front of the radar antenna which they use a reflective surface.
Cependant, l'utilisation de dipôles dans le champ de rayonnement de l'antenne radar entraîne des perturbations du rayonnement en raison de la diffraction par les dipôles d'une partie de l'énergie rayonnée. Ceci se traduit par l'apparition de lobes périodiques dans le diagramme de l'antenne radar et par une certaine perte de gain. However, the use of dipoles in the radiation field of the radar antenna causes radiation disturbances due to the diffraction by the dipoles of a portion of the radiated energy. This results in the appearance of periodic lobes in the radar antenna pattern and some loss of gain.
Un objet de l'invention est donc la réalisation d'une antenne de type filaire ayant des effets perturbateurs les plus réduits possible aux fréquences plus élevées que sa fréquence de fonctionnement, grâce au fait que les éléments filaires de l'antenne sont constitués par des fils en hélice. An object of the invention is therefore to provide a wire-type antenna having the least possible disturbing effects possible at frequencies higher than its operating frequency, thanks to the fact that the wired elements of the antenna are constituted by helical wires.
Selon l'invention, il est prévu une antenne à élément rayonnant du type filaire à très faible visibilité dans un champ électromagnétique à fréquence plus élevée que la fréquence de f onction- nement de ladite antenne, caractérisée en ce que ledit élément filaire est formé par un fil enroulé en hélice dont le pas et le diamètre ainsi que le diamètre du fil sont choisis de manière à diminuer la perturbation introduite sur le champ électromagnétique de fréquence plus élevée dans lequel l'antenne peut se trouver placée et en ce que la longueur dudit élément filaire en hélice est déterminée pour conserver l'adaptation de ladite antenne, à sa fréquence de fonctionnement. According to the invention, there is provided a wire-type radiating element antenna with very low visibility in an electromagnetic field with a frequency higher than the frequency of operation of said antenna, characterized in that said wire element is formed by a helically wound wire whose pitch and diameter as well as the diameter of the wire are chosen so as to reduce the disturbance introduced into the higher frequency electromagnetic field in which the antenna may be placed and in that the length of said helical wire element is determined to maintain the adaptation of said antenna to its operating frequency.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une antenne combinée radar-IFF comportant une antenne radar proprement dite et une antenne d'interrogateur IFF constituée d'un ou plusieurs dipôles placés à l'avant d'une surface réflectrice faisant partie de l'antenne radar, le radar fonctionnant dans une bande de fréquences plus élevée que la bande de fréquences de fonctionnement de l'interrogateur IFF, caractérisée en ce que le ou lesdits dipôles comprennent chacun deux brins alimentés symétriquement et constitués par des fils enroulés en hélice dont le pas et le diamètre ainsi que le diamètre du fil sont choisis de manière à diminuer la perturbation introduite par lesdits dipôles dans la bande de fréquence du radar et en ce que la longueur de chacun desdits dipôles est déterminé pour conserver l'adaptation de l'antenne IFF, à la fréquence de fonctionnement IFF. According to another aspect of the invention, there is provided a radar-IFF combined antenna comprising a radar antenna proper and an IFF interrogator antenna consisting of one or more dipoles placed in front of a reflecting surface forming part of the radar antenna, the radar operating in a higher frequency band than the operating frequency band of the IFF interrogator, characterized in that the said dipole or dipoles each comprise two symmetrically fed wires constituted by wires wound in parallel. helix whose pitch and diameter and the diameter of the wire are chosen so as to reduce the disturbance introduced by said dipoles in the frequency band of the radar and in that the length of each of said dipoles is determined to maintain the adaptation of the IFF antenna, at the IFF operating frequency.
La diminution de la diffraction ainsi obtenue conduit à une réduction très importante des lobes secondaires dus à cette diffraction, de l'ordre de 10 dB, et à la suppression de toute influence sur le gain de l'antenne radar. The reduction of the diffraction thus obtained leads to a very significant reduction of the secondary lobes due to this diffraction, of the order of 10 dB, and the suppression of any influence on the gain of the radar antenna.
Ainsi, les dipôles de l'antenne IFF deviennent pratiquement invisibles pour l'antenne radar. Thus, the dipoles of the IFF antenna become virtually invisible to the radar antenna.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où : - la figure 1 représente le schéma d'une antenne combinée radar-IFF connue; - la figure 2 est une vue de face de cette antenne connue; - la figure 3 montre un fil enroulé en hélice permettant de définir les différents paramètres de cette hélice; et - la figure 4 représente le schéma d'une antenne combinée radar-IFF selon l'invention. The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent from the following description and accompanying drawings in which: - Figure 1 shows the diagram of a known radar-IFF combined antenna; FIG. 2 is a front view of this known antenna; FIG. 3 shows a wire wound in a helix making it possible to define the various parameters of this helix; and FIG. 4 represents the diagram of a radar-IFF combined antenna according to the invention.
Comme on l'a déjà mentionné, une antenne IFF est en général composée de plusieurs dipôles fonctionnant en bande L. Ces dipôles sont placés en avant d'une surface réflectrice qui, dans le cas d'une antenne combinée radar-IFF, est constituée par toute antenne réseau plane du radar telle qu'une antenne plate à fentes ou par la surface d'un des réflecteurs constituant cette antenne si elle est du type "optique à réflecteurs". As already mentioned, an IFF antenna is generally composed of several dipoles operating in L-band. These dipoles are placed in front of a reflective surface which, in the case of a combined radar-IFF antenna, is constituted by any radar array antenna such as a slotted flat antenna or the surface of one of the reflectors constituting this antenna if it is of the "reflector optical" type.
La figure 1 représente en coupe et partiellement une telle antenne combinée connue. Le plan réflecteur 1 est traversé par une ligne d'alimentation 2 pour chaque dipôle, par exemple une ligne coaxiale. Cette ligne alimente de manière symétrique, par exemple par l'intermédiaire d'un balun 3, les brins 4 et 5 du dipôle. Ce balun est par exemple constitué par un tronçon de ligne coaxiale dont le conducteur extérieur est coupé en deux par une fente diamétrale de longueur 4, où X est la longueur d'onde dans l'air de fonctionnement du système IFF, et dont le conducteur intérieur est connecté à une des moitiés du conducteur extérieur. La longueur totale L du dipôle est sensiblement égale à 2 et le dipôle est en général disposé à une distance 4 de la surface réflectrice 1. Figure 1 shows in section and partially such a known combined antenna. The reflector plane 1 is crossed by a feed line 2 for each dipole, for example a coaxial line. This line feeds symmetrically, for example via a balun 3, the strands 4 and 5 of the dipole. This balun is for example constituted by a section of coaxial line whose outer conductor is cut in two by a diametrical slot of length 4, where X is the wavelength in the operating air of the IFF system, and whose conductor Inside is connected to one of the halves of the outer conductor. The total length L of the dipole is substantially equal to 2 and the dipole is generally arranged at a distance 4 from the reflecting surface 1.
La figure 2 représente la même antenne combinée vue de face. Figure 2 shows the same combined antenna seen from the front.
L'antenne radar 10 comprend la surface réflectrice 1 (figure 1) en avant de laquelle sont placés les dipôles 11 du réseau formant l'antenne IFF. Comme on l'a déjà expliqué, les brins rayonnants des dipôles, placés à l'avant de l'antenne radar, interceptent une partie de l'énergie radar rayonnée et la diffractent. Les énergies dif- fractées partielles se recombinent dans l'espace pour créer un système de lobes secondaires périodiques qui dégradent les performances de l'antenne radar, la présence des dipôles entraînant en outre une perte de gain de l'antenne. Cette perte peut, en fonction du nombre de dipôles utilisés, atteindre des valeurs notables de l'ordre de 0,6 dB. The radar antenna 10 comprises the reflective surface 1 (FIG. 1) in front of which are placed the dipoles 11 of the network forming the IFF antenna. As already explained, the radiating strands of the dipoles, placed at the front of the radar antenna, intercept part of the radiated radar energy and diffract it. Partial diffracted energies recombine in space to create a system of periodic side lobes that degrade the performance of the radar antenna, the presence of the dipoles also causing loss of gain of the antenna. This loss can, depending on the number of dipoles used, reach significant values of the order of 0.6 dB.
Selon l'invention, pour remédier à ces inconvénients, on prévoit de remplacer les brins de chaque dipôle par des fils en hélice. La figure 3 définit les paramètres d'un tel fil enroulé en hélice, à savoir le pas S et le diamètre D de l'hélice et le diamètre d du fil. According to the invention, in order to overcome these drawbacks, provision is made to replace the strands of each dipole with helical wires. FIG. 3 defines the parameters of such a helically wound wire, namely the pitch S and the diameter D of the helix and the diameter d of the wire.
La figure 4 représente partiellement une antenne combinée radar- IFF du type de celle de la figure 1, modifiée selon l'invention. FIG. 4 partially represents a radar-IFF combined antenna of the type of that of FIG. 1, modified according to the invention.
On y retrouve un certain nombre d'éléments communs avec la figure 1 qui sont affectés des mêmes numéros de référence. Chaque brin du dipôle est constitué par un fil en hélice 40, 50 disposé dans un manchon diélectrique 41, 51 pour assurer la rigidité mécanique. Les fils pourraient aussi être enroulés sur un mandrin cylindrique diélectrique ou même complètement enrobés dans le diélectrique. There are a number of elements common to Figure 1 which are assigned the same reference numbers. Each strand of the dipole is constituted by a helical wire 40, 50 disposed in a dielectric sleeve 41, 51 to ensure mechanical rigidity. The wires could also be wound on a dielectric cylindrical mandrel or even completely embedded in the dielectric.
Dans le cas d'une antenne radar à polarisation parallèle à la direction des brins des dipôles où le phénomène de diffraction est particulièrement gênant, la diffraction est fonction du pas de l'hélice, du diamètre du fil et à un degré moindre du diamètre de l'hélice et du diamètre et de la constante diélectrique du manchon. In the case of a polarization radar antenna parallel to the direction of the dipole strands where the diffraction phenomenon is particularly troublesome, the diffraction is a function of the pitch of the helix, the diameter of the wire and to a lesser degree of the diameter of the wire. the helix and the diameter and dielectric constant of the sleeve.
Dans le cas d'une antenne radar à polarisation perpendiculaire aux brins, où le phénomène est nettement moins important, la diffraction est surtout fonction du diamètre de l'hélice, du diamètre et de la constante diélectrique du manchon. In the case of a polarization radar antenna perpendicular to the strands, where the phenomenon is much less important, the diffraction is mainly a function of the diameter of the helix, the diameter and the dielectric constant of the sleeve.
On obtient une réduction de la diffraction d'autant plus importante que le pas et le diamètre de l'hélice ainsi que le diamètre du fil sont plus faibles. Ces paramètres sont choisis pour être faibles par rapport à la longueur d'onde du radar. Avec les para-mètres couramment réalisables, on obtient une réduction de l'ordre de 10 dB de la diffraction, ce qui rend l'antenne IFF pratiquement invisible en bande X. En bande L, la bande de fonctionnement de l'IFF, il est nécessaire que le fonctionnement des dipôles de l'antenne ne soit pas modifié. Le fait d'utiliser un fil enroulé en hélice introduit une impédance selfique supplémentaire. De même l'utilisation d'un élément diélectrique, manchon ou mandrin, modifie l'impédance. Il faut donc assurer l'adaptation de l'antenne IFF aux circuits de l'interrogateur. Pour retrouver cette adaptation, on joue sur la longueur des brins du dipôle qui ne doivent plus avoir une longueur sensiblement égale à 4 mais une longueur plus faible, fonction surtout du pas de l'hélice. A reduction in diffraction is all the greater as the pitch and the diameter of the helix and the diameter of the wire are lower. These parameters are chosen to be small relative to the wavelength of the radar. With the commonly achievable parameters, a reduction of about 10 dB in the diffraction is obtained, which makes the IFF antenna practically invisible in the X band. In the L band, the operating band of the IFF It is necessary that the operation of the dipoles of the antenna is not modified. The use of a helically wound wire introduces additional inductive impedance. Likewise the use of a dielectric element, sleeve or mandrel, modifies the impedance. It is therefore necessary to ensure the adaptation of the IFF antenna to the circuits of the interrogator. To find this adaptation, we play on the length of the strands of the dipole which must no longer have a length substantially equal to 4 but a shorter length, mainly a function of the pitch of the propeller.
La détermination finale de l'ensemble des valeurs de para-mètres de l'antenne IFF est effectuée expérimentalement. The final determination of all IFF antenna parameter values is done experimentally.
Par exemple, pour l'antenne IFF de la figure 4 en bande L, on obtient l'adaptation pour une longueur globale du dipôle L' de l'ordre de 0,35 X. Il est aisé de modifier convenablement cette longueur, donc la longueur développée de fil, en fonction du pas d'hélice choisi et de la constante diélectrique du manchon, pour conserver l'adaptation. La substitution d'un fil en hélice à un brin rectiligne pour chaque dipôle n'a ainsi pratiquement aucune influence sur les performances de l'antenne IFF. For example, for the IFF antenna of FIG. 4 in the L-band, the adaptation is obtained for an overall length of the dipole L 'of the order of 0.35 ×. It is easy to modify this length appropriately, so the developed wire length, depending on the chosen helix pitch and the dielectric constant of the sleeve, to maintain the adaptation. The substitution of a helical wire for a straight strand for each dipole thus has virtually no influence on the performance of the IFF antenna.
Naturellement, bien que le cas d'une antenne combinée radar-IFF soit particulièrement intéressant, l'invention s'applique dans tous les cas où la présence d'une antenne à fréquence basse peut perturber le fonctionnement de systèmes à fréquence plus élevée. Ceci pourrait par exemple être le cas à bord de bateaux où dans un faible volume cohabitent plusieurs systèmes d'antennes à des fréquences différentes (liaisons VHF, radar de bord, etc. . .). Naturally, although the case of a radar-IFF combined antenna is particularly interesting, the invention applies in all cases where the presence of a low frequency antenna can disturb the operation of higher frequency systems. This could for example be the case on board ships where in a small volume coexist several antenna systems at different frequencies (VHF links, onboard radar, etc.).
Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention qui est notamment applicable à toute antenne de type filaire autre que des dipôles. Of course, the described embodiment is in no way limiting of the invention which is particularly applicable to any wire-type antenna other than dipoles.
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