Les systèmes radar à réseaux phasés

Bande millimétrique

Les ondes millimétriques étaient autrefois considérées comme inaptes à l’utilisation pratique dans les radars. L’une des principales raisons était l’absence de moyens de génération appropriés, la réception, la canalisation et la transmission des ondes électromagnétiques de courte portée. En outre, les lois de la propagation des ondes millimétriques dans l’atmosphère non homogène n’ont pas été suffisamment étudiées. Aujourd’hui, la création d’un radar à ondes millimétriques moderne et prospectif est basée sur la recherche des caractéristiques de propagation, de diffusion dans la gamme des ondes millimétriques ainsi que sur le développement des méthodes et moyens de génération et de réception d’ondes millimétriques.

Étape par étape, la théorie et la pratique découvrent les nouveaux avantages des ondes millimétriques et les radars à ondes millimétriques deviennent de plus en plus applicables dans différents domaines comme les réseaux à base des systèmes radars etc. [18]. II.3. Intérét Un gain d’antenne élevé à une ouverture assez petite et la possibilité d’utiliser les formes d’onde à large bande et très courtes facilitent l’amélioration de la résolution et de la précision de mesures radar, ce qui est un avantage évident pour les radars à ondes millimétriques, ainsi qu’un contenu et un taux d’information énormes avec l’application de données de systèmes de communication radar. De plus, les ondes millimétriques sont caractérisées par des propriétés de propagation stables dans des environnements défavorables et une meilleure immunité au bruit. Leur spectre est devenu le centre d’attention ces dernières années, les bandes de fréquences inférieures se remplissent très rapidement. Les différentes fréquences centrales utilisées dans cette bande sont : 77 GHz, 94 GHz et 35 GHz [18]. La conception de ce système dans la bande millimétrique permet de calculer plusieurs paramètres comme l’angle solide, la longueur d’onde, le gain de puissance de l’antenne G, le gain de directivité GD, la taille de l’ouverture de l’antenneAe , la taille de l’ouverture physique A, etc. [14]. 

Angle solide

L’angle solide  est une portion d’espace situé dans un cône ayant un sommet au centre d’une sphère et découpant sur la surface de cette sphère une aire égale à celle d’un carré qui aurait pour côté le rayon de la sphère. Il se calcule en fonction des angles d’élévation e et d’azimut a. Toute surface sur une sphère dont l’aire est égale au carré de son rayon, lorsqu’elle est observée depuis son centre, sous-tend précisément un stéradian. Dans notre cas on prend e = 20° et a = 60° et 1sr = 180/ () = 57,296. Alors on a :  = e  a (57,296) 2 = 20  60 (57,296) 2 = 0,3655 stéradian (II.1) Dans la bande millimétrique la fréquence centrale fc est 77 GHz, c = 3108 m/s alors on a :  = c fc = 3108 77109 = 0.00389 m (II.2)

Supposons que la taille de l’ouverture effective de l’antenne Ae = 1.5 m2 donc Ae=  2 /4. Le gain de l’antenne peut être calculé en fonction de Ae et , G (dB)=10log (4 Ae  2 ) =10log ( 4  1.5 (0.00389) 2 )= 62,3106 dB. (II.3) Un angle d’ouverture à -3 dB : c’est l’angle pour lequel l’atténuation de puissance est de 3 dB par rapport à la direction la plus favorable. Il se calcule comme suit : G = 4 3dB 2  3dB = √ 41802 1702409,9762 = 0.16° (II.4) La largeur de faisceau à 3dB de l’antenne radar peut être exprimée en termes de largeur de faisceau en azimut et en élévation a et e, respectivement. Il s’ensuit que la couverture de l’angle solide de l’antenne est aeet, par conséquent, le nombre de positions de faisceau d’antenne nB nécessaires pour couvrir un angle solide  est : nB =  (a e /57,296) 2 = 0.3655 (0.16/57,296) 2  46870 faisceaux ici a = e =0.16° (II.5) En utilisant les équations (II.1) et (II.2), on peut calculer respectivement la longueur =0,00319 m et le gain G = 62.677 dB, d’un radar à ondes millimétriques avec une fréquence de fonctionnement 0 = 94 GHz. 0 = 35 GHz,  = 0,00857 m.

L’ouverture physique : A = Ae /. Avec  est le facteur d’efficacité de l’ouverture. 14 Pour une bonne antenne 1  Ae = A. Mais dans la pratique  = 0.8. Ce qui donne l’ouverture physique de l’antenne [14]: A = Ae / = 1.5/0.8 = 1.875 (II.6) II.5. Résultats de simulation L’antenne est l’élément qui assure les fonctions d’émission et de réception dans l’espace libre des ondes électromagnétiques véhiculant le signal. Ce travail a pour objectif d’orienter le diagramme de rayonnement ou les faisceaux transmis par l’antenne vers un point bien précis ou les cibles en mouvement. Dans ce cas on utilise les antennes directives qui permettent d’augmenter la densité de puissance à l’endroit où l’on veut cibler/détecter l’information. La puissance rayonnée se trouve concentrée dans un ou plusieurs lobes [1]. L’antenne que nous allons utiliser est caractérisée par plusieurs paramètres comme la fréquence de fonctionnement, la puissance Pt, longueur d’onde, le gain G, l’espacement des antennes d, etc. Le principe de base de ce travail est le changement de fréquence qui nous donne des informations sur le diagramme de rayonnement. Pour cela, on utilise différentes fréquences. La figure ci-dessous représente un diagramme de rayonnement. C’est le rapport entre le gain G(,) rayonné par unité d’angle solide et le gain maximal Gmax, ou le rapport entre la directivité D (,) et la directivité maximale Dmax ou encore le rapport entre les carrés des champs E(,) et Emax. Il possède généralement un lobe unique axial ou dépointe en élévation ou en azimut [14]