Le Radar à balayage électronique..... Passif.


Ben oui, il faut bien commencer par le passif avant de parler du radar à balayage électronique actif qui est apparu après.


L'idée est donc de remplacer les mouvements mécaniques qui permettent à un radar "classique" d'orienter son faisceau (en fait son lobe principal) dans les différentes directions, afin de balayer la plus grande portion de ciel (et de sol) possible.

Le premier avion équipé d'un radar à balayage électronique (forcément passif, à l'époque) fut le Mig 31 Foxhound.

On part donc d'une antenne planaire (ou plate ou plane) comme celle décrite à la page précédente.

Sur ces antennes, le faisceau est obtenu par le jeu des interférences constructives et destructives.

Le système comporte donc une simple plaque plane, sur laquelle sont répartis de nombreux, voir très nombreux, éléments rayonnants, eux mêmes alimentés par un émetteur (et récepteur).

Qu'il s'agissent de fentes, de petits dipôles ou encore de "patchs" importe peu, le résultat est le même: Le jeu des interférences donne un "pic" d'émission (lobe principal) au centre et des lobes secondaires tout autour, comme sur les dessins de la page précédente, ou comme pour une "tache d'Airy" (le phénomène est d'ailleurs de même nature).

Sur le dessin (très très simplifié) ci dessous, la plaque plane et ses éléments rayonnants de face, puis de côté:

À gauche: la plaque plane (en ocre) et ses dipôles (en noir).

Au centre: une vue de côté avec les dipôles symbolisés par de petites antennes (ou par le symbole traditionnel d'une antenne).

À droite: La même vue de côté, mais avec les éléments rayonnants en train d'émettre et montrant comment le front d'onde principal (ligne mauve) correspond bien à une émission dirigée vers la droite.

L'émetteur récepteur est représenté ici par le rectangle rouge. Les rectangles bleus sont des retardateurs/déphaseurs. On en reparle après.

Maintenant, imaginons que l'on décide, non pas d'émettre simultanément avec tous les éléments rayonnants, mais plutôt d'en allumer d'abord un seul, puis d'en ajouter un autre, puis encore un autre, etc...

Ben ça donnerait ça:

Puis ça:

Et maintenant, si on y ajoute une ligne (rouge) pour bien montrer le front d'onde....

On obtient ça:
On voit clairement que le décalage temporel entre les émissions de chaque élément, soigneusement programmé selon une séquence précise, fait que le front d'onde est désormais orienté plutôt vers le haut.

Cela correspond à un faisceau, un lobe principal, dirigé selon la perpendiculaire au front d'onde, donc comme ceci:


La direction donnée par la flèche, donc.

Au niveau "lobes", ça donne:
Mais comment fait-on donc pour provoquer ce décalage temporel entre les émissions de chaque élément rayonnant?

Ben en provoquant un retard d'émission par un système électronique particulier. C'est le rôle des éléments dessinés en bleu sur les dessins précédents.

On provoque un retard en dérivant le signal par un circuit plus long, et/ou en provoquant un déphasage (comme avec une inductance, par exemple).

Les avantages du balayage électronique:

-----Grande vitesse de balayage, permettant une vision PRESQUE simultanée de tout l'espace observable (air et sol), et cela sans usure.

-----Possibilité plus aisée de poursuites multiples.

-----Possibilité de modifier la vitesse de balayage, le temps d'observation d'une région, et une plus grande souplesse dans le choix des modes.

-----Meilleure résistance au brouillage, par exemple et entre autres, en évitant une direction de réception.

On parle souvent de changements nombreux et rapides de fréquences pour éviter le brouillage, mais cette possibilité existe aussi pour un radar à balayage mécanique. C'est plus le progrès technologique que le seul type de balayage qui permet ça.


Le Radar à balayage électronique..... Actif.

Surprise immédiate, du point de vue graphique, on a l'impression de reprendre les même et recommencer...

Et donc graphiquement, on va encore dessiner..........   
Ça:


Et ça:
Et j'ai résumé parce que je pouvais aussi mettre les autres dessins, sans problème...

Ben alors, c'est quoi la différence?

Au niveau graphique: tout simplement que:

1) Le rectangle rouge qui, avant, représentait l'émetteur (avec son alimentation électrique), ne représente plus que l'alimentation électrique, et pas d'émetteur à cet endroit, donc pas d'émetteur unique, général.

2) Les rectangles bleus qui, avant, représentaient les déphaseurs (ou retardateurs), représentent désormais DES émetteurs individuels, séparés, et assurants eux même les délais temporels nécessaires.

C'est d'ailleurs pour ça que mes dessins ne comportaient pas de "texte" indiquant la fonction des différents rectangles (rouges ou bleus), parce que leur fonctions dépendaient du caractère passif ou actif du balayage, dans une architecture très semblable du moment que l'on reste dans la simplification.

Au départ, que l'antenne soit dite acitive ou passive, les choses se déroulent de manière semblable.

Les différents éléments rayonnants, qu'ils soient alimentés par un émetteur unique général ou par des émetteurs individuels font, apparemment du moins, le même travail de la même manière: formation d'un faisceau par jeu des interférences et orientation du faisceau par retard/déphasage.

Mais quelque chose de fondamental a changé. Il n'y a plus UN émetteur, mais des centaines (plus de mille en fait sur un vrai radar de ce genre).

Ces émetteurs sont plus petits et moins puissants, bien évidemment, mais c'est la puissance cumulée de tous ensembles qu'il faut prendre en compte et là, il n'y a pas de manque, pas de diminution, au contraire parfois.

Quels sont les avantages des antennes à balayage électronique actif?

Ben, déjà, comme pour le balayage électronique passif:

----Grande vitesse de balayage, permettant une vision PRESQUE simultanée de tout l'espace observable (air et sol), et cela sans usure.

----Possibilité plus aisée de poursuites multiples.

----Possibilité de modifier la vitesse de balayage, le temps d'observation d'une région, et une plus grande souplesse dans le choix des modes.

----Meilleure résistance au brouillage, par exemple et entre autres, en évitant une direction de réception.

----Changements nombreux et rapides de fréquences pour éviter le brouillage, sauf, comme je l'avais dit, que cette possibilité existait déjài pour un radar à balayage mécanique.

Ensuite, plus spécifiquement pour le balayage actif:

----Si l'émetteur unique d'un radar à balayaghe électronique passif tombe en panne, ben le radar est en panne, point, mais dans le cas d'un radar à balayage électronique actif, la panne d'un voir même de plusieurs émetteurs n'empêche en rien la poursuite du fonctionnement des autres émetteurs, et donc le résultat est beaucoup moins grave: une diminution, plus ou moins importante des performances, mais pas de panne totale.

----Une meilleure utilisation de la puissance parce que l'addition d'un grand nombre de puissances relativement faibles entraîne moins de problème qu'une puissance unique très très importante.

----Pour résister au brouillage, une des techniques vraiment efficaces, est de changer souvent et rapidement de fréquence. Eh bien, avec une antenne active, on peut, en plus, travailler avec plusieurs fréquences différentes simultanément.

L'avantage?

Pour brouiller un radar travaillant sur plusieurs fréquences simultanément, tout en en changeant, en plus continuellement, il faut pratiquement brouiller TOUTES les fréquences possibles en même temps ce qui est vraiment mais vraiment très très compliqué...

D'un autre côté, on ne peut additionner que les puissances des émetteurs travaillant avec exactement la même fréquence et donc, lorsqu'un radar à balayage électronique actif travaille avec plusieurs fréquences différentes, sa puissance d'émission est diminuée, parce que l'on ne peut pas additionner des fréquences différentes.

Elle est même diminuée en proportion du nombre de fréquences différentes utilisées simultanément. C'est comme si, à la place d'un radar d'une certaine puissance, on avait plusieurs radars différents, chacun de puissance plus faible. Mais face à un brouillage très actif, cela reste un avantage de pouvoir continuer à utiliser son radar, même avec une portée moindre.

Du côté négatif, on peut aussi parler de la plus grande difficulté à traîter le problème de l'évacuation de la chaleur de plus de mille modules plutôt que d'un seul gros émetteur.

Ajoutons aussi que lorsque un tel radar travaille avec plusieurs fréquences différentes en même temps (pour mieux résister au brouillage), il le paye, en portée (comme évoqué plus haut, parce qu'on ne peut additionner les puissances que d'une même fréquence) et il le paye aussi en qualité de faisceau: dans ce genre de radar, un faisceau est obtenu par le jeu des interférences entre émission de même fréquence, et donc si on travaille avec deux fréquences il n'est pa possible d'avoir moins de deux faisceaux et deux faisceaux "construits" avec deux fois moins d'émetteurs donc pour cela moins étroits, précis, concentrés, efficaces.
Rappel: