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Article

1 - UN PEU D'HISTOIRE

  • 1.1 - Aux USA
  • 1.2 - En Grande Bretagne
  • 1.3 - En Allemagne
  • 1.4 - Russie et les autres pays
  • 1.5 - En France
  • 1.6 - Histoire du magnétron
  • 1.7 - État de l'art en 1945

2 - PRINCIPES DE BASE

3 - ORGANISATIONS TYPES DE RADARS

4 - CRITÈRES DE PERFORMANCES

5 - CONCEPTION GÉNÉRALE DE L'ÉMISSION/RÉCEPTION RADAR

6 - CARACTÉRISTIQUES DES ANTENNES RADARS

Article de référence | Réf : TE6650 v1

Un peu d'histoire
Radars : principes de base - Éléments constitutifs

Auteur(s) : Jacques DARRICAU

Relu et validé le 01 déc. 2022

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RÉSUMÉ

Le radar utilise la propriété des ondes électromagnétiques de se réfléchir sur tout obstacle, créant ainsi une onde de retour susceptible d'être décelée par un récepteur adapté à ce signal. La localisation d’objets impose une mesure de la distance et une mesure angulaire. Les radars se différencient entre eux par la manière dont ils explorent l’espace à l’aide de leur antenne. Plusieurs critères définissent leurs performances : pouvoir discriminateur, précision en distance, volume de confusion. Les radars intègrent dans leur technologie des chaînes d’émission réception. De conception assez variée, certaines antennes sont maintenant actives ; utilisant le déphasage et l’amplification, elles augmentent considérablement les capacités des radars.

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ABSTRACT

Radars; basic principles - constitutive components

The radar uses electromagnetic wave properties to be reflected by any type of obstacle thus creating a return wave which can be detected by a receptor adapted to such signal. The localization of objects requires a distance and angular measuring. Radars can de differenciated according to the way they explore space by means of their antennas. Their performances are defined according to several criteria; discriminative power, distance accuracy and confusion matrix. Transmission and receiving chains are integrated into radar technology. Certain antennas of a varied nature are currently being used. They significantly increase the capacity of radars through phase-shifting and amplification.

Auteur(s)

  • Jacques DARRICAU : Ingénieur général de l'Armement - Ingénieur ENICA et ENSAE

INTRODUCTION

Dans cet article, le lecteur découvrira les principes de base de la détection électromagnétique, fonction assurée par le Radar (abréviation pour Radio Detection And Ranging), et ses éléments constitutifs.

Un rappel historique, du télémobiloscope de l'Allemand Christian Hülsmeyer (1904) aux théories modernes du Britannique P.M. Woodward (1950), permettra de situer les grandes étapes de la découverte et du développement des radars.

Sont ensuite exposés les principes de base du radar à impulsions : principes de la mesure de la distance et de la mesure angulaire, qui amènent à la définition de la composition type d'un radar, avec une description sommaire de chacun des éléments qui la compose. Suit un panorama des différents types de radars :

  • panoramique ;

  • volumétrique ;

  • de poursuite ;

  • d'atterrissage ;

  • aéroportés.

Pour chacun d'eux sont décrites les organisations types correspondantes et/ou leurs particularités remarquables.

À la suite de ce parcours rapide, sont définis les critères qui permettent de caractériser les performances opérationnelles des radars :

  • pouvoir discriminateur et précision ;

  • notions concernant le « volume de confusion » d'un radar et de son incidence sur la détection des parasites naturels « fouillis » ou « clutter », pouvant altérer leur vision des objets utiles ;

  • notion d'effet Doppler, qui permettra de caractériser les mobiles par leur vitesse.

Sont ensuite abordées les technologies d'émission réception propres aux radars. Cette description commence par celle de l'organisation générale des chaînes d'émission réception radar, puis sont examinés les éléments actifs conduisant à l'émission des signaux :

  • tubes hyperfréquences ;

  • étages de puissance « état solide » ;

Et les dispositifs particuliers d'alimentation électrique de ces éléments de haute puissance instantanée : les modulateurs.

La description se poursuit par celles des antennes utilisées en radar. Selon un schéma classique, sont d'abord établies les notions conduisant à comprendre le fonctionnement de ces antennes, avant de poursuivre par un panorama des différents types d'antennes radar :

  • à réflecteurs ;

  • Cassegrain ;

  • pour radar de poursuite ;

  • planes ;

  • à balayage électroniques ;

  • actives.

Avec, pour chacune d'elles leurs principe et performances caractéristiques.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te6650


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1. Un peu d'histoire

Les premières applications de la radioélectricité furent les télécommunications, puis la radionavigation. Mais, dès le début du siècle, des précurseurs envisagèrent la possibilité de détecter la présence d'objets métalliques par l'utilisation d'ondes électromagnétiques.

C'est le besoin militaire de la défense aérienne et maritime qui fut le principal moteur de cette technique nouvelle à partir des années 1930. Le mot Radar lui-même, qui est aujourd'hui universellement adopté pour désigner un matériel répondant à ces exigences, est un nom de code officiellement adopté par la marine nationale des États-Unis en novembre 1940, abréviation de l'expression : Radio Detection And Ranging.

Mais, les origines du radar lui sont bien antérieures.

La première expérimentation concrète est due à Christian Hülsmeyer qui breveta en 1904 son Télémobiloscope. Mais, il faut attendre les années 1920 avant que l'idée ne refasse surface.

On peut citer alors en 1922 les travaux :

  • en Italie de Gugliemo Marconi ;

  • aux USA de A.H. Taylor et L.C. Young du NRL ;

  • en France, celles du radio amateur chevronné M. Brard. D'autres expériences auront lieu un peu plus tard en France, notamment celles de C. Gutton et E. Pierret en 1927 et de P. David et R. Mesny en 1928.

La véritable éclosion de cette technique se situe cependant entre 1930 et 1940.

1.1 Aux USA

  • En 1933, le NRL expérimente le principe d'un « radar bistatique en onde continue » (figure 1a ) qui permet de déceler les mouvements d'un avion en vol à une distance de 50 km, puis se réoriente en 1934 vers une méthode « monostatique à impulsions » (figure 1b ).

  • En 1939, la société RCA obtient un premier contrat de production pour 20 exemplaires d'un radar fonctionnant à 400 MHz, baptisé « CXAM », destiné à équiper diverses unités de la Navy. Entre temps, celle-ci s'est également équipée en radars de conduite de tir, les « FA Mark 1 » produits par Bell Laboratory et fonctionnant à 750 MHz.

    ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DARRICAU (J.), BLANCHARD (Y.) -   Histoire du radar dans le monde puis en France.  -  Revue PEGASE et revue de l'électricité et de l'électronique (2003).

  • (2) - DARRICAU (J.) -   Physique et théorie du radar.  -  Sodipe (1994).

  • (3) - BLANCHARD (Y.) -   Le radar 1904-2004 – Histoire d'un siècle d'innovations techniques et opérationnelles.  -  Ellipses, Thalès (2004).

  • (4) - BARTON (D.K.) -   Radar system analysis.  -  Artech House.

  • (5) - CARPENTIER (M.H.) -   Radars bases modernes.  -  Masson, 5e Éd., Paris (1984).

  • (6) - DEBRAND (J.), CROCE SPINNELLI (S.), GAYET (F.) -   Les systèmes radars aéroportés.  -  Thomson, CSF (1980).

  • ...

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