I] Le Radar

a) Historique

Le radar a pu être découvert grâce aux recherches de plusieurs scientifiques, de différentes nationalités, au fil du temps.

James Clerk Maxwell, physicien anglais du XIXe sciècle, découvre en 1865 les ondes électromagnétiques et leurs propriétés: les ondes électromagnétiques sont des ondes à très hautes fréquences.

 

 

 

En 1904, Christian Hüllsmeyer invente un appareil qu'il nomme "Telemobiloskop". Il permet de prévenir les collisions en mer entre deux bâteaux. Le principe est d'émettre des ondes électromagnétiques dans une direction grâce à une antenne. Si ces ondes rencontrent un obstacle métallique (comme un bateau), elles sont en partie réfléchies vers l'émetteur.

 

Ce principe est en partie repris dans le domaine de l'aviation. Le premier aéronef est détecté grâce à un système similaire en 1930. La 2nd guerre mondiale, ayant provoqué un essor des avions de combats entraine l'équipement massif en technologies nécessaire des principaux pays engagés dans le conflit (Etats-Unis, Royaume-Uni, France, Allemagne, URSS et Japon).

b) Fonctionnement

Le radar aérien fonctionne grâce aux ondes électromagnétiques. Le principe est d'envoyer une onde électromagnétique, qui se propage donc en ligne droite à une vitesse proche de celle de la lumière, (3.0*108 m.s-1), dans une direction précise. Si cette onde ne rencontre pas d'obstacle, elle se perd dans l'infini. Si elle en rencontre un, elle est alors soit réléchie, soit réfractée.

Le radar va alors capter l'onde réfléchie puis, grâce aux données sur la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique dans l'air et sur le temps de trajet effectuée par l'onde entre son envoi et son retour, le radar va déterminer la distance à laquelle il se trouve de l'obstacle. Après avoir déterminé plusieurs fois cette distance, il est possible de déterminer également la vitesse de déplacement de l'obstacle (comme un avion, par exemple).



 


Onde Electromagnétique incidente: Il s'agit de l'onde électromagnétique envoyée par le radar vers un obstacle. Elle n'existe qu'avant de recontrer l'obstacle.

Onde Electromagnétique réfléchie: L'onde est renvoyée par l'obstacle vers le radar émetteur.

Onde Electromagnétique réfractée: L'onde électromagnétique est absorbée par l'obstacle avant d'être déviée.

c) Composants


  • Le transmetteur :

Le transmetteur est un appareil qui génère une onde électromagnétique et va ensuite l'envoyer à l'antenne pour diffusion. Cet appareil électronique va tout d'abord produire une onde avec un magnétron puis la transmettre à l'antenne avec un guide d'onde. Le magnétron est un auto-oscillateur constitué d’une anode, qui comprend des cavités de résonnances, d’une cathode chauffante et aussi des aimants qui sont fixés perpendiculairement par rapport à l'axe de la cavité. Un champ électrique continu est appliqué entre l’anode et la cathode par l’émission d’électrons par la cathode vers l’anode. Ces électrons sont déviés par le champ magnétique produit par les aimants. Cette interaction entre les charges et les cavités devient le support d’oscillation électromagnétique. Les ondes ainsi créent, sont captées par la boucle de la sonde et envoyé a l’antenne grâce au guide d’onde.

 

 

  • L’antenne :

L’antenne est la partie la plus importante du radar. Elle transfère la puissance de l’émetteur à des signaux dans l’espace pour l’émission et inversement pour la réception. Pour cela l’antenne utilise un duplexeur. C’est un dispositif électronique permettant l'utilisation d'une même antenne pour l'émission et la réception du signal. Il relie l’antenne alternativement avec le transmetteur et le récepteur dans le cas d’un radar mono-statique. Ce dispositif doit très bien isoler ses deux contacts et les allers-retours se font à chaque quelques microsecondes. C’est pourquoi le duplexeur est un circuit électronique car aucun système mécanique ne peut faire un changement aussi rapide.

                               

 

  • Le récepteur :

Le rôle du récepteur est d’amplifier et d’optimiser les signaux hyperfréquences reçus. En effet, il amplifie le signal sans y ajouter de bruit de fond et optimise le traitement de ces ondes radio.

 

 

  • L’écran :

L’écran radar est l’indicateur permettant la lecture de la position relative des cibles détectées par le radar. L’affichage radar le plus courant aujourd’hui est le PPI, vue panoramique radar en anglais. Un rayon du centre vers le bord de l’écran, appelé balayage, balaie l’écran sur 360° à la même vitesse et en synchronisme avec l’antenne. Cependant ce système possède quelques inconvénients, il ne donne aucune idée de l’altitude de la cible et, de par la forme du lobe de rayonnement de l’antenne on peut manquer celles qui sont à très basse altitude.

d) Différents types de radar


  • Le radar mono-statique :

Le radar est dit mono-statique lorsqu’une seule antenne est utilisée pour l’émission et la réception des signaux. C’est la configuration classique pour un radar.

 

  • Le radar bi-statique :

Un radar bi-statique est un radar dont l’émetteur et le récepteur sont séparés. Ce système est avantageux car le type d’onde, la fréquence utilisée et la position du récepteur sont inconnus. Cependant il est plus difficile à mettre en œuvre avec son système plus complexe.

  • Le radar multistatique :

Le principe est le même qu’un radar bi-statique sauf qu’il ne contient pas seulement deux radars mais plusieurs. La diversité spatiale offerte par ce système permet de visualiser différents aspects d’une cible simultanément. Le potentiel de gain d’information peut donner lieu à un certain nombre d’avantages par rapport au système mono-statique.

 

 

  • Le radar à effet Doppler :

L'effet Doppler est le décalage de fréquence d’une onde acoustique ou électromagnétique entre la mesure à l'émission et la mesure à la réception lorsque la distance entre l'émetteur et le récepteur varie au cours du temps.

 

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