AD-A039 82<* DEFENCE RESEARCH ESTABLISHMENT OTTAWA (ONTARIO) F/G 9/5 RESEAUX D'ANTENNES CONTROLES PAR ORDINATEUR (COMPUTER-CONTROLLE—ETC(U) APR 77 D BOIVIN
UNCLASSIFIED DREO-TN-77-9 NL
END DATE
FILMED
6-77
ADA039
1.1
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MM ROCOW Kl-.uilMii'N UM CHÄR1
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CONSEIL DE RECHERCHES POUR LA DEFENSE
MINISTERS DE LA DEFENSE NATIONALE
CANADA
\jj JecJrv^^A^ JJ^° u CENTRE DE RECHERCHES POUR LA DEFENSE, OTTAWA
NOTE TECHNIQUE N<>- 77-9
fl^g£<y-VN- I*7- y
\ RESEAUX D'ANTENNES QONTRÖLES PAR ORDINATEUR /
par | (Coraputer-Ontrolled Antenna Arrays)«
O. Boivin
Section de la guerre Electronique Division de I'electronique pour la Defense
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PROJECT N° 440109 '•• -.-•
77-08»
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REpU AVRIL 1977 PUBLIE AVRIL 1977
OTTAWA
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RESUME
Fabriques au Centre de recherches pour la Defense ä Ottawa et installes ensuite au laboratoire de simulation de brouillage, ces reseaux d'antennes couplees permettent d'y evaluer la vulnerability du radar militaire qui s'y trouve.
II existe trois reseaux d'antennes couplees, dont le principal comprend les rangees 1 ä 6 (48 elements). La rangee 7 est inseree au centre du mur de la chambre sourde. La rangee 0 est placee au bas de ce mur pour simuler les echos parasites venant du sol.
Les reseaux peuvent etre commandes manuellement ou par ordinateur. Les simulations fournies augmentent nettement nos capacites; il peut s'agir d'un aeronef se deplacant horizontalement ou verticalement, d'un nuage de plaquettes de brouillage, d'echos parasites venant du sol et de brouillage angulaire.
La simplicity de conception, le cout peu eleve et 1'interchangeability des antennes sans reglages contribuent au succes de cette installation. Les antennes microbandes, mises au point au laboratoire, s'y adaptent. Elles sont aussi concues pour emettre ä des frequences micro-ondes.
La plage d'utilisation du reseau va de 8.5 ä 9.5 GHz, alors que la variation de puissance entre les elements ne depasse pas ± 1.6 dB et que la variation de phase ne depasse pas ± 9 .
ABSTRACT
\e lese antenna arrays, constructed at Defence Research Establishment Ottawa and installed in the Electronic Countermeasures simulation laboratory, allow the evaluation of the vulnerability of the military radar used in the laboratory.
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i. There aro three antenna arrays, of which the principal array includes rows 1 to 6 inclusive (48 elements). Following that there is row 7 which is inserted at the centre of the wall of the anechoic chamber. Finally there is row 0 positioned at the bottom of the wall of the anechoic chamber mainly to simulate ground clutter.
This system of antennas can be controlled either manually or by computer. The simulations obtainable with this system greatly enhance our capabilities; such as simulating an aircraft moving horizontally and vertically, a blooming chaff cloud, ground clutter and angle deception jamming.
The simplicity of design, the low cost, and the interchangeability of antennas without the necessity for readjustment contribute to the success of the antenna arrays, The microstrip antennas, which have been developed in the laboratory, are appropriate for such antenna arrays. These antennas also have been designed for transmitting at microwave frequencies. j-or—
The band of operation of the system is from 8.5 to 9.5 GHz, while the variation in radiated power between elements does not exceed ± 1.6 dB and the variation in phase does not exceed ± 9 .
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TABLES DES MATIERES
Page
RESUME/ABSTRACT iii
TABLE DES MATIERES vii
LISTE DES FIGURES ix
LISTE DES TABLEAUX xi
CHAPITRE 1. INFORMATIONS GENERALES 1
CHAPITRE 2. SECTION R-F 2
2.1 THEORIE ET CONCEPTION 2
2.2 PRODUIT FINAL 6
2.3 RESULTATS 7
CHAPITRE 3. SECTION LOGIQUE 9
3.1 THEORIE ET CONCEPTION 9
3.2 PRODUIT FINAL 11
CHAPITRE 4. RENDEMENT GLOBAL DU SYSTEME 12
4.1 PRODUIT FINAL 12
4.2 RESULTATS 12
REFERENCES 13
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LISTES DES FIGURES
Figure 1. Reseaux d'antennes controles par ordinateur
Figure 2. Equivalent electrique de l'antenne
Figure 3, Coefficient de reflection
Figure 4. Dimensions physique de l'antenne
Figure 5. Photographie de l'antenne dipole
Figure 6. Coefficient de reflection de 4 antennes differentes presente sur "Smith Chart"
Figure 7. Reglage de phase de trois antennes typiques
Figure 8. Reglage de phase de trois antennes typiques
Figure 9. L'attenuation de trois antennes typiques
Figure 10. Gain de trois antennes typiques
Figure 11 Gain d'une antenne
Figure 12. Courbe polaire de gain
Figure 13. Courbe polaire de gain
Figure 14. Circuits captures des donnees...
Figure 15. Commutateur diode ä"PIN"driver-decodeur rangees 0 et 1 de la section logique
Figure 16. Circuit capture des donnees
Figure 17. Circuit commutateur diode ä "PIN" driver-decodeur....
Figure 18. Reseaux d'antennes controles par ordinateur
Figure 19. Reseaux d'antennes
ix
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LISTES DES TABLEAUX
Tableau 1. La limite de la gamrae de frequence pour maintenir le coefficient de reflection ä l'interieur des limites indiquees pour 16 antennes differentes
Tableau 2. Perte par insertion en (dB).(Rangees 1 ä 6). Frequence est de 8.6 GHz
Tableau 3. Perte par insertion en (dB). (Rangees 0 et 7). Frequence est de 8.6 GHz
Tableau 4. Perte par insertion en (dB). (Rangees 1 ä 6). Frequence est de 9.6 GHz
Tableau 5. Perte par insertion en (dB). (Rangees 0 et 7). Frequence est de 9.0 GHz
Tableau 6. Perte par insertion en (dB). (Rangees 1 a 6). Frequence est de 9.4 GHz
Tableau 7. Perte par insertion en (dB). (Rangees 0 et 7). Frequence est de 9.4 GHz
Tableau 8. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 1 ä 6). Frequence est de 8.6 GHz
Tableau 9. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 0 et 7). Frequence est de 8.6 GHz
Tableau 10. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 116). Frequence est de 9.0 GHz
Tableau 11. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 0 et 7). Frequence est de 9.0 GHz
Tableau 12. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 1 ä 6). Frequence est de 9.4 GHz
Tableau 13. Donnees de la calibration de puissance et de phase. (Rangees 0 et 7). Frequence est de 9.4 GHz
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CHAPITRE 1
INFORMATIONS GENERALES
Ces reseaux d'antennes ont ete construit au C.R.D.O. et installes ä im bout de la chatnbre sourde, dans le but de procurer des clbles de radar et des slgnaux C.M.E.; lesquelles peuvent se deplacer en azimuth et en elevation suivant le mot de commande de l'ordinateur. Ce mouvement reproduit une simulation de rencontres entre un certain radar militaire contre different genre de C.M.E.
Le simulateur (reseaux d'antennes controles par ordinateur) peut etre controle soit manuellement en utilisant des commutateurs unipolaires situes sur la facade de 1'instrument, ou par ordinateur qui possede une programmation speciflque.
Ce Systeme comprend 64 antennes microbandes disposees de fa^on ä obtenir 8 colonnes et 8 rangees. Ces antennes sont divisees en trois reseaux; un reseau comprenant 48 antennes (6 x 8) et deux reseaux de 8 ijj antennes (1x8). La conception de ce genre d'antenne sera expliquee par des illustrations appropriees, et le fonctionnement electronique avec des photographies et graphiques ä l'appui.
Le contenu technique de ce Systeme se divise en deux categories:
1. Premierement, la section "R.F." comprenant un isolateur, 9 dlstributeurs de puissance, 64 commutateurs diode ä "PIN" et 64 antennes microbandes.
2. Deuxiemement, la section logique comprenant des circuits de J1
capture des donnees et commutateurs diode 3 "PIN" driver - decodeur.
*
1 —"*-""—-"•—-—• - - • • - • t* i -- -
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CHAPITRE 2
SECTION R-F
2.1 THEORIE ET CONCEPTION
On veut elaborer trois reseaux d'antennes comprenant 64 elements, ces elements sont disposes de facon ä obtenlr 8 rangees et 8 colonnes et egalement espacees. Les rangees 1 ä 6 representent un reseau de 48 elements, les rangees 0 et 7 representent deux reseaux de 8 elements. En resume on peut produlre 3 clbles differentes ä une frequence definie et ä des caracteristiques definies. II est meme possible de slmuler des echos d'obstacles au sol.
Le cholx de la frequence d'operation doit se situer ä 1'Interieur de la bände d'operation du radar militaire utilise en laboratoire. Les generateurs de frequences micro-ondes sont ajustes ä des frequences predeterminees, ensuite les signaux sont amplifies par des amplificateurs micro-ondes et voyageit ä travers des guides-d'ondes jusqu'ä la bo£te reseaux d'antennes controles par ordinateur. Presentement les antennes, utilisees dans ces reseaux, sont concues pour transmettre entre 8.5 et 9.6 GHz; cependant d'autres antennes peuvent etre utilisees puisque le siraulateur peut etre opere entre 7 et 12.4 GHz.
La section R.F. de la bolte est representee par la figure 1. Cependant si la variation de puissance semble excessive, il faut expliquer que chaque branche et chaque antenne a une perte de puissance differente, et ajoutons qu'il peut y avoir un mauvais equilibre d'impedance entre certaines branches qui alimentent le Systeme d'antennes. Cependant si la variation de phase semble aussi excessive, il ne faut pas oublier qu'il est tres difficile d'ajuster toutes les antennes ä 0 de phase; la poursuite radar est fait a toutes les frequences qui exigent des longueurs effectives identiques, comprenant la propagation ä travers la chambre sourde; cependant il est possible de changer la longueur effective en glissant interieurement ou exterieurement les antennes. Cet ajustement est tres critique puisque seulement en touchant les cables semi-rigides ou en s'appuyant sur le mur de la chambre sourde on change la longueur effective ou la phase des antennes.
Pour avoir une radiation d'energie efficace, on se doit d'avoir un bon equilibre d1impedance. Pour rencontrer ce critere de base, il
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•HKZHH^HnEBH
a fallu concevoir une antenne sous forme mlcrobande avec un transfonnateur ä plusieurs sections; cependant II y a deux ralsons principales d'utiliser ce genre de procede:
a) Afin d'obtenir une largeur de bände plus grande, et ce procede eat economique pour une production de 64 antennes; chacune de ces antennes est produite avec une similitude peu commune. II est ä remarquer que la production peut se faire sur plus grande echelle pour obtenir des reseaux d'antennes plus complexes.
b) Le choix d'utiliser deux transformateurs d'un quart de longueur d'onde (A/4), est approprie pour avoir un trSs bon mariage d'impedance pour toute la bände de frequences. (1).
Cette methode de conception procure une largeur de bände maximale pour un "VSWR" donne, ou une largeur de bände minimale pour un "VSWR" donne.
Premierement on a decide d'utiliser deux transformateurs d'un quart de longueur d'onde (A/4). Voici les formules mathematiques qui ont aidees a concevoir et ä determiner les dimensions physiques de cette antenne; (1).
A A m o
4 4/e r
m _ Longueur physique d'un transformateur avec un autre genre 4 ~ de dielectrique. que l'espace.
o _ Longueur physique d'un transformateur ayant l'espace comme 4 dielectrique.
e = Constante dielectrique.
Ao = -r
c = Vitesse de la lumiere dans l'espace.
f = Frequence centrale de la bände d'operation.
A 3 x IP10 30 , „ o = —— = 3.37 cm
8.9 x 109 8.9
Sanchant que la constante dielectrique (e ) du fibre de verre est de 5.0 (5). r
•—^-- -•- ... ,.. ••••••••••«i^wi^rnmrrtrthmrffl^
m
4 4/JT r
3.37 cm _ 3,76 mm
4/57Ö-
Avant de pousser plus ä fond nos calculs theoriques, 11 serait bon de connaftre les valeurs d'Impedance de chacun des trans formateurs. '1 s'agit dans le contexte actuel d'une transition d'impedance de la ligne 1 transmission (50 OHMS) ä la resistance de radiation d'un dipole dans
• ••.pace (73 OHMS). Ces calculs d'impedance seront necessaires pour faire -.onnaltre ulterieurement la largeur physique de chaque transformateur.
Done, voici les formules mathematiques ut111 sees pour connaltre les valeurs d'impedance de chaque transformateur: En se referant ä la Fig. 2 qul est l'equivalent electrique de l'antenne. Alors que la Fig. 3 est un graphique qul nous indique bien la largeur de bände pour un transformateur ä deu:<: sections.
Sachant que: Z = 50 f2 (Impedance d'entree).
R = 73 Q (Resistance de radiation d'une dipole dans l'espace). (3).
Pour avoir un bon mariage d'impedances, on utilise des onsformateurs d'un quart de longeur d'onde; les impedances caracteristiques chaque transformateur sont donnees par reference 2:
(Z )2 = Z .R U 2 0 1
(Z )2 = z .z u 1 u 0 2
ou: Z = (Impedance caracteristique du premier transformateur). o 1
I
0 2 (Impedance caracteristique du second transformateur),
(Z )' oi
02
(z )" 0 1
(Z K = =Z .R 02 (z }2 01
(Z )3 = R.(Z )* o 1 o
A * »_ —.
- -"—^ -^-'. /• ^J^J -: .", • • L -
Z - VR. flTT2 = 56.72 OHMS a l o . ,
(Z )J
alors que: Z = —= - (361^2) = 64.35 OHMS 02 Z 3U '
0
Avec ces valeurs il nous est possible de calculer les largeurs de chaque transformateur.
Sachant que: Z = 56.72 OHMS (Impedance caracteristlque du premier transforaateur).
i. =5.0 (Constante dielectrique). (5).
b = 1.5 mm (Hauteur ou epaisseur de dielectrique).
w = (Largeur du premier transformateur).
De la reference 4, Figure 9.8, pour Z = 56.72 ti o 1
on obtient que: — = . 48 w
Alors: i^ = .48 w
l
w = —~ = 3.13 mm i .48
D'apres la fig. 27 de la page 22-26, reference 1, on peut conclure que pour une impedance de 56.72 OHMS la largeur du premier transformateur (w ) est d'environ 3 mm.
l
En theorie la largeur du premier transformateur est de 3 ä 3,13 mm. Tandis qu'en pratique le transformateur fut tallle pour une largeur de 3 mm.
Sanchant que: Z • 64.35 OHMS (Impedance caracteristlque du second transformateur).
C = 5.0 (Constante dielectrique)
on peut obtenir la largeur du second transformateur (w ). 2
De la figure 9.8, reference 4, pour Z = 64.35 fl 02
• • !• IKWiiirimilii .. . _ I, , „jJglgMmMBfc,
b_ w
2 w
2
W 7
1. 5 • —T
- • 2.5 mm . o
on obtient que:
done:
D'apres la fig. 27 de la page 22-26, reference 1, on peut constater que pour une Impedance de 64.35 OHMS la largeur du second trans- formateur (w ) est d'environ 2.0 mm.
z
En pratique, la largeur du second transformateur fut taillee pour une valeur de 1.0 mm qui fut determinee experimentalement pour obtenir un mariage d'impedance maximal.
Cette difference est probablement due ä ce que:
La largeur du materiel conducteur utilise n'est pas negligeable (4).
La perte resistive devient de plus en plus importante.
Pour une plus petite dimension du microbande, la constante dielectrique effective est incertaine, parce qu'il y a une perte de radiation appreciable.
Voici les calculs theoriques faits au preable pour determiner la longueur des dipoles:
Longueur d'une branche du dipole dans l'espace = -j—
Sachant que A = 33.7 mm o
33. 7 Longueur du dipole = —T— = 8.43 mm
Apres avoir fait les modifications durant les essais, on a determine que chaque dipole avait une longueur d1environ 7.0 mm pour avoir le meilleur mariage d'impedance. La difference est probablement due au decalage entre les branches du dipole et ä 1'influence du dielectrique adjacent.
:'..2 PRODUIT FINAL
Les Fig. 4 et 5 represent la formation physique des deux cotes de l'antenne dipole. Cette structure consiste en une succession de paliers brusques; avec un nombre specifique de paliers ou sections.
i
Si on se refere ä nouveau ä la Fig. 4 on s'apercoit que la longueur physique des transformateurs d'un quart de longueur d'onde est de 4 et 3,5 mm. Ces valeurs ont ete attelntes par des ajustements adequats jusqu'ä ce qu'on obtienne un rendement maximal de l'antenne. En theorie les transformateurs devraient avoir une longueur de 3.76 mm, mais aprSs plusieurs essais en laboratoire on est arrive ä des valeurs similaires. II en decoule un meilleur mariage d1impedance sur un largeur de bände plus large.
II fallait determiner la largeur du dipole: la largeur du dipole, tel que demontre dans la Fig. 4, est de 1.0 mm. On est arrive ä cette valeur par experimentation, en taillant le dipole pour obtenir la meilleure uniformite d'impedance pour toute la bände de frequences, tout en sachant qu'un dipole plus large couvre une bände de frequence plus large.
Finalement, la distance entre le "GROUND PLANE" et la dipole est d'un quart de longueur d'onde (X/4) qui est environ 7.0 mm, c'est pour obtenir un gain maximal de l'antenne. Le "GROUND PLANE" s'est avere comme etant un tres bon reflecteur, ce qui fait que l'antenne n'est pas omnidirectionnelle et cela va empecher toute reflection venant du mur de la chambre sourde.
2.3 RESULTATS
En se referant au tableau 1, on peut constater la similitude qui existe entre 16 antennes choisies arbitralrements. En general, les variations du reglage de phase et d'amplitude du coefficient de reflection (environ .37 ± .04 dB) sont similaires pour toute les antennes. Ainsi on peut conclu B que la pire mesure d'attenuation, pour une largeur de bände de 8.0 ä 12.4 GHz, est de 8.0 dB; le coefficient de reflection de .4 dB; la perte durant la transmission est de .75 dB; et finalement la variation de la puissance transmise est plus petite que .25 dB ä n'Importe quelle frequence pour ce qui est des 16 antennes verifiees. La pire attenuation, pour une bände de frequence de 8.3 ä 9.3 GHz, est de 14 dB; done un coefficient de reflection de .2 dB; une perte de transmission de .16 dB; et une variation de la puissance transmise plus petite que .2 dB ä n'importe quelle frequence pour 16 antennes differentes. Remarquons que la Fig. 6 comprend des photos pour quatre antennes differentes et indique bien la similitude mentioned auparavant en ce qui a trait au changeraent de phase.
Un bon reglage de phase est tres important ä 1'Interieur d'un reseau d'antennes. Les Fig. 7 et 8 montreni le reglage de phase de trois antennes differentes ä des largeurs de bände bien determinees; et demontrent aussi que la variation de phase n'est pas superieur ä 5 . Et il est aussi ä remarquer que, lorsqu'on interchangeait les antennes, l'etalonnage de l'equipement n'etait pas necessalre.
La Fig. 9 montre 1'attenuation de trois antennes differentes pour "TU largeur de bände de 8.0 ä 12.4 GHz. II est ä remarquer que
8
ces antennes ont ete concues pour une plus grande largeur de bände et pour donner de tres bons resultats. Le "VSWR" maximal est de 1.7:1 pour une bände de frequence de 8.0 3 9.5 GHz.
La Fig. 10 montre le gain de trols antennes dlfferentes pour une largeur de bände de 8.0 ä 12.4 GHz. On peut s'apercevoir de deux choses:
a) Nous obtenons un gain appreciable avec ce genre d'antenne qul a ete specialement concue pour des frequences micrc—ondes.
b) La variation de gain entre ces trols antennes n'excede pas .3 dB.
Le gain de l'antenne ä sa frequence centrale est de 2.0 dB. Ce resultat concorde avec la valeur theorique de 2.6 dB (3).
La Flg. 11 montre ä nouveau le gain d'une antenne avec un lobe principal, cependant on y a ajoute la courbe de l'antenne Yagl. C'est- ä-dlre que l'antenne de transmission transmet avec un angle de 90 comparee ä l'antenne de reception. La Flg. 11 lndlque qu'll y a une difference plus grande que 10 dB entre le lobe principal et le lobe qul est ä 90 de decalage, pour une largeur de bände de 8.5 ä 9.5 GHz.
La Flg. 12 est un courbe polalre de gain. Pour obtenlr cette courbe on a procede alnsl: La frequence de transmission est de 8.9 GHz; l'antenne de transmission fait une rotation de 360 et on a prls des mesures de gain de l'antenne tous les 15 de variation.
La Flg. 13 est une replique de la Flg. 12 mals tracee sur un graghique polalre. Tout comme la figure 12, l'antenne de reception est ä 0 et l'antenne de transmission fait un tour complet de 360 . Avec cette courbe, on est en mesure d'apprecler l'antenne ä polarisation horizontale qul agit comme reflecteur; puisque l'antenne de reception ne capte presque pas d'energie lorsque l'antenne de transmission transmet ä 1'oppose (solt 180 par rapport ä l'antenne de reception).
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•
1
^^^^^^^^^^^^•••^•^^••^^^•••B
CHAPITRE 3
SECTION LOGIQUE
3.1 THEORIE ET CONCEPTION
Les reseaux d'antennes controles par ordinateur sont relies ä un circuit d'interface DR11-C qui est lui-meme branche ä un mini- ordinateur PDP-11.
Seulement le registre circuit intermediaire de sortie (167742) de 1'interface DR11-C est utilise; ce circuit produit un mot de 16 bits contenant des donnees qui sont transmises au simulateur (RESEAUX D'ANTENNES CONTROLES PAR ORDINATEUR). Le signal "NEW DATA READY" est une impulsion positive qui charge le registre circuit intermediaire de sortie durant le front (d'onde) de 1'impulsion, alors que la queue (d'onde) de 1'impulsion 4i positive sert ä envoyer les donnees au simulateur.
Le mot de donnee provenant du mini-ordinateur PDP-11 se divise en deux multiplets de 8 bits; le premier multiplet comprenant les bits 0 ä 7 est utilise pour adresser les rangees d'antennes, cependant le second multiplet comprenant les bits 8 ä 15 est utilise pour adresser les colonnes d'antennes.
En resume, le mot provenant de 1'ordinateur selectionne les antennes qui seront mises en circuit puisque celui-ci specifie le choix des colonnes et des rangees.
La section logique de 1'instrument comprend deux circuits imprimes differents. Le premier a pour nom capture des donnees et est represents ä la figure 14.
Un mot de 16 bits va passer de 1'ordinateur PDP-11 ä travers 1'interface DR-11C pour alimenter les reseaux d'antennes controles par ordinateur. Nous utilisons deux circuits captures des donnees de 8 bits (SN 74100): Ces circuits sont construit idealement pour emmagasiner temporairement des informations binaires entre 1'ordinateur et les reseaux d'antennes.
L'information presente ä un data d'entree D est transferee ä la sortie Q, quand le declencheur G est au niveau 1; et ainsi la sortie
10
Q imetera les donnees d'entree aussi longtemps que G sera au niveau 1. Quand G devient au niveau 0, la derniere information (qui etait appliquee ä l'entree durant la periode lorsque G etait au niveau 1) est retenue ä la sortie Q jusqu'ä ce que G devient 1.
Ces circuits sont completement compatibles avec toutes families populaires de "T.T.L." Toutes les entrees sont accompagnees de diodes de bouclage pour diminuer les effets de ligne de transmission et simplifier la conception du Systeme.
Les commutateurs diode a "PIN" sont compatibles avec la technologie "T.T.L.", done il est necessaire d'avoir des circuits de logique (dans la conception actuelle, les circuits sont composes de portes «ET>> ä quatre entrees doubles et de portes <<ET» inversees a quatre entrees doubles) pour activer les commutateurs diode ä "PIN".
Les commutateurs diode a "PIN" peuvent etre actionnes par ordinateur ou manuellement. Si on se refere ä la figure 15, il est a remarquer que le commutateur S determine quelle methode l'operateur a choisis pour activer les commulateurs diode ä "PIN" et les diodes ä lueurs.
Admettant que le commutateur S est en position "COMPUTER" l'instrument est opere par ordinateur, un mot de 16 bits est envoye aux circuits captures des donnees qui emmagasinent 1'information pour activer des antennes determinees par une prograramation appropriee.
Ensuite 1'information s'achemine a la section circuit intermediaire » decodeur et driver. La section circuit intermediaire fait partie d'une chalne discriminatrice; c'est-ä-dire que la sortie d'un circuit imprime est appliquee ä l'entree du circuit imprime suivant et ainsi de suite. Le circuit intermediaire est utilise pour isoler la sortie de l'entree. Cette section comprend quatre circuits integres, en occurence des portes <<ET>> activees par une tension positive (SN 7408N) avec quatre entrees doubles. Deux circuits integres recoivent et transmettent les informations des rangees et les deux autres recoivent et transmettent des informations des colonnes; cependant chaque entree des circuits integres est court- circuitee.
Dans notre cas, on a un systeme comprenant 64 antennes, alors on doit employer quatre circuits imprimes; chaeun de ces circuits imprimes va etre utilise pour deux rangees et huit colonnes d'antennes. En se referant a la figure 15, on s'apercoit qu'il s'agit des rangees 0 et 1 et des colonnes 0 ä 8.
La section decodeur comprend aussi quatre portes «ET>> activees par une tension positive (SN 7408N) avec quatre entrees doubles, et cette section decide quelle rangee et quelle colonne on a choisi d'utiliser; c'est-ä-dire qu'elle reeoit une information du circuit intermediaire et transmet au driver des donnees bien speeifiques de sorte que les sorties des portes soient au niveau 1 ou 0 dependant de 1'information recue. Done si une des sorties est au niveau 1, le driver transmettra ce signal et consequemment le commutateur diode ä "PIN" correspondant est actionne et la diode ä lueurs correspondante est polarisee positivement.
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11
SI la section driver, comprenant 16 portes <<ET>> inversees (SN 7400N) avec quatre entrees doubles, recoit ä l'entree numero 4 un niveau 1 alors: etant donne que S est en position ordinateur, l'entree ä la porte numero 5 est au niveaubf, done ä la porte 6 (qui est la sortie des portes 4 et 5) on a un niveau 0. Les commutateurs Si ä Si 6 seront en position ouverte parce qu'on opere par ordinateur, ainsi la porte 3 sera toujours au niveau 1. Alors, ayant ä l'entree 13 un niveau 1 et 1 l'entree 12 un niveau 0; done la sortie 11 sera ä un niveau 1 et le commut- ateur diode ä "PIN" sera actionne; de ce fait ä la sortie 8 de la derniere porte on aura un niveau 0, done la diode ä lueurs sera polarisee positlvement.
Cependant, dans le cas d'operation manuelle, on se sert unlquement de la section driver qui comprend des portes <<ET>> inversees ä quatre entrees doubles. En se referant ä la figure 15, on s'apercoit que si les commutateurs Si ä Sie sont en position fermee, ä la porte 1 on aura un niveau 0 et a la porte 2 un niveau 1; alors la sortie 3 sera a un niveau 1, done ä la sortie 11 on aura un niveau 0, de ce fait le commutateur diode ä "PIN" ne sera pas actionne.
Cependant aux entrees 9 et 10 de la derniere porte on aura un niveau 0, done la sortie 8 sera au niveau 1 et la diode ä lueurs ne sera pas polarisee positivement. Si Si est en position ouverte, alors tous les niveaux logiques aux sorties 3, 11 et 8 seront changes et le commutateur diode ä "PIN" correspondant sera actionne et la diode ä lueurs sera polarisee positivement.
3.2 PRODUIT FINAL
La figure 16 montre le produit final des circuits captures des donnees montes sur circuit imprime.
La figure 17 demontre le circuit imprime comprenant le circuit commutateur diode ä "PIN" driver-decodeur. Comrae mentionne au prealable ce circuit imprime comprend des circuits integres en occurence des portes <<ET>> et des portes «ET» inversees ä quatre entrees doubles.
II est a note que ces circuits imprimes ont ete entierement manufactures au C.R.D.O.
SSH
12
CHAPITRE 4
RENDEMENT GLOBAL DU SYSTEMS
4.1 PRODUIT FINAL
La figure 18 montre la bolte reseaux d'antennes controles par ordinateur qul est Installee ä l'exterieur de la chambre sourde. On peut remarquer 1'utilisation de cables semi-rigides qui ont tous la meme longeur pour prevenlr tout prob lerne de phase. II est aussi ä remarquer que:
1) La cinquieme rangee (en partant du bas) comprend 16 elements ou deux reseaux d'ahtennes differents de 8 antennes; ainsi on peut obtenir deux cibles differente.
2) Ce reseau de 64 antennes n'est pas situe exactement au centre de la chambre. D'abord il fallait absolument avoir un element au centre du mur de la chambre, alors il fallu deplacer les reseaux d'antennes de 8 pouces vers la droit et vers le bas.
La figure 19 montre les reseaux d'antennes ä 1'Interieur de la chambre sourde. II est difficile de voir la forme de soucoupe par un etalonnage adequat, mais il est possible de voir que les antennes sont egalement espacees.
4.2 RESULTATS
La perte par insertion qui existe entre 1'entree "R.F. IN" et la sortie "R.F. OUT" est differente pour chaque reseau d'antennes. En se referant aux tableaux 2, 3, 4, 5, 6 et 7: II est ä remarquer que la perte par insertion pour le reseau d'antennes principal comprenant 48 elements (6 rangees et 8 colonnes) est de 24.0 ±1.6 dB. Alors que la perte par insertion du reseau d'antennes qui est la rangee du bas (1 rangee et 8 colonnes) est de 14.4 ±1.4 dB. La rangee 7 qui est situee au centre de la chambre sourde est un reseau d'antennes autonome, et la perte par insertion est de 13.2 ± .5 dB.
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Les mesures de perte par Insertion a ete fait ä trois frequences differentes qui sont de l'ordre de 8.6, 9.0 et 9.4 GHz.
II est important de connaltre exactement la perte par insertion de chaque reseau d'antennes et meme de chaque element.
Les tableaux 8, 9, 10, 11, 12 et 13 montrent les donnees de l'etalonnage de puissance et de phase des reseaux d'antennes. Les resultats demontrent tres bien que les reseaux d'antennes sont ajustes en forme de soucoupe et toutes les antennes sont ä egale distance de l'antenne de reception (antenne du radar militaire utilise en laboratoire). Les mesures prises pour 64 antennes differentes, ce qui represente 8 rangees et 8 colonnes, sont comparables; c'est-ä-dire que la variation de phase n'excede pas 0 ± 9 et que la variation de puissance n'excede pas i 1.6 dB. Les resultats montrent bien qu'ä differentes frequences la phase ne change pas beaucoup et la variation de puissance n'est pas trop accentuee.
L'unique difference entre les tableaux 8, 9, 10, 11, 12 et 13 est que les frequences d'operation sont differentes, seulement pour prouver que l'ajustement des antennes a 9.0 GHz est bon aussi pour des frequences de 8.6 et 9.4 GHz. Les valeurs inscrites dans ces tableaux indiquent bien le bon fonctionnement des reseaux d'antennes et des antennes dipoles utilisees.
•
REFERENCES
1. Reference Data for Radio Engineers (5th Edition), Howard E. Sams and Co., Inc., ITT. Page 22-17, Page 22-25, Fig. 27 page 22-26.
2. Handbook of Coaxial Microwave Measurements by General Radio, page 41.
3. Electromagnetic Waves and Radiating Systems, E.C. Jordan, E.K.G. Balmain (2nd edition) Prentice Hall, Inc. 1968, page 332 and 377.
4. Microwave Engineering, A.F. Harvey, Academic Press, 1963, page 413, Fig. 9.8 Fig. 9.7(a).
5. The MICA Corporation (Manufacturers of MICO PLY) Technical DATA Sheets. (Using EG-818-T Grand FR-4, MIL-P 13949 Type GF).
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.40 8.3 9.40 8.0 10.0 < 8.0 > 12.4
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.37 8.0 9.30 < 8.0 9.7 < 8.0 > 12.4
.40 8.0 9.35 < 8.0 10.0 < 8.0 > 12.4
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.40 8.0 9.50 < 8.0 10.4 < 8.0 > 12.4
.35 8.0 9.35 < 8.0 10.6 < 8.0 > 12.4
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Tableau 1. La limite de la gamme de frequence pour maintenir le coefficient de reflection ä l'interieur des limites indiquees pour 16 antennes differentes.
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Security Clj»iific«tion
DOCUMENT CONTROL DATA -R&D tSecuntv classification of tale, bodv of abstract and indexing annotation must be entered when the overall document is ciassiLedi
1 ORIGINATING ACTIVITY
Defence Research Establishment Ottawa National Defence Headquarters Ottawa, Panada
• 2a DOCUMENT SECURITY CLASSIFICATION
Unclassified 2b GROUP
3. DOCUMENT TITLE
RESEAU D'ANTENNES CONTROLES PAR ORDINATEUR (u)
4 DESCRIPTIVE NOTES (Type of report and inclusive dates) Technical Note 77-9
5. AUTHOR(S) (Last name, first name, middle initial>
Boivin, Daniel
6 DOCUMENT DATE MARS 1977 7a TOTAL NO OF PAGES
43 7b NO OF REFS
5 8a. PROJECT OR GRANT NO.
44-01-09
8b CONTRACT NO
9a ORIGINATOR'S DOCUMENT NUMBERISI
Technical Note 77-9 \S
9b OTHER DOCUMENT NO.IS) lAny other numbers that mav be assigned this document)
10 DISTRIBUTION STATEMENT
Distribution is unlimited
11 SUPPLEMENTARY NOTES 12. SPONSORING ACTIVITY
13. ABSTRACT UNCLASSIFIED
Fabriques au Centre de recherches pour la Defense ä Ottawa et installs ensuite au laboratoire de simulation de brouillage, ces reseaux d'antennes couplees permettent d'y evaluer la vulnerabilite du radar mllitaire qui s'y trouve.
II existe trois reseaux d'antennes couplees, dont le principal comprend les rangees 1 ä 6 (48 elements). La rangee 7 est inseree au centre du mur de la chambre sourde. La rangee 0 est placee au bas de ce mur pour simuler les echos parasites venant du sol.
Les reseaux peuvent etre commandes manuellement ou par ordinateur. Les simulations fournies augmentent nettement nos capacites; il peut s'agir d'un aeronef se deplacant horizontalement ou verticalement, d'un nuage de plaquettes de brouillage, d'echos parasites venant du sol et de brouillage angulaire.
La simplicity de conception, le cout peu eleve et l'lnterchangeabilit des antennes sans reglages contribuent au succes de cette installation. Les antennes microbandes, mises au point au laboratoire, s'y adaptent. Elles sont concues pour emettre ä des frequences micro-ondes.
La plage d'utilisation du reseau va de 8.5 a 9.5 GHz, alors que la Dsisvariation de puissance entre les elements ne dipasse pas 1 1.6 dB et que la
variation de phase ne depasse pas 1 9 .
Stcurlty Ciantfic*tion
INSTRUCTIONS
ORIGINATING ACTIVITY Enter the name and address of the organisation issuing the document.
i. DOCUMENT SECURITY CLASSIFICATION Enter the overall security classification of the document including special warning terms whenever applicable.
7b. GROUP Enter security reclassiftcation group number. The three groups are defined in Appendix 'W of the ORB Security Regulations.
3. DOCUMENT TITLE Enter the complete document title in all capital letters. Titles in all cases should be unclassified. If a sufficiently descriptive title cannot be selected without classifi cation, show title classification with the usual one-capital-letter abbreviation in parentheses immediately following the title.
A. DESCRIPTIVE NOTES: Enter the category of document, e.g. technical report, technical note or technical letter If appropri- ate, enter the type of document, e.g. interim, progress, summary, annual or final. Give the inclusive dates when a specific reporting period is covered
5. AuTHORlS); Enter the name(s) of author(s) as shown on or m the document. Enter last name, first name, middle initial. If military, show rank. The name of the principal author is an absolute minimum requirement.
6. DOCUMENT DATE Enter the date (month, year) of Establishment approval for publication of the document.
7a. TOTAL NUMBER OF PAGES: The total page count should follow normal pagination procedures, i.e., enter the number of pages containing information.
7b. NUMBER OF REFERENCES: Enter the total number of references cited in the document.
Sfl PROJECT OR GRANT NUMBER If appropriate, enter the applicable research and development protect or grant number under which the document was written.
^
9b. OTHER DOCUMENT NUMBER(S) If the document has been assigned any other document numbers (either by the originator or by the sponsor), also enter this number(s).
10. DISTRIBUTION STATEMENT Enter any limitation« on further dissemination of the document, other than those imposed by security classification, using standard statements such as:
ID "Qualified requesters may obtain copies of this document from their defence documentation center."
12) "Announcement and dissemination of this document is not authorised without prior approval from originating activity."
11. SUPPLEMENTARY NOTES Use for additional explanatory notes
12. SPONSORING ACTIVITY: Enter the name of the departmental project office or laboratory sponsoring the research and development. Include address.
13. ABSTRACT Enter an abstract giving a brief and factual summary of the document, even though it may also appear elsewhere <n the body of the document itself. It is highly desirable that the abstract of classified documents be unc'assi fted. Each paragraph of the abstract shall end with an indication of the security classification of the information in the paragraph (unless the document itself is unclassified) represented as ITS). (S), (C). (R), or (U).
The length of the abstract should be limited to 20 single-spaced standard typewritten lines, 7l* inches long.
14. KEY WORDS: Key words are technically meaningful terms or short phrases that characterise a document and could be helpful in cataloging the document. Key words should be selected so that no security classification is required. Identifiers, such as equipment model designation, trade name, military protect code name, geographic location, may be used as Key words but will be followed by an indication of technical context.
CONTRACT NUMBER If appropriate, enter the applicable rjumber under which the document was written.
cgjrajajGlNATOR'S DOCUMENT NUMBER(S) Enter the official document number by which the document will be identified and controlled by the originating activity This number must be unique to this document.
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