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I. Le fonctionnement du radar

  1. Historique

  Le Radar est le résultat de l’accumulation de multiples recherches menées par de nombreux scientifiques de différents pays. Tout d’abord le physicien James Clerk Maxwell développe en 1865 sa théorie de la lumière électromagnétique, il explique l’onde électromagnétique et sa propagation. Seulement 21 ans après, Heinrich Rudolf Hertz démontre l’existence physique des ondes électromagnétiques et confirme ainsi la théorie de Maxwell. En 1904, Christian Hülsmeyer, technicien allemand spécialiste des ondes hertziennes a inventé le « Telemobiloscop » qui est un appareil de prévention de collision en mer qui calcule le temps de parcours de l’onde électromagnétique sur le trajet aller-retour entre l’antenne et un navire. C’est la première fois que les ondes Radar sont employées pour  une utilisation pratique. Ensuite, en 1921 Albert Wallace Hull crée un oscillateur à haut rendement : le Magnétron.  Et ce n’est qu’un an après qu’un navire en bois a été détecté par A.H. Taylor et L.C.Young d’un laboratoire de recherche des États-Unis. Quant à eux les aéronefs ont été détectés pour la première fois en 1930 par L.A. Hyland. Quelques temps après certains navires ont été équipés de Radar sous formes de paraboles. De multiples améliorations ont été rajoutées aux radars telles que le Klystron inventé par Metcalf et Hahn permettant d’amplifier les ondes. De nos jours, les radars sont utilisés dans les aéroports, par les stations météorologiques, dans les contrôles routiers, par l’armée, mais trouvent aussi leur application dans l’étude des sous-sols ainsi que dans la médecine pour l’échographie.

 

2. Différents types et donc différents fonctionnement :

 

Pour commencer, un radar est un système utilisant les ondes radio afin de détecter et de déterminer la vitesse et la distance d’objets comme les avions, dans notre cas. Les ondes radios sont des rayonnements électromagnétiques désignant une forme de transfert d’énergie formées par un champ électrique et magnétique.

 

a.Description des différents éléments du radar.

Nous pouvons décomposer un radar  par plusieurs composantes :

- L'émetteur

Le magnétron a une forme de cylindre composé de deux cavités, d’une cathode à l’intérieur et d’une anode à l’extérieur. Un espace sous vide sépare ces deux électrodes. À ses extrémités, deux aimants sont fixés perpendiculairement à la hauteur du cylindre. Un champ électrique de l’ordre de plusieurs kilovolts est mis en place entre les deux électrodes dans un espace très réduis. Les aimants empêchent les électrons d’aller directement à l’anode et provoquent alors un mouvement hélicoïdale entre la cathode et l’anode. Ces derniers entrent en interaction avec  les cavités raisonnantes et provoquent alors des oscillations électromagnétiques.

- Guide d’onde :

Une fois que le magnétron à provoqué l’onde, elle se dirige vers une boucle de couplage jusqu’à un guide d’onde qui l’amène à l’antenne.

- Duplexeur :

Lorsqu’une antenne est utilisée comme transmetteur et récepteur, dans le cas d’un radar monostatique, un commutateur doit être installé pour permettre ces deux fonctions. C’est une pièce électronique qui joue ce rôle puisque l’aller-retour  s’effectue en quelques microsecondes et donc aucun système mécanique ne serait aussi rapide et précis.

- Antenne :

L’antenne doit diffuser les ondes électromagnétiques avec le minimum de perte. Dans le cas des antennes en forme parabolique, la tête qui émet les ondes sur la parabole doit être placée au foyer de celle-ci.

- Récepteur :

 Le récepteur reçois les ondes de l'émetteur qui partent de la cible, arrivent à l'antenne, passent par le guide d'onde jusqu'au duplexeur, le signal est ensuite amplifié.

- Étage de traitement de signal :

Il permet de traiter le signal reçu et d’en extraire les données nécessaires à l’utilisateur. Ce traitement ce fait par le système électronique du radar programmé selon son logiciel. Les données obtenues sont affichées aux opérateurs.

 

b. Différents radars avec des avantages et des inconvénients.


Il existe plusieurs types de radars :

Les radars monostatiques

Les radars bi-statiques

Les radars multistatiques

 

3) Les radars conventionnels et à effet Doppler.

Principe des radars conventionnels.


Le principe est assez simple. En effet l’émetteur du radar envoie une onde radio d’une puissance pouvant varier selon son utilisation. Dans le cas où l’onde contacte un objet, elle va « ricocher » sur celui-ci et retournera sur l’émetteur. Une distance d peut donc être calculée. En effet les ondes radio se propageant à la vitesse de la lumière, il faut simplement multiplier cette vitesse par le temps qu’a mis l’onde à faire l’aller retour et le diviser par 2.

 

Fonctionnement des radars à effet Doppler.

Cependant il existe un autre type de Radar qui est à effet Doppler (RPF signifiant Pulse Repetition Frequency). Ils ne calculent pas la distance qu’a parcourue l’onde électromagnétique mais la différence de fréquence entre les ondes émises et les ondes qui sont réfléchies. Le radar envoi un signal micro-onde à une certaine fréquence  et calcule ensuite la différence  de fréquence des ondes réfléchies. L’avantage de ce type de radar est qu’il permet d’éliminer les échos des terrains (collines).

Calculs :   F=1/T  T=d/v   F=1/(d/v)

Exemple : Soit deux objets cibles se situant l'une à une distance d1=1km et l'autre à une distance d2=5km du radar. Et considérons la vitesse d'une onde radar 3x108 m/s. Nous pouvons alors calculer : F1 = 1/(1000/3x108) = 3x105Hz

                                      F2 = 1/(5000/3x108) = 6x104Hz

Nous pouvons alors constater que plus l'objet est près, plus la fréquence est élevée. Nous remarquerons aussi que lorsqu'une formule 1 s'approche le bruit du moteur est de plus en plus aigu et lorsqu'elle s'éloigne, le son est de plus en plus grave.

 

Ces radars détectent tout objet volant. Néanmoins ils restent inutiles pour détecter les avions dits "furtifs".