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Antenne radar Chain Home

 
Radar bistatique
Le radar anglais Chain Home envoyait un rayon très large (angle d'environ 100°) et comme il y avait de nombreux radars établis sur toute la longueur de la cote, il était impossible pour un avion de passer le barrage radar sans être vu (sauf s'il volait à ras de l'eau, mais cà c'est une autre histoire).

Mais les allemands se sont rendus compte qu'ils pouvaient utiliser le radar anglais pour pour détecter subrepticement les avions alliés. En, effet, ces avions produisaient également un écho, qui pouvait être capté par les stations d'écoute situées le long de la cote (il y avait des stations d'écoute en France, en Belgique et aux Pays Bas). La station aux Pays Bas a été utilisée jusqu'à la fin de la seconde guerre mondiale et permettait de détecter les avions alliés en utilisant le radar anglais. Les allemands appellaient ce radar Klein Heidelberg.

Le radar avait une portée de 400 à 450km (donc mieux que les radars allemnds et alliés classiques) et la mesure de la distance était précise à quelques km près. L'azimuth n'était pas très précis (à cause de la basse fréquence utilisée par le radar), mais les allemands avaient des moyens indirects pour augmenter la précision.

Ce type de radar qui utilise un émetteur séparé du récepteur est dit bistatique.


Klein Heidelberg
Antenne allemande Klein Heidelberg sur une structure destinée à l'origine au radar de type Wassermann. Il était situé à Oostvoorne aux Pays Bas et a été utilisé par les allemands jusqu'à la fin de la guerre.

Radar Freya
A l'arrière plan un radar Wurzburg

Radar Wurzburg Riese
Au dessus du radar un système IFF (Identification Friend or Foe) pour déterminer si l'avion est allemand ou non.

Radar Mammut sur un bunker L485
Il y a eu des tests de radar avant la seconde guerre mondiale. Les premiers tests avaient pour but d'éviter les collisions de navires par brouillard, mais rapidement on s'est interessé à des applications plus militaires, notament la détection d'avions à grande distance.

Au début on utilisait une grande antenne (du genre des antennes de radio d'un émetteur de radio) et l'émetteur travaillait en continu. On détectait la présence d'un avion par l'interférence qu'il produisait, ce qui n'était pas une méthode très efficace.

On s'est rapidement rendu compte qu'on pouvait augmenter la sensibilité du système en envoyant un signal pulsé très court et en mesurant le signal en retour. Comme l'impulsion était très courte, l'émetteur pouvait travailler à une puissance énorme, sans risquer de griller les tubes.

Système anglais "Chain Home"
Les anglais avaient une installation de radars qui couvrait pratiquement toutes les côtes dès le début de la seconde guerre mondiale (le réseau "Chain Home"), mais ce type de radar ne correspondait pas du tout aux radars modernes. L'installation utilisait des antennes d'émission comme pour la radio, mais le signal était pulsé au lieu d'être continu.

L'émetteur était composé de 4 antennes placées en ligne et émettant dans une direction. L'angle d'ouverture était de 50°, le rayon balayait donc une zone très large. Le rayon ne pouvait pas être dévié.

La fréquence utilisée se situait dans une bande de fréquences allant de 20 à 55MHz, la fréquence était choisie pour que les avions ennemis soient repérés à plus longue distance possible. La longueur d'onde de 12m correspondant environ à la demi-longeur des avions allemands qui fonctionnaient alors en dipôle réflecteur. Cette fréquence relativement basse était nécessaire parce que le signal envoyé était très large, le signal frappant un avion était donc très faible.

De plus les anglais ne disposaient pas d'installations pouvant monter plus haut en fréquence: cette fréquence avait été utilisée pour les premières émissions de télévision.

Chaque émetteur avait une fréquence de répétition de 25Hz (40ms) et tous les émetteurs étaient synchronisés (via le réseau électrique) pour que deux émetteurs ne travaillent pas en même temps. Chaque émetteur envoyait une impulsion de 20µs (qui pouvait être réduite à 6µs pour une mesure plus précise quand l'avion était plus proche).

Le récepteur était composé de 4 antennes placées en croix situées à quelque distance de l'émetteur. Il était possible de déterminer manuellement la direction maximale du signal (azimuth) en tournant à un radiogoniomètre qui permettait d'intégrer le signal des 4 antennes. Il était également possible de déterminer l'élévation, car chaque antenne était équipée de dipoles placés à différentes hauteurs.

C'est donc le récepteur qui déterminait la direction de la cible. Le principe utilisé correspond très fort au système utilisé pour localiser les émetteurs radio ennemis.

Le signal émis était très large et devait donc être très puissant. C'est ainsi que le récepteur était compètement saturé après chaque bip émis. Il était donc impossible de détecter un objet se trouvant à moins de 8km, le récepteur étant à ce moment encore bloqué. La portée maximale était de 190km.

Il s'agissait du premier système de radar bistatique (dont l'antenne émettrice est séparée de l'antenne réceptrice), mais c'était le cas pour des raisons purement techniques: il n'était pas possible de protéger de façon sûre le récepteur pendant l'émission. Le système avait encore d'autres inconvénients, dont le fait que les antennes ne pouvaient pas être tournées. Comme la fréquence utilisée était relativement basse, les antennes devaient être très grandes pour être suffisamment directives.

Système allemand "Freya"
Le système allemand concurrent (Freya) utilisait une fréquence plus élevée de 120 à 130MHz, les antennes pouvaient être plus petites et pouvaient être tournées. Une même antenne servait à la fois pour l'émission et la réception grâce à l'utilisation de duplexeurs (que les anglais n'avaient pas au début de la guerre). L'angle d'ouverture était plus étroit, ce qui fait que le radar pouvait être moins puissant pour une portée donnée. Le radar Freya par contre n'était pas conçu pour mesurer l'élévation, il ne pouvait donner que l'azimuth et la distance.

Mais ce type de radar, s'il peut détecter les avions ennemis à grande distance, n'est pas assez précis pour commander des canons. Même le suivi de la cible n'est pas évident: il se fait en tournant un radiogoniomètre dans le cas de Chain Home, en tournant manuellement le radar dans le cas du Freya.

C'est surtout la portée des radars qui est importante: une portée de 150km environ est vraiment limite quand il faut faire décoller une escadrille d'avions intercepteurs. De plus les avions allemands sont en position de faiblesse, car ils n'ont pas encore pu prendre de la hauteur.

Pour augmenter la précision et la portée, il était possible de monter plusieurs antennes Freya l'une au dessus de l'autre, produisant une antenne de 60m de haut qui nécessitait des haubans pour la stabilité de l'ensemble. L'antenne pouvait malgré tout être tournée. C'est l'antenne de type Wassermann, généralement utilisée près des côtes pour détecter le décollage des avions alliés.

Les allemands ont également construit une antenne non plus haute, mais plus large, Jagdschloss. Ce type de radar est le premier qui a utilisé une indication de type PPI (Plan Position Indicator), que les allemands appelaient "Panorama". Ce type d'antenne était utilisé à l'interieur des terres pour détecter les escadrilles d'avions au dessus du pays.

Radar de poursuite "Wurzburg"
Les allemands ont un radar de poursuite qu'ils ont amélioré au fil des années, le Wurzburg. Il peut suivre les avions alliés et a une précision suffisante pour commander les canons. Sa portée n'est que de 70km, mais ce n'est pas un problème, les canons ne portent pas aussi loin.

Le problème des allemands, c'est qu'ils ne peuvent pas monter en fréquence comme les alliés: il n'ont pas de magnétron. Hitler a ordonné l'arrêt des recherches sur le magnétron, alors que les allemands disposaient déjà de la technologie avant la guerre; elle devait simplement être affinée. La fréquence du radar Wurzburg est limitée à 560MHz, la fréquence de répétition est de 3750Hz et l'impulsion dure 2µs.

Pour le suivi de l'avion, le radar utilise un dipole rotatif (qui tourne à 25 tours/seconde) qui produit un rayon décentré. Ainsi le signal en retour est constant quand l'avion se trouve au centre, mais varie à une fréquence de 25Hz s'il n'est pas au centre du rayon.

Ce système de suivi pouvait assez facilement être contré: l'avion qui était frappé par le rayon pouvait renvoyer un signal d'amplitude variable, faussant le fonctionnement des mécanismes de suivi.

Mais le problème principal de ces radars, c'est que chaque radar ne pouvait suivre qu'une seule cible. Cela devient problématique quand il y a une escadrille en l'air, qui se compose de centaines d'avions. C'est ainsi que les avions alliés avaient l'avantage du nombre: lors de chaque mission, il y avait des avions qui étaient abattus, mais le radar ne pouvait en suivre qu'un à la fois.

Ligne Kammhuber
L'installation des radars allemands n'était pas laissée au hasard. Une ligne de défence équipée de radars et de canons a été établie: la ligne Kammhuber. Un avion voulant bombarder l'Allemagne (quelle idée....) devait nécessairement passer cette ligne de radars. La ligne était constituée de cellules avec un radar Freya moyenne portée et de deux radars Wurzburg. Chaque cellule faisait environ 30km de coté.

Ce système était très efficace au début, car la tactique alliée était à l'origine de répartir les avions sur un grand front pour tenter de saturer tout le système. Puis les alliés se sont rendus compte qu'une cellule ne pouvait poursuivre qu'un avion à la fois. En faisant traverser une escadrille en une fois une cellule donnée, le nombre d'avions de perdu était bien moindre.

En ce qui concerne les radars embarqués (cela fera l'objet d'une page suivante), une caractéristique est très importante; c'est le temps de commutation entre l'émission et la réception. Pendant un court instant après l'émission, le récepteur est bloqué et ne peut recevoir d'écho en retour. C'est ainsi que le radar des avions allemands ne pouvait plus détecter d'avions à moins de 500m.

Radar à commande de phase
Pour suivre plusieurs avions à la fois, la solution c'est l'antenne de radar à commande de phase, également utilisée pour la première fois par les allemands. Mais le but à l'origine n'était pas de pouvoir suivre plusieurs avions à la fois, mais d'avoir une portée plus élevée. Et pour avoir une portée plus élevée, il faut des antennes plus grandes. Elles deviennent même si grandes, que l'antenne ne peut plus être tournée.

On abandonne la parabole du Wurzburg, le radar à commande de phase est plat comme une tapette à moustiques et se compose de nombreuses antennes. Le signal de l'émetteur est déphasé différemment et permet de diriger le rayon vers un coté ou l'autre. On utilise l'effet d'interférence entre le signal des différentes antennes.

Le radar Mammut était fixe et le rayon pouvait être dévié selon un angle de 100° horizontalement. Avec ce radar plat, il y avait donc une zone aveugle de 80° de chaque coté, qui était compensé par un second radar placé perpendiculairement au premier. La portée était de 300km.

Un emplacement a été construit à Fécamps, mais le radar n'y a jamais été fonctionnel à cause de l'avance alliée. D'autres radars de ce type étaient situés au cœur de l'Allemagne

Une antenne radar à commande de phase moderne se compose d'une pyramide à base triangulaire (tétraèdre) ou à base carrée qui permet de tout surveiller à partir d'une antenne fixe.

Ce type d'antennes est principalement utilisée sur les navires militaires. Selon la puissance de calcul des ordinateurs embarqués, un seul radar peut suivre en temps réel plus de 200 avions, missiles et autres objets volants ou au niveau de l'eau.

Les différents types d'écrans de radar sont décrits ici. Cette page contient également une liste de liens très interessants.

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