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Le radar (Radio Detection and Ranging) est une technologie de détection active qui permet de déterminer la distance, la vitesse, l'angle et d'autres caractéristiques d'objets en émettant des ondes électromagnétiques et en analysant les échos renvoyés par les cibles. En fonction des différentes architectures techniques, des modes de fonctionnement et des scénarios d'application, les systèmes radar peuvent être classés en plusieurs types, chacun conciliant des contraintes physiques et des exigences techniques spécifiques.
Comprendre les différents types de systèmes radar C'est la première étape pour choisir la solution radar la mieux adaptée à votre application. Cet article propose une présentation technique systématique des principales catégories de radars et de leurs types courants.
1. Classification en fonction de la forme d'onde du signal : radar à impulsions et radar à onde continue
Il s'agit de la classification la plus fondamentale des radars, qui détermine la manière dont le radar émet de l'énergie électromagnétique et dont il recueille des informations sur les cibles.
1.1 Radar à impulsions
Un radar à impulsions émet périodiquement des impulsions de courte durée et de forte intensité, puis “ écoute ” les échos pendant les intervalles entre les impulsions ; il mesure le délai entre l'émission et la réception pour calculer la distance de la cible.
Le radar à impulsions est l'architecture radar la plus répandue. Ses principaux avantages sont les suivants :
- Excellente capacité de télémétrie: Mesure directe de la distance par le temps de vol, reposant sur des principes physiques clairs
- Antenne commune d'émission/réception: L'architecture à antenne unique simplifie la conception du système
- Puissance de crête élevée: Peut dégager une grande quantité d'énergie en impulsions très courtes pour une détection à longue portée
La limite des radars à impulsions réside dans le compromis inhérent entre la résolution en distance et la portée de détection : des impulsions plus courtes offrent une meilleure résolution, mais une puissance moyenne plus faible et une portée de détection plus courte. Ce problème est résolu par compression d'impulsions techniques.
1.2 Radar à onde continue (CW)
Un radar à onde continue émet des ondes électromagnétiques de manière continue, sans interruption. L'émission et la réception se faisant simultanément, il est nécessaire de disposer d'antennes d'émission et de réception physiquement distinctes afin d'éviter que les fuites ne saturent le récepteur, qui est très sensible.
Le principal avantage du radar à onde continue réside dans excellente mesure de la vitesse grâce à l'effet Doppler. Sa limite réside dans l'impossibilité de mesurer directement la distance (à moins d'y ajouter une modulation de fréquence).
1.3 Radar à onde continue à modulation de fréquence (FMCW)
Le radar FMCW associe une modulation de fréquence à une émission continue. En émettant un signal dont la fréquence varie linéairement dans le temps et en comparant la différence de fréquence entre le signal émis et le signal reçu, il est possible de déterminer simultanément la distance et la vitesse.
Parmi les avantages du radar FMCW, on peut citer :
- Dimensions compactes et poids réduit: Convient aux drones, aux véhicules automobiles et à d'autres plateformes où l'espace est limité
- Grande capacité de pénétration: Offre de bonnes performances en matière de surveillance à basse altitude
- Haute sensibilité: Idéal pour la détection de haute précision à courte portée
Les radars FMCW ont généralement une portée limitée (généralement inférieure à 2 km) et sont principalement utilisés pour des applications de haute précision à courte portée.
2. Classification selon la méthode de balayage de l'antenne : balayage mécanique ou réseau phasé
La méthode de balayage de l'antenne détermine la manière dont le radar “ observe ” dans différentes directions.
2.1 Radar à balayage mécanique
Le radar à balayage mécanique fait tourner physiquement l'antenne pour modifier la direction du faisceau. Il s'agit de la méthode traditionnelle de balayage radar, qui repose sur une technologie éprouvée et présente un coût relativement faible.
La limite du balayage mécanique réside dans le fait que la vitesse de balayage est limitée par la vitesse de rotation physique de l'antenne : plus les antennes sont grandes et lourdes, plus elles tournent lentement. Dans les situations nécessitant une mise à jour rapide des informations sur les cibles, les radars à balayage mécanique présentent des limites inhérentes.
2.2 Radar à réseau phasé
Un radar à réseau phasé oriente le faisceau par voie électronique, sans aucune pièce mécanique mobile. En ajustant la phase de chaque élément du réseau d'antennes, il est possible d'orienter le faisceau dans n'importe quelle direction en quelques microsecondes.
Principaux avantages du radar à réseau phasé :
- Numérisation extrêmement rapide: Commutation du faisceau mesurée en microsecondes — bien plus rapide qu’un balayage mécanique
- Suivi simultané de plusieurs cibles: Peut générer plusieurs faisceaux pour suivre plusieurs cibles
- Haute fiabilité: Aucune pièce mécanique mobile — taux de défaillance réduit
Les radars à réseau phasé se subdivisent en Réseau à balayage électronique passif (PESA) et Réseau à balayage électronique actif (AESA) . Les radars AESA sont équipés de modules d'émission/réception (T/R) indépendants pour chaque élément d'antenne, ce qui leur confère des performances et une fiabilité supérieures ; ils constituent le choix privilégié pour les radars modernes haut de gamme.
3. Classification selon l'architecture : monostatique vs bistatique
3.1 Radar monostatique
L'émetteur et le récepteur partagent le même système d'antenne. Il s'agit de l'architecture radar la plus courante, qui se caractérise par une conception compacte et une mise en place simple. Un commutateur d'émission-réception protège le récepteur contre les signaux de forte puissance pendant l'émission.
3.2 Radar bistatique
L'émetteur et le récepteur sont séparés dans l'espace. Cette architecture accroît la complexité du système, mais offre des avantages uniques :
- Capacité de survie améliorée: Le récepteur peut être placé à distance de l'émetteur, ce qui réduit le risque d'être détecté et d'être la cible d'une attaque
- Capacité à tirer parti des “ créateurs d’opportunités ”: Peut exploiter les signaux de diffusion, de communication et autres signaux existants comme sources de transmission
4. Classification par fonction : radar de recherche et radar de poursuite
4.1 Radar de recherche/surveillance
Les radars de recherche surveillent en permanence une vaste zone, détectant de nouvelles cibles et signalant leur position. Ces radars offrent généralement une large couverture et des intervalles de mise à jour plus longs.
Les radars de recherche se subdivisent en :
- Radar 2D: Fournit des informations sur la distance et l'azimut
- Radar 3D: Ajoute des informations sur l'altitude/la hauteur
4.2 Radar de suivi
Les radars de poursuite suivent en continu et avec précision des cibles spécifiques, en calculant leurs trajectoires. Les radars de poursuite offrent généralement une précision angulaire et des fréquences de mise à jour des données plus élevées.
4.3 Radar « Track-While-Scan » (TWS)
Le radar TWS combine des fonctions de recherche et de suivi : il balaye en continu l'espace aérien tout en continuant à suivre les cibles déjà détectées. Il s'agit là du mode de fonctionnement classique des radars multifonctions.
5. Classification par scénario d'application
5.1 Radar de surveillance à basse altitude
Les radars de surveillance à basse altitude sont spécialement conçus pour détecter des cibles “ volant à basse altitude, à faible vitesse et de petite taille ” (low-slow-small). Ces radars doivent extraire les échos faibles des cibles en mouvement parmi les échos parasites puissants provenant du sol, en utilisant généralement Doppler à impulsions et réseau phasé actif technologies.
Principaux défis liés aux radars de surveillance à basse altitude :
- RCS extrêmement faible: Les drones grand public ont une surface équivalente en réflexion (RCS) comprise entre 0,01 et 0,02 m² seulement
- Environnement encombré et complexe: Reflets intenses provenant des bâtiments, des arbres et du relief
- Temps de réponse extrêmement court: Souvent, quelques minutes seulement séparent la détection de l'intervention
5.2 Radar à ouverture synthétique (SAR)
Le SAR utilise les mouvements de la plate-forme pour synthétiser une ouverture virtuelle bien plus grande que la taille physique de l'antenne, ce qui permet d'obtenir une résolution azimutale extrêmement élevée. Le SAR est principalement utilisé pour l'imagerie haute résolution dans le cadre de l'exploration géologique, de la surveillance environnementale, de la reconnaissance militaire et d'autres applications.
5.3 Radar météorologique
Le radar météorologique détecte les précipitations, le cisaillement du vent, la structure des orages et d'autres phénomènes météorologiques. Les radars météorologiques modernes sont presque tous des radars Doppler, capables de mesurer à la fois l'intensité des précipitations et les caractéristiques du champ de vent.
5.4 Radar à imagerie et radar sans imagerie
Les radars peuvent également être classés en radar d'imagerie ou radar non imageur selon qu'il génère ou non des images. Le SAR et l'ISAR (radar à ouverture synthétique inverse) sont des radars d'imagerie ; les radars de recherche, de poursuite, météorologiques et autres sont des radars non d'imagerie.
6. La couverture de STARDL tout au long de la chaîne technologique du radar
Les performances d'un système radar dépendent en fin de compte de la qualité de son front-end RF. Qu'il s'agisse d'un radar Doppler à impulsions, à réseau phasé ou à onde continue modulée en fréquence (FMCW), la chaîne d'émission nécessite des amplificateurs de forte puissance et à haut rendement ; la chaîne de réception nécessite des frontaux à très faible bruit et à haute sensibilité ; et la chaîne de signal nécessite une linéarité élevée et un faible bruit de phase. L'offre de STARDL couvrant l'ensemble de la chaîne radar s'étend des puces aux systèmes complets :
Chaîne de transmission – Dispositifs de puissance au GaN – Les dispositifs de puissance GaN de STARDL couvrent la bande de fréquences comprise entre 0,5 et 8,0 GHz et offrent une puissance de sortie pouvant atteindre plus de 100 W ; ils sont spécialement optimisés pour les modes pulsés des radars. La forte densité de puissance et l’excellente stabilité thermique du GaN en font le choix idéal pour les émetteurs radar.
Chaîne de réception – Amplificateurs à faible bruit – Les amplificateurs à faible bruit de STARDL sont basés sur un procédé GaAs et permettent d’atteindre des facteurs de bruit aussi bas que 0,35 dB. Le facteur de bruit de l’amplificateur de premier étage détermine directement la limite supérieure de la sensibilité de l’ensemble du système radar : qu’il s’agisse de détecter des drones ou de suivre des avions, ce paramètre est essentiel.
Chaîne de signal – Circuits intégrés RF et hyperfréquences – Les circuits intégrés RF et hyperfréquences de STARDL couvrent une plage allant du courant continu à 50 GHz, des mélangeurs aux multiplicateurs en passant par les déphaseurs, offrant ainsi une solution complète pour la chaîne de signal qui répond aux exigences strictes de linéarité des radars à compression d'impulsions et aux exigences de faible bruit de phase des radars Doppler.
Intégration de systèmes – Modules d'émission/réception et réseaux phasés – L’expertise de STARDL en matière de modules T/R à réseau phasé permet de relever le défi majeur consistant à “ intégrer davantage de canaux dans un espace limité tout en garantissant la stabilité de chaque canal ”. De la puce nue aux composants encapsulés, en passant par l’intégration au niveau des modules, STARDL propose des solutions complètes pour les circuits d’entrée RF.
La réalité de l'ingénierie
Il existe de nombreux types de systèmes radar, chacun présentant ses propres compromis entre les contraintes physiques et les exigences techniques. Le radar à impulsions excelle dans la télémétrie à longue portée ; le radar FMCW excelle dans la détection de haute précision à courte portée. Les radars à balayage mécanique sont économiques et éprouvés ; les radars à réseau phasé sont rapides et puissants. Les radars de recherche offrent une large couverture ; les radars de poursuite garantissent une grande précision.
Comprendre ces différences constitue la première étape pour choisir la solution radar la plus adaptée. Pour les ingénieurs qui conçoivent activement des systèmes radar, ce sont les détails techniques à chaque étape qui déterminent véritablement les performances du système : la puissance d'émission est-elle suffisante ? Le bruit du récepteur est-il suffisamment faible ? La linéarité de la chaîne de signal est-elle adéquate ?.
La gamme de produits STARDL couvre l'ensemble de la chaîne radar — des dispositifs de puissance GaN aux amplificateurs à faible bruit, des puces RF aux modules d'émission/réception — et s'étend de l'émission à la réception, du composant au système, offrant ainsi une base RF solide pour divers types de systèmes radar.
