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EP1286416B1 - Fermeture et déphasage d'une antenne - Google Patents

Fermeture et déphasage d'une antenne Download PDF

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Publication number
EP1286416B1
EP1286416B1 EP20020291958 EP02291958A EP1286416B1 EP 1286416 B1 EP1286416 B1 EP 1286416B1 EP 20020291958 EP20020291958 EP 20020291958 EP 02291958 A EP02291958 A EP 02291958A EP 1286416 B1 EP1286416 B1 EP 1286416B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cell
phase
antenna
phase shift
phase shifter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP20020291958
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1286416A1 (fr
Inventor
Xavier Thales Intellectual Property Delarue
Richard Thales Intellectual Property Guener
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1286416A1 publication Critical patent/EP1286416A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1286416B1 publication Critical patent/EP1286416B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267Phased-array testing or checking devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/18Phase-shifters
    • H01P1/185Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0075Stripline fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/16Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present invention relates to a method of closing an electronic scanning antenna, a method of adjusting such an antenna and a phase shifter associated with a radiating element. It applies for example for the setting of active antennas with electronic scanning, in particular for the adjustment of its transmission and reception modules.
  • the modern multifunction radars having to perform both a multi-target tracking function and a standby function, include an electronic scanning antenna capable of performing a scanning site and field.
  • Electron scanning antennas commonly consist of a set of radiating elements emitting a microwave whose phase is electronically controllable, independently for each element or group of elements, in order to obtain an antenna beam sweeping the antenna. space.
  • the plane of such an antenna is lined with phase shifters, a phase shifter being associated with a radiating element.
  • An antenna whose beam is able to scan the space in two directions requires a large number of radiating elements. Most of the time, for cost reasons, diode phase shifters are used.
  • An active antenna furthermore comprises emission sources, more particularly power amplifiers intended for the amplification of a microwave signal supplied by a local oscillator.
  • An elementary amplifier may be associated with one or more phase shifters. In fact, it is for example a module comprising both the transmission function, amplification of a microwave signal, and the reception function. Since the antenna beam is a function of the phase shifts applied to the signals of the radiating elements, the phase at the origin of each of the emission modules is important. It is indeed necessary that the emission modules emit with the same phase for reasons of optimization of the antenna patterns. For an antenna manufacturer, a solution a priori simple consists of supplying identical phase modules to equip the same antenna. However, such a solution is expensive because their phases are dispersed from manufacture.
  • An economical solution therefore consists in using modules and phase-shifters with dispersed initial phases, which are therefore less expensive, and in adjusting or calibrating the phases at the output of the phase-shifters, once the antenna has been equipped.
  • Conventional methods use a calibration signal flowing in each of the transmission modules. The parameters of the latter are then adjusted so as to obtain a phase determined according to the calibration signal.
  • a first disadvantage is that the calibration function can be disturbed by the external environment, especially in case of interference.
  • a second disadvantage lies in the fact that the calibration signal emitted by an antenna can constitute a signal of relatively high power that can be detected, and therefore troublesome in a context of discretion.
  • the subject of the invention is a method of closing an electronically scanned antenna comprising radiating elements each connected upstream to a microwave phase shifter.
  • the phase shifter comprising cascaded switch phase shift cells, the last cell being composed of two branches each opening on the radiating element and having at least one switch, the closing of the antenna is obtained by controlling the switches of the cell in the on state.
  • the degree of isolation of the closure is reinforced because the penultimate cell is composed of two branches each having at least one switch and joining at the input of the last branch, the switches of the two branches are controlled at the passing state.
  • the latter comprises two switches D6, D7 separated by a distance equal to ⁇ / 4 where ⁇ is the average wavelength signals transmitted by the antenna, the most upstream switch D6 being controlled in the on state while the downstream switch D7 is controlled in the off state so as to create a phase shift equal to ⁇ relative to the blocked state of the switch D6.
  • the invention also relates to a method for adjusting an electronic scanning antenna according to claim 8 and a microwave phase shifter comprising cascaded diode phase shifters according to claim 10.
  • the main advantages of the invention are that it allows a reliable and discreet setting of an electronic scanning antenna, that it is simple to implement and that it is economical.
  • the figure 1 illustrates an example of architecture of a scanning antenna.
  • This antenna has N groups of elements radiating 1, each radiating element being associated with a phase-shifter 2 located upstream.
  • a radiating element, placed at the output of its phase-shifter, is for example a dipole.
  • the radiating elements and their phase shifters are for example grouped in rows or columns. For example, we will consider N rows.
  • Each line is connected to a transmission and reception module 3.
  • a low-level microwave signal f 0 drives the modules 3 which amplify this signal to provide each group of phase-shifters 2 with an amplified signal.
  • microwave lines 4 are distributed in each of the phase shifters by a tree structure of microwave lines 4, in the form of candlestick for example, the important thing is that the signal is distributed equiphase on the phase shifters. Moreover, if a group has m phase shifter and the signal has a power P, the power received by a phase shifter is P / m.
  • These microwave lines are for example of the triplate type. They are for example connected to a transmission and reception module 3 by a divider 5, for example a hybrid ring, so that a first input / output is connected by a microwave line to the module 3. Another output is connected to a first combiner 6.
  • the output of the reception channel of each module 3 is connected to a divider 7 whose output is connected to a second combiner 8 and the other output is connected to a third combiner 9.
  • the output of the third combiner 9 constitutes the sum channel and the outputs of the first and second combiners 6, 8 constitute the difference paths, in elevation and in azimuth, in particular for deviation measurements.
  • a calibration signal f E is sent by a coupler 10 to each of the phase shifter groups 2. This calibration signal has a reference phase ⁇ 0 .
  • the figure 2 illustrates by a block diagram a diode phase shifter 2 according to the invention.
  • This phase shifter comprises four diode phase shift cells 21, 22, 23, 24.
  • the phase shift function is performed in a manner quantified by these cells. Each cell corresponds to a given phase shift weight.
  • the first, second, third and fourth cells 21, 22, 23, 24 operate for example respectively a phase shift of ⁇ / 8, ⁇ / 4, ⁇ / 2 or ⁇ according to the state of their control bits.
  • the microwave signal arrives via an E input before moving successively in the first 21, second 22, third 23 and fourth cell 24. At the output of the latter, the phase-shifted signal drives the radiating element 1, for example a dipole.
  • the invention makes particular use of this diode phase shifter by advantageously exploiting some of its properties.
  • the first cell 21, cell of the ⁇ / 8 bit is for example conventionally composed of two ends of microwave lines of length ⁇ / 4, also called “stub" in the Anglo-Saxon literature. This cell acts by disturbance. Subsequently, ⁇ corresponds to the average wavelength, that is to say the frequency at the center of the operating band.
  • the second cell 22, ⁇ / 4 bit cell is for example also composed of "stubs". Other forms of cells are conceivable.
  • the last two phase shift cells 23, 24, before the radiating element 1 their constructions are as defined below.
  • the penultimate phase shift cell 23, ⁇ / 2 bit cell acts by path difference.
  • it is composed of two branches 231, 232 which meet at its output.
  • the two branches have different lengths, the second branch having a length greater than ⁇ / 4 relative to the first 231.
  • the first branch is a microwave line comprising a diode D8.
  • the second branch is a microwave line comprising two diodes D6, D7. The distance between these two diodes is ⁇ / 4.
  • the last cell 24, ⁇ bit cell associated with the dipole 1, acts by reversing the electromagnetic field. It comprises two branches 241, 242 each opening on a branch of the dipole.
  • the first branch 241 comprises a diode D10 and the second branch comprises a diode D9.
  • phase shifter during operation of the antenna consists in making one of the branches of the ⁇ / 2 cell passing and the other blocking. This amounts in particular to controlling the diodes D6, D7, D8 of the bit cell ⁇ / 2 so as to direct the microwave signal in one branch or the other, that is to say to block the diode D8 when the diodes D6 and D7 conduct and vice versa.
  • the diode D9 is blocked when the diode D10 is conducting to obtain the field vector in one direction and the field is switched. in phase opposition when the commands of the diodes are reversed, hence the phase shift of ⁇ .
  • phase-shifter presented by the figure 2 advantageously makes it possible to perform at least two functions.
  • a first function performs the closing of the antenna. The antenna is then isolated from the outside.
  • a calibration signal injected into the phase shifter can then be reflected towards the source or to a calibration coupler.
  • the second function protects these circuits by providing a user with control over the path of the reflected signal, so that it is directed in particular elsewhere than to the source or the calibration coupler where fragile circuits are located such as limiters for example.
  • the invention thus allows a closure of the antenna.
  • a calibration signal f E is injected. This signal is for example injected, for each group of radiating elements associated with a transmission / reception module, at the input x of the triplate-type circuit comprising the supply lines 4 of the phase-shifters. This allows in particular to inject a reception signal or to make a power transmission, the two operations being temporally decorrelated, and to collect a measurement signal.
  • the invention makes it possible, in a simple way, to isolate the transmission and reception circuits up to and including the phase shifters, in one direction and in the other.
  • the phase shifter is used in a non-conforming manner, in particular with regard to its last two cells 23, 24.
  • This use according to the invention prevents a signal from passing.
  • the last cell 24 ⁇ phase shift, the two diodes D9 and D10 are controlled in the on state, which brings an open circuit in the dipole 1 and input of this cell 24.
  • Experimental measurements carried out by the Applicant show that an insulation of 30 dB can be obtained between the dipole 1 and the input of the last cell 24.
  • the diodes D6, D7 and D8 are also controlled in the on state, which brings an open circuit at the output of this cell 23.
  • Experimental measurements performed by the Applicant have shown that an additional insulation of 20dB could be thus obtained.
  • a second function provided by the invention is a phase shift in reflection.
  • it relates to the control of the cells 21, 22, 23, that is to say on the cell 23 where the reflection of the calibration signal begins and the cells 21, 22 which precede it.
  • the control relates particularly to the diode D6 of one of the branches 232 of the penultimate cell, located furthest upstream.
  • the second diode of the branch, located downstream is the diode D7.
  • the figure 3 presents, by way of example, a possible embodiment of a phase shifter according to the invention corresponding to the schematic diagram of the figure 2 .
  • the phase shifter is for example made on a structure 32 of microrubber type still called microstrip.
  • the figure 3 shows the circuits of the phase-shifter by a view from above.
  • This microstrip structure comprises for example the dipole 1 forming the radiating element placed at the output of the phase shifter.
  • the circuit therefore comprises a microwave line 33 from the input E of the phase shifter to the penultimate cell composed of its two branches 231, 232. These latter each comprise at least one diode D6, D7, D8 and meet in cell output.
  • One of the two branches 232 comprises two successive diodes D6, D7 separated by a distance equal to ⁇ / 4 where ⁇ is the average wavelength of the signals emitted by the antenna.
  • This path difference of ⁇ / 4 between the two branches 231, 232 makes it possible to create a phase shift of ⁇ / 2 depending on whether one passes through one or the other of the two branches and also makes it possible to create a phase shift of ⁇ for the reflected signal, in particular because the diodes D6 and D8 are equidistant from the point of separation A of the two branches.
  • the last phase shift cell placed at the output of the preceding one is composed of two branches 241, 242 of equal length opening on the dipole 1.
  • Each branch comprises at least one diode D9, D10 located equidistant from the separation point B of the two branches.
  • the phase shifter of the figure 3 is a four-bit control phase shifter capable of producing sixteen equidistributed phase shift values in the range between 0 and 2 ⁇ .
  • the two preceding cells 23, 24 produce respective phase shifts of ⁇ / 2 and ⁇ .
  • the first two cells of the cascade 21, 22 producing phase shifts of ⁇ / 8 and ⁇ / 4 are located along the microwave lines 33 connecting the input of the phase shifter to the point of entry A of the penultimate cell 23.
  • the first cell is for example conventionally composed of two "stub" lines 34, 35 each connecting the microwave line 33 to a diode D34, D35.
  • the first cell comprises for example three "stubs" 36, 37, 38 each connecting the microwave line 33 to a diode D36, D37, D38.
  • the control signals of the diodes, supplied by the control means 31, pass through one or more layers of printed circuit type associated with the triplate circuit.
  • the control signals arrive on the front panel, which includes the diodes, by means of metallized holes then are conveyed to the diodes by low frequency conductive tracks, these conventional elements not being represented on the figure 3 .
  • the insulation obtained between the entry point A of the penultimate cell and the output of the phase shifter, at the level of the radiating element 1, can reach about 50dB, which provides good protection vis-à-vis the outside.
  • This function advantageously corresponds to a closure of an antenna constituted by the radiating elements 1 associated with the phase-shifters 2. This function obviously protects in both directions of propagation of the signal. It thus allows a large attenuation of calibration signals to the outside flowing in the antenna.
  • the antenna closing method according to the invention can be implemented simply and economically, since it is mainly acting on the controls. If the control means 31 are programmable, the material cost is then virtually zero.
  • the antenna closure as described above can be applied in a method of setting an electronic scanning antenna, since it must be circulated in the latter, whether in its transmission modules and / or receiving signals or other circuits, calibration signals.
  • These calibration signals therefore circulate in the antenna circuits, for example the aforementioned modules, up to and including the phase shifters.
  • These signals are then protected, more particularly isolated, vis-à-vis the outside. The setting can be done safely and discreetly.
  • phase shifter comprising diode phase shift cells. These diodes may nevertheless be replaced by any other component fulfilling the function of a switch between the short circuit state and the open circuit state, and vice versa.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique, un procédé de réglage d'une telle antenne ainsi qu'un déphaseur associé à un élément rayonnant. Elle s'applique par exemple pour le réglage d'antennes actives à balayage électronique, notamment pour le réglage de ses modules d'émission et de réception.
  • Les radars modernes multifonctions, devant notamment réaliser à la fois une fonction poursuite multi-cibles et une fonction veille, comportent une antenne à balayage électronique capable d'effectuer un balayage en site et en gisement. Les antennes à balayage électronique sont couramment constituées d'un ensemble d'éléments rayonnant émettant une onde hyperfréquence dont la phase est électroniquement commandable, indépendamment pour chaque élément ou groupe d'éléments, en vue d'obtenir un faisceau d'antenne balayant l'espace. A cet effet, le plan d'une telle antenne est tapissé de déphaseurs, un déphaseur étant associé à un élément rayonnant. Une antenne dont le faisceau est capable de balayer l'espace selon deux directions nécessite un grand nombre d'éléments rayonnants. La plupart du temps, pour des raisons de coût, ce sont des déphaseurs à diodes qui sont utilisés.
  • Une antenne active comporte par ailleurs les sources d'émission, plus particulièrement des amplificateurs de puissance destinés à l'amplification d'un signal hyperfréquence fourni par un oscillateur local. Un amplificateur élémentaire peut être associé à un ou plusieurs déphaseurs. En fait, il s'agit par exemple d'un module comportant à la fois la fonction d'émission, amplification d'un signal hyperfréquence, et la fonction de réception. Etant donné que le faisceau d'antenne est fonction des déphasages appliqués sur les signaux des éléments rayonnant, la phase à l'origine de chacun des modules d'émission est importante. Il est en effet nécessaire que les modules d'émission émettent avec la même phase pour des raisons d'optimisation des diagrammes d'antennes. Pour un fabricant d'antenne, une solution a priori simple consiste à s'approvisionner en modules de phases identiques pour équiper une même antenne. Cependant, une telle solution est coûteuse, car leurs phases sont dispersées de fabrication. Si on considère par exemple une antenne où les éléments rayonnant et leurs déphaseurs associés sont regroupés en lignes, avec un module d'émission et de réception par ligne, une telle architecture peut nécessiter en effet plusieurs dizaines de modules. Enfin, non seulement les modules d'émission ont des phases initiales dispersées, mais il en est de même pour les déphaseurs, dont le nombre dans l'antenne est très important.
  • Une solution économique consiste donc à utiliser des modules et des déphaseurs à phases initiales dispersées, donc moins chers, et à effectuer un réglage ou étalonnage des phases en sortie des déphaseurs, une fois l'antenne équipée. Des méthodes classiques utilisent un signal d'étalonnage circulant dans chacun des modules d'émission. Les paramètres de ce dernier sont alors réglés de façon à obtenir une phase déterminée en fonction du signal d'étalonnage. Ces méthodes présentent plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient est que la fonction d'étalonnage peut être perturbée par l'environnement extérieur, notamment en cas de brouillage. Un deuxième inconvénient réside dans le fait que le signal d'étalonnage émis par une antenne peut constituer un signal de relativement forte puissance susceptible d'être détecté, et donc gênant dans un contexte de discrétion.
  • Les solutions consistant à mesurer l'environnement ou à recommencer les mesures d'étalonnage tant qu'on obtient des mesures brouillées montrent vite leurs limites dans un environnement de brouillage sévère ou en présence de plusieurs radars, comme par exemple sur un navire. Par ailleurs, l'exigence de discrétion ne peut facilement être remplie dans l'espace, un type de solutions consiste à privilégier une direction azimutale pour l'émission des signaux d'étalonnage. Cette dernière méthode a également ses limites et impose des contraintes de système sur le radar.
  • Un but de l'invention est notamment de palier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant reliés chacun en amont à un déphaseur hyperfréquence. Le déphaseur comportant des cellules de déphasage à commutateurs en cascade, la dernière cellule étant composée de deux branches débouchant chacune sur l'élément rayonnant et comportant au moins un commutateur, la fermeture de l'antenne est obtenue en commandant les commutateurs de la cellule à l'état passant.
  • Avantageusement, le degré d'isolation de la fermeture est renforcé du fait que l'avant dernière cellule étant composée de deux branches comportant chacune au moins un commutateur et se rejoignant en entrée de la dernière branche, les commutateurs des deux branches sont commandées à l'état passant.
  • Avantageusement, pour permettre le contrôle de la phase d'un signal réfléchi par l'avant dernière cellule de déphasage, cette dernière comporte deux commutateurs D6, D7 séparée d'une distance égale à λ/4 où λ est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, le commutateur D6 la plus en amont étant commandée à l'état passant alors que le commutateur D7 située en aval est commandée à l'état bloqué de façon à créer un déphasage égal à π par rapport à l'état bloqué du commutateur D6.
  • L'invention a également pour objet un procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique selon la revendication 8 et un déphaseur hyperfréquence comportant des cellules de déphasage à diodes, en cascade, selon la revendication 10.
  • L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet un réglage fiable et discret d'une antenne à balayage électronique, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
    • la figure 1, un exemple d'architecture d'une antenne à balayage électronique ;
    • la figure 2, un schéma montrant le principe de fonctionnement d'un déphaseur à diodes selon l'invention ;
    • la figure 3, un exemple de réalisation du déphaseur précité.
  • La figure 1 illustre un exemple d'architecture d'une antenne à balayage électronique. Cette antenne comporte N groupes d'éléments rayonnant 1, chaque élément rayonnant étant associé à un déphaseur 2 situé en amont. Un élément rayonnant, placé en sortie de son déphaseur, est par exemple un dipôle. Les éléments rayonnant et leurs déphaseurs sont par exemple groupés en lignes ou en colonnes. A titre d'exemple, on considèrera N lignes. Chaque ligne est reliée à un module d'émission et de réception 3. Un signal hyperfréquence bas niveau f0 attaque les modules 3 qui amplifient ce signal pour fournir à chaque groupe de déphaseurs 2 un signal amplifié. Ce dernier se répartit dans chacun des déphaseurs par une arborescence de lignes hyperfréquence 4, en forme de chandelier par exemple, l'important étant que le signal soit distribué de manière équiphase sur les déphaseurs. Par ailleurs, si un groupe comporte m déphaseur et que le signal possède une puissance P, la puissance reçue par un déphaseur est P/m. Ces lignes hyperfréquence sont par exemple du type triplaque. Elles sont par exemples reliées à un module d'émission et de réception 3 par un diviseur 5, par exemple un anneau hybride, de sorte qu'une première entrée/sortie soit reliée par une ligne hyperfréquence au module 3. Une autre sortie est reliée à un premier combineur 6.
  • La sortie de la voie de réception de chaque module 3 est reliée à un diviseur 7 dont une sortie est reliée à un deuxième combineur 8 et l'autre sortie est reliée à un troisième combineur 9. Classiquement, la sortie du troisième combineur 9 constitue la voie somme et les sorties des premier et deuxième combineurs 6, 8 constituent les voies différences, en élévation et en azimut, notamment pour des mesures d'écartométrie.
  • Un signal d'étalonnage fE est envoyé par un coupleur 10 sur chacun des groupes de déphaseurs 2. Ce signal d'étalonnage possède une phase de référence ϕ0.
  • La figure 2 illustre par un schéma de principe un déphaseur à diodes 2 selon l'invention. Ce déphaseur comporte quatre cellules de déphasage à diodes 21, 22, 23, 24. La fonction de déphasage est réalisée de façon quantifiée par ces cellules. Chaque cellule correspond à un poids de déphasage donné. Ainsi, les première, deuxième, troisième et quatrième cellules 21, 22, 23, 24 opèrent par exemple respectivement un déphasage de π/8, π/4, π/2 ou π selon l'état de leurs bits de commande. Le signal hyperfréquence arrive par une entrée E avant de passer successivement dans la première 21, deuxième 22, troisième 23 et quatrième cellule 24. En sortie de cette dernière, le signal déphasé attaque l'élément rayonnant 1, par exemple un dipôle.
  • L'invention effectue une utilisation particulière de ce déphaseur à diodes en exploitant avantageusement certaines de ses propriétés.
  • La première cellule 21, cellule du bit π/8, est par exemple composée classiquement de deux bouts de lignes hyperfréquence de longueur λ/4, encore appelés « stub » dans la littérature anglo-saxonne. Cette cellule agit par perturbation. Par la suite, λ correspond à la longueur d'onde moyenne, c'est-à-dire à la fréquence au centre de la bande de fonctionnement. La deuxième cellule 22, cellule de bit π/4, est par exemple aussi composée de « stubs ». D'autres formes de cellules sont envisageables. En ce qui concerne les deux dernières cellules de déphasage 23, 24, avant l'élément rayonnant 1, leurs constructions sont telles que définies par la suite.
  • L'avant dernière cellule de déphasage 23, cellule de bit π/2, agit par différence de trajet. A cet effet, elle est composée de deux branches 231, 232 qui se rejoignent à sa sortie. Les deux branches ont des longueurs différentes, la deuxième branche ayant une longueur supérieure de λ/4 par rapport à la première 231. La première branche est une ligne hyperfréquence comportant une diode D8. La deuxième branche est une ligne hyperfréquence comportant deux diodes D6, D7. La distance entre ces deux diodes est de λ/4. La dernière cellule 24, cellule de bit π associée au dipôle 1, agit par retournement du champ électromagnétique. Elle comporte deux branches 241, 242 débouchant chacune sur une branche du dipôle. La première branche 241 comporte une diode D10 et la deuxième branche comporte une diode D9. Ainsi, l'utilisation d'un tel déphaseur lors du fonctionnement de l'antenne consiste à rendre l'une des branches de la cellule π/2 passante et l'autre bloquante. Cela revient notamment à piloter les diodes D6, D7, D8 de la cellule de bit π/2 de façon à diriger le signal hyperfréquence dans une branche ou dans l'autre, c'est-à-dire à bloquer la diode D8 quand les diodes D6 et D7 conduisent et réciproquement. De même, pour la cellule 24 de bit π, on bloque la diode D9 quand la diode D10 conduit pour obtenir le vecteur champ dans un sens et on commute le champ en opposition de phase quand on inverse les commandes des diodes, d'où le déphasage de π.
  • En phase de réglage, une utilisation selon l'invention du déphaseur présenté par la figure 2 permet avantageusement d'effectuer au moins deux fonctions. Une première fonction réalise la fermeture de l'antenne. L'antenne est alors isolée de l'extérieur. En particulier, un signal d'étalonnage injecté dans le déphaseur est susceptible alors de se réfléchir vers la source ou vers un coupleur de calibration. La deuxième fonction protège ces circuits en assurant à un utilisateur la maîtrise du trajet du signal réfléchi, pour qu'il se dirige notamment ailleurs que vers la source ou le coupleur calibration où se situent des circuits fragiles tels que les limiteurs par exemple.
  • L'invention permet donc une fermeture de l'antenne. On a vu précédemment la nécessité qu'il peut y avoir de calibrer, régler ou étalonner des modules d'émission ou de réception, associés à un élément rayonnant et son déphaseur ou plus généralement à un groupe d'éléments rayonnants et leurs déphaseurs, par exemple constitués en lignes ou en colonnes. On a alors besoin de contrôler finement la phase et l'amplitude du signal émis. A cet effet, on injecte un signal d'étalonnage fE. Ce signal est par exemple injecté, pour chaque groupe d'éléments rayonnants associé à un module d'émission / réception, en entrée x du circuit de type triplaque comportant les lignes d'alimentation 4 des déphaseurs. Cela permet notamment d'injecter un signal de réception ou de faire une transmission de puissance, les deux opérations étant temporellement décorrélées, et de recueillir un signal de mesure. En étalonnage à la réception, tout signal venant de l'extérieur peut brouiller le signal d'étalonnage. En étalonnage à l'émission, le radar rayonne ses fréquences qui sont donc susceptibles d'être repérées. L'invention permet de façon simple, d'isoler les circuits d'émission et de réception jusqu'aux déphaseurs compris, dans un sens et dans l'autre.
  • A cet effet, le déphaseur est utilisé d'une façon non conforme, en particulier en ce qui concerne ses deux dernières cellules 23, 24. Cette utilisation selon l'invention empêche un signal de passer. Pour la dernière cellule 24, de déphasage π, les deux diodes D9 et D10 sont commandées à l'état passant, ce qui ramène un circuit ouvert dans le dipôle 1 et en entrée de cette cellule 24. Des mesures expérimentales effectuées par la Déposante montrent qu'une isolation de 30 dB peut être obtenue entre le dipôle 1 et l'entrée de la dernière cellule 24. Pour l'avant dernière cellule 23, de déphasage π/2, les diodes D6, D7 et D8 sont commandées également à l'état passant, ce qui ramène un circuit ouvert en sortie de cette cellule 23. Des mesures expérimentales effectuées par la Déposante, ont montré qu'une isolation supplémentaire de 20dB pouvait être ainsi obtenue.
  • Un signal d'étalonnage injecté et qui entre dans un déphaseur va donc se réfléchir au niveau de l'avant dernière cellule 23. Une deuxième fonction apportée par l'invention est un déphasage en réflexion. A cet effet, elle porte sur la commande des cellules 21, 22, 23, c'est-à-dire sur la cellule 23 où commence la réflexion du signal d'étalonnage et les cellules 21, 22 qui la précèdent. La commande porte particulièrement sur la diode D6 d'une des branches 232 de l'avant dernière cellule, située la plus en amont. La deuxième diode de la branche, située en aval est la diode D7.
  • Entre les deux états, passant ou bloqué, de la diode D6 on obtient sur un signal injecté dans le déphaseur et réfléchi sur la diode D7 un déphasage de π. Par ailleurs, les deux premières cellules 21, 22, de déphasage π/8 et π/4 en trajet direct, offrent vis-à-vis d'un signal réfléchi dans le déphaseur un déphasage double ayant respectivement les valeurs π/4 et π/2. On dispose ainsi sur le signal réfléchi de l'équivalent d'un déphaseur à trois bits, de poids π/4, π/2 et π. Cela permet donc de contrôler le signal réfléchi de façon notamment à minimiser la puissance en retour dans la voie de mesure en réalisant par exemple :
    • soit la focalisation en un point autre que la voie de mesure ;
    • soit la réalisation d'une loi de brouillage, permettant la minimisation du signal en retour dans la voie de mesure ;
    • soit la focalisation dans une voie différence chargée pour absorber le signal en retour.
  • La figure 3 présente, à titre d'exemple, un mode de réalisation possible d'un déphaseur selon l'invention correspondant au schéma de principe de la figure 2. Il est par exemple équipé de moyens de commandes qui permettent notamment d'appliquer les commandes précédemment décrites relativement au procédé de fermeture d'une antenne. Le déphaseur est par exemple réalisé sur une structure 32 de type à microrubant appelée encore microstrip. La figure 3 montre les circuits du déphaseur par une vue de dessus. Cette structure microstrip comporte par exemple le dipôle 1 formant l'élément rayonnant placé en sortie du déphaseur.
  • Le circuit comporte donc une ligne hyperfréquence 33 partant de l'entrée E du déphaseur jusqu'à l'avant dernière cellule composée de ses deux branches 231, 232. Ces dernières comportent chacune au moins une diode D6, D7, D8 et se rejoignent en sortie de cellule. L'une des deux branches 232 comporte deux diodes successives D6, D7 séparée d'une distance égale à λ/4 où λ est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne. Cette différence de trajet de λ/4 entre les deux branches 231, 232 permet de créer un déphasage de π/2 selon que l'on passe par l'une ou l'autre des deux branches et permet par ailleurs de créer un déphasage de π pour le signal réfléchi, du fait notamment que les diodes D6 et D8 sont à égale distance du point de séparation A des deux branches.
  • La dernière cellule de déphasage placée en sortie de la précédente est composée de deux branches 241, 242 d'égales longueurs débouchant sur le dipôle 1. Chaque branche comporte au moins une diode D9, D10 située à égale distance du point B de séparation des deux branches.
  • Le déphaseur de la figure 3 est un déphaseur à quatre bits de commande capable de produire seize valeurs de déphasage équiréparties dans l'intervalle compris entre 0 et 2π. On peut bien sûr envisager un nombre de cellules de déphasage différent de quatre. Les deux précédentes cellules 23, 24 réalisent des déphasages respectifs de π/2 et π. Les deux premières cellules de la cascade 21, 22 réalisant des déphasages de π/8 et π/4 sont situées le long de la lignes hyperfréquence 33 reliant l'entrée du déphaseur au point d'entrée A de l'avant dernière cellule 23. La première cellule est par exemple composée classiquement de deux lignes « stub » 34, 35 reliant chacune la ligne hyperfréquence 33 à une diode D34, D35. La première cellule comporte par exemple trois « stubs » 36, 37, 38 reliant chacune la ligne hyperfréquence 33 à une diode D36, D37, D38. Les signaux de commande des diodes, fournis par les moyens de commande 31, passent par une ou plusieurs couches de type circuit imprimé associées au circuit triplaque. Les signaux de commande arrivent sur la face avant, qui comporte les diodes, au moyen de trous métallisés puis sont acheminés aux diodes par des pistes conductrices basse fréquence, ces éléments classiques n'étant pas représentés sur la figure 3.
  • Par le blocage des deux dernières cellules 23, 24 de déphasage π/2 et π, l'isolation obtenue entre le point A d'entrée de l'avant dernière cellule et la sortie du déphaseur, au niveau de l'élément rayonnant 1, peut atteindre 50dB environ, ce qui apporte une bonne protection vis-à-vis de l'extérieur. Cette fonction correspond avantageusement à une fermeture d'une antenne constituée des éléments rayonnant 1 associés aux déphaseurs 2. Cette fonction protège bien évidemment dans les deux sens de propagation du signal. Elle permet donc une grande atténuation des signaux d'étalonnage vers l'extérieur circulant dans l'antenne.
  • Par la commande des deux cellules d'entrée 21, 22 et de la diode D6, on peut avantageusement diriger la réflexion du signal d'étalonnage ailleurs que vers sa source et/ou dans un coupleur, ce qui permet notamment de protéger des éléments fragiles tels que des limiteurs de puissance mais aussi de minimiser les erreurs d'étalonnage.
  • Le procédé de fermeture d'antenne selon l'invention peut être mis en oeuvre de façon simple et économique, puisqu'il s'agit principalement d'agir sur les commandes. Pour peu que les moyens de commande 31 soient programmables, le coût matériel est alors pratiquement nul.
  • Avantageusement, la fermeture d'antenne telle décrite précédemment peut être appliquée dans un procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique, dès lors qu'il faut faire circuler dans cette dernière, que ce soit dans ses modules d'émission et/ou de réception ou dans d'autres de ses circuits, des signaux d'étalonnage. Ces signaux d'étalonnage circulent donc dans les circuits de l'antenne, par exemple les modules précités, jusqu'y compris dans les déphaseurs. Ces signaux sont alors protégés, plus particulièrement isolés, vis-à-vis de l'extérieur. Le réglage peut ainsi être effectué en toute sécurité et en toute discrétion.
  • La description de l'invention a été faite avec un déphaseur comportant des cellules de déphasage à diodes. Ces diodes peuvent néanmoins être remplacées par tout autre composant remplissant la fonction de commutateur entre l'état court-circuit et l'état circuit ouvert, et vice versa.

Claims (14)

  1. Procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant (1) reliés chacun en amont à un déphaseur hyperfréquence (2), caractérisé en ce que le déphaseur (2) comportant des cellules de déphasage à commutateurs (21, 22, 23, 24) en cascade, la dernière cellule étant composée de deux branches (241, 242) débouchant chacune sur l'élément rayonnant et comportant au moins un commutateur (D9, D10), la fermeture de l'antenne est obtenue en commandant les commutateurs de la dernière cellule (24) à l'état passant.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dernière cellule de déphasage (24) produit un déphasage de π lorsque l'une de ses branches est passante et l'autre bloquée.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'avant dernière cellule (23) étant composée de deux branches (231, 232) comportant chacune au moins un commutateur (D6, D7, D8) et se rejoignant en entrée de la dernière cellule (24), les commutateurs des deux branches sont commandés à l'état passant.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des branches (232) de l'avant dernière cellule de déphasage (23) comportant deux commutateurs (D6, D7) séparés d'une distance égale à λ/4 où λ est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, le commutateur (D6) le plus en amont est commandé à l'état passant alors que le commutateur (D7) situé en aval est commandé à l'état bloqué de façon à créer un déphasage égal à π par rapport à l'état bloqué du commutateur (D6) le plus en amont.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'avant dernière cellule (23) et les cellules de déphasage précédentes (21, 22) sont commandées de façon à contrôler un signal réfléchi par cette avant dernière cellule (23), le contrôle s'effectuant par l'application ou non de déphasages de poids successifs, le poids de déphasage des autres cellules (21, 22) étant doublé par rapport au trajet direct.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les poids successifs sont au moins π, π/2 et π/4.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne comporte des modules d'émission et de réception (3) associés à un élément rayonnant (1) ou à un groupe d'éléments rayonnant (1), un déphaseur (2) étant placé entre chaque élément rayonnant et son module d'émission et de réception associé.
  8. Procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant (1) reliés chacun en amont à un déphaseur hyperfréquence (2) où un signal d'étalonnage circule dans les circuits de l'antenne y compris dans les déphaseurs, caractérisé en ce qu'il effectue une fermeture de l'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les commutateurs sont des diodes.
  10. Déphaseur hyperfréquence comportant des cellules de déphasage (21, 22, 23, 24) à commutateurs en cascade et des moyens de commande (31) des commutateurs à l'état passant ou bloqué, le déphaseur comportant une cellule de déphasage (24) en aval composée de deux branches (241, 242) comportant chacune au moins un commutateur (D9, D10) et constituant la dernière cellule de la cascade susceptible de déboucher sur un élément rayonnant d'antenne (1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cellule de déphasage (23) composée de deux branches (231, 232) comportant chacune au moins un commutateur (D6, D7, D8) et se rejoignant en sortie l'une des deux branches (232) comportant deux commutateurs successifs (D6, D7) séparés d'une distance égale à λ/4 où λ est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, la distance du commutateur D6 au point A de séparation des deux branches étant égale à la distance du commutateur D8 de l'autre branche (231) à ce point A, les moyens de commande (31) fermant la sortie du déphaseur en commandant au moins les commutateurs (D9, D10) de la dernière cellule (24) à l'état passant.
  11. Déphaseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la dernière cellule (24) et l'avant dernière cellule (23) réalisent des déphasages respectifs de π et π/2.
  12. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de commande (31) ferment la sortie en commandant en outre les commutateurs (D6, D7, D8) de l'avant dernière cellule à l'état passant.
  13. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en qu'un déphasage de π est obtenu sur un signal réfléchi par l'avant dernière cellule (23) en commandant le commutateur (D6) le plus en amont à l'état passant et le commutateur (D7) situé en aval à l'état bloqué, pour former un déphaseur à N - 1 bits de commande pour le signal réfléchi, N étant le nombre de cellules de déphasages (21, 22, 23, 24).
  14. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les commutateurs sont des diodes.
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