Brevet FR2118929A1 — publié le 19720804

L'invention concerne un montage pour le calcul de la phase pour une antenne à orientation électronique du faisceau et composée d'éléments rayonnants disposés en rangées et en colonnes, et dont la phase de courant réglée par un régula-5 teur de phase digital qui est commandé par une mémoire élémentaire associée. Les antennes à commande de phase se composent de plusieurs éléments rayonnants disposés dans un plan, en rangées et en colonnes ordinairement orthogonales. Pour l'orien1>a-10 tion électronique du diagramme directionnel de rayonnement, on intercale, dans la ligne d'alimentation de chaque élément rayonnant, une section de ligne dont la longueur électrique peut être modifiée électroniquement, appelée régulateur de phase."Les régulateurs de phase utilisés avec des antennes à commande de 15 phase, sous forme par exemple de ferrites Ou de diodes commuta— trices, sont le plus souvent du type digital» Avec ces régulateurs, le détour (différence de chemin électrique) qui détermine la position de phase n'est pas réglable de façon continue, mais seulement par paliers. Le calcul des détours est effectué dans un 20 calculateur de phase et doit être exécuté assez rapidement pour que la vitesse de travail de l'ensemble du système ne soit pas réduite. Dans l'application au radar, le calculateur de phase coopère étroitement avec le calculateur central de l'ap-25 pareil radar pour déterminer les phases du courant de chaque élément rayonnant„ En principe, le calcul et le réglage des détours peuvent être effectués en permanence en utilisant un calculateur analogique, aixisi qu'un calculateur digital et des 30 régulateurs de phase digitaux. L'inconvénient, avec les calculateurs de phase analogiques, est que l'écart moyen de la phase par rapport à la valeur de consigne est assez grand. De ce fait, le niveau moyen du lobe secondaire s'élève à une valeur excessive. 35 Dans un mode de réalisation mixte (hybride), un convertisseur analogique digital est monté à la suite d'un calculateur analogique. Une telle installation travaille à peu près aussi vite que l'équipement de calcul purement analogique décrit ci-dessus. Le régulateur de phase digital peut être cons-40 truit avec des dispersions plus petites de l'angle de phase, en 71 45392 2 2118929 comparaison du régulateur de phase analogique. Ce régulateur de phase, ou déphaseur, peut coopérer, soit avec un calculateur de phase analogique, soit avec un calculateur numérique. Un calculateur de phase purement digital 5 commence par calculer digitalement le détour électrique pour chaque élément rayonnant. On sait effectuer ce calcul individuellement au niveau de chaque élément. Dans le cas du calcul de phase individuel, il faut procéder aux opérations de calcul suivantes : 10 1. Multiplication par une valeur fixe pour l'établissement de la phase de colonne. 2. Addition de la contribution de rangée. La contribution de rangée a déjà été déterminée préalablement dans une unité de calcul propre. 15 3- Division parX/A et transmission du reste de cette division. raax La multiplication peut se ramener, comme dans le cas de la multiplication pas-à-pas dans le système décimal, à une suite d'additions et de reports. De façon correspondante, on peut baser la division sur l'opération de soustraction et de re-20 port. Puisqu'avec cette solution purement digitale, chaque élément possède une unité de calcul propre à commande programmée individuellement, la réalisation de ce procédé est toutefois extrêmement coûteuse» 25 L'invention a pour but de fournir un disposi tif pour le réglage des déphaseurs d'une antenne à commande de phase, dispositif qui permet un calcul rapide d'un grand nombre de valeurs de phase sans surcharger le calculateur central et à moindres frais que dans le cas du dispositif comportant une uni-30 té de calcul pour chaque élément rayonnant. Dans ces conditions, une commutation rapide d'une direction du faisceau à la suivante doit être assurée. Conformément à l'invention, qui se rapporte à un montage du type défini dans le préambule du présent mémoire, ce but est atteint par le fait qu'il est prévu une unité calcula-35 trice verticale pour le calcul des valeurs de phase verticales des déphaseurs associés aux éléments rayonnants à l'intérieur des différentes rangées, par le fait qu'il est prévu une unité calculatrice horizontale propre pour chaque rangée, par le fait que, pour chaque rangée, les valeurs de phase horizontales sont kO introduites par addition dans les valeurs de phase verticales 71 b5'592 3 2118929 et sont mémorisées dans les mémoires élémentaires, et par le fait que le calcul du détour électrique L pour le dephaseur d1 un élément rayonnant, qui diffère d'une valeur déterminée de ses voisins de droite et de gauche et d'une autre valeur déterminée 5 de ses voisins d'en haut et d'en bas, se ramène à une addition répétitive dans des additionneurs de l'unité calculatrice verticale et. des unités calculatrices horizontales. Il est possible d'utiliser des circuits du même genre pour les unités calculatrices horizontales et pour les mémoires élémentaires de chaque 10 élément rayonnant. En outre, on dispose d'une plus grande gamme de fréquences utilisable. Du fait que la phase n'est pas obtenue par combinaison d'une partie colonne et d'une partie rangée dans une unité calculatrice individuelle au niveau de chaque élément rayonnant, on peut faire l'économie d'unités calculatrices. 15 La phase du déphaseur peut dépendre de la fréquence. En cas de phase indépendante de la fréquence, la direction du maximum de rayonnement dépend de la fréquence. Si la longueur électrique du déphaseur est indépendante de la fréquence, l'angle de déviation est également indépendant de la fréquence. 20 II est avantageux, au point de vue du mode de fonctionnement et de la vites.se de travail, que l'unité calculatrice verticale et les unités calculatrices horizontales soient en service pendant que l'antenne émet ou reçoit, les unités calculatrices horizontales, montées à la manière d'un registre à 25 décalage, fonctionnement simultanément. De préférence, les nouvelles valeurs de phase emmagasinées dans les mémoires élémentaires n'agissent au niveau des déphaseurs qu'à la suite d'une commande de commutation. D'autres caractéristiques de l'invention sont 30 expliquées de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté au dessin annexé. Dans ce dernier, on a représenté une disposition matricielle en rangées et en colonnes de mémoires élémentaires ESP, dont les valeurs mémorisées sont délivrées à des 33 déphaseurs P associés pour la commande de phase d'éléments rayonnants S, Les déphaseurs P et les éléments rayonnants S n'ont été représentés que pour deux mémoires élémentaires ESP, mais il en existe pour toutes les mémoires élémentaires ESP. Les mémoires élémentaires ESP sont réglées au moyen d'une unité calculatrice 40 verticale VRW, à laquelle sont fournies les fonctions de commande 71 45392 4 2118929 d'une unité de commande radar R, ainsi qu'au moyen d'une unité calculatrice horizontale pour chaque rangée d'antennes. Tout d'abord, les valeurs de phase verticales des rangées individuelles sont calculées avec l'unité calculatrice verticale VRW„ Puis 5 les valeurs de phase horizontales sont ajoutées, pour chaque rangée, aux valeurs de phase verticales avec une unité calculatrice horizontale HRW et sont emmagasinées dans les mémoires élémentaires ESP. Là, elles sont disponibles pour le réglage des déphaseurs numériques P. 10 Les valeurs de phase verticales sont calcu lées d'après l'égalité suivante : V = nV - K1F IX 15 ave c v y - - incrément de phase vertical 1 = trajet électrique entre deux éléments d'antenne voisins en direction verticale X = longueur d'onde maximale utilisée "m m =1 ... N = nombre des additions = numéro de rangée 20 N = nombre des rangées K' = 1, 2, 3 ••• = facteur \ = longueur d'onde de service • \ Vn = valeur de phase verticale après la n addition mm 25 P = ■ ** ^— = rapport de la différence de phase pour la fréquence de service la plus basse f . , à la différence de min phase Ç pour la fréquence de service ponctuelle f. Dans le cas de déphaseurs à phase indépendante de la fréquence, F = ..1; 30 dans le cas de déphaseurs à longueur électrique indépendante de la fréquence, F = f . /f ou P t . si X= c/f et X = mm "m* ' m c/fmin = vitesse de lumière). Comme le montre l'égalité ci-dessus, les valeurs de phase verticales V sont calculées en additionnant n fois 35 l'incrément de phase vertical V = 1 /A . L'expression K.F est v m soustraite un nombre de fois suffisant pour que V soit plus petite que F = ^es grandeurs V et F sont fournies par l'unité de commande du radar. Dans l'unité calculatrice verticale VRW, la ko différence H - F est en outre calculée à partir de l'incrément de 71 45392 2118929 phase horizontal H = 1, /A et de la fréquence de service normali- h m sée F ; cette opération est superflue en cas d'utilisation de déphaseurs à phase indépendante de la fréquence. Les valeurs V , H et, le cas échéant, H -F n 5 sont transmises à l'unité calculatrice horizontale HRW. Il est prévu une commande rythmée, dans laquelle il est produit différentes impulsions qui assurent le déroulement correct des opérations dans l'unité calculatrice verticale. Pour chaque rangée, il est prévu une unité 10 calculatrice horizontale HRW propre qui ajoute m fois l'incrément de phase horizontal H = lj1/Xin à V , la valeur de phase verticale dans le cas considéré, d'après l'équation suivante : H = V + mH - K" F • \ îème 15 = valeur de phase verticale de la n rangée H = 1, /A = Incrément de phase horizontal n m 1fa = trajet électrique entre deux éléments d'antennes voisins horizontalement m = 1, 2 ... M = nombre des additions = numéro de colonne 20 M = nombre des colonnes K" = 1, 2, 3 •.. = facteur F = X/X = longueur d'onde normalisée m . v 161116 = valeur de phase après la m addition Le calcul des valeurs de phase à l'intérieur 25 d'une rangée se déroule pratiquement de la même manière que dans le cas de l'unité calculatrice verticale VRW. L'incrément de phase horizontal H est ajouté m fois à la valeur de phase verticale V , qui varie de V = 1 A r n v'"m d'une rangée à l'autre, comme on l'a indiqué. En outre, K" .F est 30 soustrait lorsque Hm> F. Les grandeurs V , H et, le cas échéant, H - F sont fournies par l'unité calculatrice verticale VRW„ Les mémoires d'entrée de toutes les unités calculatrices horizontales HRW forment, à elle toutes, un registre à décalage. Après la n impulsion de décalage, les grandeurs d'entrée correctes se 35 trouvent dans chaque mémoire à décalage des unités calculatrices horizontales. En cas d'utilisation d'un déphaseur à longueur élec trique indépendante de la fréquence, l'opération de calcul propre ment dite est effectuée avec deux additionneurs. La somme H , = H , + H ml ra-1 ko est calculée dans un -additionneur et l'expression 71 45392 6 2118929 H 0 = H - 1 + (H - P) m2 m v est calculée dans l'autre additionneur. Si H ^ F, l'expression H , est inscrite dans m v ml des mémoires de sortie par l'intermédiaire d'une porte de sélec-5 tion. Si par contre ^ F, c'est Hm2 qui est mémorisée. Cette opération est commandée par un dépassement dans le second addtionneur, dépassement qui déclenche, dans la commande d'horloge, des impulsions de commande correspondantes pour la porte de sélection. 10 En cas d'utilisation de déphaseurs à phase indépendante de la fréquence, il suffit d'une seule unité calculatrice. Dès que Hm ^ + H est supérieure à 1, il se produit, dans l'unité calculatrice, un dépassement qui correspond à une diminution de 1 du résultat Hm. Ce résultat est cotrect, puisque 15 F est toujours égal à 1 dans le cas du régulateur de phase considéré. A partir des valeurs de phase calculées dans l'unité calculatrice horizontale HRW, les bits les plus significatifs sont transmis aux mémoires de sortie ESP. Là, ils sont 20 disponibles pour le réglage des régulateurs de phase P. Les é tages d'entrée des mémoires élémentaires ESP d'une rangée d'antennes forment ensemble un registre à décalage. Après • \ xerne la m impulsion de décalage, la valeur de phase correcte se trouve dans la mémoire d'entrée de chaque mémoire élémentaire ESP. 25 Elle est chargée dans les mémoires de sortie sous la commande d'une impulsion d'écriture. Le réglage de phase est réalisé par un déphaseur P à réglage digital, lequel est subdivisé en sections qui sont en soi commutables entre deux longueurs électriques ou pha— 30 ses différentes. Les différences de phase et de longueur des sections dont dans le rapport 1 :2:4:8:16... Pour 16 valeurs de phase, le déphaseur P comprend par exemple quatre sections (déphaseur à k bits). Le réglage du déphaseur P peut être décrit 35 par un nombre binaire à quatre positions dans cet exemple. La combinaison 0LL0 signifie par exemple : 0 Bit 180° en position 0° L Bit 90° en position 90° L Bit 45° en position ^5° 0 Bit 22,5° Bn position 0° ko phase réglée 135° 71 45392 2118929 REVENDICATIONS 1. Montage pour le calcul de la phase pour une antenne à orientation électronique du faisceau et composée d'éléments rayonnants disposés en rangées et en colonnes, dont la phase de courant est réglée chaque fois par un déphaseur digital qui est commandé par une mémoire élémentaire associée, caractérisé par le fait qu'il est prévu une unité calculatrice verticale (VRW) pour le calcul des valeurs de phase verticales des régulateurs de phase (P) associés aux éléments rayonnants (s) à l'intérieur des différentes rangées, par le fait qu'il* est prévu une unité calculatrice horizontale (HRV) propre pour chaque rangée, par le fait que, pour chaque rangée, les valeurs de phase horizontales sont additionnées aux valeurs de phase verticales et les résultats sont mémorisés dans les mémoires élémentaires (ESP) et par le fait que le calcul du détour électrique /\L pour le déphaseur (p) d'un élément rayonnant (s), qui diffère d'une valeur déterminée (H) de celui de ses voisins de gauche et de droite et d'une autre valeur déterminée (v) de ses voisins d'en, haut et d'en bas, se ramène à une addition répétitive dans des additionneurs de l'unité calculatrice verticale (VRW) et les unités calculatrices horizontales (HRW). 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'unité calculatrice verticale (VRW) et les unités calculatrices horizontales (HRW) sont en service pendant que l'antenne émet ou reçoit, et par le fait que les unités calculatrices (HRW), montées à la manière d'un règistre à décalage, travaillent simultanément. 3. Montage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les valeurs de phase emmagasinées dans les mémoires élémentaires (ESP) n'agissent sur les déphaseurs (P) qu'à la suite d'une commande de commutation. k. Montage selon l'une quelconque des revendications 1, 2, ou 3, caractérisé par le fait que les déphaseurs digitaux (P) sont agencés pour une réponse en fréquence quelconque . 5. Montage selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 » caractérisé par le fait que le réglage de phase des déphaseurs est indépendant de la fréquence et, de ce fait, le paramètre de fréquence F est toujours égal à 1, si bien que la moitié des additionneurs est superflue»