Brevet FR2506026A1 — publié le 19821119

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé et un dispositif permettant d'analyser point par point le faisceau de rayonnement d'ondes électromagnétiques hyperfré- quence reçues sur-une surface donnée L'invention s'applique no- tamment à l'analyse d'un faisceau de telle ondes émis par une antenne émettrice hyperfréquence. De tellesanalyses sont en particulier nécessaires pour la mise au point et l'utilisation des antennes émettrices. On fait habituellement appel pour une telle analyse à l'un ou l'autre des deux procédés suivants. 1 On établit des diagrammes de rayonnement de l'antenne émettrice en utilisant d'autres antennes réceptrices placées comme l'antenne émettrice sur une base d'essai extérieure Ce procédé ne peut être utilisé que dans la mesure o l'antenne émettrice et les antennes réceptrices qui permettront d'établir les diagrammes sont suffisamment éloignées (par exemple de 5 000 fois la longueur d'ondes pour une antenne d'envergure égale à longueurs d'ondes, c'est-à-dire 500 mètres pour des fréquen- ces de l'ordre de 3 000 MHZ) D'autre part, les analyses ne sont valables dans de telles conditions que si le profil du terrain s'y prête ainsi que l'environnement qui ne doit pas provoquer de phénomènes de réflexion parasites responsables d'interférences. Il est évident qu'un tel procédé d'analyse se heurte à de gros- ses difficultés d'infrastructure pour sa mise en oeuvre En outre, ce procédé est très long, nécessitant plusieurs centaines d'heures de mesures pour la mise au point du diagramme d'une antenne émettrice. 2 Compte tenu de la lourdeur du procédé ci-dessus men- tionné, on développe actuellement un procédé permettant de dé- duire le diagramme de rayonnement d'une antenne à partir des mesures du champ électromagnétique faites à proximité immédiate de l'antenne Il s'agit donc d'un procédé indirect, la mesure du champ proche se faisant par l'intermédiaire d'une sonde extrême- ment sensible que l'on déplace devant l'antenne à mesurer La -sonde elle-même peut être un guide ouvert ou un dipole. Les difficultés interviennent au niveau du système méca- nique de déplacement de la sonde et de ses liaisons électri- ques avec le récepteur de mesure, lesquels provoquent des réflexions parasites perturbatrices que l'on tente d'éliminer en les protégeant par des systèmes absorbants, ce qui compli- que le système et en augmente l'encombrement. En outre, les mesures doivent être faites en des points parfaitement repérés: le système mécanique de déplacement de la sonde doit être extrêmement précis, Cependant, la limitation principale de ce procédé réside dans la lenteur du système de déplacement mécanique de la sonde. Dans les systèmes actuels, cette vitesse ne dépasse pas centimètres/seconde Pour le contrôle d'une antenne hyper- fréquence carrée fonctionnant à 3 000 MHZ et ayant 50 lon- gueurs d'ondes de côté, le temps de mesure est ainsi de heures. L'invention a pour objet de permettre une mesure rapide précise et très économique permettant d'analyser le faisceau de rayonnement d'ondes électromagnétiques hyperfréquence reçu sur une surface donnée et s'appliquant notamment à l'analyse d'un faisceau de telles ondes émis par une antenne émettrice hyperfréquence, ne présentant aucun des inconvénients et des limitations des deux procédés connus susmentionnés. Le procédé d'analyse conforme à l'invention se caractérise en ce qu'on place sur le trajet dudit faisceau que l'on veut analyser un réseau de fils conducteurs interrompus de distan- ce en distance par des interrupteurs, tels en particulier que des diodes présentant au moins deux états logiques ( 1,O) tels que passants ou non passants, on organise ce réseau de façon à pouvoir commander simultanément le plus grand nombre des- dits éléments dans un premier état ( 1) et un nombre restreint et géographiquement groupé des autres éléments "minoritaires" dans l'autre état ( 0), on fait varier séquentiellement et électroniquement la position desdits éléments commandés dans l'état zéro pour balayer sensiblement toute la surface du réseau, et l'on reçoit et exploite le signal d'écho reçu sur un détecteur en repérant les caractéristiques significa- tives de cet écho en relation chaque fois avec la position 3. desdits éléments en nombre restreint Avantageusement, pour affiner la mesure et se dégager du "bruit" ambiant, on module le courant traversant lesdits éléments minoritaires pour obte- nir un signal d'écho modulé en correspondance plus aisément discernable. On comprend immédiatement que l'analyse du faisceau peut se faire en tous points de son parcours, et par exemple à proximité proche d'une antenne émettrice s'il s'agit d'ana- lyser le faisceau d'émission de cette antenne On comprend d'autre part que la "sonde" étant constituée suivant l'inven- tion par les éléments "minoritaires" mentionnés qui sont physiquement fixes, le déplacement de cette "sonde" peut se faire extrêmement rapidement puisque la commande du position- nement de ces éléments minoritaires est une commande électroni- que pouvant se faire par exemple par un balayage en ligne, en colonne ou autre On n'est plus donc limité que par la-vitesse de commande en blocage ou déblocage des diodes dans le cas o les interrupteurs contrôlables sont constitués par de telles diodes Ceci permet de multiplier par plus de cent la vitesse d'analyse d'un faisceau d'ondes électromagnétiques hyperfré- quence par rapport à la vitesse des procédés classiques les plus rapides. On comprend également que l'invention pourra trouver de nombreuses applications immédiates qui ne sera pas limitée à la seule analyse du faisceau d'émission d'une antenne. Par exemple, l'invention peut trouver application dans la "radiographie" en ondes hyperfréquence de tout corps soumis à un tel rayonnement, de telles "radiographies" trouvant leur application aussi bien dans l'industrie que dans le domaine médical et chirurgical par exemple. Les résultats de l'analyse peuvent être traduits sui- vant des méthodes électroniques classiques connues de l'Homme de l'Art en tableaux de chiffres éventuellement exploitables par ordinateur, en courbes ou même en surface à trois dimen- sions. En pratique, et de façon à permettre une mesure plus fine, le nombre des éléments "minoritaires" sera choisi égal à 1. L'invention vise en outre un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé susmentionné, ce dispositif se carac- térisant en ce qu'il comprend: deux réseaux de fils croisés, par exemple sensiblement orthogonaux, de fils conducteurs formant une trame quadrillée de mailles juxtaposées, un tronçon de fils connectés dans chaque maille à un couple de deux fils conducteurs croisés différents d'une maille à une autre, un interrupteur tel qu'une diode sur chacun desdits tronçons, placée sensiblement au milieu de la partie du tronçon contrôlable parallèle au vecteur champ électrique de l'onde hyperfréquence, un commutateur électronique permettant d'alimenter séquentiellement à partir desdits réseaux successivement chacun desdits éléments ou d'un petit nombre d'entre eux pour le com- mander dans l'état zéro et tous les autres éléments dans l'état 1. Selon une disposition préférée, les tronçons de fils forment un L dont la branche supportant l'interrupteur est pa- rallèle au vecteur champ électrique de l'onde hyperfréquence et dont les extrémités sont reliées à deux fils conducteurs formant deux côtés de chaque maille. Avantageusement, les fils conducteurs sont disposés se- lon deux réseaux de fils parallèles,, orthogonaux d'un réseau à l'autre, respectivement de chaque côté d'une plaque support, avantageusement en matériau diélectrique, lesdits tronçons étant situés de l'un des côtés de ladite plaque et des trous formés à travers ladite plaque assurant la liaison électrique maille par maille de chaque tronçon avec l'un des fils conduc- teurs du réseau de fils situés de l'autre côté de la plaque. L'invention et sa mise en oeuvre appara 1 tront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant uniquement à titre d'exemple un mode de réalisation. Dans ces dessins la figure 1 montre de façon schématique l'ensemble d'un dispositif permettant l'analyse d'un faisceau de rayonnement d'ondes électromagnétiques hyperfréquence, seul un fragment du panneau d'analyse ayant été représenté. la figure 2 montre en coupe faite sensiblement selon le plan II-II de la figure 3 un fragment du panneau d'analyse, la figure 3 montre dans la direction de la flèche III de la figure 2 un fragment du même panneau. Selon le mode de réalisation et d'utilisation illus- tré aux dessins, on désire analyser le faisceau de rayonne- ment d'ondes électromagnétiques hyperfréquence émis par une antenne T A cet effet, on dirige le faisceau émis par l'antenne T vers un panneau P conforme à l'invention per- mettant l'analyse point par point du faisceau comme il sera expliqué ciaprès Le panneau peut être placé à relativement faible distance devant l'antenne. Le panneau P comprend deux réseaux de fils croisés, disposés selon l'exemple de réalisation illustré sensiblement orthogonalement; ces fils conducteurs forment une trame quadrillée comme il apparaît à la figure 1 Un premier réseau de fils parallèles 01, 02, 03 est disposé d'un côté d'une plaque formant panneau diélectrique 1 (voir figure 2), tandis que le second réseau orthogonal au premier de fils parallèles 10, 20, 30 est disposé de l'autre côté de cette même plaque 1 Il n'y a donc pas de contact électrique direct entre ces fils qui peuvent être formés par exemple sur chaque face du panneau diélectrique 1 par la technique des circuits imprimés A la figure 1, les points de croisement entre les fils tels que 02 et 10 par exemple ne sont donc pas des points de contact électriques de ces fils. Les deux réseaux de fils orthogonaux divisent ainsi la surface du panneau P en mailles carrées que l'on peut repérer de proche en proche et de façon univoque par un nombre composé d'une première partie donnant le numéro de la ligne de rang supérieur formant une frontière de la maille et une deuxième partie donnant le numéro de la colonne de rang supérieur formant une frontière de la même maille Ainsi, sont repérées à la figure les mailles 11, 12, 13 21, 22 31, 32 Conformément à l'invention, dans chacune de ces mailles, on dispose un tronçon de fils tels que t 1, t 12 t 21 fils conducteurs qui relient une ligne d'un réseau à une co- lonne de l'autre réseau Dans la construction précise illus- trée à la figure 1, les liaisons électriques marquées par des points sont réalisées entre chaque tronçon portant la référence de la maille dans laquelle il est indu avec la ligne et la colonne dont les numéros de rangs constituent les deux parties du nombre de la numérotation des mailles. Ainsi par exemple, le tronçon t est compris dans la maille 23 et est relié à la ligne 02 et à la colonne 30, la maille 23 étant bordée par les lignes 01 et 02 (rang supérieur) et par les colonnes 20 et 30 (rang supérieur). Les différents tronçons de fils t, tels que le tronçon t 23 par exemple sont disposés sur une face du panneau, par exemple sur la face qui porte le réseau des lignes ol, 02 etc Ces tronçons peuvent être rapportés ou réalisés avanta- geusement comme les lignes par la technique des circuits imprimés Le contact électrique des tronçons avec les lignes telsque matérialisés par un point à la figure 1 se fait aisé- ment puisque ces fils sont dans le même plan sur la même face du panneau 1 Le contact électrique est matérialisé à la figu- re 3 par une croix repérée 2. Lescontactsélectriqqesdes tronçons avec les colonnes du réseau qui sontdisposées de l'autre côté du panneau sont for- més par des trous métallisés 3 (figures 2 et 3) qui traversent le panneau 1 permettant le contact électrique au point 4 comme repéré par la croix à la figure 3. Ainsi, chaque tronçon de fils tnp peut être connecté de façon univoque dans la maille np dans laquelle il est inclu à une ligne de fils de rang N et à une colonne de fils de rang p des deux réseaux orthogonaux. Avantageusement, et comme repéré sur les dessins, les tronçons forment un L dont les branches occupent sensiblement le milieu des mailles. Conformément à une caractéristique essentielle de l'in- vention, sur chaque tronçon tnp est monté, avantageusement sensiblement vers le milieu du segment de tronçon parallèle à t un interrupteur, tel en particulier qu'une diode d qui peut être repérée par le même nombre que celui qui repère la maille considérée. On comprend immédiatement que si l'on place sur chaque ligne du premier réseau un commutateur de ligne %, ú 2 ' Z 3 V etc et sur chaque colonne de l'autre réseau un commutateur de colon- ne c 1, c 2, c 3, etc et que l'on relie ces commutateurs à un dis- positif électronique de commande A, il est possible de faire passer dans chacun des tronçons un courant d'intensité voulue, et notamment de faire passer dans tous les tronçons des courants relativement forts de plusieurs milliampères correspondant sen- siblement au courant de saturation des diodes d, à l'exception d'un ou d'un tout petit nombre localisé de tronçons dans les- quels on ne fera passer aucun courant en bloquant les diodes. correspondantes par application d'une tension inverse, et in- versement, on pourra appliquer und tension inverse de blooagql des diodes de tous les tronçons, sauf à celle de l'un d'entre eux. On décrira ciaprès comment on peut utiliser le panneau de l'invention pour effectuer l'analyse du faisceau émis par l'antenne T, dont on a repéré en E le vecteur champ électrique. Tous d'abord, pour avoir une bonne finesse de la mesure, on choisit de préférence le pas des mailles Z inférieur à la longueur d'ondes du faisceau analysé, et de préférence inférieur au quart de cette longueur d'ondes Par exemple, dans le cas d'une analyse d'un faisceau émettant autour de 3 000 MHZ, on adoptera avantageusement un pas de maille de l'ordre de 2 centimètres. Dans un tel cas, on doit noter que tout tronçon de fil orienté parallèlement au vecteur champ électrique E et de lon- gueur inférieure ou égale à la longueur d'onde critique >/2 forme un dipole résonant qui interfère et réfléchit d'autant plus l'onde électromagnétique hyperfréquence incidente qu'il est grand Dans ces conditions les tronçons de fil sur lesquels les diodes sont passantes réfléchiront de façon plus importante le faisceau hyperfréquence incident que les tronçons de fil sur lesquels les diodes sont bloquées et qui électromagnétiquement équivalent à deux dipoles de longueur moitié, plus "transparents" au faisceau qu'un dipole de longueur double. Si la mesure est faite en réflexion, on appliquera une tension inverse de blocage des diodes de tous les-tronçons, sauf à celle du tronçon tnp de la maille np Dans cette maille pour laquelle la diode dnp est passante, le dipole formé par la partie parallèle au champ électrique E du tronçon tnp indui- ra un effet d'écho plus important sur le faisceau des ondes hyperfréquence émis que celui induit par les autres tronçons aux diodes bloquées qui apparaissent plus "transparents" pour le faisceau incident. On place un panneau tel que P devant une antenne émet- trice T L'antenne est reliée à un émetteur E, un récepteur qui reçoit le signal en retour R et un circulateur C permettant la réception du signal d'écho après chaque période d'émission. Le récepteur est relié à un appareil A comportant l'électronique de commande qui permet de faire varier succes- sivement les tensions appliquées aux lignes 01, 02, etc et aux colonnes 10, 20, 30, etc par l'intermédiaire des commutateurs de lignes 1, e 2, etc et de colonnes C 1, C 2, etc pour rendre continue successivement une seule diode dnp du réseau On peut utiliser un balayage en ligne et/ou en colonnes, par exemple analogue au balayage d'un écran de télévision. Par exemple, pour rendre continue la diode d 2 3 du fil 02 vers le fil 30 en rendant toutes les autres diodes bloquées, on peut appliquer les tensior suivantes aux lignes et aux colon- nes du réseau: tension sur la ligne 02: 50 volts, tension-sur la colonne 30: 25 volts, tension sur les autres lignes du réseau Z 1 ' Y 3 etc 0 volt, tension sur les autres colonnes du réseau c 1, c 2, c 4, etc: 75 volts. Il suffit alors d'enregistrer et mémoriser les signaux d'écho reçus par le récepteur en fonction de la position de chaque dipole résonant qui permet de localiser précisément le point du panneau sur lequel est reçu le faisceau analysé. Les résultats peuvent être obtenus sous forme de ta- bleaux de chiffres donnant notamment l'amplitude et la phase du signal reçu selon les coordonnées du point "réfléchissant" du panneau P On peut également obtenir une image directe de ces valeurs par l'utilisation d'un circuit de misen en forme F attaquant un écran de visualisation S tel notamment qu'un tube cathodique. De la description qui précède, il apparaît que la vitesse de balayage du panneau P n'est limitée que par le temps de réponse de blocage des diodes utilisées Ces temps étant très courts (de l'ordre de quelques nanosecondes), le balayage peut être effectué très rapidement, la mesure étant plus de 100 fois plus rapide que celle autorisée par les moyens mécaniques susmentionnés. L'écho ou champ rerayonné par le dipole étant faible, on module avantageusement selon l'invention, le signal en appli- quant à la diode du dipole concerné une tension modulée en cré- neaux directe inverse Ainsi, le champ rerayonné est également modulé de même que le signal à l'entrée du récepteur, ce qui permet, par une détection synchrone de distinguer nettement le signal d'écho du "bruit de fond" parasite. Pour effectuer une mesure rapide, on choisira une fré- quence de modulation de la diode par exemple de 100 KHZ, ce qui donne un temps suffisant de mesure de 1 milliseconde Le dépla- cement du dipole est effectué par commutation électronique, le nombre de mesures ponctuelles pouvant atteindre ainsi 1 000 par seconde. Les applications de l'invention sont nombreuses. L'invention permet tout d'abord de se substituer aux procédés connus susmentionnées d'analyse du faisceau d'émission d'une antenne. L'invention permet également d'effectuer des "radios ou photographies" de corps divers soumis à un faisceau d'ondes électromagnétiques hyperfréquence De telles radiographies peuvent notamîment trouver leur application dans le domaine de la médecine et de la biologie Le procédé extrêmement rapide de la mesure permet de faire des "instantanés" sans que le patient examiné soit soumis à une dose importante de rayonnements qui ne serait habituellement pas tolérable. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisa- tion illustré et décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant au contraire tous les équivalents tech- niques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de l'invention. Ainsi, en particulier, si l'on veut obtenir un signal d'écho plus important, on peut grouper les éléments 'minoritai- res" bloqués par petit nombre d'éléments géographiquement loca- lisés voisins donnant naissance à des signaux de mesure qui, dans certains cas, pourront être plus facilement exploitables en permettant de créer des images par taches plus étendues et plus fortes. Ainsi, en particulier, si l'on veut faire l'analyse par point du faisceau incident par une mesure du champ électromagnd- tique à la transmission et non plus du champ rerayonné, il suf- fit d'inverser toutes les commandes de tension aux bornes des lignes et colonnes du panneau et de rendre ainsi le nouvel élément minoritaire créé, seul transparent au faisceau incident sur le panneau. La mesure de ce champ transmis modulé et donc repéré comme précédemment est enregistrée par un récepteur supplémen- taire placé derrière le panneau et donc distinct cette fois de l'antenne émettrice. Ce dispositif utilisant le même réseau de fils que pré- cédemment mais un récepteur supplémentaire ou éventuellement autant de récepteurs supplémentaires qu'il y a de mailles np transparentes successivement dans le réseau, et placés en regard de celles-ci, peut être plus intéressant pour effectuer des radiographies médicales ou biologiques par la plus grande sensibilité de mesure qu'il procure. Egalement, on peut monter sur chaque tronçon tnp plu- sieurs diodes en série dnp de façon à avoir des dipoles encore plus petits donc transparents en régime de blocage des diodes. REVENDICATIONS 1 Procédé d'analyse d'un faisceau de rayonnement d'ondes électromagnétiques hyperfréquence polarisé linéairement reçu sur une surface donnée et s'appliquant notamment à l'ana- lyse d'un faisceau de telles ondes émis par une antenne, émet- trice hyperfréquence, caractérisé en ce qu'on place sur le trajet dddit faisceau un réseau de fils conducteurs t parallè- les au vecteur champ électrique de l'onde hyperfréquence émise et interrompu de distance en distance par des interrupteurs tels en particulier que des diodes d présentant au moins deux états logiques ( 1, 0) tels que passants ou non passants, on organise ce réseau de façon à pouvoir commander simultanément le plus grand nombre desdits éléments dans un premier état ( 1) et un nombre restreint et géographiquement groupé "minoritaires" des autres éléments dans l'autre état ( 0), on fait varier sé- quentiellement et électroniquemént la position desdits élements commandés dans l'état zéro pour balayer sensiblement toute la surface du réseau, et l'on reçoit et exploite le-signal d'écho reçu sur un détecteur en repérant les caractéristiques signifi- catives de cet écho en relation chaque fois avec la position desdits éléments en nombre restreint. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on module le courant traversant lesdits éléments minoritai- res pour obtenir un signal d'écho modulé en correspondance. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des éléments minoritaires précité est égal à 1. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on dispose lesdits éléments à l'intérieur d'un réseau de mailles croisées de pas inférieur à la longueur d'ondes du faisceau analysé et de préférence inférieur au quart de cette longueur d'ondes. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: deux réseaux de fils croisés 01, 02 10,20 par exemple sensiblement orthogonaux de fils conducteurs formant une trame quadrillée de mailles juxtaposées, un tronçon t de fils connectés dans chaque maille à un couple de deux fils conducteurs croisés différents d'une maille à une autre, un élément interrupteur tel qu'une diode d sur cha- cun desdits tronçons, des commutateurs électroniques Z 1 ' ú 2 *** 1 c 2, permettant d'alimenter séquentiellement à partir desdits réseaux successivement chacun desdits éléments d ou d'un petit nombre d'entre eux pour le commander dans l'état zéro et tous les autres éléments dans l'état 1. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits tronçons de fils t forment un L dont les extré- mités sont reliées à deux fils conducteurs formant deux côtés de chaque maille. 7 Dispositif selon la revendication 5 ou la revendica- tion 6, caractérisé en ce que ledit élément de résistance con- trôlable ou interrupteur tel en particulier qu'une diode d est placé sensiblement à mi-longueur de chaque segment du tronçon t qui est parallèle au vecteur champ électrique de l'onde hyper- fréquence incidente 8 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, ca- ractérisé en ce que lesdits fils conducteurs 01, 02, 10, , sont disposés selon deux réseaux de fils parallèles orthogonaux d'un réseau à l'autre respectivement de chaque côté d'une plaque support 1 avantageusement en matériau diélectrique, lesdits tronçons t étant situés de l'un des côtés de ladite plaque et des trous 3 formés à travers ladite plaque assurent la liaison électrique maille par maille de chaque tronçon avec l'un des fils conducteurs du réseau de fils situés de l'autre côté de la plaque. 9 A titre de produit industriel nouveau, un panneau d'analyse pouvant être utilisé dans la construction d'un dispo- sitif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il est constitué de: deux réseaux de fils croisés 01, 02, 10, 20, par exemple sensiblement orthogonaux de fils conducteurs for- mant une trame quadrillée de mailles juxtaposées, un tronçon t de fils connecté dans chaque maille à un couple de deux fils conducteurs croisés différents d'une maille à une autre, un élément interrupteur tel qu'une diode d sur chacun desdits tronçons. Panneau d'analyse selon la revendication 9, carac- térisé en ce que lesdits tronçons de fils et lesdits éléments de résistance contrôlables sont agencés comme indiqué dans l'une quelconque des revendications 6 à 8.