Brevet FR2687014A1 — publié le 19930806

L'invention a pour objet une antenne de télécommunication protégée contre le brouillage, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre d'une telle antenne. Dans le cadre de la guerre électronique moderne, il est essentiel de savoir protéger le réseau de télécommunications contre les tentatives ennemies de brouillage. Les antennes micro-ondes de radio-transmission constituent un maillon particulièrement vulnérable puisque le trajet emprunté par la communication est situé en grande partie dans l'espace libre. L'ennemi est susceptible de pouvoir y installer des dispositifs de brouillage en divers endroits. I1 en résulte que le signal de brouillage peut entrer dans le circuit par l'intermédiaire du faisceau principal de l'antenne ou par les lobes latéraux. Les systèmes actuels utilisés contre ce type de brouillage fonctionnent de la manière suivante - Une antenne auxiliaire, de préférence à balayage électronique, recherche la direction du, ou des brouilleur(s). Les signaux brouilleurs sont analysés et renvoyés en opposition de phase dans la voie principale par l'intermédiaire d'un corrélateur. - Un autre système, au lieu d'une seule antenne à faisceau mobile, utilise plusieurs antennes fixes à diagramme large, situées à plusieurs longueurs d'onde l'une de l'autre. Un calculateur permet d'extraire le signal utile. Ces systèmes connus ont en commun les défauts suivants 1) Le temps d'exploitation et de calcul est relativement long (de l'ordre de plusieurs centaines de millisecondes). 2) Le calcul devient vite inextricable lorsque le nombre de brouilleurs augmente. Le calculateur devient alors encombrant et coûteux. 3) Ces systèmes ne fonctionnent plus lorsque le ou les brouilleurs sont dans une direction voisine de celle du signal utile, et qu'ils sont donc reçus dans le faisceau principal de l'antenne. Une autre solution préconisée pour limiter l'effet du brouillage consiste à faire appel à une antenne à faisceau à lobes latéraux très bas. De cette façon, les brouilleurs situés en dehors du faisceau principal n'induisent dans l'antenne qu'un signal parasite de très faible niveau. Le gain obtenu sur le rapport signal utile/signal brouillage est indépendant du nombre de brouilleurs et ne nécessite pas un temps d'adaptation de la chaîne de réception. Cependant, les antennes à lobes latéraux très bas utilisent des lois d'illumination très dégressives sur les bords du miroir réflecteur, ce qui diminue le gain de l'antenne. I1 en résulte que l'intensité du signal utile transmis vers l'antenne réceptrice est notablement diminuée. En outre et de toute façon, l'utilisation d'une antenne à lobes latéraux très bas ne résoud pas le problème posé lorsque les brouilleurs sont situés dans une direction voisine de celle du signal utile ; dans ces conditions en effet, le signal brouilleur pénètre directement dans le faisceau principal de l'antenne pouvant rendre inaudible le signal utile. L'invention a pour objet de résoudre les difficultés ci-dessus indiquées, en permettant de constituer une antenne à niveau d'émission satisfaisant et qui permette d'éliminer les signaux brouilleurs, que ceux-ci soient situés dans la direction du signal utile ou dans toute autre direction. L'antenne de télécommunication protégée contre le brouillage, conforme à l'invention, se caractérise en ce qu'elle utilise pour son fonctionnement - un faisceau pour le signal à émettre, à diagramme classique, à rendement élevé et à lobes latéraux corrélativement importants, ledit faisceau pouvant être engendré notamment à partir d'un diagramme primaire sectoriel, - un faisceau symétrique pour le signal à recevoir, engendré par un diagramme primaire symétrique dégressif permettant de former une voie somme à lobes latéraux très bas, - un faisceau antisymétrique pour le signal à recevoir, engendré par un diagramme primaire antisymétrique dégressif permettant de former une voie différence à lobes latéraux très bas, la voie somme et la voie différence étant utilisées pour la réception du signal utile et l'élimination du brouillage selon l'une ou l'autre de deux procédures adaptées, selon que le brouilleur est localisé dans la direction du signal utile, ou selon que le brouilleur est localisé dans une autre direction. De façon pratique et selon un mode de réalisation, la source primaire de l'antenne comporte une matrice de lignes et rangées de sources élémentaires, lesdites sources étant couplées à - des séries de duplexeurs situés derrière ces sources permettant d'extraire dans un sens le signal émission et dans l'autre le signal réception, - un circuit formateur de faisceaux alimentant les différentes rangées de sources élémentaires, - un recombineur regroupant deux à deux les entrées du circuit formateur de faisceaux au moyen de tés hybrides, - un répartiteur somme relié aux différentes voies somme des tés hybrides, - un répartiteur différence relié aux différentes voies différence des tés hybrides, et - un répartiteur émission relié aux différentes sorties émission des duplexeurs. L'invention couvre également un procédé de mise en oeuvre d'une antenne antibrouillage du type précité, caractérisé en ce que lorsque le brouilleur est localisé dans une direction proche de celle du signal utile, on oriente la crevasse formée au centre du faisceau antisymétrique de réception dans la direction du brouilleur et l'on recueille le signal utile sur la voie différence (en éliminant parallèlement automatiquement le signal du brouilleur) tandis que lorsque le brouilleur est localisé dans une autre direction quelconque située dans le faisceau principal de l'antenne, la crevasse étant calée dans la direction du signal utile, on recueille le seul signal du brouillage sur la voie différence et par un traitement classique, on le soustrait du signal reçu dans la voie somme qui recueille ainsi le signal utile débarrassé du signal de brouillage. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux schémas annexés dans lesquels La figure 1 montre de façon schématique l'émission et la réception d'une onde de télécommunication utilisant des sources élémentaires émission/réception proches du foyer d'un miroir réflecteur. La figure 2 montre en 2a la forme théorique d'un diagramme primaire sectoriel pour la formation d'un faisceau d'éclairement d'émission à bon rendement dont le diagramme est illustré en 2b. La figure 3 montre l'utilisation en 3a d'un diagramme primaire dégressif pour la formation d'un faisceau d'éclairement tel qu'illustré en 3b à lobes latéraux très bas. La figure 4 montre comme les figures 2 et 3 en 4a un diagramme primaire antisymétrique dégressif pour la formation d'un double faisceau antisymétrique à lobes latéraux bas tel qu'illustré en 4b. La figure 5 montre de façon pratique et schématique comment pourrait être disposée une source à trois voies proches du foyer du miroir de l'antenne pour constituer une antenne de télécommunication conforme à l'invention. La figure 6 montre une matrice de huit rangées verticales et huit lignes horizontales de sources élémentaires pour constituer une antenne. La figure 7 montre schématiquement un groupement par rangée des sources élémentaires de la matrice de la figure 6. La figure 8 montre comment peuvent être créés, à partir de la matrice de la figure 6 de l'antenne les faisceaux multiples (huit dans le cas de figure envisagé). La figure 9 montre le groupement deux à deux du circuit formateur des faisceaux et leur recombinaison au moyen de tés hybrides pour la formation des voies somme et différence. La figure 10 montre la formation de la voie somme optimisée par regroupement des diverses voies somme élémentaires. La figure 11 montre la formation d'une voie différence optimisée par regroupement des voies différence élémentaires. La figure 12 montre l'optimisation des voies somme et différence par regroupement judicieux des faisceaux élémentaires. En se reportant à la figure 1, on a illustré de façon schématique une source d'émission/réception 1 proche du foyer d'un réflecteur 2 ; les ondes émises par la source 1 et réfléchies sur 2 peuvent donc être dirigées selon l'axe directionnel de l'antenne et de la même façon des ondes provenant de la même direction sont réfléchies par le réflecteur 2 et reçues en 1. Comme on le décrira brièvement plus loin en relation avec la figure 7, un duplexeur permet d'aiguiller correctement les ondes d'émission et celles de réception vers leurs voies de traitement. En se référant à la figure 2, on a montré en 2a un diagramme primaire sectoriel théorique permettant d'obtenir un éclairement uniforme du réfecteur depuis son centre jusqu'à ses bords pour une puissance d'émission maximale. En 2b, on a figuré le faisceau émis par une telle antenne avec un lobe principal 3 important et des lobes latéraux 4 relativement importants. Un tel faisceau de rendement élevé présente l'inconvénient qu'il est sensible au brouillage à la réception, dans la mesure où tout signal parasite reçu sur un lobe latéral, pertubera notablement le signal reçu. A la figure 3, on a illustré l'utilisation en 3a d'un diagramme primaire dégressif, permettant d'obtenir comme indiqué en 3b un faisceau d'éclairement à lobe principal 5 très important par rapport aux lobes latéraux 6 très diminués. Le rendement d'un tel faisceau (voie somme) est inférieur à celui de la figure 2 ; par contre un tel faisceau est peu sensible en réception aux actions d'un brouilleur si le brouilleur se trouve décalé par rapport à la direction du lobe principal (autrement dit en dehors du faisceau principal), et ce, dans la mesure où les lobes latéraux sont très bas. A la figure 4, on montré en 4a un diagramme primaire antisymétrique dégressif permettant d'engendrer comme schématisé en 4b deux lobes principaux 7 séparés par une crevasse 8, le faisceau comportant des lobes latéraux 9 de niveau très bas. L'application de tels faisceaux va être faite selon l'invention pour engendrer une différence qui va être mise en oeuvre dans le cadre de l'invention. L'antenne de l'invention, comme schématisé à la figure 5 va utiliser une source à trois voies, à savoir respectivement voie d'émission, voie de réception différence et voie de réception somme, cette source 10 étant placée un peu en avant du foyer 11 du réflecteur 12. Dans le schéma de réalisation de la figure 6, la source est constituée de huit rangées de huit lignes horizontales de sources ponctuelles 13 qui peuvent être de tout type approprié, par exemple dipoles, cornets, hélices, etc... Cette source 14 constituée de soixante quatre sources élémentaires est organisée pour fonctionner commme il va être décrit maintenant. En se référant tout d'abord à la figure 7, on aperçoit une rangée de sources élémentaires verticales, telle par exemple que la rangée référencée i à la figure 6, et qui sont toutes connectées à un duplexeur référencé 15 qui permet de séparer le signal émission Ei du signal réception Ri. Un déphaseur 16 est monté derrière le duplexeur 15 ; le déphaseur permettra de modifier l'orientation du faisceau correspondant pour le traitement du signal comme il sera indiqué plus loin. Bien que dans l'exemple illustré, on ait groupé par rangée verticale de sources élémentaires les diverses sources élémentaires entrant dans la constitution de l'antenne, on pourrait procéder autrement, et par exemple associer à chaque source élémentaire un duplexeur et un déphaseur. En prenant l'exemple d'un "circuit formateur de faisceaux" constitué par une matrice de Butler, à chaque entrée est associé un faisceau élémentaire dont le diagramme de rayonnement peut être choisi indépendamment de celui de chacun des autres faisceaux élémentaires. Et ces faisceaux indépendants peuvent être combinés avec des amplitudes et des phases telles que le faisceau résultant ait une forme optimisée suivant un critère donné à l'avance. A ce sujet, on pourrait faire référence à la publication AN RF MULTIPLE BEAM-FORMING TECHNIQUE par William P.DELANEY (IRE TRANSACTIONS ON MILITARY ELECTRONICS - APRIL 1962). A la figure 8, on a schématisé la formation de huit faisceaux élémentaires, quatre gauches repérés 1G, 2G, 3G, 4G et quatre droites repérés 1D, 2D, 3D, 4D. Plus le nombre d'éléments du réseau est grand, plus l'optimisation peut être fine. Suivant une des particularités de l'invention, on n'observe pas de baisse de rendement du système même en utilisant plusieurs fois le même faisceau élémentaire pour optimiser plusieurs faisceaux résultants, ceci dans la mesure où les faisceaux optimisés sont symétriques ou antisymétriques par rapport à l'axe du réseau. On constate que dans ces conditions en effet, on peut optimiser un faisceau symétrique et un faisceau antisymétrique indépendamment l'un de l'autre. A la figure 9, on a illustré la recombinaison deux à deux des entrées du circuit formateur de faisceaux au moyen de tés hybrides, référencés 17 et qui permettent de sortir soit une voie différence d soit une voie somme S. Ainsi, à la figure 9, on a recombiné le faisceau 1 gauche et 1 droite en sortant le signal différence partielle Il et somme partielle Sl ; de même on a regroupé le faisceau 2 gauche et 2 droite pour sortir le signal différence partielle 2 et somme partielle 22, etc... A la figure 10, on a représenté schématiquement le répartiteur relié aux différentes voies somme des tés hybrides de la figure 9 pour fournir le signal somme optimisé E. A la figure 11, on a montré de la même façon le répartiteur relié aux différentes voies différence a des tés hybrides de la figure 9 pour former un signal différence A optimisé. De la même façon, un répartiteur émission relié aux différentes sorties émission des duplexeurs fournit le signal émission optimisé. La figure 12 montre dans l'exemple illustré de huit faisceaux élémentaires les regroupements des voies somme et différence optimisées. La recombinaison symétrique deux à deux des faisceaux élémentaires permet d'éviter une perte de rendement au niveau des faisceaux utilisés. Le fonctionnement de l'antenne est le suivant. L'antenne émet avec la puissance maximum au moyen du répartiteur émission relié aux différentes sorties émission des duplexeurs. Le diagramme du faisceau émis est du type illustré à la figure 2b. Si un brouilleur est localisé, deux cas peuvent se présenter. Dans le premier cas, le brouilleur est localisé dans une direction proche de celle du signal utile, dans le faisceau principal. On oriente alors la crevasse 8 formée entre les deux lobes latéraux principaux 7 du faisceau antisymétrique utilisé pour la réception (voir figure 4b) dans la direction du brouilleur. Cette orientation se fait par exemple électroniquement au moyen des déphaseurs 16. Dans ces conditions, sur la voie différence, on ne recueille que le signal utile, le signal du brouilleur se trouvant dans l'axe du faisceau s'annihilant lui-même sur cette voie. Dans le second cas, le brouilleur est localisé dans une direction plus éloignée de celle du signal utile, mais toujours dans le faisceau principal. On cale alors la crevasse du faisceau dans la direction du signal utile. Sur la voie différence, le signal utile n'apparaît pas ; on recueille donc sur cette voie le seul signal du brouilleur ; et par un traitement classique, on le soustrait du signal reçu dans la voie somme où l'on peut ainsi recueillir le signal utile débarrassé du signal de brouillage. Cette seconde façon de procéder peut être utilisée, même dans le cas où il n'y a pas de déphaseurs électroniques. En effet, dans ce cas, l'axe de la crevasse coïncide avec l'axe du diagramme somme. Dans le cas où le signal brouilleur est situé en dehors du faisceau principal, il sera très fortement atténué par le faible niveau des lobes latéraux. Lorsque l'antenne doit transmettre deux polarisations orthogonales, les sources élémentaires comportent deux sorties (une pour chaque polarisation); le dispositif décrit ci-dessus est alors doublé. REVENDICATIONS 1 - Antenne de télécommunication protégée contre le brouillage caractérisée en ce qu'elle utilise pour son fonctionnement - un faisceau (3) pour le signal à émettre, à diagramme classique, à rendement élevé et à lobes latéraux (4) corrélativement importants, ledit faisceau pouvant être engendré notamment à partir d'un diagramme primaire sectoriel, - deux faisceaux (5, 7) pour le signal à recevoir un faisceau différence A à lobes latéraux très bas, engendré par un diagramme primaire antisymétrique, un faisceau somme z à lobes latéraux très bas, généré par un diagramme primaire dégressif, la voie somme et la voie différence étant utilisées pour la réception du signal utile et l'élimination du brouillage selon l'une ou l'autre de deux procédures adaptées, selon que le brouilleur est localisé dans la direction du signal utile, ou selon que le brouilleur est localisé dans une autre direction située dans le faisceau principal. 2 - Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte une matrice de lignes et rangées de sources élémentaires (13), lesdites sources étant couplées à - des séries de duplexeurs (15) situés derrière ces sources permettant d'extraire dans un sens le signal émission (E) et dans l'autre sens le signal réception (R), - un circuit formateur de faisceaux alimentant les différentes rangées de sources élémentaires, - un recombineur regroupant deux à deux les entrées du circuit formateur de faisceaux au moyen de tés hybrides (17), - un répartiteur somme (z) relié aux différentes voies somme des tés hybrides, - un répartiteur différence (ss) relié aux différentes voies différence des tés hybrides, - un répartiteur émission relié aux différentes sorties émission des duplexeurs. 3 - Antenne selon la revendication 2 caractérisée en ce que des déphaseurs (16) à commande électronique sont prévus derrière les voies réception des duplexeurs pour l'orientation de l'axe de l'antenne. 4 - Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'on utilise des faisceaux optimisés symétriques et antisymétriques par rapport à l'axe du réseau. 5 - Procédé de mise en oeuvre d'une antenne de télécommunication protégée contre le brouillage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsque le brouilleur est localisé dans une direction proche de celle du signal utile, on oriente la crevasse formée au centre du faisceau antisymétrique de réception dans la direction du brouilleur et l'on recueille le signal utile sur la voie différence, tandis que lorsque le brouilleur est localisé à l'intérieur du faisceau principal dans une direction autre que celle du signal utile, la crevasse étant calée dans la direction du signal utile, on recueille le seul signal du brouilleur sur la voie différence, et par un traitement classique on le soustrait du signal reçu dans la voie somme qui recueille ainsi le signal utile débarassé du signal de brouillage. 6 - Procédé de mise en oeuvre d'une antenne de télécommunication protégée contre le brouillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lorsque le signal de brouillage est situé en dehors du faisceau principal, le signal utile est reçu sans perturbation notable sur la voie somme (à lobes latéraux très bas).