Brevet FR2705169A1 — publié le 19941118

ANTENNE RESEAU BIDIMENSIONNEL, A MODULES EMETTEURS-RECEPTEURS REPARTIS SUR LA SURFACE DE L'ANTENNE, ET A BALAYAGE ELECTRONIQUE La présente invention concerne une antenne réseau bidimensionnel, à modules émetteurs-récepteurs répartis sur la surface de l'antenne, et à balayage électronique. I1 est connu qu'une antenne à émetteurs-récepteurs répartis sur sa surface, dite encore antenne active, présente de nombreux avantages, tels que: utilisation de composants semi-conducteurs compatibles avec un haut niveau d'intégration, fiabilité, souplesse d'emploi due en particulier à la possibilité de réaliser de manière simple une antenne à balayage électronique ou une antenne multifaisceaux. La réalisation de ce type d'antenne peut se faire sous la forme de réseau bidimensionnel d'éléments rayonnants, associés chacun à un module émetteur-récepteur comportant des amplificateurs d'émission et de réception, et des organes de contrôle d'amplitude et de phase. Ce principe se heurte toutefois en pratique à des limitations qui sont d'une part la non disponibilité actuelle des composants, faute d'avoir atteint un degré de miniaturisation suffisant et d'autre part le coût élevé d'une telle réalisation. En effet, pour une antenne de dimension moyenne, par exemple 20 X (S étant la longueur d'onde utilisée), il faudrait environ un millier de modules émetteursrécepteurs répartis sur la surface de l'antenne. Une telle antenne n'est donc pas réalisable actuellement. Pour certaines applications, il est connu que l'on peut trouver un compromis en associant un module émetteur-récepteur non plus à chaque élément rayonnant mais à un groupe d'éléments rayonnants disposés suivant une dimension donnée et rayonnant par l'intermédiaire d'un guide d'onde commun. En reprenant l'exemple précédent d'une antenne de dimension 20 X, le nombre de modules émetteurs-récepteurs est alors ramené à moins de 80. La construction de l'antenne s'en trouve considérablement simplifiée tout en conservant l'essentiel des avantages de l'antenne active cités plus haut. En ce qui concerne la possibilité de faire du balayage électronique, il convient alors de remarquer qu'un tel réseau ne permet d'effectuer un balayage électronique que dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal des guides d'onde qui en pratique est généralement le plan du champ électrique E en sortie de ce réseau. I1 est par ailleurs connu, notamment par le brevet français N" 79 03272 d'associer à un tel réseau un dispositif permettant de réaliser un balayage électronique suivant le plan du champ magnétique H en sortie de ce réseau, afin d'obtenir une antenne active à balayage électronique suivant deux plans. Ce dispositif, qui réalise les fonctions d'une lentille active, consiste essentiellement en un système de réseaux de fils conducteurs placés parallèlement au champ électrique E reçu par la lentille, et pouvant être rendus à volonté soit continus, soit coupés, par des interrupteurs tels que des diodes alimentées par les fils sur lesquels elles sont montées. Cette lentille active permet ainsi de réaliser un balayage électronique suivant un plan perpendiculaire aux réseaux de fils, c'est-à-dire, lesdits fils étant disposés parallèlement au champ électrique E reçu par la lentille, suivant le plan H du champ magnétique reçu par la lentille. I1 se trouve donc que cette lentille active plan H a par nature un rôle complémentaire de l'antenne active plan E et que l'on est ainsi naturellement conduit à les associer. La présente invention a au contraire pour objet l'utilisation d'une lentille active procurant un balayage suivant le plan E, en association avec une antenne active à balayage électronique suivant un plan, afin d'obtenir une antenne active à balayage électronique suivant deux plans orthogonaux. Suivant l'invention, une antenne réseau bidimensionnel, à modules émetteurs-récepteurs répartis sur la surface de l'antenne, et à balayage électronique, du type à éléments rayonnants regroupés suivant des moyens de guidage associés chacun à un module émetteur-récepteur, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, disposée devant ce réseau, une lentille active apte à créer un balayage électronique dans le plan E du champ électrique qu'elle reçoit, précédée ou non d'une grille de rotation de polarisation suivant que ce réseau balaye suivant le plan E du champ électrique, ou suivant le plan H du champ magnétique. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ciannexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'une antenne active à balayage électronique suivant l'invention; - la figure 2 est un schéma montrant l'association d'un module émetteur-récepteur et d'un groupe d'éléments rayonnants, suivant une autre caractéristique de l'invention; - les figures 3 et 4 sont des schémas relatifs à la formation de plusieurs faisceaux simultanés en réception, au moyen d'une antenne suivant l'invention. Sur la figure 1 on a représenté, vue de côté, une antenne active dont les éléments rayonnants sont, à titre d'exemple, disposés suivant des guides d'onde tels que li, horizontaux, c'est-à-dire perpendiculaires au plan de figure, et juxtaposés verticalement de manière à couvrir toute la surface de l'antenne. Cette antenne réseau permet de réaliser un balayage électronique dans un plan orthogonal à l'axe longitudinal des guides, c'est dire dans l'exemple considéré dans le plan vertical, ce plan pouvant être le plan E du champ électrique ou le plan H du champ magnétique. Cette antenne réseau est suivie d'une lentille active 2 apte à réaliser un balayage électronique suivant le plan E de l'onde électromagnétique qu'elle reçoit. Dans le cas où l'antenne réseau balaye également suivant le plan E, cette lentille active 2 est ellemême précédée d'une grille 3 de rotation de polarisation. Dans l'exemple considéré, le champ électrique E en sortie de la grille de rotation de polarisation est alors perpendiculaire au plan de figure. Dans le cas où l'antenne réseau balaye suivant le plan H, la grille 3 de rotation de polarisation n'est pas prévue; c'est pourquoi cette grille a été représentée en pointillés. L'ensemble formé par les éléments 1 et 2, ou 1, 2 et 3 suivant le cas considéré, procure donc un balayage électronique suivant deux plans orthogonaux. On trouvera une description d'une lentille active à balayage électronique suivant le plan E notamment dans le brevet français N" 79 27873. Cette lentille active fonctionne suivant un principe analogue à celle décrite dans le brevet français n" 79 03272, mais permet, grâce à une découpe des fils d'un même réseau en plusieurs tronçons alimentés de façon distincte, de retrouver en quelque sorte les propriétés de déphasage d'un système de réseaux de fils disposés perpendiculairement à celui-ci, et d'effectuer ainsi, tout en ayant toujours des fils disposés parallèlement au champ électrique, un balayage électronique non plus suivant le plan H mais suivant le plan E du champ électrique reçu par la lentille. La grille de rotation de polarisation est par ailleurs un dispositif classique en antenne; elle ne sera pas décrite ici. La lentille active à balayage suivant le plan H utilisée dans le brevet français NO 79 03272 en association avec une antenne active permet par ailleurs de compenser la dispersion en fréquence due à la localisation des différents modules émetteurs-récepteurs à l'extré- mité des guides associés à chacun de ces modules. Suivant une autre caractéristique de l'invention, cette dispersion en fréquence est évitée grâce à un réseau de distribution parallèle 4i entre chacun des modules émetteurs-récepteurs 5i et les différents éléments rayonnants 6. qui lui sont associés (j étant un indice qui varie horizontalement et i un indice qui varie verticalement). Ceci apparaît sur la figure 2 qui est une vue dans un plan orthogonal au plan de la figure 1. Ces réseaux de distribution parallèle 4i remplacent en fait les guides d'onde li précédents. L'égalité des différents chemins possibles à l'intérieur de ces réseaux de distribution parallèle évite ainsi le phénomène de dispersion en fréquence rencontré précédemment avec des guides alimentés à une de leurs extrémités. Ces réseaux de distribution parallèle peuvent être réalisés notamment au moyen de lignes du type "microstrip" ou "triplaque". Le nombre de divisions successives réalisées à l'intérieur de ces réseaux dépend de la largeur de l'intervalle entre deux éléments rayonnants adjacents. Sur la figure 2 apparaît également la constitution des modules émetteurs-récepteurs 5 Chacun de ces modules comporte une chaîne émission et une chaîne réception, chacune d'elle comportant à son tour des amplificateurs (respectivement 7 8. et 9., 10.) des I I I organes de réglage d'amplitude (respectivement 11. et 12.) et des I I organes de réglage de phase (respectivement 13. et 14.). i i La voie émission- est munie d'une entrée C. et une sortie Ei, la I I voie réception est munie d'une entrée Di et d'une sortie B.. i i Les points D. et E. sont alternativement reliés au point d'accès I i F. au réseau de distribution parallèle 4i par l'intermédiaire d'un i i organe de commutation 15i. Les points B. et Ci sont alternativement reliés, par l'inter i i médiaire d'un organe de commutation 16i, au point d'accès A. à un réseau de distribution hyperfréquence comportant éventuellement une formation de voies monopulse ou de faisceaux simultanés préformés. I1 est également possible de former en réception des faisceaux indépendants contrôlés dynamiquement au moyen d'atténuateurs et de déphaseurs. La figure 3 donne un exemple de cette possibilité. Le signal reçu en D est amplifié, puis divisé, éventuellement après changement de fréquence au moyen d'un oscillateur local OL, en un certain nombre de composantes (quatre dans l'exemple considéré) dont chacune est contrôlée indépendamment en amplitude (respectivement au moyen d'organes de contrôle d'amplitude 12il, 12i2, 12i3' 12i4) et en phase (respectivement au moyen d'organes de contrôle de phase 14il, 14i2, 14i3 > 14i4) avant d'alimenter différents réseaux (non représentés sur ces figures) de formation de faisceaux à partir des différentes voies ainsi obtenues dans les différents modules. Plus souple encore est la formation des faisceaux par calculateur, représentée sur la figure 4. Pour cela chaque module comporte une chaîne de réception complète, c'est-à-dire comportant un détecteur amplitude-phase 17i commandé par un signal de référence en fréquence intermédiaire REF.FI et fournissant l'amplitude A et la phase ç des signaux reçus. L'amplitude A et la phase Un calculateur (non représenté sur cette figure) peut alors traiter tous les signaux ainsi obtenus dans les différents modules pour former à volonté des faisceaux dont le nombre, la forme et l'orientation peuvent évoluer dynamiquement. Evidemment, ces faisceaux simultanés ne peuvent être formés que dans le plan du balayage de l'antenne active à balayage selon un plan. Dans l'autre plan de balayage, celui de la lentille active, tous les faisceaux subissent la même déviation (exprimée en sinus de l'angle). REVENDICATIONS 1. Antenne réseau bidimensionnel, à modules émetteursrécepteurs (5i) répartis sur la surface de l'antenne, et à balayage électronique, du type à éléments rayonnants (6.) regroupés suivant des moyens de guidage (li) associés chacun à un module émetteurrécepteur, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, disposée devant ce réseau, une lentille active (2) apte à créer un balayage électronique dans le plan E du champ électrique qu'elle reçoit, précédée ou non d'une grille de rotation de polarisation (3) suivant que ce réseau balaye dans le plan E du champ électrique ou dans le plan H du champ magnétique. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lentille active (2) apte à créer un balayage électronique dans le plan E du champ électrique qu'elle reçoit comporte des ensembles juxtaposés de réseaux de fils conducteurs disposés parallèlement au champ électrique E reçu, et pouvant être rendus continus ou discontinus par des interrupteurs tels que des diodes alimentées par les fils sur lesquels elles sont montées. 3. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de guidage consistent en des réseaux (4i) à distribution parallèle reliant par des chemins identiques chaque module émetteur-récepteur aux différents éléments rayonnants qui lui sont assocIes. 4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque module émetteur-récepteur comporte plusieurs voies de réception comportant chacune des organes de contrôle d'amplitude et de phase, de façon à former plusieurs faisceaux indépendants à partir des différentes voies ainsi obtenues dans les différents modules.