Brevet FR2734410A1 — publié le 19961122

ANTENNE HYPERFREQUENCE A SYNTHESE DE DIAGRAMME DE RAYONNEMENT La présente invention a pour objet une antenne pour l'émission ou la réception d'une énergie hyperfréquence, à synthèse de diagramme de rayonnement, notamment destinée à l'antibrouillage. Les avions modernes sont généralement pourvus de dispositifs de brouillage, qui émettent des ondes modulées dans le domaine de fréquence des radars suceptibles de détecter leur présence. Les radars recevant les ondes de forte puissance ainsi émisss par les brouilleurs sont saturés et rendus quasiment aveugles ; ceci reste vrai même si l'onde émise par le brouilleur n'arrive que dans la direction d'un lobe secondaire du diagramme de rayonnement de l'antenne radar, compte-tenu du haut niveau de la puissance émise par le brouilleur. De façon analogue, les télécommunications hyperfréquences peuvent être brouillées. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d'adjoindre à l'antenne radar un certain nombre d'antennes auxiliaires chargées de recevoir les signaux émis par les brouilleurs et localiser ces derniers ; le nombre de ces antennes auxiliaires doit être au moins égal à celui des sources de brouillage. Les signaux issus des antennes auxiliaires sont mélangés aux signaux fournis par l'antenne principale de telle sorte que le résultat présente une énergie de brouillage nulle, ou au moins fortement atténuée. Cette solution présente toutefois des inconvénients, notamment celui d'exiger autant d'antennes auxiliaires que de brouilleurs, qui font que la mise en oeuvre pratique d'un tel ensemble est peu aisée. La présente invention a pour objet d'éviter ces inconvénients par l'utilisation d'antenne auxiliaire unique dans laquelle le diagramme de rayonnement voulu peut-être synthétisé par commande électronique. Une telle antenne auxiliaire assure successivement la détection de chacun des brouilleurs et la génération, donc la direction du brouilleur, d'un lobe tel que, après mélange avec les signaux de l'antenne principale le résultat présente comme précédemment une énergie de brouillage nulle ou fortement atténuée. Plus précisément, l'antenne selon l'invention comporte un ensemble de canaux superposés, séparés par des plans conducteurs, chacun des canaux étant connecté à des moyens d'émission-réception et comportant à son tour - un élément rayonnant, par exemple du type ligne serpent, susceptible de rayonner (ou de recevoir) une énergie hyperfréquence - des moyens atténuateurs et déphaseurs, connectés entre l'élément rayonnant et les moyens d'émission-réception, commandables électroniquement, l'ensemble des commandes des atténuateurs-déphaseurs permettant de synthétiser le diagramme recherché. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés,qui qui représentent - la figure 1, une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'antenne selon l'invention - la figure 2, le schéma synoptique d'un mode de réalisation des moyens atténuateurs-déphaseurs situés dans chacun des canaux de l'antenne selon l'invention - la figure 3, le schéma d'un élément utilisé dans la figure précédente - la figure 4 > une courbe explicative relative à la figure précédente - la figure 5, un exemple de réalisation pratique d'un élément de la figure 2 - la figure 6, un autre mode de réalisation des moyens atténuateurs-déphaseurs situés dans chacun des canaux. Sur ces différentes figures, mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. En outre, l'antenne selon l'invention sera décrite à titre d'exemple en fonctionnement à l'émission, étant entendu qu'elle assure également la réception. La figure 1 représente donc, en perspective, un mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. Cette antenne comporte un ensemble de canaux C (C1, C2 > C3...) sensiblement coplanaires, séparés par des plaques conductrices P (PO, P1, P2. P2...) > par exemple sensiblement normale au plan des canaux. Les différents canaux sont reliés à des moyens d'émission-réception 11, représentés schématiquement par un bloc sur la figure, comportant notamment des moyens d'alimentation pour l'émission d'une énergie rayonnée; la liaison s'effectue par intermédiaire d'un répartiteur de puissance 10, ayant pour fonction de répartir la puissance entre les différents canaux C. Chacun des canaux C comporte un illuininateur S susceptible de rayonner une énergie hyperfréquence, qui lui est fournie par le répartiteur de puissance 10 par l'intermédiaire de moyens atténuateurs-déphaseurs AD (AD1, AD2, AD3...). A titre d'exemple, l'illumtnateur S est constitué par une ligne du type serpent, c'est-à-dire un circuit imprimé métallique de forme ondulée déposé sur une plaquette support D (D1, D2...) en matériau diélectrique, dont la largeur est sensiblement celle du canal dans lequel il s'insère. Cette largeur est voisine de la demi-longueur d'onde ( X) de l'énergie rayonnée.L'illuminateur serpent S est donc connecté à une de ses extrémités à l'atténuateur-déphaseur AD et à l'autre de ses extrémités à des moyens d'absorption AB (AB1, AB2,AB3...). L'atténuateurdéphaseur AD est par exemple réalisé également sur la même plaquette diélectrique D, comme décrit plus loin. La plaquette diélectrique D est par exemple un verre téflon habituellement utilisé pour la réalisation des circuits imprimés, dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,8 mm. La plaquette D est métallisée sur sa face arrière au droit de l'atténuateur- déphaseur AD (zone limitée par une ligne pointillée 10) afin de réaliser le plan de masse de ce dernier. L'antenne selon l'invention comporte encore, en face arrière, une plaque métallique Pcc > sensiblement parallèle au plan des canaux, formant court-circuit. En fonctionnement, chacun des illuminateurs S émet vers l'avant de l'antenne (l'arrière étant fermé par un court-circuit) une énergie rayonnée dont le champ électrique est, dans ce mode de réalisation, dirigé parallèlement au plan des illuminateurs, perpendiculairement aux plaques P séparant les canaux, comme illustré par une flèche E sur la figure. Cette énergie est, préalablement à son émission, atténuée et/ou déphasée par les atténuateurs - déphaseurs AD, commandables électroniquement et indépendamment les uns des autres (commande non représentée sur la figure 1) de façon à former le diagramme de rayonnement recherché. Plus précisément, le diagramme de rayonnement d'une telle antenne est fixé dans un plan par la longueur et la définition (qui détermine la loi d'amplitude de l'illumination) de la ligne serpent S.Dans l'autre plan (parallèle au champ E), il est entièrement contrôlable en amplitude et en phase, par action sur les atténuateurs-déphaseurs AD, dans toutes les directions comprises dans le secteur de couverture, ce dernier pouvant atteindre + 700 pour une antenne plate (il est de 3600 pour une antenne conformée cylindrique). La figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un atténuateur-déphaseur AD utilisé dans l'antenne selon l'inventlon, fonctionnant en transmission. Chaque atténuateur-déphaseur AD de la figure 1 comporte > dans ce mode de réalisatlon, un premier coupleur CP1, qui est un coupleur 3 dB du type diviseur de WILKINSON, admettant en entrée un signal e provenant du répartiteur 10 (figure 1) et fournissant deux signaux en sortie qui sont en phase et égaux à e/ V 2.Chacun de ces signaux de sortie du coupleur CP1 sont reçus par un atténuateur, respectivement A1et A2, commandés chacun par un courant (respectivement I1 et 12). Les atténuateurs ont pour effet d'affecter le signal qu'ils reçoivent d'un coefficient (inférieur à 1), respectivement a et d, fonction des courants de commande I1 et 12. Les sorties des atténuateurs A1 et A2 constituent les deux entrées d'un second coupleur, Cl2, du type coupleur 3 dB en anneau, à sorties en quadrature ; il délivre en sortie un signal s de la forme e s = e. (a - jb) z I1 est à noter que sur le schéma de la figure 2, on n'a représenté que la sortie utilisée du coupleur CP2 l'autre sortie étant fermée sur un absorbant. De la même manière, la deuxième entrée du coupleur CP1 est en pratique intégrée au coupleur et n'a pas été représentée. Le signal s est donc le signal qui est reçu par les illuminateurs serpent S ; il apparaît ainsi que la partie réelle et la partie imaginaire du signal reçu par les illuminateurs sont commandables électroniquement et indépendamment au niveau de chacun des atténuateurs-déphaseurs AD. De la sorte sont commandables l'amplitude et la phase de l'onde émise par chacun des canaux. La figure 3 représente le schéma d'un mode de réalisation des atténuateurs A1 ou A2, globalement repérés A, utilisés dans la figure précédente. L'atténuateur A comporte un coupleur 3 dB 21 à quatre voies, repérées 1, 2, 3 et 4 ; il reçoit sur sa voie 1 un signal en provenance du coupleur CP1 (figure 2) et fournit sur sa voie 2 un signal à destination du coupleur CI > 2. Les voies 3 et 4 sont chacunes connectées à la masse par l'intermédiaire d'un dispositif (respectivement 22 et 23) dont la fonction est de moduler un même coefficient de réflexion R sous commande d'un signal extérieur I. Si un signal égal à l'unité est alors appliqué à la seule voie 1, le calcul montre que ce signal, après un premier passage à travers le coupleur 21, réflexion avec un coefficient R pour chacune des voies 3 et 4 et deuxième passage à travers le coupleur 21, ressort sur la voie 2 affecté d'un coefficient égal à jR.En d'autres termes, ce dispositif transforme le coefficient de réflexion R en un coefficient de transmission T = jR. Les caractéristiques électriques des dispositifs 22 et 23 et de leur connexion au coupleur 21 (impédances, longueurs des lignes) sont telles que lton ait, avec a, nombre réel, variant entre -1 et +1 R = a . exp (jy), t étant une constante. Les dispositifs 22 et 23 sont par exemple réalisés à l'aide d'une diode PIN dont on fait varier le courant I de polarisation pour obtenir la variation de a et par suite, celle du coefficient de réflexion R. A titre d'exemple, on a illustré sur la figure 4 la variation obtenue pour a en fonction du courant I, dans le cas où les dispositifs sont réalisés à l'aide de diodes PIN de type HP 3379. Le coefficient a égal à +1 pour un courant I d'environ 20)rA, passe par zéro pour I - 0 5 mA et devient égal à -1 pour I 10 mA. La figure 5 représente un exemple de réalisation pratique de l'atténuateur représenté figure 3. Sur cette figure, on retrouve le coupleur 21, réalisé sous forme d'un coupleur en anneau selon la technologie microstrip. Les voies 3 et 4 de ce coupleur sont chacune reliées å un tronçon de lignes microstrip (respectivement 24 et 25) puis à une diode (respectivement d1 et d2) formant les dispositifs 22 et 23, respectivement. Les diodes d1 et d2 sont rellées à la masse (plan conducteur situé sur l'autre face de la plaquette diélectrique D, figure 1) par l'intermédiaire d'un trou métallisé (31 et 32). Les voies 1 et 2 du coupleur 21 sont reliées aux coupleurs CP1 et CP2 par l'intermédiaire de capacités de liaisons, repérées c1 et c2. La polarisation des diodes d1 et d2 est assurée selon une technique connue sous le nom de "piège microstrip". On a représenté une ligne microstrip 28, haute impédance , de longueur égale à /4 prolongeant une ligne microstrip 29, de même longueur mais basse impédance.La connexion filaire amenant le courant de polarisation I arrive au voisinage de la transition des deux lignes 28 et 29. L'autre extrémité de la ligne 28 est connectée en un point quelconque de l'atténuateur A, avant les capacités C1 et C2 ; pour des raisons de symétrie notamment, elle est connectée entre les voies 3 et 4 du coupleur 21, comme représenté sur la figure 5. La figure 6 représente le schéma d'un autre mode de réalisation des atténuateurs - déphaseurs utilisé s dans l'antenne selon l'invention. L'atténuateur-déphaseur AD représenté sur cette figure comporte trois coupleurs 3 dB dont les sorties sont en quadrature, repérés CP3, CP4, CP5. Chacun des coupleurs comporte quatre voies, repérées 1, 2, 3 et 4. Les voies 1 et 2 du coupleur CP3 sont reliées respectivement au répartiteur 10 et à l'illuminateur S (figure 1) et constituent l'entrée (e) et la sortie (s) de l'atténuateur-déphaseur AD. Les voies 3 et 4 du coupleur CP3 sont reliées respectivement aux voies 1 et 2 des coupleurs CI > 4 et CI > 5. Les voies 2 et 1 des coupleurs respectivement CP4 et CP5 sont reliées à un absorbant. Les voies 4 et 3 respectivement des coupleurs CI > 4 et CI > 5 sont reliées par l'intermédiaire de capacités de liaison (C7, c6) à deux diodes d5 et d6 > reliées par ailleurs à la masse. Les diodes d5 et d6 sont polarisées par un courant I3, par l'intermédiaire par exemple de pièges microstrip, non représentés. De façon analogue, les voies 3 et 4 des coupleurs CP4 et CP5 sont reliées à la masse par l'intermédiaire de diodes d3 et d4 polarisées par un courant 14. Les diodes sont par exemple des diodes PIN de type HP 3379. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Soit R1 le coefficient de réflexion en sortie des voies 4 et 3 des coupleurs CI > 4 et CI > 5 respectivement, et R2 le coefficient de réflexion pour les voies 3 et 4 de ces mêmes coupleurs. Les coefficients R1 et R2 sont, comme précédemment le coefficient R, fonction des courants I1 et I2. Les diodes d5 et d6 (et les tronçons de ligne qui les connectent) sont accordées de sorte que R1 soit réel.En outre, le tronçon de ligne qui connecte les diodes d3 et d4 est V8 plus long que celui qui connecte les diodes d5 et d6, de sorte à introduire un déphasage de wr/2 entre R1 et R2 Le calcul montre que les coefficients de réflexion sur les voies 3 et 4 du coupleur CP3 ont alors même valeur, égale à 1~ 2 2 Le coupleur CP3 transmet donc sur sa voie 2 le signal d'entrée e affecté d'un coefficient t R 1 2 t= 2 dont la partie réelle et la partie imaginaire sont commandables par les valeurs des courants de polarisation I1 et 12. L'invention décrite ci-dessus permet donc de réaliser une antenne dans laquelle la partie réelle et la partie imaginaire de l'énergie rayonnée sont commandables indépendamment pour chaque canal, permettant ainsi d'engendrer un seul lobe principal, dans la direction désirée. Plus généralement, le champ à la surface de l'antenne peut s'écrire sous la forme d'une somme de lois élémentaires, correspondant chacune à un lobe du diagramme de rayonnement, réglable en direction, amplitude et phase. Cette antenne permet donc de contrôler simultanément et indépendament le gain (en amplitude et en phase) dans un grand nombre de directions. L'invention est notamment utilisable en télécommunication et en radar, dans des applications d'antibrouillage, où elle forme une antenne auxilliaire unique traitant successivement chaque brouilleur de la façon suivante. Il est synthétisé un lobe qui balaye (électroniquement) l'espace jusqu'à détecter un brouilleur ; il est alors synthétisé un lobe dont les caractéristiques sont telles que mélangées, aux signaux de l'antenne principale, ou obtienne un zéro (ou un minimum) dans la direction du brouilleur détecté. Puis le balayage est repris qu'à la détection d'un deuxième brouilleur, entrainant la synthèse d'un deuxième lobe se superposant au premier et ainsi de suite pout chacun des brouilleurs détectés successivement. L'invention peut être réalisée sous forme d'antenne plane, présentant alors une grande compacité. Elle peut également être conformée, par exemple selon un cylindre. REVENDICATIONS 1. Antenne hyperfréquence, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ensemble de canaux (C) superposés, séparés par des plans (P) conducteurs, chacun des canaux (C) étant connecté à des moyens d'émission-réception (11) et comportant - un élément rayonnant (S), susceptible d'émettre ou de recevoir une énergie hyperfréquence - des moyens atténuateurs et déphaseurs (AD), connectés entre l'élément rayonnant (S) et les moyens d'émission-réception (11), commandables électroniquement, permettant ainsi de synthétiser un diagramme de rayonnement prédéfini. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens atténuateurs-déphaseurs (AD) comportent au moins une diode (d1 - d6), la commande électronique étant constituée par le courant (I1- I4) de polarisation de cette diode. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les moyens atténuateurs-déphaseurs (AD) sont réalisés sur une plaquette diélectrique (D) sur laquelle est également réalisé l'élément rayonnant (S), par dépôt métallique. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les plans conducteurs (P) sont sensiblement normaux aux plaquette diélectriques (D) supportant, dans chaque canal (C), l'élément rayonnant (S) et les moyens atténuateurs-déphaseurs (AD) . 5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'élément rayonnant (S) est du type ligne serpent. 6. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le champ électrique (E) de l'énergie hyperfréquence est sensiblement normal aux canaux (C), dans le plan formé par la superposition des canaux. 7. Antenne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens atténuateurs-déphaseurs (AD) fonctionnent en transmission et comportent - un premier coupleur 3 dB (CP1) à deux sorties en phase, recevant le signal d'entrée des moyens atténuateurs-déphaseurs; - deux atténuateurs (A1, A2) commandables, recevant respectivement les deux signaux de sortie du premier coupleur - un deuxième coupleur 3 dB (CP2) à deux sorties en quadrature, recevant les signaux fournis par les atténuateurs et les combinant pour former les parties réelle et imaginaire d'un signal conplexe constituant le signal de sortie (s) desdits moyens (AD). 8. Antenne selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens atténuateurs-déphaseurs (AD) fonctionnent en réflexion et comportent - un premier coupleur 3 dB (CP3) à quatre voies dont une première constitue l'entrée (e) desdits moyens (AD) et une deuxième, leur sortie (s) - un deuxième coupleur 3 dB (cl,) à quatre voies, dont l'une est reliée à la troisième voie du premier coupleur (CI > 3) - un troisième coupleur 3 dB (CP5) à quatre voies, dont l'une est reliée à la quatrième voie du premier coupleur (CP3) - un premier ensemble de deux diodes (d5, d6) reliées respectivement aux quatrième et troisième voies des deuxième et troisième coupleurs, polarisées par un même premier courant (I3) - un deuxième ensemble de deux diodes (d3 > d4), rellées respectivement aux troisième et quatrième voies des deuxième et troisième coupleurs, polarisées par un même deuxième courant (14). les deux courants de polarisation (I3, I4) permettant de commander l'atténuation et le déphasage introduits par lesdits moyens (AD) sur le signal d'entrée (e).