Brevet FR2739451A1 — publié le 19970404

Dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence La présente invention concerne les dispositifs d'analyse de signaux hyperfréquence, essentiellement sur une large bande, par exemple de O à 10 GHz, tels que ceux qui sont délivrés à la sortie des systèmes radars ou analogues, en vue par exemple de déterminer la valeur de leur fréquence quelle qu'elle soit dans la bande choisie. L'utilisation des systèmes radars se fait actuellement dans les domaines les plus variés et ltévolution de la technologie impose de pouvoir déterminer la valeur de la fréquence du signal émis quelle que soit la valeur de celle-ci et même pour des impulsions de très courte durée, par exemple de 1 à 5 microsecondes. Les dispositifs d'analyse spectrale d'un signal hyperfréquence actuels ne permettent d'effectuer des analyses que dans des gammes de fréquences relativement étroites. Parmi ceux-ci, on peut citer les cellules à ondes acoustiques de surface qui ont des largeurs de bande de mesure qui n'excédent pas quelques centaines de MHz. Il en existe d'autres, par exemple les cellules connues sous le nom de cellules de Bragg" essentiellement constituées d'un cristal de Niobate de Lithium, dont la largeur de bande de mesure peut aller jusqu'à trois ou quatre GHz. Aucun des dispositifs connus ne permet d'atteindre des plages telles que celle définie ci-dessus, de O à 10 GHz. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des dispositifs d'analyse spectrale d'un signal connus actuellement, essentiellement l'étroitesse de leur bande de mesure, et de réaliser un dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence à large bande passante, qui soit, de plus, d'une réalisation simple et d'une mise en oeuvre des plus aisée. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence caractérisé par le fait qu'il comporte un premier générateur d'un faisceau d'une première onde optique, un translateur disposé à la sortie dudit premier générateur, cedit translateur ayant une entrée de commande apte à recevoir ledit signal hyperfréquence à analyser, cedit translateur étant apte à délivrer à sa sortie un faisceau d'une deuxième onde optique ayant une fréquence égale à la fréquence de la première onde optique translatée d'une valeur égale à la fréquence du signal hyperfréquence à analyser, un guide d'onde optique réalisé en un matériau apte à produire une amplification Brillouin, des premiers moyens pour coupler la sortie dudit translateur avec une face d'entrée dudit guide d'onde pour y faire pénétrer la deuxième onde optique, un second générateur d'un faisceau d'une troisième onde optique à fréquence adaptable voisine de celle de ladite première onde optique, des seconds moyens pour coupler la sortie dudit second générateur avec la face de sortie dudit guide d'onde optique de façon à faire propager ladite troisième onde optique dans le guide d'onde, de sa face de sortie vers sa face d'entrée, et des moyens pour capter le faisceau d'onde optique émis par la face de sortie dudit guide d'onde et pour délivrer un signal du type électrique, ledit signal étant fonction de la valeur de l'intensité dudit faisceau d'onde optique émis par la face de sortie dudit guide d'onde. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels Les figures 1 et 2 représentent respectivement, sous forme de blocs diagrammes, deux modes de réalisation d'un dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence selon l'invention. La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence ayant un spectre de fréquences inconnu compris dans une large plage de fréquences, par exemple entre 0 et 10 Gliz. Ce dispositif comprend un premier générateur 1 apte à délivrer à sa sortie 2 un faisceau d'onde optique 3, émettant par exemple à une longueur d'onde de 1,30 ou 1,55 micromètre sur une largeur de raie la plus étroite possible, de quelques MHz à quelques dizaines de MHz. Un tel générateur 1 peut être constitué par une diode laser du type DFB. Sur le trajet optique de l'onde 3 est disposé un translateur 4 apte à recevoir, sur son entrée 5, le faisceau de cette onde. Ce translateur comporte en plus une entrée de commande 6 sur laquelle peut être appliqué le signal hyperfréquence à analyser obtenu, par exemple, à la sortie 7 d'un système radar 8 schématiquement représenté. Ce translateur permet de translater la valeur de la fréquence du faisceau d'onde 3 d'une quantité égale à la valeur de la fréquence du signal hyperfréquence à analyser. Il est apte à délivrer à sa sortie 9 un faisceau d'onde optique 10 de fréquence translatée par rapport à celle du faisceau 3. Un tel translateur est connu en lui-même et peut être par exemple constitué par une cellule de Bragg ou une structure optique intégrée sur du Niobate de Lithium. Le dispositif comporte ensuite un guide d'onde optique 11, par exemple une fibre optique monomode réalisée dans un matériau comme de la Silice, permettant d'engendrer le processus connu de diffusion Brillouin stimulée, comme il sera explicité ci-après. Ce guide d'onde optique 11 comporte une face d'entrée 12 et une face de sortie 13. La face d'entrée 12 est couplée à la sortie 9 du translateur, par exemple par un moyen de focalisation 14, pour introduire le faisceau d'onde optique 10 dans le guide d'onde ll et l'y faire se propager de la face d'entrée 12 vers la face de sortie 13. Le dispositif comporte de plus un second générateur 15 apte à émettre à sa sortie 16 un faisceau d'onde optique 17 dont la fréquence est voisine est celle du faisceau 3 émis par le premier générateur 1, mais dont la valeur peut être adaptée, dans ce cas selon une variation continue sur une plage déterminée, à l'aide d'un signal appliqué à l'entrée de commande 18 de ce générateur 15, ce signal de commande pouvant être délivré à la sortie 19 d'un générateur 20 de fréquences variant avantageusement linéairement. Ce second générateur 15 peut par exemple être constitué par une diode laser stable 22 d'une largeur spectrale de quelques MHz, mais décalée en fréquence par rapport à la fréquence du faisceau 3 d'une valeur sensiblement égale à la fréquence de l'émission stimulée par effet Brillouin qui, comme il est connu, est fonction de la qualité du matériau réalisant le guide d'onde optique 11. Ce second générateur 15 comprend alors en outre, à la sortie de cette diode laser, un second translateur 28 du même type que celui 4 disposé à l'entrée 12 du guide d'onde, mais dont l'entrée de commande 18 reçoit le signal délivré par le générateur de fréquences 20 et dont la valeur de la fréquence est connue pour chaque commande du translateur. La sortie 16 du second générateur 15 est couplée à la face de sortie 13 du guide d'onde 11, par exemple au moyen d'un focalisateur 21 comme une lentille convergente, de façon que le faisceau d'onde optique 17 puisse pénétrer dans le guide d'onde 11 et s'y propager de sa face de sortie 13 vers sa face d'entrée 12. Enfin, le dispositif comporte des moyens pour capter le faisceau qui peut être émis par la face de sortie 13 du guide d'onde et pour délivrer un signal du type électrique fonction de la valeur de l'intensité de ce faisceau. Ces moyens peuvent être constitués par un déviateur, par exemple une lame semi-réfléchissante 24 inclinée sur l'axe optique 29 de la face de sortie 13 du guide d'onde, et par une cellule photosensible 25 disposée sur l'axe optique 26 conjugué de l'axe optique 29 par la lame 24, la sortie 27 de la cellule délivrant un signal de sortie représentatif en valeur analogique des valeurs des fréquences du signal hyperfréquence à analyser. Le dispositif d'analyse décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Le faisceau 3 émis par le premier générateur 1 est un faisceau optique dont la fréquence connue est ensuite translatée d'une valeur égale à celle du signal hyperfréquence à analyser. La détermination de la fréquence du faisceau 10 en sortie du translateur 4 permet donc de déterminer, par différence, la valeur de la fréquence du signal hyperfréquence. Or, ce faisceau d'onde optique 10 se propage à l'intérieur du guide d'onde 11 avec une iptensité donnée qui est initialement celle du faisceau engendré par le générateur 1 et le second générateur 15 envoie en sens contraire dans le même guide d'onde 11 le faisceau 17 dont la fréquence délivrée par le générateur de fréquences 20 varie de façon connue. De plus, comme mentionné précédemment, ces deux faisceaux se propageant en sens contraires ont des longueurs d'onde proches l'une de l'autre, d'une valeur choisie sensiblement égale à la fenêtre de transmission du matériau constituant le guide d'onde optique, en l'occurrence la Silice, qui donne en plus un décalage de fréquence Brillouin connue égale à 11,2 GHz, étant rappelé que les fréquences des deux faisceaux se propageant en sens contraires doivent être décalées en translation d'une valeur égale à la fréquence Brillouin. Par ailleurs, l'intensité du faisceau émis par le second générateur 15 et se propageant en sens contraire du faisceau 10 représentatif du signal hyperfréquence à mesurer est choisie de façon que la diffusion Brillouin stimulée se manifeste par la génération d'une onde rétrodiffusée qui amplifie l'intensité de l'onde optique pénétrant par la face 12 du guide d'onde, le gain pouvant atteindre plusieurs dizaines de décibels. Cette augmentation de gain est détectée, notamment, par la cellule photosensible 25 qui délivre à cet instant une impulsion de seuil. La détermination de cet instant permet de connaître la valeur de la fréquence du faisceau émis par le second générateur 15. En effet, comme mentionné précédemment, la variation de la fréquence de ce faisceau optique délivré par le second générateur 15 s'effectue suivant une loi connue, par exemple linéairement par rapport au temps, et sur une amplitude donnée, 10 GHz dans l'exemple choisi. De plus, cette variation est synchronisée sur l'émission du signal hyperfréquence à analyser, son début étant simultané au démarrage de l'émission du signal et sa durée étant égale à la durée de cette émission, en général comprise entre 1 et 5 microsecondes pour le cas des impulsions radar. L'augmentation de gain détectée se produit donc lorsque la fréquence du signal émis par le second générateur 15 passe sensiblement, à quelques dizaines de MHz près, par la valeur de la fréquence translatée de l'onde optique 10. Comme mentionné au début de la description du fonctionnement du dispositif selon la figure 1, par différence, on obtient alors la valeur du signal à la fréquence du signal hyperfréquence à analyser qui est appliqué à l'entrée de commande 6 du translateur 4. Le dispositif peut comprendre un organe de commande centralisé 30 relié aux deux générateurs de faisceaux d'ondes optiques 1 et 15, au générateur de fréquences 20 et au détecteur photosensible 25 et permettant d'obtenir automatiquement, par exemple à sa sortie 31, la valeur de la fréquence du signal hyperfréquence qui devait être analysé. Bien entendu, la longueur de la fibre optique sera adaptée de façon à optimiser l'interaction entre les deux faisceaux d'ondes optiques s'y propageant en sens contraires. C'est ainsi que, pour une durée d'impulsion de cinq microsecondes, la longueur de la fibre en Silice doit être au moins égale à 1,5 km. Le dispositif décrit ci-dessus permet de déterminer la valeur de la fréquence d'un signal hyperfréquence à condition que cette fréquence soit constante pendant toute la durée de l'émission du signal. Cette fréquence n'est cependant pas toujours constante et il peut alors être nécessaire de déterminer le spectre des fréquences d'un tel signal pendant toute la durée d'émission du signal, aussi courte soit-elle. Le dispositif illustré sur la figure 2 permet de déterminer avec une assez bonne approximation un tel spectre. Ce dispositif se déduit très facilement de la structure de celui illustré sur la figure 1 et décrit ci-avant. Il comprend très schématiquement un premier générateur 51 d'un faisceau d'une première onde optique 52, suivi d'un premier translateur 53 apte à recevoir sur son entrée de commande 54 le signal hyperfréquence à analyser. Les structures et agencements de ce premier générateur 51 et de ce translateur 53 sont respectivement strictement identiques à ceux des premier générateur 1 et translateur 4. Cependant, dans ce dispositif, à la sortie du translateur 53 est disposé un déviateur-séparateur 55 permettant de décomposer le faisceau 56 obtenu à la sortie du translateur 53 en une pluralité de faisceaux secondaires et d'envoyer ceux-ci sur une pluralité de chemins optiques 57, 58, ..., 59 comportant chacun un guide d'onde optique 61, 62, ..., 63 identique au guide d'onde optique 11 décrit précédemment. A l'extrémité 64, 65, ..., 66 de chaque guide d'onde optique 61, 62, ..., 63 est disposé un système d'analyse 67, 68, ..., 69. Chacun de ces systèmes d'analyse comprend un second générateur de faisceau optique de pompe 71, 72, ..., 73 constituant autant de sources unitaires de faisceaux optiques, dont la sortie 74, 75, ..., 76 est couplée avec la face de sortie du guide d'onde optique correspondant, et des moyens pour capter le faisceau optique émis par cette même face de sortie du guide d'onde optique. Comme ceux décrits en regard de la figure 1, ces moyens comprennent une lame semi-réfléchissante 81, 82, ..., 83 et un détecteur photosensible 84, 85, ..., 86. Cependant, dans ce mode de réalisation, chaque second générateur 71, 72, ..., 73 est apte à émettre un faisceau d'une fréquence donnée fixe, ces fréquences étant toutes différentes les unes des autres et la différence existant entre les deux valeurs extrêmes étant égale à la plage de mesure possible des fréquences du signal à analyser, c'est-à-dire 0 à 10 CHz dans l'exemple choisi. Dans son principe général, le dispositif comporte donc une pluralité de lignes de mesure 101, 102, ..., 103 en parallèle. Chacune de ces lignes prise isolément fonctionne sur le même principe que le dispositif décrit en regard de la figure 1, et donne un résultat de mesure quand la fréquence du signal à analyser est en corrélation avec la fréquence du générateur de pompe 71, 72, ..., 73. L'ensemble des résultats permet de déterminer le spectre de fréquences du signal pendant sa durée d'émission et la définition de ce spectre sera d'autant plus fine que le dispositif comportera de lignes de mesure. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'analyse d'un signal hyperfréquence caractérisé par le fait qu'il comporte un premier générateur (1) d'un faisceau (3) d'une première onde optique, un premier translateur (4) disposé à la sortie (2) dudit premier générateur, cedit translateur ayant une entrée de commande (6) apte à recevoir ledit signal hyperfréquence à analyser, cedit translateur étant apte à délivrer à sa sortie (9) un faisceau (10) d'une deuxième onde optique ayant une fréquence égale à la fréquence de la première onde optique translatée d'une valeur égale à la fréquence du signal hyperfréquence à analyser, un guide d'onde optique (11) réalisé en un matériau apte à produire une amplification Brillouin, des premiers moyens pour coupler la sortie dudit translateur avec une face d'entrée (12) dudit guide d'onde pour y faire pénétrer la deuxième onde optique, un second générateur (15) d'un faisceau (17) d'une troisième onde optique à fréquence adaptable voisine de celle de ladite première onde optique, des seconds moyens pour coupler la sortie dudit second générateur avec la face de sortie (13) dudit guide d'onde optique de façon à faire propager ladite troisième onde optique dans le guide d'onde, de sa face de sortie vers sa face d'entrée, et des moyens pour capter le faisceau d'onde optique émis par la face de sortie dudit guide d'onde et pour délivrer un signal du type électrique, ledit signal étant fonction de la valeur de l'intensité dudit faisceau d'onde optique émis par la face de sortie dudit guide d'onde. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit guide d'onde optique est constitué par une fibre optique en Silice. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait ledit second générateur (15) est constitué par une source de faisceau optique (22), un second translateur (28) disposé à la sortie de ladite source et un générateur de fréquences (20) commandable suivant une loi donnée, dont la sortie (19) est connectée à l'entrée de commande (18) dudit second translateur (28). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens pour capter le faisceau d'onde optique émis par la face de sortie (13) dudit guide d'onde (11) et pour délivrer un signal du type électrique, ledit signal étant fonction de la valeur de l'intensité dudit faisceau d'onde optique émis par la face de sortie dudit guide d'onde, comportent un déviateur, par exemple une lame semi-réfléchissante (24) inclinée sur l'axe optique (29) de la face de sortie (13) dudit guide d'onde (11), et une cellule photosensible (25) disposée sur l'axe optique (26) conjugué de l'axe optique (29) par ladite lame (24). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit guide d'onde optique (11) réalisé en un matériau apte à produire une amplification Brillouin est constitué par une pluralité de fibres optiques (61,62,63) disposées en parallèle, lesdits premiers moyens comportant un diviseur-séparateur (55) disposé à la sortie dudit premier translateur (53) pour envoyer un faisceau sur, respectivement, la face d'entrée de chaque fibre optique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit second générateur d'une troisième onde optique à fréquence adaptable est constitué par une même pluralité de sources unitaires de faisceaux optiques de pompe (71,72,73) dont les sorties (74,75,76) sont respectivement couplées avec les faces de sortie (64-66) de ladite pluralité de fibres optiques (61-63), chaque source unitaire étant apte à émettre un faisceau d'une fréquence donnée fixe, ces fréquences étant toutes différentes les unes des autres et la différence existant entre les deux valeurs extrêmes étant égale à la plage de mesure possible des fréquences dudit signal à analyser.