Brevet FR2776778A1 — publié le 19991001

La présente invention concerne un dispositif de duplexage dans une chaîne d'émission et de réception d'un radar. Elle s'applique notamment aux radars pour automobiles. Plus généralement, elle s'applique à des radars nécessitant une réalisation à faible coût. Les radars destinés à des applications pour le grand public doivent être vendus à des prix les plus faibles possibles tout en respectant les o10 performances techniques nécessaires à la fiabilité ou à la sécurité. C'est le cas notamment des radars pour automobiles utilisés notamment pour les ë* fonctions de régulation de vitesse ou de détection d'obstacles. Ces radars pour automobiles utilisent généralement des émetteurs-récepteurs opérant !'; dans le domaine des ondes millimétriques, entre 76 et 77 GHz notamment. Une difficulté de réalisation dans cette bande de fréquence réside en particulier dans l'obtention de performances acceptables à faible coût. L'utilisation d'un récepteur homodyne, associé par exemple à une antenne monopulse, permet d'obtenir des architectures simples du point de vue hyperfréquence. Un récepteur homodyne est donc favorable en ce qui concerne la réalisation d'un radar à faible coût. Cependant un tel récepteur, dans une technologie classique, n'est pas encore assez bon marché pour permettre d'obtenir des radars à très faible coût. Par ailleurs, il entraîne une sensibilité réduite du radar à cause notamment des fuites d'émission non corrigées par une transposition de fréquence propre par exemple à une solution hétérodyne. En ce qui concerne les coûts, il est à noter qu'une chaîne d'émission et de réception classique ayant un récepteur homodyne associé à une antenne monopulse assure notamment deux fonctions: - une division de puissance émise par l'oscillateur local; - un duplexage entre l'émission et la réception. Cette dernière fonction est classiquement réalisée à partir d'un dispositif non réciproque utilisant un résonateur à ferrite. Une telle solution est relativement coûteuse à mettre en oeuvre. Ce coût est notamment dû à une rupture technologique entre la fonction de duplexage, réalisée à base de ferrite, et le reste du circuit implanté sur un substrat différent en technologie dite "microstrip". Par ailleurs, les fréquences en jeu imposent des tolérances très contraignantes pour le positionnement du ferrite. Un coût supplémentaire est encore dû à l'implantation d'un aimant sur le ferrite pour polariser ce dernier. Le but de l'invention est de réaliser une fonction de duplexage à faible coût permettant à un radar, par exemple homodyne, de présenter une bonne sensibilité, en contenant notamment les fuites d'émission. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de duplexage dans une chaîne d'émission et de réception d'un radar, caractérisé en ce que la fonction de o duplexage transmettant un signal d'émission depuis un oscillateur local vers une antenne et transmettant un signal de réception depuis l'antenne vers un mélangeur, la fonction de duplexage est réalisée par un élément de couplage à quatre entrées/sorties dont une première entrée/sortie reçoit un signal issu de l'oscillateur local, une deuxième entrée/sortie étant reliée à lI'entrée du mélangeur, une troisième entrée/sortie étant reliée à l'antenne et une quatrième entrée/sortie étant reliée à une charge hyperfréquence variable. L'invention a pour principaux avantages qu'elle est compatible avec toutes les technologies utilisées dans le domaine hyperfréquence, qu'elle permet d'améliorer les performances, la sécurité et la maintenance, notamment d'un radar équipant une automobile, et qu'elle est simple à mettre en oeuvre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent: - la figure 1: un exemple de réalisation d'une fonction de duplexage selon l'art antérieur. - la figure 2: un exemple de réalisation d'une fonction de duplexage moins coûteuse, mais restant soumise à des problèmes de fuites d'émission perturbant la sensibilité du radar; _ la figure 3: une illustration des fuites sur le schéma de la réalisation précédente - la figure 4: une illustration des fuites précitées dans un diagramme de Fresnel; - la figure 5: un exemple de réalisation d'un dispositif de duplexage selon l'invention; - la figure 6: une illustration dans un diagramme de Fresnel, de la somme vectorielle des fuites de la réalisation précédente. La figure 1 montre un exemple de réalisation d'une fonction de duplexage et notamment d'une fonction de division de puissance selon l'art antérieur dans une chaîne d'émission et de réception d'un radar associée par exemple à une antenne monopulse. La réception est de type homodyne. Un oscillateur local 11 fournit à un coupleur 2 un signal hyperfréquence, compris par exemple dans la bande millimétrique. Ce coupleur 2 assure en fait une division de puissance, une partie du signal étant envoyée vers un circulateur 3 alors que l'autre partie est transmise vers une première entrée d'un mélangeur 4. L'autre entrée de ce dernier est reliée à la sortie du circulateur 3. Le signal de sortie du mélangeur 4 alimente la suite de la chaîne de réception, laquelle est reliée aux circuits de traitement du radar. La troisième sortie du circulateur 3 est reliée à l'antenne 5 du radar. De la sorte, un signal d'émission venant du coupleur 2 est transmis à l'antenne 5 via le circulateur 3, alors qu'un signal de réception venant de l'antenne 5 est transmis au mélangeur 4 via le circulateur. Les moyens d'amplification du signal d'émission, connus de l'homme du métier ne sont pas représentés. L'oscillateur 11, le coupleur 2, le mélangeur 4 et les éléments de l'antenne 5 ainsi que les lignes de connexion peuvent être réalisés dans une même technologie, par exemple en circuit microstrip ou en technologie connue sous l'abréviation MMIC de l'expression anglo- saxonne "Microwave Monolithic Integrated Circuit". En revanche, le circulateur, à base de ferrite et d'aimant de polarisation, crée une rupture technologique qui engendre un surcoût de réalisation. Pour éviter ce surcoût dû à la rupture technologique, une solution peut consister à utiliser, à la place d'un résonateur à ferrite, un dispositif passif jouant le même rôle que ce dernier. Cela peut être mis en oeuvre à l'aide d'une jonction hybride à quatre entrées/sorties réalisée dans la même technologie que le reste du circuit comme l'illustre la figure 2. Dans le montage présenté par cette figure, le circulateur 3 est remplacé par exemple par une jonction hybride 21 à quatre entrées/sorties formant un coupleur de façon à réaliser la fonction telle que décrite par la suite. Une première entrée/sortie 23 de l'élément de couplage, par exemple une jonction hybride, est reliée à l'oscillateur local 11 via le coupleur 2, une deuxième entrée/sortie 24 étant reliée à l'entrée du mélangeur 11, l'autre entrée du mélangeur étant reliée au coupleur 2. Une troisième entrée/sortie 25 de l'élément de couplage est reliée à l'antenne 5 et une quatrième entrée/sortie 26 est reliée à une charge hyperfréquence 22. 1 o Une première partie de la puissance unitaire 1 reçue par l'antenne est transmise au mélangeur 4 et la seconde partie est transmise au coupleur2. La valeur du couplage étant égale à P, la première partie est égale à la puissance unitaire 1 divisée par P, soit 1/P, alors que la seconde partie est égale à la puissance unitaire moins la première partie 1/P, soit 1- 1/P. Dans l'autre sens, une première partie de la puissance unitaire 1' fournie par le coupleur 2 est transmise à l'antenne et une seconde partie est transmise à la charge hyperfréquence 22, par exemple une charge 50 Q. La première partie est égale à la puissance unitaire 1' divisée par P, soit I'/P, alors que la seconde partie est égale à la puissance unitaire 1' moins la première partie 1'/P, soit 1'-1'/P. La valeur du couplage du coupleur 2 relié à l'oscillateur local 11 étant égal à n, la puissance 1' attaquant la jonction 21 est égale à 1-1/n fois la puissance qui entre dans le coupleur 2. La fonction de la jonction décrite ci-dessus réalise bien un duplexage entre l'émission et la réception. Il est à noter que le rendement est dégradé puisque fonction du coefficient de couplage de la jonction 21. En effet, pour un coefficient de couplage égal à P, seule 1/Pième de la puissance est transmise en émission sur l'antenne 5 ou en réception vers le mélangeur 4. Pour un couplage à 3 dB, soit p = 1/2, seule la moitié de la puissance est transmise. En regard de l'application visée, un tel rendement énergétique est acceptable. En revanche, ce qui est plus gênant est la perte de sensibilité du radar à cause des fuites d'émission. Ces fuites sont illustrées par la figure 3. Elles sont représentées par des symboles vectoriels en référence à leur représentation ultérieure dans un diagramme de Fresnel, puisque ces fuites comportent un module et une phase. Une première fuite F1 est liée au découplage du duplexeur 21. Cette fuite est une partie du signal d'émission provenant du coupleur 2 et qui se dirige vers le mélangeur 4, via le duplexeur 21, au lieu de se diriger vers l'antenne 5. Une deuxième fuite F2 est liée au coefficient de réflexion de I'antenne. Une partie 31 du signal émis se réfléchit en effet sur cette dernière et se dirige vers le mélangeur 4 via le duplexeur 21. La somme de ces fuites, illustrées sur la figure 4 par des grandeurs vectorielles FI, F2 dans un diagramme de Fresnel, est non nulle. Le vecteur résultant FI + F2, représentant la somme de ces fuites, est en effet différent du vecteur nul, et o présente un module qui est loin d'être négligeable au point de perturber très sensiblement la sensibilité du radar, en particulier dans un récepteur de type homodyne o il n'y a pas de transposition de fréquence du signal reçu qui permette de s'affranchir de l'effet de cette fuite résultante FÉ + F2. La figure 5 présente un dispositif de duplexage selon l'invention. La charge fixe 22, classiquement une charge 50 Q qui absorbe toute l'énergie qu'elle reçoit, est remplacée par une charge hyperfréquence variable Zc, plus particulièrement ajustable. Les fuites FI, F2 précédemment décrites et liées respectivement au découplage du duplexeur 21 et au coefficient de réflexion de l'antenne 5 existent toujours, mais du fait de la charge variable vient s'ajouter à ces deux fuites, un signal F3, assimilable à une troisième fuite. Ce signal F3 est une fuite liée à cette charge variable Zc. Cette dernière renvoie une partie 51 du signal qu'elle reçoit qui se dirige vers le mélangeur 4 via le duplexeur 21 pour s'ajouter aux fuites FI, F2 précédentes, ce signal qui s'ajoute étant la troisième fuite F3. La charge variable Zc est alors ajustée de façon à obtenir la somme vectorielle: F1 + F2 + F3 = O ou du moins proche de 0, ou en tout état de cause de telle sorte qu'elle soit limitée à l'intérieur d'un rayon pour ne pas perturber de façon significative la sensibilité du radar. L'invention ne cherche donc pas à rendre le rendement énergétique plus performant, en rebouclant par exemple la sortie du duplexeur reliée à la charge 22 sur le mélangeur pour récupérer de l'énergie, mais conserve une charge consommatrice d'énergie, la charge variable Zc, qui permet, judicieusement utilisée, de réduire l'influence des fuites précitées. La figure 6 illustre le vecteur représentatif de cette fuite due à la charge variable dans un diagramme de Fresnel en regard des vecteurs représentatifs des deux autres fuites. Ces vecteurs F1, F2, indépendants, sont présentés à titre d'exemple, et peuvent comporter d'autres modules et phases. La charge variable Zc peut être réalisée de différentes manières. Elle peut notamment être passive ou active. Les solutions passives associent par exemple une ligne de transmission à pertes dont la longueur contrôle l'amplitude de la charge. L'extrémité de la ligne est en circuit ouvert ou en court-circuit dont la longueur électrique est ajustée pour faire varier la phase de la charge jusqu'à l'obtention du résultat souhaité, c'est-à-dire en fait l'obtention d'un vecteur représentatif É3 de la fuite due à la charge qui soit i s sensiblement égal ou proche de l'opposé du vecteur résultant ÉF1 + F2 représentant la somme des autres fuites. Les solutions actives associent par exemple un atténuateur et un déphaseur commandables pouvant être réalisés en technologie MIC ou MMIC, à base par exemple de diodes, de capacités variables ou de transistors. Les types de charge sont par exemple choisis en fonction de leurs dérive en température. De préférence, la charge varie peu en température, par exemple dans une gamme comprise entre une température comprise entre -40 C et +1 30 C. Lorsque le radar équipe un véhicule automobile, un dispositif selon l'invention s'avère par ailleurs avantageux en termes de performances, de sécurité et de maintenance. En ce qui concerne les performances, celles-ci peuvent être grandement améliorées en optimisant lors du réglage initial le rapport signal à bruit du radar, ce réglage initial étant réalisé à la fabrication. Cette opération de réglage peut se faire manuellement en utilisant par exemple une charge passive ou automatiquement en utilisant par exemple une charge active. La sécurité peut être accrue en utilisant une phase de test automatique permanent ou périodique permettant après mesure du niveau de fuite de régler de nouveau la charge si une dérive est constatée. Le rapport signal à bruit peut alors être réglé par logiciel sans intervention humaine, dans le cas par exemple d'utilisation d'une charge active. Des interfaces pilotées par un calculateur du radar commandent alors le réglage de l'élément actif de la charge, par exemple le niveau du courant d'une diode ou d'un transistor, ou encore la valeur de la capacité d'un condensateur. Sur le plan de la maintenance, si un étalonnage, périodique ou non, est nécessaire, il est aisé de prévoir un point de réglage. Ce dernier peut alors se faire en révision en atelier. La jonction hybride peut être par exemple du type 6X/4 ou 4;/4 connue de l'homme du métier. Ce peut être aussi un coupleur de Lange. Elle O peut en fait être remplacée par tous types de coupleurs à quatre entrées/sorties compatibles de la technologie des autres éléments du circuit. L'invention est compatible avec toutes les technologies hyperfréquence, notamment les technologies à guide, les technologies microstrip ou les technologies de type MMIC. 1 5 Enfin, I'invention peut être appliquée sur des radars fonctionnant dans la bande millimétrique, notamment pour les applications automobiles, mais l'invention peut aussi être appliquée sur tous types de radars, notamment homodynes et associés à une antenne monopulse. Les fuites d'émission évoquées précédemment sont celles liées au découplage de l'élément de couplage 21 et celles liées au coefficient de réflexion de l'antenne 5. L'invention peut évidemment s'appliquer en cas d'apparitions d'autres fuites. REVENDICATIONS 1. Dispositif de duplexage dans une chaîne d'émission et de réception d'un radar, caractérisé en ce que la fonction de duplexage transmettant un signal d'émission depuis un oscillateur local (11) vers une antenne (5) et transmettant un signal de réception depuis l'antenne (5) vers un mélangeur (4), la fonction de duplexage est réalisée par un élément de couplage (21) à quatre entrées/sorties dont une première entrée/sortie (23) reçoit un signal issu de l'oscillateur local (11), une deuxième entrée/sortie(24) étant reliée à l'entrée du mélangeur (4), une troisième entrée/sortie (25) étant reliée à l'antenne (5) et une quatrième entrée/sortie (26) étant reliée à une charge hyperfréquence (22) variable. 2. Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que l'élément de couplage (21) est une jonction hybride. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge variable (22) est ajustée de façon à ce qu'elle crée une fuite (F3) qui s'oppose sensiblement à la somme des fuites d'émission (F1 + F2) pour ne pas perturber la sensibilité du radar. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la somme (F1 + F2 + F3) des fuites liées à la charge variable (F3) et à l'émission (F1, F2) est sensiblement nulle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les fuites d'émission sont les fuites (Fl) liées au découplage de l'élément de couplage (21) et les fuites (F2) liées au coefficient de réflexion de l'antenne (5). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge variable (22) est passive. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la charge variable (22) est une ligne de transmission à pertes dont la longueur contrôle l'amplitude de la charge, I'extrémité de la ligne étant en circuit ouvert ou en court-circuit dont la longueur électrique est ajustée pour faire varier la phase de la charge. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la charge variable (22) est active. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la charge variable (22) comporte un atténuateur et un déphaseur commandables, à o base de diodes, de capacités variables ou de transistors. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la jonction hybride est de type 6X/4. 1 5 1. Dispositif l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la jonction hybride est un type 4;J4. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la jonction hybride est un coupleur de Lange. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radar fonctionne dans une bande de fréquence millimétrique. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radar équipe une automobile.