Brevet FR2786869A1 — publié le 20000609

DISPOSITIF DE TEST ET DE REGULATION D'UN CIRCUIT DE TRANSMISSION Le dispositif de l'invention permet de tester et de réguler un circuit de transmission optique. Il permet de mesurer en temps réel les fluctuations d'amplitude de transmissions optiques notamment dans le cas de transmission à travers un joint tournant. Les moyens de test des transmissions optiques traditionnellement employés font appel à deux catégories d'appareils: - les puissance- mètres utilisant un signal continu et mesurant des pertes d'insertion entre un émetteur et un récepteur de référence; - les réflectomètres utilisant un signal impulsionnel et mesurant et localisant des pertes ponctuelles ou réparties (par rétrodiffusion). Ces appareils ne sont pas conçus pour faire des mesures sur des lignes de transmission en fonctionnement et, en particulier pour les seconds, ont des résolutions temporelles inadaptées à des transmissions courtes (quelques mètres) comportant des points de raccordements rapprochés, telles que celles envisagées dans les applications radar (notamment dans l'aérien). Le dispositif de l'invention présente l'avantage d'être facilement mis en oeuvre dans les systèmes de transmission. Le test de la ligne de transmission peut être permanent et peut se dérouler pendant le fonctionnement de l'équipement. Le dispositif est essentiellement constitué d'une transmission optique à une longueur d'onde dédiée, multiplexée optiquement au canal à mesurer, munie à une extrémité d'une tête optique émettrice/réceptrice spécifique et à l'autre extrémité d'un élément réfléchissant. Il peut être utilisé simultanément à des fins de mesure et de régulation des niveaux de signaux analogiques transitant à travers un joint tournant optique. Ce dispositif s'applique en particulier dans les radars utilisant des liaisons optiques multiplexées en longueur d'onde et plus généralement dans le domaine des télémesures dans les machines tournantes. L'invention concerne donc un dispositif de test et de régulation d'un circuit de transmission comprenant au moins un émetteur et /ou récepteur d'informations, au moins un circuit commandé, et un joint tournant à n entrées et m sorties reliant le circuit d'émission connecté à une des n entrées au circuit commandé connecté à une des m sorties, caractérisé en ce qu'il comprend également: - un émetteur de test connecté à une des n entrées du joint tournant; - un premier dispositif de réflexion ou de rétro-réflexion connecté à un des m sorties du joint tournant; - un récepteur de test connecté à une des n entrées du joint tournant. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple général de réalisation du dispositif de l'invention; - la figure 2, un signal de mesure d'une transmission optique 1 5 comportant un joint tournant; - la figure 3, un dispositif selon l'invention comportant un système d'étalonnage; - la figure 4, un circuit de transmission de type connu; la figure 5, un circuit de transmission comportant un dispositif selon l'invention; - la figure 6, un circuit d'asservissement d'émetteurs en fonction d'un signal de détection. En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un exemple général de réalisation du dispositif de l'invention. Un émetteur de test E et un récepteur de test R sont couplés par un coupleur C à une liaison optique bidirectionnelle F1 telle qu'une fibre optique. Cette liaison optique F1 est connectée à une entrée d'un coupleur à joint tournant optique JT. Généralement un connecteur optique C1 est prévu pour connecter la liaison optique (la fibre). Le coupleur à joint tournant optique JT est par ailleurs connecté à des circuits commandés Cx par une liaison optique F2, à fibre optique par exemple, et par un connecteur C'2. Un dispositif de réflexion Fr (ou de rétro- réflexion) est également connecté par une fibre Tf et un connecteur C2 au coupleur à joint tournant JT. Un signal électrique de référence Sr module l'émetteur de lumière E dont le rayonnement est couplé dans une fibre optique aboutissant à une des entrées b1 du coupleur optique 2x1, C. Le signal optique modulé, se propageant dans la fibre Fl, traverse respectivement le connecteur optique Cl, le joint tournant optique JT et le second connecteur optique C1. Le signal optique est alors réfléchi par l'élément réfléchissant Fr situé à l'extrémité du tronçon de fibre optique Tf et se propage en sens inverse jusqu'au coupleur optique C. La partie de signal optique couplée dans la branche b2 est détectée par le photodétecteur R et génère un signal lo électrique Sd. Dans la mesure o tous les composants passifs ont des fonctions de transfert indépendantes du sens de propagation (cas des composants monomodes), le signal Sd est bien l'image de la variation en fonction du temps de la ligne de transmission située par exemple entre les points A et B. Dans la pratique, on constate que la rotation du joint tournant JT est négligeable pendant un temps égal au double du temps de propagation de la lumière entre JT et Fr. Si Pe et Pd sont respectivement les puissances optiques émises et détectées exprimées en Watts et couplées dans les branches b1 et b2 du coupleur C, on aura: log (Pe/Pd) = 2 (pc+ 3dB + Pc, + PJT + Pc2 +. PF) (1) o: Pc, PC1, PJT, PC2 sont les pertes d'insertion respectives, exprimées en dB, du coupleur C (supposé symétrique), du connecteur C1, du joint tournant JT et du connecteur C2. t est la longueur de transmission PF est l'atténuation de la fibre exprimée en dB/unité de longueur. Lorsque le joint tournant est en rotation à vitesse constante, PJT est une fonction périodique de période T = 1/N (N nombre de rotations par seconde), la figure 2 montre dans ce cas l'allure du signal Sd en fonction du temps. Dans ces conditions, un circuit de détection CT connecté au récepteur R est capable de fournir à chaque émetteur tel que En connecté au joint tournant JT, un signal de correction permettant de pallier d'avance l'effet de la transmission à travers le joint tournant. De même le circuit de détection CT commande dans les récepteurs tels que Rec la dégradation de la transmission due au joint tournant JT. La figure 3 montre une tête optique de test intégrant un commutateur optique CO afin de calibrer le couple émetteur/récepteur de test E/R. La commande électrique CE de ce commutateur permet de diriger l'énergie lumineuse issue du coupleur C, soit vers la ligne à mesurer, soit vers un élément réfléchissant F'r identique à Fr. Si dans la connexion à l'élément réfléchissant F'r, P'd est la puissance optique détectée par le récepteur R, I'atténuation exprimée en dB i0 de la ligne à mesurer sera donnée par: log (Pd/P'd) = -2 (Pci + PJT + PC2 + (.Pf) (2) Pd, Pc1, Pc2, let pf ayant les significations données précédemment par la relation (1). Les futurs radars aériens tournants feront largement appel à lI'utilisation de liaisons à fibres optiques pour transmettre à la fois les signaux analogiques et les signaux numériques à travers un joint tournant optique monovoie grâce au multiplexage en longueurs d'onde. Le brevet français no 74 01800 concerne ce type de multiplexage. La figure 4 montre un schéma pour une application radar, de transmissions optiques multiplexées bidirectionnelles multicanaux à travers un joint tournant. Dans le sens montant, du socle du radar, vers l'aérien côté antenne d'émission, les signaux analogiques modulés par la fréquence d'émission Fe, par les oscillateurs locaux OL1 et OL2 et par les signaux numériques de commande Snc sont portés respectivement par les longueurs d'ondes B., X2, X3 et X4. Dans le sens descendant, de l'aérien vers le socle, les signaux numériques Sn, et Sn2 (limités à 2 dans ce schéma de principe), sont portés respectivement par les longueurs d'ondes X5 et X6. Ces longueurs d'onde sont multiplexées/démultiplexées optiquement grâce aux composants (Mx/Dx), et (Mx/Dx)2, situés respectivement dans le socle et dans l'aérien de manière à se propager entre ces deux derniers composants dans une fibre optique et à traverser simultanément le joint tournant optique monovoie JT. Les longueurs d'onde Xi sont issues d'émetteurs de lumière EXi et détectées par des photorécepteurs RXi. La figure 5 montre l'insertion du dispositif de test selon l'invention dans l'architecture de la figure 4. La longueur d'onde d'émission k7 de l'émetteur de test E est choisie distincte des longueurs d'onde Xi à Xe de manière à pouvoir être multiplexées/démultiplexée par les composants (Mx/Dx)1 et (Mx/Dx)2 qui posséderont dans ce cas une voie supplémentaire. La branche issue de (Mx/Dx)2, correspondant à la longueur d'onde ?, est terminée par l'élément réfléchissant Fr. Le dispositif de test supervise donc ici la chaîne de transmission optique entre le socle et l'aérien du radar incluant les principaux composants passifs: - les multiplexeurs/démultiplexeurs (Mx/Dx), et (Mx/Dx)2, - les connecteurs C1 et C2, - le joint tournant JT, - les fibres optiques principales de transmission F1, F2. Si l'équipement le nécessite, il est possible, grâce au dispositif de test, de maintenir constantes les amplitudes des signaux analogiques envoyés vers l'aérien indépendamment des fluctuations d'atténuation de la ligne de transmission. Le principe est schématisé sur la figure 6. Le signal Sd issu du récepteur de test R est envoyé aux circuits de commande CC,, CC2 et CC3 des émetteurs analogiques EX1, EX2 et EX3 afin d'asservir l'amplitude des signaux de commande de ceux-ci à la variation d'amplitude de Sd assurant ainsi des niveaux détectés par les photodétecteurs Rkl, RX2, RX3 indépendants des fluctuations d'atténuation de la ligne principale de transmission. Composants passifs La fibre optique est du type monomode, couramment utilisée aujourd'hui en télécommunications optiques. Les pertes linéiques sont inférieures à 1 dB/km en version câblée adaptée aux applications radar. Les connecteurs monomodes Cl et C2 sont disponibles dans de nombreuses versions et assurent pour tous les modèles des pertes inférieures à 0,5 dB. Le joint tournant JT sera généralement constitué de deux fibres amorces monomodes munies de lentilles de collimation, de façon à paralléliser et élargir le faisceau, et d'éléments mécaniques de précision permettant une rotation entre les deux lentilles. Les pertes d'insertion fibre à fibre sont de l'ordre de 3 dB et la fluctuation d'atténuation en rotation est inférieure à 1 dB. Le coupleur 1x2 C sera soit du type " tout fibre ", soit du type " optique intégrée " planaire muni de fibres amorces. Ce coupleur est symétrique (séparation 50/50) et présente une perte d'insertion également lo inférieure à 1 dB. L'élément réfléchissant Fr peut adopter plusieurs technologies: traitement réfléchissant sur la face de la fibre (perte d'insertion négligeable), - réseau de Bragg inscrit dans la fibre, adapté à la longueur d'onde.7 de l'émetteur de la tête optique de test (perte d'insertion négligeable), - coupleur bouclé 1x2 symétrique, identique à C (perte " aller- retour " de l'ordre de 8 dB: 2x3 dB de séparation + 2x1 dB de perte d'insertion). Le commutateur CO peut être, par exemple, optomécanique; la perte d'insertion est alors typiquement de 0.5 dB pour un temps de commutation de 25 ms et une répétabilité de .0015 dB. Les multiplexeurs/démultiplexeurs (Mx/Dx), et (Mx/Dx)2 sont actuellement développés pour multiplier les débits numériques dans les artères de télécommunications optiques. La séparation entre canaux, dans la fenêtre de transmission 1.5 pm est normalisée à des multiples de 0.8 nm (100 GHz). Dans l'exemple représenté figure 5, on pourra utiliser deux multiplexeurs optiques à réseaux avec une séparation entre canaux de 1.6 nm. Les pertes d'insertion par composant sont de l'ordre de 4 dB et I'isolation est > 30 dB. Composants actifs On utilisera préférentiellement comme émetteurs des diodes laser à réseaux distribués (DFB) GainAsP émettant dans la fenêtre 1.5 pm. Les voies numériques feront appel à la modulation directe (modulation du courant de commande par le signal à transmettre) pour des débits jusqu'à 2.5 Gb/s avec des puissances émises couplées de l'ordre du mW. Selon la fréquence (bande S, C, X, Ku...) et la qualité des signaux à transmettre, les voies analogiques utiliseront soit la modulation directe, soit la modulation externe. Dans ce dernier cas, l'émetteur sera constitué d'une diode laser DFB émettant un signal continu de quelques dizaines de mW à la longueur d'onde voulue, suivi d'un modulateur externe (LiNbO3 ou GaAs). Enfin, les photodétecteurs sont des photodiodes GainAs o10 adaptées aux fréquences à détecter. Dans le cas de son application dans les radars tournants, l'invention présente l'avantage de ne réclamer aucun composant actif dans l'aérien et le test est donc possible en l'absence d'alimentation de l'aérien (vérifications avant mise en route). De plus, le test prend en compte les multiplexeurs/démultiplexeurs optiques, et le dispositif peut s'autocalibrer. Le dispositif mesure en temps réel la fluctuation de la transmission avec la rotation. Le signal issu de la tête optique de test peut être utilisé pour asservir l'amplitude des émetteurs optiques analogiques. Ce même signal peut être exploité pour effectuer un suivi de la ligne de transmission dans le temps. Dans ce qui précède, l'invention a été décrite en utilisant des composants et dispositifs optiques. Cependant, I'invention est applicable dans le cas de transmissions hyperfréquences. Les émetteurs et récepteurs émettent et reçoivent en RF, les circuits de transmission, de réflexion et le joint tournant transmettent des ondes RF. REVENDICATIONS 1. Dispositif de test et de régulation d'un circuit de transmission comprenant au moins un émetteur et/ou récepteur d'informations, au moins un circuit commandé, et un joint tournant (JT) à n entrées et m sorties reliant le circuit d'émission connecté à une des n entrées au circuit commandé connecté à une des m sorties, caractérisé en ce qu'il comprend également: - un émetteur de test (E) connecté à une des n entrées du joint tournant (JT); - un premier dispositif de réflexion (Fr) ou de rétro-réflexion connecté à un des m sorties du joint tournant; - un récepteur de test (R) connecté à une des n entrées du joint tournant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de transmission est un circuit de transmission optique, ledit émetteur et/ou récepteur fonctionne en optique, le joint tournant est un joint tournant optique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'émetteur de test (E) et le récepteur de test (R) sont connectés à la même entrée du joint optique tournant (JT). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur optique (CO) situé entre l'émetteur de test (E) et le récepteur de test (R) d'une part et le coupleur d'autre part et permettant de connecter l'émetteur de test et le récepteur de test soit au joint tournant (JT), soit à un deuxième dispositif de réflexion (F'r). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur optique (C) à 2 entrées-1 sortie, I'émetteur de test (E) et le récepteur de test (R) étant connectés chacun à une entrée et la sortie étant connectée vers le joint tournant optique (JT). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de détection (CT) connecté au récepteur de test (R) recevant les signaux reçus par le récepteur et détectant dans les variations de ces signaux lorsque le joint tournant optique (JT) tourne. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce chaque émetteur émet une longueur d'onde ou une gamme de longueur d'ondes particulière et chaque récepteur est capable de recevoir une longueur d'onde ou une gamme de longueurs d'ondes particulière et en ce qu'il comporte un premier multiplexeur/démultiplexeur ((Mx/Dx),) permettant de connecter les émetteurs/récepteurs au joint tournant (JT), ainsi qu'un deuxième multiplexeur/démultiplexeur ((Mx/Dx)2) permettant de connecter le joint tournant (JT) aux circuits commandés, le premier dispositif de réflexion (Fr) étant connecté au joint tournant par le deuxième multiplexeur/démultiplexeur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur optique (CO) situé entre l'émetteur de test (E) et le récepteur de test (R) d'une part et le premier multiplexeur/démultiplexeur d'autre part et permettant de connecter l'émetteur de test et le récepteur de test soit au premier multiplexeur/démultiplexeur soit au deuxième dispositif de réflexion (F'r).