Brevet FR2828583A1 — publié le 20030214

La présente invention concerne un procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique, un procédé de réglage d'une telle antenne ainsi qu'un déphaseur associé à un élément rayonnant. Elle s'applique par exemple pour le réglage d'antennes actives à balayage électronique, notamment pour le réglage de ses modules d'émission et de réception. Les radars modernes multifonctions, devant notamment réaliser à la fois une fonction poursuite multi-cibles et une fonction veille, comportent une antenne à balayage électronique capable d'effectuer un balayage en site et en gisement. Les antennes à balayage électronique sont couramment constituées d'un ensemble d'éléments rayonnant émettant une onde hyperfréquence dont la phase est électroniquement commandable, indépendamment pour chaque élément ou groupe d'éléments, en vue d'obtenir un faisceau d'antenne balayant l'espace. A cet effet, le plan d'une telle antenne est tapissé de déphaseurs, un déphaseur étant associé à un élément rayonnant. Une antenne dont le faisceau est capable de balayer l'espace selon deux directions nécessite un grand nombre d'éléments rayonnants. La plupart du temps, pour des raisons de coût, ce sont des déphaseurs à diodes qui sont utilisés. Une antenne active comporte par ailleurs les sources d'émission, plus particulièrement des amplificateurs de puissance destinés à l'amplification d'un signal hyperfréquence fourni par un oscillateur local. Un amplificateur élémentaire peut être associé à un ou plusieurs déphaseurs. En fait, il s'agit par exemple d'un module comportant à la fois la fonction d'émission, amplification d'un signal hyperfréquence, et la fonction de réception. Etant donné que le faisceau d'antenne est fonction des déphasages appliqués sur les signaux des éléments rayonnant, la phase à l'origine de chacun des modules d'émission est importante. Il est en effet nécessaire que les modules d'émission émettent avec la même phase pour des raisons d'optimisation des diagrammes d'antennes. Pour un fabricant d'antenne, une solution a priori simple consiste à s'approvisionner en modules de phases identiques pour équiper une même antenne. Cependant, une telle solution est coûteuse, car leurs phases sont dispersées de fabrication. Si on considère par exemple une antenne où les éléments rayonnant et leurs déphaseurs associés sont regroupés en lignes, avec un module d'émission et de réception par ligne, une telle architecture peut nécessiter en effet plusieurs dizaines de modules. Enfin, non seulement les modules d'émission ont des phases initiales dispersées, mais il en est de même pour les déphaseurs, dont le nombre dans l'antenne est très important. Une solution économique consiste donc à utiliser des modules et des déphaseurs à phases initiales dispersées, donc moins chers, et à effectuer un réglage ou étalonnage des phases en sortie des déphaseurs, une fois l'antenne équipée. Des méthodes classiques utilisent un signal d'étalonnage circulant dans chacun des modules d'émission. Les paramètres de ce dernier sont alors réglés de façon à obtenir une phase déterminée en fonction du signal d'étalonnage. Ces méthodes présentent plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient est que la fonction d'étalonnage peut être perturbée par l'environnement extérieur, notamment en cas de brouillage. Un deuxième inconvénient réside dans le fait que le signal d'étalonnage émis par une antenne peut constituer un signal de relativement forte puissance susceptible d'être détecté, et donc gênant dans un contexte de discrétion. Les solutions consistant à mesurer l'environnement ou à recommencer les mesures d'étalonnage tant qu'on obtient des mesures brouillées montrent vite leurs limites dans un environnement de brouillage sévère ou en présence de plusieurs radars, comme par exemple sur un navire. Par ailleurs, l'exigence de discrétion ne peut facilement être remplie dans l'espace, un type de solutions consiste à privilégier une direction azimutale pour l'émission des signaux d'étalonnage. Cette dernière méthode a également ses limites et impose des contraintes de système sur le radar. Un but de l'invention est notamment de palier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant reliés chacun en amont à un déphaseur hyperfréquence. Le déphaseur comportant des cellules de déphasage à diodes en cascade, la dernière cellule étant composée de deux branches débouchant chacune sur l'élément rayonnant et comportant au moins une diode, la fermeture de l'antenne est obtenue en commandant les diodes de la cellule à l'état passant. Avantageusement, le degré d'isolation de la fermeture est renforcé du fait que l'avant dernière cellule étant composée de deux branches comportant chacune au moins une diode et se rejoignant en entrée de la dernière branche, les diodes des deux branches sont commandées à l'état passant. Avantageusement, pour permettre le contrôle de la phase d'un signal réfléchi par l'avant dernière cellule de déphasage, cette dernière comporte deux diodes D6, D7 séparée d'une distance égale à À/4 où À est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, la diode D6 la plus en amont étant commandée à l'état passant alors que la diode D7 située en aval est commandée à l'état bloqué de façon à créer un déphasage égal à 1t par rapport à l'état bloqué de la diode D6. L'invention a également pour objet un procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique et un déphaseur hyperfréquence comportant des cellules de déphasage à diodes, en cascade. L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet un réglage fiable et discret d'une antenne à balayage électronique, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique. 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 d'architecture d'une antenne à balayage électronique ; - la figure 2, un schéma montrant le principe de fonctionnement d'un déphaseur à diodes selon l'invention ; - la figure 3, un exemple de réalisation du déphaseur précité. La figure 1 illustre un exemple d'architecture d'une antenne à balayage électronique. Cette antenne comporte N groupes d'éléments rayonnant 1, chaque élément rayonnant étant associé à un déphaseur 2 situé en amont. Un élément rayonnant, placé en sortie de son déphaseur, est par exemple un dipôle. Les éléments rayonnant et leurs déphaseurs sont par exemple groupés en lignes ou en colonnes. A titre d'exemple, on considèrera N lignes. Chaque ligne est reliée à un module d'émission et de réception 3. Un signal hyperfréquence bas niveau fo attaque les modules 3 qui amplifient ce signal pour fournir à chaque groupe de déphaseurs 2 un signal amplifié. Ce dernier se répartit dans chacun des déphaseurs par une arborescence de lignes hyperfréquence 4, en forme de chandelier par exemple, l'important étant que le signal soit distribué de manière équiphase sur les déphaseurs. Par ailleurs, si un groupe comporte m déphaseur et que le signal possède une puissance P, la puissance reçue par un déphaseur est P/m. Ces lignes hyperfréquence sont par exemple du type triplaque. Elles sont par exemples reliées à un module d'émission et de réception 3 par un diviseur 5, par exemple un anneau hybride, de sorte qu'une première entrée/sortie soit reliée par une ligne hyperfréquence au module 3. Une autre sortie est reliée à un premier combineur 6. La sortie de la voie de réception de chaque module 3 est reliée à un diviseur 7 dont une sortie est reliée à un deuxième combineur 8 et l'autre sortie est reliée à un troisième combineur 9. Classiquement, la sortie du troisième combineur 9 constitue la voie somme et les sorties des premier et deuxième combineurs 6,8 constituent les voies différences, en élévation et en azimut, notamment pour des mesures d'écartométrie. Un signal d'étalonnage fE est envoyé par un coupleur 10 sur chacun des groupes de déphaseurs 2. Ce signal d'étalonnage possède une phase de référence (po. La figure 2 illustre par un schéma de principe un déphaseur à diodes 2 selon l'invention. Ce déphaseur comporte quatre cellules de déphasage à diodes 21,22, 23,24. La fonction de déphasage est réalisée de façon quantifiée par ces cellules. Chaque cellule correspond à un poids de déphasage donné. Ainsi, les première, deuxième, troisième et quatrième cellules 21,22, 23,24 opèrent par exemple respectivement un déphasage de nul8, nul4, n/2 ou n selon l'état de leurs bits de commande. Le signal hyperfréquence arrive par une entrée E avant de passer successivement dans la première 21, deuxième 22, troisième 23 et quatrième cellule 24. En sortie de cette dernière, le signal déphasé attaque l'élément rayonnant 1, par exemple un dipôle. L'invention effectue une utilisation particulière de ce déphaseur à diodes en exploitant avantageusement certaines de ses propriétés. La première cellule 21, cellule du bit 71/8, est par exemple composée classiquement de deux bouts de lignes hyperfréquence de longueur A/4, encore appelés stub dans la littérature anglo-saxonne. Cette cellule agit par perturbation. Par la suite, À correspond à la longueur d'onde moyenne, c'est-à-dire à la fréquence au centre de la bande de fonctionnement. La deuxième cellule 22, cellule de bit 1Ú4, est par exemple aussi composée de stubs . D'autres formes de cellules sont envisageables. En ce qui concerne les deux dernières cellules de déphasage 23,24, avant l'élément rayonnant 1, leurs constructions sont telles que définies par la suite. L'avant dernière cellule de déphasage 23, cellule de bit 71/2, agit par différence de trajet. A cet effet, elle est composée de deux branches 231, 232 qui se rejoignent à sa sortie. Les deux branches ont des longueurs différentes, la deuxième branche ayant une longueur supérieure de A/4 par rapport à la première 231. La première branche est une ligne hyperfréquence comportant une diode D8. La deuxième branche est une ligne hyperfréquence comportant deux diodes D6, D7. La distance entre ces deux diodes est de À/4. La dernière cellule 24, cellule de bit n associée au dipôle 1, agit par retournement du champ électromagnétique. Elle comporte deux branches 241,242 débouchant chacune sur une branche du dipôle. La première branche 241 comporte une diode D10 et la deuxième branche comporte une diode D9. Ainsi, l'utilisation d'un tel déphaseur lors du fonctionnement de l'antenne consiste à rendre l'une des branches de la cellule 1Ú2 passante et l'autre bloquante. Cela revient notamment à piloter les diodes D6, D7, D8 de la cellule de bit 1Ú2 de façon à diriger le signal hyperfréquence dans une branche ou dans l'autre, c'est-à-dire à bloquer la diode D8 quand les diodes D6 et D7 conduisent et réciproquement. De même, pour la cellule 24 de bit n, on bloque la diode D9 quand la diode D10 conduit pour obtenir le vecteur champ dans un sens et on commute le champ en opposition de phase quand on inverse les commandes des diodes, d'où le déphasage de n. En phase de réglage, une utilisation selon l'invention du déphaseur présenté par la figure 2 permet avantageusement d'effectuer au moins deux fonctions. Une première fonction réalise la fermeture de l'antenne. L'antenne est alors isolée de l'extérieur. En particulier, un signal d'étalonnage injecté dans le déphaseur est susceptible alors de se réfléchir vers la source ou vers un coupleur de calibration. La deuxième fonction protège ces circuits en assurant à un utilisateur la maîtrise du trajet du signal réfléchi, pour qu'il se dirige notamment ailleurs que vers la source ou le coupleur calibration où se situent des circuits fragiles tels que les limiteurs par exemple. L'invention permet donc une fermeture de l'antenne. On a vu précédemment la nécessité qu'il peut y avoir de calibrer, régler ou étalonner des modules d'émission ou de réception, associés à un élément rayonnant et son déphaseur ou plus généralement à un groupe d'éléments rayonnants et leurs déphaseurs, par exemple constitués en lignes ou en colonnes. On a alors besoin de contrôler finement la phase et l'amplitude du signal émis. A cet effet, on injecte un signal d'étalonnage fE. Ce signal est par exemple injecté, pour chaque groupe d'éléments rayonnants associé à un module d'émission/réception, en entrée x du circuit de type triplaque comportant les lignes d'alimentation 4 des déphaseurs. Cela permet notamment d'injecter un signal de réception ou de faire une transmission de puissance, les deux opérations étant temporellement décorrélées, et de recueillir un signal de mesure. En étalonnage à la réception, tout signal venant de l'extérieur peut brouiller le signal d'étalonnage. En étalonnage à l'émission, le radar rayonne ses fréquences qui sont donc susceptibles d'être repérées. L'invention permet de façon simple, d'isoler les circuits d'émission et de réception jusqu'aux déphaseurs compris, dans un sens et dans l'autre. A cet effet, le déphaseur est utilisé d'une façon non conforme, en particulier en ce qui concerne ses deux dernières cellules 23,24. Cette utilisation selon l'invention empêche un signal de passer. Pour la dernière cellule 24, de déphasage TE, les deux diodes D9 et D10 sont commandées à l'état passant, ce qui ramène un circuit ouvert dans le dipôle 1 et en entrée de cette cellule 24. Des mesures expérimentales effectuées par la Déposante montrent qu'une isolation de 30 dB peut être obtenue entre le dipôle 1 et l'entrée de la dernière cellule 24. Pour l'avant dernière cellule 23, de déphasage nul2, les diodes D6, D7 et D8 sont commandées également à l'état passant, ce qui ramène un circuit ouvert en sortie de cette cellule 23. Des mesures expérimentales effectuées par la Déposante, ont montré qu'une isolation supplémentaire de 20dB pouvait être ainsi obtenue. Un signal d'étalonnage injecté et qui entre dans un déphaseur va donc se réfléchir au niveau de l'avant dernière cellule 23. Une deuxième fonction apportée par l'invention est un déphasage en réflexion. A cet effet, elle porte sur la commande des cellules 21,22, 23, c'est-à-dire sur la cellule 23 où commence la réflexion du signal d'étalonnage et les cellules 21,22 qui la précèdent. La commande porte particulièrement sur la diode D6 d'une des branches 232 de l'avant dernière cellule, située la plus en amont. La deuxième diode de la branche, située en aval est la diode D7. Entre les deux états, passant ou bloqué, de la diode D6 on obtient sur un signal injecté dans le déphaseur et réfléchi sur la diode D7 un déphasage de n. Par ailleurs, les deux premières cellules 21,22, de déphasage z/8 et 71/4 en trajet direct, offrent vis-à-vis d'un signal réfléchi dans le déphaseur un déphasage double ayant respectivement les valeurs n/4 et n/2. On dispose ainsi sur le signal réfléchi de l'équivalent d'un déphaseur à trois bits, de poids nul4, 7d2 et n. Cela permet donc de contrôler le signal réfléchi de façon notamment à minimiser la puissance en retour dans la voie de mesure en réalisant par exemple : - soit la focalisation en un point autre que la voie de mesure ; - soit la réalisation d'une loi de brouillage, permettant la minimisation du signal en retour dans la voie de mesure ; - soit la focalisation dans une voie différence chargée pour absorber le signal en retour. La figure 3 présente, à titre d'exemple, un mode de réalisation possible d'un déphaseur selon l'invention correspondant au schéma de principe de la figure 2. Il est par exemple équipé de moyens de commandes qui permettent notamment d'appliquer les commandes précédemment décrites relativement au procédé de fermeture d'une antenne. Le déphaseur est par exemple réalisé sur une structure 32 de type à microrubant appelée encore microstrip. La figure 3 montre les circuits du déphaseur par une vue de dessus. Cette structure microstrip comporte par exemple le dipôle 1 formant l'élément rayonnant placé en sortie du déphaseur. Le circuit comporte donc une ligne hyperfréquence 33 partant de l'entrée E du déphaseur jusqu'à l'avant dernière cellule composée de ses deux branches 231,232. Ces dernières comportent chacune au moins une diode D6, D7, D8 et se rejoignent en sortie de cellule. L'une des deux branches 232 comporte deux diodes successives D6, D7 séparée d'une distance égale à ìJ4 où X est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne. Cette différence de trajet de ìJ4 entre les deux branches 231, 232 permet de créer un déphasage de Ti/2 selon que l'on passe par l'une ou l'autre des deux branches et permet par ailleurs de créer un déphasage de TC pour le signal réfléchi, du fait notamment que les diodes D6 et D8 sont à égale distance du point de séparation A des deux branches. La dernière cellule de déphasage placée en sortie de la précédente est composée de deux branches 241,242 d'égales longueurs débouchant sur le dipôle 1. Chaque branche comporte au moins une diode D9, D10 située à égale distance du point B de séparation des deux branches. Le déphaseur de la figure 3 est un déphaseur à quatre bits de commande capable de produire seize valeurs de déphasage équiréparties dans l'intervalle compris entre 0 et 2toc. On peut bien sûr envisager un nombre de cellules de déphasage différent de quatre. Les deux précédentes cellules 23,24 réalisent des déphasages respectifs de W2 et TC. Les deux premières cellules de la cascade 21,22 réalisant des déphasages de foc/8 et 71/4 sont situées le long de la lignes hyperfréquence 33 reliant l'entrée du déphaseur au point d'entrée A de l'avant dernière cellule 23. La première cellule est par exemple composée classiquement de deux lignes stub"34, 35 reliant chacune la ligne hyperfréquence 33 à une diode D34, D35. La première cellule comporte par exemple trois stubs 36,37, 38 reliant chacune la ligne hyperfréquence 33 à une diode D36, D37, D38. Les signaux de commande des diodes, fournis par les moyens de commande 31, sont passent par une ou plusieurs couches de type circuit imprimé associées au circuit triplaque. Les signaux de commande arrivent sur la face avant, qui comportent les diodes, au moyen de trous métallisés puis sont acheminés aux diodes par des pistes conductrices basse fréquence, ces éléments classiques n'étant pas représentés sur la figure 3. Par le blocage des deux dernières cellules 23,24 de déphasage n/2 et 71, l'isolation obtenue entre le point A d'entrée de l'avant dernière cellule et la sortie du déphaseur, au niveau de l'élément rayonnant 1, peut atteindre 50dB environ, ce qui apporte une bonne protection vis-à-vis de l'extérieur. Cette fonction correspond avantageusement à une fermeture d'une antenne constituée des éléments rayonnant 1 associés aux déphaseurs 2. Cette fonction protège bien évidemment dans les deux sens de propagation du signal. Elle permet donc une grande atténuation des signaux d'étalonnage vers l'extérieur circulant dans l'antenne. Par la commande des deux cellules d'entrée 21,22 et de la diode D6, on peut avantageusement diriger la réflexion du signal d'étalonnage ailleurs que vers sa source et/ou dans un coupleur, ce qui permet notamment de protéger des éléments fragiles tels que des limiteurs de puissance mais aussi de minimiser les erreurs d'étalonnage. Le procédé de fermeture d'antenne selon l'invention peut être mis en oeuvre de façon simple et économique, puisqu'il s'agit principalement d'agir sur les commandes. Pour peu que les moyens de commande 31 soient programmables, le coût matériel est alors pratiquement nul. Avantageusement, la fermeture d'antenne telle décrite précédemment peut être appliquée dans un procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique, dès lors qu'il faut faire circuler dans cette dernière, que ce soit dans ses modules d'émission et/ou de réception ou dans d'autres de ses circuits, des signaux d'étalonnage. Ces signaux d'étalonnage circulent donc dans les circuits de l'antenne, par exemple les modules précités, jusqu'y compris dans les déphaseurs. Ces signaux sont alors protégés, plus particulièrement isolés, vis-à-vis de l'extérieur. Le réglage peut ainsi être effectué en toute sécurité et en toute discrétion. La description de l'invention a été faite avec un déphaseur comportant des cellules de déphasage à diodes. Ces diodes peuvent néanmoins être remplacées par tout autre composant remplissant la fonction de commutateur entre l'état court-circuit et l'état circuit ouvert, et vice versa. REVENDICATIONS 1. Procédé de fermeture d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant (1) reliés chacun en amont à un déphaseur hyperfréquence (2), caractérisé en ce que le déphaseur (2) comportant des cellules de déphasage à commutateurs (21,22, 23,24) en cascade, la dernière cellule étant composée de deux branches (241,242) débouchant chacune sur l'élément rayonnant et comportant au moins un commutateur (D9, D10), la fermeture de l'antenne est obtenue en commandant les commutateurs de la cellule (24) à l'état passant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dernière cellule de déphasage (24) produit un déphasage de 11 : lorsque l'une de ses branches est passante et l'autre bloquée. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'avant dernière cellule (23) étant composée de deux branches (231,232) comportant chacune au moins un commutateur (D6, D7, D8) et se rejoignant en entrée de la dernière branche, les commutateurs des deux branches sont commandées à l'état passant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des branches (232) de l'avant dernière cellule de déphasage (23) comportant deux commutateurs D6, D7 séparées d'une distance égale à À/4 où À est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, le commutateur D6 la plus en amont est commandée à l'état passant alors que le commutateur D7 située en aval est commandée à l'état bloqué de façon à créer un déphasage égal à n par rapport à l'état bloqué du commutateur D6. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'avant dernière cellule (23) et les cellules de déphasage précédentes (21,22) sont commandées de façon à contrôler un signal réfléchi par cette avant dernière cellule (23), le contrôle s'effectuant par l'application ou non de déphasages de poids successifs, le poids de déphasage des autres cellules (21,22) étant doublé par rapport au trajet direct. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les poids successifs sont au moins n, n/2 et 7z/4. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne comporte des modules d'émission et de réception (3) associés à un élément rayonnant (1) ou à un groupe d'éléments rayonnant (1), un déphaseur (2) étant placé entre chaque élément rayonnant et son module d'émission et de réception associé. 8. Procédé de réglage d'une antenne à balayage électronique comportant des éléments rayonnant (1) reliés chacun en amont un déphaseur hyperfréquence (2) où un signal d'étalonnage circule dans les circuits de l'antenne y compris dans les déphaseurs, caractérisé en ce qu'il effectue une fermeture de l'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les commutateurs sont des diodes. 10. Déphaseur hyperfréquence comportant des cellules de déphasage (21,22, 23,24) à commutateurs en cascade et des moyens de commande (31) des commutateurs à l'état passant ou bloqué, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cellule de déphasage (23) composée de deux branches (231,232) comportant chacune au moins un commutateur (D6, D7, D8) et se rejoignant en sortie, l'une des deux branches (232) comportant deux commutateurs successives D6, D7 séparées d'une distance égale à A/4 où À est la longueur d'onde moyenne des signaux émis par l'antenne, la distance du commutateur D6 au point A de séparation des deux branches étant égale à la distance du commutateur D8 de l'autre branche (231) à ce point A. 11. Déphaseur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule de déphasage (24) en aval composée de deux branches (241,242) comportant chacune au moins un commutateur D9, D10 et constituant la dernière cellule de la cascade susceptible de déboucher sur un élément rayonnant d'antenne (1). 12. Déphaseur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la dernière cellule (24) et l'avant dernière cellule (23) réalisent des déphasages respectifs de 11 et 71/2. 13. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les moyens de commande (31) ferment la sortie du déphaseur en commandant au moins les commutateurs D9, D10 de la dernière cellule (24) à l'état passant. 14. Déphaseur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de commande (31) ferment la sortie en commandant en outre les commutateurs D6, D7, D8 de l'avant dernière cellule à l'état passant. 15. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en qu'un déphasage de 11 est obtenu sur un signal réfléchi par l'avant dernière cellule (23) en commandant le commutateur D6 la plus en amont à l'état passant et le commutateur D7 située en aval à l'état bloqué, pour former un déphaseur à N-1 bits de commande pour le signal réfléchi, N étant le nombre de cellules de déphasages (21,22, 23,24). 16. Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que les commutateurs sont des diodes.