Brevet FR2863782A1 — publié le 20050617

L'invention concerne le domaine des antennes et plus particulièrement celui des antennes à plasma aptes à fonctionner sur une très large bande de fréquence. Les antennes courantes fonctionnent dans une bande de fréquence étroite et leur taille et inversement proportionnelle à la longueur d'onde de fonctionnement. Dans le domaine des basses fréquences (LF), très basses fréquences (VLF) et extrêmement larges fréquences (ELF), la hauteur des antennes de type quart d'onde doit atteindre plusieurs centaines de mètres à plusieurs centaines de kilomètres, par exemple 750km à 100Hz, et leur construction devient alors problématique. De plus, elles ne peuvent en aucun être facilement déplaçables. Or ce domaine de fréquence est utile notamment dans le cadre de communication avec un bâtiment immergé tel un sous-marin. Pour résoudre ce problème, il est connu d'utiliser des antennes à plasma. Ainsi le brevet US3404403 décrit une antenne à plasma comprenant des moyens pour produire un rayon laser, des moyens aptes à permettre l'utilisation de ce laser en mode pulsé, des moyens aptes à focaliser ce rayon laser à différents points afin d'ioniser une colonne d'air et des moyens pour coupler un signal à la base de la colonne d'air. On connaît aussi le brevet US6087993 qui décrit une antenne comprenant un générateur de rayon ionisant vertical, des moyens d'alimentation du générateur apte à permettre la production d'une colonne de plasma, le générateur étant apte, par ailleurs à produire un courant modulé dans le plasma. De plus un cristal électrooptique est associé d'une part au rayon laser et d'autre part à un générateur d'un signal modulé en fréquence. Ainsi le cristal module la phase ou l'amplitude du laser, cette modulation se répercutant directement sur la colonne de plasma. Cependant, les plasmas créés dans le cadre de ces brevets présentent deux inconvénients majeurs, à savoir d'une part ils sont dispersifs donc nécessitent des puissances d'alimentation très importantes et d'autre part, il y a un phénomène de non linéarité dans l'air dû à la puissance importante mise en jeu, cette non linéarité produisant des déformations du signal transmis. Le but de l'invention est de proposer une antenne facile à construire, facile à déplacer, ne nécessitant pas une puissance d'alimentation très importante et pour laquelle il n'y a pas de phénomène de non-linéarité. La solution apportée est une antenne comportant un générateur d'un rayonnement laser et des moyens de couplage d'un signal électrique à ce rayonnement laser, cette antenne étant caractérisée en ce que le générateur (1) d'un rayonnement laser (2) est un laser femto-seconde. Selon une caractéristique particulière, le générateur comporte des moyens aptes à pulser le rayonnement laser. Selon une caractéristique permettant de contrôler la longueur du filament, le générateur comporte des moyens aptes à modifier la forme des impulsions laser et/ou des moyens aptes à faire varier la puissance du rayonnement laser. Selon une autre caractéristique, les moyens de couplage comportent un anneau de couplage, de préférence métallique, disposé en sortie du générateur. Selon une autre caractéristique, les moyens de couplage comportent un modulateur acousto-optique. L'invention concerne aussi un procédé pour émettre un signal électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à générer une filamentation dans de l'air ou dans un autre gaz avec un laser femto-seconde, puis à maintenir cette filamentation en générant des impulsions laser avec ledit laser femto-seconde et à coupler le signal électrique au rayonnement émis par le laser femto-seconde. Selon une caractéristique particulière, un procédé selon l'invention comporte une étape de contrôle de la longueur de la filamentation. Selon une caractéristique additionnelle, le contrôle de la longueur de la filamentation est réalisé par régulation de la puissance d'émission du laser. Selon une autre caractéristique, la valeur de consigne, pour le contrôle de la longueur de la filamentation, correspond à la demi ou au quart de la longueur d'onde de la fréquence porteuse du signal électromagnétique. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description de différentes variantes de réalisation de l'invention, en regard des figures annexées parmi lesquelles: - La figure 1 présente un schéma général de l'invention. - La figure 2 montre un schéma d'une variante de réalisation de l'invention. La figure 1 montre, de façon schématique, une antenne selon l'invention. Cette antenne comprend un générateur 1 d'un rayonnement laser 2, des moyens de génération 3 d'un signal électrique, des moyens 4 de couplage de ce signal électrique audit rayonnement laser 2 et ce générateur 1 d'un rayonnement laser 2 est un laser femto-seconde. Ce laser femto-seconde fonctionne, dans ce mode de réalisation en mode pulsé et dans l'air et il crée, comme montré sur la figure 2, non pas une colonne de plasma comme dans le cas de l'état de la technique, mais une filamentation c'est-à-dire une colonne 7 dans laquelle l'indice de réfraction est croissant depuis l'extérieur vers l'intérieur et qui de ce fait engendre une ionisation 6 uniquement au niveau de l'axe de symétrie de la colonne donc une ionisation filamenteuse 6 et non pas de toute la colonne 7, ce qui réduit considérablement la puissance à mettre en jeu pour maintenir l'ionisation et supprime les problèmes de non-linéarité. La figure 3 montre plus précisément les moyens de couplage 4 selon une variante de réalisation particulière. Les moyens de couplage du signal électrique avec le laser sont constitués par un anneau métallique 5, à savoir un anneau en cuivre ou en tout autre matériau conducteur, disposé juste en sortie du laser femto-seconde 1 et de telle manière que le rayonnement laser passe par le centre du cercle constitué par l'anneau 5. Ainsi, les moyens de génération 3 d'un signal électrique fournissent un signal à transmettre au sein d'un signal généré à la fréquence porteuse. Ce signal électrique est généré par des moyens connus et ce signal électrique est transmis à l'anneau de couplage 5 qui agit tel une électrode sur la filamentation laser en injectant dans ce filament le signal modulé qui est ainsi émis électramagnétiquement. Pour le fonctionnement de l'antenne, soit le signal appliqué à l'anneau de couplage doit avoir une fréquence maximale compatible avec la fréquence d'échantillonnage du filament ionisé, soit le système utilise la relaxation du filament pour pouvoir émettre. Donc une antenne selon l'invention est mobile et l'émission est faite discrètement avec un rendement proche de un. De plus, aucune installation d'infrastructure fixes n'est nécessaire pour l'émission. Aucun aéronef, ballon ou autre ne sera nécessaire pour ériger l'antenne d'émission. L'antenne est constituée par une filamentation ionisée créé par un laser femto-seconde dirigé vers le haut. La fréquence de répétition de ce laser est en accord avec la fréquence minimale d'échantillonnage de Shannon correspondant à la fréquence VLF/LF que l'on désire émettre. La puissance du LASER est ajustée afin que la longueur du plasma soit en permanence égale à la longueur d'onde d'accord du système, à savoir X, X/4 ou X/2 suivant les modes souhaités. Pour un accord en X,/2, l'impédance vue à la base de l'antenne serait ohmique et vaudrait 7352, pour un accord en X/4. Le coté immatériel de l'antenne permet de s'affranchir de la plupart des défauts et difficultés liées à la taille énorme des antennes d'émission indispensable pour rayonner de l'énergie à cette gamme de fréquence. Son accord peut se faire de manière instantanée par adaptation de longueur et donc supprimer les dispositifs d'accord que l'on doit insérer entre les émetteurs proprement dits et les antennes d'émission. Ainsi l'accord suit la modulation et autorise ainsi des modulations totalement impossibles à ce jour. Le débit et la protection de l'information sont largement accru par rapport à l'état de la technique et la résistance aux intempéries est sans commune mesure avec ce qui est connu à ce jour. On peut réaliser des émetteurs mobiles qui sont aisément projetables, par exemple à partir d'une plate-forme terrestre, à partir d'une plate-forme navale ou à partir d'une plateforme aérienne. De ce fait il est possible de déployer des stations suivant les besoins lors de déploiements lointains de sousmarins ou bien au contraire de disposer d'une station au plus près des hautes autorités nationales qui pourraient ainsi donner leurs ordres aux porteurs d'armes sans passer par les réseaux d'infrastructures. La possibilité d'utiliser des dipôles en demi-ondes et non en quart d'onde permet de s'affranchir de la nécessité du plan de sol où le couplage de la source électrique au filament LASER doit être placé au milieu de la longueur du filament Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation précédemment décrits sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, bien que l'exemple de réalisation concerne plus particulièrement les fréquences basses, l'invention peut être appliquée à toutes les gammes de fréquences dès lors qu'elles utilisent une antenne fouet pour l'émission électromagnétique. Par ailleurs, cette antenne peut aussi être utilisée pour la réception d'un signal électromagnétique. De plus, le fonctionnement d'une antenne selon l'invention n'est pas limitée à la génération d'un filament vertical et ce filament peut être généré dans n'importe quelle direction. 6 REVENDICATIONS 1. Antenne comportant un générateur d'un rayonnement laser et des moyens de couplage d'un signal électrique à ce rayonnement laser, cette antenne étant caractérisée en ce que le générateur (1) d'un rayonnement laser (2) est un laser femto-seconde. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le générateur comporte des moyens aptes à pulser le rayonnement laser. 3 Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le générateur comporte des moyens aptes à modifier la forme des impulsions laser et/ou des moyens aptes à faire varier la puissance du rayonnement laser. 4 Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de couplage comportent un anneau de couplage, de préférence métallique, disposé en sortie du générateur. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en 15 ce que les moyens de couplage comportent un modulateur acousto-optique. 6. Procédé pour émettre un signal électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à générer une filamentation dans de l'air ou dans un autre gaz avec un laser femto-seconde, puis à maintenir cette filamentation en générant des impulsions laser avec ledit laser femto-seconde et à coupler le signal électrique au rayonnement émis par le laser femto-seconde. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle de la longueur de la filamentation. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le contrôle de la longueur de la filamentation est réalisé par régulation de la puissance d'émission du laser. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la valeur de la consigne pour le contrôle de la longueur de la filamentation correspond à la demi ou au quart de la fréquence porteuse du signal électromagnétique.