Brevet FR2934100A1 — publié le 20100122

DISPOSITIF D'EMISSION ET DE RECEPTION EMETTANT EN POLARISATION INCLINEE ET RECEVANT SELON DEUX POLARISATIONS ORTHOGONALES La présente invention concerne le domaine des dispositifs comprenant un ou plusieurs éléments rayonnants recevant et émettant des signaux correspondant à des ondes électromagnétiques. En particulier, le domaine de l'invention concerne les éléments rayonnants émettant en polarisation inclinée et recevant selon deux polarisations orthogonales. Plus particulièrement, l'invention s'applique aux radars. Généralement, dans une antenne classique d'un radar, un signal radio fréquence (RF) est émis dans une polarisation donnée à partir de l'élément rayonnant de l'antenne. A la réception, le signal généré par une onde électromagnétique incidente sur ce même élément rayonnant, sensible à la même polarisation, est envoyé vers le récepteur via un circulateur ou un commutateur séparant les voies émission et réception. Dans ce cas de figures les voies d'émission et de réception sont 20 sensibles à la même polarisation du champ électrique. Par ailleurs, il existe des systèmes radar de surveillance comprenant des antennes offrant la possibilité du choix de la polarisation en réception. Par exemple dans une application radar lors d'un retour d'écho les 25 polarisations peuvent être choisies orthogonalement de manière à sélectionner celle des deux polarisations donnant le signal de niveau le plus élevé. Généralement, dans ce cas de figure, les polarisations horizontale (H) et verticale (V) sont souvent utilisées. 30 La figure 1 représente une solution conventionnelle de l'art antérieur comportant un élément rayonnant 1, un commutateur ou un circulateur 2 permettant de séparer les signaux émis et reçus par l'élément rayonnant. Dans l'exemple de la figure 1, une voie amplificatrice 4 en émission et une voie amplificatrice 3 en réception sont alors utilisées. 35 Un inconvénient des solutions de l'art antérieur est lié à la commutation des voies en émission et en réception rayonnant des signaux comportant des polarisations différentes, notamment orthogonales. Les structures actuelles nécessitent de démultiplier autant de voies en émission et en réception que de polarisations des signaux émis et reçus de manière à les discriminer efficacement ou d'effectuer une commutation de polarisation au niveau de l'élément rayonnant nécessitant un commutateur faible pertes et supportant une puissance élevée. Cette solution permet de commuter les signaux selon leur polarisation de manière à identifier les signaux reçus comportant les mêmes polarisations mais nécessite une mise en oeuvre parfois complexe des composants permettant la commutation et l'équilibrage des voies. Un autre inconvénient de la commutation selon la polarisation est liée à la puissance répartie des signaux émis ou reçus qui nécessitent que les voies soient équilibrées en puissance pour recomposer les signaux reçus et décomposer les signaux émis ayant des polarisations orthogonales. L'invention permet de s'affranchir des inconvénients précités. 20 Notamment l'invention permet de décomposer ou sommer un champ électrique sur l'élément rayonnant selon deux directions orthogonales. Avantageusement, le dispositif d'émission et de réception de signaux électromagnétiques comprend : 25 ^ au moins une voie d'émission de premiers signaux sur au moins une première antenne selon une première polarisation ^ au moins une voie de réception recevant des seconds signaux sur la première antenne selon la première polarisation, ^ au moins des premiers moyens de commutation des signaux reçus 30 et émis sur la première antenne, Avantageusement, une seconde voie de réception comporte une seconde antenne recevant les seconds signaux selon une seconde polarisation orthogonale à la première polarisation. Avantageusement, la seconde antenne est également une antenne émettrice de troisièmes signaux polarisés selon la seconde polarisation et que des seconds moyens de commutation commutent les signaux reçus et émis sur la deuxième antenne. Avantageusement, les premiers et troisièmes signaux sont deux composantes d'un même signal source dont la polarisation est linéaire et inclinée, le signal source étant divisé par un coupleur. Avantageusement, le coupleur équilibre la première et la seconde composantes en phase et en amplitude. Avantageusement, le signal source est polarisé sensiblement à +/-45°, la première polarisation est verticale et la seconde polarisation est horizontale. Avantageusement, les deux voies de réception ont en commun un moyen de couplage des signaux reçus sur chacune des antennes permettant 15 de : ^ sommer en phase les signaux reçus des deux antennes générant un premier signal de sortie et ; ^ sommer en opposition de phase les signaux reçus des deux antennes générant un second signal de sortie ; 20 Avantageusement, dans un cas de réalisation le moyen de couplage des signaux reçus est un coupleur en anneau. Avantageusement, dans un autre cas de réalisation le moyen de couplage des signaux reçus est un Té magique. Avantageusement, la première polarisation est sensiblement de 25 +45° et que la seconde polarisation est sensiblement de -45°. Avantageusement, le premier signal de sortie est polarisé horizontalement et que le second signal de sortie est polarisé verticalement. Avantageusement, l'invention est un radar comportant au moins un dispositif tel que décrit précédemment. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : un schéma classique d'une antenne de type radar ; • la figure 2 : un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention ; • la figure 3: un schéma de principe d'un second mode de réalisation de l'invention. Dans le cas d'une application radar, lorsqu'une cible est éclairée par le rayonnement à l'émission d'une antenne, une polarisation inclinée du signal émis à 45° permet de décomposer le vecteur champ électrique suivant les polarisations H et V à des niveaux égaux. Le signal émis est alors la somme de deux composantes verticale et horizontale, l'onde réfléchie par la cible se décomposant pareillement sur l'élément rayonnant. Les deux modes de réalisations qui suivent s'appliquent dans un mode privilégié d'utilisation à des applications de type � radar �. Dans ces applications les signaux reçus par le dispositif selon l'invention peuvent être les signaux échos ou réfléchis des signaux émis par le dispositif de l'invention. La figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention comportant une structure rayonnante 20 comprenant un élément rayonnant selon deux polarisations H et V orthogonales représentées symboliquement par deux flèches (H et V) et s'effectuant par l'intermédiaire de deux accès non représentés. La structure rayonnante 20 peut être réalisée avantageusement à partir de dipôles croisés, d'encoches croisées, de fentes croisées, d'éléments en guide d'onde de type � cornet � bipolarisé, ou encore à partir de pavés micro-rubans bipolarisés. A l'émission, le signal radio fréquence Tx, noté Tx45° sur la figure 2, à l'émission est divisé en deux par un coupleur 23 équilibré. Dans un mode privilégié de réalisation le coupleur 23 est équilibré en phase et en amplitude. Les signaux résultants, d'amplitude et de phase identiques, sont envoyés sur les deux accès H et V de la structure rayonnante. A cette fin des circulateurs ou des commutateurs 21, 22 séparent les voies d'émission et de réception. Dans d'autres variantes de réalisations, le signal radio fréquence Tx peut être incliné selon une autre polarisation que 45°. Dans ce cas, le coupleur peut avantageusement ré-équilibrer en amplitudes les composantes H et V lors de la décomposition du signal. La sommation en rayonnement des deux vecteurs H et V des signaux émis résulte en un vecteur champ électrique en polarisation linéaire inclinée à 45°. Le signal ainsi émis possède une polarisation inclinée à 45°. 10 En réception, les champs orthogonaux H et V sont reçus naturellement suivant les deux accès H et V de la structure rayonnante. Les signaux RxV et RxH correspondant aux deux composantes reçues sont envoyés vers le circuit de réception via les circulateurs ou commutateurs 21, 22. 15 Ce premier mode de réalisation permet donc une émission en polarisation inclinée et une réception suivant les deux polarisations H et V. Deux accès permettent la combinaison et la décomposition des signaux émis et reçus selon deux polarisations orthogonales. 20 Un mode privilégié de réalisation permet de décomposer les signaux selon une polarisation horizontale et une polarisation verticale. D'autres variantes de réalisation, selon le schéma de la figure 2, permettent de décomposer les signaux selon deux polarisations orthogonales non nécessairement horizontal et vertical. 25 Une variante possible, par exemple, est d'utiliser deux polarisations selon des accès en émission et en réception à +45° et -45°. Dans ce dernier cas de figure, la polarisation du signal Tx peut être de 0°. Ainsi à l'émission, le signal Tx est décomposé par le coupleur 23 en une composante polarisée à 45° et une composante polarisée à -45°, les deux composantes étant 30 équilibrées en phase et en amplitude. A la réception, les deux composantes reçues ont des polarisations orthogonales à +45° et -45° La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention.5 Le second mode de réalisation permet également d'obtenir une émission inclinée à 45° et une réception selon deux polarisations orthogonales, elle présente l'avantage de n'utiliser qu'un seul circulateur ou commutateur et ne nécessite pas de décomposer le signal émis selon deux polarisations orthogonales. L'émission est directement réalisée à partir du signal Tx45° sur un des accès dont la polarisation est de 45°. Les deux polarisations croisées +45° et -45° de la structure rayonnante sont représentées par deux vecteurs orthogonaux disjoints. Les deux polarisations de base de la structure rayonnante sont inclinées de -45° et +45° et ne sont pas horizontale et verticale comme dans le premier mode de réalisation. La structure rayonnante 35 peut être réalisée avec les mêmes 15 éléments que ceux décrits dans le premier mode de réalisation. En revanche les éléments sont positionnés de façon à obtenir des polarisations inclinées. A l'émission, le signal radio fréquence Tx, noté Tx45° sur la figure 3, est envoyé sur l'accès +45° de la structure rayonnante. Un circulateur ou un 20 commutateur 31 permet de séparer les voies d'émission et de réception de l'accès permettant l'émission et la réception des ondes polarisée à +45°. Ainsi un seul commutateur 31 est nécessaire pour séparer les émissions et les réceptions des signaux polarisés à +45°. 25 La réception du champ électromagnétique s'effectue suivant les deux polarisations -45° et +45° de la structure rayonnante, et les signaux correspondant sont envoyés vers le circuit de réception, où un � élément sommateur � 34 tel qu'un coupleur en anneau, appelé également 'Té magique', somme les signaux reçus en phase selon une première sortie 32, 30 noté RxH, et somme les signaux reçus en opposition de phase selon une seconde sortie 33, noté RxV. Un Té magique est un type particulier de coupleurs, utilisé par exemple dans les antennes pour Radar dits � mono-pulse �. Un Té magique comporte 4 accès communément appelés respectivement � voie somme �, � voie différence � et � voies latérales 1 et 2 �. Dans un coupleur de type Té magique : • Une onde électromagnétique arrivant sur la � voie somme � est divisée en deux vers les bras latéraux, la puissance est divisée en deux par rapport à l'onde incidente, les deux ondes divisées sont en phases. Aucun signal n'est envoyé vers la � voie différence �. ^ Une onde électromagnétique arrivant sur la � voie différence � est divisée en deux vers les bras latéraux, la puissance est divisée en deux par rapport à l'onde incidente, les deux ondes divisées sont en oppositions de phases. Aucun signal n'est envoyé vers la � voie somme �. Ainsi on a les propriétés suivantes des signaux reçus, noté Sr : 15 ^ Sr(+45°) ù Sr(-45°) produit une composante polarisée verticalement ; ^ Sr(+45°) + Sr(-45°) produit une composante polarisée horizontalement ; L'une des sorties fournit donc la composante en polarisation horizontale RxH et l'autre sortie la composante en polarisation verticale RxV. 20 Un ajustement peut être réalisé pour équilibrer en amplitude et en phase les chemins RF entre la structure rayonnante et l'élément sommateur utilisé en réception. Généralement l'ajustement en amplitude permet de diminuer les pertes et l'ajustement en phase permet de compenser les écarts longueurs électriques entre les différents composants. 25 Dans d'autres variantes de réalisations, le même dispositif est compatible avec d'autres polarisations choisies à la condition que les contraintes d'orthogonalité soient respectées entre les accès de la structure rayonnante et par le choix d'une polarisation à l'émission identique à celle 30 d'un des deux accès. Les structures rayonnantes de l'invention peuvent être avantageusement utilisées seules ou en réseaux. Dans un mode privilégié de l'invention, le rayonnement est réalisé en 35 polarisation inclinée à 45° à l'émission et la réception de signaux correspondant à la réception d'ondes électromagnétiques est réalisée suivant les polarisations horizontale et verticale. Ces structures rayonnantes sont réalisées à partir des propriétés de décomposition d'une onde électromagnétique suivant deux polarisations orthogonales. Le premier mode de réalisation selon la figure 2 permet l'utilisation d'une structure rayonnante suivant les polarisations horizontale et verticale, et nécessite deux éléments séparant les voies émission et réception tel qu'un circulateur ou un commutateur. Le second mode selon la figure 3 de réalisation permet l'utilisation d'une structure rayonnante suivant les polarisations inclinées à -45° et +45° et ne nécessite qu'un seul élément séparant les voies émission et réception tel qu'un circulateur ou un commutateur. Ce dernier mode de réalisation requiert généralement un équilibrage des voies. L'un ou l'autre des modes de réalisations peut être retenu en fonction de la capacité à modifier les circuits RF émission-réception d'une part, en fonction de l'encombrement de la structure rayonnant suivant deux polarisations orthogonales d'autre part, en particulier en cas de mise en réseau. REVENDICATIONS1. Dispositif d'émission et de réception de signaux électromagnétiques comprenant : ^ au moins une voie d'émission de premiers signaux sur au moins une première antenne selon une première polarisation ; ^ au moins une voie de réception recevant des seconds signaux sur la première antenne selon la première polarisation, au moins des premiers moyens de commutation des signaux reçus et émis sur la première antenne, caractérisé en ce qu'une seconde voie de réception comporte une seconde antenne recevant les seconds signaux selon une seconde polarisation orthogonale à la première polarisation. 2. Dispositif de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde antenne est également une antenne émettrice de troisièmes signaux polarisés selon la seconde polarisation et que des seconds moyens de commutation commutent les signaux reçus et émis sur la deuxième antenne. 3. Dispositif de transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers et troisièmes signaux sont deux composantes d'un même signal source dont la polarisation est linéaire et inclinée, le signal source étant divisé par un coupleur. 4. Dispositif de transmission selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coupleur équilibre la première et la seconde composantes en phase et en amplitude. 5. Dispositif de transmission selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal source est polarisé sensiblement à +/-45°, la première polarisation est verticale et la seconde polarisation est horizontale.35 6. Dispositif de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux voies de réception ont en commun un moyen de couplage des signaux reçus sur chacune des antennes permettant de : ^ sommer en phase les signaux reçus des deux antennes générant un premier signal de sortie et ; ^ sommer en opposition de phase les signaux reçus des deux antennes générant un second signal de sortie ; 7. Dispositif de transmission selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de couplage des signaux reçus est un coupleur en anneau. 8. Dispositif de transmission selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de couplage des signaux reçus est un Té magique. 9. Dispositif de transmission selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la première polarisation est sensiblement de +45° et que la seconde polarisation est sensiblement de -45°. 10. Dispositif de transmission selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier signal de sortie est polarisé horizontalement et que le second signal de sortie est polarisé verticalement. 25 11. Radar caractérisé en ce qu'il comporte au-moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 30