Brevet FR2981513A1 — publié le 20130419

Procédé simplifié de mise à jour du calibrage d'un dispositif hyperfréquence suite à une opération de maintenance La présente invention concerne un procédé simplifié de mise à jour du calibrage d'un dispositif hyperfréquence. Ce procédé s'applique aux dispositifs comportant différents modules hyperfréquences,par exemple les 5 antennes actives, dans le cadre d'une opération de maintenance. Un dispositif hyperfréquence, notamment une antenne active, est généralement composé de différents modules hyperfréquences. A titre d'exemple nullement limitatif, l'architecture hyperfréquence typique 10 d'une antenne réseau active à balayage électronique est illustrée figure 3. Cette antenne se compose, entre autre, d'éléments rayonnants 1 associés à des modules amplificateurs 2 pouvant être utilisés à l'émission ou à la réception. Ces modules amplificateurs 2 sont eux même associés à des modules multifonctions 3 comportant des éléments de déphasage pour 15 pointer le faisceau de l'antenne dans des directions autres que la direction normale au réseau. De façon à former des secteurs sur la surface de réseau antennaire, les module sont regroupés en plusieurs sous-ensembles 4 par l'intermédiaire, pour chaque secteur, d'un circuit sommateur 5 assurant à l'émission la 20 répartition du signal vers chacun des modules et à la réception la sommation des signaux en sorties des modules. Les différents circuits distributeurs sont connectés à un formateur de voies 6 réalisant, par exemple, en réception la somme de tous les signaux et la différence entre les signaux de certains secteurs. 25 Apres livraison de l'antenne, et lors de son exploitation, des pannes peuvent survenir. Il peut s'agir d'une panne franche sur un module, du blocage d'un module variable commandé, comme par exemple, un déphaseur ou un amplificateur, sur un état donné, d'une dégradation dans le temps des 30 performances d'un module hyperfréquence ou tout autre type de panne. Ces pannes et non-conformités ponctuelles ont pour conséquence une dégradation des performances globales du système. Elles peuvent être détectées, par exemple, lors de tests de bon fonctionnement participant au test intégré de l'antenne ou du système incluant cette antenne (auto-test), ou lors d'un contrôle périodique régulier, par exemple, au cours d'un test sur banc de maintenance. Suite à ces pannes, un remplacement du ou des modules hyperfréquences critiques défaillants identifiés est alors nécessaire. Ce remplacement nécessite un ré-étalonnage, c'est-a-dire, une mise a jour du calibrage de l'antenne de façon à prendre en compte les nouvelles caractéristiques hyperfréquences du ou des modules de remplacement. Il est donc procédé à un nouveau calibrage de l'antenne complète. Un problème est que cette opération de calibrage est une opération assez lourde et peut être très longue. Pour certains dispositifs, comme par exemple pour les dispositifs rayonnants, elle nécessite d'avoir une base de mesure. Un autre inconvénient est que cette opération rend indisponible le matériel sur lequel est installé ce dispositif. Il est à noter que ce problème technique n'est pas spécifique aux antennes à balayage électronique. Le même problème se pose pour les dispositifs hyperfréquences composé de différents modules radiofréquences lors des opérations de maintenance. Un but de l'invention est notamment de corriger tout ou partie des inconvénients précités en proposant un procédé de calibrage de dispositif hyperfréquence permettant de réduire la durée d'immobilisation du matériel équipé de ce type de dispositif. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé simplifié de mise à jour du calibrage de dispositif hyperfréquence comportant au moins un module hyperfréquence tel que décrit par les revendications. L'invention a notamment pour principal avantage de simplifier la mise à jour de la calibration des dispositifs hyperfréquences et donc de simplifier la mise à jour de leur table de calibrage. Elle permet de s'affranchir des mesures et donc des contraintes liées à l'utilisation d'une base de mesure ou d'un banc de maintenance spécifique. Elle permet également de réduire la durée d'immobilisation du matériel équipé de ce type de dispositif hyperfréquence au cours de sa maintenance, par exemple, après remplacement d'un module hyperfréquence. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront 5 plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif hyperfréquence à deux voies, lo La figure 2 représente un exemple de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, La figure 3 représente un exemple de réalisation d'une architecture d'antenne réseau à balayage électronique. 15 La figure 1 représente un exemple d'architecture de dispositif hyperfréquence modulaire. Par soucis de simplification, ce dispositif comporte deux voies V1 et V2, un port d'entrée E et deux ports de sortie S1 et S2. Chaque voie V1 et V2 est composée de différents modules hyperfréquences M1 à M6 montés en cascade. 20 A l'issue de la réalisation du dispositif, les caractéristiques hyperfréquences, comme par exemple, les paramètres [S], de chaque voie sont mesurées. Ces caractéristiques sont ensuite comparées aux caractéristiques souhaitées de façon à identifier les écarts par rapport aux valeurs espérées. L'origine de 25 ces écarts, ou erreurs, peut être diverse. Ils peuvent provenir d'un ou plusieurs des phénomènes suivants: - dispersions dans la réalisation mécanique - tolérances électriques des composants (dispersions dans les caractéristiques) 30 - effet des couplages internes et externes - déphasages ou variations d'amplitude parasites apparaissant dans les différents éléments de l'antenne, - mise en cascade d'éléments (combinaison de désadaptations) - comportement des éléments et des voies avec la température, 35 - comportement des éléments et des voies avec la fréquence, - évolution des éléments dans le temps. Ces erreurs ayant été détectées et identifiées, elles peuvent être corrigées par action sur les éléments ajustables commandés contrôlant la loi de distribution entre les différentes voies. Suivant un autre mode de réalisation, 5 cette correction peut être obtenue par action sur les systèmes de redondance, ou par mise en oeuvre d'une reconfiguration des voies du dispositif. Cette action est déterminée à partir d'une opération de calibrage, également appelée, suivant son terme anglais, « calibration ». 10 En présence des phénomènes cités ci-dessus, dans la bande de fréquence et la gamme de température d'utilisation du dispositif, l'opération de calibrage et son exploitation permettent de déterminer les différences de longueur électrique et d'amplitude entre les différentes voies du dispositif, de compenser ces différences et appliquer un niveau et un déphasage adéquats 15 entre chacune des voies du dispositif. Ces différences de longueur électrique et d'amplitude entre les voies du dispositif sont stockées, dans une zone mémoire du dispositif, dans un fichier appelé table de calibrage ou de correction. L'objectif final du calibrage d'un dispositif hyperfréquence est donc de fournir, 20 sur les plages de fréquence et de température utilisées, des tables indiquant au calculateur les corrections sur les amplitudes et les phases à apporter sur chacune des voies pour s'approcher au mieux d'un comportement idéal. Suivant un exemple nullement limitatif, la distribution entre voie peut être équi-amplitude et équi-phase, à une fréquence et une température données. 25 Lors d'une opération de maintenance, lorsqu'un module du dispositif est remplacé, par exemple, suite à une panne ou au cours d'une opération de maintenance préventive, un nouveau calibrage du dispositif complet devrait être effectué, de façon à prendre en compte les nouvelles caractéristiques 30 hyperfréquences du module de remplacement. En fait, lorsque l'on remplace un module hyperfréquence sur une voie du dispositif, le trajet de l'onde, sur cette voie, est modifié par la différence de trajet entre le module de remplacement et l'ancien module remplacé. En première approximation, on n'est donc pas obligé de refaire un calibrage 35 complet du dispositif. On peut se contenter de reporter la différence des caractéristiques hyperfréquences entre l'ancien module et son module de remplacement dans la table de correction du dispositif. Bien entendu, si plusieurs modules ont été remplacés sur la voie considérée, on doit prendre en compte la somme des différences de trajet induites par les 5 nouveaux modules hyperfréquences et la reporter dans la table de correction. De même, lorsque le remplacement d'un ou plusieurs modules hyperfréquence a lieu sur un dispositif comportant plusieurs voies, comme par exemple, un distributeur 5 de signal à une entrée et n sorties, l'opération 10 décrite précédemment est à répéter sur chaque voie du dispositif. En référence à la figure 2, un mode de mise en oeuvre du procédé de mise à jour simplifié du calibrage d'un dispositif hyperfréquence suivant l'invention est présenté. 15 Lors de l'opération de maintenance, suite au remplacement d'un ou plusieurs modules hyperfréquence du dispositif, les caractéristiques hyperfréquences de chaque module à remplacer sont recherchées, par exemple dans une base de données, et lues au cours d'une première étape 21. Nous rappelons que classiquement, lors de la conception des différents 20 modules, et surtout lors de leur fabrication et du test final visant à vérifier qu'ils répondent bien au cahier des charges, les caractéristiques hyperfréquences, comme par exemple les paramètres [S], de ces derniers sont mesurés de façon à vérifier que les valeurs des paramètres de fonctionnement réels du module correspondent bien aux valeurs souhaitées. 25 Ces données sont généralement conservées, par exemple, dans une banque de données, pour des raisons de traçabilité. Dans certains modes de réalisation, ces caractéristiques sont stockées dans une zone mémoire du dispositif hyperfréquence. L'étape 21 de lecture des caractéristiques hyperfréquences de chaque nouveau module 30 hyperfréquence de remplacement est ainsi simplifiée lors de l'opération de maintenance. Chaque nouveau module de remplacement est ensuite mesuré, au cours d'une étape 22, de façon à définir ses caractéristiques hyperfréquences. Cette caractérisation hyperfréquence peut avoir été faite « en usine » lors de 35 la conception du module de remplacement. Dans ce cas, cette étape se résume à une lecture de ces paramètres dans la base de données où ils ont été sauvegardés. Bien entendu, l'ordre de ces deux étapes n'est nullement limitatif et ces dernières peuvent être réalisées dans un ordre différent. A l'issue de ces deux étapes (21, 22), pour chaque module remplacé, les caractéristiques hyperfréquences du module remplacé et celles de son module de remplacement sont connues, les écarts entre ces deux modules peuvent donc être calculés au cours d'une étape 23. L'écart total sur la voie considérée est ensuite calculé, au cours d'une étape 24, de façon à prendre en compte la différence de trajet totale induite par tous les modules hyperfréquences remplacés sur cette voie. Pour cela, les différents écarts de chaque module remplacé, sur la voie considérée sont sommés. La table de calibrage est ensuite mise à jour. Pour cela, dans un premier temps, au cours d'une étape 25 de lecture, les caractéristiques hyperfréquences de la voie concernée sont relevées dans la table de calibrage. Ces caractéristiques sont ensuite corrigées, au cours d'une étape 26 de correction, à l'aide de l'écart total calculé précédemment. Les nouvelles caractéristiques de la voie sont ensuite retranscrites dans la table de calibrage. Dans le cas où des modules hyperfréquences sont remplacés sur plusieurs voies du dispositif, ce procédé est réitéré sur chacune de ces voies. Un exemple d'utilisation du procédé est présenté à travers la mise à jour 25 simplifiée de la table de calibrage d'une antenne réseau à balayage électronique. En référence à la figure 3, on peut noter que l'architecture d'une antenne correspond à une cascade de modules hyperfréquences, comportant notamment des modules équipés d'éléments rayonnants 1, des distributeurs 30 5, des formateurs de voie 6, des modules de transposition en fréquence ou des éléments de liaison comme par exemple les câbles coaxiaux. Le procédé suivant l'invention utilise au maximum les caractéristiques hyperfréquences élémentaires, comme les paramètres [S], des modules hyperfréquences constituant l'antenne réseau à balayage électronique. Nous rappelons qu'à l'issue de l'opération de calibrage initiale de l'antenne, effectuée « en usine », l'ensemble des corrections relatives ASie, est chargé dans le pointeur sous forme de table de calibrage. Ces corrections sont des valeurs complexes, c'est-à-dire, s'exprimant en amplitude et phase, et en 5 fonction de la fréquence. Les corrections relatives AS1e correspondent aux corrections, par rapport à une voie de référence donnée, à apporter aux coefficients de transmission Sie du signal hyperfréquence entre l'entrée e du distributeur et un élément rayonnant pour chacune des voies i (ie[1,n]), de l'antenne réseau (Sie faisant partie des paramètres [S]). Ces corrections ont 10 pour but de compenser les imperfections de chacune des voies i et obtenir un éclairement idéal sur l'ouverture rayonnante. Supposons que, sur une voie j de l'antenne, on remplace un module hyperfréquence Mi, de comportement initial en transmission S21, en 15 amplitude et en phase, en fonction de la fréquence, par un nouveau module de coefficient de transmission S'21 différent de S21. On rappelle qu'à l'issue de la fabrication de chacun des modules hyperfréquence, afin d'en vérifier le bon fonctionnement, une caractérisation radiofréquence est effectuée sous forme par exemple de mesure de 20 paramètres [S] (coefficients de transmission du signal hyperfréquence, de réflexion, de couplage entre voies) en fonction de la fréquence, dans le sens émission et/ou le sens réception. Le coefficient de transmission du module remplacé, S'21, et celui du nouveau module de remplacement S21, sont donc connu, en amplitude et en phase. Il 25 suffit de lire leur valeur dans la base de données dans laquelle ils ont été sauvegardés. De façon à connaitre la différence de trajet sur la voie j, engendrée par le remplacement du module hyperfréquence, cette différence 8521 est calculée, en fonction de la fréquence, en amplitude 8A et en phase 8P. 30 Au premier ordre, si on néglige les interactions entre les voies et si on ne considère que les paramètres de transmission Sie entre l'entrée e du distributeur et l'élément rayonnant de la voie j, on peut considérer que la correction ASie intégrée dans la table de calibration du pointeur, pour la voie j, doit être remplacée par une correction A'Sie, telle que A'Sie = ASje x 8521. Dans cette expression, l'amplitude de A'Sje, exprimée en dB, est égale à la somme du module de l'ancienne correction ASje, exprimée en dB, et de l'amplitude de la différence 8A, exprimée en dB. De même, la phase de la nouvelle correction A'Sje est égale à la somme de la phase de A Sie et de la différence de phase 8P. Cette mise à jour de la correction sur l'amplitude et la phase à apporter sur la voie équipée du nouveau module, et entrée dans la table de calibration, permet donc d'approcher au mieux le comportement idéal de l'antenne réseau équipée du nouveau module. L'opération de mise à jour de la calibration consiste ainsi - à lire l'ancienne valeur de correction, pour la voie concernée, dans la table de calibrage, - la corriger avec la différence de trajet calculée - et rentrer la nouvelle valeur dans table de correction. 15 Le procédé de calibrage simplifié suivant l'invention se résume donc à quelques opérations arithmétiques. Sur la voie qui correspond à l'élément (ou aux éléments) que l'on remplace, l'opération de mise à jour du calibrage correspond à une modification du tarage de la voie par la différence entre les valeurs des caractéristiques hyperfréquences du module de remplacement et 20 celle du module qu'il remplace. L'opération de calibrage d'antenne a été présentée à travers un exemple d'antenne en émission mais telle opération peut bien sur être menée en réception, de façon semblable. 25 REVENDICATIONS1. Procédé de mise à jour du calibrage d'un dispositif hyperfréquence comportant au moins deux voies, chaque voie comprenant au moins un module hyperfréquence, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque voie dans laquelle au moins un module a été remplacé - une étape 21 de lecture des caractéristiques hyperfréquences de chaque module hyperfréquence à remplacer, - une étape 22 de mesure des caractéristiques hyperfréquences de chaque nouveau module hyperfréquence de remplacement, - une étape 23 de calcul, de l'écart entre les caractéristiques hyperfréquences de chaque module remplacé et celles de son module de remplacement, - une étape 24 de calcul de l'écart total sur la voie considérée, une étape 25 de lecture, dans la table de calibrage, des caractéristiques hyperfréquences de la voie concernée, - une étape 26 de correction, pour la voie concernée, de la table de calibrage du dispositif avec l'écart total calculé. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les caractéristiques hyperfréquences mesurées sont des paramètres [S] du module hyperfréquence. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les caractéristiques hyperfréquences mesurées sont des paramètres de transmission du module hyperfréquence (Sie). 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caractéristiques hyperfréquences du module à remplacer sont lues dans une zone mémoire dudit dispositif hyperfréquence. 5. Utilisation du procédé selon une des revendications précédentes, pour la mise à jour de table de calibrage d'une antenne réseau à balayage électronique. 6. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle à lieu suite d'une opération de maintenance.