CA2059584C - Dispositif de controle electronique du diagramme de rayonnement d'une antenne a un ou plusieurs faisceaux de direction et/ou de largeur variable - Google Patents
Dispositif de controle electronique du diagramme de rayonnement d'une antenne a un ou plusieurs faisceaux de direction et/ou de largeur variableInfo
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- CA2059584C CA2059584C CA002059584A CA2059584A CA2059584C CA 2059584 C CA2059584 C CA 2059584C CA 002059584 A CA002059584 A CA 002059584A CA 2059584 A CA2059584 A CA 2059584A CA 2059584 C CA2059584 C CA 2059584C
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
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Abstract
Ce dispositif comprend: un réseau (10) de N radiateurs, subdivisé en P sous-réseaux (A, B, C, D) de M radiateurs chacun, chaque faisceau du diagramme spécifié utilisant une pluralité de radiateurs choisis parmi les radiateurs d'au moins certains des sous-réseaux; une source (20) de signal, commune; des moyens diviseurs de puissance (40), à une entrée et N sorties, pour distribuer le signal délivré par la source; des moyens (30) pour amplifier ledit signal; et des moyens pour exciter sélectivement par le signal amplifié, avec un déphasage contrôlé, au moins certains des radiateurs de manière à obtenir le diagramme de rayonnement spécifié, Selon l'invention il est prévu, entre les moyens diviseurs de puissance et les radiateurs; P groupes de M modules déphaseurs-ampli-ficateurs (30, 60), placés en sortie des moyens diviseurs de puissance; et P coupleurs (80) à M entrées et M sorties chacun, ces M entrées étant reliées aux M sorties correspondantes du groupe de modules déphaseurs-amplificateurs associé, et ces M sorties étant reliées aux M radiateurs du sous-réseau associé. Le déphasage des modules déphaseurs-amplificateurs est choisi de manière à diriger la puissance délivrée par la source vers les radiateurs participant au diagramme de rayonnement spécifié, et à réalisier ainsi une amplification répartie du signal émis par la source en maintenant sur chaque amplificateur une charge essentiellement identique et constante quelles que soient les modifications apportées au diagramme.
Description
~5958 ~ispositif de cont~le 61ectronique du dia~r~mme de rayo:~nement d'~ne antelme ~ ~In ou plusieurs f~isceaux de directio~l etlou de l~r~eu~ v~rial~l~
La pré~ente invention concerne un dispositif de contrôle élcctro-niq~le du diagrflmme de rayolm~ment d'une an~enne ~ un ou plu-~icurs faisceaux de direc~ion etlou de largeur variAble.
Elle ~'applique not~mm~nt ~ la réalisat,ion d'antennes ditcs ~ contrarotat*e~ ,>, qui sont deR antcnnes à balaya~e continu, mon-t~es ~r un ~atellite ~ffecté d'un mouvemcnt de rotstion permanent sur ~on axe, et dan~ lesquelles le balayage d~ fai6ceau de l'~ntel~ e ~'effcctuc à la meme vitesse que la rotation du satellite n ais en ~ens contraire, de nlanière à m~int~nir une direetion de pointage inchan-g~c cn dépit de la rota~ion du sa~ellite.
1~ Bien que cette configuration cons~i~ue l'un des mndes de ré~is~-tion ~vantageux de l'invention, clle n'est cepcndant en aucune façon limitative et les enseign~ments de l'in~ention pe~vent, COrnnle on le verra, s'appliquer à une tr~s gr3nde variété d'antennes ~ un ou plu-~icur~ fai~ccaux contrôlé~ ~lectroniquement.
De meme, on décrira l'antenne essentiellement en mode d'~mis~
sion mais tous les enseigne~nents pourront en être tran~po~és, n~utatis mutan~is, ~ un fonctionl eJnent en réception par simple application du princip~ dc r~ciprocit~, la stlucture des CilCUitS et.
leurs liaisons re~t~nt les mêmc~ mai~ le signal cheminan~ d~l ré~eau 26 d'antelmes vers les circuits d'émissior~/réception ~u lieu de chen~ er en sens inverse, Les étagcs ampliffcateur~, qui ~ont p]acés aux memes endroitæ, ~ont dan~ Ce cas de~ é~age~ Rmpl;~leateurs faible bruit d~nt l'entrée est située côt~ ~ntenne et la ~ort.ie c~té circuit d'én~;ssion/réception. Les deux types d'~mplificateur~ (amplific~-teurs de pui~sance pour l'émi~sion et arnpJific~teu)6 raible bruit pour 1~ réception) peuvent d'~illeurs coexister dans un m~me Ino^
le, moycl~lant u~ commuta~i~n ou un duplex~e ~ppropriés.
Lorsqu'il s'agit de rayonner (ou de recevoir) d~ la puiss~nce r~dioéle~trique pal~ bala~ge électronique d'uIl ou de plusieur~ fais-ceaux dfln~ un domaine angulaile étendu avec un rendement opti-~'
La pré~ente invention concerne un dispositif de contrôle élcctro-niq~le du diagrflmme de rayolm~ment d'une an~enne ~ un ou plu-~icurs faisceaux de direc~ion etlou de largeur variAble.
Elle ~'applique not~mm~nt ~ la réalisat,ion d'antennes ditcs ~ contrarotat*e~ ,>, qui sont deR antcnnes à balaya~e continu, mon-t~es ~r un ~atellite ~ffecté d'un mouvemcnt de rotstion permanent sur ~on axe, et dan~ lesquelles le balayage d~ fai6ceau de l'~ntel~ e ~'effcctuc à la meme vitesse que la rotation du satellite n ais en ~ens contraire, de nlanière à m~int~nir une direetion de pointage inchan-g~c cn dépit de la rota~ion du sa~ellite.
1~ Bien que cette configuration cons~i~ue l'un des mndes de ré~is~-tion ~vantageux de l'invention, clle n'est cepcndant en aucune façon limitative et les enseign~ments de l'in~ention pe~vent, COrnnle on le verra, s'appliquer à une tr~s gr3nde variété d'antennes ~ un ou plu-~icur~ fai~ccaux contrôlé~ ~lectroniquement.
De meme, on décrira l'antenne essentiellement en mode d'~mis~
sion mais tous les enseigne~nents pourront en être tran~po~és, n~utatis mutan~is, ~ un fonctionl eJnent en réception par simple application du princip~ dc r~ciprocit~, la stlucture des CilCUitS et.
leurs liaisons re~t~nt les mêmc~ mai~ le signal cheminan~ d~l ré~eau 26 d'antelmes vers les circuits d'émissior~/réception ~u lieu de chen~ er en sens inverse, Les étagcs ampliffcateur~, qui ~ont p]acés aux memes endroitæ, ~ont dan~ Ce cas de~ é~age~ Rmpl;~leateurs faible bruit d~nt l'entrée est située côt~ ~ntenne et la ~ort.ie c~té circuit d'én~;ssion/réception. Les deux types d'~mplificateur~ (amplific~-teurs de pui~sance pour l'émi~sion et arnpJific~teu)6 raible bruit pour 1~ réception) peuvent d'~illeurs coexister dans un m~me Ino^
le, moycl~lant u~ commuta~i~n ou un duplex~e ~ppropriés.
Lorsqu'il s'agit de rayonner (ou de recevoir) d~ la puiss~nce r~dioéle~trique pal~ bala~ge électronique d'uIl ou de plusieur~ fais-ceaux dfln~ un domaine angulaile étendu avec un rendement opti-~'
2 205~58~
mum, on peut utiliser 80it des antenne~ pas~ivcs, 60it dc~ antennes active.s.
Le6 antennes di~s passives ~ comportent, essentiellement, ~
amplificateur prin~ipal 6uivi d'un diviseur de puissancc, ~lxe ou 5 ~rariable, ain6i que de déphaseurs etlou de commutateurfi, En ~missiotl, le~ plincipRux incon~énients sont la n~ccssité
d'avoir un ~énérateur do forte pui6~arlce (pui6que l'~mplificateur est ~ique), de présenter des pertes impo~lant~s en ~v~l de ce ~énéra-teur (pu~que ce dernier e6t ~i~ué en nmont du re$te du di~po~itif~ et 10 d'irnpliquer des co~nmu~ation~ à haut niYeau de puissance. En r~cep-tion, invel6ement, l'amplific~t;eur faibl~ bruit ~tant fiitUe tout en a~al du ~y~tème, le ~ignal ~ubit de~ pertes important~ avant ampli-fication, dégr~dant ~in~i notablement le ~pport signal/bruit.
~;nfiln, dan6 tous le~ ca6, dll fait de l'unicité de l'~nlplificat~ur 15 d'émi6~ion etlotl de réception, ~ne panne de celui-oi empê.che tou~
fon~ionnement du ~y~tème, pu;6qu'un fonctionnenlent en ~ mode d~gradé n'est p~s possible, une panne se répercut~nt ~ul la t~t.Rlité
du proc~ssus d'~mission ou de réception, Un t~l exemple d'~ntenne passive e~t illustr~ figurcs 1 et ~, avec ~0 un rg~eau circulaire 10 comportar~t un nombre import~nt de radia-teur~ élément~res (au nombre de ~rente-deu~ dans cet e.xemple) répart;6 ré~lièrement ~ur une surface cylindlique, col~lme illust.lé
~ch~mati~uen~ent ~lr la figule 2 qui représen~e une vue en plan du résea~ 10. Les ~léments ~ucce6sifs de ce réseau circulai~=e ont été
25 numérotés de 1 à 3Z.
Ce rése~u 10 est nliment~ par une source de signal 20. Ce ~ al est ampl;fié par un éta~e 30 et appliqué ~ un rése~u de formation de faisceau et de bal~yage 40, ~0 comport2~nt d'une part, un ~tage divi-seur de puiss~nce 40 et, d'*utre part, une série de commut~teurs 30 qu~tre direc~ions 50.
L'ét~ge divi6eur de pui~sance 40 comporte, d~n~ cet exemple, Ull diviæeur de puiss~nce à quatre voie6 ~l dont les sorties sont appli-quées en entr~o do diviseuræ variablc~ à dcux voies 42. JJ~3 diviseur 41 est un diviseur fixe, équipha~e et équiamplit~de, t~ndi6 que les 36 divi~e~lrs 4a ~ont des di~iseur6 équipha~e à amplitude v~riable.
Z059S8g Ch~cune des sol~ies de~ div-seurs de puissance vari~ble 42 est reliée ~ un comm~tateur ~ quatre voies 50 alimentant qu~trc r~dia-~eur6 non COlltigll8 ct d~calé~ ~ng~airement de ~0 ~ e réseau cir-culaile. La sortie de chaque di~seur 42 est ainsi appliquée ~ l'un des radiateur~ d'un ~ous-rése~u, chaque 60tls-réseau étant con~titué
de qu~tre radiateur~ élémentnire~ présentant le ra~g indique ~ur la figure (le premicr fiOU~-ré~e~u est consti~ub des rn~iateurs dc rang 1, 9, 17 et 25, le ~econd ~ous réseau, de~ ra~'ateu~s de rAngS 5, 13, 21 et 29, etc.).
l~ar une con~bin~ison appropr~ée des déphasages var~ables (divi-~;eurs 4~) et des commutations (com~nutateur6 50), il e&t po~sibl~
d'obteni~ un bal~yage circulaire progressif du fai6ceau: p~r exem-ple, trois élén ents centraux (par exemple les él~ments 2, 3 et 4) sont excités en pha~e par un quart de la pui~sance, et la r~épartition du 15 dernicr quart est ~ariée progresfiiveme~t d'un élén ent ext~lie~lr (dan~ ~et exemp]e, l'élé~ent 1) ver~ l'autl~e (l'élément 5), également cn phase, p~oduisal~t ainsi le balaya~e prog~essif.
Cette coI~figuration n'est pas dénuée d'inconvénients. Le pl~nci-pal eIl c~t la perte trè~ port~nte de puissance entre le ~i~nal ~n 20 sortie de l'amplificateur et le signal ef~ectivcment ~ayonn~ p~r le réseau, du f~it des nombreux éléments traversés; cn général, cette perte est de l'ordre de 40 %.
Un autre incon~énient tient au fait que, comme l'on l~e jou~ que s~r les ampli~udes pour réaliser Ic balaya~e, les phases d'excitation 25 des radiateurs él~ment~iJ~e~ sont loin de l'op~imum, intloduis~nt ain~i une dé~adation de la qualit~ du fai~ceau.
Une autre configuration connue, décrit~ par exemple dans un article de Bori~ Shcle~ intitulé A A~tr~-Fed ~rcutar Arr~y fvr ~ontinuous Scannir~g, paru danx les Pro~eedin~s cf the IEE~,
mum, on peut utiliser 80it des antenne~ pas~ivcs, 60it dc~ antennes active.s.
Le6 antennes di~s passives ~ comportent, essentiellement, ~
amplificateur prin~ipal 6uivi d'un diviseur de puissancc, ~lxe ou 5 ~rariable, ain6i que de déphaseurs etlou de commutateurfi, En ~missiotl, le~ plincipRux incon~énients sont la n~ccssité
d'avoir un ~énérateur do forte pui6~arlce (pui6que l'~mplificateur est ~ique), de présenter des pertes impo~lant~s en ~v~l de ce ~énéra-teur (pu~que ce dernier e6t ~i~ué en nmont du re$te du di~po~itif~ et 10 d'irnpliquer des co~nmu~ation~ à haut niYeau de puissance. En r~cep-tion, invel6ement, l'amplific~t;eur faibl~ bruit ~tant fiitUe tout en a~al du ~y~tème, le ~ignal ~ubit de~ pertes important~ avant ampli-fication, dégr~dant ~in~i notablement le ~pport signal/bruit.
~;nfiln, dan6 tous le~ ca6, dll fait de l'unicité de l'~nlplificat~ur 15 d'émi6~ion etlotl de réception, ~ne panne de celui-oi empê.che tou~
fon~ionnement du ~y~tème, pu;6qu'un fonctionnenlent en ~ mode d~gradé n'est p~s possible, une panne se répercut~nt ~ul la t~t.Rlité
du proc~ssus d'~mission ou de réception, Un t~l exemple d'~ntenne passive e~t illustr~ figurcs 1 et ~, avec ~0 un rg~eau circulaire 10 comportar~t un nombre import~nt de radia-teur~ élément~res (au nombre de ~rente-deu~ dans cet e.xemple) répart;6 ré~lièrement ~ur une surface cylindlique, col~lme illust.lé
~ch~mati~uen~ent ~lr la figule 2 qui représen~e une vue en plan du résea~ 10. Les ~léments ~ucce6sifs de ce réseau circulai~=e ont été
25 numérotés de 1 à 3Z.
Ce rése~u 10 est nliment~ par une source de signal 20. Ce ~ al est ampl;fié par un éta~e 30 et appliqué ~ un rése~u de formation de faisceau et de bal~yage 40, ~0 comport2~nt d'une part, un ~tage divi-seur de puiss~nce 40 et, d'*utre part, une série de commut~teurs 30 qu~tre direc~ions 50.
L'ét~ge divi6eur de pui~sance 40 comporte, d~n~ cet exemple, Ull diviæeur de puiss~nce à quatre voie6 ~l dont les sorties sont appli-quées en entr~o do diviseuræ variablc~ à dcux voies 42. JJ~3 diviseur 41 est un diviseur fixe, équipha~e et équiamplit~de, t~ndi6 que les 36 divi~e~lrs 4a ~ont des di~iseur6 équipha~e à amplitude v~riable.
Z059S8g Ch~cune des sol~ies de~ div-seurs de puissance vari~ble 42 est reliée ~ un comm~tateur ~ quatre voies 50 alimentant qu~trc r~dia-~eur6 non COlltigll8 ct d~calé~ ~ng~airement de ~0 ~ e réseau cir-culaile. La sortie de chaque di~seur 42 est ainsi appliquée ~ l'un des radiateur~ d'un ~ous-rése~u, chaque 60tls-réseau étant con~titué
de qu~tre radiateur~ élémentnire~ présentant le ra~g indique ~ur la figure (le premicr fiOU~-ré~e~u est consti~ub des rn~iateurs dc rang 1, 9, 17 et 25, le ~econd ~ous réseau, de~ ra~'ateu~s de rAngS 5, 13, 21 et 29, etc.).
l~ar une con~bin~ison appropr~ée des déphasages var~ables (divi-~;eurs 4~) et des commutations (com~nutateur6 50), il e&t po~sibl~
d'obteni~ un bal~yage circulaire progressif du fai6ceau: p~r exem-ple, trois élén ents centraux (par exemple les él~ments 2, 3 et 4) sont excités en pha~e par un quart de la pui~sance, et la r~épartition du 15 dernicr quart est ~ariée progresfiiveme~t d'un élén ent ext~lie~lr (dan~ ~et exemp]e, l'élé~ent 1) ver~ l'autl~e (l'élément 5), également cn phase, p~oduisal~t ainsi le balaya~e prog~essif.
Cette coI~figuration n'est pas dénuée d'inconvénients. Le pl~nci-pal eIl c~t la perte trè~ port~nte de puissance entre le ~i~nal ~n 20 sortie de l'amplificateur et le signal ef~ectivcment ~ayonn~ p~r le réseau, du f~it des nombreux éléments traversés; cn général, cette perte est de l'ordre de 40 %.
Un autre incon~énient tient au fait que, comme l'on l~e jou~ que s~r les ampli~udes pour réaliser Ic balaya~e, les phases d'excitation 25 des radiateurs él~ment~iJ~e~ sont loin de l'op~imum, intloduis~nt ain~i une dé~adation de la qualit~ du fai~ceau.
Une autre configuration connue, décrit~ par exemple dans un article de Bori~ Shcle~ intitulé A A~tr~-Fed ~rcutar Arr~y fvr ~ontinuous Scannir~g, paru danx les Pro~eedin~s cf the IEE~,
3~ Vol. ~6, nll, de novembre 1968, p~ges 2016 ~ 20~7, ut;li~e une matrice de Butler-unique pour une application similflire.
Cette configuration, illu~trée schématiquement fgul~e 3, com-porte, entre le rése~u 10 ct la 60urce de ~i~nal 20 ~vec son amplirlc~-teur de puiss~nce 30, un ensembl~ con~lit~é, d'~moJIt en avAl: d'un 35 diviseur de puiss~nce équiphase et ~quiampli~ude 40 compor~ant ~ 20595~4 aut~tlt de ~ortie6 que de radiateurfi ~l~ment~ire~ n~b déph~seur 60 con~portant, pour chacune des &ol~ies du diviseur 40, un déphaseur fixe 61 et ~ d~pha~eur valiable 62, et d'une ma~r~ce de Butler 70 dont les entr~s 80nt reliée~ nux ~orties des d~ph~seul s et dont les sorties 60nt re]i~es aux dif~rent~ radiat,eur~ élémen-taire~ du réseau 10 (comme on le s~it, une n atrice de Butler est un réseau p~sif 6an~ perte th6ori~uQ comprenant ~ entrée~ et N sor-~ie6, N étant g~n~r~lement une puis~ance de 2; le~ entrées sont iso-lée~ entre elle~, et un ~ignal appliqué ~ l'une quelconque des entrées produit ~ur ~outes les sortie~ des courallt6 d'amplil~de~ ~ales mais dont lefi pha6e~ varient linéairement d'un élément au ~uivant).
Dan~ le di~positif de la figure 3, le balayage e~t r~Alisé par action sur le6 dépha~eurs 6Z de manière ~ obtenir ~e p~o~re~6ion linéaire de la phasc 6ur Je~ en~ées de n~ode, tout en maint~nant fixes les amplitudes do mode.
Cette structurc, bicIl qu'elle élin~ e les difficulté~ es à la pré-sence de commutateurs, pré~ente néanlnoins les memes autre~
incon~énients que ceux du dispositif de l~ rlg~re 1.
Le second type d'~ntemle e~t constitué par le~ antenne~ dites ~0 ~ctives >~, dans lesquelles l'amplification n'e~t plus concentr~e en un point nlais rép~rtie sur une pluralité d'atnplirlcateu3~.
rlus précisément, à chaque élé~ent layo~ nt est associ~
amp~ificateur lnonté ~u voisinag~ immédi~t d~ l adiateur. L,'inconvé-nient principal est que, pour une antenne à quatr~ (ou ~ix) racet~es ~5 par exenlple, on ~'u~ilisera, ~ Im in~tant donné, qu'un amplificateur ~ur quatre (ou ~ix), tou~e 1~ puissance étant concentr~e dans le scul amplific~teur a~socié ~ l'élén~ent ~orr~pondant utilisé. C~t inconvé-nient l;n ite l'utilisation de ce principc à de~ antennes devant pr~-~entel~ un do~laine de bnl~yfl~e étendu.
Le US-A-4 901 085, au nom de Sprin~ et al., d~crit par aillcurs unc configuration pour un syst~me d'alimentation d'antenncs à fais-ceaux multiplcs comprcnant une pluralité de n~odules forn~nt ~mplifieateur~ de puiss~nce a matrice hyblide. Ces Jnodule~, de pré-férence tous identiques, comportent chRcun une m~trice d'en~rée et unc matrice de æortie préæentRnt entre elles une symétlie en miroir et interconnectée~ pa~ une battelie d'amplificatcur~ de pui6sance.
Chacun des mod~les ainsi constitué est monté entre, d'une pal~t, un réseall de formation de fa;sceaux à ba~ reau et, d'~utre part, les ~l~ments rayonn~ntfi.
S Une telle slruc~ure, qui i~plique ~UI dédoublen ent des matlices, cæt d~ ce fa;t relativcment complexe, encombrante et lourd~ ~ ca-r~ct~ri~tiques fortemcnt d~avantageu~es dan~ ]e ca~ d'une antel~le embarquée ~ur ~atellile.
En second lieu, d~ns 1~ confi~ration décrite par ce brevet le réseau forlnateur de faisceaux reli~ certain~ ports de ~61ec~ion de fai6ceaux à cert~ins ports d'entrée de~ modu]es, dont certains autre~
ports n'ont aucun si~nal qui leur ~t ~ppliqué. :C)ès lors, les diver~
amplificateur~ ne sont p~ chargé~ identiquement, ~boutiss~nt donc à une perte d'ef~icacité du système.
Enfin et surtout, le sy~tème décrit par cett~ antériolit~ ne per~
met aucune ~anation colltinue de point~ge du faisceau tout en con-se~ant une charge uniforlne ~ur le~ ampli~cateurfi, alor6 qu'il s'a~it là, comme on le YeI~a, de la caractéri6tique es6ent;clle de la pré~ente inYention.
En ef~et, I'un des buts de la pr6~ente in~ention e~t de propose~ un dispositir de conl~le électronique du diagramn-e de rayomlement d'une antenne active ~ balayage élec~ronique, A un ou p1u~ieur~ fais-ceaux, opérant danæ un don~aine flngulaire étendu et avec un rende-meIlt op~imum E~sentiellement, ce di6positif comporte un ré~eau de l~adiateurs ~ubdivi~s CIl un ccrtain nombre d~ b~roupe6, chaque f~i~ceau I~tili-6ant typiquement un ou deux élément~ de chaqu~ ~oupe. L'amplif~-cation y est réalisée de fa~on répartie pnr ul~e pluralit~ d'alllplifica-teurfi, ên noTnb~e é~al ~ eelui de~ ra~i~teur~, et 1~ liai~on entre radiateu~s e~ amplificateu~s est ef~ectuée par l'internl~diaire d'u coupleur h~bride, de~ moyen~ étant en outre prévus pour optimiser et aju~ter les phAse~ des ~i~naux avant amplirlcation (en ~mi~ion) ou après amplific~tion (en réception) ~fin d~ contrôler la di~tribution d'énergie entre les él~ments Ceci permet, par applica~ion de d~pha~a~cs ~ppropri~cs, d'orien-6 205~58(~
-ter la pw~sance ~u mie~ vel~ le~ élén-ents correspondant ~ la (aux) direction~) de rayonnement voulue(fi), et d'as~-lrer une valia~ion de puissance continu~ d'~ ~ p~rtie ~ l'autre de l'~ntenne pour cn ch~n-ger le di~grammc de rayonncm~nt.
En outl~e, l'~mpl;rication répar~ie 6elon l'invention pr~sente l'av~nt~e que, par rapport a une antenne ~ctive à m n~odule ampli-ficatcur associé dire~tement ~ cl aque ~lément rayonnant, la puis-sance par module peut ~tre réduite essentiellement dans le rapport du nombre d'élén~ent~ contlibuant ~ un faisceau au nombre total d'éléments.
On ~tteint ainsi un double avant~ge: tout d'~bord~ on réduit la puissance unitaire des amplificateurs, ce qui en P~ccrolt la fiabilité;
d'autre part, en cas de panne d'un o~l de deux Rmplificateur6 les per-formances glob~le~ 60nt peu ~ffectée6 pa~ cette panne puisque, ~ un instant donn~, les ~mplificateur~ du dispositif p~rticipent t.ous, cha-cun pour leur part~ à la formation du faisceau.
En outre, les amplificateurs recevant t~u~, et de fa~on pern~a-nente, defi 6i~naux d'amplitudefi égalefi, on pcut optin i~er l'ef~lcacit~
de la fonction d'a~plificatio~.
La p)~éfiente invention concerne un di6pofii~if du type ~n~rique plécit~, c'efi~à-dirc comprenant: UIl r~scau dc N radiat.eurs, subdi-~i~é en P sous-réseaux d~ M radiateurs chacun, a~ec M.P = ~, cha-que faisceau d~l diagramme ~pécifié u~ ant une plul~ali~ de radia-teurs choi~is paln~i le~ l~adiateurs d'au moin6 certain~ des sous-26 réseaux; une ~ource de ~ignal, coInm~e à touS lc~ radiateurs du réseau; des moyells diviseurs de puis~ance, à ~ule ent)ée et N ~or-ties, pour dist~ibue~ le ~ignal délivré par la 60urce; des mnyen~ pOUl`
~mplifiel ledit sign~l; et de6 Inoyen6 pour exci~er sélcctivement par le sign~l ampli~;é, avec un dépha~age con1r~1é, au moins certains des radiateurs de m~ni~re ~ obtenir le diag~flmme de r~yonnement ~p~-cifié pOUl~ l'antenno.
Selon l'invention, il cst pr~vu dans ce dispositif, entre les n~oyen~
diviseurs de pui~ance et les 3~adiateurs: P ~oupes de M module~
déphnseurs-amplificateurs, plac~s en ~ortie des moyens diviseurs de 3~ pui~sance; et P couple~rB à M entr~es ct M sortie~ ch~cun, ce~ M
7 ~(~5~58~
entrées étant reliées aux M ~orties correfipondantes du groupe de n~odules déphafieur~-a~nplificatcurs aæ~oci~, ~t ccs M ~ortics ét~n~
reliée~ aux M radiateur~ du ~ous-r6seau associc, lc d~pha~age des n~odules dépha6eur~-~mplificateuræ étant cho;~i de ~nanière à d;~i-5 ge~ la pUis6<snce d~livr~e par la ~ource vcrs le~ radi~teur~ par~ici~pant au diagrAr~ne de rayonnen~ent spécifié, et A ré~liser ain~i une ampl;filcation répartie du ~i~nal émi6 par la ~ource Cll ~nainten~t sur chaque amplificateur une charge esselltiellement identiquc et constante quelles que ~oient les Inodification~ apportées au di~-10 ~r~n~n e.
Lorsque le diagramme comprend uIle pluralité de f~isce~ux dis-tinc~s, le~dit6 moyen~ diviseurs dc puissance peuvent not~lnment comporter, en nombre égal ~ celui de~ fai6ceaux, une plur~ d'cn-~emble6 divi6cur6 de puissance élémentaire~ à une entrée et ~ sor-lS ties, les BOrtieS homologue~ des ensen ble~ mentaires rcspec~ifsétant couplées par des moyens dépha6cur~ variables pour donner N
sorties ~ppliqu~es aux N e~tr~es des I~ ~lodules d~pha~eurs-amplifi-cateurs.
Avantageus~ment, ledit réseau e~t un r~seall cylindl~que, excité
20 dc m~nière ~ réaliser un balayage circul~ire dudjt fai~ce~u ou de chacun desdits faisceaux, et/ou excité de manière ~ r~li6er une modific~tion de la ]argeu~ dudit f~iscea~l O~l de chacun desdits fa;~-ceau~.
~5 0 ~'~utre caract~listiquefi et avanta~e~ de l'invcntion apparaîtront la lecture de la de6cliption d~taillée ci-de6sous, fait~ ~n r~férellce ~ux de~sin~ amlexés, ~ur lesquel8 les même~ références numél~iques 30dé~ignent partout des élément~ fonctionnellen~ent ~emb]ables.
I,e~ fi~lre6 1 et ~, précitée~, montrent sch~ atiquement U~l pre-mier type connu d'antenne passive à bal~yage circulaire.
La f~gur~ 3, précit.ée, rnontre ~n ~econd t~rpe connu d'antenne passive à balay~ge circul~ire.
35LCB figure~ 4 et 6 illu6trent ~chématiqucment un premier rmode 8 205958~
de r&ali~ation du di~posi~,;r de l'invention, correspondant ~ ~ne antenne ~ balayage circulaire à fai~ceau un~que.
Les f;g~ures 6 et 7 montlent un ~econd n~ode de réalisation de l'in-vention, corre~pondant à uJle nntenne à bala~age ~irculai~e à de~lx 5 fai~ceaux ~im~ltanée.
La r~gure 8 illustre un troisième mode de réali6at,ion de l'in~en-tion, corre6ponda~lt à une antenne à r~i~ceall unique à pointa~e iixe mais ~ lar~,~eur variable.
Sur l~s figures 4 ct ~, on ~ représenté Ull premier mode de r~ali-sation de l'invention, pour une nntenne cylindlique à ~eize él&ment6 rayonnant6 (radiateurfi) et ~ raisceau unique. (:~ctte configuration 15 correspond, typiquement, à celle d'une antennc contrarotativc pour satcllite, ll~ais de très nombreuses autres applications sont bien e~tendu parfaitement envi6ageal~1e~.
La figllre 4 montre, en vue de ded6u6, la configuratioll d'en~cmble du ré~eau circ,ulair~ et des circuits qui lui ~ont associés, tandis que ~0 la figure 5 se réfere uniquement au sché~a électlique dé~issant le6 liaison~ en~e cefi dilrérents &lémen~.
Lc~ ments rayonnant~ du r~seau 10 sont subdivises en ~rou-pe~ A, B, (~ e~ D d~ quatre radiateurs chacun (Al, A2, A3, A4, etc.), le faisceau utilisant typi~uement un ou deux ~ ent~ de cha~,ue 25 ~roupe: ainsi, dans l'exemple illustré, le fai~cea~ dont la direct,ion cst ~ utili~e les cinq élén ent~ A1, Bl, C1, Dl et 04; les ~l~,ments A1, Bl et Cl sont exci~ées chacune typiquement p~r un quart de la pui~-sance ~ot~le, le dernier qu~rt étant répar~i entre les deux élément6 1~1 et I)4, aYec une varia~ion continue (le nivcau de pui~sanc~ plu~
30 ou moin6 élev~ a ét~ symboli~é ~ur le6 figure6 4 et S par un~ ZOllC ha-chur~e plu~ ou ~lloins importante afisoci~e ~ c~l~quc ~l~mcnt cxcit~).
Les pha~es de chacune de~ t.l`Oi~ ~ource~ centralcs (dans cet e~emple le~ 60urccx Al, Bl et Cl) peuvcnt ctre optin~isées, celles des de~lx ~ources ext~rieure~ (Dl et D4) sont ~ales mais de valeurs 35 régl~ble~: on peut ~insi maximiser ]e rayonnemcnt dans UrlB d;rec-205~8 -~ tion valia~le do m~nière continue ou non.
A chaque ~roupe de radia~eurs est a6socié un coupleur mul~iport généralise! 80, ou une matrice de Butler, à quatre ~l~trée~ ct quatre ~orties dans l'exemple illustré. De tels coupleurs ~;OIlt par exemple 5 d~crits, avec leurs cond~tion6 de ronclionnement, danæ l'ouvrsge de Y, T. Lo et S. W. Lee intitulé Antenn~ ~Iandbook - ~heory, Appltcal-tion~ and D¢si~n, publie chez ~J~n Nostrand ~einhold Company, New York, not~mm~nt aux pages 19-101 à 19-111 du chapitrc Be~m-Formin~ Fe~ds, ou encore dan~ l'arti~le de S. Egami ~t 10 M. Kawai intitulb An Ad.ap~tiue ~ltipl.e ~Se~m Sy~tem Con~ept, paru dans le IEEE Jou~n~l on Selected Are~s in Contm~nic~ons, volume SAC-5, n 4 de mai 1987, page~ 630 à 63~.
Chacun des coupleure 80 ~ocié ~LX d~érents ~roupe~ A, B, C
et D permet de relier chaque élément d'un groupc (par exemple, lS pour le collpleur du groupe A, les radi~teurs Al, A2, A3 et A4) a w non:lbre égal de modules amplific~teurs 30 et déph~seurs ~0, le~
dbphaseur~ ~tant variablcs et commandables de m~nière ~ ajuster le dépha~age avant amplification (à l'émission) ou apr~s amplirlcation (~ la réception).
Chncun des dépha~cur~ ~ (qui ~ont donc au nombre de 4x4 = 1 G) est aliment~ par l'une des ~orties d'un diviseur de puissance équi-phase, éq~ mptitude 40, lui~ ne ~limenté par la source de si~nal 20 (~t inversement en réception).
Les propriétés des coupleur6 80 sont telles qu'il efit po~sible, par ~5 un choix approplié de~ pha~e6 appliquée6 par leff d~phaseurs ~0 au sign~x provenant du divi~eur 40, de focali~er la pui~ance d'entr&e vers une, deux ou quatre des BOrt;eS du coupleur; ici, on focali~era la pui~sance vers une ou deux ~orlies pour ~boutir au r6sultat vo~u.
En outre, dan~ le ca~ de deux 80rties UtiliSéeB, il est de plu6 posfiible d'en aju~ter le~ niveaux relat.ir6 ainsi que, dan6 une ccrta;ne mesure, la pha6e, dc m~nière ~ orienter ~1 mieux la puiss~nce vers les élé-~nents corre~pondant à la direction ~e ra~onnement spécifiée.
Les {;gures 6 ot 7 illustrent une gé~éra];sation du tnode de r~ali-~ation précédcnt ~ une nntenne ~ balay~ge circulairo à dcux fais-36 ceaux 6imultané~, corre~pondant ~ux deux dircction~ référencées ~
Z05~8 ct A'.
Conmle on peut le VOil' sur ce~ figures, 1~ ~tl~loture est compa-rable ~ ccllc du ca~ précédent en ce qui concel~e le~ coupleur~ m~ti port 80 et le~ amplificateurs 30.
En revanche, d~l fait de 1~ plur~li~ de raisce~ux et donc de la plurali~é de ~ource& (~0 et 20'), on dédouble les dépha~eur~; on pré-voit ~insi, pour chacun des amplificateur~ 30, deux d6phaseurs ~0 et 60' permett~nt de coupler les signaux i~sus des deux ~OureeS 20 et.
20' tout en leur ~ppliquant, fiép~rément, tm dépha~a~e di~tinct ap-1 0 prop~
L~ figure 8 illustre un a~tre mode de réAli~tion de l'in~ention,dans une applicution à une antenne zoom c'e6t-~-dire une ~1-~enne prodwsant ur~ fài~ce~u de direc~ion donn~c (~), mais de lar-geur vflriable en fonc~ion dee besoine. En particulier, de tellcs antcll-1~ ne~ peuvent etre très utiles dans le t~afi des satcllites présentant ulleorbite elliptique à forte excentricité, car elle~ permel;tent de m~int,e-nir une zone d'illumin~tion ~ensiblelnent constante e~ dépit de~ ~a-rl~tiOI'l~ péliodiques d'~l~itude du ~ellite.
A cet efret, on fait varicr le nombre des éléments rayolm~Ilts uti-20 1i61~iS, un rai~cea~l lar~e utili6ant un faible nombre d'éléments rAyOn-nants et lm fai6ceatl fol~ement directif en utili6an~ Ull nombre p]US
ilnportant. Ainsi, dans l'exemple de la rigure 8, on utilise un réseau 10 (circulflire ou plan~ de huit élémen~s répar~i~ en deux ~roupe~
ilnbliqués Al, A~, A3, A4 ct Bl, B~, B3, ~4. Un faisce.au lal-~e utili-~5 sera les deux élément6 centraux B2 ~t A3, un fai~ceau ~u~ peu moinslar~e utili6er~ les quatre éléments cent.raux A2, ~2~ A3, t33, etc. et ~e faisccau le plus étroit utili~era la totalité des élément~. On notera que, dan~ ce cas, tous les él~ents pointent dans la nlem~ direc~;~
et que, par ~illeur~ r~seau peut ctre ~randi, de manière en elle-30 même connue, par un systèrlle optique.
Les quatre radiateu~ s de ch~cun des deux groupes ~ont r~uni6 ~
1~ première sélie de ports d'un couplcur ~0, dont IA deuxièIne sélie de port~ est ~ttaquée par les nmplificate~rs 30, en nombrc ~al celui de~ radiateurs. A chaque amplificateul est associé Ull modulc 35 déphaseur 60, lui-même alimenté par l'une des sorties du di~iseu~
de pui6sance 40 ~liment~ par la 60urce de signal 20.
I~e~ en~eignements de ]a pl~ésent~ invention peuv~nt être appli-qllés à de trè6 nombreu~es configurations d'antc-mes parmi ]es-qucll~s on peut citer, outre le~ nnt~n~es contrarot~ti~cs pour ~atel-5 lite~ et les antemles zoom à fai6ceau de largeur ~ariablc, d~jàexposée~:
- - les antenne6 de ~élécommande et de t~l~me~ure pour sRtel-lif~s, sondes fipatiales, a~ions spatiaux ct lanceur~, --lex antennes pour eommunica~ions entre vél~icules spatiaux, --les antenncs pour a~tronautes, ~les antenne~ pOtll' terminaux mobilcs maritimes, aéronauti~
~ues ou terre~tre~, les ant~nnos pour bali~e~ ~adioélect~ique6 echangeant des Si~nflux (en émi~sion ettou en réception) avec des ~atellites ou 1~ de6 fl~ions, --le~ antennes pour t.ern inaux de r~dionavigation par satellite~, les antennes de réception de tél~vision pour sat~llite6 placées sur des po~itions diff~rentes, ou encore les ~ntennes pour radars au ~ol ou radar~ de bord.
~0 Selon les besoins, les radiflteurs du réseau pourront etre r~par~;~
~ur unc surface oonrorme, ~phérique, cylindrique, conique ou ~ f~-cettes pour étcndre le domainc angul~ire de l'~ntenne.
~5
Cette configuration, illu~trée schématiquement fgul~e 3, com-porte, entre le rése~u 10 ct la 60urce de ~i~nal 20 ~vec son amplirlc~-teur de puiss~nce 30, un ensembl~ con~lit~é, d'~moJIt en avAl: d'un 35 diviseur de puiss~nce équiphase et ~quiampli~ude 40 compor~ant ~ 20595~4 aut~tlt de ~ortie6 que de radiateurfi ~l~ment~ire~ n~b déph~seur 60 con~portant, pour chacune des &ol~ies du diviseur 40, un déphaseur fixe 61 et ~ d~pha~eur valiable 62, et d'une ma~r~ce de Butler 70 dont les entr~s 80nt reliée~ nux ~orties des d~ph~seul s et dont les sorties 60nt re]i~es aux dif~rent~ radiat,eur~ élémen-taire~ du réseau 10 (comme on le s~it, une n atrice de Butler est un réseau p~sif 6an~ perte th6ori~uQ comprenant ~ entrée~ et N sor-~ie6, N étant g~n~r~lement une puis~ance de 2; le~ entrées sont iso-lée~ entre elle~, et un ~ignal appliqué ~ l'une quelconque des entrées produit ~ur ~outes les sortie~ des courallt6 d'amplil~de~ ~ales mais dont lefi pha6e~ varient linéairement d'un élément au ~uivant).
Dan~ le di~positif de la figure 3, le balayage e~t r~Alisé par action sur le6 dépha~eurs 6Z de manière ~ obtenir ~e p~o~re~6ion linéaire de la phasc 6ur Je~ en~ées de n~ode, tout en maint~nant fixes les amplitudes do mode.
Cette structurc, bicIl qu'elle élin~ e les difficulté~ es à la pré-sence de commutateurs, pré~ente néanlnoins les memes autre~
incon~énients que ceux du dispositif de l~ rlg~re 1.
Le second type d'~ntemle e~t constitué par le~ antenne~ dites ~0 ~ctives >~, dans lesquelles l'amplification n'e~t plus concentr~e en un point nlais rép~rtie sur une pluralité d'atnplirlcateu3~.
rlus précisément, à chaque élé~ent layo~ nt est associ~
amp~ificateur lnonté ~u voisinag~ immédi~t d~ l adiateur. L,'inconvé-nient principal est que, pour une antenne à quatr~ (ou ~ix) racet~es ~5 par exenlple, on ~'u~ilisera, ~ Im in~tant donné, qu'un amplificateur ~ur quatre (ou ~ix), tou~e 1~ puissance étant concentr~e dans le scul amplific~teur a~socié ~ l'élén~ent ~orr~pondant utilisé. C~t inconvé-nient l;n ite l'utilisation de ce principc à de~ antennes devant pr~-~entel~ un do~laine de bnl~yfl~e étendu.
Le US-A-4 901 085, au nom de Sprin~ et al., d~crit par aillcurs unc configuration pour un syst~me d'alimentation d'antenncs à fais-ceaux multiplcs comprcnant une pluralité de n~odules forn~nt ~mplifieateur~ de puiss~nce a matrice hyblide. Ces Jnodule~, de pré-férence tous identiques, comportent chRcun une m~trice d'en~rée et unc matrice de æortie préæentRnt entre elles une symétlie en miroir et interconnectée~ pa~ une battelie d'amplificatcur~ de pui6sance.
Chacun des mod~les ainsi constitué est monté entre, d'une pal~t, un réseall de formation de fa;sceaux à ba~ reau et, d'~utre part, les ~l~ments rayonn~ntfi.
S Une telle slruc~ure, qui i~plique ~UI dédoublen ent des matlices, cæt d~ ce fa;t relativcment complexe, encombrante et lourd~ ~ ca-r~ct~ri~tiques fortemcnt d~avantageu~es dan~ ]e ca~ d'une antel~le embarquée ~ur ~atellile.
En second lieu, d~ns 1~ confi~ration décrite par ce brevet le réseau forlnateur de faisceaux reli~ certain~ ports de ~61ec~ion de fai6ceaux à cert~ins ports d'entrée de~ modu]es, dont certains autre~
ports n'ont aucun si~nal qui leur ~t ~ppliqué. :C)ès lors, les diver~
amplificateur~ ne sont p~ chargé~ identiquement, ~boutiss~nt donc à une perte d'ef~icacité du système.
Enfin et surtout, le sy~tème décrit par cett~ antériolit~ ne per~
met aucune ~anation colltinue de point~ge du faisceau tout en con-se~ant une charge uniforlne ~ur le~ ampli~cateurfi, alor6 qu'il s'a~it là, comme on le YeI~a, de la caractéri6tique es6ent;clle de la pré~ente inYention.
En ef~et, I'un des buts de la pr6~ente in~ention e~t de propose~ un dispositir de conl~le électronique du diagramn-e de rayomlement d'une antenne active ~ balayage élec~ronique, A un ou p1u~ieur~ fais-ceaux, opérant danæ un don~aine flngulaire étendu et avec un rende-meIlt op~imum E~sentiellement, ce di6positif comporte un ré~eau de l~adiateurs ~ubdivi~s CIl un ccrtain nombre d~ b~roupe6, chaque f~i~ceau I~tili-6ant typiquement un ou deux élément~ de chaqu~ ~oupe. L'amplif~-cation y est réalisée de fa~on répartie pnr ul~e pluralit~ d'alllplifica-teurfi, ên noTnb~e é~al ~ eelui de~ ra~i~teur~, et 1~ liai~on entre radiateu~s e~ amplificateu~s est ef~ectuée par l'internl~diaire d'u coupleur h~bride, de~ moyen~ étant en outre prévus pour optimiser et aju~ter les phAse~ des ~i~naux avant amplirlcation (en ~mi~ion) ou après amplific~tion (en réception) ~fin d~ contrôler la di~tribution d'énergie entre les él~ments Ceci permet, par applica~ion de d~pha~a~cs ~ppropri~cs, d'orien-6 205~58(~
-ter la pw~sance ~u mie~ vel~ le~ élén-ents correspondant ~ la (aux) direction~) de rayonnement voulue(fi), et d'as~-lrer une valia~ion de puissance continu~ d'~ ~ p~rtie ~ l'autre de l'~ntenne pour cn ch~n-ger le di~grammc de rayonncm~nt.
En outl~e, l'~mpl;rication répar~ie 6elon l'invention pr~sente l'av~nt~e que, par rapport a une antenne ~ctive à m n~odule ampli-ficatcur associé dire~tement ~ cl aque ~lément rayonnant, la puis-sance par module peut ~tre réduite essentiellement dans le rapport du nombre d'élén~ent~ contlibuant ~ un faisceau au nombre total d'éléments.
On ~tteint ainsi un double avant~ge: tout d'~bord~ on réduit la puissance unitaire des amplificateurs, ce qui en P~ccrolt la fiabilité;
d'autre part, en cas de panne d'un o~l de deux Rmplificateur6 les per-formances glob~le~ 60nt peu ~ffectée6 pa~ cette panne puisque, ~ un instant donn~, les ~mplificateur~ du dispositif p~rticipent t.ous, cha-cun pour leur part~ à la formation du faisceau.
En outre, les amplificateurs recevant t~u~, et de fa~on pern~a-nente, defi 6i~naux d'amplitudefi égalefi, on pcut optin i~er l'ef~lcacit~
de la fonction d'a~plificatio~.
La p)~éfiente invention concerne un di6pofii~if du type ~n~rique plécit~, c'efi~à-dirc comprenant: UIl r~scau dc N radiat.eurs, subdi-~i~é en P sous-réseaux d~ M radiateurs chacun, a~ec M.P = ~, cha-que faisceau d~l diagramme ~pécifié u~ ant une plul~ali~ de radia-teurs choi~is paln~i le~ l~adiateurs d'au moin6 certain~ des sous-26 réseaux; une ~ource de ~ignal, coInm~e à touS lc~ radiateurs du réseau; des moyells diviseurs de puis~ance, à ~ule ent)ée et N ~or-ties, pour dist~ibue~ le ~ignal délivré par la 60urce; des mnyen~ pOUl`
~mplifiel ledit sign~l; et de6 Inoyen6 pour exci~er sélcctivement par le sign~l ampli~;é, avec un dépha~age con1r~1é, au moins certains des radiateurs de m~ni~re ~ obtenir le diag~flmme de r~yonnement ~p~-cifié pOUl~ l'antenno.
Selon l'invention, il cst pr~vu dans ce dispositif, entre les n~oyen~
diviseurs de pui~ance et les 3~adiateurs: P ~oupes de M module~
déphnseurs-amplificateurs, plac~s en ~ortie des moyens diviseurs de 3~ pui~sance; et P couple~rB à M entr~es ct M sortie~ ch~cun, ce~ M
7 ~(~5~58~
entrées étant reliées aux M ~orties correfipondantes du groupe de n~odules déphafieur~-a~nplificatcurs aæ~oci~, ~t ccs M ~ortics ét~n~
reliée~ aux M radiateur~ du ~ous-r6seau associc, lc d~pha~age des n~odules dépha6eur~-~mplificateuræ étant cho;~i de ~nanière à d;~i-5 ge~ la pUis6<snce d~livr~e par la ~ource vcrs le~ radi~teur~ par~ici~pant au diagrAr~ne de rayonnen~ent spécifié, et A ré~liser ain~i une ampl;filcation répartie du ~i~nal émi6 par la ~ource Cll ~nainten~t sur chaque amplificateur une charge esselltiellement identiquc et constante quelles que ~oient les Inodification~ apportées au di~-10 ~r~n~n e.
Lorsque le diagramme comprend uIle pluralité de f~isce~ux dis-tinc~s, le~dit6 moyen~ diviseurs dc puissance peuvent not~lnment comporter, en nombre égal ~ celui de~ fai6ceaux, une plur~ d'cn-~emble6 divi6cur6 de puissance élémentaire~ à une entrée et ~ sor-lS ties, les BOrtieS homologue~ des ensen ble~ mentaires rcspec~ifsétant couplées par des moyens dépha6cur~ variables pour donner N
sorties ~ppliqu~es aux N e~tr~es des I~ ~lodules d~pha~eurs-amplifi-cateurs.
Avantageus~ment, ledit réseau e~t un r~seall cylindl~que, excité
20 dc m~nière ~ réaliser un balayage circul~ire dudjt fai~ce~u ou de chacun desdits faisceaux, et/ou excité de manière ~ r~li6er une modific~tion de la ]argeu~ dudit f~iscea~l O~l de chacun desdits fa;~-ceau~.
~5 0 ~'~utre caract~listiquefi et avanta~e~ de l'invcntion apparaîtront la lecture de la de6cliption d~taillée ci-de6sous, fait~ ~n r~férellce ~ux de~sin~ amlexés, ~ur lesquel8 les même~ références numél~iques 30dé~ignent partout des élément~ fonctionnellen~ent ~emb]ables.
I,e~ fi~lre6 1 et ~, précitée~, montrent sch~ atiquement U~l pre-mier type connu d'antenne passive à bal~yage circulaire.
La f~gur~ 3, précit.ée, rnontre ~n ~econd t~rpe connu d'antenne passive à balay~ge circul~ire.
35LCB figure~ 4 et 6 illu6trent ~chématiqucment un premier rmode 8 205958~
de r&ali~ation du di~posi~,;r de l'invention, correspondant ~ ~ne antenne ~ balayage circulaire à fai~ceau un~que.
Les f;g~ures 6 et 7 montlent un ~econd n~ode de réalisation de l'in-vention, corre~pondant à uJle nntenne à bala~age ~irculai~e à de~lx 5 fai~ceaux ~im~ltanée.
La r~gure 8 illustre un troisième mode de réali6at,ion de l'in~en-tion, corre6ponda~lt à une antenne à r~i~ceall unique à pointa~e iixe mais ~ lar~,~eur variable.
Sur l~s figures 4 ct ~, on ~ représenté Ull premier mode de r~ali-sation de l'invention, pour une nntenne cylindlique à ~eize él&ment6 rayonnant6 (radiateurfi) et ~ raisceau unique. (:~ctte configuration 15 correspond, typiquement, à celle d'une antennc contrarotativc pour satcllite, ll~ais de très nombreuses autres applications sont bien e~tendu parfaitement envi6ageal~1e~.
La figllre 4 montre, en vue de ded6u6, la configuratioll d'en~cmble du ré~eau circ,ulair~ et des circuits qui lui ~ont associés, tandis que ~0 la figure 5 se réfere uniquement au sché~a électlique dé~issant le6 liaison~ en~e cefi dilrérents &lémen~.
Lc~ ments rayonnant~ du r~seau 10 sont subdivises en ~rou-pe~ A, B, (~ e~ D d~ quatre radiateurs chacun (Al, A2, A3, A4, etc.), le faisceau utilisant typi~uement un ou deux ~ ent~ de cha~,ue 25 ~roupe: ainsi, dans l'exemple illustré, le fai~cea~ dont la direct,ion cst ~ utili~e les cinq élén ent~ A1, Bl, C1, Dl et 04; les ~l~,ments A1, Bl et Cl sont exci~ées chacune typiquement p~r un quart de la pui~-sance ~ot~le, le dernier qu~rt étant répar~i entre les deux élément6 1~1 et I)4, aYec une varia~ion continue (le nivcau de pui~sanc~ plu~
30 ou moin6 élev~ a ét~ symboli~é ~ur le6 figure6 4 et S par un~ ZOllC ha-chur~e plu~ ou ~lloins importante afisoci~e ~ c~l~quc ~l~mcnt cxcit~).
Les pha~es de chacune de~ t.l`Oi~ ~ource~ centralcs (dans cet e~emple le~ 60urccx Al, Bl et Cl) peuvcnt ctre optin~isées, celles des de~lx ~ources ext~rieure~ (Dl et D4) sont ~ales mais de valeurs 35 régl~ble~: on peut ~insi maximiser ]e rayonnemcnt dans UrlB d;rec-205~8 -~ tion valia~le do m~nière continue ou non.
A chaque ~roupe de radia~eurs est a6socié un coupleur mul~iport généralise! 80, ou une matrice de Butler, à quatre ~l~trée~ ct quatre ~orties dans l'exemple illustré. De tels coupleurs ~;OIlt par exemple 5 d~crits, avec leurs cond~tion6 de ronclionnement, danæ l'ouvrsge de Y, T. Lo et S. W. Lee intitulé Antenn~ ~Iandbook - ~heory, Appltcal-tion~ and D¢si~n, publie chez ~J~n Nostrand ~einhold Company, New York, not~mm~nt aux pages 19-101 à 19-111 du chapitrc Be~m-Formin~ Fe~ds, ou encore dan~ l'arti~le de S. Egami ~t 10 M. Kawai intitulb An Ad.ap~tiue ~ltipl.e ~Se~m Sy~tem Con~ept, paru dans le IEEE Jou~n~l on Selected Are~s in Contm~nic~ons, volume SAC-5, n 4 de mai 1987, page~ 630 à 63~.
Chacun des coupleure 80 ~ocié ~LX d~érents ~roupe~ A, B, C
et D permet de relier chaque élément d'un groupc (par exemple, lS pour le collpleur du groupe A, les radi~teurs Al, A2, A3 et A4) a w non:lbre égal de modules amplific~teurs 30 et déph~seurs ~0, le~
dbphaseur~ ~tant variablcs et commandables de m~nière ~ ajuster le dépha~age avant amplification (à l'émission) ou apr~s amplirlcation (~ la réception).
Chncun des dépha~cur~ ~ (qui ~ont donc au nombre de 4x4 = 1 G) est aliment~ par l'une des ~orties d'un diviseur de puissance équi-phase, éq~ mptitude 40, lui~ ne ~limenté par la source de si~nal 20 (~t inversement en réception).
Les propriétés des coupleur6 80 sont telles qu'il efit po~sible, par ~5 un choix approplié de~ pha~e6 appliquée6 par leff d~phaseurs ~0 au sign~x provenant du divi~eur 40, de focali~er la pui~ance d'entr&e vers une, deux ou quatre des BOrt;eS du coupleur; ici, on focali~era la pui~sance vers une ou deux ~orlies pour ~boutir au r6sultat vo~u.
En outre, dan~ le ca~ de deux 80rties UtiliSéeB, il est de plu6 posfiible d'en aju~ter le~ niveaux relat.ir6 ainsi que, dan6 une ccrta;ne mesure, la pha6e, dc m~nière ~ orienter ~1 mieux la puiss~nce vers les élé-~nents corre~pondant à la direction ~e ra~onnement spécifiée.
Les {;gures 6 ot 7 illustrent une gé~éra];sation du tnode de r~ali-~ation précédcnt ~ une nntenne ~ balay~ge circulairo à dcux fais-36 ceaux 6imultané~, corre~pondant ~ux deux dircction~ référencées ~
Z05~8 ct A'.
Conmle on peut le VOil' sur ce~ figures, 1~ ~tl~loture est compa-rable ~ ccllc du ca~ précédent en ce qui concel~e le~ coupleur~ m~ti port 80 et le~ amplificateurs 30.
En revanche, d~l fait de 1~ plur~li~ de raisce~ux et donc de la plurali~é de ~ource& (~0 et 20'), on dédouble les dépha~eur~; on pré-voit ~insi, pour chacun des amplificateur~ 30, deux d6phaseurs ~0 et 60' permett~nt de coupler les signaux i~sus des deux ~OureeS 20 et.
20' tout en leur ~ppliquant, fiép~rément, tm dépha~a~e di~tinct ap-1 0 prop~
L~ figure 8 illustre un a~tre mode de réAli~tion de l'in~ention,dans une applicution à une antenne zoom c'e6t-~-dire une ~1-~enne prodwsant ur~ fài~ce~u de direc~ion donn~c (~), mais de lar-geur vflriable en fonc~ion dee besoine. En particulier, de tellcs antcll-1~ ne~ peuvent etre très utiles dans le t~afi des satcllites présentant ulleorbite elliptique à forte excentricité, car elle~ permel;tent de m~int,e-nir une zone d'illumin~tion ~ensiblelnent constante e~ dépit de~ ~a-rl~tiOI'l~ péliodiques d'~l~itude du ~ellite.
A cet efret, on fait varicr le nombre des éléments rayolm~Ilts uti-20 1i61~iS, un rai~cea~l lar~e utili6ant un faible nombre d'éléments rAyOn-nants et lm fai6ceatl fol~ement directif en utili6an~ Ull nombre p]US
ilnportant. Ainsi, dans l'exemple de la rigure 8, on utilise un réseau 10 (circulflire ou plan~ de huit élémen~s répar~i~ en deux ~roupe~
ilnbliqués Al, A~, A3, A4 ct Bl, B~, B3, ~4. Un faisce.au lal-~e utili-~5 sera les deux élément6 centraux B2 ~t A3, un fai~ceau ~u~ peu moinslar~e utili6er~ les quatre éléments cent.raux A2, ~2~ A3, t33, etc. et ~e faisccau le plus étroit utili~era la totalité des élément~. On notera que, dan~ ce cas, tous les él~ents pointent dans la nlem~ direc~;~
et que, par ~illeur~ r~seau peut ctre ~randi, de manière en elle-30 même connue, par un systèrlle optique.
Les quatre radiateu~ s de ch~cun des deux groupes ~ont r~uni6 ~
1~ première sélie de ports d'un couplcur ~0, dont IA deuxièIne sélie de port~ est ~ttaquée par les nmplificate~rs 30, en nombrc ~al celui de~ radiateurs. A chaque amplificateul est associé Ull modulc 35 déphaseur 60, lui-même alimenté par l'une des sorties du di~iseu~
de pui6sance 40 ~liment~ par la 60urce de signal 20.
I~e~ en~eignements de ]a pl~ésent~ invention peuv~nt être appli-qllés à de trè6 nombreu~es configurations d'antc-mes parmi ]es-qucll~s on peut citer, outre le~ nnt~n~es contrarot~ti~cs pour ~atel-5 lite~ et les antemles zoom à fai6ceau de largeur ~ariablc, d~jàexposée~:
- - les antenne6 de ~élécommande et de t~l~me~ure pour sRtel-lif~s, sondes fipatiales, a~ions spatiaux ct lanceur~, --lex antennes pour eommunica~ions entre vél~icules spatiaux, --les antenncs pour a~tronautes, ~les antenne~ pOtll' terminaux mobilcs maritimes, aéronauti~
~ues ou terre~tre~, les ant~nnos pour bali~e~ ~adioélect~ique6 echangeant des Si~nflux (en émi~sion ettou en réception) avec des ~atellites ou 1~ de6 fl~ions, --le~ antennes pour t.ern inaux de r~dionavigation par satellite~, les antennes de réception de tél~vision pour sat~llite6 placées sur des po~itions diff~rentes, ou encore les ~ntennes pour radars au ~ol ou radar~ de bord.
~0 Selon les besoins, les radiflteurs du réseau pourront etre r~par~;~
~ur unc surface oonrorme, ~phérique, cylindrique, conique ou ~ f~-cettes pour étcndre le domainc angul~ire de l'~ntenne.
~5
Claims (7)
1. Un dispositif de contrôle électronique du diagramme de rayon-nement d'une antenne à un ou plusieurs faisceaux de direction et/ou de largeur variable, ce dispositif comprenant:
-un réseau (10) de N radiateurs, subdivisé en P sous-réseaux (A, B, C, D) de M radiateurs chacun, avec M.P = N, chaque faisceau du diagramme spécifié utilisant une pluralité de ra-diateurs choisis parmi les radiateurs d'au moins certains des sous-réseaux, -une source (20) de signal, commune à tous les radiateurs du réseau, - des moyens diviseurs de puissance (40), à une entrée et N sor-ties, pour distribuer le signal délivré par la source, - des moyens (30) pour amplifier ledit signal, et - des moyens pour exciter sélectivement par le signal amplifié, avec un déphasage contrôlé, au moins certains des radiateurs de manière à obtenir le diagramme de rayonnement spécifié
pour l'antenne, dispositif caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les moyens divi-seurs de puissance et les radiateurs:
- P groupes de M modules déphaseurs-amplificateurs (30, 60), placés en sortie des moyens diviseurs de puissance, et - P coupleurs (80) à M entrées et M sorties chacun, ces M
entrées étant reliées aux M sorties correspondantes du groupe de modules déphaseurs-amplificateurs associé, et ces M sor-ties étant reliées aux M radiateurs du sous-réseau associé, le déphasage des modules déphaseurs-amplificateurs étant choisi de manière à diriger la puissance délivrée par la source vers les radiateurs participant au diagramme de rayonnement spécifié, et à
réaliser ainsi une amplification répartie du signal émis par la source en maintenant sur chaque amplificateur une charge essentiellement identique et constante quelles que soient les modifications apportées au diagramme.
-un réseau (10) de N radiateurs, subdivisé en P sous-réseaux (A, B, C, D) de M radiateurs chacun, avec M.P = N, chaque faisceau du diagramme spécifié utilisant une pluralité de ra-diateurs choisis parmi les radiateurs d'au moins certains des sous-réseaux, -une source (20) de signal, commune à tous les radiateurs du réseau, - des moyens diviseurs de puissance (40), à une entrée et N sor-ties, pour distribuer le signal délivré par la source, - des moyens (30) pour amplifier ledit signal, et - des moyens pour exciter sélectivement par le signal amplifié, avec un déphasage contrôlé, au moins certains des radiateurs de manière à obtenir le diagramme de rayonnement spécifié
pour l'antenne, dispositif caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les moyens divi-seurs de puissance et les radiateurs:
- P groupes de M modules déphaseurs-amplificateurs (30, 60), placés en sortie des moyens diviseurs de puissance, et - P coupleurs (80) à M entrées et M sorties chacun, ces M
entrées étant reliées aux M sorties correspondantes du groupe de modules déphaseurs-amplificateurs associé, et ces M sor-ties étant reliées aux M radiateurs du sous-réseau associé, le déphasage des modules déphaseurs-amplificateurs étant choisi de manière à diriger la puissance délivrée par la source vers les radiateurs participant au diagramme de rayonnement spécifié, et à
réaliser ainsi une amplification répartie du signal émis par la source en maintenant sur chaque amplificateur une charge essentiellement identique et constante quelles que soient les modifications apportées au diagramme.
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel, le diagramme comprenant une pluralité de faisceaux distincts, lesdits moyens divi-seurs de puissance comportent, en nombre égal à celui des faisceaux, une pluralité d'ensembles diviseurs de puissance élémentaires (40, 40') à une entrée et N sorties chacun, les sorties homologues des ensembles élémentaires respectifs étant couplées par des moyens déphaseurs variables (60, 60') pour donner N sorties appliquées aux N entrées des N modules déphaseurs-amplificateurs.
3. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel ledit réseau (10) est un réseau cylindrique, excité de manière à réaliser un balayage circulaire dudit faisceau ou de chacun desdits faisceaux.
4. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel le réseau est un réseau excité de manière à réaliser une modification de la largeur dudit faisceau ou de chacun desdits faisceaux.
5. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les radiateurs du réseau sont disposés sur une surface conique.
6. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les radiateurs du réseau sont disposés sur des facettes planes autour de l'axe cen-tral de l'antenne.
7. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les radiateurs du réseau sont disposés sur une surface sphérique ou sur des parties de surface sphérique.
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