EP0241380A1 - Method and device for focusing an antenna array at a test point - Google Patents

Method and device for focusing an antenna array at a test point Download PDF

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EP0241380A1
EP0241380A1 EP87400803A EP87400803A EP0241380A1 EP 0241380 A1 EP0241380 A1 EP 0241380A1 EP 87400803 A EP87400803 A EP 87400803A EP 87400803 A EP87400803 A EP 87400803A EP 0241380 A1 EP0241380 A1 EP 0241380A1
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signal
microwave
antennas
signals
phase
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EP87400803A
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Jean-Charles Bolomey
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
    • H01Q21/225Finite focus antenna arrays
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341Circuits therefor
    • G10K11/346Circuits therefor using phase variation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

Definitions

  • the present invention firstly relates to a method of focusing, on at least one point to be examined from a microwave radiation source, the antennas of an array of antennas receiving the radiation from the point with respective reception phase shifts .
  • Such a method is used when it is desired to obtain, from the microwave radiation coming from an object to be analyzed, a microwave image of this object.
  • a set of antennas is organized to form a network, this term being taken in a similar, but broader, sense than that which it possesses in optics, and this network of antennas is successively focused on each of the points to examine of the object, so as to build, point by point, the microwave image of this object.
  • Microwave imaging systems have, in particular, applications in biomedical engineering for the detection and treatment of tumors, for example, as well as in civil engineering, for the detection of buried objects for example, or for control of materials treated by microwave radiation (polymerization, thawing, drying ).
  • the antennas known by the name of electronically scanned antennas used for example in radar and in telecommunications, are organized in a fixed array of antennas which has maximum sensitivity in a variable direction electronically controllable, and artwork such a method, corresponding to focusing on a point located at an infinite distance, and defined only by its direction.
  • a focusing method is already known, in which the signal received by each antenna is phase-shifted in a microwave phase shifter, the phase-shifted signals are added and the summation signal subjected to microwave detection.
  • the phase law which determines the particular phase shift to be applied to each received signal, is established so that the contributions from the point on which the network is focused are in phase at the time of summation, the contributions from other points having any phases with respect to each other.
  • the signal obtained mainly represents the contribution of the focal point.
  • This known method has, on the one hand, the disadvantage of a difficult implementation from a practical point of view, because it requires the use of as many microwave phase shifters as there are antennas in the array.
  • a microwave phase shifter is a relatively complex component, with a high cost price and a large size. In cases where the number of antennas reaches several hundred, even several thousand, this solution is therefore very expensive.
  • the size of the phase shifters conditions the distance between an antenna and the neighboring antennas, that is to say the pitch of the network.
  • a not too large antenna will give a poor quality image.
  • a disadvantage of this process is that it does not allow, at a given instant, simultaneous focusing on several points.
  • each received signal is not phase-shifted, which is subjected directly to coherent microwave detection, that is to say a detection making it possible to know the signal detected in module and in phase.
  • Module and phase of each signal received are then acquired by a computer.
  • the computer performs digital processing of all of this data, in order to extract the contribution from any point of the object.
  • Such processing therefore amounts to synthetic focusing as opposed to analog focusing obtained using microwave phase shifters.
  • the applicant has sought an analog type focusing method, which can adapt to any network geometry, but does not require the use of microwave phase shifters as the only known analog focusing method. . To do this, the applicant had the idea of carrying out the phase shifts no longer on the microwave signals, but on a low frequency signal.
  • the method of the invention does not use any microwave phase shifter. It is the low frequency modulation signal which is phase shifted in low frequency phase shifters, which are very simple. This result is obtained by modulating in amplitude the signals delivered by antennas. However, as will be discussed below, it is possible to use space-saving and inexpensive microwave modulators.
  • the method of the invention being an analog type method, it can adapt to unconventional network geometries, it makes it possible to compensate for irregularities in the alignment of the antennas of the network, for example, it has a better signal ratio noise than the synthetic focusing process, and it can adapt to incoherent radiation.
  • the signals delivered by the antennas are amplitude modulated by a low frequency modulation signal of the square type, with modulation phase shifts.
  • the modulation can be carried out using microwave switches, of the PIN diode type for example, therefore with a low cost and size.
  • the invention can also be implemented for focusing the antennas of an array of transmit antennas.
  • a focusing device 30 is provided with J inputs receiving the J signals s 1 , ..., s j , ..., and s J. It is also provided with two outputs delivering two useful signals U x and V x , as well as a control input receiving, here by means of a parallel bus, a control signal ⁇ X.
  • the object 20 can itself be the source of radiation received by the antennas 1, or it can act as a secondary source, that is to say as a reflector of radiation emitted by a primary microwave source, intended to illuminate object 20, and not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.
  • the microwave radiation received by the antennas 1 is monochromatic of frequency f, either because the radiation source is itself monochromatic of frequency f, or because, the source emitting a radiation in a certain frequency band, a selective focusing device 30 is used, centered on the frequency f.
  • the series of J antennas 1 regularly arranged in the plane P is called, by analogy with the networks encountered in optics, antenna array.
  • the microwave image is obtained by successively focusing the array of antennas 1 on each of the points to be examined X of the object 20, during a sequential scanning, point by point, of this object.
  • focusing the antennas 1 of the antenna array on a point X is meant control of the focusing device 30 using the control signal ⁇ X so that the useful signals U x and V X at the output of the device are only representative of microwave radiation from point X.
  • a sequential scanning device not shown, generates the successive control signals A and a display device, not shown, synchronized by the sequential scanning device, collects the signals U x and V x .
  • the sequential scanning device and the viewing device are of the conventional type used in known imaging systems.
  • each signal is subjected to a microwave phase shift by a determined angle ⁇ X (j), and the J phase-shifted signals are summed.
  • the law ⁇ X (j) which determines the phase shift angle for each signal s j called the phase law for point X, is established so that the contributions coming from point X, finding themselves in phase at the time of the summation, interfere constructively, while the contributions coming from the other points, having any phases with respect to each other, interfere destructively.
  • the result of the summation mainly represents the contribution of point X.
  • the antenna array 1 is therefore focused on point X by imposing the phase law ⁇ X (j) using the signal ⁇ X.
  • the phase law ⁇ X (j) can be deduced from knowing the lengths of the paths connecting point X to each of the antennas 1.
  • each reference 2 designates a microwave switch. There are as many switches 2 as there are inputs, that is to say here J switches.
  • the switch 2 of row j is provided with a microwave input receiving the signal s j and a microwave output delivering the signal s' j , as well as a control input receiving a signal C j .
  • a microwave summing device 3 is provided with J inputs receiving the J signals s' 1 , ..., s' j , ... and s' J , and an output delivering a signal s.
  • a coherent microwave detection circuit 6 is provided a signal input receiving the signal s, a control input and two outputs delivering DA and DB signals.
  • a microwave oscillator 4 is provided with an output delivering a signal r of coherent microwave detection, connected to the control input of circuit 6.
  • the signal r is a sinusoidal signal of frequency f.
  • a low frequency coherent detection circuit 8 is provided with two signal inputs receiving the signals DA and DB, a control input and two outputs delivering the signals U x and V x .
  • a low frequency oscillator 11 is provided with an output delivering a modulation signal D, connected to the control input of circuit 8.
  • the signal D is a sinusoidal signal of frequency F, of value between substantially a few kilohertz and substantially a few megahertz.
  • a phase shift circuit 12 is provided with an input receiving the signal D, J control inputs connected to the parallel bus receiving the control signal ⁇ X , and J outputs delivering the J signals C 1 , ..., C j , ... and C J.
  • the microwave coherent detection circuit 6 comprises two mixers 61 and 62 and a phase shifter 63.
  • the mixers 61 and 62 are of the type comprising two inputs, and one output delivering a signal equal, at all times, to the produces signals received on both inputs. These are devices known to those skilled in the art as ring modulators or balanced mixers.
  • the mixer 61 receives on an input the signal to and on the other input signals r, and outputs DA signal.
  • the mixer 62 receives on one input the signal a and on the other input the signal r phase shifted by an angle equal to ⁇ / 2, in the phase shifter 63.
  • the mixer 62 outputs the signal DB.
  • the low frequency coherent detection circuit 8 comprises four mixers 81, 82, 83 and 84, two phase shifters 85 and 85 ', a subtractor 86 and an adder 88, and two low-pass filters 87 and 89 .
  • the mixers 81 to 84 are of a type comparable to that of the mixers 61 and 62.
  • the mixer 81 receives on one input the signal DA and on the other input the signal D, and it outputs a signal SA.
  • the mixer 82 receives on one input the signal DB and on the other input the signal D phase shifted by an angle equal to ⁇ / 2 in the phase shifter 85, and it outputs the signal SB.
  • the mixer 83 receives on one input the signal DA and on the other input the signal D phase shifted by an angle equal to ⁇ / 2 in the phase shifter 85 ', and it outputs the signal SC.
  • the mixer 84 receives the signal DB on one input and the signal D on the other input, and outputs the signal SD.
  • the subtractor 86 receives on its two inputs the signals SA and SB; its output is connected to filter 87, which outputs the signal U X.
  • the adder 88 receives on its two inputs the signals SC and SD; its output is connected to filter 89 which outputs the signal V X.
  • the phase shift circuit 12 includes J controllable phase shifter 121.
  • the phase shifter 121 of rank j is provided with a signal input receiving the signal D, with a control input for the angle ⁇ X (j) of phase shift, receiving a control signal also called ⁇ x (j) for the sake of simplicity, and of a signal output delivering the signal C j , phase shifted by the angle ⁇ X (j) relative to the modulation signal D.
  • the J control inputs of the J phase shifters 121 constitute the parallel bus to which the signal ⁇ X composed of the J signals ⁇ X (j) is applied.
  • the switches 2 are here PIN diode switches, well known to those skilled in the art.
  • the summator 3 and the mixers 61 and 62 are circuits of the type known by a person skilled in the art for microwave use, while the mixers 81 to 84, the subtractor 86 and the adder 88, the low-pass filters 87 and 89 and the phase shifters 121 are circuits of the type known to those skilled in the art for use at low frequency.
  • the microwave signal received by the antenna of rank j is of the form:
  • the signal s ′ j is amplitude modulated by a square type modulation signal, as shown in FIG. 10.
  • the first component of this signal is here filtered by the mixer 61. If this were not the case, a low pass filter would eliminate this component. Thus, the contribution DA j of the signal s j of the signal DA at the output of the microwave coherent detection circuit 6 is worth
  • the contributions SA j , SB j , SC j and SD j (the latter two not shown for the sake of simplicity) of the signal s j to the signals SA, SB, SC and SD are equal to:
  • phase shift ⁇ X (j) of the modulation signal is added to the phase shift ⁇ j of the microwave signal. So everything happens as if the signal s j was phase shifted by an angle ⁇ X (j) in a microwave phase shifter.
  • the angle ⁇ X (j) corresponds to the an- g of the ⁇ j so that their sum remains constant whatever j
  • U x and V signals X equal to the sum of all U Xj and V Xj respectively, are well representative of the radiation emitted by the focusing point X.
  • the focusing device 70 shown in Figure 6 allows the simultaneous focusing on two points X and Y of the object 20, to continuously observe what is happening at these two particular points without having to form a complete image, for example to follow the evolution of their temperature in the case of certain biomedical applications.
  • the focusing device 70 is provided with two buses receiving the signals ⁇ X and ⁇ Y , representative phase laws ⁇ X (j) and ⁇ Y (j) corresponding to the points X and Y to be observed.
  • the focusing device 70 is also provided with two groups of two outputs continuously delivering signals representative of the points X and Y, here for example the previously defined signals U X , V X , U y and Y Y.
  • the focusing device 70 differs from the device 30 of FIG. 2 essentially in that it comprises two oscillators 711 and 711 'delivering two signals D 1 and D 2 respectively, of frequency F 1 and F 2 respectively.
  • the two signals D 1 and D 2 are of the same type as the signal D already encountered.
  • the output signal from the oscillator 711 is applied to a phase shift circuit 712 analogous to the circuit 12 in FIG. 2.
  • the circuit 712 is controlled by the signal ⁇ X.
  • the output signal from the oscillator 711 ' is applied to a phase shift circuit 712' similar to the circuit 12 in Figure 2, controlled by the signal ⁇ Y.
  • Each circuit 712 and 712 ′ delivers a set of J modulation signals analogous to the signals C 1 , ..., C j ..., and C J of FIG. 2.
  • the two modulation signals of rank j control two switches 72 mounted in parallel downstream of an antenna 71, of row j.
  • the switches 72, 2J in number, and the antennas 71, J in number, are similar to the switches 2 and the antennas 1 in FIG. 2.
  • the J output signals of the J groups of the two switches 72 in parallel are added in a microwave summator 73, which delivers a signal
  • a coherent microwave detection circuit 76 analogous to circuit 6 of FIG. 3, receives the signal s on its signal input and delivers two signals DA and DB on its two outputs.
  • a microwave oscillator 74 analogous to oscillator 4 of FIG. 2, delivers a signal r to the control input of circuit 76.
  • Two low frequency coherent detection circuits 78 and 78 ′ are provided, analogous to circuit 8 in FIG. 4. Each circuit 78 and 78 ′ receives the signals DA and DB on its two signal inputs, and on its control input the signal D 1 and signal D 2 respectively. Circuit 78 outputs the signals U x and V X , and circuit 78 'signals U Y and V.
  • the low frequency coherent detection circuit 78 demodulates only the components of the signals DA and DB modulated at the frequency F 1 in the switches 72, c ' ie those which correspond to the phase shift law ⁇ X , determined by the phase shift circuit 712, focusing the network on point X.
  • the circuit 78 ′ demodulates only the components of the signals DA and DB modulated at the frequency F 2 , that is to say those which correspond to the phase shift law ⁇ Y , focusing the grating on the point Y.
  • the focusing method of the invention can be extended to imaging systems in which a focused antenna array is used to illuminate a point of the object to be observed and an unfocused antenna array, or even a single omnidirectional antenna, to receive radiation from the illuminated point.
  • FIG. 7 represents a device implementing such a method.
  • Block 50 represents the focusing device of a network of K transmitting antennas 51 to focus on the point X 'of the object 20'.
  • the focusing device 50 comprises a microwave oscillator 54, delivering a microwave emission signal e, of frequency f.
  • Each antenna 51 is connected to the output of the oscillator 54 by means of a microwave switch 52, of the same type as the switches 2 in FIG. 2.
  • the switch 52 of rank k is provided with an input of command receiving a signal C k .
  • a phase shift circuit 512 analogous to the phase shift circuit 12 of FIG. 5, is provided with a signal input and with K outputs delivering the signals C 1 , ..., C k , ..., and C K each signal C k being phase shifted relative to the signal received on the input of circuit 512 by an angle ⁇ X (k) controlled by the signal ⁇ X applied to the control bus of block 51 2 .
  • An oscillator 511 similar to the oscillator 11 of FIG. 2, delivers a signal of frequency modulation F, at the input of block 512.
  • a reception antenna 40 On reception, a reception antenna 40, here unique, receives the signals coming from the object 20 '. It is followed by a coherent microwave detection circuit 56, analogous to circuit 6 in FIG. 3. Circuit 56 receives, on its control input, the output signal from oscillator 54. The two outputs of circuit 56 are connected to a coherent detection circuit 58, analogous to circuit 8 in FIG. 4. The control input of circuit 58 receives the modulation signal D'. Circuit 58 outputs the signals U x and V X.
  • the operation of the focusing device 50 is similar to that of the device 30.
  • the phase shifts ⁇ X (k) introduced on the modulation signals of the microwave signals emitted produce the same effect, on the signal received and subjected to coherent microwave microwave detection.
  • f in circuit 56, and at coherent low frequency detection at frequency F in circuit 58, that phase shifts ⁇ X (k) introduced on the microwave signals transmitted. If these phase shifts ⁇ X (k) are chosen to correspond to the phasing, at point X, of the signals coming from the K antennas 51, the transmission network has therefore been focused on point X.
  • the setting of each antenna was a microwave signal guided by a guide structure of the waveguide, cable type. coaxial or ribbon line, for example.
  • the summation is carried out by a microwave summing device, like the summing device 3 of FIG. 2, provided with J inlet access and an outlet access, each access being connectable to a guide structure of the type defined here. -above.
  • FIG. 8 shows for example a device in which the reception antennas are dipole antennas 1 ′, regularly arranged on a panel 100 made of insulating material.
  • the panel 100 is disposed in front of a single antenna 41, which plays the role of summing of the microwave signals picked up and radiated again by the antennas 1 ′, these signals no longer, as before, supported by a guide structure.
  • the switches can be simple diodes 2 1 , the switching signals C 1 , ..., C j , ... and Ci being for example applied by connections 21 which are not very disturbing for the electromagnetic field.
  • connections 21 are not very disturbing for the electromagnetic field.
  • Such connections are made, for example, carbon son so as to be sufficiently - ment resistive to have only a small influence on the electromagnetic field.
  • the antenna 41 playing the role of summing device, is directly connected to a coherent microwave detection circuit, identical to the circuit 6 of FIG. 2, in the case of an array of reception antennas. The rest of the device is unchanged.
  • the focusing device 90 of FIG. 9 represents a variant of the device of the invention, using only two mixers instead of six.
  • a mixer 961 identical to the mixer 61 of FIG. 3, is provided with a first input receiving the signal s at the output of the adder 3, with a second input and with an output.
  • a mixer 981 identical to the mixer 81 in FIG. 4, is provided with a first input connected to the output of the mixer 961, a second input and an output connected to the input of a low-pass filter 987, identical to the low-pass filter 87 in FIG. 4 .
  • the output of an oscillator 94 is connected to the second input of the mixer 961 ′ via a controllable phase shifter 963.
  • the output of an oscillator 911 identical to the oscillator 11 in FIG. 2 is connected to the second input of the mixer 981 via a controllable phase shifter 985.
  • the controllable phase shifters 963 and 985 are likely to phase shift by an angle equal to 0, or equal to ⁇ / 2, as a function of a signal applied to the control input with which each of them is provided.
  • a processing and control circuit 91 for example with a microprocessor, and provided with two outputs connected to the control inputs of the phase shifters 963 and 985, an input connected to the output of the low-pass filter 987, and two outputs delivering the signals U x and V X.
  • the operation of the focusing device 90 is as follows: the processing and control circuit 91 controls the phase shifters 963 and 985 sequentially, so that the previously defined signals SA, SB, SC and SD appear one after the other the other at the input of the filter 987.
  • the circuit 91 stores the various filtered signals and processes the corresponding data to add them up and deliver the signals U x and V previously defined.
  • the signals picked up are coherent signals, that is to say periodic signals of defined phase, to which a coherent microwave detection can be applied, as in circuits 6, 76, 6 t and 961-63, as the case may be.
  • the invention is not limited to such coherent radiation and can also be applied to thermography, for example.
  • an image representative of the temperatures of the various points of the object is constructed, from microwave signals of which the object is itself the source.
  • These signals being inconsistent, that is to say of random phase, they must be detected with particular detection devices of known type, for example quadratic detection devices with or without prior frequency changes.
  • the devices of FIGS. 2, 6, 8 and 9 must therefore be modified, in this case, so that the coherent microwave detection circuits 6, 76, 6 ′ and 961-963 are replaced by suitable devices.
  • the device 70 for simultaneous focusing on several points in FIG. 6 could then be modified by placing only one modulator downstream of each antenna, and by controlling this modulator with the sum of the two corresponding signals from the phase shift circuits 712 and 71 2 '.
  • the antennas are generally organized on a surface to form an array.
  • the antennas can be organized in a line, straight or curved, to form a linear network.
  • a single switch can be used controlled by a suitable signal, for example the signal resulting from the product of the step functions relating to each of the phase shifted modulation signals.

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Abstract

Chaque signal microonde (Sj) reçu par une antenne de réseau est soumis à une modulation en amplitude (2) à l'aide d'un signal de modulation basse fréquence déphasé (Cj). Les signaux modulés (S'j) sont sommés, et le résultat de la sommation soumis à une détection microonde (6) puis à une démodulation basse fréquence (8) à l'aide du signal de modulation (D). Le point de focalisation dépend de la loi de phase (Δx) selon laquelle on déphase le signal de modulation (D) pour obtenir chaque signal de modulation déphasé (Cj). L'invention s'applique en particulier aux systèmes d'imagerie microonde et aux antennes à balayage électronique.Each microwave signal (Sj) received by a network antenna is subjected to amplitude modulation (2) using a phase shifted low frequency modulation signal (Cj). The modulated signals (S'j) are summed, and the result of the summation subjected to microwave detection (6) and then to low frequency demodulation (8) using the modulation signal (D). The focal point depends on the phase law (Δx) according to which the modulation signal (D) is phase-shifted to obtain each phase-shifted modulation signal (Cj). The invention applies in particular to microwave imaging systems and to electronic scanning antennas.

Description

La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de focalisation, sur au moins un point à examiner d'une source de rayonnement microonde, des antennes d'un réseau d'antennes recevant le rayonnement du point avec des déphasages de réception respectifs.The present invention firstly relates to a method of focusing, on at least one point to be examined from a microwave radiation source, the antennas of an array of antennas receiving the radiation from the point with respective reception phase shifts .

Un tel procédé est utilisé lorsque l'on désire obtenir, à partir du rayonnement microonde en provenance d'un objet à analyser, une image microonde de cet objet. A cet effet, un ensemble d'antennes est organisé pour former un réseau, ce terme étant pris dans un sens voisin, mais plus large, que celui qu'il possède en optique, et ce réseau d'antennes est successivement focalisé sur chacun des points à examiner de l'objet, de façon à construire, point par point, l'image microonde de cet objet. Les systèmes d'imagerie microonde ont, en particulier, des applications dans le génie biomédical pour la détection et le traitement de tumeurs, par exemple, ainsi que dans le génie civil, pour la détection d'objets enterrés par exemple, ou bien pour le contrôle des matériaux traités par rayonnement microonde (polymérisation, décongélation, séchage...). Par ailleurs, les antennes connues sous le nom d'antennes à balayage électronique, utilisées par exemple en radar et en télécommunications, sont organisées en un réseau d'antennes fixe qui présente un maximum de sensibilité dans une direction variable commandable électroniquement, et mettent en oeuvre un tel procédé, correspondant à la focalisation sur un point situé à une distance infinie, et défini uniquement par sa direction.Such a method is used when it is desired to obtain, from the microwave radiation coming from an object to be analyzed, a microwave image of this object. To this end, a set of antennas is organized to form a network, this term being taken in a similar, but broader, sense than that which it possesses in optics, and this network of antennas is successively focused on each of the points to examine of the object, so as to build, point by point, the microwave image of this object. Microwave imaging systems have, in particular, applications in biomedical engineering for the detection and treatment of tumors, for example, as well as in civil engineering, for the detection of buried objects for example, or for control of materials treated by microwave radiation (polymerization, thawing, drying ...). Furthermore, the antennas known by the name of electronically scanned antennas, used for example in radar and in telecommunications, are organized in a fixed array of antennas which has maximum sensitivity in a variable direction electronically controllable, and artwork such a method, corresponding to focusing on a point located at an infinite distance, and defined only by its direction.

On connaît déjà un procédé de focalisation, dans lequel le signal reçu par chaque antenne est déphasé dans un déphaseur microonde, les signaux déphasés sont additionnés et le signal de sommation soumis à une détection microonde. La loi de phase, qui détermine le déphasage particulier à appliquer à chaque signal reçu, est établie de façon à ce que les contributions en provenance du point sur lequel est focalisé le réseau se retrouvent en phase au moment de la sommation, les contributions en provenance des autres points ayant des phases quelconques les unes par rapport aux autres. Ainsi, après sommation, le signal obtenu représente principalement la contribution du point de focalisation.A focusing method is already known, in which the signal received by each antenna is phase-shifted in a microwave phase shifter, the phase-shifted signals are added and the summation signal subjected to microwave detection. The phase law, which determines the particular phase shift to be applied to each received signal, is established so that the contributions from the point on which the network is focused are in phase at the time of summation, the contributions from other points having any phases with respect to each other. Thus, after summation, the signal obtained mainly represents the contribution of the focal point.

Ce procédé connu présente, d'une part, l'inconvénient d'une mise en oeuvre difficile sur le plan pratique, car elle nécessite d'utiliser autant de déphaseurs microondes qu'il y a d'antennes dans le réseau. Or un déphaseur microonde est un composant relativement complexe, d'un prix de revient élevé et d'un encombrement important. Dans les cas où le nombre d'antennes atteint plusieurs centaines, voire plusieurs milliers, cette solution est donc très onéreuse. De plus, il est clair que l'encombrement des déphaseur conditionne la distance entre une antenne et les antennes voisines, c'est-à-dire le pas du réseau. Or une antenne à pas trop grand donnera une image de mauvaise qualité. D'autre part, un inconvénient de ce procédé est qu'il ne permet pas, à un instant donné, la focalisation simultanée sur plusieurs points.This known method has, on the one hand, the disadvantage of a difficult implementation from a practical point of view, because it requires the use of as many microwave phase shifters as there are antennas in the array. However, a microwave phase shifter is a relatively complex component, with a high cost price and a large size. In cases where the number of antennas reaches several hundred, even several thousand, this solution is therefore very expensive. In addition, it is clear that the size of the phase shifters conditions the distance between an antenna and the neighboring antennas, that is to say the pitch of the network. However, a not too large antenna will give a poor quality image. On the other hand, a disadvantage of this process is that it does not allow, at a given instant, simultaneous focusing on several points.

Pour pallier ces inconvénients, il est connu d'utiliser un procédé de focalisation synthétique. Dans un tel procédé, on ne déphase pas chaque signal reçu, qui est soumis directement à une détection cohérente microonde, c'est-à-dire une détection permettant de connaître le signal détecté en module et en phase. Module et phase de chaque signal reçu sont alors acquis par un calculateur. Le calculateur effectue un traitement numérique de l'ensemble de ces données, afin d'en extraire la contribution en provenance d'un point quelconque de l'objet. Un tel traitement revient donc à une focalisation synthétique par opposition à la focalisation analogique obtenue en utilisant des déphaseurs microondes.To overcome these drawbacks, it is known to use a synthetic focusing process. In such a method, each received signal is not phase-shifted, which is subjected directly to coherent microwave detection, that is to say a detection making it possible to know the signal detected in module and in phase. Module and phase of each signal received are then acquired by a computer. The computer performs digital processing of all of this data, in order to extract the contribution from any point of the object. Such processing therefore amounts to synthetic focusing as opposed to analog focusing obtained using microwave phase shifters.

Le procédé de focalisation synthétique présente cependant les inconvénients suivants :

  • - le rapport signal à bruit est très inférieur au rapport signal à bruit du procédé de focalisation analogique;
  • - les seuls algorithmes de traitement numériques qu'il est possible de mettre en oeuvre ne correspondent qu'à des géométries de réseau particulières et en nombre limité (géométrie plane, cylindrique, sphérique ...);
  • - la mise en oeuvre pratique du procédé, qui nécessite autant de détections cohérentes microondes successives que d'antennes, impose l'utilisation d'un multiplexeur microonde à très grand nombre de voies, donc d'un prix de revient et d'un encombrement élevé;
  • - les détections cohérentes effectuées sur chaque signal rendent impossible le traitement des signaux incohérents, c'est-à-dire des signaux dont la phase varie de façon aléatoire, comme les signaux microondes émis par l'objet lui-même utilisés par exemple en thermographie pour obtenir une image de la température des différents points de l'objet;
  • - la focalisation simultanée sur plusieurs points nécessite d'utiliser autant de calculateurs que de points de focalisation.
The synthetic focusing method has the following drawbacks, however:
  • - the signal to noise ratio is much lower than the signal to noise ratio of the analog focusing process;
  • - the only digital processing algorithms that it is possible to implement correspond only to specific network geometries and in limited number (plane, cylindrical, spherical geometry, etc.);
  • - the practical implementation of the method, which requires as many coherent successive microwave detections as there are antennas, requires the use of a microwave multiplexer with a very large number of channels, therefore with cost and space requirements Student;
  • - the coherent detections carried out on each signal make it impossible to process incoherent signals, that is to say signals whose phase varies randomly, such as the microwave signals emitted by the object itself used for example in thermography for obtain an image of the temperature of the various points of the object;
  • - simultaneous focusing on several points requires the use of as many computers as there are focal points.

Pour pallier les inconvénients des procédés connus le demandeur a cherché un procédé de focalisation de type analogique, pouvant s'adapter à n'importe quelle géométrie de réseau, mais ne nécessitant pas l'emploi de déphaseurs microondes comme le seul procédé de focalisation analogique connu. Pour ce faire, le demandeur a eu l'idée d'effectuer les déphasages non plus sur les signaux microondes, mais sur un signal basse fréquence.To overcome the drawbacks of the known methods, the applicant has sought an analog type focusing method, which can adapt to any network geometry, but does not require the use of microwave phase shifters as the only known analog focusing method. . To do this, the applicant had the idea of carrying out the phase shifts no longer on the microwave signals, but on a low frequency signal.

L'invention, qui a été faite au Laboratoire des Signaux et Systèmes de l'Ecole Supérieure d'Electricité, unité mixte 14 du Centre National de la Recherche Scientifique, a donc pour objet un procédé de focalisation, sur au moins un point à examiner d'une source de rayonnement microonde, des antennes d'un réseau d'antennes recevant le rayonnement du point avec des déphasages de réception respectifs, caractérisé par le fait que

  • - les signaux délivrés par les antennes sont modulés en amplitude par au moins un même signal de modulation basse fréquence, respectivement avec des déphasages de modulation correspondant aux déphasages de réception,
  • - les signaux modulés sont additionnés en un signal de sommation,
  • - la composante microonde du signal de sommation est détectée, et
  • - le signal détecté est démodulé.
The invention, which was made at the Laboratory of Signals and Systems of the Higher School of Electricity, mixed unit 14 of the National Center for Scientific Research, therefore relates to a focusing process, on at least one point to be examined of a microwave radiation source, antennas of an array of antennas receiving radiation from the point with respective reception phase shifts, characterized in that
  • the signals delivered by the antennas are amplitude modulated by at least one same low frequency modulation signal, respectively with modulation phase shifts corresponding to the reception phase shifts,
  • - the modulated signals are added into a summation signal,
  • the microwave component of the summation signal is detected, and
  • - the detected signal is demodulated.

Le procédé de l'invention ne met en oeuvre aucun déphaseur microonde. C'est le signal de modulation basse fréquence qui est déphasé dans des déphaseurs basse fréquence, au demeurant très simples. Ce résultat est obtenu en modulant en amplitude les signaux délivrés par des antennes. Or, comme cela sera abordé plus loin, on peut utiliser des modulateurs microondes peu encombrants et peu coûteux.The method of the invention does not use any microwave phase shifter. It is the low frequency modulation signal which is phase shifted in low frequency phase shifters, which are very simple. This result is obtained by modulating in amplitude the signals delivered by antennas. However, as will be discussed below, it is possible to use space-saving and inexpensive microwave modulators.

Le procédé de l'invention étant un procédé de type analogique, il peut s'adapter à des géométries de réseau non conventionnelles, il permet de compenser des irrégularités dans l'alignement des antennes du réseau, par exemple, il présente un meilleur rapport signal à bruit que le procédé de focalisation synthétique, et il peut s'adapter aux rayonnements incohérents.The method of the invention being an analog type method, it can adapt to unconventional network geometries, it makes it possible to compensate for irregularities in the alignment of the antennas of the network, for example, it has a better signal ratio noise than the synthetic focusing process, and it can adapt to incoherent radiation.

Avantageusement, les signaux délivrés par les antennes sont modulés en amplitude par un signal de modulation basse fréquence de type carré, avec des déphasages de modulation.Advantageously, the signals delivered by the antennas are amplitude modulated by a low frequency modulation signal of the square type, with modulation phase shifts.

Dans ce cas, la modulation peut être effectuée à l'aide d'interrupteurs microondes, du type à diode PIN par exemple, donc d'un prix de revient et d'un encombrement faibles.In this case, the modulation can be carried out using microwave switches, of the PIN diode type for example, therefore with a low cost and size.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, caractérisé par le fait qu'il comprend :

  • - des moyens pour engendrer un signal basse fréquence,
  • - des moyens pour déphaser le signal basse fréquence de déphasages correspondant aux déphasages de réception,
  • - des moyens pour moduler en amplitude les signaux délivrés par les antennes, par le signal basse fréquence avec les déphasages, respectivement,
  • - des moyens pour additionner les signaux modulés, délivrant un signal de sommation,
  • - des moyens pour détecter la composante microonde du signal de sommation et
  • - des moyens pour démoduler le signal détecté.
The subject of the invention is also a device for implementing the method of the invention, characterized in that it comprises:
  • - means for generating a low frequency signal,
  • means for phase shifting the low frequency phase shift signal corresponding to the reception phase shifts,
  • means for amplitude modulation of the signals delivered by the antennas, by the low frequency signal with the phase shifts, respectively,
  • means for adding the modulated signals, delivering a summation signal,
  • means for detecting the microwave component of the summation signal and
  • - means for demodulating the detected signal.

Naturellement et comme cela sera vu dans la description, l'invention peut également être mise en oeuvre pour la focalisation des antennes d'un réseau d'antennes d'émission.Naturally and as will be seen in the description, the invention can also be implemented for focusing the antennas of an array of transmit antennas.

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs mises en oeuvre du procédé de l'invention et de plusieurs formes de réalisation du dispositif de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

  • - la figure 1 représente un schéma par blocs d'un réseau d'antennes de réception et d'un dispositif de focalisation selon l'invention;
  • - la figure 2 représente un schéma détaillé du dispositif de focalisation de la figure 1;
  • - la figure 3 représente un schéma détaillé du circuit de détection cohérente microonde de la figure 2;
  • - la figure 4 représente un schéma détaillé du circuit de détection cohérente basse-fréquence de la figure 2;
  • - la figure 5 représente un schéma détaillé du circuit de déphasage de la figure 2;
  • - la figure 6 représente un dispositif de focalisation simultanée sur deux points des antennes d'un réseau d'antennes de réception;
  • - la figure 7 représente un dispositif de focalisation des antennes d'un réseau d'antennes d'émission;
  • - la figure 8 représente une première variante du dispositif de focalisation de la figure 2;
  • - la figure 9 représente une deuxième variante du dispositif de focalisation de la figure 2, et,
  • - la figure 10 représente un diagramme temporel des signaux du dispositif de focalisation de la figure 2.
The present invention will be better understood with the aid of the following description of several implementations of the method of the invention and of several embodiments of the device of the invention, made with reference to the appended drawings, in which:
  • - Figure 1 shows a block diagram of an array of receiving antennas and a focusing device according to the invention;
  • - Figure 2 shows a detailed diagram of the focusing device of Figure 1;
  • - Figure 3 shows a detailed diagram of the coherent microwave detection circuit of Figure 2;
  • - Figure 4 shows a detailed diagram of the low-frequency coherent detection circuit of Figure 2;
  • - Figure 5 shows a detailed diagram of the phase shift circuit of Figure 2;
  • - Figure 6 shows a device for simultaneous focusing on two points of the antennas of an array of reception antennas;
  • - Figure 7 shows a device for focusing the antennas of an array of transmit antennas;
  • - Figure 8 shows a first variant of the focusing device of Figure 2;
  • FIG. 9 represents a second variant of the focusing device of FIG. 2, and,
  • FIG. 10 represents a time diagram of the signals of the focusing device of FIG. 2.

En référence à la figure 1, afin d'obtenir une image microonde d'un objet 20, on dispose une série de J antennes 1 sur une surface, ici un plan P, exposée à un rayonnement électromagnétique microonde en provenance de l'objet 20. L'antenne 1 de rang j reçoit un signal microonde sj. Un dispositif de focalisation 30 est pourvu de J entrées recevant les J signaux s1,..., sj,..., et sJ. Il est aussi pourvu de deux sorties délivrant deux signaux utiles Ux et Vx, ainsi que d'une entrée de commande recevant, ici par l'intermédiaire d'un bus parallèle, un signal de commande ΔX.With reference to FIG. 1, in order to obtain a microwave image of an object 20, there is a series of J antennas 1 on a surface, here a plane P, exposed to microwave electromagnetic radiation coming from the object 20 The antenna 1 of row j receives a microwave signal s j . A focusing device 30 is provided with J inputs receiving the J signals s 1 , ..., s j , ..., and s J. It is also provided with two outputs delivering two useful signals U x and V x , as well as a control input receiving, here by means of a parallel bus, a control signal Δ X.

L'objet 20 peut être lui-même la source de rayonnement reçu par les antennes 1, ou il peut agir comme source secondaire, c'est-à-dire comme réflecteur d'un rayonnement émis par une source primaire microonde, destinée à illuminer l'objet 20, et non représentée sur la figure 1 dans un souci de simplicité. On considérera dans toute la suite, sauf indication contraire, que le rayonnement microonde reçu par les antennes 1 est monochromatique de fréquence f, soit parce que la source de rayonnement est elle-même monochromatique de fréquence f, soit parce que, la source émettant un rayonnement dans une certaine bande de fréquence, on utilise un dispositif de focalisation 30 sélectif, centré sur la fréquence f.The object 20 can itself be the source of radiation received by the antennas 1, or it can act as a secondary source, that is to say as a reflector of radiation emitted by a primary microwave source, intended to illuminate object 20, and not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity. In the following, it will be considered, unless otherwise indicated, that the microwave radiation received by the antennas 1 is monochromatic of frequency f, either because the radiation source is itself monochromatic of frequency f, or because, the source emitting a radiation in a certain frequency band, a selective focusing device 30 is used, centered on the frequency f.

La série des J antennes 1 disposées régulièrement dans le plan P est appelée, par analogie avec les réseaux rencontrés en optique, réseau d'antennes. L'image microonde est obtenue en focalisant successivement le réseau d'antennes 1 sur chacun des points à examiner X de l'objet 20, au cours d'un balayage séquentiel, point par point, de cet objet.The series of J antennas 1 regularly arranged in the plane P is called, by analogy with the networks encountered in optics, antenna array. The microwave image is obtained by successively focusing the array of antennas 1 on each of the points to be examined X of the object 20, during a sequential scanning, point by point, of this object.

Par focalisation des antennes 1 du réseau d'antennes sur un point X, on entend commande du dispositif de focalisation 30 à l'aide du signal de commande ΔX de façon à ce que les signaux utiles Ux et VX en sortie du dispositif ne soient représentatifs que du rayonnement microonde en provenance du point X.By focusing the antennas 1 of the antenna array on a point X, is meant control of the focusing device 30 using the control signal Δ X so that the useful signals U x and V X at the output of the device are only representative of microwave radiation from point X.

Un dispositif de balayage séquentiel, non représenté, engendre les signaux de commande A successifs et un dispositif de visualisation, non représenté, synchronisé par le dispositif de balayage séquentiel, recueille les signaux Ux et Vx. Le dispositif de balayage séquentiel et le dispositif de visualisation sont du type classique utilisé dans les systèmes d'imagerie connus.A sequential scanning device, not shown, generates the successive control signals A and a display device, not shown, synchronized by the sequential scanning device, collects the signals U x and V x . The sequential scanning device and the viewing device are of the conventional type used in known imaging systems.

Avant de décrire le dispositif de focalisation 30 selon l'invention, il est utile de préciser le principe des procédés de l'art antérieur.Before describing the focusing device 30 according to the invention, it is useful to clarify the principle of prior art methods.

Dans ces procédés, on fait subir à chaque signal si un déphasage microonde d'un angle déterminé ΔX(j), et on somme les J signaux déphasés. La loi ΔX(j) qui détermine l'angle de déphasage pour chaque signal sj, appelée loi de phase pour le point X, est établie de façon à ce que les contributions en provenance du point X, se retrouvant en phase au moment de la sommation, interfèrent de façon constructive, alors que les contributions en provenance des autres points, ayant des phases quelconques les unes par rapport aux autres, interfèrent de façon destructive. Ainsi, le résultat de la sommation représente principalement la contribution du point X. On focalise donc le réseau d'antennes 1 sur le point X en imposant la loi de phase ΔX(j) à l'aide du signal ΔX. La loi de phase ΔX(j) peut se déduire de la connaissance des longueurs des trajets reliant le point X à chacune des antennes 1.In these methods, each signal is subjected to a microwave phase shift by a determined angle Δ X (j), and the J phase-shifted signals are summed. The law Δ X (j) which determines the phase shift angle for each signal s j , called the phase law for point X, is established so that the contributions coming from point X, finding themselves in phase at the time of the summation, interfere constructively, while the contributions coming from the other points, having any phases with respect to each other, interfere destructively. Thus, the result of the summation mainly represents the contribution of point X. The antenna array 1 is therefore focused on point X by imposing the phase law Δ X (j) using the signal Δ X. The phase law Δ X (j) can be deduced from knowing the lengths of the paths connecting point X to each of the antennas 1.

Le dispositif de focalisation 30 selon l'invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 2. Sur cette figure, chaque référence 2 désigne un interrupteur microonde. Il est prévu autant d'interrupteurs 2 que d'entrées, c'est-à-dire ici J interrupteurs.The focusing device 30 according to the invention will now be described, with reference to FIG. 2. In this figure, each reference 2 designates a microwave switch. There are as many switches 2 as there are inputs, that is to say here J switches.

L'interrupteur 2 de rang j est pourvu d'une entrée microonde recevant le signal sj et d'une sortie microonde délivrant le signal s'j, ainsi que d'une entrée de commande recevant un signal Cj.The switch 2 of row j is provided with a microwave input receiving the signal s j and a microwave output delivering the signal s' j , as well as a control input receiving a signal C j .

Un sommateur microonde 3 est pourvu de J entrées recevant les J signaux s'1,..., s'j,... et s'J, et d'une sortie délivrant un signal s.A microwave summing device 3 is provided with J inputs receiving the J signals s' 1 , ..., s' j , ... and s' J , and an output delivering a signal s.

Un circuit 6 de détection cohérente microonde est pourvu d'une entrée de signal recevant le signal s, d'une entrée de commande et de deux sorties délivrant des signaux DA et DB.A coherent microwave detection circuit 6 is provided a signal input receiving the signal s, a control input and two outputs delivering DA and DB signals.

Un oscillateur microonde 4 est pourvu d'une sortie délivrant un signal r de détection cohérente microonde, reliée à l'entrée de commande du circuit 6. Le signal r est un signal sinusoïdal de fréquence f.A microwave oscillator 4 is provided with an output delivering a signal r of coherent microwave detection, connected to the control input of circuit 6. The signal r is a sinusoidal signal of frequency f.

Un circuit 8 de détection cohérente basse fréquence est pourvu de deux entrées de signal recevant les signaux DA et DB, d'une entrée de commande et de deux sorties délivrant les signaux Ux et Vx.A low frequency coherent detection circuit 8 is provided with two signal inputs receiving the signals DA and DB, a control input and two outputs delivering the signals U x and V x .

Un oscillateur basse fréquence 11 est pourvu d'une sortie délivrant un signal de modulation D, reliée à l'entrée de commande du circuit 8. Le signal D est un signal sinusoïdal de fréquence F, de valeur comprise entre sensiblement quelques kilohertz et sensiblement quelques mégahertz.A low frequency oscillator 11 is provided with an output delivering a modulation signal D, connected to the control input of circuit 8. The signal D is a sinusoidal signal of frequency F, of value between substantially a few kilohertz and substantially a few megahertz.

Un circuit de déphasage 12 est pourvu d'une entrée recevant le signal D, de J entrées de commande reliées au bus parallèle recevant le signal de commande ΔX, et de J sorties délivrant les J signaux C1,..., Cj,... et CJ.A phase shift circuit 12 is provided with an input receiving the signal D, J control inputs connected to the parallel bus receiving the control signal Δ X , and J outputs delivering the J signals C 1 , ..., C j , ... and C J.

En référence à la figure 3, le circuit 6 de détection cohérente microonde comprend deux mélangeurs 61 et 62 et un déphaseur 63. Les mélangeurs 61 et 62 sont du type comprenant deux entrées, et une sortie délivrant un signal égal, à tout instant, au produit des signaux reçus sur les deux entrées. Il s'agit ici des dispositifs connus par l'homme de métier sous le nom de modulateurs en anneau ou mélangeurs équilibrés.With reference to FIG. 3, the microwave coherent detection circuit 6 comprises two mixers 61 and 62 and a phase shifter 63. The mixers 61 and 62 are of the type comprising two inputs, and one output delivering a signal equal, at all times, to the produces signals received on both inputs. These are devices known to those skilled in the art as ring modulators or balanced mixers.

Le mélangeur 61 reçoit sur une entrée le signal à et sur l'autre entrée le signal r, et délivre en sortie le signal DA.The mixer 61 receives on an input the signal to and on the other input signals r, and outputs DA signal.

Le mélangeur 62 reçoit sur une entrée le signal a et sur l'autre entrée le signal r déphasé d'un angle égal à Π/2, dans le déphaseur 63.Le mélangeur 62 délivre en sortie le signal DB.The mixer 62 receives on one input the signal a and on the other input the signal r phase shifted by an angle equal to Π / 2, in the phase shifter 63. The mixer 62 outputs the signal DB.

En référence à la figure 4, le circuit de détection cohérente basse fréquence 8 comprend quatre mélangeurs 81, 82, 83 et 84, deux déphaseurs 85 et 85', un soustracteur 86 et un additionneur 88, et deux filtres passe-bas 87 et 89.With reference to FIG. 4, the low frequency coherent detection circuit 8 comprises four mixers 81, 82, 83 and 84, two phase shifters 85 and 85 ', a subtractor 86 and an adder 88, and two low-pass filters 87 and 89 .

Les mélangeurs 81 à 84 sont d'un type comparable à celui des mélangeurs 61 et 62. Le mélangeur 81 reçoit sur une entrée le signal DA et sur l'autre entrée le signal D, et il délivre en sortie un signal SA. Le mélangeur 82 reçoit sur une entrée le signal DB et sur l'autre entrée le signal D déphasé d'un angle égal à Π/2 dans le déphaseur 85, et il délivre en sortie le signal SB. Le mélangeur 83 reçoit sur une entrée le signal DA et sur l'autre entrée le signal D déphasé d'un angle égal à Π/2 dans le déphaseur 85', et il délivre en sortie le signal SC. Le mélangeur 84 reçoit sur une entrée le signal DB et sur l'autre entrée le signal D, et il délivre en sortie le signal SD.The mixers 81 to 84 are of a type comparable to that of the mixers 61 and 62. The mixer 81 receives on one input the signal DA and on the other input the signal D, and it outputs a signal SA. The mixer 82 receives on one input the signal DB and on the other input the signal D phase shifted by an angle equal to Π / 2 in the phase shifter 85, and it outputs the signal SB. The mixer 83 receives on one input the signal DA and on the other input the signal D phase shifted by an angle equal to Π / 2 in the phase shifter 85 ', and it outputs the signal SC. The mixer 84 receives the signal DB on one input and the signal D on the other input, and outputs the signal SD.

Le soustracteur 86 reçoit sur ses deux entrées les signaux SA et SB; sa sortie est reliée au filtre 87, qui délivre en sortie le signal UX.The subtractor 86 receives on its two inputs the signals SA and SB; its output is connected to filter 87, which outputs the signal U X.

L'additionneur 88 reçoit sur ses deux entrées les signaux SC et SD; sa sortie est reliée au filtre 89 qui délivre en sortie le signal VX.The adder 88 receives on its two inputs the signals SC and SD; its output is connected to filter 89 which outputs the signal V X.

En référence à la figure 5, le circuit de déphasage 12 comprend J déphaseure commandables 121. Le déphaseur 121 de rang j est pourvu d'une entrée de signal recevant le signal D, d'une entrée de commande de l'angle ΔX(j) de déphasage, recevant un signal de commande également appelé Δx(j) dans un souci de simplicité, et d'une sortie de signal délivrant le signal Cj, déphasé de l'angle ΔX(j) par rapport au signal de modulation D.Referring to Figure 5, the phase shift circuit 12 includes J controllable phase shifter 121. The phase shifter 121 of rank j is provided with a signal input receiving the signal D, with a control input for the angle Δ X (j) of phase shift, receiving a control signal also called Δ x (j) for the sake of simplicity, and of a signal output delivering the signal C j , phase shifted by the angle Δ X (j) relative to the modulation signal D.

Les J entrées de commande des J déphaseurs 121 constituent le bus parallèle auquel est appliqué le signal ΔX composé des J signaux ΔX(j).The J control inputs of the J phase shifters 121 constitute the parallel bus to which the signal Δ X composed of the J signals Δ X (j) is applied.

Les interrupteurs 2 sont ici des commutateurs à diodes PIN, bien connus de l'homme de métier.The switches 2 are here PIN diode switches, well known to those skilled in the art.

Le sommateur 3 et les mélangeurs 61 et 62 sont des circuits du type connu par l'homme de métier pour une utilisation microonde, alors que les mélangeurs 81 à 84, le soustracteur 86 et l'additionneur 88, les filtres passe-bas 87 et 89 et les déphaseurs 121 sont des circuits du type connu par l'homme de métier pour une utilisation en basse fréquence.The summator 3 and the mixers 61 and 62 are circuits of the type known by a person skilled in the art for microwave use, while the mixers 81 to 84, the subtractor 86 and the adder 88, the low-pass filters 87 and 89 and the phase shifters 121 are circuits of the type known to those skilled in the art for use at low frequency.

Le fonctionnement du dispositif de focalisation 30 qui vient d'être décrit est maintenant expliqué, en référence à la figure 10.The operation of the focusing device 30 which has just been described is now explained, with reference to FIG. 10.

On suppose que le signal r, non représenté, de fréquence f, délivré par l'oscillateur microonde 4, est de la forme

Figure imgb0001
et que le signal D, de fréquence F, délivré par l'oscillateur 11, est de la forme
Figure imgb0002
It is assumed that the signal r, not shown, of frequency f, delivered by the microwave oscillator 4, is of the form
Figure imgb0001
and that the signal D, of frequency F, delivered by the oscillator 11, is of the form
Figure imgb0002

Le signal Cj à la sortie du déphaseur 121 de rang j vaut alors

Figure imgb0003
The signal C j at the output of the phase shifter 121 of rank j is then worth
Figure imgb0003

Supposons alors que le signal microonde reçu par l'antenne de rang j soit de la forme :

Figure imgb0004
Suppose then that the microwave signal received by the antenna of rank j is of the form:
Figure imgb0004

expression dans laquelle Aj est l'amplitude du signal sj et δj son angle de phase par rapport au signal r.expression in which A j is the amplitude of the signal s j and δ j its phase angle with respect to the signal r.

Alors le signal s'j en sortie de l'interrupteur 2 de rang j s'écrit :

Figure imgb0005
dans cette expression, la fonction échelon Ech[cj] est égale à 1 si Cj est positif et égal à 0 si Cj est négatif.Then the signal s' j at the output of the switch 2 of row j is written:
Figure imgb0005
in this expression, the echelon function Ech [c j ] is equal to 1 if C j is positive and equal to 0 if C j is negative.

Ainsi, on peut dire que le signal s'j est modulé en amplitude par un signal de modulation de type carré, comme le montre la figure 10.Thus, it can be said that the signal s ′ j is amplitude modulated by a square type modulation signal, as shown in FIG. 10.

Le produit du signal r par la composante s' du signal s, effectué, dans le circuit 6 de détection cohérente microonde, par le mélangeur 61, donne un signal :

Figure imgb0006
c'est-à-dire :
Figure imgb0007
The product of the signal r by the component s' of the signal s, carried out, in the microwave coherent detection circuit 6, by the mixer 61, gives a signal:
Figure imgb0006
that is to say :
Figure imgb0007

La première composante de ce signal, à la fréquence 2f, est ici filtrée par le mélangeur 61. Si cela n'était pas le cas, un filtre passe bas éliminerait cette composante. Ainsi, la contribution DAj du signal sj du signal DA en sortie du circuit 6 de détection cohérente microonde vaut

Figure imgb0008
The first component of this signal, at frequency 2f, is here filtered by the mixer 61. If this were not the case, a low pass filter would eliminate this component. Thus, the contribution DA j of the signal s j of the signal DA at the output of the microwave coherent detection circuit 6 is worth
Figure imgb0008

Pour les mêmes raisons, et compte tenu du déphasage de TT/2 introduit par le déphaseur 63, la contribution DBj du signal sj au signal DB en sortie du circuit 6 de détection cohérente microonde vaut

Figure imgb0009
For the same reasons, and taking into account the phase shift of TT / 2 introduced by the phase shifter 63, the contribution DB j of the signal s j to the signal DB at the output of the coherent microwave detection circuit 6 is worth
Figure imgb0009

Dans le circuit 8 de détection cohérente basse fréquence, les contributions SAj, SBj, SCj et SDj (ces deux dernières non représentées dans un souci de simplicité) du signal sj aux signaux SA, SB, SC et SD valent :

Figure imgb0010
Figure imgb0011
Figure imgb0012
Figure imgb0013
In the low frequency coherent detection circuit 8, the contributions SA j , SB j , SC j and SD j (the latter two not shown for the sake of simplicity) of the signal s j to the signals SA, SB, SC and SD are equal to:
Figure imgb0010
Figure imgb0011
Figure imgb0012
Figure imgb0013

Or, la fonction Ech [Cj] peut être décomposée en un fondamental :

Figure imgb0014
et des harmoniques.However, the function Ech [C j ] can be broken down into a fundamental:
Figure imgb0014
and harmonics.

Seul le fondamental, multiplié par le signal D, déphasé de

Figure imgb0015
ou non, donnera naissance à une composante continue ou lentement variable.Only the fundamental, multiplied by the signal D, out of phase with
Figure imgb0015
or not, will give rise to a continuous or slowly variable component.

Ainsi, après passage dans le soustracteur 86 et dans l'additionneur 88, et filtrage passe-bas dans les filtres 88 et 89, les contributions UXj et VXj du signal sj aux signaux Ux et Vx s'écrivent :

Figure imgb0016
Figure imgb0017
soit
Figure imgb0018
Figure imgb0019
Thus, after passing through the subtractor 86 and into the adder 88, and low-pass filtering in the filters 88 and 8 9 , the contributions U Xj and V Xj of the signal s j to the signals U x and V x are written:
Figure imgb0016
Figure imgb0017
is
Figure imgb0018
Figure imgb0019

Il apparaît que le déphasage ΔX(j) du signal de modulation s'ajoute au déphasage δj du signal microonde. Donc, tout se passe comme si on déphasait le signal sj d'un angle ΔX(j) dans un déphaseur microonde. Ainsi, si on choisit une loi de phase pour que l'angle ΔX(j) corresponde à l'an- gle δj de façon à ce que leur somme reste constante quelque soit j, les signaux Ux et VX, égaux à la somme de tous les UXj et VXj respectivement, sont bien représentatifs du rayonnement émis par le point X de focalisation.It appears that the phase shift Δ X (j) of the modulation signal is added to the phase shift δ j of the microwave signal. So everything happens as if the signal s j was phase shifted by an angle Δ X (j) in a microwave phase shifter. Thus, if one chooses a phase law so that the angle Δ X (j) corresponds to the an- g of the δ j so that their sum remains constant whatever j, U x and V signals X, equal to the sum of all U Xj and V Xj respectively, are well representative of the radiation emitted by the focusing point X.

Le dispositif de focalisation 70 représenté sur la figure 6 permet la focalisation simultanée sur deux points X et Y de l'objet 20, pour observer continûment ce qui se passe en ces deux points particuliers sans avoir à former une image complète, par exemple pour suivre l'évolution de leur température dans le cas de certaines applications biomédicales.The focusing device 70 shown in Figure 6 allows the simultaneous focusing on two points X and Y of the object 20, to continuously observe what is happening at these two particular points without having to form a complete image, for example to follow the evolution of their temperature in the case of certain biomedical applications.

A cet effet, le dispositif de focalisation 70 est pourvu de deux bus recevant les signaux ΔX et ΔY, représentatifs des lois de phases ΔX(j) et ΔY(j) correspondant aux points X et Y à observer. Le dispositif de focalisation 70 est également pourvu de deux groupes de deux sorties délivrant continûment des signaux représentatifs des points X et Y, ici par exemple les signaux précédemment définis UX, VX, Uy et YY.To this end, the focusing device 70 is provided with two buses receiving the signals Δ X and Δ Y , representative phase laws Δ X (j) and Δ Y (j) corresponding to the points X and Y to be observed. The focusing device 70 is also provided with two groups of two outputs continuously delivering signals representative of the points X and Y, here for example the previously defined signals U X , V X , U y and Y Y.

Le dispositif de focalisation 70 se distingue du dispositif 30 de la figure 2 essentiellement en ce qu'il comporte deux oscillateurs 711 et 711' délivrant deux signaux D1 et D2 respectivement, de fréquence F1 et F2 respectivement. Les deux signaux D1 et D2 sont du même type que le signal D déjà rencontré.The focusing device 70 differs from the device 30 of FIG. 2 essentially in that it comprises two oscillators 711 and 711 'delivering two signals D 1 and D 2 respectively, of frequency F 1 and F 2 respectively. The two signals D 1 and D 2 are of the same type as the signal D already encountered.

Le signal de sortie de l'oscillateur 711 est appliqué à un circuit de déphasage 712 analogue au circuit 12 de la figure 2. Le circuit 712 est commandé par le signal ΔX.The output signal from the oscillator 711 is applied to a phase shift circuit 712 analogous to the circuit 12 in FIG. 2. The circuit 712 is controlled by the signal Δ X.

De même, le signal de sortie de l'oscillateur 711' est appliqué à un circuit de déphasage 712' analogue au circuit 12 de la figure 2, commandé par le signal ΔY.Similarly, the output signal from the oscillator 711 'is applied to a phase shift circuit 712' similar to the circuit 12 in Figure 2, controlled by the signal Δ Y.

Chaque circuit 712 et 712' délivre un ensemble de J signaux de modulation analogues aux signaux C1,..., Cj..., et CJ de la figure 2. Les deux signaux de modulation de rang j commandent deux interrupteurs 72 montés en parallèle en aval d'une antenne 71, de rang j. Les interrupteurs 72, au nombre de 2J, et les antennes 71, au nombre de J, sont analogues aux interrupteurs 2 et aux antennes 1 de la figure 2.Each circuit 712 and 712 ′ delivers a set of J modulation signals analogous to the signals C 1 , ..., C j ..., and C J of FIG. 2. The two modulation signals of rank j control two switches 72 mounted in parallel downstream of an antenna 71, of row j. The switches 72, 2J in number, and the antennas 71, J in number, are similar to the switches 2 and the antennas 1 in FIG. 2.

Les J signaux de sorties des J groupes des deux interrupteurs 72 en parallèle sont additionnés dans un sommateur microonde 73, qui délivre un signal se Un circuit 76 de détection cohérente microonde, analogue au circuit 6 de la figure 3, reçoit le signal s sur son entrée de signal et délivre deux signaux DA et DB sur ses deux sorties.The J output signals of the J groups of the two switches 72 in parallel are added in a microwave summator 73, which delivers a signal A coherent microwave detection circuit 76, analogous to circuit 6 of FIG. 3, receives the signal s on its signal input and delivers two signals DA and DB on its two outputs.

Un oscillateur microonde 74, analogue à l'oscillateur 4 de la figure 2, délivre un signal r à l'entrée de commande du circuit 76.A microwave oscillator 74, analogous to oscillator 4 of FIG. 2, delivers a signal r to the control input of circuit 76.

Deux circuits 78 et 78' de détection cohérente basse fréquence sont prévus, analogues au circuit 8 de la figure 4. Chaque circuit 78 et 78' reçoit les signaux DA et DB sur ses deux entrées de signal, et, sur son entrée de commande le signal D 1 et le signal D2 respectivement. Le circuit 78 délivre en sortie les signaux Ux et VX, et le circuit 78' les signaux UY et V .Two low frequency coherent detection circuits 78 and 78 ′ are provided, analogous to circuit 8 in FIG. 4. Each circuit 78 and 78 ′ receives the signals DA and DB on its two signal inputs, and on its control input the signal D 1 and signal D 2 respectively. Circuit 78 outputs the signals U x and V X , and circuit 78 'signals U Y and V.

Le fonctionnement du dispositif de focalisation 70 est le suivant. Du fait que les fréquences F1 et F2 des signaux D1 et D2 sont différentes, le circuit 78 de détection cohérente basse fréquence démodule uniquement les composantes des signaux DA et DB modulées à la fréquence F1 dans les interrupteurs 72, c'est-à-dire celles qui correspondent à la loi de déphasage ΔX, déterminée par le circuit de déphasage 712, focalisant le réseau sur le point X. Pour la même raison, le circuit 78' démodule uniquement les composantes des signaux DA et DB modulées à la fréquence F2, c'est-à-dire celles qui correspondent à la loi de déphasage ΔY, focalisant le réseau sur le point Y.The operation of the focusing device 70 is as follows. Because the frequencies F 1 and F 2 of the signals D 1 and D 2 are different, the low frequency coherent detection circuit 78 demodulates only the components of the signals DA and DB modulated at the frequency F 1 in the switches 72, c ' ie those which correspond to the phase shift law Δ X , determined by the phase shift circuit 712, focusing the network on point X. For the same reason, the circuit 78 ′ demodulates only the components of the signals DA and DB modulated at the frequency F 2 , that is to say those which correspond to the phase shift law Δ Y , focusing the grating on the point Y.

Naturellement, il est possible d'étendre le dispositif de focalisation qui vient d'être décrit à la focalisation simultanée sur un nombre de points supérieur à deux, en choisissant les différentes fréquences de modulation afin d'éviter tout risque d'intermodulation.Naturally, it is possible to extend the focusing device which has just been described to the simultaneous focusing on a number of points greater than two, by choosing the different modulation frequencies in order to avoid any risk of intermodulation.

Naturellement, le procédé de focalisation de l'invention peut être étendu aux systèmes d'imagerie dans lesquels on utilise un réseau d'antennes focalisé pour illuminer un point de l'objet à observer et un réseau d'antennes non focalisé, ou encore une antenne unique omnidirectionnelle, pour recevoir les rayonnements en provenance du point illuminé.Naturally, the focusing method of the invention can be extended to imaging systems in which a focused antenna array is used to illuminate a point of the object to be observed and an unfocused antenna array, or even a single omnidirectional antenna, to receive radiation from the illuminated point.

La figure 7 représente un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. Le bloc 50 représente le dispositif de focalisation d'un réseau de K antennes d'émission 51 à focaliser sur le point X' de l'objet 20'.FIG. 7 represents a device implementing such a method. Block 50 represents the focusing device of a network of K transmitting antennas 51 to focus on the point X 'of the object 20'.

Le dispositif de focalisation 50 comprend un oscillateur microonde 54, délivrant un signal microonde d'émission e, de fréquence f.The focusing device 50 comprises a microwave oscillator 54, delivering a microwave emission signal e, of frequency f.

Chaque antenne 51 est reliée à la sortie de l'oscillateur 54 par l'intermédiaire d'un interrupteur microonde 52, du même type que les interrupteurs 2 de la figure 2. L'interrupteur 52 de rang k est pourvu d'une entrée de commande recevant un signal Ck.Each antenna 51 is connected to the output of the oscillator 54 by means of a microwave switch 52, of the same type as the switches 2 in FIG. 2. The switch 52 of rank k is provided with an input of command receiving a signal C k .

Un circuit de déphasage 512, analogue au circuit de déphasage 12 de la figure 5, est pourvu d'une entrée de signal et de K sorties délivrant les signaux C1,...,Ck,..., et CK chaque signal Ck étant déphasé par rapport au signal reçu sur l'entrée du circuit 512 d'un angle ΔX(k) commandé par le signal ΔX appliqué sur le bus de commande du bloc 512.A phase shift circuit 512, analogous to the phase shift circuit 12 of FIG. 5, is provided with a signal input and with K outputs delivering the signals C 1 , ..., C k , ..., and C K each signal C k being phase shifted relative to the signal received on the input of circuit 512 by an angle Δ X (k) controlled by the signal Δ X applied to the control bus of block 51 2 .

Un oscillateur 511, analogue à l'oscillateur 11 de la figure 2, délivre un signal D'de modulation de fréquence F, à l'entrée du bloc 512.An oscillator 511, similar to the oscillator 11 of FIG. 2, delivers a signal of frequency modulation F, at the input of block 512.

A la réception, une antenne de réception 40, ici unique, capte les signaux en provenance de l'objet 20'. Elle est suivie d'un circuit de détection cohérente microonde 56, analogue au circuit 6 de la figure 3. Le circuit 56 reçoit, sur son entrée de commande, le signal de sortie de l'oscillateur 54. Les deux sorties du circuit 56 sont reliées à un circuit de détection cohérente 58, analogue au circuit 8 de la figure 4. L'entrée de commande du circuit 58 reçoit le signal de modulation D'.Le circuit 58 délivre en sortie les signaux Ux et VX.On reception, a reception antenna 40, here unique, receives the signals coming from the object 20 '. It is followed by a coherent microwave detection circuit 56, analogous to circuit 6 in FIG. 3. Circuit 56 receives, on its control input, the output signal from oscillator 54. The two outputs of circuit 56 are connected to a coherent detection circuit 58, analogous to circuit 8 in FIG. 4. The control input of circuit 58 receives the modulation signal D'. Circuit 58 outputs the signals U x and V X.

Le fonctionnement du dispositif de focalisation 50 est analogue à celui du dispositif 30. Les déphasages ΔX(k) introduits sur les signaux de modulation des signaux microondes émis produisent le même effet, sur le signal reçu et soumis à la détection cohérente microonde à fréquence f, dans le circuit 56, et à la détection cohérente basse fréquence à fréquence F dans le circuit 58, que des déphasages ΔX(k) introduits sur les signaux microondes émis. Si ces déphasages ΔX(k) sont choisis pour correspondre à la mise en phase, au point X, des signaux en provenance des K antennes 51, le réseau d'émission a donc été focalisé sur le point X.The operation of the focusing device 50 is similar to that of the device 30. The phase shifts Δ X (k) introduced on the modulation signals of the microwave signals emitted produce the same effect, on the signal received and subjected to coherent microwave microwave detection. f, in circuit 56, and at coherent low frequency detection at frequency F in circuit 58, that phase shifts Δ X (k) introduced on the microwave signals transmitted. If these phase shifts Δ X (k) are chosen to correspond to the phasing, at point X, of the signals coming from the K antennas 51, the transmission network has therefore been focused on point X.

Evidemment, il est possible d'utiliser simultanément un réseau d'émission focalisé à l'aide d'interrupteurs commandés à la fréquence FE et un réseau de réception focalisé à l'aide d'interrupteurs commandés à la fréquence FR. Dans ces conditions il faudrait effectuer deux détections cohérentes basse fréquence successives, l'une à la fréquence FE, l'autre à la fréquence FR. Comme ces détections cohérentes sont suivies d'un filtrage passe-bas pour ne garder que la partie basse du spectre fréquentiel du signal de sortie, il est équivalent d'effectuer une seule détection cohérente basse fréquence à la fréquence de battement FB entre FE et FR, soit :

Figure imgb0020
Une telle situation se rencontre par exemple dans les systèmes d'imagerie utilisant des réseaux linéaires croisés. Dans de tels systèmes, on utilise, au lieu de réseaux plans, des réseaux linéaires, la direction du réseau d'émission étant perpendiculaire, par exemple, à la direction du réseau de réception. Ces réseaux linéaires croisés sont bien connus de l'homme de métier pour leur meilleure résolution spatiale longitudinale et le nombre réduit d'antennes mis en oeuvre.Obviously, it is possible to use simultaneously a focused transmission network using switches controlled at the frequency F E and a focused reception network using switches controlled at the frequency F R. Under these conditions, two successive low frequency coherent detections should be carried out, one at the frequency F E , the other at the frequency F R. As these coherent detections are followed by a low pass filtering to keep only the low part of the frequency spectrum of the output signal, it is equivalent to carry out a single coherent low frequency detection at the beat frequency F B between F E and F R , that is:
Figure imgb0020
Such a situation is encountered, for example, in imaging systems using crossed linear networks. In such systems, linear networks are used instead of planar networks, the direction of the transmission network being perpendicular, for example, to the direction of the reception network. These crossed linear arrays are well known to those skilled in the art for their better longitudinal spatial resolution and the reduced number of antennas used.

Evidemment, il est possible, avec le procédé de l'invention, de focaliser simultanément les antennes d'un réseau d'émission sur plusieurs points, en transposant à l'émission le dispositif 70 de la figure 6.Obviously, it is possible, with the method of the invention, to focus the antennas of a transmission network simultaneously on several points, by transposing the device 70 of FIG. 6 to transmission.

Dans la description qui précède, on a implicitement considéré, dans le cas par exemple d'un réseau d'antennes de réception, que la sertie de chaque antenne était un signal microonde guidé par une structure de guidage du type guide d'onde, câble coaxial ou ligne à ruban, par exemple. Dans ce cas, la sommation est effectuée par un sommateur microonde, comme le sommateur 3 de la figure 2, pourvu de J accès d'entrée et d'un accès de sortie, chaque accès étant raccordable à une structure de guidage du type défini ci-dessus.In the above description, it has been implicitly considered, in the case for example of an array of reception antennas, that the setting of each antenna was a microwave signal guided by a guide structure of the waveguide, cable type. coaxial or ribbon line, for example. In this case, the summation is carried out by a microwave summing device, like the summing device 3 of FIG. 2, provided with J inlet access and an outlet access, each access being connectable to a guide structure of the type defined here. -above.

Ceci n'est pas obligatoire, et la figure 8 montre par exemple un dispositif dans lequel les antennes de réception sont des antennes dipôles 1', agencées régulièrement sur un panneau 100 en matériau isolant. Le panneau 100 est disposé devant une unique antenne 41, qui joue le rôle de sommateur des signaux microondes captés et rayonnés à nouveau par les antennes 1', ces signaux n'étant plus, comme précédemment, supportés par une structure de guidage. Dans ce cas, les interrupteurs peuvent être de simples diodes 21, les signaux de commutations C1,..., Cj,... et Ci étant par exemple appliqués grâce à des connexions 21 peu perturbantes pour le champ électromagnétique. De façon connue de telles connexions sont réalisées par exemple, en fils de carbone de façon à être suffisam- ment résistives pour n'avoir qu'une faible influence sur le champ électromagnétique. On peut également envisager, pour supprimer les connexions 21, d'utiliser des diodes 2' photoconductrices commutées à l'aide de signaux lumineux appliqués par exemple à l'aide d'un faisceau laser.This is not compulsory, and FIG. 8 shows for example a device in which the reception antennas are dipole antennas 1 ′, regularly arranged on a panel 100 made of insulating material. The panel 100 is disposed in front of a single antenna 41, which plays the role of summing of the microwave signals picked up and radiated again by the antennas 1 ′, these signals no longer, as before, supported by a guide structure. In this case, the switches can be simple diodes 2 1 , the switching signals C 1 , ..., C j , ... and Ci being for example applied by connections 21 which are not very disturbing for the electromagnetic field. Known way such connections are made, for example, carbon son so as to be sufficiently - ment resistive to have only a small influence on the electromagnetic field. One can also consider, to remove the connections 21, using diodes 2 'photoconductive switched using light signals applied for example using a laser beam.

L'antenne 41, jouant le rôle de sommateur, est reliée directement à un circuit de détection cohérente microonde, identique au circuit 6 de la figure 2, dans le cas d'un réseau d'antennes de réception. Le reste du dispositif est inchangé.The antenna 41, playing the role of summing device, is directly connected to a coherent microwave detection circuit, identical to the circuit 6 of FIG. 2, in the case of an array of reception antennas. The rest of the device is unchanged.

Pour réduire le nombre de mélangeurs utilisés dans le dispositif 30 de la figure 2, on peut, au lieu de faire effectuer à chaque mélangeur la même tâche en permanence, leur faire effectuer des tâches différentes au cours du temps .Ainsi, le dispositif de focalisation 90 de la figure 9 représente une variante du dispositif de l'invention, n'utilisant que deux mélangeurs au lieu de six.In order to reduce the number of mixers used in the device 30 of FIG. 2, it is possible, instead of having each mixer perform the same task continuously, having them perform different tasks over time. Thus, the focusing device 90 of FIG. 9 represents a variant of the device of the invention, using only two mixers instead of six.

En référence donc à la figure 9, un mélangeur 961, identique au mélangeur 61 de la figure 3, est pourvu d'une première entrée recevant le signal s en sortie du sommateur 3, d'une deuxième entrée et d'une sortie.With reference therefore to FIG. 9, a mixer 961, identical to the mixer 61 of FIG. 3, is provided with a first input receiving the signal s at the output of the adder 3, with a second input and with an output.

Un mélangeur 981, identique au mélangeur 81 de la figure 4, est pourvu d'une première entrée reliée à la sortie du mélangeur 961, d'une deuxième entrée et d'une sortie reliée à l'entrée d'un filtre passe-bas 987, identique au filtre passe-bas 87 de la figure 4.A mixer 981, identical to the mixer 81 in FIG. 4, is provided with a first input connected to the output of the mixer 961, a second input and an output connected to the input of a low-pass filter 987, identical to the low-pass filter 87 in FIG. 4 .

La sortie d'un oscillateur 94, identique à l'oscillateur 4 de la figure 2, est reliée à la deuxième entrée du mélangeur 961'par l'intermédiaire d'un déphaseur commandable 963. La sortie d'un oscillateur 911, identique à l'oscillateur 11 de la figure 2, est reliée à la deuxième entrée du mélangeur 981 par l'intermédiaire d'un déphaseur commandable 985.The output of an oscillator 94, identical to the oscillator 4 of FIG. 2, is connected to the second input of the mixer 961 ′ via a controllable phase shifter 963. The output of an oscillator 911, identical to the oscillator 11 in FIG. 2 is connected to the second input of the mixer 981 via a controllable phase shifter 985.

Les déphaseurs commandables 963 et 985 sont susceptibles de déphaser d'un angle égal à 0, ou égal à π/2, en fonction d'un signal appliqué à l'entrée de commande dont chacun d'entre eux est pourvu.The controllable phase shifters 963 and 985 are likely to phase shift by an angle equal to 0, or equal to π / 2, as a function of a signal applied to the control input with which each of them is provided.

Un circuit 91 de traitement et de commande, par exemple à microprocesseur, et pourvu de deux sorties reliées aux entrées de commande des déphaseurs 963 et 985, d'une entrée reliée à la sortie du filtre passe-bas 987, et de deux sorties délivrant les signaux Ux et VX.A processing and control circuit 91, for example with a microprocessor, and provided with two outputs connected to the control inputs of the phase shifters 963 and 985, an input connected to the output of the low-pass filter 987, and two outputs delivering the signals U x and V X.

Le fonctionnement du dispositif de focalisation 90 est le suivant : le circuit 91 de traitement et de commande commande les déphaseurs 963 et 985 de façon séquentielle, de façon à ce que les signaux SA, SB, SC et SD précédemment définis apparaissent l'un après l'autre à l'entrée du filtre 987. Le circuit 91 mémorise les différents signaux filtrés et traite les données correspondantes pour les additionner et délivrer les signaux Ux et V précédemment définis.The operation of the focusing device 90 is as follows: the processing and control circuit 91 controls the phase shifters 963 and 985 sequentially, so that the previously defined signals SA, SB, SC and SD appear one after the other the other at the input of the filter 987. The circuit 91 stores the various filtered signals and processes the corresponding data to add them up and deliver the signals U x and V previously defined.

Dans la description qui précède, on a toujours considéré le cas où les signaux captés sont des signaux cohérents, c'est-à-dire des signaux périodiques de phase définie, auxquels on peut appliquer une détection cohérente microonde, comme dans les circuits 6, 76, 6t et 961-63, selon les cas. L'invention n'est pas limitée à de tels rayonnements cohérents et peut aussi être appliquée à la thermographie, par exemple.In the above description, we have always considered the case where the signals picked up are coherent signals, that is to say periodic signals of defined phase, to which a coherent microwave detection can be applied, as in circuits 6, 76, 6 t and 961-63, as the case may be. The invention is not limited to such coherent radiation and can also be applied to thermography, for example.

Dans ce cas, on construit une image représentative des températures des divers points de l'objet, à partir des signaux microondes dont l'objet est lui-même la source. Ces signaux étant incohérents, c'est-à-dire de phase aléatoire, ils doivent être détectés avec des dispositifs de détection particuliers de type connu, par exemple des dispositifs de détection quadratique avec ou sans changements de fréquence préalables. Les dispositifs des figures 2, 6, 8 et 9 doivent donc être modifiés, dans ce cas, pour que les circuits de détection cohérente microonde 6, 76, 6' et 961-963 soient remplacés par des dispositifs adéquats.In this case, an image representative of the temperatures of the various points of the object is constructed, from microwave signals of which the object is itself the source. These signals being inconsistent, that is to say of random phase, they must be detected with particular detection devices of known type, for example quadratic detection devices with or without prior frequency changes. The devices of FIGS. 2, 6, 8 and 9 must therefore be modified, in this case, so that the coherent microwave detection circuits 6, 76, 6 ′ and 961-963 are replaced by suitable devices.

Enfin, dans tout ce qui précède, on a considéré que les signaux microondes émis ou captés étaient soumis à une modulation d'amplitude par tout ou rien à l'aide d'interrupteurs placés sur les voies microondes. Il est clair que cette solution est matériellement la plus simple à mettre en oeuvre. Une telle modulation par tout ou rien revient à un produit par un signal de modulation de type signal carré. Le spectre d'un tel signal se compose d'une composante fondamentale et d'harmoniques. Or, comme cela a été vu, compte tenu du filtrage passe-bas effectué à la fin de la chaîne, l'influence des harmoniques est nulle. On obtiendrait donc le même résultat, à un facteur de niveau près, en remplaçant les interrupteurs microondes 2 par des modulateurs produits, par exemple des modulateurs en anneau, commandés par les signaux C1,... Cj,... et C J.Finally, in all of the foregoing, it has been considered that the microwave signals emitted or received were subjected to amplitude modulation by all or nothing using switches placed on the microwave channels. It is clear that this solution is materially the simplest to implement. Such all-or-nothing modulation amounts to a product by a modulation signal of the square signal type. The spectrum of such a signal consists of a fundamental component and harmonics. However, as has been seen, taking into account the low-pass filtering carried out at the end of the chain, the influence of the harmonics is zero. The same result would therefore be obtained, except for a level factor, by replacing the microwave switches 2 by produced modulators, for example ring modulators, controlled by the signals C 1 , ... C j , ... and C J.

Le dispositif 70 de focalisation simultanée sur plusieurs points de la figure 6 pourrait alors être modifié en ne plaçant qu'un seul modulateur en aval de chaque antenne, et en commandant ce modulateur avec la somme des deux signaux correspondants issus des circuits de déphasage 712 et 712'. The device 70 for simultaneous focusing on several points in FIG. 6 could then be modified by placing only one modulator downstream of each antenna, and by controlling this modulator with the sum of the two corresponding signals from the phase shift circuits 712 and 71 2 '.

Dans la description qui précède, les antennes sont en général organisées sur une surface pour former un réseau. Naturellement, ceci n'est pas obligatoire, et, comme cela a d'ailleurs été signalé pour les réseaux croisés, les antennes peuvent être organisées selon une ligne, droite ou courbe, pour former un réseau linéique.In the above description, the antennas are generally organized on a surface to form an array. Of course, this is not compulsory, and, as has been pointed out for crossed networks, the antennas can be organized in a line, straight or curved, to form a linear network.

Dans le cas de la focalisation simultanée sur plusieurs points, il n'est pas obligatoire d'utiliser autant d'interrupteurs en parallèle sur chaque voie que de points de focalisation. On peut utiliser un seul interrupteur commandé par un signal convenable, par exemple le signal résultant du produit des fonctions échelons relatives à chacun des signaux de modulation déphasés.In the case of simultaneous focusing on several points, it is not compulsory to use as many switches in parallel on each channel as there are focal points. A single switch can be used controlled by a suitable signal, for example the signal resulting from the product of the step functions relating to each of the phase shifted modulation signals.

Claims (12)

1. Procédé de focalisation, sur au moins un point (X) à examiner d'une source (20) de rayonnement microonde, des antennes (l; 71; 1') d'un réseau d'antennes recevant le rayonnement du point avec des déphasages de réception (δj) respectifs, caractérisé par le fait que : - les signaux (sj) délivrés par les antennes sont modulés en amplitude par au moins un même signal (D) de modulation basse fréquence, respectivement avec des déphasages de modulation (ΔX(j)) correspondant aux déphasages de réception (δj), - les signaux modulés (s'j). sont additionnés en un signal de sommation (s), - la composante microonde du signal de sommation (s) est détectée, et, - le signal détecté (DA, DB) est démodulé. 1. Method for focusing, on at least one point (X) to be examined from a source (20) of microwave radiation, antennas (l; 71; 1 ') of an array of antennas receiving radiation from the point with respective reception phase shifts (δ j ), characterized in that: - the signals (s j ) delivered by the antennas are amplitude modulated by at least one same signal (D) of low frequency modulation, respectively with modulation phase shifts (Δ X (j)) corresponding to the reception phase shifts (δ j ), - the modulated signals (s' j ). are added in a summation signal (s), the microwave component of the summation signal (s) is detected, and, - the detected signal (DA, DB) is demodulated. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les signaux (sj) délivrés par les antennes sont modulés en amplitude par un signal de modulation basse fréquence de type carré, avec des déphasages de modulation ( ΔX(j)).2. Method according to claim 1, in which the signals (s j ) delivered by the antennas are amplitude modulated by a low frequency modulation signal of square type, with modulation phase shifts (Δ X (j)). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque déphasage de modulation (ΔX(j)) correspond à chaque déphasage de réception (δj) pour que leur somme (δj + ΔX(j)) soit la même, quelle que soit l'antenne déli- vrant le signal (sj).3. Method according to one of claims 1 and 2, wherein each modulation phase shift (Δ X (j)) corresponds to each reception phase shift (δ j ) so that their sum (δ j + Δ X (j)) is the same, regardless of the antenna deli- ering the signal (s j). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le signal détecté (DA, DB) est démodulé par produit, d'une part, par le signal (D) de modulation, d'autre part, par le signal (D) de modulation déphasé de π/2, puis par filtrage passe-bas.4. Method according to one of claims 1 to 3, in which the detected signal (DA, DB) is demodulated by product, on the one hand, by the modulation signal (D), on the other hand, by the modulation signal (D) phase shifted by π / 2, then by low-pass filtering. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la composante microonde du signal de sommation (s) est détectée par produit, d'une part par un signal microonde de détection (r), d'autre part, par ce signal microonde de détection (r) déphasé de π/2, puis par filtrage passe-bas.5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the microwave component of the summation signal (s) is detected by product, on the one hand by a microwave detection signal (r), on the other hand, by this microwave detection signal (r) phase shifted by π / 2, then by low-pass filtering. 6. Dispositif de focalisation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, procédé de focalisation sur au moins un point (X) à examiner d'une source (20) de rayonnement microonde, des antennes (1; 71, 1') d'un réseau d'antennes recevant le rayonnement du point avec des déphasages de réception ( δ j) respectifs, caractérisé par le fait qu'il comprend : - des moyens (11; 711, 711'; 911) pour engendrer un signal basse fréquence (D; D1, D2), - des moyens (12; 712, 7121) pour déphaser le signal basse fréquence (D; D1, D2) de déphasage (ΔX(j)) correspondant aux déphasages de réception (δj), - des moyens (2; 72; 2') pour moduler en amplitude les signaux (sj) délivrés par les antennes par le signal basse fréquence (D; D1, D2) avec les déphasages (ΔX(j)), respectivement, - des moyens (3; 73; 41) pour additionner les signaux modulés (s'j), délivrant un signal de sommation (s), - des moyens (4, 6; 74, 76; 94, 963, 961, 6') pour détecter la composante microonde du signal de sommation (s) et - des moyens (8; 78, 78'; 985, 981) pour démoduler le signal détecté. 6. Focusing device for implementing the method according to claim 1, method for focusing on at least one point (X) to be examined from a source (20) of microwave radiation, antennas (1; 71, 1 ' ) of an array of antennas receiving the radiation from the point with respective reception phase shifts (δ j ), characterized in that it comprises: - means (11; 711, 711 '; 911) for generating a low frequency signal (D; D 1 , D 2 ), - means (12; 712, 712 1 ) for phase shifting the low frequency signal (D; D 1 , D 2 ) of phase shift (Δ X (j)) corresponding to the reception phase shifts (δ j ), - means (2; 72; 2 ') for amplitude modulation of the signals (s j ) delivered by the antennas by the low frequency signal (D; D 1 , D 2 ) with the phase shifts (Δ X (j)), respectively, - means (3; 73; 41) for adding the modulated signals (s' j ), delivering a summation signal (s), - means (4, 6; 74, 76; 94, 963, 961, 6 ') for detect the microwave component of the summation signal (s) and - means (8; 78, 78 '; 985, 981) for demodulating the detected signal. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens pour moduler en amplitude les signaux (sj) délivrés par les antennes comprennent des interrupteurs microondes (2; 72; 2').7. Device according to claim 6, wherein the means for amplitude modulation of the signals (s j ) delivered by the antennas comprise microwave switches (2; 72; 2 '). 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel les moyens (8; 78, 78'; 985, 981) pour démoduler le signal détecté comprennent : - des moyens (85, 85'; 985) pour déphaser d'un angle égal à π/2 le signal basse fréquence (D; D 1, D2), - des moyens (81-84; 981) pour multiplier le signal détecté, d'une part par le signal (D; Dl, DZ) de modulation, d'autre part, par le signal de modulation déphasé, - et, des moyens (87, 89; 987) pour filtrer les composantes à fréquence basse du signal détecté multiplié. 8. Device according to one of claims 6 and 7, in which the means (8; 78, 78 '; 985, 981) for demodulating the detected signal comprise: - means (85, 85 '; 985) for phase shifting by an angle equal to π / 2 the low frequency signal (D; D 1 , D 2 ), means (81-84; 981) for multiplying the detected signal, on the one hand by the modulation signal (D; D l , D Z ), on the other hand, by the phase shifted modulation signal, - And, means (87, 89; 987) for filtering the low frequency components of the multiplied detected signal. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel les moyens (4, 6; 74, 76; 94, 963, 961, 6') pour détecter la composante microonde du signal de sommation (s) comprennent : - des moyens (4, 74, 94) pour engendrer un signal (r)microonde de détection, - des moyens (63; 963) pour déphaser d'un angle égal à π/2 le signal (r) microonde de détection, - des moyens (61, 62; 961) pour multiplier le signal de sommation (s) d'une part par le signal (r) microonde de détection, d'autre part, par le signal microonde de détection déphasé, et pour filtrer les composantes à fréquence basse du signal de sommation multiplié. 9. Device according to one of claims 6 to 8, in which the means (4, 6; 74, 76; 94, 963, 961, 6 ') for detecting the microwave component of the summation signal (s) comprise: - means (4, 74, 94) for generating a microwave detection signal (r), - means (63; 963) for shifting the microwave detection signal (r) by an angle equal to π / 2, - Means (61, 62; 961) for multiplying the summation signal (s) on the one hand by the detection microwave signal (r), on the other hand, by the phase-shifted detection microwave signal, and for filtering the low frequency components of the multiplied summing signal. 10. Procédé de focalisation, sur au moins un point (X') à examiner d'un objet (20') illuminé par un rayonnement microonde, des antennes (51) d'un premier réseau d'antennes émettant le rayonnement vers le point avec des déphasages d'émission respectifs, au moins une antenne (4o) recevant le rayonnement du point (X'), caractérisé par le fait que : - les signaux délivrés aux antennes sont obtenus à partir d'un même signal microonde d'émission (e) modulé en amplitude par au moins un même premier signal (D') de modulation basse fréquence, respectivement avec des déphasages de modulation (ΔX(k) correspondant aux déphasages d'émission, - la composante microonde du signal reçu est détectée, et, - le signal détecté est démodulé. 10. Method for focusing, on at least one point (X ') to be examined of an object (20') illuminated by microwave radiation, antennas (51) of a first array of antennas emitting radiation towards the point with respective emission phase shifts, at least one antenna (4o) receiving the radiation from the point (X '), characterized in that: the signals delivered to the antennas are obtained from the same microwave transmission signal (e) modulated in amplitude by at least one and the same first low frequency modulation signal (D '), respectively with modulation phase shifts (Δ X (k) corresponding to the emission phase shifts, - the microwave component of the received signal is detected, and, - the detected signal is demodulated. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel plusieurs antennes de réception du rayonnement du point (X') sont prévues, agencées pour former un deuxième réseau, chaque antenne recevant le rayonnement du point avec des déphasages de réception respectifs, caractérisé par le fait que : - les signaux délivrés par les antennes de réception sont modulés en amplitude par au moins un même deuxième signal de modulation basse fréquence, respectivement avec des déphasages de modulation correspondant au déphasage de réception, - les signaux reçus modulés sont additionnés en un signal de sommation avant détection de la composante microonde du signal reçu. 11. The method as claimed in claim 10, in which several antennas for receiving the radiation from the point (X ') are provided, arranged to form a second array, each antenna receiving the radiation from the point with respective reception phase shifts, characterized by the fact than : the signals delivered by the reception antennas are amplitude modulated by at least one and the same second low frequency modulation signal, respectively with modulation phase shifts corresponding to the reception phase shift, - the modulated received signals are added into a summation signal before detection of the microwave component of the received signal. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le signal détecté est démodulé par produit par au moins un signal à la fréquence de battement ( |FE - FR|) entre la fréquence (FE) du premier signal de modulation basse fréquence et la fréquence (FR) du deuxième signal de modulation basse fréquence.12. The method as claimed in claim 11, in which the detected signal is demodulated by product by at least one signal at the beat frequency (| FE - FR |) between the frequency (F E ) of the first low frequency modulation signal and the frequency (F R ) of the second low frequency modulation signal.
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