EP0708491A1 - Système de commande optique d'antenne à balayage électronique - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements 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
- H01Q3/2676—Optically controlled phased array
Definitions
- the invention relates to an optical scanning antenna optical control system and in particular a system ensuring both the formation of a beam on transmission from the antenna and the reception by the antenna of a beam reflected by a target. .
- the invention provides a solution to this problem.
- the system comprises a set DCR of optical circuits for creating delays DCR1 to DCRn.
- DCR1 to DCRn are provided as there are antenna phase shift elements ED1 to EDn to be controlled.
- Light sources T1, T2 provide light beams F1, F2 modulated either in frequency or in amplitude. These two beams are linearly polarized in orthogonal directions. They are preferably of different wavelengths ⁇ 1 for the beam F1 and ⁇ 2 for the beam F2.
- each delay circuit causes the appropriate delay of the light it transmits. This is symbolized in FIG. 1 by circuits DCR1 to DCRn having different lengths (transmission lengths).
- Each circuit DCR1 to DCRn delays the light coming from one of the beams, F1 for example, by an adjustable time ti. It then delays by a time T -ti the light coming from the other beam (F2 according to the example taken).
- the time T is a fixed fixed time which is the same for all the delay circuits. Preferably, this time T is equal to or greater than the maximum delay provided by each circuit.
- each circuit At the output of each circuit is provided a beam splitter MD1 to MDn. They direct the light coming from the beam F1 towards photodetectors PDR1,1 to PDRn, 1 which control the radiating elements ED1 to EDn of an antenna.
- These separators are preferably wavelength separators or dichroic separators in the case where the beams are of different wavelengths and are adapted to these wavelengths.
- the photodetectors supply the phase shift elements ED1 to EDn with currents delayed with respect to one another according to the delays brought by the delay circuits DCR1 to DCRn. Under these conditions, the control of the delay circuits makes it possible to act on the direction of emission of the antenna.
- the beam splitters MD1 to MDn direct the light coming from the beam F2 towards photodetectors PDR1,2 to PDRn, 2 which supply photoconduction currents to an FFC detection circuit. It also receives, phase shift elements ED1 to EDn, detection currents corresponding to a reception beam received by the antenna.
- the FFC circuit establishes the correlation of the signals supplied by the photodetectors PDR1,2 to PDRn, 2 and by the phase shift elements ED1 to EDn.
- the FFC circuit identifies it by correlation with the signals supplied by the photodetectors PDR1,2 to PDRn, 2.
- a first source L1 emits a single-frequency light beam of wavelength ⁇ 1 (pulsation ⁇ 1).
- a frequency translator T1 receives this light and transmits light at ⁇ 1 and light at ⁇ 1 + 2 ⁇ f e modulated using a signal of frequency f e .
- a second light source emits another single-frequency light beam of wavelength ⁇ 2 (pulsation ⁇ 2).
- a frequency translator T2 receives this light and transmits light at ⁇ 2 and light at ⁇ 2 + 2 ⁇ (f e + f o ) modulated by a signal of frequency f e + f o .
- the frequency f e is situated in the microwave range and corresponds to the emission frequency of the antenna.
- the frequency f o takes the place of the local oscillator frequency for the reception mode of the antenna in the following description.
- the light emitted by the translator T1 is polarized in a determined direction. That emitted by the translator T2 is polarized in a direction perpendicular to that emitted by T1.
- An optical mixing system ME superimposes the light coming from the translator T1 to that coming from the translator T2.
- the resulting beam therefore comprises light polarized in two orthogonal directions, as is symbolized in FIG. 2, and at the different frequencies from the translators T1 and T2.
- the resulting beam is extended by a beam splitter SE so as to be distributed over the different inputs of a set of DCR delay circuits.
- This set of DCR delay circuits can be produced as described in French patent application No. 92 34 467.
- Each delay circuit delays the light from the source L1 and the light from the source L2 differently. More precisely, according to a preferred embodiment, if T is the maximum delay induced by a delay circuit, the light coming from the source L1 is delayed by a time ti and the light coming from the source L2 is delayed by a time T-ti complementary to time T.
- the times T of the different delay circuits are equal.
- the DCR delay circuits comprise a set of spatial light modulators comprising pxp pixels (same number of pixels as radiating antenna elements) and making it possible to control the phase shift and the delay assigned to each of the channel pxp thus cut.
- the DCR delay circuits provide delays in geometric progression so that N spatial modulators are sufficient to obtain 2 N distinct delay values on each of the pxp channels of the architecture.
- the switching of the delays is based on the controlled rotation, thanks to the spatial light modulators, of the polarization of the beams.
- the property of the DCR is exploited, which is to generate, on each channel, additional delays for crossed polarization states at the input. Indeed, if the beam from L1 undergoes a delay on channel i, then the beam from L2 undergoes a delay Tt i (T is the crossing time of the DCR).
- Each output Sd of a delay circuit provides light at the wavelength ⁇ 1 modulated at the frequency f e and light at the wavelength ⁇ 2 modulated at the frequency f e + f o .
- Detection circuits PDRi and PDRn are connected to the outputs Sd for example by optical fibers. These circuits are produced as shown at the bottom right of FIG. 2. Each circuit comprises a chromatic separator MD separating the light at the wavelength ⁇ 1 from the light at the wavelength ⁇ 2.
- This photocurrent results from the beat between the light at ⁇ 1 and the light at ⁇ 1 + 2 ⁇ f e .
- the transmitted photocurrent is amplified by an amplifier so as to be compatible with the radiated power necessary for the emission of the radiating element of the radar.
- the radiation pattern of the antenna is checked.
- the antenna orientation of the antenna is thus optically controlled.
- the light at the wavelength ⁇ 2 is transmitted to another photodetector PDRi, 2 by the chromatic separator. This emits a photocurrent resulting from the beat between the light at ⁇ 2 and ⁇ 2 + 2 ⁇ (f e + f o ).
- This photocurrent is applied to a microwave mixer Mk which also receives a signal received by an antenna element.
- a directional coupler DC makes it possible to couple, on the one hand, the photocurrent of PDRi, 1 to an antenna element in the emission direction and to couple, on the other hand, a detection current of an antenna element (in the receiving direction) to the frequency mixer Mk.
- the set of signals from PDRI photodetectors, 2 actually constitutes a local oscillator (homodyne or heterodyne) adapted to the direction of emission of the antenna.
- the signal received by an antenna element EDk is amplified and is applied together with the signal from PDR k2 , on a microwave mixer M K.
- the signal emitted by the antenna element EDk is of the form S (t- ⁇ k )
- the same element receives a signal R (t '+ ⁇ k ) which must therefore be mixed with a local oscillator S '(t' + T + ⁇ k ).
- FIG. 3 represents two radiating elements ED1, EDN external of an antenna.
- the additional phase term 2 ⁇ (f r - f e - f o ) ⁇ must be negligible. If it is for the element of rank N it is for the elements of lower rank). 2 ⁇ (f r - f e - f o ) ⁇ ⁇ 1 that is to say f r - f e - f o ⁇ 1 ⁇
- f r - f e ⁇ f o ⁇ 100 MHz 1 ⁇ for example: 100 kHz ⁇ f o ⁇ 100MHz
- f o in a frequency range from 1 to 10 MHz
- FIG. 4a represents the chain of optical circuits up to the mixing system ME and the delay creation circuits DCR.
- the light emitted by the frequency translators respectively at ⁇ 1 and ⁇ 2 is polarized in a direction of polarization.
- the light emitted respectively ⁇ 1 + 2 ⁇ f e and ⁇ 2 + 2 ⁇ (f e + f o ) is polarized in a polarization direction perpendicular to the previous one.
- a single mode laser beam supplied by the source L1 is processed by a frequency translator which supplies two superimposed beams offset in frequency, one at ⁇ 1, the other at ⁇ 1 + 2 ⁇ fe. These two beams are linearly polarized in orthogonal directions.
- the embodiment of this translator can be as shown in Figure 4b.
- the transverse and longitudinal monomode laser beam ( ⁇ 2 / 2 ⁇ ) supplied by L1 is focused in an acoustooptic Bragg cell BC operating in an anisotropic regime.
- This cell is excited by a continuous microwave signal fe.
- the transmitted beam (( ⁇ 1 / 2 ⁇ ) and the diffracted beam (( ⁇ / 2 ⁇ + f e ) are orthogonally polarized. These two components are superimposed by means of a PBS polarization separator cube for example. This superposition is done with a low path difference so as not to degrade the spectral purity of the microwave signal which will be transmitted
- This dual-frequency beam crosses a half-wave ⁇ / 2 plate which rotates the two orthogonal polarizations by 45 °.
- the beam supplied by the ⁇ / 2 plate is extended (FIG. 4a) by means of an afocal BE system (lenses LE1.1 and L2.1) and passes through a spatial modulator M01.
- This modulator is for example a nematic liquid crystal cell, comprising p x p pixels and which is used in controlled birefringence (molecules parallel to each other and to the walls).
- This modulator allows analog control over each pixel of the phase of the microwave signal because it allows control of the relative phase shift between the two components of the dual-frequency beam.
- the polarization of the beam component at the frequency ⁇ 1 / 2 ⁇ coincides with the long axis of the liquid crystal molecules.
- the refractive index n (V k ) seen by this polarization varies continuously between n o and n e , respectively ordinary and extraordinary indices of the liquid crystal.
- the component ⁇ 1 / 2 ⁇ + f e constantly sees the refractive index n o .
- the dual-frequency beam ( ⁇ 1, ⁇ 1 + 2 ⁇ fe) having only one direction of polarization then crosses a set of DCR delay circuits allowing the choice of delay values assigned to each radiating element of the antenna.
- the modulator MO has p x p image elements and the assembly DCR has p x p delay creation circuits.
- the various devices of the system are aligned so that a portion of the light beam processed by an image element of the MO modulator is received by a delay creation circuit (DCRi) which transmits this portion of the beam suitably delayed to a photodetector (PDRi, 1) assigned to an antenna radiating element.
- DCRi delay creation circuit
- each photodetector is then connected to a microwave amplifier A j and to a radiating element E j .
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
- L'invention concerne un système de commande optique d'antenne à balayage électronique et notamment un système assurant à la fois la formation de faisceau à l'émission de l'antenne et la réception par l'antenne d'un faisceau réfléchi par une cible.
- Le fonctionnement sur une large bande de fréquences instantanée des radars à balayage électronique nécessite leur commande, tant à l'émission qu'à la réception, en retards temporels. Cette nécessité résulte de la dispersivité des réseaux phasés.
- De nombreuses architectures de commandes optiques d'antenne à balayage ont été proposées, mono ou bidimensionnelles, afin de contrôler le diagramme de rayonnement à l'émission et leur principe de fonctionnement a généralement été validé. Elles permettent d'envisager, compte tenu des performances des composants optoélectroniques actuels, la solution, à court ou moyen terme, sur des équipements opérationnels, au problème du dépointage des antennes réseaux avec la fréquence. On trouve un exemple d'une telle architecture dans le brevet français n° 2 659 754.
- Cependant, le problème de la formation de faisceau en réception, utilisant des retards temporels n'est pas à ce jour résolu. Le principal obstacle à l'utilisation d'une architecture optique dans ce domaine demeure la dynamique très importante des signaux à traiter.
- L'invention apporte une solution à ce problème.
- L'invention concerne donc un système de commande optique d'antenne à balayage comportant des éléments déphaseurs à commander. Ce système comportant un ensemble de circuits optiques de création de retards recevant chacun un premier faisceau lumineux modulé par un signal électrique et fournissant chacun sur une sortie ce premier faisceau affecté d'un retard approprié, chaque élément déphaseur de l'antenne étant couplé à une sortie d'un circuit à retard par un premier photodétecteur, caractérisé en ce que :
- le premier faisceau est polarisé selon une première direction déterminée,
- les circuits optiques de création de retards (DCR) reçoivent également un deuxième faisceau lumineux modulé par un signal électrique et polarisé selon une deuxième direction orthogonale à la première direction, chaque circuit à retards induisant des retards complémentaires par rapport à une valeur de temps déterminée sur les lumières des premier et deuxième faisceaux qu'il reçoit ;
- il comporte un séparateur de faisceau couplé à chaque sortie des circuits à retards transmettant la lumière du premier faisceau au premier photodétecteur et transmettant la lumière du deuxième faisceau à un deuxième photodétecteur ; ainsi qu'un dispositif de formation du faisceau (FFC) par corrélation des signaux électriques fournis par les deuxièmes photodétecteurs et des signaux électriques détectés par les éléments de réception d'antenne.
- Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent :
- la figure 1, un exemple général de réalisation du système de l'invention ;
- la figure 2, un exemple de réalisation plus détaillé du système de l'invention ;
- la figure 3, un schéma permettant l'explication du fonctionnement de l'antenne ;
- les figures 4a à 4c, une variante de réalisation du système de l'invention.
- En se reportant à la figure 1 on va donc décrire un exemple général de réalisation du système de l'invention.
- Le système comporte un ensemble DCR de circuits optiques de création de retards DCR1 à DCRn. Pour simplifier l'explication on prévoit autant de circuits DCR1 à DCRn qu'il y a d'éléments déphaseurs d'antenne ED1 à EDn à commander. Des sources lumineuses T1, T2 fournissent des faisceaux lumineux F1, F2 modulés soit en fréquence, soit en amplitude. Ces deux faisceaux sont polarisés linéairement selon des directions orthogonales. Ils sont de préférence de longueurs d'ondes différentes λ1 pour le faisceau F1 et λ2 pour le faisceau F2.
- De plus, bien que cela ne soit pas obligatoire, les fréquences des signaux de modulation de ces faisceaux sont différentes.
- Les faisceaux lumineux F1 et F2 sont superposés et transmis sur les entrées des différents circuits à retard chaque circuit à retard fait subir un retard approprié à la lumière qu'il transmet. Cela est symbolisé sur la figure 1 par des circuits DCR1 à DCRn ayant des longueurs (longueurs de transmission) différentes.
- Chaque circuit DCR1 à DCRn retarde d'un temps ti réglable la lumière provenant de l'un des faisceaux, F1 par exemple. Il retarde alors d'un temps T -ti la lumière provenant de l'autre faisceau (F2 selon l'exemple pris). Le temps T est un temps déterminé fixe qui est le même pour tous les circuits à retard. De préférence, ce temps T est égal ou supérieur au retard maximum fourni par chaque circuit.
- A la sortie de chaque circuit est prévu un séparateur de faisceau MD1 à MDn. Ils aiguillent la lumière provenant du faisceau F1 vers des photodétecteurs PDR1,1 à PDRn,1 lesquels commandent les éléments rayonnants ED1 à EDn d'une antenne. Ces séparateurs sont de préférence des séparateurs de longueurs d'ondes ou séparateurs dichroïques dans le cas où les faisceaux sont des longueurs d'ondes différentes et sont adaptés à ces longueurs d'ondes.
- Les photodétecteurs fournissent aux éléments déphaseurs ED1 à EDn des courants retardés les uns par rapport aux autres selon les retards apportés par les circuits à retard DCR1 à DCRn. Dans ces conditions la commande des circuits à retard permet d'agir sur la direction d'émission de l'antenne.
- Les séparateurs de faisceaux MD1 à MDn aiguillent la lumière provenant du faisceau F2 vers des photodétecteurs PDR1,2 à PDRn,2 lesquels fournissent des courants de photoconduction à un circuit de détection FFC. Celui-ci reçoit par ailleurs, des éléments déphaseurs ED1 à EDn, des courants de détection correspondant à un faisceau de réception reçu par l'antenne. Le circuit FFC établit la corrélation des signaux fournis par les photodétecteurs PDR1,2 à PDRn,2 et par les éléments déphaseurs ED1 à EDn.
- Dans le cas où un faisceau émis par l'antenne est réfléchi par une cible, le circuit FFC l'identifie par corrélation avec les signaux fournis par les photodétecteurs PDR1,2 à PDRn,2.
- En se reportant à la figure 2, on va décrire maintenant un exemple de réalisation plus détaillé du système de l'invention.
- Dans ce système la lumière des faisceaux F1, F2 est modulée en fréquences. Une première source L1 émet un faisceau lumineux monofréquence de longueur d'onde λ1 (pulsation ω1 ). Un translateur de fréquence T1 reçoit cette lumière et transmet de la lumière à ω1 et de la lumière à ω1 + 2πfe modulée à l'aide d'un signal de fréquence fe.
- Une deuxième source lumineuse émet un autre faisceau lumineux monofréquence de longueur d'onde λ2 (pulsation ω2). Un translateur de fréquence T2 reçoit cette lumière et transmet de la lumière à ω2 et de la lumière à ω2 + 2π(fe + fo) modulée par un signal de fréquence fe +fo.
- Dans une application à la commande d'une antenne à balayage électronique, la fréquence fe est située dans la gamme des hyperfréquences et correspond à la fréquence d'émission de l'antenne. Le fréquence fo tient lieu de fréquence d'oscillateur local pour le mode de réception de l'antenne dans la suite de la description.
- La lumière émise par le translateur T1 est polarisée selon une direction déterminée. Celle émise par le translateur T2 est polarisée selon une direction perpendiculaire à celle émise par T1.
- Un système mélangeur optique ME superpose la lumière issue du translateur T1 à celle issue du translateur T2. Le faisceau résultant comporte donc de la lumière polarisée selon deux directions orthogonales, comme cela est symbolisé sur la figure 2, et aux différentes fréquences issues des translateurs T1 et T2.
- Le faisceau résultant est étendu par un séparateur de faisceau SE de façon à être réparti sur les différentes entrées d'un ensemble de circuits à retard DCR.
- Cet ensemble de circuits à retard DCR peut être réalisé comme cela est décrit dans la demande de brevet français n° 92 34 467.
- Chaque circuit à retard retarde différemment la lumière provenant de la source L1 et la lumière provenant de la source L2. Plus précisément, selon un exemple préféré de réalisation, si T est le retard maximum induit par un circuit à retard, la lumière provenant de la source L1 est retardée d'un temps ti et la lumière provenant de la source L2 est retardée d'un temps T-ti complémentaire au temps T.
- De préférence également, les temps T des différents circuits à retard sont égaux.
- Par exemple les circuits à retards DCR comportent un ensemble de modulateurs spatiaux de lumière comportant pxp pixels (même nombre de pixels que d'éléments rayonnants d'antenne) et permettant de contrôler le déphasage et le retard affectés à chacun des pxp canaux ainsi découpés. Les circuit à retards DCR fournissent des retards en progression géométrique de sorte qu'il suffit de N modulateurs spatiaux pour obtenir 2 N valeurs distinctes de retard sur chacun des pxp canaux de l'architecture. La commutation des retards est fondée sur la rotation contrôlée, grâce aux modulateurs spatiaux de lumière, de la polarisation des faisceaux. Afin d'obtenir un oscillateur local adapté en direction, on exploite la propriété du DCR qui est de générer, sur chaque canal, des retards complémentaires pour des états de polarisation croisés en entrée. En effet, si le faisceau issu de L₁ subit un retard sur le canal i, alors le faisceau issu de L₂ subit lui un retard T-ti (T est le temps de traversée du DCR).
- Chaque sortie Sd d'un circuit à retard fourni de la lumière à la largueur d'onde λ1 modulée à la fréquence fe et de la lumière à la longueur d'onde λ2 modulée à la fréquence fe + fo.
- Des circuits de détection PDRi et PDRn sont connectés aux sorties Sd par exemple par des fibres optiques. Ces circuits sont réalisés comme représenté en bas à droite de la figure 2. Chaque circuit comporte un séparateur chromatique MD séparant la lumière à la longueur d'onde λ1 de la lumière à la longueur d'onde λ2.
- La lumière à la longueur d'onde λ1 est transmise à un photodétecteur PDRi,1 qui émet un photocourant de fréquence fe vers un élément rayonnant ED1.
- Ce photocourant résulte du battement entre la lumière à ω1 et la lumière à ω1 + 2πfe.
- Le photocourant transmis est amplifié par un amplificateur de manière à être compatible avec la puissance rayonnée nécessaire pour l'émission de l'élément rayonnant du radar.
- En prévoyant des retards appropriés dans les différents circuits à retard, on contrôle le diagramme de rayonnement de l'antenne. L'orientation d'émission de l'antenne est ainsi commandée optiquement.
- Par ailleurs la lumière à la longueur d'onde λ2 est transmise à un autre photodétecteur PDRi,2 par le séparateur chromatique. Celui-ci émet un photocourant résultant du battement entre la lumière à ω2 et ω2 + 2π(fe + fo). Ce photocourant est appliqué à un mélangeur hyperfréquence Mk qui reçoit également un signal reçu par un élément d'antenne. Il est à noter qu'un coupleur directif DC permet de coupler, d'une part, le photocourant de PDRi,1 à un élément d'antenne dans le sens émission et de coupler, d'autre part, un courant de détection d'un élément d'antenne (dans le sens réception) au mélangeur de fréquence Mk.
- L'ensemble des signaux issus des photodétecteurs PDRI,2 constitue en fait un oscillateur local (homodyne ou hétérodyne) adapté à la direction d'émission de l'antenne.
- Ainsi, le signal reçu par un élément d'antenne EDk est amplifié et est appliqué conjointement au signal issu de PDRk2, sur un mélangeur hyperfréquence MK. En effet, si le signal émis par l'élément d'antenne EDk est de la forme S(t-τk), le même élément reçoit un signal R(t' + τk) qui doit donc être mélangé à un oscillateur local S'(t'+T+τk).
- Les signaux basse fréquence qui sont issus des mélangeurs sont traités suivant deux possibilités :
- numérisation au niveau de chaque élément d'antenne et sommation de l'ensemble de ces signaux dans un processeur numérique classique de formation fine de faisceau par le calcul. Ce processeur peut en outre être déporté par rapport à l'antenne de réception au moyen d'un nombre réduit de liaisons numériques à fibres optiques multiplexées en longueur d'onde.
- excitation des pxp pixels d'un modulateur spatial de lumière bidimensionnel au moyen de ces pxp signaux basse fréquence afin de mettre en oeuvre un traitement optique cohérent de la voie retour.
- En se reportant à la figure 3 on va maintenant décrire un exemple de dimensionnement du système de l'invention.
- La figure 3 représente deux élément rayonnants ED1, EDN externes d'une antenne.
- Si l'antenne émet dans une direction θ telle que le retard entre les éléments extrêmes de l'antenne ED1 et EDN, est τ on a :
- pour l'élément ED1 :
- un signal émis : S(t)
- un signal reçu : R(t')
- un signal d'oscillateur local : S(t-T)
- pour l'élément EDN au même instant :
- un signal émis : S(t+τ)
- un signal reçu : R(t'-τ)
- un signal d'oscillateur local : S(t-T-τ)
- Si on suppose les signaux sinusoïdaux avec les fréquences fe (émission) fe + fo (oscillateur local) et fr (signal reçu) les phases des signaux basse fréquence issus des mélangeurs Mk sont alors :
- pour l'élément ED1 :
- Dans cette relation (t'-t) représente la distance antenne-cible.
-
-
- La différence de fréquence fr - fe correspond sensiblement au décalage dopler dû au mouvement de la cible qui est de l'ordre de grandeur 10 à 100 kHz.
- τ est donné par les dimensions de l'antenne : par exemple, pour une antenne de 5 mètres de côté, ayant un angle de balayage maximum de 45°, le retard τ est sensiblement de 10 ns
d'où fr - fe - fo << 100 MHz -
- Dans ces conditions, on peut par exemple choisir fo dans une gamme de fréquences de 1 à 10 MHz
- On retrouve la même contrainte liant la dimension de l'antenne à la bande des signaux utilisée dans le cas d'une antenne commandée en phase.
- En se reportant aux figures 4a à 4c, on va maintenant décrire une variante de réalisation du système de la figure 2 permettant d'obtenir non seulement des retards mais aussi des déphasages des signaux hyperfréquences.
- La figure 4a représente la chaîne de circuits optiques jusqu'au système mélangeur ME et les circuits de création de retard DCR.
- Selon cette variante de réalisation, la lumière émise par les translateurs de fréquence respectivement à ω1 et ω2 est polarisé selon une direction de polarisation. La lumière émise respectivement ω1 + 2πfe et ω2 + 2π (fe + fo) est polarisée selon une direction de polarisation perpendiculaire à la précédente.
- Un faisceau laser monomode fourni par la source L1 est traité par un translateur de fréquences qui fournit deux faisceaux superposés décalés en fréquence, l'un à ω1, l'autre à ω1 + 2πfe. Ces deux faisceaux sont polarisés linéairement selon des directions orthogonales. La réalisation de ce translateur peut être comme représenté en figure 4b.
- Le faisceau laser monomode transverse et longitudinal (ω₂/2π) fourni par L1 est focalisé dans une cellule de Bragg acoustooptique BC fonctionnant en régime anisotrope. Cette cellule est excitée par un signal hyperfréquence continu fe. Le faisceau transmis ((ω₁/2π) et le faisceau diffracté ((ω/2π+fe) sont polarisés orthogonalement. Ces deux composantes sont superposées au moyen d'un cube séparateur de polarisations PBS par exemple. Cette superposition se fait avec une faible différence de marche pour ne pas dégrader la pureté spectrale du signal hyperfréquence qui sera transmis. Ce faisceau bifréquence traverse une lame demi onde λ/2 qui tourne les deux polarisations orthogonales de 45°.
- Le faisceau fourni par la lame λ/2 est étendu (figure 4a) au moyen d'un système afocal BE (lentilles LE1.1 et L2.1) et traverse un modulateur spatial M01. Ce modulateur est par exemple une cellule à cristal liquide nématique, comprenant p x p pixels et qui est utilisée en biréfringence contrôlée (molécules parallèles entre elles et aux parois). Comme on peut le voir sur la figure 4c. Ce modulateur permet un contrôle analogique, sur chaque pixel de la phase du signal hyperfréquence car il autorise un contrôle du déphasage relatif entre les deux composantes du faisceau bifréquence.
- La polarisation de la composante du faisceau à la fréquence ω₁/2π coïncide avec le grand axe des molécules de cristal liquide. Ainsi, selon la tension Vk appliquée sur chaque pixel, l'indice de réfraction n(Vk) vu par cette polarisation varie continûment entre no et ne, respectivement indices ordinaire et extraordinaire du cristal liquide. Au contraire, la composante ω₁/2π+fe voit en permanence l'indice de réfraction no. Ces deux polarisations sont ensuite recombinées au moyen, par exemple, d'un cube séparateur de polarisations PBS1 qui fournit des faisceaux polarisés selon une direction. Ces faisceaux subissent des retards dans le dispositif DCR et sont transmis aux photodétecteurs PDRi,1 (voir figure 2). Chaque photodétecteur délivre un signal de battement hyperfréquence d'amplitude :
où λ est la longueur d'onde du laser, e l'épaisseur de cristal liquide de Mo, Δn(Vk) = n(Vk) - no et io = √iω iω+2πf avec iω (resp. iω+2πfe) photocourant délivré par une photodiode détectant le faisceau à la fréquence ω/2π seul (resp. ω/2π+f) et τk le retard affecté à ce canal. - Le faisceau bifréquence (ω1, ω1+2πfe) ne comportant plus qu'une seule direction de polarisation traverse ensuite un ensemble de circuits à retards DCR permettant le choix des valeurs de retards affectées à chaque élément rayonnant de l'antenne.
- Selon l'exemple de l'invention de la figure 4a, s'il y a p x p éléments rayonnants d'antenne, le modulateur MO possède p x p éléments images et l'ensemble DCR possède p x p circuits de création de retard. Les différents dispositifs du système sont alignés de façon qu'une portion de faisceau lumineux traitée par un élément image du modulateur MO est reçue par un circuit de création de retard (DCRi) qui transmet cette portion de faisceau convenablement retardée à un photodétecteur (PDRi,1) affecté à un élément rayonnant d'antenne.
- Nous avons décrit la figure 4a dans son fonctionnement en émission.
- Pour la réception, on utilise la lumière à la longueur d'onde λ2 fournie par la source L2. Les circuits de traitement du faisceau fourni par la source L2 sont similaires à ceux décrits précédemment pour le traitement du faisceau fourni par la source L1 en tenant compte des différences suivantes :
- le translateur de fréquence T2 est excité par un signal de fréquence fe +fo et fournit de la lumière à une fréquence correspondant à ω2 et de la lumière à ω2 + 2π(fe + fo), ces deux lumières étant polarisées orthogonalement ;
- après modulation par le modulateur MO₂ le cube séparateur de polarisations PBS2 fournit de la lumière entièrement polarisée selon une direction orthogonale à celle fournie par le cube PBS1. Cette lumière est transmise au cube PBS1 (cela pourrait être l'inverse) et celui-ci fournit sur chaque entrée de l'ensemble de circuits DCR :
- de la lumière polarisée selon une première direction à une fréquence correspondant ω1 + 2πfe éventuellement déphasée par rapport à la précédente ;
- de la lumière polarisée selon une deuxième direction, à ω2 et de la lumière polarisée selon cette deuxième direction à ω2 + 2π(fe + fo) éventuellement déphasée par rapport à la précédente.
- L'architecture de la figure 4a permet donc, sur p x p canaux indépendants, d'obtenir 2N valeurs de retards et un contrôle continu de la phase du signal entre 0 et 2π. Afin d'alimenter l'antenne d'émission, chaque photodétecteur est ensuite reliée à un amplificateur hyperfréquence Aj et à un élément rayonnant Ej.
Claims (7)
- Système de commande optique d'antenne à balayage comportant des éléments rayonnant à commander (ED1) ce système comportant un ensemble (DCR) de circuits optiques de création de retards recevant chacun un premier faisceau lumineux (F1) modulé par un signal électrique et fournissant chacun sur une sortie ce premier faisceau affecté d'un retard approprié, chaque élément déphaseur de l'antenne étant couplé à une sortie d'un circuit à retard par un premier photodétecteur (PDRi,1), caractérisé en ce que :- le premier faisceau (F1) est polarisé selon une première direction déterminée,- les circuits optiques de création de retards (DCR) reçoivent également un deuxième faisceau lumineux (F2) modulé par un signal électrique et polarisé selon une deuxième direction orthogonale à la première direction, chaque circuit à retards induisant des retards complémentaires par rapport à une valeur de temps déterminée (T) sur les lumières des premier et deuxième faisceaux qu'il reçoit ;- il comporte un séparateur de faisceaux (MD1, ... MDn) couplé à chaque sortie des circuits à retards transmettant la lumière du premier faisceau au premier photodétecteur (PDRi.1) et transmettant la lumière du deuxième faisceau à un deuxième photodétecteur (PDRi,2) ; ainsi qu'un circuit de détection (FFC) par corrélation des signaux électriques fournis par les deuxièmes photodétecteurs et des signaux électriques détectés par les éléments de réception d'antenne.
- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte :- une première source lumineuse (L1) émettant le premier faisceau lumineux (F1) à une première longueur d'onde (λ1) ;- un premier modulateur électrooptique (T1) modulant le premier faisceau lumineux avec un premier signal électrique (S1) et fournissant ce premier faisceau modulé, polarisé selon la première direction aux circuits de création de retards ;- une deuxième source lumineuse (L2) émettant le deuxième faisceau lumineux (F2) à une deuxième longueur d'onde (λ2) ;- un deuxième modulateur électrooptique (T2) modulant le deuxième faisceau lumineux avec un deuxième signal électrique (S2) et fournissant ce deuxième faisceau modulé, polarisé selon la deuxième direction aux circuits de création de retards.
- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite valeur de temps déterminée (T) est la même pour tous les circuits de l'ensemble de circuits de création de retards et égale à la valeur maximale du retard pouvant être induit par chaque circuit à retard ;
- Système selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les faisceaux modulés sont modulés en amplitude ou en fréquence.
- Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faisceaux sont modulés en fréquence à l'aide de signaux de fréquences différentes.
- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le séparateur de faisceau (MD) est un séparateur chromatique séparant la lumière à la première longueur d'onde pour la transmettre aux premiers photodétecteurs, de la lumière à la deuxième longueur d'onde pour la transmettre aux deuxièmes photodétecteurs.
- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque modulateur (T1, T2) comporte en série :- un translateur de fréquence (BC1, BC2) recevant de la lumière à une longueur d'onde (λ1, λ2) transmettant de la lumière à cette longueur d'onde polarisée selon une troisième direction et de la lumière à une longueur d'onde translatée en fréquence et polarisée selon une quatrième direction perpendiculaire à la troisième direction ;- un dispositif de rotation de polarisation ;- un modulateur spatial de lumière (M01, M02) agissant différemment sur les deux directions de polarisations de la lumière ;- un dispositif séparateur de polarisations (PBS1, PBS2), le dispositif séparateur (PBS1) du premier modulateur (T1) ne conservant que la lumière polarisée selon la première direction et la transmettant à l'ensemble de circuits de création de retards (DCR) tandis que le dispositif séparateur (PBS2) du deuxième modulateur (T2) ne conservant que la lumière polarisée selon la deuxième direction et la transmettant à l'ensemble de circuits de création de retards (DCR).
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