EP1763907A1 - Device for forming beams upon reception for an antenna having radiating elements - Google Patents

Device for forming beams upon reception for an antenna having radiating elements

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Publication number
EP1763907A1
EP1763907A1 EP05747805A EP05747805A EP1763907A1 EP 1763907 A1 EP1763907 A1 EP 1763907A1 EP 05747805 A EP05747805 A EP 05747805A EP 05747805 A EP05747805 A EP 05747805A EP 1763907 A1 EP1763907 A1 EP 1763907A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
multiplexer
output
reception
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05747805A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stéphane Thales Intellectual Property BLANC
Thomas Thales Intellectual Property MERLET
Karl Thales Intellectual Property GARENAUX
Morgan Thales Intellectual Property QUEGUINER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1763907A1 publication Critical patent/EP1763907A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

  • Reception beam forming device for an antenna with radiating elements
  • the present invention relates to a beam forming device on reception for an antenna with radiating elements. It applies in particular for an electronic scanning antenna to create several beams simultaneously in the reception diagram.
  • An electronic scanning antenna has a plurality of radiating elements which both transmit and receive a microwave signal.
  • a transmission or reception beam is formed by all of the signals transmitted or received by each element.
  • the delay ⁇ is equal to (d / c) x sin ⁇ where d and c respectively represent the distance between two radiating elements and c the speed of light.
  • d and c respectively represent the distance between two radiating elements and c the speed of light.
  • the intrinsic qualities of the optics make it possible to create these true delays.
  • Numerous studies have been carried out on the formation of beams by optics.
  • the first architectures were based on time delays made using lengths of optical fibers.
  • the beam was focused by selection of active elements or lengths of optical fibers.
  • the multiplicity of the necessary laser sources often turns out to be prohibitive even if certain principles such as the inclined local oscillator, described in particular by French patent applications FR 9411498 and FR 9807240, allow to circumvent this difficulty.
  • the time delays are carried out on the local transmitting oscillator OL and during reception the beam is de-focused by mixing this weighted OL with the reception signal.
  • This architecture allows for the transmission as for the reception, a command in temporal delay according to two plans in site and in deposit. However, this architecture only allows the formation of a single beam. However, for many radar or telecommunication applications, it is necessary to form in at least one of the antenna planes several beams simultaneous at the reception to form what is called a multibeam reception.
  • the invention proposes an architecture which makes it possible to create several beams on reception without increasing the number of lasers.
  • the subject of the invention is a device for forming beams on reception for an antenna with radiating elements comprising at least: - N optical sources (2) of respective wavelengths ⁇ i, ... AN, an optical source being associated with a radiating element (11) so that a carrier of the optical wave is amplitude modulated by l 'microwave wave received by the radiating element; - An optical multiplexer (3) whose transmission windows (32) correspond to the wavelengths Ai, ...
  • the output of the multiplexer being coupled to m optical media (6) each having a given chromatic dispersion, each optical medium being connected to an opto-microwave converter (7), the microwave wave at the output of a converter (7) entering a reception channel Vi, ..Vj ... V m , the direction of the emission beam of a channel Vj being a function of the path in the optical medium and the chromatic dispersion of the optical medium.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • the device is applied to an antenna 1 formed of N radiating elements 11.
  • Each radiating element is coupled on reception to an optical source 2, for example a laser source.
  • FIG. 2 illustrates an example of coupling of an optical source to a radiating element of the antenna.
  • the microwave wave attacks a low noise amplifier 21.
  • the input of an amplitude and phase control module 22 is connected to the output of the amplifier 21.
  • a modulator 23 is interposed between the control module 22 and the optical source 2 so that the microwave wave modulates an optical carrier.
  • the microwave could modulate the optical carrier directly without using a modulator.
  • The. type of laser modulation is actually either direct modulation or external modulation. The choice of modulation type can be made in particular according to the working frequency and the bandwidth.
  • Heterodyne sources can also be used, for example dual-frequency lasers.
  • an external modulator for example a modulator in which the optical wavelength is offset from the RF frequency or a single sideband modulator, a first mixing can be carried out.
  • the outputs of the optical sources 2 are connected to the inputs of an optical multiplexer 3, the characteristics of which will be specified below.
  • the output of the multiplexer 3 is connected to the input of a coupler 4, via an optical rotating joint 5 for example.
  • This rotating joint allows in particular to pass from the antenna to the radar cabin which includes the receiving circuits.
  • the invention can of course be applied in an architecture which may or may not contain an optical rotary joint.
  • a network of m optical fibers 6 is connected at the output of the coupler 4.
  • the output of each optical fiber is connected to a photodiode or more generally to an opto-microwave converter so as to obtain an output of a microwave wave.
  • m microwave reception channels Vi, ..V k ... V m are thus obtained. These channels are in particular connected to the radar reception circuits.
  • FIG. 3 shows the characteristics of the optical multiplexer 3.
  • the transmission windows of the multiplexer are represented by a curve 31 in a system of axes where the abscissa axis represents the wavelength ⁇ and the ordinate axis the transmission coefficient T through the multiplexer.
  • This curve 31 shows that the multiplexer has transmission windows 32 around wavelengths ⁇ i, ⁇ 2 , ... ⁇ , ⁇ signifying that outside these wavelengths the optical transmission coefficient is almost zero and almost unitary in ranges centered on these wavelengths.
  • a first curve 33 represents the delay applied to an optical signal passing through a fiber 6 as a function of the wavelength.
  • This applied wavelength delay is a property of optical fibers due to their chromatic dispersion.
  • a difference in wavelength ⁇ corresponds to a delay ⁇ .
  • This ratio corresponds to the slope of the curve 33 which is linear, or substantially linear.
  • the delays applied increase linearly as a function of the wavelength.
  • the optical fibers 6 preferably have the same chromatic dispersion.
  • FIG. 4 shows the radiating elements 11 of the antenna aligned along a straight line 41, this straight line could be replaced by a curved line.
  • These radiating elements 11 forming the antenna can be identified by their positions Ri, R 2 , ... Ri ... RN on the right.
  • the index i of the radiating element indicates its rank on this straight line 41.
  • the radiating elements of positions Ri, R 2 , ... R ⁇ ... R N are coupled respectively to the optical sources of wavelength ⁇ i, ⁇ 2 , ... ⁇ j ⁇ N mentioned above.
  • the element Rj is coupled to the source of wavelength ⁇ j.
  • These optical sources 2 are connected to the inputs of the optical multiplexer 3.
  • This reception channel comprises an optical fiber 6 having a given length and a given chromatic dispersion.
  • the optical signals passing through this fiber 6 will be delayed as a function of their wavelengths in accordance with what has been described in relation to FIG. 3.
  • the delay between each element is constant, equal to the aforementioned delay ⁇ .
  • This delay ⁇ can be written for the channel V k :
  • ⁇ R and c represent respectively the distance between each radiating element 11 and c the speed of light.
  • the angle ⁇ k is the angle of the reception beam corresponding to the channel V k , the direction 42 of which is shown in FIG. 4 opposite the radiating elements 11 of the antenna. A reception beam making an angle ⁇ k with the straight line 41 comprising the antenna elements is thus obtained.
  • the m channels V 1 (althoughV k ... V m therefore make it possible to obtain m reception beams.
  • the position of the beam in space is notably defined by the length of the optical fiber 6.
  • the direction of the reception beam corresponding to the channel j and defined by the angle ⁇ j depends in particular on the length of optical fiber of the channel j or on the chromatic dispersion of the fiber, but also on the ratio ⁇ R ⁇ , for positions Ri, R 2 , ... Ri ... RN and the wavelengths
  • An advantage of the invention lies in particular in the fact that the time shift between the N microwave sources 11 is only achieved with a single optical fiber per beam. Furthermore, by simply adding an additional coupler and fiber optic channels and associated opto-microwave converters, the number of beams can be further increased. The beams are created simultaneously. Ultimately if one only one beam, the optical fiber 6 of the reception channel can be connected directly to the output of the optical multiplexer, via the optical joint 5 or not.
  • the invention further provides immunity against electromagnetic interference, due in particular to the properties of optical components.
  • FIG. 5 illustrates the spatial coverage on reception, in multibeams, obtained using a device according to FIG. 1.
  • a first beam Fi corresponds to the first channel Vi.
  • the angle of the beams Fi, ... F k , ... F m relative to the plane of the antenna is determined by the length of the optical fibers of the associated channels V ⁇ ..V k ... V m .
  • the length of the optical fibers is for example regularly incremented from one channel to the next, opposite the geometric arrangement of the radiating elements 11.
  • a device according to the invention therefore makes it possible to obtain a cluster of receiving beams. In particular from the emission beam 5, these beams make it possible to observe several areas of space longer with less energy.
  • the lengths of fibers can play on the lengths of fibers, but one can also play on their dispersions.
  • the law of progression of the wavelength from one optical source to another depends in fact on the arrangement of the radiating elements. In general, they are arranged regularly and therefore it is the same for the associated wavelengths. If the antenna elements are no longer regularly arranged, that is to say if the difference ⁇ R does not remain constant from one element to another, the associated wavelengths must substantially verify: ⁇ i ⁇ ⁇ k - Cte (5) R. -R, whatever the ranks i and k of the radiating elements, Cte being a constant value. If this equality is not verified, the operation may be degraded, that is to say the reception beam deformed but nevertheless usable.
  • the optical multiplexer 3 In practice, it is necessary to take into account the characteristics of the optical multiplexer 3 and in particular the position of its windows 32. It is they in fact which fix the wavelengths ⁇ i, ⁇ 2 , ... ⁇ ⁇ N of the optical sources and so finally the positions Ri, R 2 , -. Ri ... RN of the radiating elements.
  • the windows 32 can be arranged regularly.
  • FIG. 6 illustrates in partial view another possible embodiment of a device according to the invention, in particular FIG. 6 illustrates a reception channel.
  • the channels include optical fibers. These can be replaced by other dispersive optical media.
  • the optical fibers are replaced by Bragg gratings 61.
  • the waves are not reflected at the same place. Depending on their wavelengths, they are reflected at a different distance from the input of the network, which causes a time difference between the optical signals.
  • the output of the coupler 4 it could be directly the output of the optical multiplexer 3, is connected to a circulator 62.
  • the channel 2 of the circulator is connected to a Bragg network 61 and the channel 3 is connected to the photodiode 7 or any other opto-microwave converter.
  • the signal from the optical multiplexer 3 enters the Bragg grating and the different wavelengths are reflected one by one with the desired delay. The different reflections are summed by photodiode 7.
  • Figure 7 shows another embodiment of a device according to the invention.
  • the invention can be applied in an architecture with or without an optical rotating joint 5, this making it possible to pass from the antenna to the radar cabin.
  • other components 71, 72 can be added to the reception chain.
  • a pair of multiplexers or optical filters 71, 72 can be inserted to make an uplink, analog or digital, as long as the wavelengths used are distinct from those which encode the radiating elements.
  • an optical multiplexer or an optical filter 71 is inserted upstream of the optical rotary joint (5), that is to say that its input is connected to the output of the optical multiplexer 3 which is connected to the optical sources. 2.
  • the output of the multiplexer or optical filter 71 is then connected to the input of the other multiplexer or optical filter 72 of the torque via the rotating optical joint 5.
  • the output of this multiplexer or filter 72, downstream of the rotating joint is connected to the reception channels Vi, ..V k ... V m> for example via the coupler 4.
  • a first digital or analog link 73 is connected to the multiplexer or filter 71 upstream of the torque and a second digital or analog link 74 is connected to the downstream multiplexer or filter 72.
  • This pair of multiplexers or filters therefore ensures the continuity of the digital or analog link.
  • all the optical signals, whether they are specific to the digital or analog link 73, 74 or to the reception signals from the antenna 1 all pass through the same rotating joint 5, thus allowing a sharing of resources.
  • FIG. 8 shows another embodiment making it possible in particular to reduce the total length of fibers used, and therefore the cost and the bulk.
  • the optical fibers are no longer coupled in parallel to the optical multiplexer 3 but in series.
  • the single coupler 4, coupler 1 to N, of the preceding embodiments is replaced by several distributed couplers 81, 82, couplers of type 1 to 2, that is to say with one input and two outputs. These couplers have respectively from the first 81 to the last coupling values of 1 / N, 1 / (N-1), ... 1/3 and 1/2.
  • a fiber 6 is inserted between each coupler 81, 82.
  • the first reception channel Vi is formed by the first optic 6 connected to the optical multiplexer 3, via the optical joint or not, the first coupler 81 and the opto-microwave converter 7 connected to the first output of the coupler 81.
  • the other output of this coupler 81 is connected to the second optical fiber 6.
  • a reception channel Vj is subsequently formed by the j optical fibers and j previous couplers arranged in cascade and by the converter opto-microwave connected to the first output of the coupler 82 of order j. More particularly, the channel Vj begins at the output of the opto-microwave converter 7. All the fibers have for example the same length so that the total length of fiber traversed increases regularly from one channel to another.
  • FIG. 9 shows another embodiment of a device according to the invention.
  • This embodiment notably makes it possible to quickly create one or more difference laws.
  • the multiplexing stage is divided into two stages and an optical switch 93 makes it possible to select either a zero phase or a delay equivalent to a phase of ⁇ for one of the stages.
  • the optical sources 2 are therefore separated into two groups.
  • the outputs of the first group are connected to a first optical multiplexer 91.
  • the outputs of the second group are connected to the second optical multiplexer 92.
  • the output of the first multiplexer 91 is connected to the aforementioned optical switch 93.
  • the output of this switch is connected to the input of the optical multiplexer 3 as used in the previous embodiments.
  • the output of the second optical multiplexer 92 is connected directly to this optical multiplexer 3.
  • the output of the latter is then connected to the optical fiber networks as indicated in the previous examples.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for forming beams upon reception for an antenna having radiating elements. The device comprises at least: N optical sources (2) of respective wavelengths (λ1, …λN), one optical source being assigned to a radiating element (11) in such a manner that a carrier of the optical wave is frequency modulated by the microwave received by the radiating element, and; an optical multiplexer (3) of which the transmission windows (32) correspond to the wavelengths (λ1, …λN) and receive, at the entry, N optical waves, the output of the multiplexer being coupled to m optical media (6) each having a given chromatic dispersion, each optical medium being connected to an opto-microwave converter (7), the microwave at the output of a converter (7) entering a receiving path (V1, ..Vj...Vm), the direction of the emission beam of a path Vj being a function of the path in the optical medium and of the chromatic dispersion of the optical medium The invention is particularly used for an electronic scanning antenna for simultaneously creating a number of beams in the receiving pattern.

Description

Dispositif de formation de faisceaux à la réception pour une antenne à éléments rayonnants Reception beam forming device for an antenna with radiating elements
La présente invention concerne un dispositif de formation de faisceaux à la réception pour une antenne à éléments rayonnants. Elle s'applique notamment pour une antenne à balayage électronique pour créer simultanément plusieurs faisceaux dans le diagramme de réception.The present invention relates to a beam forming device on reception for an antenna with radiating elements. It applies in particular for an electronic scanning antenna to create several beams simultaneously in the reception diagram.
Une antenne à balayage électronique comporte une pluralité d'éléments rayonnants qui assurent à la fois l'émission et la réception d'un signal hyperfréquence. Un faisceau d'émission ou de réception est formé par l'ensemble des signaux émis ou reçus par chaque élément. Pour orienter un faisceau dans une direction donnée θ il est nécessaire de créer des retards temporels τ entre les signaux émis ou reçus par les différents éléments rayonnants. Le retard τ est égal à (d/c)x sinθ où d et c représentent respectivement la distance entre deux éléments rayonnants et c la vitesse de la lumière. Un effet analogue s'obtient en bande étroite par l'application de déphasages. Néanmoins cette solution entraîne un dépointage du faisceau lors du changement de fréquence de travail car les déphasages dépendent de la fréquence.An electronic scanning antenna has a plurality of radiating elements which both transmit and receive a microwave signal. A transmission or reception beam is formed by all of the signals transmitted or received by each element. To orient a beam in a given direction θ it is necessary to create time delays τ between the signals transmitted or received by the different radiating elements. The delay τ is equal to (d / c) x sinθ where d and c respectively represent the distance between two radiating elements and c the speed of light. A similar effect is obtained in a narrow band by the application of phase shifts. However, this solution leads to a deflection of the beam during the change of working frequency because the phase shifts depend on the frequency.
Les qualités intrinsèques de l'optique, comme par exemple les faibles pertes linéiques, permettent de créer ces retards vrais. De nombreuses études ont été réalisées sur la formation de faisceaux par l'optique. Les premières architectures étaient basées sur des retards temporels réalisés au moyen de longueurs de fibres optiques. Le faisceau était dépointé par sélection d'éléments actifs ou de longueurs de fibres optiques. Un article de R.Soref : « Optical dispersion technique for time delay beam steering », Applied Optics, Vol 31, N° 35, December 1992, propose d'utiliser des fibres dispersives. Chaque élément rayonnant est précédé d'une longueur de fibre dispersive et par changement de longueur d'onde des lasers, l'angle de pointage est alors changé. De nombreuses architectures basées sur cette technique ont vu le jour comme le montrent notamment les articles de R.D. Esman and Al, « Fiber-optic prism true time-delay antenna feed », IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, N° 11, May 1993, de M.Y. Frankel, « True time delay fiber optic control of an ultrawideband array transmitter/receiver with multibeam capability », IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 43, N° 9, September 1995 ou de D.T.K. Tong, « multiwavelength optically controlled phased array antennas », IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 46, N° 1, January 1998. En mode de réception, la multiplicité des sources laser nécessaires s'avère souvent rédhibitoire même si certains principes comme l'oscillateur local incliné, décrits notamment par les demandes de brevets français FR 9411498 et FR 9807240, permettent de contourner cette difficulté. Les retards temporels sont effectués sur l'oscillateur local OL d'émission et lors de la réception le faisceau est dépointé par mélange de cet OL pondéré avec le signal de réception. Cette architecture permet pour l'émission comme pour la réception, une commande en retard temporel suivant deux plans en site et en gisement. Cependant cette architecture ne permet la formation que d'un faisceau unique. Or pour de nombreuses applications radar ou de télécommunication, il est nécessaire de former dans au moins un des plans de l'antenne plusieurs faisceaux simultanés à la réception pour former ce que l'on appelle une réception multifaisceaux.The intrinsic qualities of the optics, such as for example the low linear losses, make it possible to create these true delays. Numerous studies have been carried out on the formation of beams by optics. The first architectures were based on time delays made using lengths of optical fibers. The beam was focused by selection of active elements or lengths of optical fibers. An article by R.Soref: "Optical dispersion technique for time delay beam steering", Applied Optics, Vol 31, N ° 35, December 1992, suggests using dispersive fibers. Each radiating element is preceded by a length of dispersive fiber and by changing the wavelength of the lasers, the aiming angle is then changed. Many architectures based on this technique have emerged, as shown in particular by articles by RD Esman and Al, "Fiber-optic prism true time-delay antenna feed", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, N ° 11, May 1993, by MY Frankel, "True time delay fiber optic control of an ultrawideband array transmitter / receiver with multibeam capability", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 43, No. 9, September 1995 or DTK Tong, "multiwavelength optically controlled phased array antennas", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 46, N ° 1, January 1998. In reception mode, the multiplicity of the necessary laser sources often turns out to be prohibitive even if certain principles such as the inclined local oscillator, described in particular by French patent applications FR 9411498 and FR 9807240, allow to circumvent this difficulty. The time delays are carried out on the local transmitting oscillator OL and during reception the beam is de-focused by mixing this weighted OL with the reception signal. This architecture allows for the transmission as for the reception, a command in temporal delay according to two plans in site and in deposit. However, this architecture only allows the formation of a single beam. However, for many radar or telecommunication applications, it is necessary to form in at least one of the antenna planes several beams simultaneous at the reception to form what is called a multibeam reception.
Les problèmes de la réception multifaisceaux ont déjà été abordés, en particulier pour les applications de télécommunication et notamment dans la demande de brevet PCT WO 03/079080 A1, Septembre 2003, et dans l'article de P.J. Matthews et Al, « A wide-band fiber-optic True-Time-Steered array Receiver Capable of multiple indépendant simultaneous beams », IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, N" 5, May 1998. Une solution basée sur des matrices de modulateurs de lumière a été proposée dans la demande de brevet français FR 9913358. Cette solution réalise à la réception la formation de plusieurs faisceaux simultanées dans deux dimensions. Le signal issu de chaque élément rayonnant est divisé en autant de voies que de faisceaux à former. Ensuite chaque voie est modulée en amplitude et en phase avant d'être sommée avec les voies correspondant au même faisceau et aux autres éléments rayonnants.The problems of multibeam reception have already been addressed, in particular for telecommunications applications and in particular in the PCT patent application WO 03/079080 A1, September 2003, and in the article by PJ Matthews and Al, “A wide- band fiber-optic True-Time-Steered array Receiver Capable of multiple independent simultaneous beams ”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, N "5, May 1998. A solution based on matrices of light modulators was proposed in the French patent application FR 9913358. This solution realizes on reception the formation of several simultaneous beams in two dimensions. of each radiating element is divided into as many channels as there are beams to be formed, then each channel is amplitude and phase modulated before being summed with the channels corresponding to the same beam and to the other radiating elements.
Une architecture de formation de faisceaux à la réception basée sur l'utilisation de fibres optiques dispersives a notamment été décrite dans l'article de B. Vidal et AI, « Novel photonic true time delay beamformer based on the free spectral range periodicity of arrayed waveguide gratings and fiber dispersion », IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, N° 11, November 2002. Un laser dont la longueur d'onde peut être modifiée alimente plusieurs modulateurs externes. A chaque élément de l'antenne correspond un modulateur externe. Au moyen de fibre dispersive une loi de retard est introduite entre les différentes informations issues des modulateurs. Par sommation des voies optiques au moyen de coupleurs optiques, un faisceau est formé. Sachant que la loi de retard dépend de la longueur d'onde du laser, le dépointage du faisceau peut donc être modifié. Par ailleurs l'ajout d'un autre laser ayant une longueur d'onde différente crée un nouveau faisceau. Dans cette architecture, chaque retard d'un élément de l'antenne est codé par une longueur de fibre dispersive et chaque faisceau par une longueur d'onde.An architecture of beam formation at reception based on the use of dispersive optical fibers has been described in particular in the article by B. Vidal and AI, “Novel photonic true time delay beamformer based on the free spectral range periodicity of arrayed waveguide gratings and fiber dispersion ”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, No. 11, November 2002. A laser whose wavelength can be changed powers several external modulators. Each element of the antenna has an external modulator. By means of dispersive fiber, a delay law is introduced between the different pieces of information from the modulators. By summing the optical channels by means of optical couplers, a beam is formed. Knowing that the delay law depends on the wavelength of the laser, the deflection of the beam can therefore be modified. Furthermore the addition of another laser having a different wavelength creates a new beam. In this architecture, each delay of an antenna element is coded by a length of dispersive fiber and each beam by a wavelength.
Une architecture similaire formant un diagramme d'antenne avec des annulations à des angles variables a été proposée dans l'article de H. Z uda et Al, « A photonic implementation of a wide-band nulling System for phased arrays », IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, N° 5, May 1998. Le diagramme d'une antenne réseau dépend de la pondération temporelle des signaux issus de chaque élément. Ainsi il est possible de former un « zéro » dans un diagramme à un angle donné en appliquant la pondération adéquate. Dans cette architecture, la pondération temporelle est réalisée au moyen de fibres dispersives. Pour rajouter un « zéro » dans le diagramme, il faut créer une nouvelle loi temporelle entre les éléments, ce qui nécessite l'ajout de sources optiques.A similar architecture forming an antenna diagram with cancellations at variable angles was proposed in the article by H. Z uda et Al, "A photonic implementation of a wide-band nulling System for phased arrays", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, N ° 5, May 1998. The diagram of a network antenna depends on the time weighting of the signals coming from each element. Thus it is possible to form a "zero" in a diagram at a given angle by applying the appropriate weighting. In this architecture, the time weighting is carried out by means of dispersive fibers. To add a “zero” in the diagram, it is necessary to create a new temporal law between the elements, which requires the addition of optical sources.
Toutes ces architectures peuvent être appliquées pour former plusieurs faisceaux à la réception mais présentent l'inconvénient de nécessiter une ou un ensemble de sources optiques par faisceau. Par conséquent la multiplication du nombre de faisceaux mène rapidement à une grande augmentation de la complexité et du coût.All these architectures can be applied to form several beams on reception, but have the disadvantage of requiring one or a set of optical sources per beam. Consequently, the multiplication of the number of beams quickly leads to a great increase in complexity and cost.
Un but de l'invention est notamment de pallier cet inconvénient. En particulier l'invention propose une architecture qui permet de créer plusieurs faisceaux à la réception sans augmenter le nombre de lasers. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de formation de faisceaux à la réception pour une antenne à éléments rayonnants comportant au moins : - N sources optiques (2) de longueurs d'onde respectives λi, ... AN, une source optique étant associée à un élément rayonnant (11) de telle sorte qu'une porteuse de l'onde optique est modulée en amplitude par l'onde hyperfréquence reçue par l'élément rayonnant ; - Un multiplexeur optique (3) dont les fenêtres de transmission (32) correspondent aux longueurs d'ondes Ai, ... λN et recevant en entrée les N ondes optiques, la sortie du multiplexeur étant couplée à m milieux optiques (6) ayant chacun une dispersion chromatique donnée, chaque milieu optique étant relié à un convertisseur opto- hyperfréquence (7), l'onde hyperfréquence en sortie d'un convertisseur (7) entrant dans une voie de réception V-i, ..Vj ...Vm, la direction du faisceau d'émission d'une voie Vj étant fonction du trajet dans le milieu optique et de la dispersion chromatique du milieu optique.An object of the invention is in particular to overcome this drawback. In particular, the invention proposes an architecture which makes it possible to create several beams on reception without increasing the number of lasers. To this end, the subject of the invention is a device for forming beams on reception for an antenna with radiating elements comprising at least: - N optical sources (2) of respective wavelengths λi, ... AN, an optical source being associated with a radiating element (11) so that a carrier of the optical wave is amplitude modulated by l 'microwave wave received by the radiating element; - An optical multiplexer (3) whose transmission windows (32) correspond to the wavelengths Ai, ... λ N and receiving the N optical waves as input, the output of the multiplexer being coupled to m optical media (6) each having a given chromatic dispersion, each optical medium being connected to an opto-microwave converter (7), the microwave wave at the output of a converter (7) entering a reception channel Vi, ..Vj ... V m , the direction of the emission beam of a channel Vj being a function of the path in the optical medium and the chromatic dispersion of the optical medium.
L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de créer facilement une couverture multifaisceaux à la réception, qu'elle permet une immunité contre les perturbations électromagnétiques, qu'elle est peu encombrante et qu'elle est économique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2, un exemple de couplage d'une source optique, par exemple un laser, en sortie d'un élément rayonnant d'une antenne à balayage électronique ; - la figure 3, une illustration des caractéristiques d'un multiplexeur optique ; - la figure 4, des directions de faisceaux de réception obtenus par le dispositif selon l'invention en regard des positions des éléments rayonnants de l'antenne ; - la figure 5, une illustration de la couverture spatiale multifaisceaux à la réception obtenue par un dispositif selon l'invention ; - la figure 6, un autre exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention utilisant des réseaux de Bragg ; - la figure 7, un autre exemple de réalisation permettant aux signaux optiques issus de la réception de partager une voie optique avec une liaison numérique ou analogique ; - la figure 8, un exemple de réalisation comportant des fibres optiques en série ; - la figure 9, un exemple de réalisation permettant de créer rapidement plusieurs lois différence.The main advantages of the invention are that it makes it easy to create a multibeam cover on reception, that it allows immunity against electromagnetic interference, that it is compact and that it is economical. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent with the aid of the description which follows given with reference to the appended drawings which represent: - Figure 1, a first embodiment of a device according to the invention; - Figure 2, an example of coupling of an optical source, for example a laser, at the output of a radiating element of an antenna with electronic scanning; - Figure 3, an illustration of the characteristics of an optical multiplexer; - Figure 4, directions of reception beams obtained by the device according to the invention with respect to the positions of the radiating elements of the antenna; - Figure 5, an illustration of the multibeam spatial coverage at reception obtained by a device according to the invention; - Figure 6, another embodiment of a device according to the invention using Bragg gratings; - Figure 7, another embodiment allowing the optical signals from the reception to share an optical channel with a digital or analog link; - Figure 8, an embodiment comprising optical fibers in series; - Figure 9, an exemplary embodiment for quickly creating several difference laws.
La figure 1 présente un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif est appliqué à une antenne 1 formée de N éléments rayonnants 11. Chaque élément rayonnant est couplé à la réception à une source optique 2, par exemple une source laser.Figure 1 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention. The device is applied to an antenna 1 formed of N radiating elements 11. Each radiating element is coupled on reception to an optical source 2, for example a laser source.
La figure 2 illustre un exemple de couplage d'une source optique à un élément rayonnant d'antenne. En sortie de l'élément rayonnant 11 l'onde hyperfréquence attaque un amplificateur faible bruit 21. L'entrée d'un module de contrôle d'amplitude et de phase 22 est reliée à la sortie de l'amplificateur 21. Un modulateur 23 est intercalé entre le module de contrôle 22 et la source optique 2 de telle sorte que l'onde hyperfréquence module une porteuse optique. Eventuellement, l'onde hyperfréquence pourrait moduler la porteuse optique directement sans l'aide d'un modulateur. Le. type de modulation du laser est effectivement soit une modulation directe, soit une modulation externe. Le choix du type de modulation peut se faire notamment en fonction de la fréquence de travail et de la bande passante. Des sources hétérodynes peuvent aussi être utilisées, par exemple des lasers bi- fréquence. En ajoutant un modulateur externe, par exemple un modulateur dans lequel la longueur d'onde optique est décalée de la fréquence RF ou un modulateur à bande latérale unique, un premier mélange peut être réalisé.FIG. 2 illustrates an example of coupling of an optical source to a radiating element of the antenna. At the output of the radiating element 11 the microwave wave attacks a low noise amplifier 21. The input of an amplitude and phase control module 22 is connected to the output of the amplifier 21. A modulator 23 is interposed between the control module 22 and the optical source 2 so that the microwave wave modulates an optical carrier. Optionally, the microwave could modulate the optical carrier directly without using a modulator. The. type of laser modulation is actually either direct modulation or external modulation. The choice of modulation type can be made in particular according to the working frequency and the bandwidth. Heterodyne sources can also be used, for example dual-frequency lasers. By adding an external modulator, for example a modulator in which the optical wavelength is offset from the RF frequency or a single sideband modulator, a first mixing can be carried out.
On revient à la figure 1. Les sorties des sources optiques 2 sont reliées aux entrées d'un multiplexeur optique 3 dont les caractéristiques seront précisées par la suite. La sortie du multiplexeur 3 est reliée à l'entrée d'un coupleur 4, via un joint tournant optique 5 par exemple. Ce joint tournant permet notamment de passer de l'antenne à la cabine du radar qui comporte les circuits de réception. L'invention peut bien sûr être appliquée dans une architecture contenant ou non un joint tournant optique. Un réseau de m fibres optiques 6 est relié en sortie du coupleur 4. La sortie de chaque fibre optique est connectée à une photodiode ou plus généralement à un convertisseur opto-hyperfréquence de façon à obtenir en sortie une onde hyperfréquence. m voies de réceptions hyperfréquence V-i, ..Vk ...Vm sont ainsi obtenues. Ces voies sont notamment reliées aux circuits de réceptions d'un radar.We return to FIG. 1. The outputs of the optical sources 2 are connected to the inputs of an optical multiplexer 3, the characteristics of which will be specified below. The output of the multiplexer 3 is connected to the input of a coupler 4, via an optical rotating joint 5 for example. This rotating joint allows in particular to pass from the antenna to the radar cabin which includes the receiving circuits. The invention can of course be applied in an architecture which may or may not contain an optical rotary joint. A network of m optical fibers 6 is connected at the output of the coupler 4. The output of each optical fiber is connected to a photodiode or more generally to an opto-microwave converter so as to obtain an output of a microwave wave. m microwave reception channels Vi, ..V k ... V m are thus obtained. These channels are in particular connected to the radar reception circuits.
La figure 3 présente les caractéristiques du multiplexeur optique 3. En particulier elle présente les fenêtres de transmission du multiplexeur. Ces fenêtres sont représentées par une courbe 31 dans un système d'axes où l'axe des abscisses représente la longueur d'onde λ et l'axe des ordonnées le coefficient de transmission T à travers le multiplexeur. Cette courbe 31 montre que le multiplexeur comporte des fenêtres de transmission 32 autour de longueurs d'onde λi, λ2, ...λ, λ signifiant qu'en dehors de ces longueurs d'ondes le coefficient de transmission optique est quasi-nul et quasi-unitaire dans des plages centrées sur ces longueurs d'onde. De préférence et notamment pour des raisons de facilité de mise en œuvre les longueurs d'onde λ-i, λ2, ...λj λN forment une suite arithmétique, l'écart entre deux longueurs d'onde successives λ, et λj+i étant égal à Δλ, soit λj+i = λj + Δλ pour tous les rangs i de 1 à N - 1.FIG. 3 shows the characteristics of the optical multiplexer 3. In particular it shows the transmission windows of the multiplexer. These windows are represented by a curve 31 in a system of axes where the abscissa axis represents the wavelength λ and the ordinate axis the transmission coefficient T through the multiplexer. This curve 31 shows that the multiplexer has transmission windows 32 around wavelengths λi, λ 2 , ... λ, λ signifying that outside these wavelengths the optical transmission coefficient is almost zero and almost unitary in ranges centered on these wavelengths. Preferably and in particular for reasons of ease of implementation, the wavelengths λ-i, λ 2 , ... λj λN form an arithmetic sequence, the difference between two successive wavelengths λ, and λj + i being equal to Δλ, let λj + i = λj + Δλ for all ranks i from 1 to N - 1.
En superposition de la précédente courbe 31, une première courbe 33 représente le retard appliqué à un signal optique passant dans une fibre 6 en fonction de la longueur d'onde. Ce retard appliqué fonction de la longueur d'onde est une propriété des fibres optiques due à leur dispersion chromatique. En particulier à un écart de longueur d'onde Δλ correspond un retard τ. Plus la fibre est dispersive, plus le rapport τ/Δλ est important, pour une longueur de fibre donnée. Ce rapport correspond à la pente de la courbe 33 qui est linéaire, ou sensiblement linéaire. Les retards appliqués croissent linéairement en fonction de la longueur d'onde. Afin de maîtriser ces retards, les fibres optiques 6 ont de préférence la même dispersion chromatique. La figure 4 présente les éléments rayonnant 11 de l'antenne alignés le long d'une droite 41, cette droite pourrait être remplacée par une ligne courbe. Ces éléments rayonnants 11 formant l'antenne peuvent être repérés par leurs positions R-i, R2, ...Ri ...RN sur la droite. L'indice i de l'élément rayonnant indique son rang sur cette droite 41. Les éléments rayonnants de positions Ri, R2, ...R\ ...RN sont couplés respectivement aux sources optiques de longueur d'onde λi, λ2, ...λj λN précitées. En d'autres termes l'élément Rj est couplé à la source de longueur d'onde λj .Ces sources optiques 2 sont reliées aux entrées du multiplexeur optique 3. Les éléments rayonnants 11 sont régulièrement disposés sur la droite 41, c'est-à-dire que R,+ι = R, + ΔR pour tous les rangs 1 à N - 1. On considère le faisceau d'antenne sur une voie de réception V . Cette voie de réception comporte une fibre optique 6 ayant une longueur donnée et une dispersion chromatique donnée. Les signaux optiques passant par cette fibre 6 vont être retardés en fonction de leurs longueurs d'onde conformément à ce qui a été décrit relativement à la figure 3. En particulier le retard entre chaque élément est constant, égal au retard τ précité. Ce retard τ peut s'écrire pour la voie Vk :Superimposed on the previous curve 31, a first curve 33 represents the delay applied to an optical signal passing through a fiber 6 as a function of the wavelength. This applied wavelength delay is a property of optical fibers due to their chromatic dispersion. In particular, a difference in wavelength Δλ corresponds to a delay τ. The more dispersive the fiber, the higher the τ / Δλ ratio, for a given fiber length. This ratio corresponds to the slope of the curve 33 which is linear, or substantially linear. The delays applied increase linearly as a function of the wavelength. In order to control these delays, the optical fibers 6 preferably have the same chromatic dispersion. FIG. 4 shows the radiating elements 11 of the antenna aligned along a straight line 41, this straight line could be replaced by a curved line. These radiating elements 11 forming the antenna can be identified by their positions Ri, R 2 , ... Ri ... RN on the right. The index i of the radiating element indicates its rank on this straight line 41. The radiating elements of positions Ri, R 2 , ... R \ ... R N are coupled respectively to the optical sources of wavelength λi, λ 2 , ... λj λ N mentioned above. In other words, the element Rj is coupled to the source of wavelength λj. These optical sources 2 are connected to the inputs of the optical multiplexer 3. The radiating elements 11 are regularly arranged on the line 41, that is ie R, + ι = R, + ΔR for all rows 1 to N - 1. We consider the antenna beam on a reception channel V. This reception channel comprises an optical fiber 6 having a given length and a given chromatic dispersion. The optical signals passing through this fiber 6 will be delayed as a function of their wavelengths in accordance with what has been described in relation to FIG. 3. In particular the delay between each element is constant, equal to the aforementioned delay τ. This delay τ can be written for the channel V k :
Λ/? τ ≈ w θk (1) cΛ /? τ ≈ w θ k (1) c
où ΔR et c représentent respectivement la distance entre chaque élément rayonnant 11 et c la vitesse de la lumière.where ΔR and c represent respectively the distance between each radiating element 11 and c the speed of light.
L'angle θk est l'angle du faisceau de réception correspondant à la voie Vk dont la direction 42 est représentée sur la figure 4 en regard des éléments rayonnants 11 de l'antenne. Un faisceau de réception faisant un angle θk avec la droite 41 comportant les éléments d'antenne est ainsi obtenu.The angle θ k is the angle of the reception beam corresponding to the channel V k , the direction 42 of which is shown in FIG. 4 opposite the radiating elements 11 of the antenna. A reception beam making an angle θ k with the straight line 41 comprising the antenna elements is thus obtained.
En revenant à la figure 3 on considère une deuxième courbe 34 exprimant le retard pour une autre fibre optique 6 du réseau de sortie du dispositif de la figure 1, de longueur différente. A titre d'exemple on suppose que toutes les fibres optiques 6 ont la même dispersion. Pour définir un retard donné appliqué entre deux éléments rayonnants 11 , on joue alors sur la longueur de la fibre optique. La courbe 34 de la figure 3, sensiblement linéaire, exprime le retard appliqué en fonction de la longueur d'onde pour la fibre de la voie Vj. En sortie de cette voie est alors constitué un faisceau de réception dont la direction 43 fait un angle θj avec le plan d'alignement des éléments rayonnants 11. Le retard τj appliqué entre deux éléments rayonnants consécutifs peut s'écrire : r, = — sin0. (2) c J Returning to Figure 3 we consider a second curve 34 expressing the delay for another optical fiber 6 of the output network of the device of Figure 1, of different length. By way of example, it is assumed that all the optical fibers 6 have the same dispersion. To define a given delay applied between two radiating elements 11, one then plays on the length of the optical fiber. The substantially linear curve 34 of FIG. 3 expresses the delay applied as a function of the wavelength for the fiber of track V j . At the output of this channel is then formed a reception beam whose direction 43 makes an angle θj with the alignment plane of the radiating elements 11. The delay τj applied between two consecutive radiating elements can be written: r, = - sin0 . (2) c J
Les m voies V1( „Vk ...Vm permettent donc d'obtenir m faisceaux de réception. Pour une voie, la position du faisceau dans l'espace est notamment définie par la longueur de la fibre optique 6. Partant du fait que le retard créé par une fibre s'exprime en fonction de sa dispersion chromatique D, de sa longueur L et de la différence de longueurs d'onde Δλ entre deux sources optiques 2 successive, ce retard τ s'exprime aussi selon la relation suivante : τ = D. L. Δλ (3)The m channels V 1 ( „V k ... V m therefore make it possible to obtain m reception beams. For a channel, the position of the beam in space is notably defined by the length of the optical fiber 6. Starting from the fact that the delay created by a fiber is expressed as a function of its chromatic dispersion D, its length L and the difference in wavelengths Δλ between two successive optical sources 2, this delay τ is also expressed according to the relation following: τ = DL Δλ (3)
En combinant les relations (2) et (3) il s'ensuit que la longueur Lj nécessaire pour obtenir un angle de faisceau de réception θj est :By combining relations (2) and (3) it follows that the length L j necessary to obtain a reception beam angle θ j is:
Il s'ensuit par ailleurs que la direction du faisceau de réception correspondant à la voie j et définie par l'angle θj dépend notamment de la longueur de fibre optique de la voie j ou de la dispersion chromatique de la fibre, mais aussi du rapport ΔR Δλ, pour les positions Ri, R2, ...Ri ...RN et les longueurs d'ondes It also follows that the direction of the reception beam corresponding to the channel j and defined by the angle θj depends in particular on the length of optical fiber of the channel j or on the chromatic dispersion of the fiber, but also on the ratio ΔR Δλ, for positions Ri, R 2 , ... Ri ... RN and the wavelengths
Un avantage de l'invention réside notamment dans le fait que le décalage temporel entre les N sources hyperfréquence 11 n'est réalisé qu'avec une seule fibre optique par faisceau. Par ailleurs par simple ajout d'un coupleur supplémentaire et de voies à fibres optiques et convertisseurs opto- hyperfréquence associées le nombre de faisceaux peut encore être augmenté. Les faisceaux sont créés simultanément. A la limite si l'on souhaite un seul faisceau, la fibre optique 6 de la voie de réception peut être reliée directement à la sortie du multiplexeur optique, via le joint optique 5 ou non.An advantage of the invention lies in particular in the fact that the time shift between the N microwave sources 11 is only achieved with a single optical fiber per beam. Furthermore, by simply adding an additional coupler and fiber optic channels and associated opto-microwave converters, the number of beams can be further increased. The beams are created simultaneously. Ultimately if one only one beam, the optical fiber 6 of the reception channel can be connected directly to the output of the optical multiplexer, via the optical joint 5 or not.
L'invention permet en outre une immunité contre les perturbations électromagnétiques, due en particulier aux propriétés des composants optiques.The invention further provides immunity against electromagnetic interference, due in particular to the properties of optical components.
La figure 5 illustre la couverture spatiale à la réception, en multifaisceaux, obtenue à l'aide d'un dispositif selon la figure 1. Un premier faisceau Fi correspond à la première voie V-i. L'angle des faisceaux F-i, ... Fk, ... Fm par rapport au plan de l'antenne est déterminé par la longueur des fibres optiques des voies associées V^ ..Vk ...Vm. Pour couvrir l'espace de façon régulière, la longueur des fibres optiques est par exemple régulièrement incrémentée d'une voie à la suivante, en regard de la disposition géométrique des éléments rayonnant 11. Un dispositif selon l'invention permet donc d'obtenir une grappe de faisceaux de réception. En particulier à partir du faisceau d'émission 5, ces faisceaux permettent d'observer plus longtemps plusieurs domaines de l'espace avec moins d'énergie.FIG. 5 illustrates the spatial coverage on reception, in multibeams, obtained using a device according to FIG. 1. A first beam Fi corresponds to the first channel Vi. The angle of the beams Fi, ... F k , ... F m relative to the plane of the antenna is determined by the length of the optical fibers of the associated channels V ^ ..V k ... V m . To cover the space regularly, the length of the optical fibers is for example regularly incremented from one channel to the next, opposite the geometric arrangement of the radiating elements 11. A device according to the invention therefore makes it possible to obtain a cluster of receiving beams. In particular from the emission beam 5, these beams make it possible to observe several areas of space longer with less energy.
Pour obtenir les directions de faisceaux souhaitées, on peut jouer sur les longueurs de fibres, mais on peut aussi jouer sur leurs dispersions. En ce qui concerne la progression des longueurs d'onde d'une source optique à l'autre, elle a été prise régulière, c'est-à-dire que la différence de longueur d'onde est constante égale à Δλ entre deux sources optiques couplées à deux éléments rayonnants consécutifs. La loi de progression de la longueur d'onde d'une source optique à l'autre dépend en fait de la disposition des éléments rayonnants. En général, ils sont disposés régulièrement et de ce fait il en est de même pour les longueurs d'onde associées. Si les éléments d'antenne ne sont plus disposés régulièrement, c'est-à-dire si l'écart ΔR ne reste pas constant d'un élément à l'autre, les longueurs d'onde associées doivent sensiblement vérifier : λi ~ λk - Cte (5) R. -R, quelques soient les rangs i et k des éléments rayonnants, Cte étant une valeur constante. A défaut de vérifier cette égalité, le fonctionnement peut être dégradé, c'est-à-dire le faisceau de réception déformé mais exploitable néanmoins.To obtain the desired beam directions, one can play on the lengths of fibers, but one can also play on their dispersions. Regarding the progression of wavelengths from one optical source to another, it was taken regularly, that is to say that the difference in wavelength is constant equal to Δλ between two sources optics coupled to two consecutive radiating elements. The law of progression of the wavelength from one optical source to another depends in fact on the arrangement of the radiating elements. In general, they are arranged regularly and therefore it is the same for the associated wavelengths. If the antenna elements are no longer regularly arranged, that is to say if the difference ΔR does not remain constant from one element to another, the associated wavelengths must substantially verify: λi ~ λk - Cte (5) R. -R, whatever the ranks i and k of the radiating elements, Cte being a constant value. If this equality is not verified, the operation may be degraded, that is to say the reception beam deformed but nevertheless usable.
En pratique il faut prendre en compte les caractéristiques du multiplexeur optique 3 et en particulier de la position de ses fenêtres 32. Ce sont elles en fait qui fixent les longueurs d'ondes λi, λ2, ...λ λN des sources optiques et donc finalement les positions Ri, R2, --.Ri ...RN des éléments rayonnants. Avantageusement, les fenêtres 32 peuvent être disposées régulièrement.In practice, it is necessary to take into account the characteristics of the optical multiplexer 3 and in particular the position of its windows 32. It is they in fact which fix the wavelengths λi, λ 2 , ... λ λN of the optical sources and so finally the positions Ri, R 2 , -. Ri ... RN of the radiating elements. Advantageously, the windows 32 can be arranged regularly.
La figure 6 illustre par une vue partielle un autre exemple de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention, en particulier la figure 6 illustre une voie de réception. Dans l'exemple précédent les voies comportent des fibres optiques. Ces dernières peuvent être remplacées par d'autres milieux optiques dispersifs. Dans le cas de la figure 6, les fibres optiques sont remplacées par des réseaux de Bragg 61. Dans un réseau de Bragg, les ondes ne sont pas réfléchies au même endroit. Selon leurs longueurs d'onde, elles sont réfléchies à une distance différente de l'entrée du réseau, ce qui entraîne un décalage temporel entre les signaux optiques. Pour chaque voie, la sortie du coupleur 4, ce pourrait être directement la sortie du multiplexeur optique 3, est reliée à un circulateur 62. La voie 2 du circulateur est reliée à un réseau de Bragg 61 et la voie 3 est reliée à la photodiode 7 ou tout autre convertisseur opto-hyperfréquence. Le signal issu du multiplexeur optique 3 entre dans le réseau de Bragg et les différentes longueurs d'onde sont réfléchies une à une avec le retard voulu. Les différentes réflexions sont sommées par la photodiode 7.FIG. 6 illustrates in partial view another possible embodiment of a device according to the invention, in particular FIG. 6 illustrates a reception channel. In the previous example, the channels include optical fibers. These can be replaced by other dispersive optical media. In the case of FIG. 6, the optical fibers are replaced by Bragg gratings 61. In a Bragg gratings, the waves are not reflected at the same place. Depending on their wavelengths, they are reflected at a different distance from the input of the network, which causes a time difference between the optical signals. For each channel, the output of the coupler 4, it could be directly the output of the optical multiplexer 3, is connected to a circulator 62. The channel 2 of the circulator is connected to a Bragg network 61 and the channel 3 is connected to the photodiode 7 or any other opto-microwave converter. The signal from the optical multiplexer 3 enters the Bragg grating and the different wavelengths are reflected one by one with the desired delay. The different reflections are summed by photodiode 7.
La figure 7 présente un autre exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Comme il a été indiqué précédemment l'invention peut être appliquée dans une architecture comportant ou non joint tournant optique 5, celui-ci permettant de passer de l'antenne à la cabine radar. De même d'autres composants 71, 72 peuvent être ajoutés dans la chaîne de réception. Par exemple un couple de multiplexeurs ou filtres optiques 71 , 72 peut être inséré pour réaliser une liaison montante, analogique ou numérique, tant que les longueurs d'ondes utilisées sont distinctes de celles qui codent les éléments rayonnant. A cet effet un multiplexeur optique ou d'un filtre optique 71 est inséré en amont du joint tournant optique (5), c'est- à-dire que son entrée est reliée à la sortie du multiplexeur optique 3 qui est relié aux sources optiques 2. La sortie du multiplexeur ou du filtre optique 71 est alors reliée à l'entrée de l'autre multiplexeur ou filtre optique 72 du couple via le joint optique tournant 5. La sortie de ce multiplexeur ou filtre 72, en aval du joint tournant, est reliée aux voies de réception V-i, ..Vk ...Vm> par exemple via le coupleur 4. Une première liaison numérique ou analogique 73 est reliée au multiplexeur ou filtre 71 amont du couple et une deuxième liaison numérique ou analogique 74 est reliée au multiplexeur ou filtre 72 aval. Ce couple de multiplexeurs ou filtres assurent donc la continuité de la liaison numérique ou analogique. Avantageusement dans un tel mode de réalisation, tous les signaux optiques, qu'ils soient propres à la liaison numérique ou analogique 73, 74 ou aux signaux de réception issus de l'antenne 1 passent tous par le même joint tournant 5, permettant ainsi un partage des ressources.Figure 7 shows another embodiment of a device according to the invention. As indicated above, the invention can be applied in an architecture with or without an optical rotating joint 5, this making it possible to pass from the antenna to the radar cabin. Likewise other components 71, 72 can be added to the reception chain. For example, a pair of multiplexers or optical filters 71, 72 can be inserted to make an uplink, analog or digital, as long as the wavelengths used are distinct from those which encode the radiating elements. To this end, an optical multiplexer or an optical filter 71 is inserted upstream of the optical rotary joint (5), that is to say that its input is connected to the output of the optical multiplexer 3 which is connected to the optical sources. 2. The output of the multiplexer or optical filter 71 is then connected to the input of the other multiplexer or optical filter 72 of the torque via the rotating optical joint 5. The output of this multiplexer or filter 72, downstream of the rotating joint , is connected to the reception channels Vi, ..V k ... V m> for example via the coupler 4. A first digital or analog link 73 is connected to the multiplexer or filter 71 upstream of the torque and a second digital or analog link 74 is connected to the downstream multiplexer or filter 72. This pair of multiplexers or filters therefore ensures the continuity of the digital or analog link. Advantageously in such an embodiment, all the optical signals, whether they are specific to the digital or analog link 73, 74 or to the reception signals from the antenna 1 all pass through the same rotating joint 5, thus allowing a sharing of resources.
La figure 8 présente un autre mode de réalisation permettant notamment de réduire la longueur totale de fibres utilisées, et donc le coût et l'encombrement. Dans cette variante de réalisation les fibres optiques ne sont plus couplées en parallèle au multiplexeur optique 3 mais en série. Ainsi, le coupleur unique 4, coupleur 1 vers N, des modes de réalisation précédents est remplacé par plusieurs coupleurs répartis 81 , 82, coupleurs du type 1 vers 2, c'est-à-dire à une entrée et deux sorties. Ces coupleurs ont respectivement du premier 81 au dernier des valeurs de couplage de 1/N, 1/(N-1), ...1/3 et 1/2 . Une fibre 6 est insérée entre chaque coupleur 81 , 82. La première voie de réception Vi est formée de la première optique 6 reliée au multiplexeur optique 3, via le joint tournant optique ou non, du premier coupleur 81 et du convertisseur opto-hyperfréquence 7 relié à la première sortie du coupleur 81. L'autre sortie de ce coupleur 81 est reliée à la deuxième fibre optique 6. Une voie de réception Vj est formée par la suite des j fibres optiques et j coupleurs précédents disposés en cascade et du convertisseur opto-hyperfréquence relié à la première sortie du coupleur 82 d'ordre j. Plus particulièrement la voie Vj commence en sortie du convertisseur opto-hyperfréquence 7. Toutes les fibres ont par exemple la même longueur de sorte que la longueur totale de fibre parcourue s'incrémente régulièrement d'une voie à l'autre.FIG. 8 shows another embodiment making it possible in particular to reduce the total length of fibers used, and therefore the cost and the bulk. In this variant embodiment, the optical fibers are no longer coupled in parallel to the optical multiplexer 3 but in series. Thus, the single coupler 4, coupler 1 to N, of the preceding embodiments is replaced by several distributed couplers 81, 82, couplers of type 1 to 2, that is to say with one input and two outputs. These couplers have respectively from the first 81 to the last coupling values of 1 / N, 1 / (N-1), ... 1/3 and 1/2. A fiber 6 is inserted between each coupler 81, 82. The first reception channel Vi is formed by the first optic 6 connected to the optical multiplexer 3, via the optical joint or not, the first coupler 81 and the opto-microwave converter 7 connected to the first output of the coupler 81. The other output of this coupler 81 is connected to the second optical fiber 6. A reception channel Vj is subsequently formed by the j optical fibers and j previous couplers arranged in cascade and by the converter opto-microwave connected to the first output of the coupler 82 of order j. More particularly, the channel Vj begins at the output of the opto-microwave converter 7. All the fibers have for example the same length so that the total length of fiber traversed increases regularly from one channel to another.
La figure 9 présent un autre exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Ce mode de réalisation permet notamment de créer rapidement une ou plusieurs lois différence. A cet effet, l'étage de multiplexage est découpé en deux étages et un commutateur optique 93 permet de sélectionner soit une phase nulle soit un retard équivalent à une phase de π pour l'un des étages. Ainsi en sortie de l'antenne 1 , les sources optiques 2 sont donc séparées en deux groupes. Les sorties du premier groupe sont reliées à un premier multiplexeur optique 91. Les sorties du deuxième groupe sont reliées au deuxième multiplexeur optique 92. La sortie du premier multiplexeur 91 est reliée au commutateur optique 93 précité. La sortie de ce commutateur est reliée à l'entrée du multiplexeur optique 3 tel qu'utilisé dans les modes de réalisation précédents. La sortie du deuxième multiplexeur optique 92 est reliée directement à ce multiplexeur optique 3. La sortie de ce dernier est ensuite reliée aux réseaux de fibres optiques comme indiqués dans les exemples précédents.FIG. 9 shows another embodiment of a device according to the invention. This embodiment notably makes it possible to quickly create one or more difference laws. To this end, the multiplexing stage is divided into two stages and an optical switch 93 makes it possible to select either a zero phase or a delay equivalent to a phase of π for one of the stages. Thus at the output of the antenna 1, the optical sources 2 are therefore separated into two groups. The outputs of the first group are connected to a first optical multiplexer 91. The outputs of the second group are connected to the second optical multiplexer 92. The output of the first multiplexer 91 is connected to the aforementioned optical switch 93. The output of this switch is connected to the input of the optical multiplexer 3 as used in the previous embodiments. The output of the second optical multiplexer 92 is connected directly to this optical multiplexer 3. The output of the latter is then connected to the optical fiber networks as indicated in the previous examples.
D'autres variantes de réalisation de l'invention sont encore possibles. En particulier il est possible d'obtenir une agilité de faisceaux et des annulations dans les faisceaux par insertion d'un routeur entre l'antenne 1 et les sources optiques 2. Le routeur adresse chaque élément rayonnant vers le retard voulu, c'est-à-dire vers la source optique 2 associé à ce retard. Dans ce cas les liaisons des éléments rayonnants de l'antenne 11 aux sources optiques ne sont plus figées, ce qui permet de réaliser des lois plus complexes. Le routeur utilisé est un composant hyperfréquence commandé par exemple électriquement. Enfin les différents modes de réalisation de l'invention présentés peuvent être combinés entre eux. Other alternative embodiments of the invention are also possible. In particular, it is possible to obtain beam agility and cancellations in the beams by inserting a router between the antenna 1 and the optical sources 2. The router addresses each radiating element towards the desired delay, that is to say ie towards the optical source 2 associated with this delay. In this case the connections of the radiating elements of the antenna 11 to the optical sources are no longer fixed, which makes it possible to produce more complex laws. The router used is a microwave component controlled, for example electrically. Finally, the different embodiments of the invention presented can be combined with one another.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de formation de faisceaux à la réception pour une antenne (1) à éléments rayonnants (11), caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - N sources optiques (2) de longueurs d'onde respectives Ai, ... AN, une source optique étant associée à un élément rayonnant (11) de telle sorte qu'une porteuse de l'onde optique est modulée en amplitude par l'onde hyperfréquence reçue par l'élément rayonnant ; - Un multiplexeur optique (3) dont les fenêtres de transmission (32) correspondent aux longueurs d'ondes λ-i, ... AN et recevant en entrée les N ondes optiques, la sortie du multiplexeur étant couplée à m milieux optiques (6) ayant chacun une dispersion chromatique donnée, chaque milieu optique étant relié à un convertisseur opto- hyperfréquence (7), l'onde hyperfréquence en sortie d'un convertisseur (7) entrant dans une voie de réception V^ ..Vj ...Vm, la direction du faisceau d'émission d'une voie Vj étant fonction du trajet dans le milieu optique et de la dispersion chromatique du milieu optique.1. Device for forming beams on reception for an antenna (1) with radiating elements (11), characterized in that it comprises at least: - N optical sources (2) of respective wavelengths Ai, .. A N , an optical source being associated with a radiating element (11) such that a carrier of the optical wave is amplitude modulated by the microwave wave received by the radiating element; - An optical multiplexer (3) whose transmission windows (32) correspond to the wavelengths λ-i, ... A N and receiving as input the N optical waves, the output of the multiplexer being coupled to m optical media ( 6) each having a given chromatic dispersion, each optical medium being connected to an opto-microwave converter (7), the microwave wave at the output of a converter (7) entering a reception channel V ^ ..Vj .. .V m , the direction of the emission beam of a channel Vj being a function of the path in the optical medium and the chromatic dispersion of the optical medium.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11 ) de l'antenne étant repérés par leurs positions Ri, R2, ...Ri2. Device according to claim 1 characterized in that the radiating elements (11) of the antenna being identified by their positions Ri, R 2 , ... Ri
...RN sur une ligne (41), les longueurs d'ondes λ-i, ... AN vérifient sensiblement la relations suivante :... R N on a line (41), the wavelengths λ-i, ... AN substantially verify the following relationships:
R, -R. quels que soient les rangs i et k, Cte étant une valeur constante.R, -R. whatever the ranks i and k, Cte being a constant value.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un joint tournant optique (5) est intercalé en sortie du multiplexeur optique (3).3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that an optical rotary joint (5) is interposed at the output of the optical multiplexer (3).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un multiplexeur optique ou filtre optique (71 , 72) est inséré de chaque côté du joint tournant optique (5), une première liaison numérique ou analogique (73) étant reliée au multiplexeur ou filtre amont (71) du couple et une deuxième liaison numérique ou analogique (74) étant reliée au multiplexeur ou filtre aval (72).4. Device according to claim 3, characterized in that an optical multiplexer or optical filter (71, 72) is inserted on each side of the optical rotating joint (5), a first digital or analog link (73) being connected to the torque upstream multiplexer or filter (71) and a second digital or analog link (74) being connected to the downstream multiplexer or filter (72).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les trajets dans les milieux optiques (6) augmentent d'une voie à la suivante.5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the paths in the optical media (6) increase from one channel to the next.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'entrée d'un coupleur (4) est reliée à la sortie du multiplexeur optique (3), le coupleur ayant au moins m sorties, un milieu optique (6) est relié à chacune des m sorties du coupleur.6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the input of a coupler (4) is connected to the output of the optical multiplexer (3), the coupler having at least m outputs, an optical medium (6 ) is connected to each of the m outputs of the coupler.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les milieux optiques (6) sont des fibres optiques.7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical media (6) are optical fibers.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et la revendication 7 caractérisé en ce que les fibres optiques sont couplées en série au multiplexeur optique (3), le couplage étant formé par N coupleurs répartis (81, 82) ayant du premier au dernier des valeurs de couplage de 1/N, 1/(N-1), ...1/3 et 1/2 , une fibre (6) étant insérée entre chaque coupleur (81, 82).8. Device according to any one of claims 1 to 5 and claim 7 characterized in that the optical fibers are coupled in series to the optical multiplexer (3), the coupling being formed by N distributed couplers (81, 82) having first to last of the coupling values of 1 / N, 1 / (N-1), ... 1/3 and 1/2, a fiber (6) being inserted between each coupler (81, 82).
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'une voie de réception Vj est formée par la suite des j fibres optiques et j coupleurs précédents disposés en cascade et du convertisseur opto-hyperfréquence relié à une sortie du coupleur (82) d'ordre j.9. Device according to claim 8 characterized in that a reception channel Vj is formed subsequently by the j optical fibers and j previous couplers arranged in cascade and by the opto-microwave converter connected to an output of the coupler (82) of order j.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les milieux optiques (6) sont des réseaux de Bragg.10. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the optical media (6) are Bragg gratings.
11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que pour chaque voie, la sortie du coupleur (4) est reliée à un circulateur (62), la voie 2 du circulateur étant reliée à un réseau de Bragg (61) et la voie 3 étant reliée au convertisseur opto-hyperfréquence (7). 11. Device according to claim 10 characterized in that for each channel, the output of the coupler (4) is connected to a circulator (62), channel 2 of the circulator being connected to a Bragg grating (61) and channel 3 being connected to the opto-microwave converter (7).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étage de multiplexage est découpé en deux étages, un commutateur optique (93) permettant de sélectionner soit une phase nulle soit un retard équivalent à une phase de π pour l'un des étages.12. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the multiplexing stage is divided into two stages, an optical switch (93) making it possible to select either a zero phase or a delay equivalent to a phase of π for l 'one of the floors.
13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'en sortie de l'antenne (1) les sources optiques (2) sont séparées en deux groupes, les sorties du premier groupe étant reliées à un premier multiplexeur optique (91), les sorties du deuxième groupe étant reliées au deuxième multiplexeur optique (92), la sortie du premier multiplexeur (91) étant reliée au commutateur optique (93), la sortie de ce commutateur étant reliée à l'entrée du multiplexeur optique (3) couplé aux milieux optiques (6), la sortie du deuxième multiplexeur optique (92) étant reliée directement à ce multiplexeur optique (3).13. Device according to claim 12 characterized in that at the output of the antenna (1) the optical sources (2) are separated into two groups, the outputs of the first group being connected to a first optical multiplexer (91), the outputs of the second group being connected to the second optical multiplexer (92), the output of the first multiplexer (91) being connected to the optical switch (93), the output of this switch being connected to the input of the optical multiplexer (3) coupled to the optical media (6), the output of the second optical multiplexer (92) being connected directly to this optical multiplexer (3).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un routeur est inséré à l'entrée des sources optiques (2), le routeur adressant chaque élément rayonnant (11) vers la source optique voulue.14. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a router is inserted at the input of the optical sources (2), the router addressing each radiating element (11) to the desired optical source.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les sources optiques sont des lasers.15. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical sources are lasers.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les convertisseurs opto-hyperfréquence sont des photodiodes. 16. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the opto-microwave converters are photodiodes.
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