EP2380235A1 - Système d'émission de faisceaux électromagnétiques à réseau d'antennes. - Google Patents

Système d'émission de faisceaux électromagnétiques à réseau d'antennes.

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EP2380235A1
EP2380235A1 EP10701005A EP10701005A EP2380235A1 EP 2380235 A1 EP2380235 A1 EP 2380235A1 EP 10701005 A EP10701005 A EP 10701005A EP 10701005 A EP10701005 A EP 10701005A EP 2380235 A1 EP2380235 A1 EP 2380235A1
Authority
EP
European Patent Office
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support
elements
network
sensors
field
Prior art date
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Granted
Application number
EP10701005A
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German (de)
English (en)
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EP2380235B1 (fr
Inventor
Patrick Dumon
Philippe Garreau
Marc Le Goff
Luc Duchesne
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.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Microwave Vision SAS
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Microwave Vision SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES, Microwave Vision SAS filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of EP2380235A1 publication Critical patent/EP2380235A1/fr
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Publication of EP2380235B1 publication Critical patent/EP2380235B1/fr
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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
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas

Definitions

  • the invention relates to a large-sized transmitting and / or receiving antennal system comprising an array of radiating elements.
  • the field of application of the invention is satellite antennas, radar antennas, aircraft antennas, generally ground or embedded antennas integrating networks of radiating elements.
  • the radiating elements of the network antenna are powered by electromagnetic signals previously numerically weighted in phase and amplitude by excitation coefficients determined by calculation means.
  • the electromagnetic signals received by the elements of the network antenna are then numerically weighted in phase and amplitude by excitation coefficients determined by these same calculation means.
  • excitation coefficients are used in reception to transform the signals received by the elements of the network antenna and coming from one or more directions into a useful coherent signal, and into transmission to transform a useful signal into different signals supplying the elements. of the network and constituting one or more given illumination beams, in both cases to respect a certain law of illumination desired for the network.
  • DBFN Digital Beamforming Network
  • a satellite in orbit may be subject to sudden changes in temperature depending on whether it is illuminated by the sun or not. This results in deformations of the antenna due to the existence of significant thermal gradients.
  • the antenna can be subjected to significant thermal and mechanical stresses resulting in deformations of the latter. These deformations disturb the law of illumination of the elements of the network.
  • the calibration functions of network elements are generally performed using couplers inserted in the transmission circuit to take a part of the signal sent to the transmitting elements.
  • Another calibration solution is to perform remote measurements.
  • measurements are taken from a ground station.
  • An object of the invention is to overcome these disadvantages by providing a network antenna system that allows as much as possible to respect a desired illumination law and radiation pattern.
  • a first object of the invention is an electromagnetic beam emission system, comprising an array of far-field electromagnetic beam emission elements, the signals coming from and / or arriving at each of the elements being weighted by coefficients. excitation means determined numerically by calculation means, characterized in that the system comprises:
  • a second distinct array of sensors arranged close to the array of radiating elements in order to measure the existing near field radiated by the elements; means for calculating the far field radiated by the network from the near field actually measured by the sensors;
  • the law of illumination of the network is controlled in real time from local measurements of the near field radiated by the latter, thus allowing rapid reconfiguration of the beams.
  • the system thus comprises on-board control means making it possible to check the radiation pattern of the network antenna in real time. This allows adjustment and compensation in real time of the radiation pattern of the antenna in case of deformation of the network or failure of one or more elements of the network. In real time, the emission or reception radiation diagrams of the antenna are corrected by varying the values of the excitation coefficients of each element of the network.
  • the system makes it possible to take into account the mechanical and thermal deformations that the antenna could undergo, and which can be significant in the Ku-band or Ka-band wavelength for a satellite in orbit, for example.
  • the radiating elements of the network are fixed to a first support
  • the second sensor array being fixed to a second support separate from the first support
  • the first support and the second support being fixed to a common base with a space between the first support and the second support allowing deformation of the first support.
  • the first support comprises a support plate in common with the radiating elements of the network, and there is provided a second support for each sensor, this support for each sensor comprising a holding rod; one end of which is fixed to the sensor and whose other end is fixed to a base, to which the first support is also fixed by means of spacers, the plate having holes for the crossing of the rods with the said space present between the edge of the hole and the stem.
  • the sensors are positioned in the free space and distributed above the plane of the array of radiating elements.
  • the height between the sensors and the radiating elements of the network is greater than a fraction of the working wavelength of the elements.
  • the excitation coefficients comprise a phase shift and an amplitude
  • the system comprises, for each element of the network, an associated reception channel and / or an associated transmission channel, the calculation means being designed to calculate the phase shift adjustments of the coefficients; excitation and amplitude adjustments of the excitation coefficients so that the radiation pattern measured from the sensors is as close as possible to a radiation pattern of a setpoint.
  • the system comprises means for addressing the sensors to collect the near-field measurement locally at the location of each sensor using the modulated scattering technique for example.
  • FIG. 1 represents a modular block diagram of an example of an antenna transmission and reception system according to the invention
  • FIG. 2 represents a modular block diagram of a regulation part of the antenna system according to FIG. 1,
  • FIG. 3 represents a side view of an exemplary part of the network of elements of the antenna system according to FIG. 1;
  • FIG. 4 represents a view from above of another example of a portion of the network of elements of the antennal system according to Figure 1.
  • the invention is described below in the example of a satellite network antenna, responsible for retransmitting to the earth a signal received from a terrestrial base station.
  • the transmission and reception system 1 comprises an array 2 of a plurality of radiating elements 2i, 2 2 ,..., I 1 ,... 2 N.
  • This network 2 is for example arranged on a plane.
  • Each element I 1 is for example in the form of a horn or printed element having an opening oriented towards a direction DIR common to all the antennas I 1 .
  • the antenna network 2 is connected to a computer 3 via one side of a reception circuit 4 and on the other hand by a transmission circuit 5.
  • the separation between the reception and transmission channels is achieved by means of a set 7 of frequency diplexers placed near the radiating elements.
  • the reception circuit 4 comprises a reception channel 4i for processing each signal S 1 received on each antenna I 1 and bringing it to an input 6i of the computer 3.
  • the processing of each reception channel 4i comprises, as is known , a frequency diplexing stage 7, a low noise amplification stage 8, a variable gain amplification stage 9, a baseband passing stage 10 and an analog / digital conversion stage 110.
  • the transmission circuit 5 comprises a transmission channel 5i for each element
  • each transmission channel 5i comprises, as is known, a digital / analog conversion stage 12, a carrier frequency passing stage 13, a distribution stage 14 through Buttler matrices, an amplification stage, a filtering stage 16, a stage 17 of recombination through Buttler matrices and a stage 18 of frequency diplexing.
  • the computer 3 comprises means 30a for calculating the complex excitation coefficients of the antennas I 1 in reception and means 30b for calculating the complex excitation coefficients of the antennas I 1 in transmission.
  • the excitation coefficients Ki and Lk make it possible, respectively, to reconstruct, from the signals S 1 received by the antennas I 1 , a useful coherent signal S, and to send back this useful signal S in the form of the signal s'k to each transmission path 5k forming the desired transmission beams.
  • the excitation coefficients Ki and Lk provide a gain and a phase shift, that is to say a complex multiplying factor or a complex weighting, respectively to each reception channel 4i with respect to the other reception channels 4i, and to each 5k transmission channel compared to other 5k transmission channels.
  • the complex values of the coefficients Ki in reception are optimized and calculated numerically by the computing means 35 of the computer 3 to maximize the coherent signal from the sum weighted by the coefficients Ki of the signals S 1 received.
  • the means 35 of the calculation means 30a produce, as a function of the reception signals S 1 of the antennas I 1, a signal S equal to the weighted sum of the signals S 1 by the excitation coefficients K i according to the equation:
  • the network 2 of radiating elements 2 l5 of the sensors 10i, 1O 2, ..., 10 ,,. . . 10 M measuring the near field radiated by the elements 2 15 M may be different from N and being generally greater than the number N of elements I 1 .
  • the network of the sensors 10 is connected by means 11 for addressing, collection and reception to the computing means 30b of the computer 3.
  • the calculation means 30b of complex coefficients transmit excitation Lk are represented in Figure 2.
  • the calculation means 30b comprises a module 31 for determining the excitation coefficients Lk from the near field Epj measured by the sensors 10 j .
  • Each sensor 10 j is used to measure the near field Epj radiated by the network
  • the module 32 calculates the existing far field El from the measured near field Ep j by the sensors 10 j .
  • the module 32 has, for example, advanced far field calculation algorithms from near-planar field data, prerecorded value tables of the radiation pattern of the sensors 10 j and the elements I 1 and / or others. pre-recorded correspondence rules, a memory being provided for this purpose.
  • a comparator 33 compares this calculated existing elongated field E1 with a predetermined distance field predetermined and pre-recorded EIc, for example in a module 34.
  • the comparator 33 thus calculates an error signal Err in the far field as a function of the difference between the field El calculated remote distance and the far setpoint field EIc.
  • the calculation module 31 determines, by means of advanced optimization algorithms, the excitation coefficients Lk of the elements I 1 from this error signal Err in the far field.
  • the signal S is sent from the module 35 of the part 30a when it is provided or from a signal generator S to be sent to the calculation module 31.
  • the module 31 modifies the radiated field in emission by the elements I 1 , which will be measured again by the sensors 10.
  • the far field radiated by the elements I 1 is optimized by playing on the coefficients Lk to get closer to the ideal field EIc or be equal to it.
  • the far field radiated by the elements I 1 is thus regulated to approach or be equal to the ideal far field EIc.
  • the system could only work in transmission.
  • the index i refers to the elements used in reception, less than or equal to the number N of elements of the network 2
  • k refers to the elements used in transmission, less than or equal to the number N of elements of the network 2.
  • the system does not function as a satellite transponder, but mainly in transmission, as for example for a radar, in which the signal is emitted, we receive an echo signal which is processed separately, then the signal S comes from a signal generator and block 30a becomes a digital signal source s.
  • the plurality of radiating elements I 1 symbolized by two lines in FIG. 3, is fixed to the same first support 20, while the plurality of sensors 10 j is fixed to another second support 100, which is different. of the first support 20.
  • the first support 20 is for example formed by a single flat plate. It is for example provided a second support 100 for each sensor 10.
  • This support 100 is for example formed by a holding rod whose one end is fixed to the sensor 10 j and whose other end is fixed to a base 40 and stable rigid which can be the platform of the satellite, to which the first support 20 is also fixed via spacers 21.
  • the sensors 10 j are positioned in the free space in front of the plane of the array of radiating elements I 1 , for example being located in the same geometrical plane parallel to the plane in which the elements I 1 of the network 2 are arranged.
  • the height H between the sensors 10 and the elements I 1 is for example greater than one fifth of the working wavelength ⁇ of the elements I 1 .
  • FIG. 3 shows that the sensors 10 t are provided alongside and between elements I 1 .
  • the plate forming the first support 20 has holes 23 for the passage of the second supports 100 in.
  • each second support 100 passes through a hole 23 of the plate forming the first support 20 with the space 22 present between the edge of the hole 23 and the support 100.
  • the space 22 thus allows a clearance between the support 20 and the support 20. support 100.
  • This clearance enabled by the spaces 22 allows the first support 20 to deform to a certain extent because of thermal or mechanical stresses, for example.
  • the deformation of the support 20 will be taken into account by the sensors 10 j because these sensors 10 j will measure the near field Epj radiated by the elements I 1 . Therefore, this deformation can be corrected in real time. It will therefore be possible to impose much less stringent requirements on the first support 20 and to accept to a certain extent a deformation thereof, which will lighten this support 20 and the means 21 of connection to the base 40.
  • FIG. 4 shows that a plurality of sensors 10 j can be provided around and between each radiating element I 1 , such as for example 6 in number by elements I 1 in the hexagonal configuration represented.
  • a sensor 10 j may be provided above each element I 1 , as is also shown in FIG. 4.
  • the support 100 of the sensor 10 situated above the element I 1 crosses both the first support 20 as this element I 1 .
  • the sensors 10 are very discrete due to their small size and because they do not disturb the field radiated by the array antenna 2. Modulated scattering techniques can be applied to the sensors 10 to locally measure the near field radiated by the network antenna 2.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a sensor system 10 using the modulated scattering technique to carry out measurements of the near-field Epj locally at the location of the sensors.
  • the system comprises a bus Hj for addressing the sensors 10 j from the computer 3 and another channel 19 for collecting the near-field measurements Epj from the sensors to a measurement reception module 36.
  • the signal the address sent by the computer 3 on the bus 1 Ij is modulated for this sensor Hj, with for example a different modulation from one sensor to another to identify the responses of the sensors to this modulation on the collection path 19.
  • the measurement signal Epj collected by the module 36 on the collection channel 19 and having the modulation sent to the sensor Hj will be the one supplied by this sensor Hj.
  • the module 36 will provide the various near-field measurements Epj by means 30b.
  • the sensors 10 may be calibrated by receiving a far-field calibration signal in the DIR direction, for example from the ground for a satellite. This calibration can be periodic, for example once a month or a week or other.
  • a terrestrial base station illuminates the satellite in a plane wave.

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Abstract

L'invention concerne un système d'émission de faisceaux électromagnétiques, comportant un réseau (2) d'éléments d'émission de faisceaux électromagnétiques en champ lointain, les signaux provenant de et/ou arrivant vers chacun des éléments étant pondérés par des coefficients d'excitation déterminés numériquement par des moyens de calcul. Suivant l'invention, le système comporte: -un deuxième réseau distinct de capteurs (10) agencés à proximité du réseau (2) d'éléments rayonnants afin de mesurer le champ proche (Epj) rayonné par les éléments, -des moyens de calcul du champ lointain rayonné par le réseau (2) à partir du champ proche (Epj) réellement mesuré par les capteurs (10), -des moyens de calcul de correction des coefficients d'excitation des éléments (2) à partir de la différence existante entre le champ lointain calculé à partir de la mesure du champ proche (Epj) et un champ lointain de consigne prédéterminé.

Description

Système d'émission de faisceaux électromagnétiques à réseau d'antennes
L'invention concerne un système antennaire d'émission et/ou de réception de grande dimension comportant un réseau d'éléments rayonnants.
Le domaine d'application de l'invention est les antennes satellites, les antennes radars, les antennes d'aéronefs, de façon générale, les antennes sols ou embarquées intégrant des réseaux d'éléments rayonnants.
En émission, les éléments rayonnants de l'antenne réseau sont alimentés par des signaux électromagnétiques préalablement pondérés numériquement en phase et en amplitude par des coefficients d'excitations déterminés par des moyens de calcul.
En réception, les signaux électromagnétiques reçus par les éléments de l'antenne réseau sont ensuite pondérés numériquement en phase et en amplitude par des coefficients d'excitations déterminés par ces mêmes moyens de calcul. Ces coefficients d'excitation servent en réception à transformer les signaux reçus par les éléments de l'antenne réseau et provenant d'une ou de plusieurs directions en un signal cohérent utile, et en émission à transformer un signal utile en différents signaux alimentant les éléments du réseau et constituant un ou plusieurs faisceaux d'illumination donnés, dans les deux cas pour respecter une certaine loi d'illumination voulue pour le réseau. L'homme de l'art reconnaîtra dans la génération numérique des coefficients d'excitation et la pondération numérique des signaux des éléments de l'antenne réseau un Réseau de Formation de Faisceaux Numérique (en anglais : Digital Beamforming Network ou DBFN)
L'un des problèmes des antennes réseau de grande dimension est le fait que la disposition et l'orientation des éléments du réseau peut varier au cours du temps.
Par exemple, un satellite en orbite peut être soumis à des variations brusques de température selon qu'il est éclairé ou non par le soleil. II s'ensuit des déformations de l'antenne dues à l'existence de gradients thermiques importants.
D'une manière générale, l'antenne peut être soumise à des contraintes thermiques et mécaniques importantes engendrant des déformations de cette dernière. Ces déformations perturbent la loi d'illumination des éléments du réseau.
Actuellement, pour limiter ces déformations, on a recours à des structures mécaniques de support de l'antenne réseau dont la conception doit permettre le maintien de la rigidité, de la planéité et de la forme de l'antenne sous des contraintes thermiques et mécaniques très sévères. De ce fait, ces structures mécaniques de support possèdent en général une masse, un coût et un encombrement importants.
Actuellement, les fonctions d'étalonnage des éléments du réseau sont généralement assurées en utilisant des coupleurs insérés dans le circuit d'émission pour prélever une partie du signal envoyé aux éléments en émission. Une autre solution d'étalonnage consiste à effectuer des mesures déportées.
Par exemple, sur un satellite en orbite, les mesures sont effectuées depuis une station terrestre.
Ces moyens sont lourds et coûteux à mettre en œuvre et les corrections ne peuvent pas toujours être effectuées en temps réel pour des questions de logistique et/ou de rentabilité. De plus, de nombreuses approximations sont faites lors de ces mesures (couplages mutuels entre éléments non pris en compte, comportement des éléments rayonnants non pris en compte, tests non exhaustifs, etc.). Ceci est préjudiciable à un fonctionnement optimum des antennes car les conditions environnementales dans lesquelles se trouvent celles-ci (gradients en températures élevés et rapides par exemple pour les antennes spatiales, vents pour les antennes radar sol, etc.) provoquent des variations de la forme du réseau, des performances des éléments rayonnants et du diagramme de rayonnement résultant de l'antenne. Des concepts d'antennes aux structures mécaniques complexes et souvent lourdes et encombrantes s'ensuivent. Un objectif de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un système d'antenne réseau permettant le plus possible de respecter une loi d'illumination et un diagramme de rayonnement souhaités.
Un autre objectif de l'invention est d'obtenir un système d'antenne réseau qui soit moins lourd à mettre en œuvre. Un autre objectif de l'invention est de permettre un contrôle en temps réel de chacun des éléments de l'antenne et du diagramme rayonné en champ lointain. Un premier objet de l'invention est un système d'émission de faisceaux électromagnétiques, comportant un réseau d'éléments d'émission de faisceaux électromagnétiques en champ lointain, les signaux provenant de et/ou arrivant vers chacun des éléments étant pondérés par des coefficients d'excitation déterminés numériquement par des moyens de calcul, caractérisé en ce que le système comporte :
- un deuxième réseau distinct de capteurs agencés à proximité du réseau d'éléments rayonnants afin de mesurer le champ proche existant rayonné par les éléments, - des moyens de calcul du champ lointain rayonné par le réseau à partir du champ proche réellement mesuré par les capteurs,
- des moyens de calcul de correction des coefficients d'excitation des éléments à partir de la différence existante entre le champ lointain calculé à partir de la mesure du champ proche et un champ lointain de consigne prédéterminé. Grâce à l'invention, on contrôle en temps réel la loi d'illumination du réseau à partir de mesures locales du champ proche rayonné par celui-ci, permettant ainsi une reconfiguration rapide des faisceaux. Le système comporte ainsi des moyens de contrôle embarqués permettant de vérifier le diagramme de rayonnement de l'antenne réseau en temps réel. Ceci permet un ajustement et une compensation en temps réel du diagramme de rayonnement de l'antenne en cas de déformation du réseau ou bien de panne d'un ou plusieurs éléments du réseau. On corrige en temps réel les diagrammes de rayonnement d'émission ou de réception de l'antenne en jouant sur les valeurs des coefficients d'excitation de chacun des éléments du réseau. Le système permet de prendre en compte les déformations mécaniques et thermiques que pourrait subir l'antenne, et qui peuvent être non négligeables devant la longueur d'onde en bande Ku ou Ka pour un satellite en orbite par exemple.
Ceci permettra par la suite de relâcher certaines contraintes de fabrication des antennes réseau de grandes dimensions et de leurs moyens de support, notamment dans le milieu spatial, et de réduire la masse et les coûts des antennes et du système. Ainsi, on pourra accepter une certaine possibilité de déformation de l'antenne réseau et de ses moyens de support sous l'effet de conditions extérieures, sachant que le contrôle embarqué de la loi d'illumination de l'antenne et les calculs de correction des coefficients d'excitation permettront de compenser cette déformation en temps réel.
Ainsi, suivant un mode de réalisation, les éléments rayonnants du réseau sont fixées à un premier support, le deuxième réseau de capteurs étant fixé à un deuxième support distinct du premier support, le premier support et le deuxième support étant fixés à une embase commune avec un espace entre le premier support et le deuxième support autorisant une déformation du premier support.
Suivant d'autres modes de réalisation de l'invention : - Le premier support comprend une plaque de support en commun des éléments rayonnants du réseau, et il est prévu un deuxième support pour chaque capteur, ce support pour chaque capteur comportant une tige de maintien dont une extrémité est fixée au capteur et dont l'autre extrémité est fixée à une embase, à laquelle le premier support est également fixé par l'intermédiaire d'entretoises, la plaque comportant des trous pour la traversée des tiges avec ledit espace présent entre le bord du trou et la tige.
- Les capteurs sont positionnés dans l'espace libre et répartis au dessus du plan du réseau d'éléments rayonnants.
- La hauteur entre les capteurs et les éléments rayonnants du réseau est supérieure à une fraction de la longueur d'onde de travail des éléments.
- Les coefficients d'excitation comprennent un déphasage et une amplitude, le système comporte pour chaque élément du réseau une voie associée de réception et/ou une voie associée d'émission, les moyens de calcul étant prévus pour calculer les ajustement en déphasage des coefficients d'excitation et les ajustements en amplitude des coefficients d'excitation pour que le diagramme de rayonnement mesuré à partir des capteurs soit le plus proche possible d'un diagramme de rayonnement d'une consigne.
- Le système comporte des moyens d'adressage des capteurs pour recueillir la mesure de champ proche localement à l'endroit de chaque capteur en utilisant la technique de diffusion modulée par exemple. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente un synoptique modulaire d'un exemple de système antennaire d'émission et de réception suivant l'invention,
- la figure 2 représente un synoptique modulaire d'une partie de régulation du système antennaire suivant la figure 1,
- la figure 3 représente une vue de côté d'un exemple de partie du réseau d'éléments du système antennaire suivant la figure 1, - la figure 4 représente une vue de dessus d'un autre exemple de partie du réseau d'éléments du système antennaire suivant la figure 1.
L'invention est décrite ci-dessous dans l'exemple d'une antenne réseau de satellite, chargé de retransmettre vers la terre un signal reçu depuis une station de base terrestre. Le système 1 d'émission et de réception comporte un réseau 2 d'une pluralité d'éléments rayonnants 2i, 22, ..., I1, ... 2N. Ce réseau 2 est par exemple disposé sur un plan. Chaque élément I1 est par exemple en forme de cornet ou d'élément imprimé ayant une ouverture orientée vers une direction DIR commune à toutes les antennes I1. Le réseau 2 d'antennes est relié à un calculateur 3 par l'intermédiaire d'une part d'un circuit 4 de réception et d'autre part par un circuit 5 d'émission. La séparation entre les voies de réception et d'émission est réalisée au moyen d'un ensemble 7 de diplexeurs en fréquence placés près des éléments rayonnants.
Le circuit 4 de réception comporte une voie 4i de réception pour traiter chaque signal S1 reçu sur chaque antenne I1 et l'amener sur une entrée 6i du calculateur 3. Le traitement de chaque voie 4i de réception comprend, ainsi que cela est connu, un étage 7 de diplexage en fréquence, un étage 8 d'amplification à faible bruit, un étage 9 d'amplification à gain variable, un étage 10 de passage en bande de base et un étage 110 de conversion analogique/numérique. Le circuit 5 d'émission comporte une voie 5i d'émission pour chaque élément
I1 du réseau 2 et permet d'acheminer un signal s\ à émettre par les éléments I1 du réseau 2. Le traitement de chaque voie 5i d'émission comprend, ainsi que cela est connu, un étage 12 de conversion numérique/analogique, un étage 13 de passage en fréquence porteuse, un étage 14 de distribution à travers des matrices de Buttler, un étage 15 d'amplification, un étage 16 de filtrage, un étage 17 de recombinaison à travers des matrices de Buttler et un étage 18 de diplexage en fréquence.
Le calculateur 3 comporte des moyens 30a de calcul des coefficients d'excitation complexes des antennes I1 en réception et des moyens 30b de calcul des coefficients d'excitation complexes des antennes I1 en émission.
Il y a donc un coefficient complexe Ki d'excitation pour chaque antenne I1 en réception et un coefficient complexe Lk d'excitation pour chaque antenne I1 en émission. Les coefficients Ki et Lk d'excitation permettent, respectivement, de reconstituer, à partir des signaux S1 reçus par les antennes I1, un signal cohérent utile S, et de réenvoyer ce signal utile S sous la forme du signal s'k à chaque voie 5k d'émission en formant les faisceaux d'émission souhaités. Les coefficients Ki et Lk d'excitation apportent un gain et un déphasage, c'est-à-dire un facteur multiplicatif complexe ou une pondération complexe, respectivement à chaque voie 4i de réception par rapport aux autres voies 4i de réception, et à chaque voie 5k d'émission par rapport aux autres voies 5k d'émission. De manière connue de l'homme de l'art, les valeurs complexes des coefficients Ki en réception sont optimisées et calculées numériquement par les moyens 35 de calcul du calculateur 3 pour maximiser le signal cohérent issu de la somme pondérée par les coefficients Ki des signaux S1 reçus.
Les moyens 35 des moyens 30a de calcul produisent en fonction des signaux S1 de réception des antennes I1 un signal S égal à la somme pondérée des signaux S1 par les coefficients Ki d'excitation selon l'équation :
S = ∑Ki -Sl ι=l
Suivant l'invention, il est prévu à proximité du réseau 2 d'éléments rayonnants 2l5 des capteurs 10i, 1O2, ..., 10,, . . . 10M mesurant le champ proche rayonné par les éléments 2l5 M pouvant être différent de N et étant en général supérieur au nombre N d'éléments I1. Le réseau des capteurs 10 est relié par des moyens 11 d'adressage, de collecte et de réception aux moyens 30b de calcul du calculateur 3.
Les moyens 30b de calcul des coefficients complexes Lk d'excitation en émission sont représentés à la figure 2. Le moyen 30b de calcul comporte un module 31 de détermination des coefficients Lk d'excitation à partir du champ proche Epj mesuré par les capteurs 10j.
Chaque capteur 10j sert à mesurer le champ proche Epj rayonné par le réseau
2 d'éléments rayonnants I1. Un moyen 11 d'adressage, de collecte et de réception entre chaque capteur 10j et un module 32 de calcul de champ lointain est prévu. Le module 32 calcule le champ lointain existant El à partir du champ proche mesuré Epj par les capteurs 10j. Le module 32 possède par exemple à cet effet des algorithmes de calcul avancés du champ lointain à partir de données en champs proche planaire, des tables de valeur préenregistrées du diagramme de rayonnement des capteurs 10j et des éléments I1 et/ou d'autres règles de correspondance préenregistrées, une mémoire étant prévue à cet effet.
Un comparateur 33 compare ce champ lointain existant calculé El à un champ lointain de consigne EIc prédéterminé et préenregistré, par exemple dans un module 34. Le comparateur 33 calcule ainsi un signal Err d'erreur en champ lointain en fonction de la différence entre le champ lointain existant calculé El et le champ lointain de consigne EIc. Le module 31 de calcul détermine au moyen d'algorithmes d'optimisation avancés les coefficients Lk d'excitation des éléments I1 à partir de ce signal d'erreur Err en champ lointain. Le signal S est envoyé depuis le module 35 de la partie 30a lorsqu'elle est prévue ou depuis un générateur de signal S à émettre au module 31 de calcul. Les coefficients Lk d'excitation sont appliqués au signal S à émettre sur les différentes voies 5k d'émission par le module 31 pour former les signaux s V s'k = Lk . S
Le module 31 modifie le champ rayonné en émission par les éléments I1, qui sera à nouveau mesuré par les capteurs 10. Ainsi, le champ lointain rayonné par les éléments I1 est optimisé en jouant sur les coefficients Lk pour se rapprocher du champ idéal EIc ou être égal à celui-ci. Le champ lointain rayonné par les éléments I1 est donc régulé pour se rapprocher ou être égal au champ lointain idéal EIc.
Bien entendu, il peut y avoir plus ou moins d'éléments rayonnants utilisés en émission par rapport à la réception, le nombre d'éléments émetteurs utilisés pouvant être différent du nombre d'éléments récepteurs utilisés. Bien entendu, le système pourrait fonctionner uniquement en émission. Dans ce qui précède, l'indice i se rapporte aux éléments utilisés en réception, inférieur ou égal au nombre N d'éléments du réseau 2, et k se rapporte aux éléments utilisés en émission, inférieur ou égal au nombre N d'éléments du réseau 2. Dans un satellite, le système fonctionne en réception et en émission, c'est-à-dire en transpondeur, où le signal reçu est réémis. Si le système ne fonctionne pas comme un transpondeur de satellite, mais principalement en émission, comme par exemple pour un radar, dans lequel on émet le signal, on reçoit un signal d'écho qui est traité à part, alors le signal S provient d'un générateur de signal et le bloc 30a devient une source de signal numérique s.
A la figure 3, la pluralité d'éléments rayonnants I1, symbolisée par deux traits à la figure 3, est fixée à un même premier support 20, tandis que la pluralité de capteurs 10j est fixée à un autre deuxième support 100, différent du premier support 20. Le premier support 20 est par exemple formé par une même plaque plane. Il est par exemple prévu un deuxième support 100 pour chaque capteur 10. Ce support 100 est par exemple formé par une tige de maintien dont une extrémité est fixée au capteur 10j et dont l'autre extrémité est fixée à une embase 40 stable et rigide pouvant être la plateforme du satellite, à laquelle le premier support 20 est également fixé par l'intermédiaire d'entretoises 21. Les capteurs 10j sont positionnés dans l'espace libre devant le plan du réseau d 'éléments rayonnants I1, par exemple en étant situés dans un même plan géométrique parallèle au plan dans lequel les éléments I1 du réseau 2 sont disposés. La hauteur H entre les capteurs 10 et les éléments I1, par exemple perpendiculairement au plan sur lequel les éléments I1 sont disposés, est par exemple supérieure à un cinquième de la longueur d'onde λ de travail des éléments I1. La figure 3 montre que les capteurs 10 t sont prévus à côté et entre des éléments I1. Il existe un espace 22 entre le premier support 20 des éléments I1 et chaque deuxième support 100 des capteurs 10j. A la figure 3, la plaque formant le premier support 20 comporte des trous 23 pour le passage des deuxièmes supports 100 dedans. Par conséquent, chaque deuxième support 100 traverse un trou 23 de la plaque formant le premier support 20 avec l'espace 22 présent entre le bord du trou 23 et le support 100. L'espace 22 permet donc un jeu entre le support 20 et le support 100. Ce jeu permis par les espaces 22 autorise le premier support 20 à se déformer dans une certaine mesure du fait de contraintes thermiques ou mécaniques par exemple. La déformation du support 20 sera prise en compte par les capteurs 10j du fait que ces capteurs 10j mesureront le champ proche Epj rayonné par les éléments I1. Par conséquent, cette déformation pourra être corrigée en temps réel. Il sera donc possible d'imposer des exigences beaucoup moins fortes au premier support 20 et d'accepter dans une certaine mesure une déformation de celui-ci, ce qui permettra d'alléger ce support 20 et les moyens 21 de liaison à l'embase 40.
La figure 4 montre que plusieurs capteurs 10j peuvent être prévus autour de et entre chaque élément rayonnant I1, tels que par exemple au nombre de 6 par éléments I1 dans la configuration hexagonale représentée. En outre, un capteur 10j peut être prévu au-dessus de chaque élément I1, ainsi que cela est également représenté à la figure 4. Dans ce cas, le support 100 du capteur 10 situé au-dessus de l'élément I1 traverse aussi bien le premier support 20 que cet élément I1.
Les capteurs 10 sont très discrets de part leur petite taille et du fait qu'ils ne perturbent pas le champ rayonné par l'antenne réseau 2. Des techniques de diffusion modulée peuvent être appliquées aux capteurs 10 pour mesurer localement le champ proche rayonné par l'antenne réseau 2.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un système de capteurs 10 utilisant la technique de diffusion modulée pour réaliser les mesures du champ proche Epj localement à l'endroit des capteurs. A cet effet, le système comporte un bus Hj d'adressage des capteurs 10j depuis le calculateur 3 et une autre voie 19 de collecte des mesures de champ proche Epj depuis les capteurs vers un module 36 de réception de mesure. Du fait que pour adresser l'un des capteurs 10j, le signal d'adressage envoyé par le calculateur 3 sur le bus 1 Ij est modulé pour ce capteur Hj, avec par exemple une modulation différente d'un capteur à l'autre pour identifier les réponses des capteurs à cette modulation sur la voie de collecte 19. Le signal de mesure Epj recueilli par le module 36 sur la voie de collecte 19 et ayant la modulation envoyée au capteur Hj sera celui fourni par ce capteur Hj. Après avoir été préalablement numérisées, le module 36 fournira les différentes mesures de champ proche Epj au moyen 30b.
Les capteurs 10 peuvent être étalonnés en recevant un signal d'étalonnage en champ lointain dans la direction DIR, par exemple depuis la terre pour un satellite. Cette calibration peut être périodique, par exemple une fois par mois ou par semaine ou autre. Dans le cas d'un satellite, une station de base terrestre éclaire le satellite en onde plane. Par ce moyen, on détermine les coefficients de correction complexes de chaque capteur 10 de façon à ce que les réponses en amplitude et en phase des capteurs soient uniformisées, et, de même, que les axes radio - électriques de chaque capteur soient orthogonaux par capteur et parallèles entre eux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'émission de faisceaux électromagnétiques, comportant un réseau (2) d'éléments d'émission de faisceaux électromagnétiques en champ lointain, les signaux provenant de et/ou arrivant vers chacun des éléments étant pondérés par des coefficients d'excitation déterminés numériquement par des moyens de calcul, caractérisé en ce que le système comporte :
- un deuxième réseau distinct de capteurs (10) agencés à proximité du réseau (2) d'éléments rayonnants afin de mesurer le champ proche existant (Epj) rayonné par les éléments,
- des moyens (32) de calcul du champ lointain (El) rayonné par le réseau (2) à partir du champ proche (Epj) réellement mesuré par les capteurs (10),
- des moyens (31) de calcul de correction des coefficients d'excitation des éléments (2) à partir de la différence existante entre le champ lointain (El) calculé à partir de la mesure du champ proche (Epj) et un champ lointain (EIc) de consigne prédéterminé, les éléments rayonnants (I1) du réseau (2) étant fixés à un premier support (20), chaque capteur (10) étant fixé à un deuxième support (100) distinct du premier support (20), le premier support (20) et les deuxièmes supports (100) étant fixés à une embase commune avec un espace (22) entre le premier support (20) et chaque deuxième support (100), le premier support (20) comprenant une plaque de support en commun des éléments rayonnants (I1) du réseau (2), la plaque comportant des trous (23) pour la traversée des deuxièmes supports (100) avec ledit espace (22) présent entre le bord du trou (23) et le deuxième support (100), ledit espace (22) autorisant une déformation du premier support (20).
2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième support (100) pour chaque capteur (10) comporte une tige de maintien dont une extrémité est fixée au capteur (10) et dont l'autre extrémité est fixée à l'embase (40), à laquelle le premier support (20) est également fixé par l'intermédiaire d'entretoises (21), la plaque comportant des trous (23) pour la traversée des tiges avec ledit espace (22) présent entre le bord du trou (23) et la tige.
3. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes,, caractérisé en ce que les capteurs sont prévus à côté et entre des éléments (2^.
4. Système suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs capteurs sont prévus autour et entre chaque élément (2^.
5. Système suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un des capteurs est prévu au-dessus de chaque élément (2^, le deuxième support (100) de ce capteur prévu au-dessus de chaque élément (I1) traversant le premier support (20) et ledit élément (I1).
6. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes,, caractérisé en ce que les capteurs (10) sont positionnés dans l'espace libre et répartis au-dessus du plan du réseau (2) d'éléments rayonnants (I1).
7. Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la hauteur (H) entre les capteurs (10) et les éléments rayonnants (I1) du réseau (2) est supérieure à une fraction de la longueur d'onde (λ) de travail des éléments (I1).
8. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la hauteur (H) entre les capteurs (10) et les éléments rayonnants (2^ du réseau (2) est supérieure à un cinquième de la longueur d'onde (λ) de travail des éléments (I1).
9. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coefficients d'excitation comprennent un déphasage et une amplitude, le système comporte pour chaque élément du réseau une voie associée de réception et/ou une voie associée d'émission, les moyens de calcul étant prévus pour calculer les ajustement en déphasage des coefficients d'excitation et les ajustements en amplitude des coefficients d'excitation pour que le diagramme de rayonnement mesuré à partir des capteurs (10) soit le plus proche possible d'un diagramme de rayonnement d'une consigne.
10. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'adressage des capteurs et de collecte de la valeur de champ proche (Epj) mesurée localement à l'endroit de chaque capteur (10j) en utilisant la méthode de diffusion modulée.
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