EP3075029A1 - Procede d'orientation du faisceau d'une antenne a balayage electronique et systeme d'emission/reception mettant en uvre un tel procede - Google Patents

Procede d'orientation du faisceau d'une antenne a balayage electronique et systeme d'emission/reception mettant en uvre un tel procede

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EP3075029A1
EP3075029A1 EP14800026.8A EP14800026A EP3075029A1 EP 3075029 A1 EP3075029 A1 EP 3075029A1 EP 14800026 A EP14800026 A EP 14800026A EP 3075029 A1 EP3075029 A1 EP 3075029A1
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EP
European Patent Office
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temperature
network
radiating elements
antenna
phases
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EP14800026.8A
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EP3075029B1 (fr
Inventor
Christian Michel Renard
Jaki AMAR
Philippe Freyssinier
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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Publication of EP3075029B1 publication Critical patent/EP3075029B1/fr
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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
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices

Definitions

  • the present invention relates to a method of orienting the radiated beam of a scanning electron antenna. It also relates to an electromagnetic emission and reception system implementing such a method. It applies in particular for all types of electronic scanning antennas, used for example in radars, telecommunication systems or multifunction networks.
  • the electronic scanning antennas are formed of modules arranged in a network.
  • Each module comprises at least one radiating element contributing to the constitution of the transmission beam and / or reception. It is known that the direction of the radiated beam is determined by the phase applied to the signal emitted or received at each radiating element. In other words, the direction of the radiated beam is controlled by the phases applied to the radiating elements according to a known law.
  • the modules can be active or not, the active modules also integrating an amplifier of the transmitted signal.
  • a scanning array antenna has, for example for a radar, a microwave architecture consisting of channels including in particular amplifier modules that can be used in remission and reception, associated with multifunction circuits having phase shift elements for point the beam in directions other than normal to the network, each module being equipped with a radiating element.
  • a disadvantage of electronic scanning antennas is that they undergo a misalignment of the beam radiated as a function of temperature. Such misalignment is not permissible with the angular accuracies required for most radar applications in particular. This misalignment is due to the mechanical deformation of the antenna. Especially when the temperature increases, the network structure expands. In the other direction, when the temperature decreases, the structure contracts. In all cases, the phase controls used to angularly point the beam radiated are no longer valid and lead to a pointing error that can become prohibitive.
  • a known solution to this problem is to perform a calibration of the electronic scanning network.
  • the operating temperature range of the antenna thus between the minimum operating temperature and the maximum operating temperature, is sampled, and the illumination defects, in amplitudes and phases of the different microwave channels of the network, are noted. a channel being associated with each module of the network.
  • the faults measured during the calibration phase are stored in a table, called the calibration table.
  • the defects are thus known as a function of the temperature by reading in the calibration table. At a given temperature, it is thus possible to correct the fault read in the table by modifying the phase values to compensate for this defect.
  • a disadvantage of this solution is that it is delicate and time consuming to implement. It is necessary to measure for each temperature and report them in the calibration table. The number of measurements is important because the operating temperature range needs to be sufficiently sampled and the measurements themselves must be done with care because of the small misalignments involved. Although small, these misalignments can however affect the accuracy of detection. of a radar.
  • the subject of the invention is a method for orienting the beam of an electron scanning antenna, said antenna being composed of an array of radiating elements arranged in an initial geometric configuration at a reference temperature T 0 , geometric configuration models of said temperature-dependent network being previously established, the orientation of said beam is carried out by:
  • the geometric configuration models are for example calculated in a preliminary step with respect to said initial configuration as a function of the temperature and a coefficient of thermal expansion CTE specific to said network.
  • a model indicates the geometrical position of said radiating elements with respect to an axis system.
  • the position of the radiating elements is for example defined by their coordinates (xi, yj) in a system of axes X, Y, said phases being a function of said coordinates.
  • the position of the radiating elements is for example defined by their abscissa (xi) along an axis X, said phases being a function of said abscissae.
  • the models are calculated for the temperatures sampled between the minimum value and the maximum value of the range in a given pitch.
  • the subject of the invention is also an electromagnetic emission and reception system comprising an electronic scanning antenna composed of a network of radiating elements implementing the preceding method.
  • the system comprises, for example, means for storing said geometric configuration models as well as means for calculating said phases to be applied.
  • this system is particularly suitable for equipping a radar.
  • FIG. 2 an illustration of the misalignment of the beam of a planar array antenna
  • FIG. 3 an illustration of the spherical coordinates of the beam
  • FIG. 1 illustrates in one dimension the misalignment of a radiated beam 1 of a grating antenna 10 with electronic scanning, by the effect of a variation of ambient temperature. More particularly, FIG. 1 shows a linear array of radiating elements 2 arranged along an axis X.
  • the temperature variation is reflected in an increase in temperature.
  • the radiating elements represented in solid lines, are arranged regularly along the axis X. After the increase in temperature, the array of modules expands and the radiating elements are found in position 2 ' , the distance between two modules growing.
  • the network mesh must be such that no network period lobes appear in the radiation space.
  • this mesh is regular as illustrated in FIG. 1, in one dimension. It is defined by the spacing period between the radiating elements 2, defining the sampling of the radiating aperture by these radiating elements.
  • this condition is obtained for a spacing between two radiating elements less than A m , where m is the wavelength corresponding to the maximum operating frequency of the antenna 10.
  • this condition results in a spacing of less than A m / (1 + cos ⁇ ⁇ ).
  • the phases to be applied to the radiating elements are known for angularly pointing the radiated beam 1 in a direction ⁇ .
  • a radiating element of order i is positioned at an abscissa xi on the axis X.
  • the relation (2) can thus be defined as a phase slope to be applied to the opening of the network to detach the beam.
  • FIG. 2 illustrates a beam misalignment in a case of application to a planar array antenna 20.
  • the module array is represented in a system of X, Y axes.
  • the modules 2 are arranged in this example in a rectangular grid.
  • a radiating element of order i along the axis X and of order j on the axis Y is positioned at the abscissa xi and at the ordinate yj, thus having coordinates (xi, yj) in the plane X, Y, for example by choosing the origin of the axes in the center of the network.
  • phase pitch between adjacent channels is given by the following relationships:
  • An electronic scanning array antenna has active channels in the form of modules mechanically mounted from a reference plane to ensure proper mechanical alignment of the modules.
  • the ambient temperature varies, there is thermomechanical deformation of the antenna. If the temperature increases, there is dilatation.
  • the radiating elements deviate from each other.
  • a phase law control performing at a given frequency a given angular pointing of the beam, a mechanical expansion of the network leads to a change in the pointing angle of the beam which is in this case closer to the axis 3 of the antenna.
  • the opposite effect in the case of a decrease in temperature the radiating elements coming closer to each other.
  • pointing accuracy is an essential feature.
  • the temperature behavior of a material is characterized by a thermal expansion coefficient, noted CTE thereafter.
  • CTE thermal expansion coefficient
  • this coefficient CTE is of the order of 24 ⁇ 10 -6 per degree Kelvin (K) and per unit length
  • L 0 is a reference dimension at the ambient temperature T 0 corresponding to the nominal dimensions of the mesh
  • the distortion of length at a temperature T is expressed by the following relation:
  • p 360 ° sin60 ° / [ ⁇ . (1 + ⁇ _ 0 )] (10)
  • FIG. 4 illustrates possible steps of the possible method of the invention.
  • the invention advantageously exploits the knowledge of the modification by thermal expansion of the geometry of a grating antenna 10, 20 with electronic scanning to correct the angular pointing controls of the radiated beam 1.
  • the contribution of the error related to the temperature expansion of the antenna can be taken into account by modeling in order to compensate by a simple calculation the angular pointing defect of the radiated beam resulting therefrom. It is indeed possible to calculate a model of the network as a function of the temperature, radiating phase shift values being associated with each temperature.
  • the operating temperature range is sampled so that a model is calculated in no temperature steps.
  • an associated geometric model is calculated for each temperature. More precisely, the position of the radiating elements is calculated. The positions are calculated with respect to nominal positions corresponding to the reference temperature T 0 , for example 20 ° C. In particular, for each radiating element 2, it is known to calculate from its coefficient of thermal expansion CTE its position relative to its nominal position, as a function of temperature. The geometry of the antenna is modeled over its operating temperature range, for sampled temperature values between the minimum temperature and the maximum temperature.
  • the CTE coefficient is the same for all the radiating elements and that it is specific to the network.
  • phase 31 for measuring the temperature is performed before phase 32 for calculating the pointing of the radiated beam.
  • the measured temperature indicates the geometrical model of antenna to be taken into account for the calculation of the beam.
  • this model specifies the coordinates (xi, yj) of the radiating elements to be taken into account for the calculation of the beam by applying the phases t> ij to the radiating elements according to relation (5).
  • the temperature at the level of the network 20 is measured, then the model corresponding to this temperature is selected.
  • the models being calculated for the temperatures sampled according to a given step, a model corresponds to a measured temperature if this measured temperature is in the sampling interval for which the model is calculated.
  • the phases to be applied to the signals of the radiating elements for the selected model are calculated as a function of the desired aiming direction ( ⁇ , ⁇ ).
  • the step 30 of geometric modeling of the antenna network function of the temperature can be carried out once for all or periodically according to the mechanical evolutions of the antenna.
  • the modeling can advantageously take into account, in addition to the mechanical support, all the constituent elements of the network antenna, the behavior of which varies in temperature, these elements possibly being active elements or transmission lines.
  • the invention is advantageously applicable for all systems for transmitting and receiving electromagnetic waves equipped with an electronic scanning antenna, such as radar systems or telecommunications systems for example.
  • a transmission and reception system comprises means for calculating and controlling the phases of the radiating elements. It also includes for example in memory the models associated with different temperatures. At a minimum, a model is memorized by storing the coordinates (xi, yj) of the radiating elements in an axis system.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'antenne à balayage électronique étant composée d'un réseau d'éléments rayonnants disposés selon une configuration géométrique initiale à une température de référence (T0), des modèles de configuration géométrique dudit réseau fonction de la température étant préalablement établis, l'orientation dudit faisceau s'effectue par : - une première phase (31 ) de mesure de la température dudit réseau pour sélectionner un modèle correspondant à la température mesurée; - une deuxième phase (32) de calcul de phases à appliquer sur les signaux des éléments rayonnants, lesdites phases à appliquer étant fonction dudit modèle sélectionné.

Description

PROCEDE D'ORIENTATION DU FAISCEAU D'UNE ANTENNE A BALAYAGE ELECTRONIQUE ET SYSTEME D'EMISSION/RECEPTION
METTANT EN ŒUVRE UN TEL PROCEDE
La présente invention concerne un procédé d'orientation du faisceau rayonné d'une antenne à balayage électronique. Elle concerne également un système d'émission et de réception électromagnétique mettant en œuvre un tel procédé. Elle s'applique notamment pour tous types d'antennes à balayage électronique, utilisées par exemple dans des radars, des systèmes de télécommunication ou des réseaux multifonctions.
Les antennes à balayage électroniques sont formées de modules disposés en réseau. Chaque module comporte au moins un élément rayonnant contribuant à la constitution du faisceau d'émission et/ou de réception. Il est connu que la direction du faisceau rayonné est déterminée par la phase appliquée au signal émis ou reçu au niveau de chaque élément rayonnant. En d'autres termes, la direction du faisceau rayonné est commandée par les phases appliquées sur les éléments rayonnants selon une loi connue. Les modules peuvent être actifs ou non, les modules actifs intégrant de plus un amplificateur du signal émis.
Ainsi, une antenne réseau à balayage électronique présente, par exemple pour un radar, une architecture hyperfréquence consistant en des voies comprenant en particulier des modules amplificateurs pouvant être utilisés à rémission et à la réception, associés à des circuits multifonctions comportant des éléments de déphasage pour pointer le faisceau dans des directions autre que la normale au réseau, chaque module étant équipé d'un élément rayonnant.
Un inconvénient des antennes à balayage électroniques est qu'elles subissent un dépointage du faisceau rayonné en fonction de la température. Un tel dépointage n'est pas admissible avec les précisions angulaires exigées pour la plupart des applications radar notamment. Ce dépointage est dû à la déformation mécanique de l'antenne. Plus particulièrement quand la température croît, la structure en réseau se dilate. Dans l'autre sens, lorsque la température décroît, la structure se contracte. Dans tous les cas, les commandes de phases utilisées pour pointer angulairement le faisceau rayonné ne sont plus valides et conduisent à une erreur de pointage pouvant devenir rédhibitoire.
Une solution connue pour résoudre ce problème est d'effectuer une calibration du réseau à balayage électronique. Pour cela, on échantillonne la plage de température de fonctionnement de l'antenne, donc entre la température minimale de fonctionnement et la température maximale de fonctionnement, et on relève les défauts d'éclairement, en amplitudes et phases des différentes voies hyperfréquence du réseau, une voie étant associée à chaque module du réseau. Les défauts mesurés lors de phase de calibration sont stockés dans une table, dite table de calibration. En phase opérationnelle, on connaît ainsi les défauts en fonction de la température par lecture dans la table de calibration. A une température donnée, on peut ainsi corriger le défaut lu dans la table en modifiant les valeurs de phases pour compenser ce défaut.
Un inconvénient de cette solution est qu'elle est délicate et longue à mettre en œuvre. Il faut en effet faire les mesures pour chaque température et les reporter dans la table de calibration. Le nombre de mesures est important car il faut échantillonner suffisamment la plage de températures de fonctionnement et les mesures elles-mêmes doivent être faites avec précaution en raison des faibles dépointages en jeu. Bien que faibles, ces dépointages peuvent cependant nuire à la précision de détection d'un radar.
Un but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'orientation du faisceau d'une antenne à balayage électronique, ladite antenne étant composée d'un réseau d'éléments rayonnants disposée selon une configuration géométrique initiale à une température de référence T0, des modèles de configuration géométrique dudit réseau fonction de la température étant préalablement établis, l'orientation dudit faisceau est effectuée par :
- une première phase de mesure de la température dudit réseau pour sélectionner un modèle correspondant à la température mesurée ; une deuxième phase de calcul des phases, fonction de la direction visée (θ, φ), à appliquer sur les signaux des éléments rayonnants pour le modèle sélectionné. les modèles de configuration géométrique sont par exemple calculés dans une étape préliminaire par rapport à ladite configuration initiale en fonction de la température et d'un coefficient de dilation thermique CTE propre audit réseau.
Un modèle indique par exemple la position géométrique desdits éléments rayonnants par rapport à un système d'axe.
Dans le cas où le réseau est plan, la position des éléments rayonnants est par exemple définie par leurs coordonnées (xi, yj) dans un système d'axes X, Y, lesdites phases étant fonction desdites coordonnées.
Dans le cas où le réseau est linéaire, la position des éléments rayonnants est par exemple définie par leurs abscisses (xi) le long d'un axe X, lesdites phases étant fonction desdits abscisses.
Dans un mode de mise en œuvre possible, ladite antenne fonctionnant dans une plage de température donnée, les modèles sont calculés pour les températures échantillonnées entre la valeur minimale et la valeur maximale de la plage selon un pas donné.
L'invention a également pour objet un système d'émission et de réception électromagnétique comportant une antenne à balayage électronique composée d'un réseau d'éléments rayonnants mettant en œuvre le procédé précédent.
En particulier, le système comporte par exemple des moyens de mémorisation desdits modèles de configuration géométrique ainsi que des moyens de calcul desdites phases à appliquer.
Avantageusement, ce système est notamment apte à équiper un radar.
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 , une illustration du dépointage du faisceau d'une antenne réseau linéaire ;
- La figure 2, une illustration du dépointage du faisceau d'une antenne réseau plan ;
- La figure 3, une illustration des coordonnées sphériques du faisceau ;
- La figure 4, des étapes possibles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 illustre dans une dimension le dépointage d'un faisceau rayonné 1 d'une antenne réseau 10 à balayage électronique, par l'effet d'une variation de température ambiante. Plus particulièrement, la figure 1 présente un réseau linéaire d'éléments rayonnants 2 disposés selon un axe X.
Dans l'exemple de la figure 1 la variation de température se traduit par une augmentation de température. A l'état nominal, les éléments rayonnants 2, représentés en traits pleins, sont disposés régulièrement le long de l'axe X. Après l'augmentation de température, le réseau de modules se dilate et les éléments rayonnants se retrouvent en position 2', la distance entre deux modules croissant.
Pour assurer un fonctionnement correct d'une antenne réseau, le maillage du réseau doit être tel qu'aucun lobe de périodicité de réseau n'apparaissent dans l'espace de rayonnement. En règle générale, ce maillage est régulier comme illustré par la figure 1 , en une dimension. Il est défini par la période d'espacement entre les éléments rayonnants 2, définissant l'échantillonnage de l'ouverture rayonnante par ces éléments rayonnants. En première approche, cette condition est obtenue pour un espacement entre deux éléments rayonnants inférieur à Am, Am étant la longueur d'onde correspondant à la fréquence maximale de fonctionnement de l'antenne 10. Pour une antenne à balayage électronique dont le faisceau dépointe jusqu'à un angle ΘΜ compté à partir de la normale 3 au réseau 10, cette condition se traduit par un espacement inférieur à Am/(1 + cos ΘΜ).
Pour une fréquence de fonctionnement F = c / λ, on connaît les phases à appliquer sur les éléments rayonnants pour pointer angulairement le faisceau rayonné 1 dans une direction Θ. Un élément rayonnant d'ordre i est positionné à une abscisse xi sur l'axe X. La phase Φί à appliquer sur la voie d'ordre i, en degrés, est donnée par la relation suivante : Φί = 360° xi είηθ/ λ (1 ) en choisissant par exemple l'origine de l'axe des abscisses X au centre du réseau.
Pour un réseau régulier dont les éléments rayonnants sont espacés d'une distance d, le pas de phase entre deux voies adjacentes est donc : ΔΦ = 360° d sinB/ λ (2)
Par la suite, l'invention sera décrite pour un réseau régulier, mais elle peut s'appliquer à des réseaux quelconques.
La relation (2) peut ainsi être définie comme une pente de phase à apporter sur l'ouverture du réseau pour dépointer le faisceau. Cette pente p est définie par la relation suivante : p = 360° sine/ λ (3) p définissant en fait une pente de phase par unité de longueur, ΔΦ s'exprimant en fonction de la distance d par ΔΦ = p x d.
En inversant la relation (2), il apparaît qu'à une fréquence F donnée, donc à une longueur d'onde λ donnée, la direction angulaire de pointage rayonné Θ est donnée par la relation suivante :
Θ = arcsin [ (λ. ΔΦ) / (360°. d) ] (4) Cette relation montre que, à une fréquence donnée, si l'écartement d entre éléments rayonnants augmente, le pointage angulaire Θ du faisceau 1 diminue, donc le faisceau dévie 5 vers la normale 3 au réseau comme le montre la figure 1 . La figure 2 illustre un dépointage de faisceau dans un cas d'application à une antenne réseau plan 20. Le réseau de module est représenté dans un système d'axes X, Y. Les modules 2 sont disposés dans cet exemple selon un maillage rectangulaire.
Comme dans le cas précédent, à une dimension, on sait calculer les phases à appliquer sur les voies pour pointer le faisceau 1 dans une direction (θ, φ) à une fréquence F = = c / λ, Θ et φ étant les angles classiquement définis dans un repère en coordonnées sphériques, comme le montre la figure 3 représentant les coordonnées sphériques (θ, φ) de la direction 1 1 du faisceau. Un élément rayonnant d'ordre i selon l'axe X et d'ordre j sur l'axe Y est positionné à l'abscisse xi et à l'ordonné yj, ayant donc des coordonnées (xi, yj) dans le plan X, Y, en choisissant par exemple l'origine des axes au centre du réseau.
La phase t>ij à appliquer sur la voie (i, j), en degrés, est donnée par la relation suivante : t>ij = 360° / λ .[xi sinBcoscp + yj sinBsincp] (5)
Pour un réseau régulier, par exemple à maille rectangulaire, dont les éléments rayonnants sont espacés d'une distance dx selon l'axe X et d'une distance dy selon l'axe Y, le pas de phase entre voies adjacentes est donné par les relations suivantes :
ΔΦ1 = 360° dx sinBcoscp / λ selon l'axe X (6) A(t>2 = 360° dy sinesin(p / A selon l'axe Y (7) Des expressions similaires peuvent être utilisées pour un maillage régulier non rectangulaire, en particulier pour un maillage triangulaire.
L'analyse des relations (6) et (7), de façon analogue au cas du réseau linéaire de la figure 1 , montre qu'à une fréquence donnée si la distance entre éléments rayonnants augmente selon un axe ou selon les deux axes, le pointage angulaire du faisceau diminue selon un axe ou selon les deux axes, le faisceau déviant vers la normale 3 au réseau 20.
Une antenne réseau à balayage électronique comporte des voies actives réalisées sous formes de modules montés mécaniquement à partir d'un plan de référence afin de garantir un alignement mécanique correct des modules. Quand la température ambiante varie, il y a une déformation thermomécanique de l'antenne. Si la température augmente, il y a dilatation. Les éléments rayonnants s'écartent les uns des autres. Comme cela a été montré précédemment, pour une commande de la loi de phase effectuant à une fréquence donnée un pointage angulaire donné du faisceau, une dilatation mécanique du réseau conduit à une modification de l'angle de pointage du faisceau qui se rapproche dans ce cas de l'axe 3 de l'antenne. L'effet inverse dans le cas d'une diminution de température, les éléments rayonnants se rapprochant les uns des autres.
Or, pour un radar, la précision de pointage est une caractéristique essentielle. En effet, on recherche par exemple des précisions de l'ordre du milliradian (environ 0,06°) pour un radar fonctionnant en bande X.
Le comportement en température d'un matériau est caractérisé par un coefficient thermique d'expansion, noté CTE par la suite. Par exemple, pour une matière de type alliage léger 5086, ce coefficient CTE est de l'ordre de 24.10"6 par degré Kelvin (K) et par unité de longueur. En d'autres termes, si L0 est une dimension de référence à la température ambiante T0 correspondant aux dimensions nominales du maillage, la distorsion de longueur à une température T est exprimée par la relation suivante :
AL = CTE. AT.Lo (8)
ΔΤ = T - T0 étant le gradient de température et AL la variation de la longueur de référence.
Par exemple, pour dépointer un faisceau orienté à θ0 = 60° à 10 GHz, il faut apporter une pente de phase p0 = 360° sin60° / λ avec λ = 30 mm, la pente étant en ° / mm (degrés par millimètre).
Un écart de température de ΔΤ conduit à une dilatation mécanique, donc une modification de la pente de phase p qui devient : p = 360° sin60° / A.L0 / (L0 - AL) (9)
Pour une faible variation, cette pente peut être donnée par une valeur approchée, soit : p = 360° sin60° / [ λ . (1 + Δ _0) ] (10) Ce qui conduit à une modification du pointage angulaire du faisceau 1 , ce pointage étant donné par son angle Θ, en degrés :
Θ = arcsin [λ.ρ0 / (360 . (1 + ΔΙ_/Ι_0)) (1 1 )
Pour une variation de température ΔΤ = 25° sur un matériau de coefficient de dilatation CTE = 24.10"6 / K par unité de longueur,
AL/L0 = CTE . AT = 6.10"4 (12)
En prenant p0 = 360° sin60° / λ de l'exemple précédent, selon les relations (1 1 ) et (12), l'angle de pointage du faisceau devient alors :
Θ = arcsin [sin60° / (360 . (1 + 6.10"4)) = 59,94°
Il s'ensuit que la variation de pointage angulaire est du même ordre que la précision angulaire recherchée.
La figure 4 illustre des étapes possibles du possible du procédé selon l'invention. L'invention exploite avantageusement la connaissance de la modification par dilatation thermique de la géométrie d'une antenne réseau 10, 20 à balayage électronique pour corriger les commandes de pointage angulaire du faisceau rayonné 1 . Avantageusement encore, la contribution de l'erreur liée à la dilatation en température de l'antenne peut être prise en compte par modélisation afin de compenser par un calcul simple le défaut de pointage angulaire du faisceau rayonné qui en résulte. On peut en effet calculer un modèle du réseau en fonction de la température, des valeurs de déphasage par éléments rayonnants étant associées à chaque température. La plage de température de fonctionnement est échantillonnée de telle sorte qu'un modèle est calculé par pas de températures. On peut prendre par exemple un pas de température égal à 1 ° Celsius.
Ainsi selon l'invention, connaissant le coefficient de dilatation, ou de contraction, mécanique de l'antenne en fonction de la température, il est possible d'établir de nouvelles commandes de phase prenant en compte la déformation du réseau d'antenne pour pointer le faisceau rayonné dans la bonne direction angulaire.
Dans une étape préliminaire 30, on calcule pour chaque température un modèle géométrique associé. Plus précisément, on calcule la position des éléments rayonnants. Les positions sont calculées par rapport à des positions nominales correspondant à la température de référence T0, par exemple 20°C. En particulier, pour chaque élément rayonnant 2, on sait calculer à partir du coefficient de dilatation thermique CTE sa position par rapport à sa position nominale, en fonction de la température. On modélise la géométrie de l'antenne sur sa plage de température de fonctionnement, pour des valeurs de températures échantillonnées entre la température minimale et la température maximale.
Pour pointer angulairement le faisceau dans une direction donnée (θ, φ) à une température T s'écartant d'une valeur ΔΤ de la température de référence T0, il faut appliquer sur le réseau d'éléments rayonnants (i, j) positionnés suivant des coordonnées (xi, yj) une phase : t>ij = 360° / A.[xi sinBcoscp + yj sinBsincp] conformément à la relation (5) où les coordonnées (xi, yj) s'écartent des coordonnées (x0i, yoj) à la géométrie initiales correspondant à la température de référence T0. L'écart est d'une valeur relative CTE. ΔΤ.
On considère que le coefficient CTE est le même pour tous les éléments rayonnants et qu'il est propre au réseau.
On revient à la figure 4. En fonctionnement 300, avant la phase 32 de calcul de pointage du faisceau rayonné, une phase 31 de mesure de la température est effectuée. La température mesurée indique le modèle géométrique d'antenne à prendre en compte pour le calcul du faisceau. En particulier, ce modèle précise les coordonnées (xi, yj) des éléments rayonnants à prendre en compte pour le calcul du faisceau par application des phases t>ij aux éléments rayonnants selon la relation (5).
Ainsi dans la première phase 31 , la température au niveau du réseau 20 est mesurée, puis le modèle correspondant à cette température est sélectionné. Les modèles étant calculés pour les températures échantillonnées selon un pas donné, un modèle correspond à une température mesurée si cette température mesurée se situe dans le pas d'échantillonnage pour lequel est calculé le modèle.
Dans la deuxième phase 32, on calcule les phases à appliquer sur les signaux des éléments rayonnants pour le modèle sélectionné en fonction de la direction de visée souhaitée (θ, φ).
Dans le cas d'application à une antenne linéaire, à une dimension, on appliquera des phases définies selon la relation (1 ) en fonction de l'abscisse xi.
L'étape 30 de modélisation géométrique du réseau d'antenne fonction de la température peut être effectuée une fois pour toute ou périodiquement selon les évolutions mécaniques de l'antenne.
La modélisation peut avantageusement prendre en compte, en plus du support mécanique, tous les éléments constitutifs de l'antenne réseau dont le comportement varie en température, ces éléments pouvant être notamment des éléments actifs ou des lignes de transmissions.
L'invention s'applique avantageusement pour tous systèmes d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques équipé d'une antenne à balayage électronique, tels que des systèmes radar ou des systèmes de télécommunications par exemple. Outre les composants d'émission et de réception connus par ailleurs, un tel système d'émission et de réception comporte les moyens de calcul et de commande des phases des éléments rayonnants. Il comporte aussi par exemple en mémoire les modèles associés aux différentes températures. Au minimum, un modèle est mémorisé par la mémorisation des coordonnées (xi, yj) des éléments rayonnants dans un système d'axes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'orientation du faisceau d'une antenne à balayage électronique, ladite antenne (10, 20) étant composée d'un réseau d'éléments rayonnants disposée selon une configuration géométrique initiale à une température de référence (T0), caractérisé en ce que des modèles de configuration géométrique dudit réseau fonction de la température étant préalablement établis, l'orientation dudit faisceau est effectuée par :
- une première phase (31 ) de mesure de la température dudit réseau pour sélectionner un modèle correspondant à la température mesurée ;
- une deuxième phase (32) de calcul des phases, fonction de la direction visée (θ, φ), à appliquer sur les signaux des éléments rayonnants (2, 2') pour le modèle sélectionné.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les modèles de configuration géométrique sont calculés dans une étape préliminaire (30) par rapport à ladite configuration initiale en fonction de la température et d'un coefficient de dilation thermique CTE propre audit réseau.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un modèle indique la position géométrique desdits éléments rayonnants (2, 2') par rapport à un système d'axe.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit réseau étant plan, la position des éléments rayonnants (2, 2') est définie par leurs coordonnées (xi, yj) dans un système d'axes X, Y, lesdites phases étant fonction desdites coordonnées.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit réseau étant linéaire, la position des éléments rayonnants (2) est définie par leurs abscisses (xi) le long d'un axe X, lesdites phases étant fonction desdits abscisses.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite antenne (10, 20) fonctionnant dans une plage de température donnée, les modèles sont calculés pour les températures échantillonnées entre la valeur minimale et la valeur maximale de la plage selon un pas donné.
7. Système d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques, comportant une antenne à balayage électronique composé d'un réseau d'éléments rayonnants, caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. Système d'émission et de réception selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mémorisation desdits modèles de configuration géométrique.
9. Système d'émission et de réception selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul desdites phases à appliquer.
10. Système d'émission et de réception selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il est apte à équiper un radar.
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