EP4191793A1 - Système antennaire à rayonnement contrôlé - Google Patents

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EP4191793A1
EP4191793A1 EP22208983.1A EP22208983A EP4191793A1 EP 4191793 A1 EP4191793 A1 EP 4191793A1 EP 22208983 A EP22208983 A EP 22208983A EP 4191793 A1 EP4191793 A1 EP 4191793A1
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EP
European Patent Office
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antenna
radiation
antennas
elements
array
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EP22208983.1A
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EP4191793B1 (fr
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Serge Bories
Antonio Clemente
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • 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
    • H01Q3/44—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 electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/446—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 electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element the radiating element being at the centre of one or more rings of auxiliary elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements

Definitions

  • the present description relates generally to antenna arrays and more particularly to compact and directional antennas.
  • the present description applies more particularly to reconfigurable antenna arrays.
  • Antenna arrays are widely used in radio frequency detection or transmission systems, especially in telecommunication systems.
  • So-called directional or super directional antennas are based on an array of antenna elements. They are generally made from an array of antenna elements in which the antennas are weighted and configured to focus the beam in a given direction.
  • This can be implemented as a parasitic element architecture (a single antenna, driven by a generator, which is coupled to one or more so-called parasitic antennas, connected to a given load condition) or an architecture based on controlling the amplitude and phase associated with each element of the antenna array.
  • the architectures of antennas with parasitic elements exploit the couplings and interferences between the various antenna elements to adjust the radiation pattern of the antenna with a main lobe (useful) in a given direction (unidirectional antenna) and of given angular width , or several useful lobes in different directions (multidirectional antenna).
  • Such antennas are particularly sensitive to their environment, which is liable to generate distortions in the radiation pattern of the antenna. This problem is all the more critical as the antenna is small in electrical size (physical size compared to the wavelength). In addition, the smaller the antenna, the more sensitive it is to disturbances from its close environment. For example, in a telecommunication device of the telephone type, such an antenna is sensitive to the disturbances generated by the movements of the hand or the changes in position of the body of a user with respect to the antenna.
  • Antenna array calibration systems have already been proposed which modify the weighting coefficients of the antenna elements as a function of operating conditions during antenna calibration phases.
  • the document US 2015/0115978 describes an antenna system in which an array of electro-optical probes distributed in the radome of the antenna is used in calibration phases during which a separate antenna, dedicated to calibration, transmits.
  • the coefficients associated with each antenna element are adjusted, during this calibration phase, as a function of the signals received by the various antenna elements and of signals retro-modulated by the electro-optical probes.
  • the document US 2016/0036127 describes a reconfigurable antenna system, in which a frequency reconfigurable antenna is associated with parasitic transmission elements to adjust the directivity. These elements are combined with measurement components for impedance matching and other adjustment elements for adjusting the radiation pattern. These measurements and adjustments, however, are not accompanied by feedback for the readjustment of the loads which control the radiation pattern.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known reconfigurable antenna arrays.
  • the circuit is configured to adjust impedance values of the reconfigurable loads according to a comparison, to data reference, data representative of a radiation diagram of the system.
  • the reference data are representative of radiation diagrams of the system in the presence of disturbances.
  • the difference between two antenna elements is less than a quarter of the wavelength of the central frequency of the bandwidth for which the network is intended.
  • the difference between each antenna in the near field and the nearest antenna element is less than a tenth of the wavelength of the central frequency of the bandwidth for which the network is intended.
  • the system comprises exactly eight parasitic antenna elements equidistant from the transmitting or receiving antenna element and distributed every 45° around said element.
  • the transmitting or receiving antenna element and the array of parasitic antenna elements individually associated with the reconfigurable loads form part of an array of reconfigurable antenna elements.
  • the reference data are representative of radiation diagrams of the system in the presence of disturbances.
  • step b) the impedance values of the reconfigurable loads are adjusted to reference values associated with the reference data identified in step a).
  • the method further comprises, prior to step a), a step of recording reference data, said data being representative of radiation diagrams of the system in the presence of disturbances.
  • Reconfigurable super-directional antennas can be divided into three categories depending on the nature of the system controlling the directivity.
  • a first category concerns antennas with parasitic elements, in which only one of the elements of the antenna array is active (that is to say excited by the radiofrequency signal to be transmitted, or useful signal, and/or connected to a detector radiation captured) while the other elements of the network are loaded by impedances calculated to give the active element a desired radiation lobe.
  • the secondary antenna elements are associated with loads having impedances determined according to the parasitic contributions desired on the element. main antenna beam to focus the main antenna lobe in the desired direction.
  • a second category relates to antennas consisting of a digital phased array, in which each antenna element is connected to a radiofrequency transmission-reception chain. Individual amplitude and phase weighting coefficients are assigned to each baseband antenna element (upstream of each antenna's amplifier and phase shifter), so that the array has a desired directivity.
  • a third category relates to antennas consisting of an analog phased array in which, as for the digital phased array, each antenna element transmits and/or receives a portion of the useful signal.
  • the power division and the amplitude and phase weightings assigned to each element are performed at each antenna element, by adjusting the amplifier and the phase shifter which are associated with it.
  • the diameter of the antenna array is said to be "compact” if the radial spacing between the central element and the parasitic elements is less than 0.25 ⁇ (lambda), where lambda represents the wavelength of the central frequency of the band of antenna array operating frequencies.
  • antenna array according to the first category, that is to say an array in which only one of the antenna elements is active while being connected to the radiofrequency transmitter and transmits or interprets the useful signal.
  • FIG 1 very schematically represents an embodiment of an antenna system for radio frequency transmission.
  • This system comprises an array 1 of antenna elements geometrically distributed in space.
  • the network 1 comprises a transmission element or antenna 12 and several elements or antennas 14 distributed around the element 12.
  • the elements 12 and 14 are preferably arranged relative to each other with inter-element distances between 0.5 ⁇ and 0.2 ⁇ , more preferably between 0.25 ⁇ and 0.5 ⁇ , where ⁇ (lambda) represents the length d wave of the center frequency of the antenna's operating frequency band.
  • ⁇ (lambda) represents the length d wave of the center frequency of the antenna's operating frequency band.
  • the difference between two antenna elements 12, 14 of the array 1 is less than half, preferably less than a quarter, of the wavelength ⁇ of the central frequency of the passband at which is intended for the network.
  • the elements 14 are preferably substantially equidistant from the element 12 and distributed in a regular manner around the element 12.
  • the elements 14 are, for example, located on the periphery of a circle centered on element 12 and distributed at regular intervals around the circumference of this circle.
  • Network 1 preferably comprises eight elements 14 equidistant from element 12. In this case, elements 14 are distributed every 45° around element 12.
  • the transmission element 12 is connected, preferably via an impedance matching network 122 (Impedance matching), to an electronic transmission circuit 16 (Tx).
  • Impedance matching impedance matching
  • Conventional elements transmit to circuit 16 radio frequency signals to be transmitted depending on the application.
  • the central frequency of the frequency band emission is of the order of gigahertz, preferably of a value between 100 MHz and 7 GHz.
  • Each parasitic element 14 is associated with a configurable load 15, preferably consisting of switchable passive components to form impedances of variable values.
  • each configurable load 15 is symbolized by three impedances 151, 153 and 155, connected on the one hand to ground and, on the other hand, individually to a selector 157 for connecting one of the impedances 151, 153 and 155 to the associated parasitic antenna element 14.
  • the configurable loads 15 can each comprise any number of impedances.
  • Each selector 157 is individually controllable from a digital electronic circuit 18 (Control) for central frequency control and beam direction.
  • any common configurable parasitic load structure can be used.
  • a variant can be provided in which the impedances 151, 153 and 155 of all or part of the configurable loads 15 are replaced by a single component having a variable impedance.
  • the selector 157 can then be omitted, the variable impedance component being in this case connected on the one hand to ground and, on the other hand, directly to the element 14 which is associated with it.
  • the architecture described so far in relation to the figure 1 may be replaced by any antenna system with a reconfigurable antenna array, whether it be with parasitic elements or with a phased array of several active antenna elements.
  • a device 3 comprising one or more near-field antennas 32 for measuring the radiation emitted by the network 1.
  • Each near-field antenna 32 is connected to an electronic circuit 34 (Evaluation) for evaluating near-field radiation.
  • circuit 34 The results provided by the near-field radiation measurements are interpreted by circuit 34 to provide circuit 18 with adjustment parameters for the various loads 15.
  • a feedback loop is thus created in a way in order to control the radiation of the antenna array on desired radiation parameters (radiation pattern).
  • the circuits 18 and 34 can be combined and comprise a microcontroller for implementing a program or algorithm for interpreting the measurements of the signals picked up by the antennas 32 and for determining the parameters of the loads 15.
  • each antenna 32 is placed at a maximum distance of approximately ⁇ /10 from the antenna element 12 or 14 which is closest to it.
  • the difference between each antenna in the near field and the antenna element 12 or 14 closest to the array 1 is less than a tenth of the wavelength of the center frequency of the bandwidth for which the network is intended.
  • the probes or antennas 32 can be arranged in a uniform or non-uniform manner around the antenna system, for example depending on the type of radiation to be sampled.
  • the antenna elements 12 and 14 of the antenna array 1 are spaced from each other by a distance maximum of the order of a few (less than 10) centimeters.
  • the antennas 32 are respectively spaced from the antenna element 12 or 14 closest to them by a distance of approximately a few millimeters to a few centimeters.
  • the respective distances between the antennas 12, 14 and 32 are fixed.
  • the antennas 32 have an impact on the radiation pattern of the system, it is easy to take these parameters into account in the algorithm for analyzing the radiation picked up by the near-field antennas 32.
  • the number of antennas 32 is less than or equal to the number of parasitic antenna elements 14 and each antenna 32 is associated with a parasitic antenna element 14.
  • the number of antennas 32 is preferably equal to the number of antenna elements 12 and 14 of the array 1.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an embodiment of an antenna arrangement in an antenna system of the type of the figure 1 .
  • antenna elements 14 divided into a first group of six antenna elements 141 and a second group of six antenna elements 142, arranged on two concentric circles around the antenna element 12.
  • a number of antennas 32 depending on the number of antenna elements 141 or 142, for example between four and twelve (six in the representation of the figure 2 ).
  • the antennas 32 are distributed over a third circle concentric and exterior to the circles of elements 141 and 142.
  • This figure illustrates the main elements of the interacting antenna system.
  • the system further comprises a memory 20 (Memory).
  • the memory 20 comprises for example at least one non-volatile storage memory region and at least one other volatile storage memory region.
  • the system may also include one or more other elements. These elements are symbolized, in figure 2 , by a function block 22 (FCT).
  • FCT function block 22
  • the antenna 12, the elements 14 of the parasitic network 1415 and the probes 32 are in an electromagnetic coupling relationship (EM coupling).
  • FIG 4 represents, very schematically and in the form of blocks, a mode of implementation of a method for controlling the parameters of the antenna elements 14 of the array 1 on setpoint values (REF) for a given radiation pattern of network 1.
  • REF setpoint values
  • circuit 16 When the antenna system enters a transmission mode (block 52, Transmission), circuit 16 is activated and generates a radiofrequency signal (block 54, Signal generation). There follows a transmission in the far field (block 56, Far field) by the network according to a radiation pattern conditioned by the parameters of the parasitic antennas 14.
  • far field we mean at a distance from the system greater than about ten meters.
  • the electromagnetic field emitted in the immediate vicinity of the network 1 is picked up (block 72, Near field detection) by the antennas 32, and the measured signals are sent by them to the circuit 34.
  • the circuit 34 then proceeds to an analysis (Block 74, Analysis) of these signals with respect to reference or setpoint values (REF). If the signals measured by the antennas 32 differ from the reference values, the circuit 34 orders (block 76, Parameters), via the circuit 18, the reconfiguration of the load impedances 151, 153 and 155 connected to the antenna elements 14.
  • the modification of the parameters of the parasitic antennas 14, or of their immediate context, is immediate and modifies therefore the radiation diagram of system 1.
  • the detection 72, analysis 74 and adjustment 76 steps are preferably carried out in a loop (looping back from the output of block 76 to the input of block 72) as long as the network 1 transmits.
  • FIG. 5 illustrates, in a very schematic way and by a chronogram, the implementation of the control of the adjustment of a reconfigurable antenna network.
  • This figure represents, in a simplified manner, an example of disturbance of a main transmission lobe with respect to a setpoint or reference level REF (Reference directivity (REF)).
  • REF Reference directivity
  • the implementation of the steps of measurement (Detection) and analysis of the radiation captured by the near-field antennas 32 corrects (Convergence loop) this drift by modifying the parameters of the reconfigurable network (the loads 151, 153 and 155) d antennas 1 until finding the reference direction REF.
  • the number of near-field radiation measurement points, and therefore of antennas 32 depends on the application and, in particular, on the desired resolution or fineness in the number of disturbance situations to be characterized.
  • An advantage of the system described is that it allows real-time control of the antenna array resignation. Indeed, the measurements of the signals picked up by the antennas 32 of the device 3 as well as the analysis and the interpretation carried out by the circuit 34 do not require any specific intervention of the transmission system. It is enough that this one emits.
  • Another advantage is due to the fact that real-time servo-control also makes it possible to compensate for any variations in the radiation pattern due to changes in operating conditions such as temperature.
  • an advantage of the system described is that it does not require transmission by a specific antenna.
  • an operating phase is periodically provided during which the system switches to transmission of a signal by the antenna array 1.
  • a duty cycle duration of the emission phase relative to its periodicity
  • An antenna system as described is particularly advantageous in applications such as antenna array diagnostic applications, RFID-type radio frequency communications applications using multi-standard miniature readers, applications of electromagnetic compatibility measurement equipment or antennas for test chambers, miniature directional radars, compact super directional antennas, etc.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a mode of implementation of a learning process.
  • a non-volatile storage memory region of memory 20 ( picture 3 ) stores program code instructions which, when executed by the processing unit 1834, allow the implementation of this method.
  • a first step (block 81, Control the antenna to obtain a radiation pattern Di)
  • the antenna 12 is controlled ( figure 1 ) so that the network 1 emits an electromagnetic field having a radiation pattern Di.
  • the diagram Di corresponds for example to a situation in which the field emission, by the network 1, is not subject to any disturbance.
  • a disturbance of the electromagnetic field radiated by the network 1 is intentionally caused.
  • This disturbance is for example caused by placing a object, a hand, etc. nearby, for example at a distance of a few centimeters or tens of centimeters, from the network 1.
  • a radiation diagram Dp emitted by the network 1 is evaluated.
  • the diagram Dp resulting from 'a modification of the diagram Di caused by the introduction of the disturbance in the previous step, is for example evaluated as explained previously in relation to step 74 of the method of the figure 4 .
  • Data representative of the diagram Dp are in particular obtained thanks to the antennas 32 of the system 3. These data are for example temporarily stored in a volatile storage memory region of the memory 20.
  • a fourth step (block 84, Adjust the impedance values of the parasitic loads in order to restore the diagram Di)
  • the reconfiguration of the load impedances 151 is controlled via the circuit 18 , 153 and 155 connected to the antenna elements 14 so as to restore, or come as close as possible, to the diagram Di.
  • it is sought to reconfigure the network 1 so that it emits, despite the presence of the disturbance, an electromagnetic field having a radiation diagram as close as possible to the diagram Di radiated by the network 1 in the absence of disturbances.
  • a fifth step (block 85, Save the impedance values allowing, from the Dp diagram, to restore the Di diagram)
  • the parameters are recorded or stored allowing, when the Dp diagram of radiation is detected by the antennas 32 of the device 3, to restore the radiation pattern Di.
  • the storage of the parameters takes place for example in a non-volatile storage memory region of the memory 20.
  • a sixth step (block 86, Stop the disturbance and apply the impedance values making it possible to obtain the diagram Di in the absence of disturbances)
  • the disturbance is removed (for example, moves the object, the hand, etc. away from the grating 1) and the parameters making it possible to obtain the radiation diagram Di in the absence of disturbances are applied.
  • parameters identical to those of the first step 81 are applied, for example.
  • Steps 81 to 86 of the method are for example repeated by varying the type of disturbance, the position of the disturbing element (object, hand, etc.) with respect to the network 1, the radiation diagram Di that one wishes to obtain, etc.
  • it is sought to apply disturbances representative of situations liable to occur during the use of the network 1.
  • a correspondence table is formed between, on the one hand, data from reference representative of the radiation diagrams of the network 1 when it is subjected to various disturbances and, on the other hand, of the parameters, or reference impedance values, making it possible to restore or approach the diagram Di in the absence of disturbances.
  • provision may be made for all or part of the data representative of the radiation diagrams and of the parameters stored in the memory 20 of the system to be obtained by simulation, for example by simulating an impact of various disturbances on the radiation diagram of the network 1 then by determining, by calculation, correction parameters making it possible to be reduced to the diagram Di for each of these disturbances.
  • FIG 7 is a diagram illustrating a mode of implementation of a method for adjusting, in the event of disturbance, a field emitted by the antenna system of the picture 3 .
  • a non-volatile storage memory region of memory 20 ( picture 3 ) stores program code instructions which, when executed by the processing unit 1834, allow the implementation of this method.
  • a first step (block 91, Control the antenna to obtain the radiation pattern Di)
  • the antenna 12 is controlled ( figure 1 ) so that the network 1 emits an electromagnetic field having the radiation pattern Di previously described in relation to the figure 6 .
  • the diagram Di corresponds for example to a situation in which the field emission, by the network 1, is not subject to any disturbance.
  • a case is considered where the network 1 is subjected to a disturbance.
  • the network 1 then emits an electromagnetic field having the radiation diagram Dp.
  • the case is considered where the disturbance present at step 92 is similar to the disturbance voluntarily applied at step 82 of the method of the figure 6 , and where the Dp diagram of step 92 corresponds to the Dp diagram of step 83 of the figure 6 .
  • the steps below are easily adaptable by the person skilled in the art to a case where the disturbance is different from that of step 82 and where the Dp diagram is different from that of step 83.
  • a radiation pattern Dk identical to, or as close as possible to, the Dp pattern is sought and identified.
  • the processing unit 1834 scans the contents of the memory 20 in search of data representative of the diagram Dk which comes as close as possible to the data representative of the diagram Dp.
  • the diagram Dk is for example part of a set of radiation diagrams previously recorded in the memory 20 of the system, for example during the implementation of the method of the figure 6 for different disturbances, to which correspond impedance values of the loads 15 of the network 1.
  • a fourth step (block 94, Apply the impedance values making it possible, from the diagram Dk, to restore the diagram Di)
  • the parameters (impedance values) making it possible, when the radiation pattern Dk is detected by the system 3, to restore the pattern Di or to approximate the pattern Di as best as possible.
  • These parameters associated with the diagram Dk have for example been previously stored in the memory 20 of the system during the implementation of the method of the figure 6 in the case of a disturbance leading to the Dk diagram.
  • a fifth step (block 95, Once the disturbance is over, apply the impedance values making it possible to obtain the diagram Di in the absence of disturbances), subsequent to the fourth step 94, it is assumed that the disturbance has disappeared (for example, the object, hand, etc. has moved away from the grating 1).
  • the parameters making it possible to obtain the radiation diagram Di in the absence of disturbances are then applied. To do this, parameters identical to those of the first step 91 are applied, for example.
  • An advantage of the methods previously described in relation to the figures 6 and 7 is due to the fact that they allow a reduction in the adaptation time of the network 1 in the event of a disturbance. This results in a better transmission and/or reception capacity by the network 1 despite the presence of disturbances.
  • the practical implementation of the embodiments and variants described is within the abilities of those skilled in the art based on the functional indications given above.
  • the choice of the arrangement of the antenna elements of the array 1 and of the antennas 32 of the device 3 depends on the application.
  • the person skilled in the art is in particular capable of arranging the antennas 32 of the device 3 so as to evaluate the field emitted in directions where it is desired to radiate with maximum intensity and/or in directions where it is desired to radiate with maximum intensity. minimal or even substantially zero.
  • the adaptation of the system described to an antenna system in which the array of antenna elements comprises several antennas transmitting with amplitude and phase weighting coefficients depending on the desired radiation pattern is within the reach of the person in the trade.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

La présente description concerne un système antennaire comportant un élément d'antenne (12) d'émission ou de réception, un réseau d'éléments d'antenne parasites (14) associés individuellement à des charges reconfigurables (15), une ou plusieurs antennes (32) en champ proche et un circuit (18, 34) de réglage de la configuration du réseau d'éléments d'antenne parasites en fonction d'un rayonnement capté par la ou les antennes en champ proche pendant une émission radiofréquence par l'élément d'antenne d'émission ou de réception.

Description

    Domaine technique
  • La présente description concerne de façon générale les réseaux d'antennes et plus particulièrement les antennes compactes et directives. La présente description s'applique plus particulièrement aux réseaux d'antennes reconfigurables.
    • Technique antérieure
  • Les réseaux d'antennes sont largement utilisés dans les systèmes de détection ou de transmission radiofréquence, notamment dans les systèmes de télécommunication.
  • Les antennes dites directives ou super directives sont basées sur un réseau d'éléments d'antenne. Elles sont généralement réalisées à partir d'un réseau d'éléments d'antenne dans lequel les antennes sont pondérées et configurées pour focaliser le faisceau dans une direction donnée. Ceci peut être implémenté sous la forme d'une architecture à éléments parasites (une seule antenne, excitée par un générateur, qui est couplée à une ou plusieurs antennes dites parasites, reliées à une condition de charge donnée) ou d'une architecture basée sur le contrôle de l'amplitude et la phase associées à chaque élément du réseau d'antennes. Les architectures d'antennes à éléments parasites exploitent les couplages et interférences entre les différents éléments d'antenne pour régler le diagramme de rayonnement de l'antenne avec un lobe principal (utile) dans une direction donnée (antenne unidirectionnelle) et de largeur angulaire donnée, ou plusieurs lobes utiles dans différentes directions (antenne pluridirectionnelle).
  • De telles antennes sont particulièrement sensibles à leur environnement, qui est susceptible d'engendrer des distorsions dans le diagramme de rayonnement de l'antenne. Ce problème est d'autant plus critique que l'antenne est petite en taille électrique (taille physique rapportée à la longueur d'onde). De plus, plus l'antenne est petite, plus elle est sensible aux perturbations de son environnement proche. Par exemple, dans un dispositif de télécommunication de type téléphone, une telle antenne est sensible aux perturbations engendrées par les mouvements de la main ou les changements de position du corps d'un utilisateur par rapport à l'antenne.
  • On a déjà proposé des systèmes d'étalonnage de réseaux d'antennes qui modifient les coefficients de pondération des éléments d'antennes en fonction de conditions de fonctionnement pendant des phases d'étalonnage de l'antenne.
  • Le document US 2015/0115978 décrit un système antennaire dans lequel un réseau de sondes électro-optiques réparties dans le radôme de l'antenne est utilisé dans des phases d'étalonnage pendant lesquelles une antenne distincte, dédiée à l'étalonnage, émet. Les coefficients associés à chaque élément d'antenne sont réglés, pendant cette phase d'étalonnage, en fonction des signaux reçus par les différents éléments d'antenne et de signaux rétro-modulés par les sondes électro-optiques.
  • Le document US 2016/0036127 décrit un système d'antennes reconfigurable, dans lequel une antenne reconfigurable en fréquence est associée à des éléments d'émission parasites pour régler la directivité. Ces éléments sont associés à des composants de mesure pour l'adaptation d'impédance et à d'autres éléments de réglage pour ajuster le diagramme de rayonnement. Ces mesures et réglages ne s'accompagnent cependant pas de rétroaction en vue du réajustement des charges qui contrôlent le diagramme de rayonnement.
  • Les systèmes d'étalonnage connus ne sont pas adaptés à un réglage en temps réel du diagramme de rayonnement, en particulier lorsqu'ils requièrent un élément d'émission dédié à l'étalonnage. Or, un tel réglage serait souhaitable notamment pour des antennes sensibles à des perturbations environnementales proches.
  • De plus, la précision requise pour l'ajustement des coefficients de pondération d'amplitude et de phase des différents éléments d'antenne en raison de la miniaturisation des antennes rend les solutions de mesure indirecte (mesure d'impédance) inadaptées.
    • Résumé de l'invention
  • Il existe un besoin pour une antenne d'émission ou réception directive ou super directive adaptée à être ajustée en temps réel.
  • Il existe un besoin pour une antenne reconfigurable dont les réglages sont effectués à partir de mesures directes de rayonnement.
  • Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des réseaux d'antennes reconfigurables connus.
  • Un mode de réalisation prévoit un système antennaire comportant :
    • un élément d'antenne d'émission ou de réception ;
    • un réseau d'éléments d'antenne parasites associés individuellement à des charges reconfigurables ;
    • une ou plusieurs antennes en champ proche ; et
    • un circuit de réglage de la configuration du réseau d'éléments d'antenne parasites en fonction d'un rayonnement capté par la ou les antennes en champ proche pendant une émission radiofréquence par l'élément d'antenne d'émission ou de réception.
  • Selon un mode de réalisation, le circuit est configuré pour ajuster des valeurs d'impédance des charges reconfigurables en fonction d'une comparaison, à des données de référence, de données représentatives d'un diagramme de rayonnement du système.
  • Selon un mode de réalisation, les données de référence sont représentatives de diagrammes de rayonnement du système en présence de perturbations.
  • Selon un mode de réalisation, l'écart entre deux éléments d'antenne est inférieur au quart de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau.
  • Selon un mode de réalisation, l'écart entre chaque antenne en champ proche et l'élément d'antenne le plus proche est inférieur au dixième de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau.
  • Selon un mode de réalisation, le système comprend exactement huit d'éléments d'antenne parasites équidistants de l'élément d'antenne d'émission ou de réception et répartis tous les 45° autour dudit élément.
  • Selon un mode de réalisation, l'élément d'antenne d'émission ou de réception et le réseau d'éléments d'antenne parasites associés individuellement aux charges reconfigurables font partie d'un réseau d'éléments d'antenne reconfigurable.
  • Un mode de réalisation prévoit un procédé de configuration du système antennaire tel que décrit, comprenant les étapes suivantes :
    1. a) identifier, parmi un ensemble de données de référence, des données de référence les plus proches possible de données représentatives d'un diagramme de rayonnement du système ; et
    2. b) ajuster des valeurs d'impédance des charges reconfigurables en fonction des données de référence identifiées.
  • Selon un mode de réalisation, les données de référence sont représentatives de diagrammes de rayonnement du système en présence de perturbations.
  • Selon un mode de réalisation, à l'étape b), les valeurs d'impédance des charges reconfigurables sont ajustées à des valeurs de référence associées aux données de référence identifiées à l'étape a).
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, préalablement à l'étape a), une étape d'enregistrement des données de référence, lesdites données étant représentatives de diagrammes de rayonnement du système en présence de perturbations.
    • Brève description des dessins
  • Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation et modes de mise en œuvre particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • la figure 1 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d'un système antennaire ;
    • la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation d'agencement d'antennes dans un système antennaire du type de celui de la figure 1 ;
    • la figure 3 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un exemple d'architecture fonctionnelle d'un mode de réalisation de système antennaire ;
    • la figure 4 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de mise en œuvre d'un procédé d'asservissement de paramètres des éléments d'antenne d'un système antennaire ;
    • la figure 5 illustre, de façon très schématique et par un chronogramme, la mise en œuvre de l'asservissement du réglage d'un réseau d'antennes configurable ;
    • la figure 6 est un diagramme illustrant un mode de mise en œuvre d'un procédé d'apprentissage ; et
    • la figure 7 est un diagramme illustrant un mode de mise en œuvre d'un procédé d'ajustement, en cas de perturbation, d'un champ émis par le système antennaire de la figure 3.
    Description des modes de réalisation
  • De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation et modes de mise en œuvre peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
  • Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation et modes de mise en œuvre décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les applications susceptibles de mettre en œuvre les réseaux d'antennes reconfigurables de la présente description ne sont pas détaillées, les modes de réalisation et modes de mise en œuvre décrits étant compatibles avec les applications usuelles mettant en œuvre des réseaux d'antennes reconfigurables.
  • Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
  • Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence, sauf précision contraire, à l'orientation des figures.
  • Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
  • Selon les modes de réalisation et modes de mise en œuvre décrits, on prévoit d'associer, à un réseau d'éléments d'antenne constituant une antenne directive reconfigurable, des éléments de mesure du rayonnement en champ proche autour du réseau d'antennes.
  • Les antennes super directives reconfigurables peuvent se répartir en trois catégories selon la nature du système réglant la directivité.
  • Une première catégorie concerne les antennes à éléments parasites, dans lesquelles un seul des éléments du réseau d'antennes est actif (c'est-à-dire excité par le signal radiofréquence à émettre, ou signal utile, et/ou relié à un détecteur du rayonnement capté) tandis que les autres éléments du réseau sont chargés par des impédances calculées pour conférer à l'élément actif un lobe de rayonnement souhaité. Typiquement, les éléments d'antenne secondaires sont associés à des charges présentant des impédances déterminées en fonction des contributions parasites souhaitées sur l'élément d'antenne principal pour concentrer le lobe de l'antenne principale dans la direction souhaitée.
  • Une deuxième catégorie concerne les antennes constituées d'un réseau phasé numérique, dans lequel chaque élément d'antenne est relié à une chaîne d'émission-réception radiofréquence. Des coefficients de pondération individuels d'amplitude et de phase sont affectés à chaque élément d'antenne en bande de base (en amont de l'amplificateur et du déphaseur de chaque antenne), afin que le réseau présente une directivité souhaitée.
  • Une troisième catégorie concerne les antennes constituées d'un réseau phasé analogique dans lequel, comme pour le réseau phasé numérique, chaque élément d'antenne émet et/ou reçoit une portion du signal utile. Toutefois, dans le cas des antennes à réseau phasé analogique, la division de puissance et les pondérations d'amplitude et de phase affectées à chaque élément sont effectuées au niveau de chaque élément d'antenne, par un réglage de l'amplificateur et du déphaseur qui lui sont associés.
  • Le diamètre du réseau antennaire est dit « compact » si l'espacement radial entre l'élément central et les éléments parasites est inférieur à 0,25λ (lambda), où lambda représente la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande de fréquences de fonctionnement du réseau d'antennes.
  • Dans la description qui suit, on prendra pour exemple un réseau d'antennes selon la première catégorie, c'est-à-dire un réseau dans lequel un seul des éléments d'antenne est actif en étant connecté au transmetteur radiofréquence et émet ou interprète le signal utile.
  • La figure 1 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d'un système antennaire d'émission radiofréquence.
  • Ce système comporte un réseau 1 d'éléments d'antenne géométriquement répartis dans l'espace. En prenant l'exemple d'un réseau à un seul élément actif, le réseau 1 comporte un élément ou antenne 12 d'émission et plusieurs éléments ou antennes 14 répartis autour de l'élément 12. Pour réaliser une antenne super directive, les éléments 12 et 14 sont de préférence disposés les uns par rapport aux autres avec des distances inter-éléments comprises entre 0,5λ et 0,2λ, plus préférentiellement comprises entre 0,25λ et 0,5λ, où λ (lambda) représente la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande de fréquences de fonctionnement de l'antenne. En d'autres termes, l'écart entre deux éléments d'antenne 12, 14 du réseau 1 est inférieur à la moitié, de préférence inférieur au quart, de la longueur d'onde λ de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau.
  • Selon un mode de réalisation préféré, les éléments 14 sont de préférence sensiblement équidistants de l'élément 12 et répartis de façon régulière autour de l'élément 12. Les éléments 14 sont, par exemple, situés sur le pourtour d'un cercle centré sur l'élément 12 et répartis à intervalles réguliers sur le pourtour de ce cercle. Le réseau 1 comporte, de préférence, huit éléments 14 équidistants de l'élément 12. Dans ce cas, les éléments 14 sont répartis tous les 45° autour de l'élément 12.
  • L'élément d'émission 12 est relié, de préférence par l'intermédiaire d'un réseau d'adaptation d'impédance 122 (Adaptation d'impédance), à un circuit électronique d'émission 16 (Tx). Des éléments usuels (non représentés) transmettent au circuit 16 des signaux radiofréquence à émettre en fonction de l'application. Dans les modes de réalisation plus particulièrement visés par la présente description, la fréquence centrale de la bande de fréquences d'émission est de l'ordre du gigahertz, de préférence d'une valeur comprise entre 100 MHz et 7 GHz.
  • Chaque élément parasite 14 est associé à une charge configurable 15, de préférence constituée de composants passifs commutables pour former des impédances de valeurs variables. Dans l'exemple de la figure 1, chaque charge configurable 15 est symbolisée par trois impédances 151, 153 et 155, reliées d'une part à la masse et, d'autre part, individuellement à un sélecteur 157 de connexion d'une des impédances 151, 153 et 155 à l'élément d'antenne parasite associé 14. Bien que l'on ait représenté en figure 1 trois impédances 151, 153 et 155 pour chaque charge configurable 15, il est évident que les charges configurables 15 peuvent chacune comporter un nombre quelconque d'impédances. Chaque sélecteur 157 est commandable individuellement à partir d'un circuit électronique numérique 18 (Commande) de commande de fréquence centrale et de direction de faisceau.
  • Il ne s'agit que d'un exemple et toute structure usuelle de charge parasite configurable peut être utilisée. On peut notamment prévoir une variante dans laquelle les impédances 151, 153 et 155 de tout ou partie des charges configurables 15 sont remplacées par un seul composant présentant une impédance variable. Le sélecteur 157 peut alors être omis, le composant d'impédance variable étant dans ce cas connecté d'une part à la masse et, d'autre part, directement à l'élément 14 qui lui est associé.
  • L'architecture décrite jusqu'ici en relation avec la figure 1 pourra être remplacée par tout système antennaire à réseau d'antennes reconfigurable, qu'il soit à éléments parasites ou à réseau phasé de plusieurs éléments d'antenne actifs.
  • Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d'associer, au réseau 1 d'éléments d'antenne reconfigurable, un dispositif 3 comportant une ou plusieurs antennes en champ proche 32 de mesure du rayonnement émis par le réseau 1. Chaque antenne en champ proche 32 est reliée à un circuit électronique 34 (Évaluation) d'évaluation du rayonnement en champ proche.
  • Les résultats fournis par les mesures de rayonnement en champ proche sont interprétés par le circuit 34 pour fournir, au circuit 18, des paramètres de réglage des différentes charges 15. On crée ainsi en quelque sorte une boucle de rétroaction afin d'asservir le rayonnement du réseau d'antennes sur des paramètres de rayonnement (diagramme de rayonnement) souhaités. Dans une réalisation pratique, les circuits 18 et 34 peuvent être confondus et comporter un microcontrôleur de mise en œuvre d'un programme ou algorithme d'interprétation des mesures des signaux captés par les antennes 32 et de détermination des paramètres des charges 15.
  • Par « en champ proche » on entend une mesure du champ électromagnétique effectuée à une distance très faible par rapport (de l'ordre de dix fois à vingt fois inférieure) à la longueur d'onde λ correspondant à la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau. Cette distance correspond par exemple à un espacement entre les éléments d'antenne 14 associés aux charges configurables 15 pour former le faisceau. Typiquement, on considère que la zone réactive autour d'une antenne, c'est-à-dire sa sensibilité à la présence d'éléments perturbateurs tels qu'une main, est de l'ordre de λ/2π, soit environ λ/6. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, chaque antenne 32 est disposée à une distance maximale d'environ λ/10 de l'élément d'antenne 12 ou 14 qui lui est le plus proche. En d'autres termes, l'écart entre chaque antenne en champ proche et l'élément d'antenne 12 ou 14 le plus proche du réseau 1 est inférieur au dixième de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau. Les sondes ou antennes 32 peuvent être disposées de manière uniforme ou non-uniforme autour du système antennaire, par exemple en fonction du type de rayonnement à échantillonner.
  • À titre d'exemple particulier de réalisation, pour un système antennaire adapté à une fréquence de fonctionnement de l'ordre du gigahertz, les éléments d'antenne 12 et 14 du réseau d'antennes 1 sont espacés les uns des autres d'une distance maximale de l'ordre de quelques (moins de 10) centimètres. Les antennes 32 sont respectivement espacées de l'élément d'antenne 12 ou 14 qui leur est le plus proche d'une distance d'environ quelques millimètres à quelques centimètres.
  • Selon les modes de réalisation décrits, les distances respectives entre les antennes 12, 14 et 32 sont fixes. Ainsi, même si les antennes 32 ont un impact sur le diagramme de rayonnement du système, il est aisé de prendre en compte ces paramètres dans l'algorithme d'analyse des rayonnements captés par les antennes en champ proche 32.
  • De préférence, dans un réseau d'antennes à éléments parasites passifs, le nombre d'antennes 32 est inférieur ou égal au nombre d'éléments d'antenne parasites 14 et chaque antenne 32 est associée à un élément d'antenne parasite 14. Dans un réseau d'antennes à éléments parasites actifs ou reconfigurables, le nombre d'antennes 32 est de préférence égal au nombre d'éléments d'antenne 12 et 14 du réseau 1.
  • La figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation d'agencement d'antennes dans un système antennaire du type de celui de la figure 1.
  • Selon ce mode de réalisation, on prévoit entre quatre et douze (douze, dans la représentation de la figure 2) éléments d'antenne 14 répartis en un premier groupe de six éléments d'antenne 141 et un deuxième groupe de six éléments d'antenne 142, disposés sur deux cercles concentriques autour de l'élément d'antenne 12. On prévoit également un nombre d'antennes 32 fonction du nombre d'éléments d'antenne 141 ou 142, par exemple entre quatre et douze (six dans la représentation de la figure 2). Les antennes 32 sont réparties sur un troisième cercle concentrique et extérieur aux cercles d'éléments 141 et 142.
  • La figure 3 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un exemple d'architecture fonctionnelle d'un mode de réalisation de système antennaire.
  • Cette figure illustre les principaux éléments du système antennaire interagissant.
  • On retrouve :
    • le circuit électronique d'émission 16 (Transmetteur radiofréquence) relié à l'antenne d'émission 12 (Antenne d'émission) ;
    • un réseau 1415 (Réseau parasite reconfigurable) d'éléments parasites reconfigurables (éléments 14 et charges 15, figure 1) ;
    • un réseau d'antennes ou sondes en champ proche 32 (Sondes) ; et
    • des circuits électroniques 1834 (Unité de traitement) remplissant, entre autres, les fonctions d'interprétation des mesures des signaux captés par les antennes 32 et de détermination des paramètres des charges du réseau 1415.
  • Dans l'exemple représenté, le système comporte en outre une mémoire 20 (Mémoire). La mémoire 20 comprend par exemple au moins une région mémoire de stockage non volatil et au moins une autre région mémoire de stockage volatil.
  • Le système peut également comporter un ou plusieurs autres éléments. Ces éléments sont symbolisés, en figure 2, par un bloc fonctionnel 22 (FCT).
  • Comme l'illustre la figure 3, l'antenne 12, les éléments 14 du réseau parasite 1415 et les sondes 32 sont dans une relation de couplage électromagnétique (Couplage EM).
  • La figure 4 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de mise en œuvre d'un procédé d'asservissement de paramètres des éléments d'antenne 14 du réseau 1 sur des valeurs de consigne (REF) pour un diagramme de rayonnement donné du réseau 1.
  • Lorsque le système antennaire entre dans un mode d'émission (bloc 52, Émission), le circuit 16 est activé et génère un signal radiofréquence (bloc 54, Génération signal). S'ensuit une émission en champ lointain (bloc 56, Champ lointain) par le réseau selon un diagramme de rayonnement conditionné par les paramètres des antennes parasites 14. Par champ lointain, on entend à une distance du système supérieure à une dizaine de mètres.
  • En parallèle, le champ électromagnétique émis en proximité immédiate du réseau 1 est capté (bloc 72, Détection champ proche) par les antennes 32, et les signaux mesurés sont envoyés par celles-ci au circuit 34. Le circuit 34 procède alors à une analyse (bloc 74, Analyse) de ces signaux par rapport à des valeurs de référence ou de consigne (REF). Si les signaux mesurés par les antennes 32 diffèrent des valeurs de référence, le circuit 34 ordonne (bloc 76, Paramètres), par l'intermédiaire du circuit 18, la reconfiguration des impédances de charge 151, 153 et 155 connectées aux éléments d'antenne 14.
  • La modification des paramètres des antennes parasites 14, ou de leur contexte immédiat, est immédiate et modifie donc le diagramme de rayonnement du système 1. Les étapes de détection 72, d'analyse 74 et de réglage 76 sont, de préférence, effectuées en boucle (rebouclage de la sortie du bloc 76 sur l'entrée du bloc 72) tant que le réseau 1 émet. Ainsi, il est possible de prévoir, au niveau de l'algorithme d'analyse et de détermination des paramètres de commande des charges configurables 151, 153 et 155, des résultats sous la forme d'augmentations ou de réductions progressives de telle ou telle impédance de chaque charge configurable.
  • La figure 5 illustre, de façon très schématique et par un chronogramme, la mise en œuvre de l'asservissement du réglage d'un réseau d'antennes reconfigurable.
  • Cette figure représente, de façon simplifiée, un exemple de perturbation d'un lobe principal d'émission par rapport à un niveau de consigne ou de référence REF (Directivité de référence (REF)). En supposant l'arrivée d'une perturbation p (Perturbation (p)), par exemple le mouvement d'une main, dans l'environnement du système, cette perturbation p se traduit par une déformation du diagramme de rayonnement du réseau 1, ou de la direction du lobe, ou encore de la directivité (Directivité dans la direction d'usage (dBi)). La mise en œuvre des étapes de mesure (Détection) et d'analyse du rayonnement capté par les antennes en champ proche 32 corrige (Boucle de convergence) cette dérive en modifiant les paramètres du réseau reconfigurable (les charges 151, 153 et 155) d'antennes 1 jusqu'à retrouver la direction de référence REF.
  • Le nombre de points de mesure du rayonnement en champ proche, donc d'antennes 32, dépend de l'application et, notamment, de la résolution ou finesse souhaitée dans le nombre de situations de perturbations à caractériser.
  • Un avantage du système décrit tient au fait qu'il permet un asservissement en temps réel du réseau d'antennes d'émission. En effet, les mesures des signaux captés par les antennes 32 du dispositif 3 ainsi que l'analyse et l'interprétation effectuées par le circuit 34 ne requièrent aucune intervention spécifique du système d'émission. Il suffit que celui-ci émette.
  • Un autre avantage tient au fait qu'un asservissement en temps réel permet également de compenser d'éventuelles variations du diagramme de rayonnement dues à des évolutions de conditions de fonctionnement telles que la température.
  • Par rapport à un système à sondes optiques, un avantage du système décrit est qu'il ne requiert pas d'émission par une antenne spécifique.
  • Toutefois, bien que le système décrit soit particulièrement performant pour régler un réseau d'antennes d'émission, on peut alternativement le mettre en œuvre pour un réseau d'antennes de réception. Dans ce cas, on prévoit périodiquement une phase de fonctionnement pendant laquelle le système commute en émission d'un signal par le réseau d'antennes 1. De préférence, pour ne pas perturber la réception, on prévoit qu'une telle phase d'émission et de réglage soit effectuée avec un rapport cyclique (durée de la phase démission par rapport à sa périodicité) inférieur à 10 %, de préférence inférieure à 1 %, soit par exemple pendant 1 ms toutes les 100 ms.
  • Un système antennaire tel que décrit est particulièrement avantageux dans des applications telles que des applications de diagnostics de réseaux d'antennes, des applications de communications radiofréquences de type RFID utilisant des lecteurs miniatures multistandard, des applications d'équipements de mesure de compatibilité électromagnétique ou d'antennes pour chambres d'essai, des radars directifs miniatures, des antennes super directives compactes, etc.
  • La figure 6 est un diagramme illustrant un mode de mise en œuvre d'un procédé d'apprentissage. À titre d'exemple, une région mémoire de stockage non volatil de la mémoire 20 (figure 3) stocke des instructions de code de programme qui, lorsqu'elles sont exécutées par l'unité de traitement 1834, permettent la mise en œuvre de ce procédé.
  • À une première étape (bloc 81, Commander l'antenne pour obtenir un diagramme Di de rayonnement), on commande l'antenne 12 (figure 1) de sorte que le réseau 1 émette un champ électromagnétique présentant un diagramme Di de rayonnement. Le diagramme Di correspond par exemple à une situation dans laquelle l'émission de champ, par le réseau 1, n'est soumise à aucune perturbation.
  • À une deuxième étape (bloc 82, Provoquer une perturbation du champ émis par l'antenne), postérieure à la première étape 81, on provoque intentionnellement une perturbation du champ électromagnétique rayonné par le réseau 1. Cette perturbation est par exemple causée en plaçant un objet, une main, etc. à proximité, par exemple à une distance de quelques centimètres ou dizaines de centimètres, du réseau 1.
  • À une troisième étape (bloc 83, Évaluer un diagramme Dp de rayonnement de l'antenne soumise à la perturbation), postérieure à la deuxième étape 82, on évalue un diagramme Dp de rayonnement émis par le réseau 1. Le diagramme Dp, résultant d'une modification du diagramme Di causée par l'introduction de la perturbation à l'étape précédente, est par exemple évalué comme exposé précédemment en relation avec l'étape 74 du procédé de la figure 4. Des données représentatives du diagramme Dp sont notamment obtenues grâce aux antennes 32 du système 3. Ces données sont par exemple stockées de façon temporaire dans une région mémoire de stockage volatil de la mémoire 20.
  • À une quatrième étape (bloc 84, Ajuster les valeurs d'impédances des charges parasites afin de rétablir le diagramme Di), postérieure à la troisième étape 83, on commande, par l'intermédiaire du circuit 18, la reconfiguration des impédances de charge 151, 153 et 155 connectées aux éléments d'antenne 14 de sorte à rétablir, ou à se rapprocher le plus possible, du diagramme Di. En d'autres termes, on cherche à reconfigurer le réseau 1 de sorte qu'il émette, malgré la présence de la perturbation, un champ électromagnétique présentant un diagramme de rayonnement le plus proche possible du diagramme Di rayonné par le réseau 1 en l'absence de perturbations.
  • À une cinquième étape (bloc 85, Enregistrer les valeurs d'impédances permettant, à partir du diagramme Dp, de rétablir le diagramme Di), postérieure à la quatrième étape 84, on enregistre ou on stocke les paramètres permettant, lorsque le diagramme Dp de rayonnement est détecté par les antennes 32 du dispositif 3, de rétablir le diagramme Di de rayonnement. Le stockage des paramètres s'effectue par exemple dans une région mémoire de stockage non volatil de la mémoire 20.
  • À une sixième étape (bloc 86, Faire cesser la perturbation et appliquer les valeurs d'impédances permettant d'obtenir le diagramme Di en l'absence de perturbations), postérieure à la cinquième étape 85, on retire la perturbation (par exemple, on éloigne l'objet, la main, etc. par rapport au réseau 1) et on applique les paramètres permettant d'obtenir le diagramme Di de rayonnement en l'absence de perturbations. Pour ce faire, on applique par exemple des paramètres identiques à ceux de la première étape 81.
  • Les étapes 81 à 86 du procédé sont par exemple répétées en variant le type de perturbation, la position de l'élément perturbateur (objet, main, etc.) par rapport au réseau 1, le diagramme Di de rayonnement que l'on souhaite obtenir, etc. De façon générale, on cherche à appliquer des perturbations représentatives de situations susceptibles de se produire pendant l'utilisation du réseau 1. On constitue ainsi par exemple, dans la mémoire 20 du système, une table de correspondance entre d'une part des données de référence représentatives des diagrammes de rayonnement du réseau 1 lorsqu'il est soumis à différentes perturbations et, d'autre part, des paramètres, ou valeurs d'impédance de référence, permettant de rétablir ou de se rapprocher du diagramme Di en l'absence de perturbations.
  • À titre de variante, on peut prévoir que tout ou partie des données représentatives des diagrammes de rayonnement et des paramètres stockés dans la mémoire 20 du système soient obtenus par simulation, par exemple en simulant un impact de différentes perturbations sur le diagramme de rayonnement du réseau 1 puis en déterminant, par calcul, des paramètres de correction permettant de se ramener au diagramme Di pour chacune de ces perturbations.
  • La figure 7 est un diagramme illustrant un mode de mise en œuvre d'un procédé d'ajustement, en cas de perturbation, d'un champ émis par le système antennaire de la figure 3. À titre d'exemple, une région mémoire de stockage non volatil de la mémoire 20 (figure 3) stocke des instructions de code de programme qui, lorsqu'elles sont exécutées par l'unité de traitement 1834, permettent la mise en œuvre de ce procédé.
  • À une première étape (bloc 91, Commander l'antenne pour obtenir le diagramme Di de rayonnement), on commande l'antenne 12 (figure 1) de sorte que le réseau 1 émette un champ électromagnétique présentant le diagramme Di de rayonnement précédemment décrit en relation avec la figure 6. Le diagramme Di correspond par exemple à une situation dans laquelle l'émission de champ, par le réseau 1, n'est soumise à aucune perturbation.
  • À une deuxième étape (bloc 92, En cas de perturbation, évaluer le diagramme Dp de rayonnement de l'antenne soumise à la perturbation), postérieure à la première étape 91, on considère un cas où le réseau 1 est soumis à une perturbation. Le réseau 1 émet alors un champ électromagnétique présentant le diagramme Dp de rayonnement. Pour simplifier, on considère le cas où la perturbation présente à l'étape 92 est similaire à la perturbation volontairement appliquée à l'étape 82 du procédé de la figure 6, et où le diagramme Dp de l'étape 92 correspond au diagramme Dp de l'étape 83 de la figure 6. Toutefois, les étapes ci-dessous sont aisément adaptables par la personne du métier à un cas où la perturbation est différente de celle de l'étape 82 et où le diagramme Dp est différent de celui de l'étape 83.
  • À une troisième étape (bloc 93, Identifier un diagramme Dk de rayonnement se rapprochant du diagramme Dp), postérieure à la deuxième étape 92, on recherche et on identifie un diagramme Dk de rayonnement identique, ou le plus proche possible, du diagramme Dp. À titre d'exemple, l'unité de traitement 1834 parcourt le contenu de la mémoire 20 à la recherche de données représentatives du diagramme Dk se rapprochant au mieux des données représentatives du diagramme Dp. Le diagramme Dk fait par exemple partie d'un ensemble de diagrammes de rayonnement préalablement enregistrés dans la mémoire 20 du système, par exemple lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 6 pour différentes perturbations, auxquels correspondent des valeurs d'impédances des charges 15 du réseau 1.
  • À une quatrième étape (bloc 94, Appliquer les valeurs d'impédances permettant, à partir du diagramme Dk, de rétablir le diagramme Di), postérieure à la troisième étape 93, on applique les paramètres (valeurs d'impédances) permettant, lorsque le diagramme Dk de rayonnement est détecté par le système 3, de rétablir le diagramme Di ou de se rapprocher au mieux du diagramme Di. Ces paramètres associés au diagramme Dk ont par exemple été préalablement stockés dans la mémoire 20 du système lors de la mise en œuvre du procédé de la figure 6 dans le cas d'une perturbation conduisant au diagramme Dk.
  • À une cinquième étape (bloc 95, Une fois la perturbation terminée, appliquer les valeurs d'impédances permettant d'obtenir le diagramme Di en l'absence de perturbations), postérieure à la quatrième étape 94, on suppose que la perturbation a disparu (par exemple, l'objet, la main, etc. s'est éloigné par rapport au réseau 1). On applique alors les paramètres permettant d'obtenir le diagramme Di de rayonnement en l'absence de perturbations. Pour ce faire, on applique par exemple des paramètres identiques à ceux de la première étape 91.
  • Un avantage des procédés précédemment décrits en relation avec les figures 6 et 7 tient au fait qu'ils permettent une diminution de temps d'adaptation du réseau 1 en cas de perturbation. Il en résulte une meilleure capacité d'émission et/ou de réception par le réseau 1 malgré la présence de perturbations.
  • Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les dimensions du système et les écarts entre antennes dépendent de l'application et notamment de la fréquence du système. De même, le nombre d'éléments d'antenne 12, 14 du réseau 1 et le nombre d'antennes 32 du dispositif 3 dépendent de l'application.
  • En outre, bien que cela n'ait pas été décrit en détail, l'adaptation des modes de réalisation et modes de mise en œuvre décrits à la variante dans laquelle les impédances 151, 153 et 155 de tout ou partie des charges configurables 15 sont remplacées par un seul composant présentant une impédance variable est à la portée de la personne du métier.
  • Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, le choix de la disposition des éléments d'antenne du réseau 1 et des antennes 32 du dispositif 3 dépend de l'application. La personne du métier est notamment capable de disposer les antennes 32 du dispositif 3 de sorte à évaluer le champ émis dans des directions où l'on souhaite rayonner avec une intensité maximale et/ou dans des directions où l'on souhaite rayonner avec une intensité minimale, voire sensiblement nulle.
  • En outre, l'adaptation du système décrit à un système antennaire dans lequel le réseau d'éléments d'antenne comporte plusieurs antennes émettant avec des coefficients de pondération d'amplitude et de phase fonction du diagramme de rayonnement souhaité est à la portée de la personne du métier.

Claims (8)

  1. Système antennaire comportant :
    - un élément d'antenne (12) d'émission ou de réception ;
    - un réseau d'éléments d'antenne parasites (14) associés individuellement à des charges reconfigurables (15) ;
    - une ou plusieurs antennes (32) en champ proche ; et
    - un circuit (18, 34) de réglage de la configuration du réseau d'éléments d'antenne parasites en fonction d'un rayonnement capté par la ou les antennes en champ proche pendant une émission radiofréquence par l'élément d'antenne d'émission ou de réception,
    dans lequel le circuit (18, 34) est configuré pour ajuster des valeurs d'impédance des charges reconfigurables (15) en fonction d'une comparaison, à des données de référence représentatives de diagrammes (Dk) de rayonnement du système en présence de perturbations, de données représentatives d'un diagramme (Di, Dp) de rayonnement du système.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'écart entre deux éléments d'antenne (12, 14) est inférieur au quart de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau.
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'écart entre chaque antenne en champ proche et l'élément d'antenne (12, 14) le plus proche est inférieur au dixième de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la bande passante à laquelle est destiné le réseau.
  4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant exactement huit d'éléments d'antenne parasites (14) équidistants de l'élément d'antenne (12) d'émission ou de réception et répartis tous les 45° autour dudit élément.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément d'antenne (12) d'émission ou de réception et le réseau d'éléments d'antenne (14) parasites associés individuellement aux charges reconfigurables (15) font partie d'un réseau (1) d'éléments d'antenne reconfigurable.
  6. Procédé de configuration du système antennaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes :
    a) identifier (93), parmi un ensemble de données de référence, les données de référence représentatives des diagrammes (Dk) de rayonnement du système en présence de perturbations les plus proches possible des données représentatives du diagramme (Di, Dp) de rayonnement du système ; et
    b) ajuster (94) les valeurs d'impédance des charges reconfigurables (15) en fonction des données de référence identifiées.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, à l'étape b), les valeurs d'impédance des charges reconfigurables (15) sont ajustées à des valeurs de référence associées aux données de référence identifiées à l'étape a).
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, comprenant en outre, préalablement à l'étape a), une étape d'enregistrement (85) des données de référence.
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