EP4643477A1 - Procédé de calibration d'une antenne réseau d'émission à commande de phase de type aesa et système de calibration associé - Google Patents

Procédé de calibration d'une antenne réseau d'émission à commande de phase de type aesa et système de calibration associé

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Publication number
EP4643477A1
EP4643477A1 EP23838139.6A EP23838139A EP4643477A1 EP 4643477 A1 EP4643477 A1 EP 4643477A1 EP 23838139 A EP23838139 A EP 23838139A EP 4643477 A1 EP4643477 A1 EP 4643477A1
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
signal
transmission
module
transmitting
Prior art date
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Pending
Application number
EP23838139.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Noel Rozec
Jacques Eudes
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/10Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H04B17/12Monitoring; Testing of transmitters for calibration of transmit antennas, e.g. of the amplitude or phase
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements 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
    • H01Q3/267Phased-array testing or checking devices
    • HELECTRICITY
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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/20Monitoring; Testing of receivers
    • H04B17/29Performance testing
    • H04B17/296Monitoring performance during normal operation
    • HELECTRICITY
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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/318Received signal strength
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B17/20Monitoring; Testing of receivers
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    • H04B17/254Monitoring; Testing of receivers taking multiple measurements measuring at different reception times
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/336Signal-to-interference ratio [SIR] or carrier-to-interference ratio [CIR]

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating an AESA type phased transmission array antenna.
  • the present invention also relates to a calibration system associated with such a method.
  • phased array antennas or “phased array antenna” in English
  • AESA type array antennas from the English “Active Electronically Scanned Array”.
  • the two-dimensional pointing in a direction by such an antenna is obtained by applications of phase (and/or delay) and amplitude weights appropriate to the radiating elements.
  • amplitudes and phases can be generated by digital controls on analog components, also called ABF components (from the English “Analog Beam Forming”). These components can include different amplifiers with controllable gain, programmable phase shifters, programmable delay lines, etc.
  • the aforementioned type of antenna can be used in radiocommunication in general (for example of the Satcom GEO, MEO, LEO type, X, Ku, Ka bands, etc.) as well as in radars.
  • one of these methods consists of carrying out a purely factory calibration in the hope that this calibration can last the entire life of the antenna.
  • Another one Calibration method consists of determining maintenance periods during which the antenna is not operational.
  • One of the objectives of the present invention is to provide regular calibration of an AESA type array antenna throughout its life cycle without interruption of its nominal operation.
  • the invention relates to a method for calibrating an AESA type phased transmission array antenna, the transmission array antenna comprising:
  • an analog beam forming module capable of forming for each transmission element an elementary signal to be transmitted from a radio frequency signal
  • the process includes the following steps:
  • the process comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
  • each emission element corresponds to a radiating element or to a pattern formed of a plurality of radiating elements
  • the introduction of the particular modulation comprises the introduction into the elementary signal to be transmitted of a phase and/or delay and/or amplitude code in each predetermined AT time interval;
  • the measurement of the effect of the particular modulation comprises n power measurements of the received signal, n being advantageously greater than 1 and chosen according to a signal-to-noise ratio necessary to measure the particular modulation;
  • the calibration parameters of a transmission element include phase and/or amplitude weights associated with this transmission element
  • the measured effect is transmitted with a date of reception of the signal by the other antenna.
  • the present invention also relates to a system for calibrating an AESA type phased transmission array antenna, comprising:
  • the first module and the second module are configured to implement at least certain steps of the method as defined previously.
  • Figure 1 is a schematic view of a calibration system for a transmitting network antenna to be calibrated, according to the invention
  • Figure 2 is a schematic view of a transmission module of the transmission network antenna of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic view of a pattern forming part of the emission module of Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic view of a control unit associated with a group of radiating elements of the pattern of Figure 3;
  • Figure 5 is a flowchart of a calibration process implemented at least partially by the calibration system of Figure 1.
  • Figure 1 in fact illustrates a calibration system 10 of a transmission network antenna to be calibrated 1 1 using a reception antenna 11' connected to this transmission network antenna 11 and another antenna 12 communicating with the antenna reception 11'.
  • This calibration system 10 comprises a first module 21 integrated into the antennas 11, 11' and a second module 22 integrated into the other antenna 12.
  • the transmitting array antenna to be calibrated 1 1 is an AESA (Active Electronically Scanned Array) type phased array antenna.
  • This network antenna 11 comprises a transmission assembly 25 adapted to transmit radio signals to another antenna.
  • the transmission assembly 25 comprises a transmission module 31 making it possible to transmit a beam of elementary signals, a beam forming module 32 making it possible to form a beam of elementary signals from a radio frequency signal, a modem 33 making it possible to generate the radio frequency signal from the useful data and a control module 34 making it possible to control the operation of the components of the transmission assembly 25.
  • the control module 34 is for example of the ACU type (from the English “Antenna Control Unit”) usable to point the transmitting antenna 1 1 in the desired direction. This module 34 is in particular configured to control the operation of the beam forming module 32 and the transmission module 31.
  • the control module 34 notably includes a calibration table comprising calibration parameters for each emission element explained in more detail below. These calibration parameters include in particular phase (and/or delay) and amplitude weights which must be applied to the corresponding transmission element when transmitting an elementary signal.
  • the modem 33 is for example known per se. In particular, it makes it possible to generate a radio frequency signal from useful data.
  • the useful data are the data to be transmitted by the transmitting antenna 11 which are generated for example by an external calculation unit.
  • Figure 2 illustrates an example of the respective arrangement of the transmission module 31 and the beam forming module 32.
  • the transmission module 31 comprises a plurality of tiles 40-1, ..., 40-N.
  • the tiles 40-1, ..., 40-N have different physical entities arranged for example on a support of the transmitting antenna 11 separately from one another.
  • the slabs 40-1, ..., 40-N are for example substantially identical to each other.
  • the number N of tiles varies for example between 1 to 10.
  • Each slab 40-1, 40-N comprises a plurality of patterns 41 -1, ..., 41 -K arranged on an exterior surface of this slab. As can be seen in Figure 2, these patterns form for example at least two lines and at least two columns on the surface of the corresponding slab.
  • the radiating elements can be arranged in a circle or have any other arrangement and the patterns can be adapted to this arrangement.
  • the size of a pattern can be chosen to avoid intra-pattern calibration such as radiating element by radiating element for example.
  • the number K of patterns per tile varies for example from 4 to 16.
  • Each pattern 41 -1, ..., 41 -K presents for example a printed circuit on which a plurality of radiating elements are arranged. According to another example, the radiating elements can be horns.
  • the patterns 41 -1, ..., 41-K are for example substantially similar to each other. Thus, subsequently, only pattern 41 -1 will be explained in more detail with reference to Figure 3.
  • the pattern 41 -1 comprises a plurality of radiating elements 42-1, ..., 42-M.
  • the number L of radiating elements is equal to 64.
  • the radiating elements 42-1, ..., 42-M form a matrix on the corresponding pattern 41 -1.
  • the radiating elements 42-1, ..., 42-M are grouped into a plurality of groups within the same pattern 41 -1.
  • each group is composed of four adjacent radiating elements 42-1, ..., 42-M.
  • 16 groups of radiating elements are therefore formed.
  • Each group of radiating elements is controlled by the same control unit, as will be explained in more detail later.
  • the beam forming module 32 is an analog module making it possible to generate an elementary signal to be transmitted for each radiating element 42-1, ..., 42- M from the radio frequency signal delivered by the modem 33.
  • the beam forming module 32 comprises a conversion unit 45, for example of the BUC (Block Up Converter) type, making it possible to convert the frequency of the radio frequency signal delivered by the modem 33 into a frequency at transmit in a range, such as for example the “L”, “Ku” or “Ka” band.
  • BUC Block Up Converter
  • the beam forming module 32 further comprises at least three levels of signal separators making it possible to generate an elementary signal for each radiating element 42-1, ..., 42-M.
  • These separators have amplifiers with controllable gain and programmable phase shifters (and/or delays) making it possible to generate a beam of elementary signals according to techniques known per se.
  • a first level of separators comprises a single separator 51 making it possible to separate the signal delivered by the conversion unit 45 between the tiles 40-1, , 41 -N.
  • a second level of separators comprises N separators 52-1, ..., 52-N.
  • Each separator of the second level 52-1, ..., 52-N is associated with one of the tiles 40-1, ..., 40-N and makes it possible to separate the signal received by this tile between the different patterns 41 -1, ..., 41 -K.
  • a third level of separators comprises, for each pattern 41 -1, ..., 41-K in each slab 40-1, ..., 40-N, a separator 53 making it possible to separate the signal delivered to the corresponding pattern between the different groups of radiating elements forming this pattern. Such a separator 53 is visible in Figure 3.
  • the beam forming module 32 further comprises a control unit 55 associated with each group of radiating elements and making it possible to generate an elementary signal for each radiating element of this group from the signal delivered by the corresponding separator 53 of the third level .
  • control unit 55 is associated with a group of radiating elements formed of four radiating elements 42-1, ..., 42 -Mr.
  • this unit 55 makes it possible to generate 4 elementary signals for the corresponding radiating elements 42-1, ..., 42-M, according to a predetermined logic.
  • the receiving antenna 11' is for example also an array antenna.
  • the receiving antenna 11' comprises a receiving assembly 26 adapted to receive radio signals from other antennas.
  • the reception assembly 26 is for example substantially symmetrical to the transmission assembly 25.
  • the reception assembly 26 comprises a reception module 61 making it possible to receive a beam of elementary signals, a radio frequency signal formation module 62 making it possible to form from the beam of elementary signals received a single radio frequency signal, a modem 63 capable of generating useful data from the received radio frequency signal and a control module 64 capable of controlling the operation of the different components of the reception assembly 66.
  • a reception module 61 making it possible to receive a beam of elementary signals
  • a radio frequency signal formation module 62 making it possible to form from the beam of elementary signals received a single radio frequency signal
  • a modem 63 capable of generating useful data from the received radio frequency signal
  • a control module 64 capable of controlling the operation of the different components of the reception assembly 66.
  • the reception assembly 26 may be different from the transmission assembly 25 and may have a simplified structure, for example example a structure comprising a conventional radio frequency antenna of the parabolic type for example.
  • the antenna 12 (also designated by the term “other antenna”) presents any antenna capable of receiving and transmitting radio signals coming from and intended for the network antenna 11.
  • such communication between the two antennas 11, 12 is carried out via one or more satellites 70, for Satcom links.
  • the antenna 12 comprises for example a transmission/reception module 72 capable of transmitting/receiving radio signals and a modem 73 capable of forming radio signals to be transmitted from useful data and of generating useful data from the signals received.
  • the antenna 12 is also an array antenna similar, for example, to the antennas 11, 11'.
  • the first module 21 of the calibration system 10 is integrated into the antennas 11, 11' and the second module 22 is integrated into the other antenna 12.
  • the first module 21 makes it possible to introduce a particular (or marking) modulation into the elementary signal emitted by each transmission element, according to a predetermined logic.
  • emission element we mean either a radiating element 42-1, ..., 42-M, or a pattern 41 -1, ..., 41-K.
  • the first module 21 includes a training unit in each separator of each level of separators as well as in the control unit 55 of each group of radiating elements.
  • a training unit 81 is associated with the separator 51
  • a training unit 82-1, ..., 82-N is associated with each separator 52-1, ..., 52 -N
  • a training unit 83 is associated with each separator 53
  • a training unit 84 is associated with each control unit 55 of the group of corresponding radiating elements.
  • Each of these training units 81 to 84 is capable of introducing a particular desired modulation into the corresponding elementary signal.
  • the first module 21 comprises a control unit (not shown) capable of controlling the operation of all the training units 81 to 84.
  • This control unit is integrated for example in the control module 34 of the emission set 25.
  • the second module 22 comprises a measurement unit integrated into the transmission/reception module 72 of the other antenna 12 and a transmission unit integrated into the modem 73 of the other antenna 12.
  • the measurement unit is capable of demodulate the effect of a particular modulation introduced into one of the elementary signals composing the signal from the transmitting network antenna.
  • the transmission unit is capable of transmitting the measured effect to the reception antenna 11'.
  • the first module 21 and the second module 22 of the calibration system 10 are capable of implementing at least certain steps of the calibration process of the transmitting network antenna 1 1. This process will now be described in detail with reference to Figure 5 presenting a flowchart of its steps.
  • the purpose of this process is to calibrate the transmitting elements during operation in nominal mode of the transmitting network antenna 11.
  • the steps described below are implemented during the transmission of useful data by the transmitting antenna 11 without significant degradation of the quality of its service.
  • the first module 21 of the system 10 selects a transmission element to test.
  • a transmission element to test corresponds either to a radiating element 42-1, ..., 42-M, or to a pattern 41 -1, ..., 41-K.
  • the selection can be done for example according to a predetermined rule.
  • This rule can for example include the selection of an emission element according to an order defined by its position on the tile and/or the corresponding pattern.
  • the first module 22 introduces a particular modulation into the elementary signal to be transmitted by the transmission element to be tested, through the training units explained previously. This is then done in place of or in addition to the nominal elementary signal to be transmitted by this transmitting element.
  • This particular modulation includes for example the introduction into the elementary signal to be transmitted, of an additional phase (and/or delay) and amplitude, in each predetermined time interval AT.
  • the transmitting element corresponds to a pattern
  • such a particular modulation is introduced into the elementary signals of all the radiating elements forming such a pattern.
  • the transmitting element corresponds to a radiating element
  • such a particular modulation is introduced into the elementary signal of this radiating element.
  • a particular modulation may present an amplitude-phase code, or amplitude/delay or combined amplitude-phase-delay which is superimposed on the elementary signal which should normally be emitted by the corresponding transmitting element depending on the operating mode. nominal of the transmitting network antenna 11.
  • the rhythm of the code (change frequency) is chosen for example double the level rhythm or the frame rhythm of the modem 34 of the transmitting network antenna 11 and is synchronous with the modem 73 of the other antenna 12.
  • the particular modulation introduced into the elementary signal at this stage may include a phase alternation, for example of -45°/+45°.
  • the transmitting network antenna 1 1 emits a beam of elementary signals (that is to say nominal elementary signals except one which is modified) by all of the radiating elements 42-1 , ... , 42-M.
  • the other antenna 12 receives a signal formed from the beam emitted by the transmitting network antenna 11.
  • the second module 22 of the calibration system 10 performs n power measurements of the received signal and measures an effect of the particular modulation on this signal.
  • the number n of measurements is advantageously greater than 1 and less, for example, than 1000.
  • the number n of measurements is adapted to the signal-to-noise ratio necessary to correctly measure the particular modulation.
  • the number n also depends on the nature of the emitting element (radiating element or pattern).
  • the powers P1 and P2 can be written as follows: a*b is the total number of patterns (a patterns in a row and b patterns in a column) or the total number of radiators minus the selected radiator.
  • the error a relative to +45/-45°, is characterized by the power ratio 1 - (P1/P2).
  • the second module 22 of the calibration system 10 transmits the measured effect to the reception antenna 11'.
  • This effect is dated for example from the date of reception of the corresponding signal.
  • This effect is transmitted in the form of useful data using the radio frequency link between the two antennas 11 ', 12 in a conventional manner.
  • the first module 21 of the calibration system 10 analyzes the measured effect received, determines the emission element corresponding to this effect using the date thereof and corrects the calibration parameters of this emission element. In particular, these parameters are for example corrected so as to minimize the measured effect.
  • steps 1 10 to 170 are repeated in relation to another emission element.
  • the invention makes it possible to calibrate a transmitting network antenna throughout its life cycle without degrading the service provided. Indeed, during calibration, the transmitting network antenna operates normally and the particular modulation introduced at the level of a single transmitting element does not degrade the quality of service provided by this antenna.
  • the method according to the invention can be applied an unlimited number of times for all emission elements.
  • each particular modulation introduced can be controlled and varied for example to adapt the calibration to a particular type of variations which may occur throughout the life cycle of the array antenna.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de calibration d'une antenne réseau d'émission (11), comprenant les étapes suivantes : - sélection (110) d'un élément d'émission à tester; - introduction (120) d'une modulation particulière dans le signal élémentaire à émettre par l'élément d'émission à tester; - émission (130) d'un faisceau de signaux élémentaires; - réception (140) par une autre antenne (12) d'un signal formé du faisceau émis; - mesure (150) d'un effet de la modulation particulière introduite sur la puissance du signal reçu; - transmission (160) à une antenne de réception (11') reliée à l'antenne réseau d'émission à calibrer de l'effet mesuré; - correction (170) de paramètres de calibration de l'élément d'émission à tester.

Description

DESCRIPTION
TITRE :
Procédé de calibration d’une antenne réseau d’émission à commande de phase de type AESA et système de calibration associé
La présente invention concerne un procédé de calibration d’une antenne réseau d’émission à commande de phase de type AESA.
La présente invention concerne également un système de calibration associé à un tel procédé.
En particulier, le domaine technique de l’invention concerne les antennes réseau à commande de phase (ou « phased array antenna » en anglais) et notamment les antennes réseau de type AESA (de l’anglais « Active Electronically Scanned Array »).
De manière connue en soi, le pointage bidimensionnel selon une direction par une telle antenne est obtenu par applications de poids de phase (et/ou de retard) et d’amplitude appropriés aux éléments rayonnants.
Ces amplitudes et phases peuvent être générées par commandes numériques sur des composants analogiques, appelés également composants ABF (de l’anglais « Analog Beam Forming »). Ces composants peuvent comprendre différents amplificateurs à gain commandable, déphaseurs programmables, lignes à retards programmables, etc.
Le type d’antenne précité est utilisable dans la radiocommunication en général (par exemple de type Satcom GEO, MEO, LEO, bandes X, Ku, Ka, etc.) ainsi que dans les radars.
Pour ce type d’antenne, il existe un besoin consistant à garantir les niveaux de lobes secondaires vis-à-vis des normes de radiocommunication. Pour cela, il est généralement nécessaire d’effectuer un calibrage de différents éléments formant l’antenne suite à des variations intervenues lors de son cycle de vie.
Ces variations peuvent intervenir dans les différents composants de l’antenne et peuvent être causées par de multiples raisons. Parmi ces raisons, on peut citer notamment les conditions externes (température, humidité, etc.), l’alimentation, les vibrations, le vieillissement de matériaux, etc.
L’état de la technique propose déjà quelques méthodes de calibration de ce type d’antenne.
Ainsi, une de ces méthodes consiste à effectuer une calibration purement en usine en espérant que cette calibration pourra durer toute la durée de vie de l’antenne. Une autre méthode de calibration consiste à déterminer des périodes de maintenance lors desquelles l’antenne n’est pas opérationnelle.
On conçoit alors que les méthodes de l’état de la technique ne sont pas satisfaisantes et ne permettent notamment pas d’effectuer une calibration régulière de l’antenne réseau sans interrompre son fonctionnement.
Un des objectifs de la présente invention est de proposer une calibration régulière d’une antenne réseau de type AESA tout au long de son cycle de vie et cela sans interruption de son fonctionnement nominal.
À cet effet, l’invention concerne un procédé de calibration d’une antenne réseau d’émission à commande de phase de type AESA, l’antenne réseau d’émission comprenant :
- une pluralité d’éléments d’émission ;
- un module analogique de formation de faisceaux apte à former pour chaque élément d’émission un signal élémentaire à émettre à partir d’un signal radiofréquence ;
- un modem apte à générer le signal radiofréquence.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
- sélection d’un élément d’émission à tester ;
- introduction d’une modulation particulière dans le signal élémentaire à émettre par l’élément d’émission à tester ;
- émission d’un faisceau de signaux élémentaires par l’ensemble des éléments rayonnants ;
- réception par une autre antenne d’un signal formé du faisceau émis ;
- mesure d’un effet de la modulation particulière introduite sur la puissance du signal reçu ;
- transmission à une antenne de réception reliée à l’antenne réseau d’émission à calibrer de l’effet mesuré ;
- correction de paramètres de calibration de l’élément d’émission à tester en fonction de l’effet mesuré.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque élément d’émission correspond à un élément rayonnant ou à un motif formé d’une pluralité d’éléments rayonnants ;
- les étapes du procédé sont réitérées pour chaque élément d’émission de l’antenne réseau d’émission à calibrer ; - les étapes du procédé sont réitérées lors du fonctionnement de l’antenne réseau d’émission en mode nominal ;
- l’introduction de la modulation particulière comprend l’introduction dans le signal élémentaire à émettre d’un code en phase et/ou en retard et/ou en amplitude dans chaque intervalle temporel AT prédéterminé ;
- l’intervalle temporel AT prédéterminé est connu de l’autre antenne ;
- la mesure de l’effet de la modulation particulière comprend n mesures de puissance du signal reçu, n étant avantageusement supérieur à 1 et choisi en fonction d’un rapport signal à bruit nécessaire pour mesurer la modulation particulière ;
- les paramètres de calibration d’un élément d’émission comprennent des poids de phase et/ou d’amplitude associés à cet élément d’émission ;
- l’effet mesuré est transmis avec une date de réception du signal par l’autre antenne.
La présente invention a également pour objet un système de calibration d’une antenne réseau d’émission à commande de phase de type AESA, comprenant :
- un premier module intégré dans l’antenne réseau d’émission à calibrer et dans l’antenne de réception reliée à l’antenne réseau d’émission ;
- un deuxième module intégré dans une autre antenne apte à communiquer directement ou indirectement avec l’antenne de réception.
Le premier module et le deuxième module sont configurés pour mettre en œuvre au moins certaines étapes du procédé tel que défini précédemment.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- [Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d’un système de calibration d’une antenne réseau d’émission à calibrer, selon l’invention ;
- [Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique d’un module d’émission de l’antenne réseau d’émission de la figure 1 ;
- [Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique d’un motif faisant partie du module d’émission de la figure 2 ;
- [Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique d’une unité de contrôle associée à un groupe d’éléments rayonnants du motif de la figure 3 ; et
- [Fig. 5] la figure 5 est un organigramme d’un procédé de calibration mis en œuvre au moins partiellement par le système de calibration de la figure 1 . La figure 1 illustre en effet un système de calibration 10 d’une antenne réseau d’émission à calibrer 1 1 en utilisant une antenne de réception 11’ reliée à cette antenne réseau d’émission 11 et une autre antenne 12 communiquant avec l’antenne de réception 11 ’. Ce système de calibration 10 comprend un premier module 21 intégré dans les antennes 11 , 11’ et un deuxième module 22 intégré dans l’autre antenne 12.
L’antenne réseau d’émission à calibrer 1 1 est une antenne réseau à commande de phase de type AESA (de l’anglais « Active Electronically Scanned Array »). Cette antenne réseau 11 comprend un ensemble d’émission 25 adapté pour émettre des signaux radioélectriques vers une autre antenne.
L’ensemble d’émission 25 comprend un module d’émission 31 permettant d’émettre un faisceau de signaux élémentaires, un module de formation de faisceaux 32 permettant de former un faisceau de signaux élémentaires à partir d’un signal radiofréquence, un modem 33 permettant de générer le signal radiofréquence à partir des données utiles et un module de commande 34 permettant de contrôler le fonctionnement des composants de l’ensemble d’émission 25.
Le module de commande 34 est par exemple de type ACU (de l’anglais « Antenna Control Unit ») utilisable pour pointer l’antenne d’émission 1 1 dans la direction désirée. Ce module 34 est notamment configuré pour contrôler le fonctionnement du module de formation de faisceaux 32 et du module d’émission 31.
Le module de commande 34 comprend notamment une table de calibration comprenant des paramètres de calibration pour chaque élément d’émission expliqué plus en détail par la suite. Ces paramètres de calibration comprennent notamment des poids de phase (et/ou de retard) et d’amplitude devant être appliqués à l’élément d’émission correspondant lors de l’émission d’un signal élémentaire.
Le modem 33 est par exemple connu en soi. Il permet notamment de générer un signal radiofréquence à partir de données utiles. Les données utiles sont les données à transmettre par l’antenne d’émission 11 qui sont générées par exemple par une unité de calcul externe.
La figure 2 illustre un exemple d’agencement respectif du module d’émission 31 et du module de formation de faisceaux 32.
Dans l’exemple de cette figure 2, le module d’émission 31 comprend une pluralité de dalles 40-1 , ... , 40-N. Les dalles 40-1 , ... , 40-N présentent des entités physiques différentes agencées par exemple sur un support de l’antenne d’émission 1 1 de manière séparée l’une de l’autre. Les dalles 40-1 , ... , 40-N sont par exemple sensiblement identiques entre elles. À titre d’exemple, le nombre N de dalles varie par exemple entre 1 à 10. Chaque dalle 40-1 , 40-N comprend une pluralité de motifs 41 -1 , ... , 41 -K disposés sur une surface extérieure de cette dalle. Comme cela est visible sur la figure 2, ces motifs forment par exemple au moins deux lignes et au moins deux colonnes sur la surface de la dalle correspondante. Selon d’autres exemples, les éléments rayonnants peuvent être disposés en cercle ou avoir toute autre disposition et les motifs peuvent être adaptés à cette disposition. La taille d’un motif peut être choisie pour éviter une calibration intra-motif de type élément rayonnant par élément rayonnant par exemple. Le nombre K de motifs par dalle varie par exemple de 4 à 16.
Chaque motif 41 -1 , ... , 41 -K présente par exemple un circuit imprimé sur lequel sont disposés une pluralité d’éléments rayonnants. Selon un autre exemple, les éléments rayonnants peuvent être des cornets. Les motifs 41 -1 , ... , 41-K sont par exemple sensiblement analogues entre eux. Ainsi, par la suite, seul le motif 41 -1 sera expliqué plus en détail en référence à la figure 3.
En référence à cette figure 3, le motif 41 -1 comprend une pluralité d’éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M. Dans l’exemple de cette figure, le nombre L d’éléments rayonnants est égal à 64. Les éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M forment une matrice sur le motif 41 -1 correspondant. Par ailleurs, les éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M sont regroupés en une pluralité de groupes au sein du même motif 41 -1. Dans l’exemple de la figure 3, chaque groupe est composé de quatre éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M adjacents. Dans cet exemple, 16 groupes d’éléments rayonnants sont donc formés. Chaque groupe d’éléments rayonnants est contrôlé par une même unité de contrôle, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite.
Le module de formation de faisceaux 32 est un module analogique permettant de générer un signal élémentaire à transmettre pour chaque élément rayonnant 42-1 , ... , 42- M à partir du signal radiofréquence délivré par le modem 33.
Pour ce faire, le module de formation de faisceaux 32 comprend une unité de conversion 45 par exemple de type BUC (de l’anglais « Block Up Converter ») permettant de convertir la fréquence du signal radiofréquence délivré par le modem 33 en une fréquence à émettre dans une gamme, telle que par exemple la bande « L », « Ku » ou « Ka ».
Le module de formation de faisceaux 32 comprend en outre au moins trois niveaux de séparateurs de signaux permettant de générer un signal élémentaire pour chaque élément rayonnant 42-1 , ... , 42-M. Ces séparateurs présentent des amplificateurs à gain commandable et des déphaseurs (et/ou des retards) programmables permettant de générer un faisceau de signaux élémentaires selon des techniques connues en soi. En particulier, comme cela est visible sur la figure 2, un premier niveau de séparateurs comprend un seul séparateur 51 permettant de séparer le signal délivré par l’unité de conversion 45 entre les dalles 40-1 , , 41 -N. Un deuxième niveau de séparateurs comprend N séparateurs 52-1 , ... , 52-N. Chaque séparateur du deuxième niveau 52-1 , ... , 52-N est associé à l’une des dalles 40-1 , ... , 40-N et permet de séparer le signal reçu par cette dalle entre les différents motifs 41 -1 , ... , 41 -K. Enfin, un troisième niveau de séparateurs comprend par chaque motif 41 -1 , ... , 41-K dans chaque dalle 40-1 , ... , 40-N, un séparateur 53 permettant de séparer le signal délivré au motif correspondant entre les différents groupes d’éléments rayonnants formant ce motif. Un tel séparateur 53 est visible sur la figure 3.
Le module de formation de faisceaux 32 comprend en outre une unité de contrôle 55 associée à chaque groupe d’éléments rayonnants et permettant de générer un signal élémentaire pour chaque élément rayonnant de ce groupe à partir du signal délivré par le séparateur 53 correspondant du troisième niveau.
Un exemple d’une telle unité de contrôle 55 est représenté sur la figure 4. Selon cet exemple, l’unité de contrôle 55 est associée à un groupe d’éléments rayonnants formé de quatre éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M. Ainsi, à partir d’un signai s délivré par le séparateur 53 correspondant, cette unité 55 permet de générer 4 signaux élémentaires pour les éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M correspondants, selon une logique prédéterminée.
L’antenne de réception 11’ est par exemple également une antenne réseau. L’antenne de réception 11’ comprend un ensemble de réception 26 adapté pour recevoir des signaux radioélectriques issus d’autres antennes. L’ensemble de réception 26 est par exemple sensiblement symétrique à l’ensemble d’émission 25.
En particulier, en référence à la figure 1 , l’ensemble de réception 26 comprend un module de réception 61 permettant de recevoir un faisceau de signaux élémentaires, un module de formation de signaux radiofréquence 62 permettant de former à partir du faisceau de signaux élémentaires reçu un signal radiofréquence unique, un modem 63 apte à générer à partir du signal radiofréquence reçu des données utiles et un module de commande 64 apte à contrôler le fonctionnement des différents composants de l’ensemble de réception 66. Ces différents composants sont analogues et symétriques à ceux décrits précédemment en relation avec l’ensemble d’émission 25 et ne seront pas décrits en détail par la suite.
Selon un autre mode de réalisation, l’ensemble de réception 26 peut être est différent de l’ensemble d’émission 25 et peut présenter une structure simplifiée, par exemple une structure comprenant une antenne radiofréquence conventionnelle de type parabole par exemple.
L’antenne 12 (désignée également par le terme « autre antenne ») présente toute antenne apte à recevoir et à transmettre des signaux radioélectriques issus de et destinés à l’antenne réseau 11. Dans l’exemple de la figure 1 , une telle communication entre les deux antennes 11 , 12 s’effectue via un ou plusieurs satellites 70, pour des liaisons Satcom.
L’antenne 12 comprend par exemple un module d’émission/réception 72 apte à transmettre/recevoir des signaux radioélectriques et un modem 73 apte à former des signaux radioélectriques à émettre à partir des données utiles et à générer des données utiles à partir des signaux radioélectriques reçus.
Dans certains exemples, l’antenne 12 est également une antenne réseau analogue par exemple aux antennes 11 , 11’.
Comme indiqué précédemment, le premier module 21 du système de calibration 10 est intégré dans les antennes 1 1 , 11’ et le deuxième module 22 est intégré dans l’autre antenne 12.
En particulier, le premier module 21 permet d’introduire une modulation particulière (ou marquant) dans le signal élémentaire émis par chaque élément d’émission, selon une logique prédéterminée. Dans la suite de la description, par élément d’émission, on entend soit un élément rayonnant 42-1 , ... , 42-M, soit un motif 41 -1 , ... , 41-K.
Pour ce faire, le premier module 21 comprend une unité de formation dans chaque séparateur de chaque niveau de séparateurs ainsi que dans l’unité de contrôle 55 de chaque groupe d’éléments rayonnants. En particulier, dans l’exemple des figures, une unité de formation 81 est associée au séparateur 51 , une unité de formation 82-1 , ... , 82-N est associée à chaque séparateur 52-1 , ... , 52-N, une unité de formation 83 est associée à chaque séparateur 53 et une unité de formation 84 est associée à chaque unité de contrôle 55 du groupe d’éléments rayonnants correspondants. Chacune de ces unités de formation 81 à 84 est apte à introduire dans le signal élémentaire correspondant une modulation particulière voulue.
En outre, le premier module 21 comprend une unité de pilotage (non-représentée) apte à contrôler le fonctionnement de l’ensembles des unités de formation 81 à 84. Cette unité de pilotage est intégrée par exemple dans le module de contrôle 34 de l’ensemble d’émission 25.
Le deuxième module 22 comprend une unité de mesure intégrée dans le module d’émission/réception 72 de l’autre antenne 12 et une unité de transmission intégrée dans le modem 73 de l’autre antenne 12. L’unité de mesure est apte à démoduler l’effet d’une modulation particulière introduite dans un des signaux élémentaires composant le signal issu de l’antenne réseau d’émission. L’unité de transmission est apte à transmettre l’effet mesuré à l’antenne de réception 11 ’.
Le premier module 21 et le deuxième module 22 du système de calibration 10 sont aptes à mettre en œuvre au moins certaines étapes du procédé de calibration de l’antenne réseau d’émission 1 1 . Ce procédé sera désormais décrit en détail en référence à la figure 5 présentant un organigramme de ses étapes.
Ce procédé a pour but de calibrer les éléments d’émission lors du fonctionnement en mode nominal de l’antenne réseau d’émission 11 . Autrement dit, les étapes décrites ci- dessous sont mises en œuvre pendant la transmission des données utiles par l’antenne d’émission 1 1 sans dégradation significative de la qualité de son service.
Lors d’une étape initiale 110, le premier module 21 du système 10 sélectionne un élément d’émission à tester. Comme indiqué précédemment, un tel élément à tester correspond soit à un élément rayonnant 42-1 , ... , 42-M, soit à un motif 41 -1 , ... , 41-K.
La sélection peut se faire par exemple selon une règle prédéterminée. Cette règle peut par exemple comprendre la sélection d’un élément d’émission selon un ordre défini par sa position sur la dalle et/ou le motif correspondant(e).
Lors d’une étape suivante 120, le premier module 22 introduit une modulation particulière dans le signal élémentaire à émettre par l’élément d’émission à tester, à travers les unités de formation expliquées précédemment. Cela se fait alors en place ou en supplément du signal élémentaire nominal à émettre par cet élément d’émission.
Cette modulation particulière comprend par exemple l’introduction dans le signal élémentaire à émettre, d’une phase (et/ou retard) et amplitude supplémentaires, dans chaque intervalle temporel AT prédéterminé.
Lorsque l’élément d’émission correspond à un motif, une telle modulation particulière est introduite dans les signaux élémentaires de tous les éléments rayonnants formant un tel motif. Lorsque l’élément d’émission correspond à un élément rayonnant, une telle modulation particulière est introduite dans le signal élémentaire de cet élément rayonnant.
En particulier, une modulation particulière peut présenter un code d’amplitude- phase, ou amplitude/retard ou combiné amplitude-phase-retard qui est superposé au signal élémentaire devant normalement être émis par l’élément d’émission correspondant selon le mode de fonctionnement nominal de l’antenne réseau d’émission 11 .
Le rythme du code (fréquence de changement) est choisi par exemple double du rythme palier ou du rythme trame du modem 34 de l’antenne réseau d’émission 1 1 et est synchrone du modem 73 de l’autre antenne 12. À titre d’exemple, la modulation particulière introduite dans le signal élémentaire à ce stade peut comprendre une alternance en phase, par exemple de -45°/+45°.
Lors de l’étape suivante 130, l’antenne réseau d’émission 1 1 émet un faisceau de signaux élémentaires (c’est-à-dire signaux élémentaires nominaux sauf un qui est modifié) par l’ensemble des éléments rayonnants 42-1 , ... , 42-M.
En particulier, lors de cette émission, seul un signal élémentaire se trouve modifié et les autres signaux élémentaires sont émis selon le mode de fonctionnement nominal de l’antenne réseau d’émission 11 .
Lors de l’étape suivante 140, l’autre antenne 12 reçoit un signal formé du faisceau émis par l’antenne réseau d’émission 11 .
Lors de l’étape suivante 150, le deuxième module 22 du système de calibration 10 effectue n mesures de puissance du signal reçu et mesure un effet de la modulation particulière sur cette signal. Le nombre n de mesures est avantageusement supérieur à 1 et inférieur par exemple à 1000. De manière générale, le nombre n de mesures est adapté au rapport signal à bruit nécessaire pour mesurer correctement la modulation particulière. Le nombre n dépend également de la nature de l’élément d’émission (élément rayonnant ou motif).
Cela peut se faire en analysant les n puissances successives reçues dans le temps, tous les AT, en les normalisant en puissance tous les 2AT, afin d’être indépendant des variations de propagation et de fréquences émises, par exemple.
Dans l’exemple précédent avec une alternance en amplitude, deux niveaux de puissance P1 et P2 aux instants successifs peuvent alors être mesurées.
Par exemple, soit a l’erreur de phase en radian à corriger liée à l’élément d’émission sous test, supposée petite. Dans ce cas, les puissances P1 et P2 peuvent s’écrire comme suit : a*b est le nombre total de motifs (a motifs sur une ligne et b motifs sur une colonne) ou le nombre total d’éléments rayonnants moins l’élément rayonnant sélectionné.
L’erreur a, par rapport à +45/-45°, est caractérisée par le rapport de puissance 1 - (P1/P2).
Lors de l’étape suivante 160, le deuxième module 22 du système de calibration 10 transmet l’effet mesuré à l’antenne de réception 1 1 ’. Cet effet est daté par exemple de la date de réception du signal correspondant. Cet effet est transmis sous la forme de données utiles en utilisant la liaison radiofréquence entre les deux antennes 11 ’, 12 de manière conventionnelle. Lors de l’étape suivante 170, le premier module 21 du système de calibration 10 analyse l’effet mesuré reçu, détermine l’élément d’émission correspondant à cet effet en utilisant la date de celui-ci et corrige les paramètres de calibration de cet élément d’émission. En particulier, ces paramètres sont par exemple corrigés de sorte à minimiser l’effet mesuré.
Puis, les étapes 1 10 à 170 sont réitérées en relation avec un autre élément d’émission.
On conçoit alors que la présente invention présente un certain nombre d’avantages.
En particulier, l’invention permet de calibrer une antenne réseau d’émission tout au long de son cycle de vie sans dégradation du service fourni. En effet, lors de la calibration, l’antenne réseau d’émission fonctionne normalement et la modulation particulière introduite au niveau d’un seul élément d’émission ne dégrade pas la qualité de service fourni par cette antenne. De plus, le procédé selon l’invention peut être appliqué un nombre illimité de fois pour tous les éléments d’émission. Enfin, chaque modulation particulière introduite peut être contrôlée et variée par exemple pour adapter la calibration à un type particulier de variations qui peuvent survenir tout au long du cycle de vie de l’antenne réseau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de calibration d’une antenne réseau d’émission (1 1 ) à commande de phase de type AESA, l’antenne réseau d’émission (11 ) comprenant :
- une pluralité d’éléments d’émission ;
- un module analogique de formation de faisceaux (32) apte à former pour chaque élément d’émission un signal élémentaire à émettre à partir d’un signal radiofréquence ;
- un modem (33) apte à générer le signal radiofréquence à partir de données utiles à transmettre ; le procédé comprenant les étapes suivantes :
- sélection (110) d’un élément d’émission à tester ;
- introduction (120) d’une modulation particulière dans le signal élémentaire à émettre par l’élément d’émission à tester ;
- émission (130) d’un faisceau de signaux élémentaires par l’ensemble des éléments d’émission ;
- réception (140) par une autre antenne (12) d’un signal formé du faisceau émis ;
- mesure (150) d’un effet de la modulation particulière introduite sur la puissance du signal reçu ;
- transmission (160) à une antenne de réception (11’) reliée à l’antenne réseau d’émission (1 1 ) à calibrer de l’effet mesuré ;
- correction (170) de paramètres de calibration de l’élément d’émission à tester en fonction de l’effet mesuré.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel chaque élément d’émission correspond à un élément rayonnant (42-1 , 42-M) ou à un motif (41 -1 , ... , 41 -K) formé d’une pluralité d’éléments rayonnants (42-1 , ... , 42-M).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les étapes du procédé sont réitérées pour chaque élément d’émission de l’antenne réseau d’émission (1 1 ) à calibrer.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes du procédé sont réitérées lors du fonctionnement de l’antenne réseau d’émission (11 ) en mode nominal.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’introduction de la modulation particulière comprend l’introduction dans le signal élémentaire à émettre d’un code en phase et/ou en retard et/ou en amplitude dans chaque intervalle temporel AT prédéterminé.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’intervalle temporel AT prédéterminé est connu de l’autre antenne (12).
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mesure de l’effet de la modulation particulière comprend n mesures de puissance du signal reçu, n étant avantageusement supérieur à 1 et choisi en fonction d’un rapport signal à bruit nécessaire pour mesurer la modulation particulière.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les paramètres de calibration d’un élément d’émission comprennent des poids de phase et/ou d’amplitude associés à cet élément d’émission.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’effet mesuré est transmis avec une date de réception du signal par l’autre antenne (12).
10. Système de calibration (10) d’une antenne réseau d’émission (1 1 ) à commande de phase de type AESA, comprenant :
- un premier module (21 ) intégré dans l’antenne réseau d’émission (1 1 ) à calibrer et dans l’antenne de réception (1 T) reliée à l’antenne réseau d’émission (11) ;
- un deuxième module (22) intégré dans une autre antenne (12) apte à communiquer directement ou indirectement avec l’antenne de réception (11’) ; le premier module (21 ) et le deuxième module (22) étant configurés pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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