FR2785476A1 - Dispositif de reception de signaux multi-faisceaux - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de réception de signaux multi-faisceaux.Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend :- un ensemble de moyens indépendants de réception d'ondes à rayonnement longitudinal de type à circuits imprimés, lesdits moyens de réception étant agencés de manière à pouvoir recevoir un secteur large en azimuth,- des moyens de commutation (13, 14, 18) aptes à connecter un moyen de réception parmi l'ensemble des moyens de réception à des moyens d'exploitation du signal reçu par ledit moyen de réception, - des moyens de contrôle desdits moyens de commutation, lesdits moyens de contrôle commandant la connexion d'un moyen de réception auxdits moyens d'exploitation suivant une méthode prédéterminée de sélection de moyen de réception.Application particulière aux réseaux domestiques sans fil reliant des équipements domestiques et aux caméras professionnelles sans fil.

Description

La présente invention est relative au domaine des transmissions sans fil et concerne plus particulièrement un dispositif de réception de signaux multi-faisceaux.
Dans les systèmes connus de transmission sans fil à haut débit, les signaux transmis par l'émetteur atteignent le récepteur selon une pluralité de trajets distincts. II en résulte au niveau du récepteur des interférences susceptibles de provoquer des évanouissements et des distorsions du signal transmis et par conséquent une perte ou une dégradation de l'information à transmettre.
L'usage d'une antenne directive de type à cornet, à réflecteur ou réseau, à rémission et/ou à la réception, permet de combattre ou d'atténuer les dégradations liées aux multi-trajets. En effet, outre le gain apporté par t'antenne directive, celle-ci permet, par filtrage spatial, d'une part, de réduire le nombre de rayons et donc de réduire le nombre d'évanouissements, d'autre part de réduire les interférences avec d'autres systèmes fonctionnant dans la mme bande de fréquence.
Cependant, ces types d'antennes directives ne permettent pas d'assurer une couverture spatiale en azimuth importante.
Pour pallier à cet inconvénient, le document intitulé"A planar sector antenna for indoor high-speed wireless communication systems"de l'IEICE Trans. Commun., Vol. E79-B. ? 12 décembre 1996 présente un dispositif comprenant une solution d'orientation en azimuth du faisceau rayonnant 100 en réception dans un secteur d'angle de 360 . Ce dispositif, illustré sur la figure 1, comprend un ensemble de quatre réseaux 1 d'éléments rayonnants 2 disposé sur un ordinateur portable 3. Les différents éléments 2 liés à chacun des réseaux sont associés cl un ou plusieurs composants actifs, I'ajustement de la phase de chacun de ces éléments permettant de façon connue I'ajustement électronique de l'inclinaison du faisceau optimal 100 du réseau apte à capter le signal à recevoir. Les quatre réseaux sont agencés selon une configuration parallélépipédique de manière à pouvoir assurer une couverture angulaire de 360 . Cependant, le coût et l'encombrement résultant de ce dispositif sont incompatibles avec un produit destiné au grand public du type à utilisation dans un milieu domestique ou un produit portable tel qu'une caméra professionnelle sans fil.
L'invention a donc pour but de proposer un dispositif de réception de type multi-faisceaux apte à assurer une couverture élargie par rapport à celle proposée par une antenne directive et de structure simple.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réception de signaux multi-faisceaux, caractérisé en ce qu'il comprend : -un ensemble de moyens indépendants de réception d'ondes à rayonnement longitudinal de type à circuits imprimés, lesdits moyens de réception étant agencés de manière à pouvoir recevoir un secteur large en azimuth, -des moyens de commutation aptes à connecter un moyen de réception parmi 1'ensemble des moyens de réception à des moyens d'exploitation du signal reçu par ledit moyen de réception, -des moyens de contrôle desdits moyens de commutation, lesdits moyens de contrôle commandant la connexion d'un moyen de réception auxdits moyens d'exploitation selon une méthode prédéterminée de sélection de moyen de réception.
Ainsi, le dispositif selon linvention permet de recevoir dans un secteur d'angle important par rapport aux antennes directives de l'art antérieur et résoud les inconvénients d'encombrement de fart antérieur cités ci-dessus. De surcroît, il permet une meilleure protection contre les sources potentielles d'interférences et réduit les distorsions liées aux multitrajets.
Pour optimiser la largeur de bande de ces derniers, les moyens de réception comprennent des antennes à ondes progressives ("Travelling
Wave Antenna"en langue anglaise).
Pour pouvoir assurer une couverture spatiale en azimuth totale, lesdits moyens de réception sont régulièrement agencés autour d'un point unique et coplanaires, de manière à pouvoir rayonner dans un secteur d'angle de 360 .
Pour minimiser l'encombrement desdits moyens de réception, ladite surface comporte un substrat comprenant, pour chaque moyen de réception, sur une première face une ligne microruban ("microstrip line"en langue anglaise) d'excitation couplée à une ligne fente ("slot line"en langue anglaise) gravée sur la seconde face. Ainsi, lesdites antennes étant plates dans leur profil de par leur structure en microrubans, permettent d'tre montées de manière à tre conformées au corps d'un ensemble avec lequel elles coopèrent.
Selon un mode de réalisation, ladite ligne fente s'évase progressivement jusqu'au bord du substrat.
Selon un mode de réalisation, la courbe d'évasement est exponentielle et le moyen de réception est du type antenne Vivaldi.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de mesure du signal reçu par lesdits moyens d'exploitation et les moyens de contrôle sont aptes à commander la connexion du moyen de réception dans la direction duquel apparaît un niveau de signal reçu supérieur à un seuil prédéterminé.
Selon une variante, le dispositif comprend des moyens de mesure du taux d'interférences intersymboles du signal numérique reçu au niveau d'un démodulateur compris dans lesdits moyens d'exploitation et en ce que les moyens de contrôle sont aptes à commander la connexion du moyen de réception pour lequel ledit taux d'interférences intersymboles du signal reçu est supérieur à un seuil prédéterminé.
Selon un mode de réalisation, I'ensemble des lignes microruban, les moyens de commutation et des circuits de conversion de fréquence sont agencés sur le mme plan.
Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'exploitation comportent un commutateur, une voie de réception apte à recevoir des signaux provenant du moyen de réception sélectionné via ledit commutateur et une voie d'émission apte à émettre des signaux vers ledit moyen de réception, ledit moyen de réception fonctionnant alors en mode d'émission.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description des exemples de réalisation qui vont suivre, pris à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
-la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif de l'art antérieur,
-la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention,
-la figure 3 représente une vue partielle de dessus d'une variante de l'invention,
-la figure 4 représente un mode de réalisation de circuits d'émission et de réception selon l'invention,
-la figure 5 représente un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention.
Pour simplifier-la description, les mmes références seront utilisées dans ces dernières figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques.
La figure 2 représente schématiquement une antenne 4 d'émission/réception selon l'invention. Celle-ci est maintenue fixe par rapport à une caméra sans fil 5 à I'aide d'un support 6 et reliée par un câble 7 à des circuits d'exploitation des signaux échangés non représentés de la caméra 5. L'antenne 4 comprend un substrat micro-ondes 8 en forme de disque dont le plan est parallèle à I'axe de visée 11 de la caméra 5. Le substrat 8 comporte une face inférieure 9 tournée vers la caméra 5 et une face supérieure 10. La face supérieure 10 comporte six lignes microruban 12 imprimées sur le substrat qui départage la surface 10 en six secteurs égaux. Dans un souci de clarté, une seule ligne microruban a été illustrée sur la figure 2. Selon une variante de l'invention illustrée sur la figure 3, les surfaces inférieure 9 et supérieure 10 sont hexagonales. Selon une autre variante non représentée, les lignes microruban 12 sont imprimées sur la face inférieure 10. On se référera dans la suite aux figures 2 et 3. Pour chaque ligne 12, une première extrémité rectiligne 121 est jointe à un port de commutation 13 d'une matrice de commutation 14 alors que son autre extrémité 122 est conformée de manière à tre perpendiculaire à un rayon 15 de la surface 10. Au droit de chaque extrémité 122, une ligne fente 16 ayant comme axe le rayon 15 est gravée dans le plan de masse sur la surface inférieure 9. Cette fente 16 s'évase selon une courbe progressive exponentielle jusqu'au bord du substrat. Ainsi, au fur et à mesure de sa progression le long de la fente 16, l'énergie transmise par la ligne d'excitation 12 à la fente 16 est rayonnée progressivement. Le couplage de la ligne d'excitation 12 avec la ligne fente 16 forme une antenne à ondes progressives du type antenne Vivaldi. Les performances des antennes
Vivaldi sont détaillées dans les documents"IEEE Transactions On Antennas and Propagation", de S. Prasad et S. Mahapatra, Vol. AP-31, No. 3, May 1983, et"Study of discontinuities in open waveguide-Application to improvement of radiating source models"de A. Louzir, R. Clequin, S.
Toutain et P. Gélin, Lest Ura CNRS n 1329.
Pour optimiser la transmission d'énergie de la ligne microstrip 12 vers la fente 16, celle-ci se prolonge au droit de l'extrémité 122 et vers le centre de la surface 9 d'une longueur du quart de la longueur d'onde guidée dans la fente, et la ligne microruban 12 se prolonge d'une longueur du quart de la longueur d'onde guidée dans la ligne microruban. On se référera pour de plus amples détails sur l'optimisation du couplage au document"Slot-
Line Transitions"De Knorr, IEEE, MTT, Vol. 22, p. 548-554, Mai 1974 et au document"A Novel MIC Slot-Line Antenna"de Prasad et Mahapatra.
La figure 3 représente de façon détaillée la matrice de commutation 14 comportant six ports de commutation 13, chacun relié à une ligne microruban 12, et un port 18 de connexion avec des circuits d'émission/réception 17 explicités sur la figure 4.
La figure 4 représente les circuits d'émission/réception 17 aptes à sélectionner le faisceau de réception ou d'émission optimal et retiésà t'antenne 4 par un commutateur 19. Les circuits 17 comprennent un circuit 171 d'émission relié à une entrée 191 du commutateur 19 pour la conversion en haute fréquence des signaux vers t'antenne 4 et un circuit de réception 172 relié à une sortie 192 du commutateur 19 pour la conversion en fréquence intermédiaire de signaux reçus par t'antenne 4.
Chaque circuit 171,172 comprend respectivement un mélangeur 201,202 et un mme oscillateur local 21 est utilisé en entrée desdits mélangeurs 201,202 pour la transposition de fréquence. Le circuit 171 de la voie montante comprend en entrée un circuit de modulation 22 des signaux entrants en bande de base, relié en sortie à une entrée d'un filtre 23 de éjection de la fréquence image. La sortie du filtre 23 est reliée à une entrée du mélangeur 201. Les signaux sortant du mélangeur 201 ont été convertis en haute fréquence et attaquent t'entrée d'un amplificateur 24 de puissance dont la sortie est reliée à t'entrée d'un filtre passe-bande 25 de bande passante centrée autour de la fréquence d'émission. Le circuit 172 comprend en entrée un amplificateur à faible bruit 26 relié à son entrée à une sortie du commutateur 19 et est relié en sortie à un filtre 27 de éjection de la fréquence image des signaux convertis. La sortie du filtre 27 est reliée à une entrée du mélangeur 202 dont la sortie fournit les signaux transposés à I'aide de l'oscillateur 21 en fréquence intermédiaire. Ces signaux après filtrage par le filtre passe-bande 28 de bande passante centrée autour de la fréquence intermédiaire sont livrés à un circuit de démodulation 29 apte à démoduler lesdits signaux en bande de base. Les signaux en sortie du circuit 172 sont alors fournis aux circuits de traitement de la caméra 5.
Le signal reçu par le circuit 172 de réception est mesuré par un microprocesseur 40 et enregistré dans un registre 401. Cette mesure est régulièrement effectuée à intervalles de temps déterminés et suffisamment courts pour qu'aucune perte d'information ne puisse avoir lieu. Lorsque le niveau du signal est en dessous d'un seuil préenregistré Smax, le microcontrôleur 40 commande par un bus de contrôle/commande 402 la commutation du circuit 17 sur une seconde antenne Vivaldi de t'antenne 4 grâce à la matrice de commutation 14, comme explicité ci-après :
la matrice de commutation 14 est un circuit à six entrées/sorties 13 pour la connexion avec les lignes 12 et une entrée/sortie 18 connectée au commutateur 19. La matrice 14 est commandée par le circuit de contrôle 40 permettant de sélectionner le port de commutation 13 reliant la ligne 12 excitant le faisceau présentant les meilleures performances aux circuits d'émission/réception 17. Dans le présent mode de réalisation, la méthode de sélection du faisceau optimal s'effectue selon une méthode de diversité spatiale avec prédétection : le choix du faisceau se réalise en amont des circuits 17 en déterminant le faisceau dont le niveau de signal est le plus élevé.
Selon une variante, il peut tre implémenté une méthode de diversité spatiale avec postdétection pour le choix du faisceau optimal : le choix du faisceau se réalise alors en aval des circuits 17 en sélectionnant la voie présentant le meilleur taux d'erreur. Comme représenté en pointillés sur la figure 4, le démodulateur comporte un circuit 290 de calcul du taux d'interférences intersymboles. Ce taux d'interférences est mesuré par le microprocesseur 40 et enregistré dans le registre 401 dans cette variante.
De façon similaire à la mesure du niveau de signal reçu, lorsque le taux d'interférencesintersymboles du signal reçu est au dessus d'un seuil prédéterminé, le microcontrôleur 40 commande par le bus de contrôle/commande 402 la commutation du circuit 17 sur une autre antenne Vivaldi de I'antenne. Bien entendu, d'autres méthodes de mesure de qualité du signal reçu peuvent tre utilisées.
Si, suite à la commutation d'une première antenne Vivaldi vers une seconde antenne Vivaldi, la seconde antenne sélectionnée ne fournit pas un signal vérifiant le critère de qualité requis selon la méthode de sélection choisie, alors le microcontrôleur 40 commande la commutation du circuit 17 sur encore t'antenne Vivaldi adjacente suivante jusqu'à ce que ledit critère de qualité soit vérifié.
Comme illustré sur les figures 2,3,4, la matrice 14 est réalisée au centre de la surface 9 en amont des zones de couplage D entre les lignes 12 avec leurs lignes fentes 16 correspondantes. Comme illustré sur la figure 2, la zone circulaire centrée au centre de la surface 9 et réservée 6 la matrice 14 sert également à l'implantation des circuits d'émission/réception 17, ce qui permet une intégration poussée d'une grande partie de t'antenne 4 sur un seul plan qui est celui du substrat 8.
Ainsi, t'antenne 4 selon l'invention occupe une surface totale de substrat de la forme d'un disque dont le diamètre D est inversement proportionnel à la directivité de chacun de ces faisceaux, le nombre de faisceaux nécessaires pour assurer une couverture totale en azimuth de 360 et la directivité étant bien entendu liés.
Ci-dessous sont exposés ces caractéristiques pour trois modes de réalisation différents :
Figure img00070001
<tb> <SEP> Exemple <SEP> 1 <SEP> Exemple <SEP> 2 <SEP> Exemple <SEP> 3
<tb> <SEP> Fréquence <SEP> 12 <SEP> GHz <SEP> 12 <SEP> GHz <SEP> 5,8 <SEP> GHz
<tb> <SEP> centrale
<tb> <SEP> Nombre <SEP> N <SEP> de <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 6
<tb> <SEP> faisceaux
<tb> Ouverture <SEP> à <SEP> 3dB <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP>
<tb> d'un <SEP> faisceau <SEP> en
<tb> <SEP> azimuth
<tb> <SEP> Diamètre <SEP> du <SEP> 12 <SEP> cm <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> 20 <SEP> cm
<tb> <SEP> disque
<tb>
On retiendra également que l'ouverture à 3dB du faisceau de t'antenne Vivaldi dans le plan du substrat 8 est inversement proportionnel à la largeur W de l'ouverture de la ligne fente 16 au niveau du bord du substrat 8 et que l'ouverture du faisceau à 3dB dans le plan orthogonal au plan du substrat est inversement proportionnel à la longueur L de la partie de rayon 15 séparant le bord du substrat 8 à l'extrémité intérieure de la ligne fente 16.
La figure 5 représente un magnétoscope 50 relié à une antenne 4 selon l'invention. L'antenne 4 permet ainsi de communiquer par une liaison sans fil avec d'autres équipements domestiques tels qu'un téléviseur.
Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière : dans un souci de clarté, on appelle antenne Vivaldi le couple formé d'une ligne fente 16 s'évasant progressivement selon un profil exponentiel et de la ligne microruban 12 correspondante.
A un instant donné, le signal reçu par l'antenne est supérieur au seuil enregistré dans le registre 401. Cette dernière antenne permet pendant un laps de temps de capter/émettre le signal avec une qualité supérieure à une qualité minimale fixée par le seuil. Lors de mouvements ou à cause d'autres circonstances/événements, le niveau du signal reçu par cette dernière antenne descend en dessous de la valeur du seuil fixé-ou un taux d'interférences intersymboles supérieur à un seuil prédéterminé, selon la variante-, quand par exemple, 1'6metteur sort du champ de la première antenne Vivaldi. Une première commutation au faisceau voisin est alors effectuée selon l'une des techniques de commutation citée, par exemple.
Cette commutation est effectuée à I'aide de la matrice de commutation 14 qui à un instant donné alimente un seul port de commutation 13 à la fois en le reliant au port de commutation 18. Si le faisceau ainsi sélectionné présente une qualité de réception de signal supérieure au seuil, t'antenne lui correspondant sera sélectionnée comme antenne d'émission/réception des signaux échangés. L'antenne étant sélectionnée par son signal reçu, le commutateur 19 permet à t'antenne 4 de fonctionner en mode de réception ou en mode d'émission. Dans le cas où le critère de qualité n'est pas satisfait, une commutation au faisceau suivant est réalisée jusqu'au moment où le faisceau capté offre effectivement une qualité de signal reçu supérieure audit seuil.
Bien entendu, l'invention n'est pas imitée aux mode de réalisation et variante décrits ci-dessus. Ainsi, les applications pour le dispositif selon l'invention comprennent également et de façon non limitative les équipements domestiques fixes et mobiles tels qu'un téléviseur, un caméscope, un micro-ordinateur portable ou non, un décodeur, un lecteur de disques. Le domaine des réseaux domestiques peut d'ailleurs avoir un particulier intért à utiliser l'invention pour établir notamment les liaisons sans fil entre équipements domestiques.
De mme, le nombre N d'antennes à ondes progressives dépend des performances désirées pour le dispositif selon l'invention.
La courbe de la ligne fente 16 peut emprunter un profil d'évasement autre qu'exponentiel. L'antenne 4 peut tre aussi de tout autre type de section principale que circulaire ou hexagonal.
On peut égaiement imaginer plusieurs substrats superposés comportant chacun un dispositif selon l'invention.
Enfin, la gestion de la commutation des ports de commutation pour le faisceau optimal peut tre faite de toute autre manière que celle qui a été présentée. Elle peut comporter toutes méthodes connues de commutation de faisceaux dans le cadre de dispositifs à faisceaux multiples.
Par exemple, une méthode consistant à avoir en permanence connaissance des niveaux reçus sur chaque branche ou antenne Vivaldi et de sélectionner à chaque instant celle qui présente le meilleur niveau, fournit des résultats satisfaisants pour le dispositif.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de réception de signaux multi-faisceaux, caractérisé en ce qu'il comprend : --un ensemble de moyens indépendants de réception (fondesà rayonnement longitudinal de type à circuits imprimes, lesdits moyens de réception étant agencés de manière à pouvoir recevoir un secteur large en azimuth, -des moyens de commutation (13,14,18) aptes à connecter un moyen de réception parmi 1'ensemble des moyens de réception à des moyens d'exploitation du signal reçu par ledit moyen de réception, -des moyens de contrôle desdits moyens de commutation, lesdits moyens de contrôle commandant la connexion d'un moyen de réception auxdits moyens d'exploitation suivant une méthode prédéterminée de sélection de moyen de réception.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réception comprennent des antennes à ondes progressives.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception sont régulièrement agencés autour d'un point unique et coplanaires, de manière à pouvoir rayonner dans un secteur d'angle de 360 .
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface comporte un substrat (8) comprenant, pour chaque moyen de réception, sur une première face (10) au moins une ligne microruban (12) d'excitation couplée à une ligne fente (16) gravée sur la seconde face (9).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite ligne fente (16) s'évase progressivement jusqu'au bord du substrat (8).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la courbe d'évasement est exponentielle et que le moyen de réception est du type antenne Vivaldi.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du signal reçu par lesdits moyens d'exploitation et en ce que les moyens de contrôle sont aptes à commander la connexion du moyen de réception dans la direction duquel apparaît un niveau de signal reçu supérieur à un seuil prédéterminé.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure du taux d'interférences intersymboles du signal numérique reçu au niveau d'un démodulateur (29) compris dans lesdits moyens d'exploitation et en ce que les moyens de contrôle sont aptes à commander la connexion du moyen de réception pour lequel ledit taux d'interférences intersymboles du signal reçu est supérieur à un seuil prédéterminé.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ensemble des lignes microruban (12), les moyens de commutation (13,14,18) et des circuits de conversion de fréquence sont agencés sur le mme plan.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'exploitation comportent un commutateur, une voie de réception apte à recevoir des signaux provenant du moyen de réception sélectionné via ledit commutateur et une voie d'émission apte à émettre des signaux vers ledit moyen de réception via ledit commutateur, ledit moyen de réception fonctionnant alors en mode d'émission.
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