FR2943426A1 - Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique - Google Patents
Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique Download PDFInfo
- Publication number
- FR2943426A1 FR2943426A1 FR0901312A FR0901312A FR2943426A1 FR 2943426 A1 FR2943426 A1 FR 2943426A1 FR 0901312 A FR0901312 A FR 0901312A FR 0901312 A FR0901312 A FR 0901312A FR 2943426 A1 FR2943426 A1 FR 2943426A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- optical
- electromagnetic field
- antenna
- unitary
- electro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 20
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 2
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0807—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by the application
- G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Dispositif de mesure de champ électromagnétique caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne (200) comprenant une pluralité de capteurs électro-optiques (202) constitués d'un matériau optique biréfringent, au moins un dispositif émetteur de lumière, et au moins un dispositif photo-détecteur convertissant le faisceau lumineux reçu en un signal électrique fonction de la puissance lumineuse, les capteurs électro-optiques (202) étant disposés en ligne droite entre le dispositif émetteur de lumière et le dispositif photo-détecteur, et étant reliés entre eux par un guide optique. Dans un mode de réalisation, ce dispositif présente l'avantage de pouvoir être intégré à une structure d'antenne, et de pouvoir permettre la réalisation d'opérations de calibrage d'antenne n'affectant pas les performances de l'antenne.
Description
Dispositif électro-optique intégré de mesure de champ électromagnétique La présente invention concerne un dispositif électro-optique intégré de mesure de champ électromagnétique. Elle s'applique notamment aux antennes réseau à commande de phase, pour lesquelles il est nécessaire de procéder à un calibrage du diagramme de rayonnement. 10 Les antennes réseau à commande de phase sont largement utilisées dans des domaines variés tels que les radars, les télécommunications, la météorologie, l'astronomie. Une antenne réseau à commande de phase est habituellement constituée d'un groupe d'antennes élémentaires ou modules 15 d'émission / réception alimentées avec des signaux dont la phase est modulée, de manière à produire le diagramme de rayonnement désiré. Les antennes à balayage électronique sont des antennes réseau à commande de phase comprenant des dispositifs électroniques tels que des déphaseurs, des filtres, des commutateurs, permettant des changements d'états de la 20 forme du faisceau émis. Ainsi les modules d'émission / réception agissent sur la forme, la direction, la fréquence ou la polarisation de l'onde formée. Les technologies les plus récentes permettent de réaliser des antennes imprimées sur des substrats, ou "antennes patch" avec une intégration maximale. Ces antennes sont de plus en plus utilisées dans les 25 systèmes émetteurs de radars, les émetteurs de télécommunication ou encore les brouilleurs, dans la cadre de la guerre électronique. Les substrats comportant ces antennes ont une tendance à intégrer un nombre croissant de couches, dédiées à l'émission, à l'amplification, et à la commande électronique de l'antenne. Ce type d'antenne s'apparente au concept connu 30 sous le nom de peau active. Cependant, le passage d'antennes conventionnelles, encore appelées antennes briques, aux nouvelles antennes tuiles, ne résout pas un problème bien connu des systémiers, qui est celui du calibrage de l'antenne. En effet, derrière chaque antenne, qu'il s'agisse d'une antenne unidimensionnelle ou 35 bidimensionnelle, se positionne une chaîne d'émission composée d'éléments actifs semi-conducteurs. Même si les progrès technologiques tendent à5 permettre l'intégration de tous ces éléments sur un unique substrat, ceux-ci sont pour l'instant implantés sous forme hybride. Un inconvénient majeur de cette approche réside dans la dispersion des performances électriques d'un élément à l'autre. L'uniformité de performance de chacun des éléments de la chaîne en terme de phase doit être typiquement très inférieure à 10°. Par conséquent, le diagramme de rayonnement de l'antenne, la largeur du lobe principal et le niveau des lobes secondaires, dépendent directement de l'uniformité des performances de chacun des éléments de la chaîne, c'est-à-dire : - du gain et du taux d'onde stationnaire ou TOS de l'amplificateur, du TOS de l'antenne.
Pour résoudre ce problème, chaque antenne active doit être individuellement présentée à une base de mesure de champ proche, dont le principe de fonctionnement consiste à enregistrer les caractéristiques d'émission de chaque module d'émission / réception individuel, et de les comparer à une référence. Une base de mesure de champ proche peut consister en un robot équipé d'une antenne de mesure qui décrit un double balayage horizontal et vertical, placée en regard de la structure d'antenne à calibrer. La sortie de l'antenne de mesure est connectée à un analyseur de réseau, pour enregistrer pour chaque module d'émission / réception de l'antenne réseau, la puissance émise en fonction de la fréquence. Ce type de mesure, pour un radar sol, peut prendre typiquement une dizaine d'heures, et occasionne des coûts de fonctionnement importants, notamment en raison de l'outillage requis. En effet, le câble coaxial employé pour cette mesure est soumis à des contraintes mécaniques récurrentes conduisant à une perte de son calibrage en phase. En outre, les mesures réalisées durant la procédure de calibrage ne sont indicatives du fonctionnement des modules d'émission / réception que pour une température donnée, et trouvent leur limite dans le fait qu'elles ne sont pas représentatives du fonctionnement de l'antenne dans des conditions opérationnelles, où la température peut notamment grandement affecter les performances des modules d'émission / réception et des dispositifs électroniques.
Dans l'idéal, il faut donc être capable de procéder au contrôle des modules d'émission / réception afin de connaître les caractéristiques de performance de chacun des modules d'émission / réception, quelles que soient les conditions de fonctionnement. Il est alors nécessaire qu'un tel contrôle permanent des performances ne nuise pas au bon fonctionnement de l'antenne, et notamment ne perturbe pas l'émission par les modules, ce qui est notamment le cas lorsqu'un élément externe tel qu'un dispositif de mesure de champ proche est placé devant l'antenne. Un contrôle permanent de l'antenne et de ses modules individuels présente de surcroît l'avantage de permettre le diagnostic précoce de défaillances, et ainsi par exemple optimiser la périodicité d'opérations de maintenance. De plus, un contrôle permanent de la sorte permet d'établir une contre-réaction pour le recalibrage en temps réel de l'antenne, et encore une parfaite connaissance du diagramme de rayonnement réel de l'antenne, pour procéder à d'éventuels ajustements, dans le but par exemple de procéder à des mesures spécifiques, ou encore des modes radars particuliers, en tant que de besoin.
Un but de la présente invention est de pallier au moins les inconvénients précités, en proposant un dispositif intégré de mesure du champ électromagnétique rayonné par la pluralité de modules d'émission / réception ou d'éléments rayonnants d'une antenne active, permettant une mesure en temps réel des performances de rayonnement des modules individuels, sans perturber leurs performances d'émission.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de champ électromagnétique caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne comprenant une pluralité de capteurs électro-optiques constitués d'un matériau optique biréfringent, au moins un dispositif émetteur de lumière, et au moins un dispositif photo-détecteur convertissant le faisceau lumineux reçu en un signal électrique fonction de la puissance lumineuse, les capteurs électro-optiques étant disposés en ligne droite entre le dispositif émetteur de lumière et le dispositif photo-détecteur, et étant reliés entre eux par un guide optique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique peut être caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un substrat diélectrique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique peut être caractérisé en ce que le guide optique est constitué d'une fibre optique à conservation de polarisation optique, comprenant un premier guide d'onde optique, un second guide d'onde optique étant réalisé dans les capteurs unitaires, le premier et le second guides optiques étant alignés.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique décrit ci-dessus peut être caractérisé en ce que la fibre optique est gravée périodiquement sur sa longueur, en profondeur jusqu'au niveau du premier guide d'onde optique, la gravure formant un emplacement accueillant un capteur unitaire réalisé par déposition d'un matériau polymère biréfringent. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique peut être caractérisé en ce que le guide optique est réalisé par une tranchée dans le substrat contenant de l'air ou un autre matériau à conservation de polarisation optique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique peut être caractérisé en ce qu'un premier polariseur est disposé en entrée de la ligne, en aval du dispositif émetteur de lumière et un second polariseur est disposé en amont du dispositif photo-détecteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure de champ électromagnétique peut être caractérisé en ce que chaque capteur unitaire est relié à un premier polariseur disposé en amont, et un second polariseur disposé en aval.
La présente invention a également pour objet une antenne comprenant une pluralité de modules d'antenne disposés sur la surface d'un substrat, caractérisée en ce que le substrat comprend un dispositif de mesure de champ électromagnétique tel que décrit ci-dessus. Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite antenne peut être 35 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un circuit de commande apte à 15 20 25 30 appliquer à chaque capteur unitaire une tension d'activation maximisant la sensibilité du capteur au champ électromagnétique, et une tension de désactivation minimisant la sensibilité au champ électromagnétique et maximisant la transmission de l'onde optique.
Dans un mode de réalisation, ladite antenne peut être caractérisée en ce que le circuit de commande est associé à un module de commande des modules d'antenne, de manière à appliquer, lorsque seulement un module d'antenne déterminé est activé, la tension d'activation à au moins un capteur unitaire situé à proximité du module d'antenne activé, et à appliquer la tension à tous les autres capteurs unitaires.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des dessins annexés qui représentent :
la figure 1, un diagramme présentant une méthode de mesure de rayonnement d'antenne connue de l'état de la technique, et deux méthodes de mesure de rayonnement d'antenne selon deux exemples de modes de réalisation de la présente invention ;
la figure 2, une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un exemple de réseau de modules d'antenne et un réseau de capteurs électro-optiques dans un substrat selon la présente invention ;
Les figures 3a et 3b, une vue en coupe transversale illustrant un premier exemple de mode de réalisation d'une ligne de capteurs unitaires selon la présente invention.
Les figures 4a et 4b, une vue en coupe transversale illustrant un deuxième exemple de mode de réalisation d'une ligne de capteurs unitaires selon la présente invention.
La figure 5, une vue en coupe transversale illustrant un troisième exemple de mode de réalisation d'un sous-ensemble de capteurs unitaires selon la présente invention.
La figure 6 illustre, une vue en coupe transversale illustrant un quatrième exemple de mode de réalisation d'un sous-ensemble de capteurs unitaires selon la présente invention.
La figure 7, une vue de dessus illustrant un exemple de mode de réalisation d'un dispositif de commande des tensions de polarisation des capteurs électro-optiques unitaires dans un dispositif de mesure de champ électromagnétique selon la présente invention.
La figure 8 illustre, en vue schématique, un exemple de structure globale d'un dispositif de mesure de champ électromagnétique intégré dans un substrat d'antenne.
20 La figure 1 présente un diagramme illustrant une méthode de mesure de rayonnement d'antenne connue de l'état de la technique, et deux méthodes de mesure de rayonnement d'antenne selon deux exemples de modes de réalisation de la présente invention.
25 Une première configuration 100 correspond à une méthode connue de l'état de la technique. Une antenne 101 est placée en regard d'une antenne de calibrage 102 se déplaçant afin de produire un double balayage, horizontal et vertical. L'antenne de calibrage 102 permet la mesure de l'amplitude et de la phase en différents points, les informations étant 30 transmises à une unité de traitement 103.
Une seconde configuration 110 correspond à un exemple de mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, un dispositif statique de mesure de champ électromagnétique proche 112 est placé en regard de 35 l'antenne 101. Le dispositif de mesure 112 comprend une pluralité de 10 15 capteurs unitaires non représentés sur cette figure. La structure du premier dispositif de mesure 112 est décrite en détails ci-après en référence aux figures suivantes. De la même manière, le premier dispositif de mesure 112 est connecté à une unité de traitement 103.
Une troisième configuration 120 correspond à un exemple de mode alternatif de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, un dispositif de mesure de champ électromagnétique bidimensionnel 122 substantiellement identique au dispositif de mesure champ proche 112 de la seconde configuration 110, est intégré à une structure d'antenne 121. Cette structure d'antenne 121 est connectée à une unité de traitement 103, selon une manière similaire aux deux exemples de modes de réalisation précédents.
La figure 2 présente une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un exemple de réseau de modules d'antenne et un réseau de capteurs électro-optiques dans un substrat selon la présente invention.
Un dispositif de mesure de champ électromagnétique bidimensionnel 122 comprend un substrat 201 dans lequel est réalisé un réseau de capteurs unitaires 202 constitué d'une pluralité de lignes 200 comprenant chacune une pluralité de capteurs électro-optiques unitaires 202. La structure de ces lignes 200 de capteurs unitaires 202 est explicitée en détails ci-après en référence aux figures suivantes.
Dans l'exemple de la figure 2 le second dispositif de mesure bidimensionnel 122 est intégré à une structure d'antenne, dont des éléments rayonnants 203 sont eux-mêmes disposés en réseau. Les éléments rayonnants 203 sont réalisés sur le même substrat 201, par exemple sous la forme d'éléments imprimés selon des techniques connues de l'état de la technique. Le substrat 201 peut reposer sur une couche métallique formant un plan de masse 204. Le substrat 201 est par exemple constitué d'un matériau diélectrique de faible permittivité diélectrique. En effet, afin que les performances de l'antenne soient optimales, la permittivité du substrat 201 doit être proche de la permittivité diélectrique de l'air. Le champ électromagnétique émis par l'antenne via les éléments rayonnants 203 est non seulement présent à l'extérieur du substrat 201 dans la direction de rayonnement de l'antenne, mais aussi à l'intérieur du substrat 201 Dans l'exemple de mode de réalisation illustré par cette figure, l'invention consiste à placer le dispositif de mesure 122 du champ électromagnétique à proximité immédiate de l'antenne, puisque à l'intérieur du substrat 201 sur lequel l'antenne est réalisée.
Le dispositif de mesure bidimensionnel 122 de champ électromagnétique doit typiquement avoir une réponse linéaire en fonction du champ électromagnétique appliqué. Comme l'intérieur du substrat 201 est une zone sensible, il est préférable qu'un système essentiellement optique soit employé pour lire la réponse du dispositif de mesure bidimensionnel 122, afin de ne pas perturber le diagramme de rayonnement de l'antenne. Ainsi les capteurs unitaires 202 peuvent être des capteurs électrooptiques, dont la biréfringence varie en fonction du champ électromagnétique, selon un effet connu sous le nom d'effet Pockels. De tels capteurs sont par exemple décrits dans la demande de brevet européen EP 1674878. Pour un réseau d'antennes patches tel qu'illustré sur la figure, un réseau de capteurs unitaires 202 peut être constitué dans le substrat 201, dont l'architecture est corrélée au réseau de modules d'antenne 203 ou patches. Par exemple, chaque module d'antenne 203 peut être placé vis-à-vis d'un capteur unitaire 202, mais d'autres architectures sont envisageables, sans qu'il ne soit nécessaire qu'il y ait une relation biunivoque entre un élément rayonnant 203 et un capteur unitaire 202 y correspondant.
Les figures 3a et 3b illustrent, par une vue en coupe transversale, un premier exemple de mode de réalisation d'une ligne 200 de capteurs unitaires 202 selon la présente invention.
En référence à la figure 3a, dans laquelle un seul capteur unitaire 202 est représenté, un sous-ensemble électro-optique 300 est réalisé dans le substrat diélectrique 201 situé au-dessus du plan de masse 204. Un tronçon d'une fibre optique 301 est relié à l'entrée du capteur unitaire 202. La sortie du capteur unitaire 202 est reliée à un tronçon de fibre optique 301. Un premier guide d'onde optique 302 est réalisé dans la fibre optique 301, et un second guide d'onde optique 303 est réalisé au sein du capteur unitaire 202. Un module d'antenne 203 est représenté à la verticale du capteur unitaire 202.
Bien entendu, le module d'antenne est représenté à la verticale du capteur unitaire 202 sur cette figure, mais peut également être situé à un autre endroit sur la surface du substrat diélectrique 201. Le premier guide d'onde optique 302 réalisé dans la fibre optique 301, et le second guide d'onde optique 303 réalisé dans le capteur unitaire 202, sont alignés. Le capteur unitaire 202 peut par exemple être collé à la fibre optique 301, selon des techniques en elles-mêmes connues de l'état de la technique.
En référence à l'exemple illustré par la figure 3b, il est possible de réaliser une ligne 200 de capteurs unitaires 202 comprenant une pluralité de sous-ensembles électro-optiques 300 tels que décrits dans la figure 3a. Une série de N sous-ensembles électro-optiques 300 peut être placée en ligne droite entre le module émetteur optique 310 et le module de détection optique 311, l'ensemble étant réalisé dans le substrat diélectrique 201.
Un faisceau optique polarisé linéairement est émis par le module émetteur optique 310. Le faisceau électrique est transmis par le premier tronçon de fibre optique 301 jusqu'au premier capteur unitaire 202. Le champ électromagnétique au niveau du capteur unitaire 202 fait varier la biréfringence de ce capteur ; ainsi le champ magnétique induit une dépolarisation du faisceau optique par le capteur unitaire 202.
Il est maintenant rappelé quelques aspects théoriques supportant la bonne compréhension de la présente invention. Dans le cas illustré sur cette figure, où un seul capteur électro-optique 202 est disposé sur une ligne comprenant en entrée un signal optique de puissance optique normalisée Pe, 5 dont la puissance en sortie du capteur unitaire 202 est notée Ps, il est possible d'exprimer Ps en fonction de Pe suivant la relation suivante : Ps =PE sin
En d'autres termes, la puissance optique normalisée du signal lumineux en sortie du capteur unitaire 202 est fonction de la puissance du signal lumineux en entrée et du carré du module du déphasage M produit par le capteur électro-optique 202. 2/ 10 La sensibilité S0 au champ électromagnétique 0e est la dérivée de la puissance optique, soit : Soe = ' aP(o(D)' 15 L'expression de S0 se déduit de la relation (2) : sin (0(D ) Sie = ' o 2 (3). 20 Comme il est explicité dans la demande de brevet EP 1674878 précitée, on vérifie que la sensibilité maximale est obtenue si et seulement si =-. 4 Afin de maintenir ce point de polarisation .àcti = 4 , des solutions sont proposées dans la demande de brevet EP 1674878 précitée, consistant 25 notamment à employer deux paramètres que sont la température et la longueur d'onde, ou encore un champ électrique constant. Le dispositif émetteur de lumière 310 est disposé en entrée de la ligne 200, et le dispositif de détection optique 311 est placé en sortie de ligne. Le premier polariseur 312 peut être disposé juste en aval du dispositif émetteur de lumière 310, et le second polariseur 313 peut être disposé juste en amont du dispositif de détection optique 311. Le dispositif émetteur de lumière 310 peut être commandé afin de produire une onde lumineuse ayant une longueur d'onde À variable. Le dispositif de détection optique 311 convertit le signal optique en un signal électrique fonction de la puissance optique du signal. Le dispositif de détection optique peut par exemple être une photodiode. Le premier polariseur 312 et le second polariseur 313 constituent un ensemble polariseur / analyseur en lui-même connu de l'état de la technique, les axes de ces deux polariseurs formant un angle de 90°. En outre, les axes du premier polariseur 312 forment un angle de 45° avec les axes ordinaire et extraordinaire du matériau formant le capteur unitaire 202.
La mise en cascade des capteurs unitaires 202 conduit à un déphasage de l'onde lumineuse produite par le dispositif émetteur de lumière 310, égal à la somme des déphasages produits par chacun des capteurs unitaires 202 situés le long de la ligne 200. Ainsi la puissance optique normalisée Pt mesurée par le dispositif de détection de lumière 311, en fonction de la puissance optique du signal émis par le dispositif émetteur 310, peut se formaliser selon la relation suivante : ( N 2 =Po sin i=1 2 Si la fibre optique 301 présente la propriété de ne pas entraîner de dépolarisation du signal optique qu'elle transmet û on peut dire alors que la fibre optique est à conservation de polarisation û alors un ensemble de N capteurs unitaires 202 mis en cascade, de longueur I, se comporte comme un unique capteur de longueur N.I, tel que décrit dans la demande de brevet 30 EP 1674878 précitée. Ainsi la puissance optique mesurée par le dispositif de détection optique 311 est fonction de l'intensité du champ électrique perçu
12 par l'ensemble des capteurs unitaires 302. En d'autres termes, la structure de la ligne selon ce mode de réalisation de l'invention, s'apparente à une structure distribuée de N capteurs unitaires 202 équivalant à un capteur électro-optique de longueur N.I.
On pourra par exemple choisir N capteurs unitaires 202 d'une longueur égale à 24/N mm, pour une excursion en longueur d'onde de l'ordre de 1 nm. En ce qui concerne la dimension des capteurs unitaires 202, il est également à remarquer que celles-ci sont de préférence choisies de manière à ce que le champ électrique permettant d'obtenir une extinction totale du capteur unitaire 202 est très supérieur au champ électrique appliqué. En d'autres termes, il est préférable d'utiliser des cristaux relativement courts, par exemple avec une longueur de l'ordre de 2 mm pour des champs électromagnétiques d'une fréquence de l'ordre de 10 GHz, et de l'ordre de 14 mm pour des champs électromagnétiques d'une fréquence de l'ordre de 3 GHz.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, il est possible de caractériser un module d'antenne 203 particulier en associant le dispositif de mesure du champ électromagnétique 122 avec le système de commande des modules d'antenne 203. En effet, le dispositif de commande permet par exemple de n'activer qu'un module 203, dont on connaît la position, et dont le champ électromagnétique qu'il émet a une influence sur un ou plusieurs capteurs unitaires 202 appartenant à une ou plusieurs lignes 200. Etant donné que les déphasages produits par les autres capteurs unitaires 202 sont connus, et que la puissance et la longueur d'onde du signal optique émis par le dispositif émetteur 310 sont connues, le dispositif de détection optique 311 fournit un signal électrique qui est directement proportionnel à la puissance RF incidente ; la puissance du signal optique qu'il reçoit étant donnée par la relation (4).
Les figures 4a et 4b illustrent, par une vue en coupe transversale, un deuxième exemple de mode de réalisation d'une ligne 200 de capteurs unitaires 202 selon la présente invention.
En référence à l'exemple illustré par la figure 4a, un sous-ensemble 400 de capteurs électro-optiques unitaires 202 est réalisé dans le substrat diélectrique 201 ; ce sous-ensemble 400 comprend un premier tronçon de fibre optique 301, relié à un premier polariseur 412, puis au capteur unitaire 202, un second polariseur 413 et un second tronçon de fibre optique 301.
Maintenant en référence à l'exemple illustré par la figure 4b, il est possible de réaliser une ligne 200 de capteurs unitaires 202 comprenant une pluralité de sous-ensembles électro-optiques 400 tels que décrits dans la ~o figure 4a. Une série de N sous-ensembles électro-optiques 400 peut être placée en ligne droite entre le module émetteur optique 310 et le module de détection optique 311, l'ensemble étant réalisé dans le substrat diélectrique 201. Dans cet exemple de mode de réalisation, chaque capteur unitaire 202 comporte de part et d'autre un polariseur et un analyseur. 15 Dans cet exemple de mode de réalisation de l'invention, la mise en cascade des sous-ensembles 400 conduit à un produit des réponses de chacun des capteurs unitaires 202. Ainsi la puissance optique normalisée Pt mesurée par le dispositif de détection de lumière 311, en fonction de la puissance optique du signal émis par le dispositif émetteur 310, peut se 20 formaliser selon la relation suivante N z P =PoJsin/A(D\ (5). 2 i Dans cet exemple de mode de réalisation de l'invention, il est 25 possible, toujours en associant le dispositif de mesure du champ électromagnétique 122 avec le système de commande des modules d'antenne 203, de caractériser un module d'antenne 203 particulier. A cet effet, une solution peut consister à appliquer une tension de polarisation VDc au capteur électro-optique 202. Dans une architecture de type substrat actif 30 telle que proposée par la présente invention, il est possible de disposer un capteur électro-optique 202 entre un élément rayonnant 203 et le plan de masse 204. Ainsi il est possible d'appliquer une tension de polarisation sur l'élément rayonnant 203 situé au-dessus du capteur électro-optique 202, qui permet de contrôler le point de polarisation du capteur électro-optique 202 et donc d'activer ou non le dispositif électro-optique 202 situé sous cet élément rayonnant 203. Bien sûr, les capteurs unitaires 202 ne sont pas nécessairement disposés à la verticale de modules d'antenne 203 correspondants. On pourra très bien de la même manière, appliquer une tension de polarisation VDC appropriée, entre le plan de masse 204, et un module d'antenne situé à proximité de ce capteur unitaire 202.
Chaque capteur unitaire 202 est caractérisé par une tension propre Vp1. Cette tension propre peut être définie comme la tension de polarisation du capteur unitaire 202 pour laquelle une onde lumineuse appliquée en entrée de ce capteur, présente en sortie un déphasage de rr.
L'activation d'un dispositif électro-optique 202 peut être réalisée en appliquant une tension V = Vp /2 sur le capteur électro-optique 202 entre le plan de masse 204 et l'élément rayonnant 203 situé au-dessus. Par exemple, pour une mesure du champ électromagnétique rayonné par un module d'antenne 203 donné, situé au-dessus d'une ligne 200 de capteurs unitaires 202, on active le capteur 202 situé en-dessous en imposant un potentiel électrique au module d'antenne 203 apte à imposer à ce capteur unitaire 202 une tension Vpc égale à Vpi/2, maximisant la sensibilité au champ électromagnétique pour ce capteur unitaire 202 , et on désactive tous les autres capteurs unitaires 202 de la même ligne 200 afin de les rendre "transparents" et insensibles au champ électromagnétique, en leur imposant une tension Vpc égale à Vp, conférant une transmission maximale à ces capteurs unitaires 202. Ainsi la puissance du champ électromagnétique rayonné par le module d'antenne 203 peut être déterminée par la relation (5) et par la mesure de la puissance optique normalisée Pt par le dispositif de détection optique 311.
En ce qui concerne les deux modes de réalisations illustrés par les figures 3a, 3b, 4a et 4b, il est par exemple possible de graver le guide d'onde optique 303 sur le cristal formant un capteur unitaire 202. II est ainsi possible de coller directement la fibre optique 301 en entrée du cristal et de s'affranchir de férule en verre ou de lentille pour maintenir la fibre optique 301 sur le cristal. Cette configuration répétée N fois permet de former un fil périodiquement équipé avec un cristal électro-optique 202. Ce fil est alors noyé dans un substrat 201 de type fibre de verre époxy ou autre substrat synthétique de type Roggers, présentant des qualités hyperfréquences compatibles de la réalisation d'un réseau de modules d'antenne de type patches.
La figure 5 illustre, par une vue en coupe transversale, un troisième exemple de mode de réalisation d'un sous-ensemble 500 de capteurs unitaires 202 selon la présente invention.
Cette figure illustre une méthode de fabrication alternative pour un sous-ensemble 500 et partant, une ligne 200 de capteurs unitaires 202 selon l'invention. Ce mode de réalisation peut bien sûr s'appliquer aux différentes configurations décrites dans les exemples de modes de réalisation présentés ci-dessus, c'est-à-dire que l'on pourra aussi bien l'appliquer à une ligne 200 de capteurs unitaires 202 chacun adjoints d'un système polariseur 412 / analyseur 413 telle qu'illustrée par les figures 4a et 4b, qu'à une ligne 200 de capteurs unitaires 202, en entrée de laquelle est disposé un polariseur 312, et en sortie de laquelle est disposé un analyseur 313, telle qu'illustrée par les figures 3a et 3b. Dans ce mode de réalisation de l'invention, la fibre optique 301 est périodiquement gravée, par exemple par une technique connue d'attaque acide, jusqu'à la profondeur du guide d'onde 302 qu'elle comprend, pour accueillir la pluralité de capteurs unitaires 202. Dans ce mode de réalisation, les capteurs unitaires 202 peuvent être formés par une déposition de couche mince polymère ayant des propriétés électro-optiques. Ainsi, aux endroits dégagés, le faisceau optique se couple dans le cristal formant le capteur unitaire 202, et est modifié par le champ électromagnétique. L'ensemble constitue un fil qui peut être noyé dans un substrat 201 de type fibre de verre époxy ou autre substrat synthétique de type Roggers présentant des qualités hyperfréquences compatibles de la réalisation d'un réseau d'antennes patch.35 La figure 6 illustre, par une vue en coupe transversale, un quatrième exemple de mode de réalisation d'un sous-ensemble 600 de capteurs unitaires 202 selon la présente invention.
Dans ce mode de réalisation, le capteur unitaire 202 ne comprend pas de guide d'onde, et aucune fibre optique n'est utilisée. Le signal optique émis par le dispositif émetteur de lumière 310 peut être transmis dans un milieu à conservation de la polarisation optique tel que l'air. Par exemple, les lignes 200 de capteurs unitaires peuvent être formées par des conduits 601 réalisés dans le substrat 201, et contenant de l'air. De la même manière, ce mode de réalisation peut s'appliquer aux configurations présentées plus haut en référence aux figures précédentes.
La figure 7 illustre, en vue de dessus, un exemple de mode de réalisation d'un dispositif de commande des tensions de polarisation des capteurs électro-optiques unitaires 202 dans un dispositif de mesure de champ électromagnétique 122 selon la présente invention. Dans cet exemple de mode de réalisation, un circuit de commande peut être également implanté dans le substrat 201, permettant de commander individuellement chacun des capteurs électro-optiques unitaires 202, selon un principe similaire aux techniques mises en oeuvre notamment dans les dispositifs intégrant des capteurs de type CCD, selon l'acronyme anglo-saxon pour Charged-Coupled Device, ou dispositif à transfert de charge. L'application d'une tension VI et Vj sur un capteur unitaire 202 polarise cet élément, qui peut alors être sélectivement activé ou désactivé. On pourra par exemple choisir la valeur de Vpi/2 pour les tensions VI et Vj, et respectivement activer ou désactiver un capteur unitaire 202 donné en lui appliquant une tension égale à VI ou VI + Vj.
La figure 8 illustre, en vue schématique, un exemple de structure globale d'un dispositif de mesure de champ électromagnétique intégré dans un substrat d'antenne.
Un circuit de commande 801 pilote les différentes lignes 200 35 comprenant les capteurs unitaires 202, les dispositifs d'émission de lumière 310, de détection de lumière 311 et les guides d'onde optique les reliant, ainsi que les polariseurs / analyseurs 312, 412, 313 et 413. Les modules d'antenne 203 sont réalisés en surface du substrat diélectrique 201. Les dispositifs de détection de lumière 311 des différentes lignes 200 sont chacun connectés à des convertisseurs analogiques û numériques ou CAN 802. Les CAN 802 sont connectés à un circuit de multiplexage 803, relié à l'unité de traitement 103 non représentée sur la figure, par exemple un ordinateur personnel exécutant un logiciel spécifique.
II est bien sûr possible d'envisager d'autres modes de réalisation d'un dispositif de mesure électromagnétique 122 selon la présente invention, et les modes de réalisation ne se limitent pas aux exemples présentés en référence aux figures précédentes. Par exemple, dans un mode de réalisation alternatif de l'invention non représenté sur les figures, il est possible d'assembler les fils monodimensionnels comprenant les fibres optiques 301 et les capteurs électro-optiques unitaires 202 pour réaliser un maillage bidimensionnel, comprenant des lignes et des colonnes de capteurs électro-optiques. Les noeuds d'interconnexion de ce maillage sont alors les cristaux formant les capteurs unitaires 202, et les fibres optiques peuvent par exemple être situées dans des plans différents, au sein du substrat diélectrique 201. Un tel maillage optique bidimensionnel permet de mesurer une autre composante du champ électrique. En effet, un capteur mesure deux composantes du champ électrique : une composante verticale Ey et une composante horizontale E, par exemple, qui sont perpendiculaires à l'axe de propagation du faisceau optique. Le fait d'employer un faisceau optique disposé à un angle de 90° du premier faisceau permet de mesurer une troisième composante EZ dans le même plan horizontal que E. Le substrat diélectrique 201 peut être réalisé en fibre de verre époxy ou autre matière synthétique présentant des qualités hyperfréquences.
II est encore possible d'envisager un substrat 201 intégralement réalisé en fibre optique, de manière à obtenir un plan de transmission de la puissance optique. Un tel substrat est alors périodiquement implanté avec des cristaux détecteurs.
II est à remarquer que dans tous les modes de réalisation présentés ci-dessus, il est préférable de minimiser la taille des cristaux formant les capteurs électro-optiques 202. En effet, ces cristaux sont communément réalisés dans des matières offrant une permittivité diélectrique importante en regard de la permittivité diélectrique de l'air. Par exemple, un matériau biréfringent de type niobate de lithium présente une permittivité diélectrique de l'ordre de 38 F.m-l. Ainsi, plus les capteurs unitaires 202 sont volumineux, plus la permittivité diélectrique globale du substrat 201 d'antenne est élevée, et plus les performances de rayonnement de l'antenne sont médiocres. De la ~o même manière, il est préférable d'utiliser des matériaux de type polymère pour réaliser les capteurs unitaires 202, de tels matériaux pouvant en outre présenter des avantages additionnels notamment liés à la possibilité de réaliser les capteurs par des techniques de déposition.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ligne (200) comprenant une pluralité de capteurs électro-optiques (202) constitués d'un matériau optique biréfringent, au moins un dispositif émetteur de lumière (310), et au moins un dispositif photo-détecteur (311) convertissant le faisceau lumineux reçu en un signal électrique fonction de la puissance lumineuse, les capteurs électro-optiques (202) étant disposés en ligne droite entre le dispositif émetteur de lumière (310) et le dispositif photo-détecteur (311), et étant reliés entre eux par un guide optique (301, 601).
- 2- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un substrat diélectrique (201).
- 3- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide optique (301) est constitué d'une fibre optique (301) à conservation de polarisation optique, comprenant un premier guide d'onde optique (302), un second guide d'onde optique (303) étant réalisé dans les capteurs unitaires (202), le premier et le second guides optiques étant alignés.
- 4- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fibre optique (301) est gravée périodiquement sur sa longueur, en profondeur jusqu'au niveau du premier guide d'onde optique (302), la gravure formant un emplacement accueillant un capteur unitaire (202) réalisé par déposition d'un matériau polymère biréfringent.
- 5- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le guide optique (601) est réalisé par une tranchée dans le substrat(201) contenant de l'air ou un autre matériau à conservation de polarisation optique.
- 6- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier polariseur (312) est disposé en entrée de la ligne (200), en aval du dispositif émetteur de lumière (310) et un second polariseur (313) est disposé en amont du dispositif photo-détecteur (311).
- 7- Dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque capteur unitaire (202) est relié à un premier polariseur (412) disposé en amont, et un second polariseur (413) disposé en aval.
- 8- Antenne comprenant une pluralité de modules d'antenne (203) disposés sur la surface d'un substrat (201), caractérisée en ce que le substrat (201) comprend un dispositif de mesure de champ électromagnétique (112, 122) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 9- Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite antenne comprend en outre un circuit de commande (801) apte à appliquer à chaque capteur unitaire (202) une tension d'activation maximisant la sensibilité du capteur (202) au champ électromagnétique, et une tension de désactivation minimisant la sensibilité au champ électromagnétique et maximisant la transmission de l'onde optique.
- 10- Antenne selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le circuit de commande (801) est associé à un module de commande des modules d'antenne (203), de manière à appliquer, lorsque seulement un module d'antenne (203) déterminé est activé, la tension d'activation à au moins un capteur unitaire (202) situé à proximité du module d'antenne (203) activé, et à appliquer la tension à tous les autres capteurs unitaires.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0901312A FR2943426B1 (fr) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0901312A FR2943426B1 (fr) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2943426A1 true FR2943426A1 (fr) | 2010-09-24 |
| FR2943426B1 FR2943426B1 (fr) | 2012-04-27 |
Family
ID=41211825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0901312A Active FR2943426B1 (fr) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2943426B1 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07294575A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Tokin Corp | 光電界センサ |
| EP0717294A2 (fr) * | 1994-12-12 | 1996-06-19 | Matsushita Electronic Components Co., Ltd. | Capteur à fibre optique et son procédé de fabrication |
| WO2000004398A2 (fr) * | 1998-07-16 | 2000-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Dispositif et procede de mesure optique d'un courant electrique et d'une composante d'un champ electrique |
| JP2004274584A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界検出光学装置 |
| EP1674878A1 (fr) * | 2004-12-22 | 2006-06-28 | Thales | Sonde électro-optique de mesure de champs électriques ou électromagnétiques à asservissement de la longueur d'onde du point de fonctionnement |
-
2009
- 2009-03-20 FR FR0901312A patent/FR2943426B1/fr active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07294575A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Tokin Corp | 光電界センサ |
| EP0717294A2 (fr) * | 1994-12-12 | 1996-06-19 | Matsushita Electronic Components Co., Ltd. | Capteur à fibre optique et son procédé de fabrication |
| WO2000004398A2 (fr) * | 1998-07-16 | 2000-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Dispositif et procede de mesure optique d'un courant electrique et d'une composante d'un champ electrique |
| JP2004274584A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界検出光学装置 |
| EP1674878A1 (fr) * | 2004-12-22 | 2006-06-28 | Thales | Sonde électro-optique de mesure de champs électriques ou électromagnétiques à asservissement de la longueur d'onde du point de fonctionnement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2943426B1 (fr) | 2012-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190312642A1 (en) | Reflective optical data modulator | |
| EP0533785B1 (fr) | Dispositif de mesure, en une pluralite de points d'une surface du champ micro-onde rayonne par une source | |
| FR2614136A1 (fr) | Dispositif de commande optique d'une antenne a balayage | |
| FR2756938A1 (fr) | Dispositif, notamment a semiconducteur, pour le traitement de deux ondes, notamment lumineuses | |
| Zhang et al. | A Fully Solid-State Beam Scanner for FMCW LiDAR Application | |
| FR2635423A1 (fr) | Procede et dispositif de filtrage optique et de photodetection de signaux optiques modules en intensite | |
| FR2943426A1 (fr) | Dispositif electro-optique integre de mesure de champ electromagnetique | |
| EP1674878B1 (fr) | Sonde électro-optique de mesure de champs électriques ou électromagnétiques à asservissement de la longueur d'onde du point de fonctionnement | |
| CA2664544C (fr) | Dispositif micro-onde de controle d'un materiau | |
| EP1829172A1 (fr) | Source laser a recombinaison coherente de faisceaux | |
| EP1031172B1 (fr) | Realisation d'emetteurs hyperfrequences et applications aux radars et aux telecommunications | |
| EP1253462B1 (fr) | Emetteur optique comprenant un modulateur compose d'une pluralite d'éléments de modulation | |
| WO2007048778A1 (fr) | Detecteur d'ondes electromagnetiques a bande passante terahertz | |
| FR2923595A1 (fr) | Capteur optique pour mesurer la deformation au cours du temps d'une structure plane deformable | |
| JPH03278014A (ja) | 反射型光走査トンネル顕微鏡 | |
| FR2665039A1 (fr) | Systeme de commutation optique de signaux multiplexes en frequence. | |
| EP4010932B1 (fr) | Dispositif optoélectronique planaire de génération d'un signal hyperfréquence | |
| FR2706090A1 (fr) | Dispositif résonateur pour obtenir de la lumière cohérente avec une largeur de bande de fréquence réduite. | |
| FR2688324A1 (fr) | Dispositif de detection optronique a amplification optique et son application a la telemetrie et a l'ecartometrie. | |
| EP0772047B1 (fr) | Dispositif de mesure de champ électrique | |
| FR3104730A1 (fr) | Dispositif de mesure de signaux delivres par un reseau de capteurs a base de cavites laser a fibre optique | |
| FR2534380A1 (fr) | Procede et dispositif de mesure rapide de champs proches | |
| FR2798010A1 (fr) | Composant electro-optique multi-sections | |
| WO2023031535A1 (fr) | Structure pour collecter de la lumiere | |
| WO1999049287A1 (fr) | Capteur d'effort a fibre optique, procede de fabrication d'un tel capteur, et dispositif de detection d'effort utilisant ce capteur |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 15 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 16 |