FR3118539A1

FR3118539A1 - Procede de calibration d'une antenne, pointeur et antenne

Info

Publication number: FR3118539A1
Application number: FR2014262A
Authority: FR
Inventors: Jaki AMAR; Alain Bouedo; Christian Renard
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: FR3118539B1; EP4024613A1

Abstract

Procédé de calibration d’une antenne réseau (A) à balayage électronique comprenant des voies (Vi) comprenant chacune un élément rayonnant (Ei) et apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes contigües formant une bande de fréquences globale, chaque sous-bande comprenant une fréquence centrale, le procédé de calibration comprenant l’étape suivante : -Générer des commande de déphasage destinées à être appliquées aux voies respectives, en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes, les commandes de déphasage étant définies, pour chaque voie (Vi), par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit, entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquence. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Procédé de calibration d’une antenne, pointeur et antenne.

L’invention se situe dans le domaine des antennes réseau ayant plusieurs voies comprenant chacune un élément rayonnant. Elle concerne, en particulier, les antennes électromagnétiques de type antennes actives à balayage électronique utilisées, notamment, pour équiper des radars ou autodirecteurs. Le domaine d’application est celui des antennes aptes à fonctionner dans un mode de fonctionnement bande étroite sur différentes sous-bandes de fréquences d’étendue restreinte, communément appelées « bandes de fréquences instantanées », contigües ayant une même largeur réduite en fréquence et permettant un mode de fonctionnement classique du type visualisation des cibles mobiles ou MTI (de l’anglo-saxon « Moving target indicator ») et un mode fonctionnement dit large bande, c’est à dire à balayage en fréquence sur une large bande de fréquences comprenant plusieurs des sous-bandes de fréquences, par exemple, pour un radar à ouverture synthétique SAR (de l’anglo-saxon « Synthetic aperture radar ») ou pour un radar à compression d’impulsions.

Dans le mode de fonctionnement bande étroite, on n’utilise, pour former une image, que les mesures obtenues dans une des sous-bandes de fréquences sans utiliser de mesures obtenues dans les autres sous-bandes de fréquences.

Dans le mode de fonctionnement large bande, on réalise un balayage en fréquence sur une large bande de fréquences de façon à utiliser des mesures effectuées à différentes fréquences de différentes sous-bandes de fréquences pour calculer une distance d’une cible et, in fine, pour former une même image radar. Le fait d’utiliser des mesures obtenues en balayant une large bande de fréquences permet d’augmenter la résolution en distance.

L’invention concerne la calibration, c’est-à-dire l’étalonnage, de telles antennes.

Dans un fonctionnement bande étroite, par exemple de type radar MTI, une antenne de large bande de fréquences globale, par exemple de l’ordre de 500 MHz opère dans des bandes de fréquences instantanées (ou sous-bandes de fréquences), présentant par exemple chacune une étendue de quelques dizaines de MHz, par exemple de 50 MHz. On applique à chacune des voies d’antenne une commande de déphasage définie de façon à obtenir un pointage de l’antenne selon une direction donnée, formant un angle donné avec une direction de référence liée au réseau, à une fréquence donnée d’une des sous-bandes de fréquences. La commande de déphasage appliquée à chaque voie est la même quelle que soit la fréquence de fonctionnement à l’intérieur de la sous-bande de fréquences considérée.

Ainsi, pour un réseau linéaire ayant N voies d’ordre i comprenant chacune un élément rayonnant d’ordre i et dans lequel les N éléments rayonnants d’ordre i sont répartis de façon régulière sur une droite et espacés deux à deux d’une distance d, il est par exemple connu que pour un pointage de l’antenne selon une direction de pointage définie par un angle θ₀ _,formé avec la normale à la droite sur laquelle sont disposés les éléments rayonnants, à la fréquence centrale d’une sous-bande de fréquences ΔF_j, des déphasage , définis de la façon suivante, doivent être introduits par les différentes voies d’ordre i, sur un signal d’entrée Si injecté en entrée de la voie pour que l’antenne pointe selon la direction de pointage prédéterminée, les signaux Si injectés en entrée des voies respectives présentant la même phase, en émission ou en réception :

où = (i – 1)*d est la position de l’élément rayonnant le long du réseau linéaire,

et où la longueur d’onde du faisceau à la fréquence centrale de la sous-bande ΔF_jest donné par :

où c est la célérité de la lumière.

Une opération de calibration est effectuée pour équilibrer en phase les N voies du réseau antennaire en vue de corriger les écarts de phase introduits entre les différentes voies du fait de différences entre les N chaînes d’émission ou de réception.

Pour le pointage angulaire nul (θ₀= 0°) à la fréquence centrale de la sous-bande ΔF_j, les N voies doivent être en phase. Les déphasages introduits par les différentes voies i sont mesurés et stockés dans le calculateur, dit calculateur pointeur. Ces écarts de phase ou phases d’insertion constituent un ensemble CALj de coefficients de calibration, dits principaux CALj_iavec i = 1 à N. Le coefficient de calibration principal CALj_iest le déphasage mesuré, pour la voie i, entre le signal de sortie de la voie i et le signal injecté en entrée de ladite voie, en émission ou en réception, à la fréquence centrale de la sous-bande ΔF_j pour le pointage angulaire nul.

Un ensemble CALj de coefficients de calibration principaux CALj_i avec i= 1 à N est déterminé pour chaque sous-bande ΔF_j, c’est-à-dire pour j = 1 à M où M est le nombre de sous-bandes de fréquence ΔF_jcontigües formant la bande de fréquences globale. On obtient une table de calibration comprenant les M ensembles CALj.

Le calculateur pointeur génère, pour un pointage du faisceau dans une direction définie par l’angle θ₀, pour toute fréquence de la sous-bande ΔF_j, la commande de déphasage suivante adressée à la voie i :

- CALj_iest appelée commande de calibration principale.

est la commande de déphasage théorique appliquée à la voie i dans la sous-bande ΔF_j.

Ces commandes de déphasages sont les déphasages appliqués par des déphaseurs respectifs des voies d’antenne V_irespectives pour toute fréquence de fonctionnement de la sous-bande ΔF_j.

Or, on souhaite pouvoir utiliser cette antenne en mode large bande.

On connaît une solution pour pointer dans une direction prédéterminée définie par un angle de pointage θ₀, consistant à appliquer aux différentes voies d’antennes, pour toute fréquence comprise dans la large bande de fréquences à couvrir, les commandes de déphasage déterminées, pour cet angle θ₀, à la fréquence centrale Fcc de la large de bande de fréquences à couvrir. Autrement dit, on ajuste les commandes de déphasage au moyen de l’ensemble calibration défini pour l’angle θ₀, à la fréquence centrale Fcc de la bande de fréquences centrale ΔFc de la large de bande de fréquences à couvrir.

Toutefois, cette solution entraîne une rapide dégradation du diagramme de rayonnement de l’antenne quand la fréquence sort de la sous-bande centrale ΔFc et une variation de l’angle de pointage du faisceau à mesure que la fréquence s’écarte de la fréquence centrale Fcc. En bord de la large bande de fréquences à couvrir, la qualité du diagramme de rayonnement est insuffisante pour assurer une bonne qualité d’une image radar si on souhaite utiliser, pour la former, des mesures effectuées à cette fréquence.

Une deuxième solution consiste à remplacer les déphaseurs utilisés pour le balayage angulaire du faisceau rayonné par des lignes à longueur programmable ou LLP introduisant des retards temporels (déphasages) entre les différentes voies. Le faisceau rayonné demeure alors angulairement fixe avec la fréquence. Le défaut principal de cette solution consiste dans l’encombrement des LLP qui dépend de la dimension de l’antenne et de l’angle maximal de pointage du faisceau. Une autre limitation consiste dans les pertes ohmiques dans ce type de composants. Enfin, cette seconde solution ne permet pas d’augmenter les capacités d’une antenne existante utilisable en mode MTI pour permettre son utilisation en mode large bande sans modification profonde de son architecture.

Un but de la présente invention est de limiter au moins un des inconvénients précités.

Dans le cadre de la présente invention, le demandeur a fait les constatations exposées ci-après.

Dans la suite du texte, par phase d’insertion d’une voie, on entend un déphasage introduit par une voie, entre un signal d’entrée de la voie et un signal de sortie de la voie. Il s’agit du déphasage entre le signal d’excitation de la voie et le signal rayonné par la voie en mode émission et, en mode réception, entre le signal émis vers la voie et le signal mesuré en sortie de la voie (c’est-à-dire un signal généré en sortie de la voie). Le signal rayonné par l’antenne est mesuré en un point quelconque prédéterminé de l’environnement et le signal émis vers la voie est émis depuis un point quelconque prédéterminé de l’environnement. Afin de comparer des phases d’insertion d’une même voie à différentes fréquences, en émission ou en réception, lors d’une phase de mesure de calibration on mesure le signal rayonné par l’antenne en un même point de l’environnement aux différentes fréquences à partir d’un même signal d’entrée, ou respectivement on émet un même signal vers la voie depuis un même point de l’environnement aux différentes fréquences. Afin de comparer des phases d’insertion à une même fréquence entre différentes voies, lors d’une phase de mesure de calibration on mesure le signal rayonné par les voies respectives en des positions relatives respectives identiques par rapport aux voies respectives de l’antenne, le signal d’entrée de l’antenne étant le même, ou respectivement on émet le même signal vers les voies respectives depuis des positions relatives respectives identiques par rapport aux voies respectives de l’antenne et on mesure le signal en sortie des voies respectives.

Une solution, afin de limiter les problèmes liés à l’utilisation, pour toutes les fréquences de la large bande de fréquences, des coefficients de calibration principaux définis à la fréquence centrale Fcc de la bande de fréquences centrale ΔFc, pourrait être d’utiliser les différents coefficients de calibration CALj_idéfinis précédemment.

Dans ce cas, le calculateur pointeur utiliserait, pour un pointage du faisceau dans une direction définie par un angle θ₀, pour toute fréquence de la sous-bande ΔF_j, la commande de déphasage suivante adressée à l’élément rayonnant i :

Dans la sous-bande adjacente supérieure ΔF_j+1, le pointage dans la même direction s’obtiendrait avec des premières commandes de pointage différentes correspondant à la fréquence Fc_j+1= Fc_j+ ΔF :

Il ne serait pas possible de former des images radar de haute résolution à partir de signaux mesurés dans des sous-bandes distinctes car il n’y aurait pas cohérence des signaux et donc pas de continuité de phase entre les sous-bandes.

En effet, l’opération de mise en phase des différentes voies, c’est-à-dire l’opération d’ajustement des déphasages pour éviter l’introduction, entre les différentes voies, de déphasages autres que ceux que l’on doit introduire pour faire pointer l’antenne dans la direction souhaitée consiste, au premier ordre, à commander le déphasage de chaque voie i par une commande de calibration principale (- CALj_i) égale à l’opposé du coefficient de calibration principal CALj_i(ou déphasage) mesuré pour la voie i.

En réalisant une telle calibration, on suppose que le déphasage introduit par la voie i ne varie pas avec la fréquence dans chacune des sous-bandes et on applique l’opposé du déphasage CALj_imesuré à la fréquence centrale Fcj de façon à maintenir ce déphasage constant. Cela revient à imposer une phase d’insertion nulle à chaque fréquence centrale Fcj.

On peut constater en , sur laquelle on a représenté des mesures de phases d’insertion d’une voie i dans un même mode de fonctionnement (émission ou en réception), à différentes fréquences fk régulièrement espacées sur une première bande de fréquences constitues de trois sous-bandes contigües, lorsque la commande de déphasage est la somme de la commande de déphasage théorique et la commande de calibration principale - CALji pour j = 1 à 3. Les fréquences fk sont comprises dans les trois sous-bandes contigües ΔFx+1, ΔFx+2 et ΔFx+3. Les fréquences centrales Fcx+1, Fcx+2, Fcx+3 des sous-bandes respectives ΔFx+1, ΔFx+2 et ΔFx+3 sont respectivement de numéros d’ordre respectifs 80, 96, 112. Il y a 16 fréquences par sous-bande dans l’exemple non limitatif de la .

Comme chaque terme CALj_ia été déterminé, préalablement, à la fréquence centrale Fc_jde chaque sous bande ΔFj, on constate qu’à chaque fréquence centrale Fc_x+1, Fc_x+2, Fc_x+3, la phase d’insertion est sensiblement nulle. Par exemple, dans la sous-bande ΔF_x+1, la fréquence centrale ou fréquence de calibration est la fréquence f80.

Or, cette calibration ne tient pas compte du fait que la phase d’insertion mesurée par un instrument de mesure est la somme d’un déphasage indépendant de la fréquence et d’un déphasage lié à un temps de transit que le signal a mis pour se propager dans la voie correspondante, c’est-à-dire lié à la longueur électrique de la voie. Si on fait l’hypothèse que ces milieux ne sont pas dispersifs, ce qui est le cas en pratique, ce temps, dit de transit, est constant au sens qu’il ne dépend pas de la fréquence. En revanche, le temps de transit provoque un déphasage qui dépend de la fréquence et, plus précisément, qui varie linéairement avec la fréquence.

Cela est d’ailleurs confirmé par la . En effet, on observe, sur la , que dans chacune des sous-bandes, la phase d’insertion varie linéairement en fonction de la fréquence avec une pente notée δphi où δphi= Phase(fk+1) – Phase(fk), où Phase(fk) est la phase d’insertion à la fréquence fk. Cette différence de phase est provoquée par le temps de transit.

Ainsi à la fréquence f81, la phase d’insertion est égale à δphi, à la fréquence f82, la phase d’insertion est égale à 2*δphi, à la fréquence f79, la phase est égale à -δphi.

En revanche, la phase d’insertion varie en dents de scie sur la première bande de fréquences constituée des trois sous-bandes contigües Fc_x+1, Fcx+₂et Fc_x+3. Il y a un saut de phase à chaque changement de sous-bande de fréquences, c’est à dire entre deux fréquences consécutives appartenant à deux sous-bandes contigües. La valeur absolue de la différence de phase DF entre ces deux fréquences consécutives est largement supérieure à celle de δphi Il n’y a donc pas de continuité de phases d’insertion entre les différentes sous-bandes.

Cette discontinuité est incompatible avec une application large bande, les mesures utilisées pour réaliser une image radar devant être cohérentes en fréquence.

Or, la différence de phase entre deux fréquences consécutives est provoquée uniquement par le transit entre ces deux fréquences.

Par conséquent, il ne devrait pas y avoir de saut de phase entre deux fréquences consécutives appartenant à deux sous-bandes contigües mais, plutôt, une différence de phase égale à δphi. La phase d’insertion devrait présenter l’allure représentée en figure 2 sur laquelle les phases d’insertion sont situées sur une droite de pente égale à où est l’écart entre deux fréquences consécutives, cet écart étant égal à l’unité sur la .

Par ailleurs, en radar, on mesure la distance Dist en utilisant les mesures de phase de propagation phi à différentes fréquences f :

Phi = 4*π*f*Dist/c

Le fait d’ajouter un déphasage lié à un temps de transit dans l’antenne ne fait qu’introduire un petit biais sur la mesure de distance. En revanche, si on introduit des déphasages liés au temps de transit différents à différentes fréquences par un défaut de calibration, on rajoute un bruit sur les mesures de phase aux différentes fréquences et on ne peut plus déduire la distance avec une bonne résolution.

La présente invention se propose donc d’utiliser, en phase d’émission et/ou de réception, une estimation du déphasage dû au temps de transit entre deux fréquences consécutives pour ajuster les commandes de déphasage de sorte à éviter l’introduction d’une discontinuité de phase d’insertion lors du passage d’une sous-bande à la sous-bande contiguë.

Ce procédé de calibration, en rétablissant la continuité de phase entre les différentes sous-bandes, permet une utilisation de l’antenne en mode large bande.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de calibration d’une antenne réseau à balayage électronique comprenant un ensemble de voies comprenant chacune un élément rayonnant, l’antenne réseau étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquences contigües formant une bande de fréquences globale, chaque sous-bande de fréquences comprenant une fréquence centrale, le procédé de calibration comprenant l’étape suivante : Générer des commandes de déphasage destinées à être appliquées aux voies respectives en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes, les commandes de déphasage étant définies, pour chaque voie, par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit, entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquence.

Avantageusement, le procédé comprend :
- pour chaque voie, mesurer une première phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement,
- mesurer, pour au moins une des voies, des deuxièmes phases d’insertion de la dite voie, dans le mode de fonctionnement, à différentes fréquences de mesure séparées deux à deux d’un écart en fréquence inférieur à la largeur ΔF des sous-bandes,
- estimer, à partir des deuxièmes phases d’insertion ; un déphasage de transit inter sous-bandes introduit, par un temps de transit, entre deux fréquences séparées de la largeur ΔF, dans le mode de fonctionnement,
- estimer, pour chaque voie, dans le mode de fonctionnement, un déphasage global, à partir de la première phase d’insertion mesurée, et du déphasage de transit inter sous-bandes estimé dans le mode de fonctionnement.

Avantageusement, la première phase d’insertion est mesurée à une fréquence centrale d’une des sous-bandes.

Avantageusement, le procédé comprend une étape de correction des première et deuxième phases d’insertion en éliminant, avant l’étape d’estimation des déphasages globaux, des phases d’insertion introduites par un dispositif de mesure de la première phase d’insertion et de la deuxième phase d’insertion.

L’invention se rapporte également à un procédé d’estimation d’une distance comprenant les étapes suivantes :
- émettre au moyen de l’antenne, lors d’une phase d’émission des signaux hyperfréquence à plusieurs fréquences d’émission de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un premier ensemble de sous-bandes,
- mesurer au moyen de l’antenne, lors d’une phase de réception, des signaux reçus à plusieurs fréquences de réception de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un deuxième ensemble de sous-bandes suite à l’émission des signaux hyperfréquence,
- calculer une distance à partir des signaux reçus par l’antenne,
lors des étapes d’émission et de réception, les commandes de déphasages à destination des déphaseurs des différentes voies étant générées par le procédé de calibration selon l’invention.

L’invention se rapporte également à un pointeur de génération de commandes de déphasage des voies d’une antenne réseau à balayage électronique comprenant un ensemble de voies comprenant chacune un élément rayonnant, l’antenne réseau étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquences contigües formant une bande de fréquences globales, le pointeur comprenant des moyens de génération de commande configurés pour générer destinées à être appliquées aux voies respectives en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes, les commandes de déphasage étant définies, pour chaque voie, par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit, entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquence.

Avantageusement, le pointeur comprend une mémoire stockant une table de calibration définie pour le mode de fonctionnement, la table de calibration comprenant, pour chaque voie de l’antenne, un ensemble de déphasages globaux définis pour les fréquences centrales des sous-bandes respectives, chaque déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie i, dans le mode de fonctionnement, à une des fréquences centrales des sous-bandes et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit entre la fréquence centrale et une fréquence centrale de référence.

L’invention se rapporte également à un pointeur dans lequel les moyens de génération de commande sont configurés pour mettre en œuvre les étapes suivantes lors d’une étape d’estimation de distance :
- générer des premières commandes de déphasage à destination des voies de l’antenne sorte que l’antenne émette, lors d’une phase d’émission, des signaux hyperfréquence à plusieurs fréquences d’émission de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un premier ensemble de sous-bandes,
- générer des deuxièmes commandes de déphasage à destinations des voies de l’antenne de sorte que l’antenne mesure, lors d’une phase de réception, des signaux reçus à plusieurs fréquences de réception de plusieurs sous-bandes d’un deuxième ensemble de sous-bandes de fréquences,
le pointeur comprenant des moyens d’estimation de distance configurés pour estimer une distance à partir des signaux mesurés.

L’invention se rapporte également à antenne réseau à balayage électronique comprenant un ensemble de voies d’antennes comprenant chacune un élément rayonnant, l’antenne réseau étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquence contiguës de largeur formant une bande de fréquences globales, l’antenne réseau à balayage électronique comprenant le pointeur selon l’invention, les commandes générées par le pointeur étant destinées à commander des déphaseurs des voies d’antennes.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :

, déjà décrite représente des mesures de phases d’insertion d’une voie d’antenne, dans un même mode de fonctionnement, à différentes fréquences régulièrement espacées d’une première bande de fréquences constituée de trois sous-bandes contigües, les commandes de déphasage étant réglées par des commandes de calibration principales ;

, déjà décrite représente l’allure que devrait présenter la phase d’insertion de la voie en fonction de la fréquence ;

, représente un exemple d’architecture d’une antenne selon l’invention et un dispositif de mesure ;

, représente schématiquement les étapes d’un procédé de calibration selon l’invention ;

, représente schématiquement, pour une voie donnée, la différence de phase mesurée en champ proche entre des points de fréquence consécutifs espacés d’un pas constant, lorsque les phases sont ajustées uniquement au moyen des déphasages principaux ;

, représente schématiquement, pour la voie de la , la différence de phase mesurée en champ proche entre des points de fréquence consécutifs espacés du même pas que sur la , lorsque les phases sont ajustées au moyen des déphasages globaux ;

, représente schématiquement les écarts de la phase du lobe principal entre fréquences consécutives espacées d’un pas constant, mesurés dans une base de mesure antenne pour un faisceau pointé dans la direction 0°, l’antenne étant une antenne dont le réseau d’éléments rayonnants est bidimensionnel et comporte plusieurs centaines de voies ;

, représente schématiquement les écarts de la phase du lobe principal entre fréquences consécutives espacées du même pas que sur la pour la même antenne que pour la , pour un faisceau pointé dans la direction 60 .

D’une figure à l’autre les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références.

L’invention se rapporte à un procédé de calibration, c’est-à-dire d’étalonnage d’une antenne réseau.

Une antenne réseau A comprend classiquement, comme représenté en , une pluralité de voies d’antenne Vi comprenant chacune un élément rayonnant Ei avec i = 1 à N où N est le nombre d’éléments rayonnants c’est-à-dire de voies de l’antenne A, et un déphaseur Di apte à appliquer un déphasage à un signal d’entrée de la voie Vi en réception et/ou en émission à partir d’une commande de déphasage correspondant au déphasage appliqué par le déphaseur Di.

Les éléments rayonnants E_iforment un réseau R d’éléments rayonnants.

Le réseau R peut être linéaire comme sur la , les éléments rayonnants Ei avec i = 1 à N étant répartis le long d’une droite D. En variante, le réseau d’éléments rayonnants est bidimensionnel ou tridimensionnel.

Dans l’exemple non limitatif de la , les éléments rayonnants Ei sont régulièrement répartis le long de la droite D. Ils sont séparés deux à deux d’une distance d.

L’antenne de la est apte à fonctionner alternativement en émission et en réception. L'alternance des fonctions émission / réception est assurée par des commutateurs C1i, C2i, C3i commandés par une horloge de synchronisation H.

L’antenne réseau A est une antenne à balayage électronique.

Dans l’exemple non limitatif de la , l’antenne réseau comprend un ensemble de modules de commande MCi avec i = 1 à N. Un seul module de commande MC1 configuré pour commander l’élément rayonnant E1 est représenté en mais en réalité, chaque voie comprend un module de commande de même architecture que le module de commande MC1.

Dans l’exemple non limitatif de la , le module de commande MCi comprend un atténuateur variable Ai et un déphaseur électronique Di permettant respectivement d’appliquer une atténuation et d’appliquer un déphasage à un signal d’entrée la voie Vi aussi bien en émission qu’en réception, à partir d’une commande d’atténuation et respectivement, d’une commande de déphasage.

Les commandes de déphasage et les commandes d’atténuation sont générées par un pointeur P. En particulier, les commandes de déphasage adressées aux déphaseurs D_irespectifs sont générées par un calculateur CP du pointeur à partir de commandes de déphasages théoriques (ou phases d’insertion théoriques) et de commandes de déphasage globales stockées dans une mémoire MEM du pointeur P.

Les déphasages théoriques dépendent de l’angle de pointage.

En mode émission, un répartiteur/combineur RC présentant une entrée sortie ERC alimente les modules de commande MC_i. Le déphasage et l’atténuation sont appliquées au signal reçu en entrée du module de commande MC_ipar le déphaseur D_iet, respectivement, l’atténuateur A_i, à partir des commandes de déphasage et d’atténuation générées par le pointeur P. Les commutateurs C1_i, C2_i et C3_isont commandés par l'horloge H, et le signal sortant du déphaseur D_iest amplifié par un amplificateur de puissance AP_i, avant d’exciter l’élément rayonnant E_i.

En mode réception, le répartiteur combineur RC reçoit les signaux qui sont acheminés par les modules de commande MC_i depuis l’élément rayonnant E_i. Dans les modules de commande, les signaux provenant des éléments rayonnant E_isont commutés par les commutateurs C1_i, C2_iet C3_isur la voie réception et traversent un amplificateur faible bruit AF_i. Ensuite, le déphasage et l'atténuation sont appliqués par le déphaseur D_iet l’atténuateur A_i, commandés par le pointeur P.

Cette architecture d'antenne réseau est bien connue de l’homme du métier mais d’autres architectures d’antennes à balayage électronique sont bien entendu envisageables.

Dans une variante, l’antenne est apte à fonctionner uniquement en émission ou en réception.

Les déphaseurs D_isont commandés par le pointeur P configuré pour générer des commandes de déphasage à partir d’une consigne de pointage correspondant à une direction de pointage.

Les déphaseurs D_isont commandés par les commandes de déphasage respectives afin que les déphaseurs appliquent les déphasages respectifs, correspondant aux commandes de déphasage respectives, aux différentes voies V_i, de façon que l’antenne pointe dans la direction de pointage.

L’antenne A est apte à fonctionner alternativement dans différentes sous-bandes de fréquences contigües ΔFj, de largeur ΔF, formant une bande de fréquences globale de largeur ΔFG.

La présente invention se rapporte à un procédé de calibration d’une antenne, ou procédé de génération de commandes de déphasages correspondant à des déphasages destinés à être appliqués, en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, par les voies respectives sur des signaux respectifs d’entrée desdites voies, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes dans lequel on génère, pour chaque voie i, une commande de déphasage définie par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie i, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion principale de la voie i, dans le mode de fonctionnement, à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par l’antenne du fait d’un temps de transit entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de réception, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquences. La fréquence centrale de référence est la même pour toutes les fréquences et toutes les voies.

Cela est donc le cas pour toute première fréquence appartenant à une première sous-bande ne contenant pas la fréquence centrale de référence. Lorsque la première fréquence appartient à la même sous-bande que la fréquence centrale de référence, alors, pour chaque voie, le déphasage global est la phase d’insertion principale de la voie, à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences étant la fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement.

La fréquence centrale d’une sous-bande de fréquences est la fréquence située au centre de la sous-bande de fréquences.

Le déphasage introduit par le temps de transit, ou phase d’insertion induite par le temps de transit, est défini à partir d’une estimation du déphasage provoqué par le temps de transit entre deux fréquences séparées d’une différence de fréquence égale à ΔF. Ce déphasage est appelée déphasage de transit inter sous-bandes dphi dans la suite du texte.

Ainsi, le procédé de calibration selon l’invention permet d’éliminer les sauts de phase entre les sous-bandes de fréquences adjacentes et ainsi d’obtenir une continuité de phase entre les sous-bandes ce qui permet l’utilisation de l’antenne pour des applications large bande.

Avantageusement, on détermine une table de calibration globale comprenant les déphasages globaux définis, dans un mode de fonctionnement, pour chaque voie de l’antenne, pour chaque sous-bande de fréquence.

La table de calibration comprend, pour chaque voie de l’antenne, un ensemble de déphasages globaux définis pour les fréquences centrales des sous-bandes respectives, chaque déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion introduite par la voie i, dans le mode de fonctionnement, à une des fréquences centrales et d’un déphasage de transit induit par un temps de transit entre la fréquence centrale et une fréquence centrale de référence.

Chaque déphasage global utilisé pour générer les commandes de déphasage à destination des voies respectives est pris dans la table de calibration globale définie pour le mode de fonctionnement souhaité (émission ou réception).

Avantageusement pour une antenne apte à fonctionner en émission et en réception, on détermine une table de calibration en émission et une table de calibration en réception. En variante, on détermine une table de calibration en émission ou en réception.

Pour déterminer une table de calibration en émission, toutes les mesures décrites ci-après sont effectuées en émission et les calculs décrits ci-après sont déterminés à partir de mesures obtenues en émission. Pour déterminer une table de calibration en réception, toutes les mesures décrites ci-après sont effectuées en réception, les calculs décrits ci-après sont déterminés à partir de mesures obtenues en réception. Cela n’est pas reprécisé dans la suite du texte afin de ne pas alourdir la description. Dans la suite du texte, on suppose que l’on fait les mesures et les calculs associés dans un des deux modes émission et réception. Les commandes de déphasages sont ensuite générées, en mode émission ou en mode réception à partir de la table de calibration déterminée dans ce mode.

Avantageusement, le procédé de calibration comprend, comme représenté en , une étape 100 d’estimation du déphasage de transit inter sous-bandes.

Afin d’estimer le déphasage de transit, il est nécessaire de mesurer un déphasage entre deux fréquences suffisamment proches afin que le déphasage introduit par le temps de transit entre ces deux fréquences soit inférieur à 2π. En effet, la phase est modulo à 2π.

Le procédé de calibration selon l’invention comprend donc, pour au moins un des éléments rayonnants R_i, une étape 10 de mesure de déphasages dϕik (ou phases d’insertion) respectivement introduits par la voie i considérée (lorsque cet élément rayonnant de la voie est le seul élément rayonnant de l’ensemble R d’éléments rayonnants à fonctionner, ou en alternative, le seul élément rayonnant de l’ensemble R en visibilité électromagnétique de la sonde de mesure S) à différentes fréquences de mesure fk espacées deux à deux d’un pas tel que le déphasage introduit entre ces deux fréquences soit inférieur à 2π.

Les fréquences de mesure appartiennent, par exemple, à une même sous-bande mais ce n’est pas obligatoire.

Les fréquences de mesure sont avantageusement espacées d’une différence de fréquence inférieure à ΔF.

La mesure de déphasage dϕik (ou phase d’insertion) est, par exemple, effectuée en champ proche, c’est-à-dire, à partir d’une mesure réalisée à une distance de l’ordre de la longueur d’onde de l’élément rayonnant E_ià la fréquence fk.

L’étape de mesure 10 comprend, par exemple, pour une voie i, une étape de mesure de la phase d’insertion dϕik du signal émis à différentes fréquences de mesure fk régulièrement espacées d’un pas δf en fréquence.

On peut, par exemple, mesurer les phases d’insertions dϕik introduites par la voie i de l’antenne à K = 512 fréquences de mesure fk (avec k = 1 à K) régulièrement espacées sur la bande globale de largeur de fréquence ΔFG. Les fréquences de mesure sont espacées deux à deux d’un pas unitaire δf = 1 correspondant à une différence de fréquence prédéterminée. La largeur de fréquence ΔFG est alors de 512 unités. Si l’antenne comprenant 512 fréquences de mesures comprend M= 32 sous-bandes. Alors, chaque sous-bande ΔF_jcomprend K/M = 16 fréquences de mesure et présente une largeur ΔF = δf *K=16 unités.

Chaque mesure 10 est, effectuée par un même dispositif de mesure DM.

Le dispositif de mesure DM comprend, par exemple, comme représenté en , une sonde de mesure S reliée par un premier câble CA1 à une baie de mesure BAI, elle-même reliée par un deuxième câble CA2, à l’entrée/sortie ERC du répartiteur combineur RC. La baie de mesure BAI comprend des moyens de mesure, par exemple un analyseur de réseau, permettant de mesurer, en émission, la phase d’insertion de la voie Vi à partir de la phase du signal reçu par la sonde S et de celle du signal d’excitation injecté en entrée ERC du répartiteur combineur RC et généré, par exemple, par un générateur de signaux hyperfréquence de la baie de mesure BAI.

La baie de mesure BAI comprend également un générateur de signaux hyperfréquences permettant d’exciter l’antenne en son entrée ERC pour qu’elle émette un signal vers la sonde.

En réception, la baie de mesure BAI mesure la phase d’insertion de la voie V_ià partir d’un signal émis par un générateur de signaux hyperfréquence de la baie BAI et rayonné par la sonde S et d’un signal délivré en sortie ERC du répartiteur combineur et mesuré par un analyseur de réseau de la baie BAI.

La baie de mesure BAI comprend, avantageusement, un positionneur permettant de déplacer la sonde par rapport à l’antenne et de positionner la sonde par rapport au réseau d’éléments rayonnants dans des positions relatives respectives prédéterminées par rapport au réseau R d’éléments rayonnants de façon que les mesures de phase d’insertion effectuées pour chaque voie dans le mode de fonctionnement, soient effectuées dans une position relative prédéterminée entre l’élément rayonnant de la voie et la sonde, cette position relative étant la même pour toutes les voies.

Par exemple, dans le cas non limitatif d’un réseau R linéaire tel que représenté en , le positionneur est configuré pour permettre de déplacer la sonde d’un pas égal à d selon la droite D et de la maintenir en position par rapport au réseau R dans chacune des positions espacées du pas d.

Avantageusement, la sonde est positionnée en champ proche de l’élément rayonnant de la voie pour laquelle la mesure est effectuée.

Le procédé comprend, avantageusement, une étape 20 de correction de chaque déphasage dϕik, ou phase d’insertion, en soustrayant, au déphasage dϕik, un déphasage dϕck introduit par le dispositif de mesure DM à la fréquence de mesure à laquelle est mesuré le déphasage dϕik.

En effet, le dispositif de mesure DM introduit des déphasages liés au temps de transit des signaux électriques, notamment dans les câbles CA₁et CA₂et dans la baie de mesure BAI. Les déphasages introduits par le dispositif de mesure DM du fait de la longueur électrique du dispositif de mesure sont différents selon la fréquence du signal et altèrent donc la continuité entre les sous-bandes de fréquence.

Le déphasage corrigé dcϕik obtenu par l’étape de correction est donné par :

dcϕik = dϕik - dϕck.

Afin de calculer le déphasage corrigé, le procédé comprend avantageusement, une étape 15 de mesure préalable des déphasages dϕck introduits par le dispositif de mesure DM aux fréquences fk.

Ces mesures sont réalisées, par le dispositif de mesure DM, en remplaçant l’antenne complète par un élément rayonnant unique E0 et en reliant le deuxième câble CA₂à l’élément rayonnant E0. En variante l’élément rayonnant E0 est au sein d’un réseau passif d’éléments rayonnants chargés, représentant l’élément rayonnant environné.

Le procédé comprend ensuite une étape d’estimation du déphasage de transit unitaire moyen δphi introduit par l’antenne, du fait du temps de transit dans la voie i entre deux fréquences de mesures séparées du pas δf.

A cet effet, on calcule, par exemple, lors d’une étape 30, à partir des déphasages corrigés dcϕik obtenus, le déphasage de transit unitaire moyen δphi entre deux déphasages de transit obtenus pour des fréquences de mesures respectives espacées de δf.

Ce déphasage de transit unitaire moyen δphi est une estimation d’une différence de phase introduite, sous l’effet du temps de transit, par la voie i, entre deux fréquences espacées de δf.

On estime ensuite, lors d’une étape 40, le déphasage de transit inter sous-bandes dphi entre les fréquences centrales de deux sous-bandes contigües à partir du déphasage moyen de transit unitaire :
dphi = ΔF/δf x δphi = ΔF x δphi lorsque δf=1.

En variante, le déphasage de transit inter sous-bandes dphi est estimé à partir de déphasages de transit unitaires moyens estimé pour différentes voies i. Le procédé comprend alors des étapes d’estimation des déphasages de transit unitaires moyens pour ces différentes voies et une étape de calcul d’un déphasage de transit unitaire moyen à partir des déphasages de transit unitaires moyens déterminés pour plusieurs voies i.

En variante, on estime le déphasage unitaire moyen à partir de déphasages mesurés pour un nombre plus réduit de fréquences de mesures espacées de δf pour une ou plusieurs voies.

En variante, on estime la dérivée moyenne du déphasage unitaire à partir des déphasages estimés et on estime le déphasage de transit inter sous-bandes à partir de cette dérivée.

Le procédé comprend ensuite une étape 50 de stockage du déphasage de transit estimé dphi dans une mémoire, par exemple, une mémoire de la baie de mesure BAI.

Le procédé de calibration selon l’invention comprend également une étape 200 de détermination d’une table de calibration dite principale comprenant M ensembles de déphasages principaux CCALj, où M est le nombre de fréquences centrales auxquelles sont déterminés les déphasages principaux sur la bande de fréquences globale.

Ces fréquences centrales sont séparées deux à deux de l’écart de fréquence ΔF qui est fixe sur toute la bande de fréquences globale.

Chaque ensemble CCALj comprend N déphasages principaux CCALj_iavec i = 1 à N.

Le déphasage principal CCALj_iest le déphasage introduit par la voie i à la fréquence centrale Fcj de la sous-bande ΔF_jsur un signal d’entrée de la voie i dans le mode de fonctionnement. Il s’agit de la phase d’insertion de la voie i.

L’étape 200 est réalisée comme décrit précédemment en référence aux étapes 10 à 20, le déphasage principal CCALj_iétant le déphasage introduit par une voie i à une fréquence fk particulière correspondant à la fréquence centrale Fcj de la bande ΔF_j _.

Autrement dit, l’étape 200 comprend, pour chaque voie i, une étape 210 de mesure de déphasages dϕij respectivement introduits par la voie i considérée (lorsque cet élément rayonnant de la voie est le seul élément rayonnant de l’ensemble R d’éléments rayonnants à fonctionner, ou en alternative, le seul élément rayonnant de l’ensemble R en visibilité électromagnétique de la sonde de mesure S), aux différentes fréquences centrales Fcj appartenant aux sous-bandes de fréquences ΔF_j.

L’étape 210 est, par exemple, réalisée par le dispositif de mesure DM.

Les déphasages introduits par les différentes voies sont mesurés par rapport à un même signal de référence pour toutes les voies dans le mode de fonctionnement considéré.

Le procédé comprend, avantageusement, une étape 220 de correction de chaque déphasage dϕij en soustrayant, au déphasage dϕij, le déphasage dϕcj introduit par le dispositif de mesure DM à la fréquence Fcj.

Le déphasage corrigé dcϕij obtenu par l’étape de correction 220 est donné par :

dcϕij = dϕij - dϕcj.

Afin de calculer le déphasage corrigé, le procédé comprend avantageusement, une étape 215 de mesure préalable des déphasages dϕcj introduits par le dispositif de mesure DM à la fréquence Fcj comme décrit précédemment en référence à l’étape 15.

Le procédé comprend ensuite une étape de stockage 300, de la table de calibration principale, c’est-à-dire des déphasages principaux CCALji déterminés pour j= 1 à M et i = 1 à N dans une mémoire, par exemple une mémoire de la baie de mesure.

Le procédé comprend, pour chaque voie i, la détermination 60 d’un déphasage global NCALj_i pour chaque fréquence centrale Fcj. Ce déphasage global est déterminé à partir du déphasage principal CCALji déterminé pour la voie considérée à la fréquence centrale Fcj et à partir du déphasage de transit dphi.

Le déphasage global est la somme du déphasage principal (phase d’insertion principale) et du déphasage de transit induit par le temps de transit entre la fréquence centrale Fcj et une fréquence centrale de référence Fcr, c’est-à-dire de la fréquence centrale de référence Fcr à la fréquence centrale Fcj.

Le déphasage de transit dϕjr induit par le temps de transit entre la fréquence centrale Fcj et une fréquence de référence Fcr est donné par :

dϕjr = (j-r)*dphi

Ainsi, en prenant la fréquence centrale d’ordre 1 Fc1 comme référence, les déphasages globaux NCALj_isont définis de la façon suivante, pour la voie i, pour chaque fréquence centrale j :

NCAL1_i ₌CCAL1_i

NCAL2_i ₌CCAL2_i + dphi

NCAL3_i ₌CCAL3_i + 2*dphi

….

NCALj_i ₌CCALj_i + (j- 1)*dphi

….

NCALM_i ₌CCALM_i+(M-1)*dphi

Le procédé comprend avantageusement, une étape 70 de stockage, dans une mémoire MEM, des déphasages globaux NCALj_ipour i = 1 à N et j = 1 à M.

Dans le procédé selon l’invention, on utilise ensuite les déphasages globaux NCALj_ipour ajuster les commandes de phase appliquées aux voies i pour que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéfinie à une fréquence fk appartenant à une des sous-bandes ΔFcj de façon à compenser sensiblement les déphasages introduits entre les différentes voies i par les éléments composants les différentes voies, à la fréquence centrale Fcj de la sous-bande ΔFcj et de façon qu’un déphasage introduit par un temps de transit entre la fréquence centrale Fcj de la sous-bande ΔFcj et une fréquence centrale de référence varie linéairement avec la fréquence centrale Fcj.

Les déphasages globaux NCALj_isont utilisés pour corriger les commandes de phases théoriques qui sont les phases d’insertion théoriques devant être réellement introduites par les voies respectives V_irespectives pour faire pointer l’antenne selon une direction de pointage prédéterminée à la fréquence fk de la sous-bande ΔFcj. Autrement dit, les commandes de phase théoriques sont les commandes de phase devant être appliquées aux voies respectives pour faire pointer l’antenne selon une direction de pointage à la fréquence fk en l’absence de déphasages introduits, entre les différentes voies, par les composants des différentes voies, à la fréquence centrale Fcj de la sous-bande ΔFcj, et de déphasages liés au temps de transit entre la fréquence centrale Fcj et une fréquence centrale de référence Fcr.

Autrement dit, le procédé de calibration selon l’invention permet de fixer l’écart de phase entre deux fréquences consécutives fk à fk+1 à δphi au sein d’une même sous-bande mais également au passage d’une sous-bande ΔFj à la sous-bande suivante ΔFj+1.

En prenant une même fréquence de référence Fcr pour chacune des sous-bandes, on permet l’utilisation des mesures réalisées dans une pluralité de sous-bandes de fréquence quelconques de la bande de fréquence globale.

A cet effet, le procédé comprend une étape 80 de détermination de commandes de déphasages, afin de faire pointer l’antenne selon une direction donnée à la fréquence fk appartenant à une sous-bande ΔFj, formant un angle de pointage prédéterminé par rapport à une direction liée au réseau d’éléments rayonnants.

Cette étape 80 comprend, pour chaque voie i, une étape de calcul d’une différence entre la commande théorique et le déphasage global associé.

Les commandes de phase théoriques peuvent être stockées, au préalable, dans une mémoire ou calculées en opération par le calculateur du pointeur au moyen d’une équation stockée dans une mémoire puis éventuellement stockées dans une mémoire du pointeur.

Pour un pointage angulaire donné, la commande de déphasage Φ_ijadressée à chaque voie i, c’est-à-dire à chaque déphaseur, pour chaque fréquence comprise dans la sous-bande de fréquence ΔF est donnée par :

Φ_ij= ϕt_ij- NCALj_i.

Où ϕt_ijest la commande de déphasage théorique à appliquer à la fréquence centrale Fcj à la voie i pour le pointage angulaire.

Le procédé comprend ensuite une étape d’application des déphasages aux différentes voies comprenant une étape 90 de transmission des commandes de déphasage Φ_ijaux déphaseurs et une étape 91 d’application des déphasages correspondants par les déphaseurs.

En , on a représenté, pour une voie donnée i, la différence de phase mesurée en champ proche entre deux points de fréquence espacés de δf, lorsque les commandes de déphasages sont ajustées uniquement au moyen des déphasages principaux en apportant les corrections -CCALji aux commandes théoriques de phase. L’abscisse représente le numéro d’ordre k de la fréquence dans la bande globale. Ces fréquences sont espacées de δf.

On observe, sur cette figure, une différence moyenne de phase de l’ordre de δphi 14,5° entre les fréquences consécutives appartenant à une même sous-bandes et quelques points présentant une différence de phase de l’ordre de dphi de l’ordre de 145° entre deux points de fréquence consécutifs. Ceux-ci correspondent au passage d’une sous-bande ΔFj à la sous-bande adjacente ΔFj+1 (en l’occurrence la valeur théorique est : dphi0 = – ΔF/δf x δphi). A l’intérieur d’une même sous-bande ΔFj, le temps de transit induit donc, ici, entre deux points de fréquence espacés de δf une variation de phase δphi de l’ordre de 14,5°.

En , on a représenté, pour une voie donnée i, la différence de phase mesurée, en champ proche, entre deux points de fréquence espacés de δf, lorsque les phases sont ajustées au moyen des déphasages globaux NCALji. Comme sur la figure précédente, l’abscisse représente le numéro d’ordre de la fréquence dans la bande globale. Il est à noter que l’échelle des différences de phase est dilatée par rapport à celle de la .

On observe, sur cette figure, les mêmes différences de phase δphi entre les fréquences espacées de δf sur toute la bande globale, à la quantification et aux erreurs dans la calibration près.

A titre illustratif, les figures 7 et 8 illustrent des mesures effectuées en champ lointain sur le diagramme de rayonnement d’une antenne réseau dont le réseau d’éléments rayonnants est bidimensionnel, comportant plusieurs centaines de voies. Ces figures représentent, les écarts de la phase du lobe principal entre fréquences fk espacées de δf, mesurés dans une base de mesure antenne, d’une part pour un faisceau pointé dans la direction 0° ( ), d’autre part pour un faisceau dépointé de 60° dans le plan circulaire ( ). Chaque lobe principal est obtenu par le rayonnement de l’ensemble des éléments rayonnants excités par des signaux d’excitation dont les déphasages sont ajustés au moyen des déphasages globaux.

On observe un comportement parfait du réseau sur une large bande de fréquence. Le saut de phase moyen entre fréquences consécutives est sensiblement constant.

Avantageusement, les déphasages globaux NCALj_isont générés lors d’une étape dite de calibration préalable, préalable à l’utilisation de l’antenne en mode opérationnel.

Les mesures des phases d’insertion peuvent être effectuées en champ proche comme expliqué précédemment. En variante, ces mesures sont effectuées en champ lointain.

L’invention se rapporte également à un procédé large bande d’estimation d’une distance entre l’antenne et un point à l’origine d’un écho comprenant une étape de génération de commandes de déphasage en émission pour que l’antenne émette des signaux hyperfréquence à plusieurs fréquences d’émission comprises dans plusieurs sous-bandes de fréquences d’émission, une étape de génération de commandes de déphasage en réception de sorte que l’antenne délivre des mesures de signaux reçus à plusieurs fréquences de réception comprises dans plusieurs sous-bandes de fréquences de réception sous l’effet de l’émission des signaux hyperfréquence, et une étape de traitement consistant à estimer une distance, séparant l’antenne d’un point à l’origine d’un écho (par exemple, une cible ou une partie d’une cible), à partir des mesures des signaux reçus par l’antenne, lors d’une étape de réception et, avantageusement, construire une image représentant des intensités d’échos en fonction de la distance séparant l’antenne de points à l’origine des échos.

Le procédé comprend en outre avantageusement les étapes d’émission et de réception par les voies d’antenne.

Avantageusement, les commandes de déphasages à destination des déphaseurs des différentes voies dans les différentes sous-bandes, lors des phases d’émission et de réception sont générées par la méthode de calibration selon l’invention.

L’invention se rapporte également au pointeur P comprenant un calculateur de pointeur CP comprenant un générateur de commande apte à générer les commandes de déphasage à partir de la table de calibration et à partir de phases d’insertion théorique.

L’invention se rapporte également à un pointeur P dont le générateur de commande est configuré pour mettre en œuvre les étapes de génération de commandes de déphasage, lors d’un procédé d’estimation d’une distance de type large bande, de sorte que l’antenne comprenant le pointeur mette en œuvre les étapes d’émission et de réception de ce procédé, et comprenant un estimateur EST configuré pour estimer la distance à partir des mesures délivrées lors de la phase de réception.

L’invention se rapporte à une antenne configurée pour mettre en œuvre le procédé d’estimation de distance selon l’invention.

L’estimation de distance peut être basée sur la modulation linéaire en fréquence ou sur un code multiporteur.

Un avantage de l’invention réside dans le fait que les déphasage globaux peuvent également être utilisés dans un mode de fonctionnement bande étroite pour commander les déphaseurs de façon à émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques à partir d’une ou plusieurs fréquences appartenant à une même sous-bande et à utiliser des mesures de signaux reçus uniquement dans la sous-bande pour construire une image. En effet, les déphasages de transit ajoutés aux déphasages principaux respectifs pour générer la commande globale sont les mêmes pour toutes les voies dans une sous-bande considérée. Ils n’affectent donc pas le diagramme de rayonnement de l’antenne.

Cela permet d’éviter d’avoir à mémoriser plusieurs jeux de tables de calibration, seules les tables de calibration définies en émission et/ou en réception comprenant les déphasages globaux NCALj_idoivent être mémorisées dans une mémoire de l’antenne pour une utilisation en phase opérationnelle en mode large bande et en mode bande étroite.

Dans la réalisation décrite, on mémorise une table de calibration par mode de fonctionnement. La table de calibration comprend les déphasages globaux. En variante, la table de calibration comprend les déphasages principaux et on mémorise le déphasage de transit inter sous-bande ou sa dérivée et on calcule les déphasages globaux à partir des déphasages principaux et du déphasage de transit ou de sa dérivée.

Chaque calculateur peut comprendre un ou plusieurs circuits électroniques dédiés ou un circuit à usage général. Chaque circuit électronique peut comprendre une machine de calcul reprogrammable (un processeur ou un microcontrôleur par exemple) et/ ou un calculateur exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions et/ou une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA, un DSP ou un ASIC, ou tout autre module matériel).

Claims

Procédé de calibration d’une antenne réseau (A) à balayage électronique comprenant un ensemble de voies (V_i) comprenant chacune un élément rayonnant (E_i), l’antenne réseau (A) étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquences (ΔFj) contigües formant une bande de fréquences globale, chaque sous-bande de fréquences comprenant une fréquence centrale, le procédé de calibration comprenant l’étape suivante :
-Générer des commande de déphasage destinées à être appliquées aux voies respectives, en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes, les commandes de déphasage étant définies, pour chaque voie (V_i), par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit, entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquence.
Procédé de calibration selon la revendication précédente, comprenant :
- pour chaque voie, mesurer une première phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement,
- mesurer, pour au moins une des voies, des deuxièmes phases d’insertion de la dite voie, dans le mode de fonctionnement, à différentes fréquences de mesure séparées deux à deux d’un écart en fréquence inférieur à la largeur ΔF des sous-bandes,
- estimer, à partir des deuxièmes phases d’insertion ; un déphasage de transit inter sous-bandes introduit, par un temps de transit, entre deux fréquences séparées de la largeur ΔF, dans le mode de fonctionnement,
- estimer, pour chaque voie, dans le mode de fonctionnement, un déphasage global, à partir de la première phase d’insertion mesurée, et du déphasage de transit inter sous-bandes estimé dans le mode de fonctionnement.
Procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de correction des première et deuxième phases d’insertion en éliminant, avant l’étape d’estimation des déphasages globaux, des phases d’insertion introduites par un dispositif de mesure de la première phase d’insertion et de la deuxième phase d’insertion.
Procédé d’estimation d’une distance comprenant les étapes suivantes :
- émettre au moyen de l’antenne réseau, lors d’une phase d’émission, des signaux hyperfréquence à plusieurs fréquences d’émission de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un premier ensemble de sous-bandes,
- mesurer au moyen de l’antenne réseau, lors d’une phase de réception des signaux reçus à plusieurs fréquences de réception de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un deuxième ensemble de sous-bandes suite à l’émission des signaux hyperfréquence,
- calculer une distance à partir des signaux reçus par l’antenne,
lors des étapes d’émission et de réception,
les commandes de déphasages transmises aux différentes voies lors des phase d’émission et de réception étant générées par le procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Pointeur de génération de commandes de déphasage des voies d’une antenne réseau (A) à balayage électronique comprenant un ensemble de voies (V_i) comprenant chacune un élément rayonnant (Ei), l’antenne réseau (A) étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquences (ΔFj) contigües formant une bande de fréquences globales, le pointeur comprenant des moyens de génération de commande configurés pour générer des commande de déphasage destinées à être appliquées aux voies respectives en phase opérationnelle dans un mode de fonctionnement en émission ou en réception, de façon que l’antenne pointe selon une direction de pointage prédéterminée à une première fréquence appartenant à une première sous-bande de l’ensemble de sous-bandes, les commandes de déphasage étant définies, pour chaque voie (V_i), par la différence entre une phase d’insertion théorique de la voie, dans le mode de fonctionnement, et un déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie dans le mode de fonctionnement à la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences, et d’un déphasage de transit introduit par un temps de transit, entre la fréquence centrale de la première sous-bande de fréquences et une fréquence centrale de référence, dans le mode de fonctionnement, lorsque la fréquence centrale de référence n’appartient pas à la première sous-bande de fréquence.
Pointeur selon la revendication précédente, comprenant une mémoire stockant une table de calibration définie pour le mode de fonctionnement, la table de calibration comprenant, pour chaque voie de l’antenne, un ensemble de déphasages globaux définis pour les fréquences centrales des sous-bandes respectives, chaque déphasage global étant la somme d’une phase d’insertion de la voie i, dans le mode de fonctionnement, à une des fréquences centrales et d’un déphasage de transit induit par un temps de transit entre la fréquence centrale et une fréquence centrale de référence, le déphasage global étant pris dans la table de calibration.
Pointeur selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, dans lequel les moyens de génération de commande sont configurés pour mettre en œuvre les étapes suivantes lors d’une étape d’estimation de distance :
- générer des premières commandes de déphasage à destination des voies de l’antenne sorte que l’antenne émette, lors d’une phase d’émission, des signaux hyperfréquence à plusieurs fréquences d’émission de plusieurs sous-bandes de fréquences d’un premier ensemble de sous-bandes,
- générer des deuxièmes commandes de déphasage à destinations des voies de l’antenne de sorte que l’antenne mesure, lors d’une phase de réception, des signaux reçus à plusieurs fréquences de réception de plusieurs sous-bandes d’un deuxième ensemble de sous-bandes de fréquences,
le pointeur comprenant des moyens d’estimation de distance configurés pour estimer une distance à partir des signaux mesurés.
Antenne réseau à balayage électronique comprenant un ensemble de voies d’antennes comprenant chacune un élément rayonnant, l’antenne réseau étant apte à fonctionner dans un ensemble de sous-bandes de fréquence contiguës formant une bande de fréquences globales, l’antenne réseau à balayage électronique comprenant le pointeur selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, les commandes générées par le pointeur étant destinées à commander des déphaseurs des voies d’antennes.