Système d'antenne adaptatif pour ondes radioélectriques, notamment d'hyperfréquences

Description

[0001] La présente invention concerne un système d'antenne adaptatif pour ondes radioélectriques, notamment d'hyperfréquences.

[0002] On sait qu'un système d'antenne est dit adaptatif quand, à partir d'une antenne fixe utilisée en émission, on peut modifier la direction du faisceau qui est rayonné par cette antenne. Si cette dernière est utilisée en réception et peut recevoir des faisceaux de provenances diverses, un seul de ces faisceaux étant sélectionné par un organe central du système, c'est la direction du faisceau ainsi sélectionné qu'un système adaptatif permet de modifier. L'antenne peut aussi bien entendu être mobile. C'est alors la direction du faisceau par rapport à l'antenne qu'un système adaptatif permet de modifier. Cette adaptation en direction peut être complétée par une adaptation portant sur la forme du diagramme de rayonnement.

[0003] L'intérêt de telles adaptations résulte notamment du fait que les ondes électromagnétiques, en particulier les hyperfréquences, sont très utilisées pour les télécommunications et qu'elle le sont aussi pour la détection électromagnétique de la position et de la forme des objets par des systèmes qu'on appelle les radars. Dans ces deux importantes classes d'application il apparaît utile de disposer d'antennes dont le rayonnement peut être adapté en fonction de l'évolution de la tâche à accomplir au cours du temps.

[0004] Par exemple un satellite de télécommunication doit permettre une transmission d'information entre des points d'une zone déterminée de la terre. L'antenne doit éclairer ou viser continuement cette zone malgré les mouvements de translation et de rotation du satellite. Pour obtenir une efficacité optimale du système de télécommunication il est nécessaire de faire évoluer le faisceau de l'antenne de telle sorte qu'il éclaire en permanence la surface à l'intérieur de laquelle on veut établir les communications.

[0005] Un radar sera plus efficace si on peut orienter d'une manière souple et rapide le faisceau de l'antenne vers les diverses cibles visées, c'est-à-dire vers celles que l'on veut plus particulièrement observer.

[0006] Il est donc souhaitable, au moins dans ces deux types d'applications, de disposer d'un système d'antenne adaptatif. Il est de plus souvent souhaitable que ce système soit autoadaptatif, c'est-à-dire que son adaptation s'effectue automatiquement sous l'action de signaux émis ou renvoyés par la cible visée.

[0007] On connaît divers systèmes d'antenne adaptatifs pour lesquels il est possible d'adapter le diagramme de rayonnement d'un réseau à une mission donnée, en agissant sur l'amplitude et la phase de ses sources rayonnantes (HUDSON, J. E, "Adaptive array principles" IEE Electromagnetic Waves Series n^o 11, 1981 Peter Peregrinus Ldt). Une application particulièrement importante pour les techniques spatiales est la réjection de brouilleurs (COHEN, M, "Etude théorique et expérimentaie d'une antenne réseau adaptative". Thèse de Docteur Ingénieur Ecole Nat. Sup. Aéronautique Espace n^o 82, 1983). (COHEN, M, COMBES, P.F. et MAGNAN, J.C, "Adaptive arrays antenna performances". Comptes Rendus de la 4e Int. Conf. on Antennas and Propagation avr. 1985. Warwick p. 241-245 IEE. Conf. Publ.).

[0008] Dans ce cas la liaison est caractérisée par le rapport (Q) signal (S) sur bruit (B) plus interférence (I), la source d'interférence étant supposée se trouver dans le champ de vue de l' antenne, soit :

[0009] Il existe des méthodes d'adaptation qui permettent de trouver, pour chaque configuration de brouillage, une loi d'alimentation de n sources de l'antenne qui minimise la dégradation du signal utile et rend le rapport Q optimal (APPLEBAUM (S), "Adaptive arrays" IEEE Trans. Ant and Prop (USA) AP.24 n^o 5, Sept 1976).

[0010] Ces systèmes présentent notamment l'inconvénient d'être relativement complexes, coûteux, et lourds.

[0011] La présente invention a notamment pour but de réaliser un système d'antenne adaptatif pour ondes radioélectriques, notamment d'hyperfréquences, plus simple et/ou plus léger et/ou moins coûteux que les systèmes connus.

[0012] Ce but est atteint selon l'invention par le système tel que défini dans la revendication principale. En ce qui concerne des caractéristiques préférées de mise en oeuvre de cette invention, référence est faite aux revendications secondaires.

[0013] A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence.

[0014] La figure 1 représente un schéma par blocs d'une voie composite d'émission d'un premier système selon l'invention.

[0015] La figure 2 représente un schéma par blocs d'une voie composite de réception du même système.

[0016] La figure 3 représente un schéma par blocs d'une partie périphérique partiellement commune à ces deux voies.

[0017] La figure 4 représente un schéma par blocs d'un groupe de voies composites d'émission du même système.

[0018] La figure 5 représente un schéma par blocs d'un groupe de voies composites de réception du même système.

[0019] La figure 6 représente un schéma par blocs d'une partie optique d'une voie composite d'un deuxième système selon l'invention avec un organe optique de commande de phase, en variante.

[0020] La présente invention utilise, par exemple dans le cas de l'émission d'un rayonnement hyperfréquence, une nouvelle méthode de distribution de l'amplitude et de la phase du champ électromagnétique sur la surface de l'antenne, ceci pour permettre de réaliser l'autoadaptation du faisceau rayonné. Elle tire parti des propriétés des guides d'ondes optiques et de lasers semi-conducteur dont la fréquence peut être choisie en adaptant la composition du matériau.

[0021] Dans le cas d'un satellite de télécommunications le système autoadaptatif de contrôle du faisceau doit être léger malgré la dimension de l'antenne qui peut être grande. Sa fiabilité doit être grande et son prix axxeptable. Dans toutes les applications ces caractéristiques sont essentielles.

[0022] Selon l'invention une méthode optique de distribution de l'amplitude et de la phase de l'onde hyperfréquence conduit à des systèmes légers, efficaces et d'un coût qui se révèlera souvent convenable.

[0023] Le principe utilisé est le suivant :

• on produit un signal ou "onde" hyperfréquence dans un organe central situé dans la zone "interne" précédemment mentionnée, et on distribue cette onde sur la surface de l'antenne par l'intermédiaire de guides d'ondes optiques.

[0024] La phase et éventuellement l'amplitude du champ en chaque point de l'antenne sont élaborées dans cette zone interne soit en agissant directement sur l'onde hyperfréquence soit en passant par l'intermédiaire d'une onde optique.

[0025] Une nouveauté essentielle de l'invention est de tirer parti des possibilités offertes par l'optique pour répartir d'une manière simple, légère et peu coûteuse le champ de l'onde hyperfréquence sur la surface de l'antenne. L'amplitude et la phase de l'onde sont élaborées dans la zone interne par des méthodes qui peuvent être hyperfréquences ou optiques. Le contrôle de l'amplitude et de la phase de l'onde est assuré par des méthodes électroniques qui permettent d'obtenir une rapide autoadaptativité du faisceau rayonné.

[0026] On va d'abord calculer le nombre de sources élémentaires à exciter indépendamment sur la surface rayonnante en fonction de la longueur d'onde L, du diamètre a de la surface et de l'angle A à l'intérieur duquel on doit pouvoir choisir l'orientation du faisceau. Chacune de ces sources est constituée par un desdits éléments d'antenne. Ensuite on décrira la structure d'une voie composite correspondant à un élément puis on décrira le système complet.

[0027] Le nombre n de sources élémentaires à exciter sur la surface rayonnante est déterminé comme suit :
   Si tous les éléments de l'antenne sont excités en phase le rayonnement est maximal dans la direction normale au plan de l'antenne. La largeur 2Bo de l'angle à l'intérieur duquel l'énergie est rayonnée est donnée par les lois de la diffraction : On a

[0028] Divisons la surface de l'antenne en éléments carrés de côté b. Choisissons la phase du centre de ces éléments de telle sorte que le rayonnement de l'antenne soit orienté dans une direction faisant l'angle B₁ avec la normale. Pour que le rayonnement dans cette direction soit possible avec une qualité convenable du diagramme de rayonnement il faut que la condition de Rayleigh soit respectée. La surface d'onde réalisée à partir des sources élémentaires de côté b ne doit pas s'écarter de plus de L/4 d'un plan perpendiculaire à la direction définie par l'angle B₁. On doit donc respecter la condition :

[0029] Le nombre minimum de sources élémentaires correspondra donc à :

[0030] On constate donc que les propriétés de rayonnement d'une antenne peuvent être caractérisées par deux paramètres :
   2B₀ : largeur du faisceau rayonné
   2B₁ : largeur de l'angle à l'intérieur duquel on peut déplacer la direction du rayonnement.

[0031] Le rapport (B₁/B₀)² est donné par la relation (2). Il est égal au nombre n de sources élémentaires que l'on peut alimenter indépendamment.

[0032] Considérons par exemple une antenne rayonnant à L = 5cm dont le diamètre est a = 1m. La largeur 2B₀ du faisceau émis est :
   2B₀ = 0,05 radian soit 3 degrés environ.

[0033] La relation (5) permet de déterminer le rapport B₁/B₀ par l'égalité (B₁/B₀)² = n.
si
n = 10 2B₁ = 0,15 rad. = 10°
n = 100 2B₁ = 0,45 rad. = 30°
n = 10³ 2B₁ = 1,5 rad = 90°.

[0034] Dans le cas de cette antenne typique on peut déplacer le faisceau à l'intérieur d'une plage de 10° si n = 10 et de 30° si n = 100. Ces ordres de grandeur correspondent à des angles suffisamment larges pour permettre d'importantes applications. On considérera particulièrement les cas où n = 10 et n = 100.

[0035] La commande de l'amplitude et de la phase d'une source élémentaire répond aux considérations suivantes :
   Les schémas des figures 1 et 2 représentent les moyens d'excitation d'une source élémentaire et de réception à partir d'un récepteur élémentaire avec une amplitude et une phase commandables électriquement, cette source et ce récepteur étant tous deux constitués par un même élément d'antenne EA1. L'ensemble de ces moyens constituent les voies composites d'émission et de réception précédemment mentionnées et correspondant à cet élément.

[0036] En ce qui concerne l'émission (voir fig.1), un émetteur hyperfréquence EH constitue l'organe central précédemment mentionné. En réception c'est un récepteur RH qui constitue cet organe (voir fig.2).

[0037] L'onde émise se propage de cet émetteur hyperfréquence jusqu'à l'élément EA1 de l'antenne où elle est rayonnée. L'onde reçue en EA1 se propage vers le récepteur RH. Dans ladite zone périphérique, c'est-à-dire à proximité de l'antenne, les ondes émises et reçues sont orientées sur des chemins différents par une jonction non réciproque CI, appelée circulateur et contenant par exemples des ferrites. Ces parcours des ondes émises et reçues sont schématisées sur la fig 3.

[0038] La commande de l'amplitude et de la phase d'un élément d'antenne EA1 demande :
   Dans la voie d'émission :

• un émetteur de signal hyperfréquence EH modulé par le signal informatif à transmettre,
• un varactor d'émission VE1 commandant la phase de ce signal hyperfréquence et constituant le dit organe de commande de phase,
• un laser d'émission LE1 émettant une lumière modulée par ce signal hyperfréquence et constituant un dit organe de transformation interne,
• un guide d'onde optique interzonal d'émission GE,
• un détecteur d'onde optique DE1 pour restituer le signal hyperfréquence, ce détecteur consituant un dit organe de transformation périphérique
• et un amplificateur d'émission AE1 pour alimenter l'élément d'antenne EA1, le gain de chacun des amplificateurs analogues AE1, AE2...AEp étant choisi et éventuellement commandable pour réaliser une adaptation du diagramme de rayonnement.

[0039] Il faut de plus un guide hyperfréquence interne HIE1 allant de l'émetteur EH au laser d'émission LE1, et un guide hyperfréquence périphérique HPE1 allant du détecteur DE1 à l'amplificateur AE1. Cet amplificateur est relié à l'élément d'antenne EA1 par un ensemble de guidage HP1 comportant les organes décrits à l'aide de la figure 3. Il doit être compris que les organes mentionnés ci-dessus avec le chiffre 1 à la fin de leur appellation de référence constituent des exemples correspondant à l'élément d'antenne EA1. A chaque élément d'antenne EAi correspondent des organes équivalents dont les appellations de référence se terminent par le nombre i.

[0040] La voie de réception comporte des organes analogues dans les appellations de référence desquels la lettre E est remplacée par la lettre R. Ce sont notamment, pour l'élément d'antenne EA1 :

• un amplificateur de réception AR1 recevant le signal hyperfréquence capté par cet élément d'antenne, ceci par l'intermédiaire de l'ensemble de guidage HP1,
• un guide hyperfréquence périphérique de réception HPR1,
• un laser LR1 constituant un dit organe de transformation périphérique,
• un guide d'onde optique interzonal de réception GR,
• un détecteur de réception DR1 constituant un dit organe de transformation interne,
• un guide hyperfréquence interne de réception HIR1 avec un varactor VR1 constituant ledit organe de commande de phase,
• et un réception hyperfréquence RH constituant ledit organe central. Ce récepteur additionne les signaux reçus des diverses voies avec des pondérations convenables éventuellement commandables pour adapter la forme du diagramme de réception du système d'antenne.

[0041] On va maintenant examiner la commande de l'amplitude et de la phase de n sources élémentaires, par exemple dans le cas l'émission.

[0042] On peut envisager de commander n sources élémentaires en mettant en parallèle n voies d'emission et de réception. Pour réaliser un tel système il faudrait un nombre n de chacun des composants des chaînes : n émetteurs, n varactors, n modulateurs, etc... En particulier il faut 2 n guides d'ondes optiques.

[0043] L'accroissement du nombre des composants lorsque n augmente est un inconvénient qui ne doit pas être négligé. Il est vrai que tous ces composants, sauf les guides d'ondes, peuvent être élaborés par les méthodes collectives qui les rendent fiables et peu coûteux. Cependant il est d'un grand intérêt de chercher à diminuer le nombre des composants pour faire décroître le coût du système. Il est particulièrement utile de diminuer le nombre de guides d'ondes interzonaux qui sont relativement longs et occupent un espace substantiel si leur nombre est élevé. Le système selon l'invention diminue le nombre de certains composants dont celui de ces guides d'ondes. Les schémas des trajets suivis par l'onde à l'émission et à la réception sont représentés sur les figures 4 et 5.

[0044] Les n éléments d'antenne EA1, EA2...EAn sont groupés en groupes de p éléments chacun, tels que les éléments EA1, EA2...EAp.

[0045] Pour l'émission un émetteur hyperfréquence EH est commun à tous les éléments d'antenne EA1, EA2...EAp d'un même groupe. Il émet un signal hyperfréquence qui est modulé par le signal informatif à émettre et qui est reçu par p varactors d'émission VE1, VE2...VEp. Ces derniers lui appliquent des déphasages correspondants à ces éléments d'antenne, respectivement. Chaque signal ainsi déphasé module un laser semi-conducteur d'émission LE1, LE2...LEp dont la puissance peut correspondre à l'amplitude du champ que doit rayonner l'élément d'antenne correspondant EA1, EA2...EAp. Les fréquences d'émission de tous ces lasers sont différentes et correspondent chacune à un élément d'antenne.

[0046] Ils émettent dans des guides d'ondes optiques GIE1, GIE2,...GIEp, respectivement, qui convergent sur un filtre de fréquence FIE. Ce filtre constitue ledit déviateur interne d'émission. Il transmet la lumière provenant de ces divers guides à un guide commun GE qui relie la zone central dans laquelle se trouve notamment l'émetteur EH, à une zone périphérique d'antenne où se trouvent lesdits amplificateurs circulateurs et antennes. Ce guide est ledit guide interzonal.

[0047] En sortie de ce guide les lumières des diverses longueurs d'ondes sont dirigées par un déviateur périphérique d'émission FPE, également constitué par un filtre, vers divers guides optiques correspondants GPE1, GPE2,...GPEp qui les dirigent vers autant de détecteurs DE1, DE2,...DEp qui sont suivis par autant d'amplificateurs hyperfréquence AE1, AE2,...AEp. Ces derniers alimentent les éléments d'antenne EA1, EA2,...EAp.

[0048] A la réception les signaux reçus par ces éléments d'antenne sont amplifiés en AR1, AR2,...ARp et modulent un nombre p de lasers correspondants LR1, LR2,...LRp qui émettent aux mêmes fréquences que précédemment indiqué dans des guides d'ondes optiques GPR1, GPR2,...GPRp. Ces derniers convergent sur un filtre constituant un deviateur périphérique de réception FPR qui injecte les lumières correspondantes dans un guide optique commun interzonal GR. Un filtre constituant un déviateur interne de réception FIR dirige les lumières des diverses fréquences sur autant de guides GIR1, GIR2,...GIRp.

[0049] Les signaux lumineux sont détectés dans des détecteurs DR1, DR2...DRp, et les signaux hyperfréquences résultant sont déphasés par des varactors VR1, VR2...VRp appliquant les déphasages correspondant aux éléments d'antenne EA1, EA2...EAp. Ces déphasages sont choisis de manière que les signaux ainsi déphasés retrouvent alors les relations de phases mutuelles qu'ils avaient lorsqu'ils ont été émis par un émetteur extérieur, qui est éloigné du présent système d'antenne et qui est visé par celui-ci. Ces signaux sont reçus par le récepteur hyperfréquence commun RH. Ce dernier restitue l'information que portaient les signaux reçus par les éléments d'antenne en provenance de l'émetteur extérieur visé.

[0050] Quant à la réalisation des lasers LE1, LE2...LEp, LR1, LR2...LRp on peut remarquer ce qui suit :
   On sait qu'en adaptant convenablement la composition des matériaux qui constituent les lasers semi-conducteurs on dispose de sources dont la fréquence peut être choisie dans la plage de longueurs d'ondes 0,5 - 2 micromètres. Dans l'état actuel de nos connaissances on peut obtenir d'environ 20 sources de fréquences V₁, V₂...V_p. On peut donc choisir p = 20.

[0051] Deux fréquences successives sont séparées par un écart dV. On aura dV/V = 0,01 environ.

[0052] La sélectivité nécessaire des filtres FIE, FPE, FPR, FIR est donc modeste. Ils peuvent être réalisés par des techniques simples et classiques mettant en oeuvre des réseaux.

[0053] La simplification apportée par l'invention est substantielle puisqu'elle permet de diviser par p ou plus le nombre des émetteurs hyperfréquences EH, des récepteurs RH et des guides d'ondes longs. Grâce à cette simplification le système est réalisable dans des conditions économiques satisfaisantes dans un grand nombre de cas.

[0054] En supposant p = 20 on va évaluer le nombre de composants du système dans les cas où n = 10 et n =100. On peut par exemple admettre que l'antenne a un diamètre a = 1m, la longueur d'onde étant L = 5cm. Les valeurs de B₀ et B₁ sont données par les relations 1 et 1′.

[0055] Ce cas où n = 10 correspond à une excursion 2B₁ = 0,15 rad. = 10° au voisinage de la normale.

[0056] On a besoin d'un émetteur EH, d'un récepteur RH et de deux guides d'ondes optiques interzonaux longs l'un pour l'émission, l'autre pour la réception.

[0057] Il faut le long du trajet d'émission 10 varactors, 10 lasers modulés, 10 détecteurs, 10 amplificateurs.

[0058] Le long du trajet de l'onde reçue on doit avoir 10 amplificateurs, 10 lasers modulés, 10 détecteurs, 10 varactors, Le cas où n = 100 correspond à une excursion 2B₁ = 0,45 rad. = 30° au voisinage de la normale.

[0059] Pour relier l'émetteur EH à l'antenne on a besoin de q guides d'ondes longs avec q = n/p = 5.

[0060] Il en faut autant pour relier le récepteur à l'antenne.

[0061] On doit donc mettre en oeuvre 10 guides d'ondes optiques longs pour réaliser le système. Ce nombre modeste n'entraîne pas de sévères contraintes de coût, d'encombrement et de poids.

[0062] Ce nombre serait de 200 si on n'utilisait pas les possibilités offertes par l'invention, ce qui poserait des problèmes parfois insurmontables. Grâce à celle-ci, 5 émetteurs EH sont nécessaires au lieu de 100. De même 5 récepteurs RH doivent être mis en oeuvre au lieu de 100.

[0063] Par contre il faut le long du trajet d'émission 100 varactors, 100 lasers modulés, 100 détecteurs, 100 amplificateurs.

[0064] Le long du trajet de l'onde reçue on doit avoir 100 amplificateurs, 100 lasers modulés, 100 détecteurs, 100 varactors.

[0065] Ainsi la commande électrique de l'amplitude et de la phase d'un élément d'antenne EAi par la modulation et la détection d'une onde laser d'une fréquence Vi pouvant être choisie parmi p fréquences permet de rendre le système autoadaptatif. Le nombre de guides d'ondes optiques, d'émetteurs et de récepteurs est divisé par p alors que le nombre des autres composants reste le même.

[0066] On a décrit ci-dessus un déphasage qui est effectué par une méthode électronique dans un varactor. L'onde hyperfréquence ainsi déphasée module un laser LEi de fréquence Vi. L'amplitude de l'onde rayonnée en EAi peut être déterminée par la puissance du laser, la phase étant déterminée par le varactor VEi.

[0067] On peut en variante réaliser ces deux opérations par une méthode optique. Cette méthode est représentée schématiquement sur la figure 6 qui concerne le cas de l'émission et doit être rapprochée de la figure 1, les éléments plus ou moins analogues portant les mêmes références avec la lettre A ou B à la place du chiffre 1. Un laser LEA émet une lumière à la fréquence convenable (par exemple la fréquence Vi précédemment envisagée). Cette lumière est divisée et transmise d'une part à un déphaseur optique commandé électriquement VEA qui lui applique le déphasage convenable, d'autre part à un modulateur d'amplitude LEB qui le module par un signal hyperfréquence lui même modulé par le signal informatif à émettre.

[0068] Les deux faisceaux lumineux résultants sont réunis dans un guide optique long GEA en sortie duquel le signal lumineux est détecté par un détecteur DEA. Ce dernier restitue le signal hyperfréquence appliqué au modulateur LEB, avec le déphasage apporté par le déphaseur VEA. Ce signal hyperfréquence peut donc être utilisé comme celui que fournissait le détecteur DE1.

[0069] Une méthode analogue peut être appliquée à la réception.

[0070] Si le modulateur optique introduit le déphasage qui a été choisi pour la source élémentaire EAi, on obtient un déphasage de l'onde hyperfréquence à la valeur souhaitée.

[0071] Cette possibilité doit être appréciée lorsqu'on a à résoudre un problème particulier.

Revendications

1. Système d'antenne adaptatif pour rayonnement radioélectrique, ce système comportant

- une antenne constituée d'une pluralité d'éléments d'antenne (EA1, EA2,...EAp) répartis sur une surface dans une zone dite périphérique du système, chacun de ces éléments pouvant émettre et/ou recevoir une fraction de l'énergie de rayonnements qui se propagent, dans l'espace libre extérieur, à au moins une fréquence radioélectrique prédéterminée commune, selon des directions de visée réparties dans l'espace, chacun de ces éléments couplant ce rayonnement à un signal radioélectrique périphérique de même fréquence se propageant dans le système et correspondant à cet élément,

- un guide radioélectrique périphérique (HP1, HP2,...HPp) correspondant également à cet élément pour transmettre ce signal radoélectrique,

- un organe de transformation périphérique (DE1, DE2,...DEp) correspondant à cet élément d'antenne et disposé sur le guide périphérique correspondant pour coupler ce signal radioélectrique périphérique à un signal lumineux correspondant à cet élément d'antenne, ce couplage étant réalisé par modulation ou démodulation de ce signal lumineux,

- un guide optique interzonal (GE) joignant cette zone péripnérique à une zone dite interne du système pour transmettre ce signal lumineux,

- un organe de transformation interne (LE1, LE2...LEp) correspondant à cet élément d'antenne pour coupler ce signal lumineux par modulation ou démodulation à un signal radioélectrique interne correspondant également à cet élément d'antenne,

- un guide radioélectrique interne (HI1, HI2,...HIp) correspondant également à cet élément pour transmettre ce signal radoélectrique interne, ces guide radioélectrique et organe de transformation internes, guide optique, organe de transformation et guide radioélectrique périphériques constituant des parties d'une ligne composite correspondant à cet élément,

- et un organe central (EH) pour émettre et/ou recevoir les signaux radioélectriques de l'ensemble desdits guides radioélectriques internes, de manière à coupler cet organe central à chacun des éléments d'antenne par l'intermédiaire de la ligne composite correspondante,

- ce système comportant en outre, sur chacune de ces lignes composites, au moins un organe de commande de phase (VE1, VE2,...VEp) correspondant au même élément d'antenne et commandant la phase du dit signal radioélectrique périphérique par rapport au dit signal radioélectrique interne pour permettre de choisir parmi diverses directions de visée et d'adapter sur commande le système à la direction de visée choisie, cette adaptation résultant du fait que c'est seulement dans le cas d'un rayonnement extérieur se propageant selon cette direction que les diverses fractions de ces rayonnements qui passent par des divers éléments d'antenne sont couplées en phase audit organe central,

- ce système étant caractérisé par le fait que ledit guide optique interzonal (GE) est commun à au moins un groupe desdits éléments d'antenne (EA1, EA2...EAp), les signaux lumineux correspondant aux divers éléments d'antenne de ce groupe possédant des fréquences différentes, le système comportant en outre deux déviateurs de lumière, l'un périphérique (FPE) et l'autre interne (FIE), qui devient la lumière d'un angle dépendant de sa fréquence et qui sont communs à tous les éléments d'antenne de ce groupe pour coupler les extrémités périphérique et interne de ce guide optique commun (GE) aux divers organes de transformation périphériques et internes (DE1, DE2...DEp, LE1, LE2, ... LEp), respectivement, qui correspondent aux divers éléments de ce groupe, et en ce que lesdits éléments d'antenne (EA1) sont des éléments mixtes pouvant fonctionner aussi bien en émission qu'en réception d'un dit rayonnement extérieur, le système comportant, en correspondance avec chacun de ces éléments d'antenne,

- un guide radioélectrique périphérique mixte (HPM) connecté à cet élément,

- un guide radioélectrique périphérique d'émission (HPE, HPE1.),

- un guide radioélectrique périphérique de réception (HPR, HPR1),

- et un circulateur (CI) pour coupler ce guide d'émission à ce guide mixte en ce que concerne les signaux radioélectriques d'émission, et ce guide mixte à ce guide de réception en ce qui concerne les signaux radioélectriques de réception, deux voies, dites voies composites, correspondant à cet élément étant une voie d'émission et une voie de réception et comportant en commun ce guide radiofréquence périphérique mixte et ce circulateur, les autres organes de ces deux voies étant distincts (HPE1, DE1) pour l'émission et pour la reception.

2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits rayonnements, signaux et guides radioélectriques sont des rayonnements, signaux et guides d'hyperfréquences.

3. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit organe de commande de phase est un déphaseur optique (VEA) placé sur un tronçon optique de déphasage de chaque dite voie composite, ce tronçon recevant un signal lumineux à une fréquence propre à cette voie, ledit organe de transformation interne (LEB) modulant ou démodulant un signal lumineux équivalent sur un tronçon optique de transformation connecté en parallèle sur ce tronçon de déphasage.

Claims

1. An adaptive antenna system for radio waves, said system comprising:

- an antenna constituted by a plurality of antenna elements (EA1, EA2, ... EAp) distributed over a surface in a "peripheral" zone of the system, each of said elements being capable of emitting and/or receiving a fraction of the wave energy propagating in the external free space at at least one common predetermined radio frequency and along aiming directions distributed in three dimensions, each of said elements coupling said wave energy to a peripheral radio signal at the same frequency propagating within the system and corresponding to said element;

- a peripheral radio waveguide (HP1, HP2, ... HPp) also corresponding to said element for transmitting said radio signal;

- a peripheral transformation member (DE1, DE2, ... DEp) corresponding to said antenna element and disposed on the corresponding peripheral waveguide to couple said peripheral radio signal to a light signal corresponding to said antenna element, said coupling being performed by modulating or demodulating said signal;

- an interzone optical waveguide (GE) connecting said peripheral zone to an "internal" zone of the system for transmitting said light signals;

- an internal transformation member (LE1, LE2, ... LEp) corresponding to said antenna element in order to couple said light signal by demodulation or modulation to an internal radio signal also corresponding to said antenna element;

- an internal radio waveguide also corresponding to said element for transmitting said internal radio signal, said internal radio waveguide and said internal transformation member, said peripheral optical waveguide, said peripheral transformation member and said peripheral radio waveguide constituting portions of a composite line corresponding to said element; and

- a central member (EH) for emitting and/or receiving radio signals to or from said internal radio waveguides, thereby coupling said central member to each of the antenna elements via a corresponding composite line;

- said system further including, on each of said composite lines, at least one phase control member (VE1, VE2, ... VEp) corresponding to the same antenna element and controlling the phase of said peripheral radio signal relative to said internal radio signal to enable a particular aiming direction to be selected from a plurality thereof and to adapt the selected aiming direction of the system on command, said adaptation being due to the fact that only external wave energy propagates along said direction for which the various fractions of said wave energy passing through the various antenna elements are coupled in-phase at said central member;

- said system being characterized in particular in that said interzone optical waveguide (GE) is common to at least one group of said antenna elements (EA1, EA2, ... EAp), with the light signals corresponding to the various antenna elements of said group being at different frequencies, and the system further including two light deflectors, namely a peripheral deflector (FPE) and an internal deflector (FIE), which deflectors deflect light through an angle depending on its frequency and are common to all of the antenna elements of the group for coupling the peripheral and internal ends of said common optical waveguide (GE) to the various peripheral and internal transformation members (DE1, DE2, ... DEp; LE1, LE2, ... LEp) respectively which correspond to the various elements of said group; and in that said antenna elements (EA1) are mixed elements capable both of emitting and of receiving said external wave energy, the system including in conjunction with each of said antenna elements:

- a mixed peripheral radio waveguide (HPM) connected to said element;

- an emission peripheral radio waveguide (HPE, HPE1);

- a reception peripheral radio waveguide (HPR, HPR1); and

- a circulator (CI) for coupling said emission waveguide to said mixed waveguide for transmitting radio signals, and for coupling said mixed waveguide to said reception waveguide for receiving radio signals, with two paths referred to as composite paths, namely an emission path and a reception path, corresponding to said element and having in common mixed peripheral radio waveguide and said circulator, with the other members (HPE1, DE1) of said two paths being distinct for transmission and reception.

2. A system according to claim 1, wherein said radiations, signals, and radio waveguides are microwave radiations, microwave signals and microwave waveguides, respectively.

3. A system according to claim 1, characterized in that said phase control member is an optical phase shifter (VEA) placed on an optical phase-shifting length of each of said composite paths, said length receiving a light signal at a frequency specific to said path, said internal transformation member (LEB) modulating or demodulating an equivalent light signal on a transformation optical length connected in parallel with said phase-shifting length.

Ansprüche

1. Anpassungsfähiges Antennensystem für Hochfrequenzwellen, das folgende Komponenten aufweist:

- eine Antenne bestehend aus einer Vielzahl von Antennenelementen (EA1, EA2, ... EAp), die über eine Oberfläche in einer peripheren Zone des Systems verteilt sind, wobei jedes dieser Elemente eine Anteil der Strahlungsenergie senden und/oder empfangen kann, die sich im freien Außenraum mit mindestens einer gemeinsamen, vorbestimmten Funkfrequenz in den im Raum verteilten Peilrichtungen ausbreitet, wobei jedes Element diese Strahlung an ein peripheres Hochfrequenzsignal gleicher Frequenz ankoppelt, das sich in dem System ausbreitet und diesem Element entspricht,

- einen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HP1, HP2, ... HPp), der ebenfalls diesem Element zur Übertragung des Hochfrequenzsignals entspricht,

- ein peripheres Transformationsglied (DE1, DE2, ... DEp), das diesem Antennenelement entspricht und auf dem entsprechenden peripheren Wellenleiter angeordnet ist, um das periphere Hochfrequenzsignal an ein Lichtsignal zu koppeln, das diesem Antennenelement entspricht, wobei diese Kopplung durch Modulation oder Demodulation des Lichtsignals erfolgt,

- einen Zwischenzonenlichtwellenleiter (GE), der die periphere Zone mit einer inneren Zone des Systems verbindet, um das Lichtsignal zu übertragen;

- ein internes Transformationsglied (LE1, LE2, ... LEp), das diesem Antennenelement entspricht und das Lichtsignal durch Modulation oder Demodulation an ein inneres Hochfrequenzsignal koppelt, das ebenfalls diesem Antennenelement entspricht;

- einen inneren Hochfrequenzwellenleiter (HI1, HI2, ... HIp), der ebenfalls diesem Antennenelement entspricht, zur Übertragung des inneren Hochfrequenzsignals, wobei dieser innere Hochfrequenzwellenleiter, dieses innere Transformationsglied und der innere Lichtwellenleiter sowie der periphere Lichtwellenleiter, das periphere Transformationsglied und der periphere Hochfrequenzwellenleiter Teile einer zusammengesetzten Leitung entsprechend diesem Element bilden, und

- eine zentrale Einrichtung (EH) zum Senden und/oder Empfangen der Hochfrequenzsignale der Gesamtheit der inneren Hochfrequenzwellenleiter, derart, daß die zentrale Einrichtung über die entsprechende zusammengesetzte Leitung an jedes Antennenelement angekoppelt ist,

- wobei das System weiter auf jeder seiner zusammengesetzten Leitungen mindestens ein Phasensteuerungsglied (VE1, VE2, ... VEp) aufweist, das demselben Antennenelement entspricht und die Phase des peripheren Hochfrequenzsignals relativ zum inneren Hochfrequenzsignal steuert, um zwischen den verschiedenen Peilrichtungen zu wählen und das System durch Ansteuern an die gewählte Peilrichtung anzupassen, wobei sich diese Anpassung aus der Tatsache ergibt, daß nur im Falle einer äußeren Strahlung, die sich in dieser Richtung ausbreitet, die verschiedenen Anteile der Strahlung, die durch die verschiedenen Antennenelemente laufen, phasengleich an die genannte Zentraleinrichtung angekoppelt werden,

- wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zwischenzonenlichtwellenleiter (GE) mindestens einer Gruppe der Antennenelemente (EA1, EA2, ... EAp) gemeinsam ist, wobei die den verschiedenen Antennenelementen dieser Gruppe entsprechenden Lichtsignale unterschiedliche Frequenzen aufweisen, wobei das System weiter zwei Lichtablenker umfaßt, nämlich einen peripheren (FPE) und einen inneren (FIE) Ablenker, die das Licht um einen von seiner Frequenz abhängigen Winkel ablenken und allen Antennenelementen der Gruppen gemeinsam sind, um die peripheren und inneren Enden des gemeinsamen Lichtwellenleiters (GE) an die verschiedenen peripheren bzw. internen Transformationsglieder (DE1, DE2, ... DEp, LE1, LE2,... LEp) anzuschließen, die den verschiedenen Elementen dieser Gruppe entsprechen, und daß die Antennenelemente (EA1) gemischte Elemente sind, die sowohl als Sender, als auch als Empfänger einer sog. äußeren Strahlung arbeiten können, wobei das System für jedes dieser Antennenelemente aufweist:

- einen gemischten, peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPM), der an dieses Element angeschlossen ist,

- einen sendeseitigen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPE, HPE1),

- einen empfangsseitigen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPR, HPR1), und

- einen Zirkulator (CI) zum Anschließen des Sendewellenleiters an den gemischten Wellenleiter, soweit die Hochfrequenz-Sendesignale betroffen sind, und zum Anschließen des gemischten Wellenleiters an den Empfangswellenleiter, soweit die Hochfrequenz-Empfangssignale betroffen sind, wobei zwei Kanäle, zusammengesetzte Kanäle genannt, die diesem Element entsprechen, einen Sendekanal und einen Empfangskanal bilden und gemeinsam den gemischten peripheren Hochfrequenzwellenleiter und den Zirkulator umfassen, während sich die anderen Glieder dieser beiden Kanäle (HP1, DE1) zum Senden und zum Empfangen voneinander unterscheiden.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die genannten Strahlungen, Signale und Wellenleiter solche für Mikrowellen sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasensteuerungsglied ein optischer Phasenschieber (VEA) ist, der auf einem optischen Phasenschieberabschnitt jedes zusammengesetzten Kanals angeordnet ist, wobei der Abschnitt ein Lichtsignal mit einer diesem Kanal eigenen Frequenz empfängt, und das innere Transformationsglied (LEB) ein äquivalentes Lichtsignal in einem optischen Transformationsabschnitt moduliert oder demoduliert, der parallel zu diesem Phasenschieberabschnitt geschaltet ist.

Dessins