Présentation
Auteur(s)
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Béatrice CABON : Professeur à l’École nationale supérieure d’électronique et de radioélectricité de Grenoble (ENSERG) - Responsable du groupe RF, Hyperfréquences et Optomicroondes à l’Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique (IMEP)
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Jean CHAZELAS : Directeur du Département technologies avancées, - Thales Airborne Systems
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Daniel DOLFI : Responsable du Laboratoire Identification et traitement optique du signal - Thales Research & Technology
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Lire l’articleINTRODUCTION
Compte tenu de la maturité technologique des transmissions optiques de signaux hyperfréquences, le domaine optoélectronique hyperfréquence fait apparaître, aujourd’hui, un besoin de réalisation, par des techniques et technologies optiques, de nouvelles fonctions hyperfréquences. En plus de la fonction de commutation déjà décrite (cf. article Optoélectronique hyperfréquence - Modulation, liaisons et commutation Optoélectronique hyperfréquence- Modulation, liaisons et commutation), de nombreux travaux s’orientent vers la réalisation de fonctions de traitement optique de signaux hyperfréquences allant de la réalisation de fonctions de retard et de déphaseurs hyperfréquence (positionnées, dans cette partie, dans le cadre de la commande optique d’antenne à balayage électronique), aux fonctions de mélangeurs. Des fonctions techniques plus complexes telles que l’analyse spectrale ou la corrélation sont également issues de nouvelles approches optiques des fonctions hyperfréquences. Enfin, la commande optique de composants hyperfréquences ou l’interaction optique-hyperfréquence avec comme exemple de base l’utilisation de la photoconduction, font également l’objet d’une autre approche du mariage de l’optique et des hyperfréquences.
Les interactions optique/micro-ondes concernent l’émission, la détection, le comportement et le traitement de photons lors de leur interaction avec les signaux électriques dans le domaine des hautes fréquences (supérieures à 1 GHz).
Depuis l’émergence de ces nouvelles techniques dans les années 1970, ce domaine nouveau s’est développé vers des applications d’importance commerciale probante. Ce domaine inclut le contrôle optique de dispositifs micro-ondes, la génération optique de signaux hyperfréquences, les composants optoélectroniques opérant dans le domaine micro-onde, les liaisons optiques très rapides, et le traitement optique du signal micro-onde analogique et numérique de haut débit pour générer de nouvelles fonctions dans les systèmes micro-ondes.
Le présent article s’inscrit dans une série consacrée à l’optoélectronique hyperfréquence :
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Optoélectronique hyperfréquence - Composants Optoélectronique hyperfréquence- Composants;
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Optoélectronique hyperfréquence - Modulation, liaisons et commutation Optoélectronique hyperfréquence- Modulation, liaisons et commutation ;
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Optoélectronique hyperfréquence - Commandes et traitement du signal [E 3 332] ;
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Optoélectronique hyperfréquence - Composants et fonctions (Comparatif) Optoélectronique hyperfréquence[E 3 333].
Pour plus de détails sur le fonctionnement des antennes à balayage électronique, le lecteur consultera utilement les articles Antennes actives - Principes de conception Antennes actives- Principes de conception et Antennes actives - Dimensionnement Antennes actives- Dimensionnement dans ce traité.
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VERSIONS
- Version courante de janv. 2016 par Daniel DOLFI, Jean CHAZELAS
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1. Commande optique d’une antenne à balayage électronique
1.1 Antennes à balayage électronique : principe de fonctionnement et ordres de grandeur
Une antenne à balayage électronique autorise un accès aléatoire aux zones de l’espace explorées au moyen d’un faisceau dont les caractéristiques géométriques peuvent être changées à chaque instant. Une telle antenne fonctionne de manière analogue à un réseau optique. Son champ lointain est contrôlé par la loi d’éclairement (amplitude et phase) de ses éléments rayonnants, à la fois émetteurs et récepteurs, régulièrement disposés dans un même plan. Ainsi, si les éléments rayonnants émettent de manière isotrope, l’enveloppe de ces ondelettes est une onde quasi plane dont on peut modifier la direction suivant la loi de phase appliquée à l’antenne.
On distingue, deux types d’antennes suivant qu’elles sont passives ou actives. Dans les antennes passives, le signal micro-onde à émettre, issu d’un pilote est amplifié avant d’être réparti vers un ensemble des déphaseurs passifs reconfigurables, associés aux éléments rayonnants. Dans les antennes actives, le signal est distribué à bas niveau à des modules actifs, assurant l’amplification de puissance et le déphasage des signaux à l’émission, ainsi que l’amplification à très faible bruit et le déphasage des signaux à la réception.
Afin que le diagramme de rayonnement de l’antenne ne comporte qu’un lobe principal dans un secteur de balayage de ± θmax (c’est-à-dire un ordre de diffraction unique du réseau dans le secteur ± θmax ) il est nécessaire, dans l’hypothèse d’un rayonnement isotrope des éléments, que la distance d les séparant ne dépasse pas :
avec :
- Λ :
- longueur d’onde hyperfréquence émise.
Ainsi, l’émission d’un lobe principal unique dans un secteur de balayage de ± 90o résulte d’un espacement au plus égal à Λ/ 2.
Très schématiquement,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FRIGYES (I.), SEEDS (A.J.) - Optically generated true-time delay in phased array antennas, - IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no 9 (sept. 1995).
-
(2) - Photonics and Phased Array Systems, - SPIE International technical Group Newsletter/Optical Processing & Computing, vol. 10, no 1 (avr. 1999).
-
(3) - DOLFI (D.), JOFFRE (P.), ANTOINE (J.), HUIGNARD (J.-P.), PHILIPPET (D.), GRANGER (P.) - Experimental demonstration of a phased array antenna optically controlled with phase and time delays, - Applied Optics, vol. 35, no 26 (sept. 1996).
-
(4) - PASTUR (L.), TONDA-GOLDSTEIN (S.), DOLFI (D.), HUIGNARD (J.-P.), MERLET (T.), MASS (O.), CHAZELAS (J.) - Two-dimensional optical architectures for the receive mode of phased array antennas, - Applied Optics, vol. 38, no 14 (mai 1999).
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(5) - Proceedings of the 3 rd International Summer School OMW, Interactions between Microwaves and Optics, - Recueil de la 3e École d’été internationale OMW, Interactions entre micro-ondes et optique), Autrans,...
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