FR2969835A1 - Dispositif de dephasage pour reseau d'antennes - Google Patents

Abstract

Dispositif comprenant des moyens de traitement (MT), des voies d'émission (VE1, ... VEn), un réseau d'antennes pour émettre des signaux comportant plusieurs antennes (A11 ... Ain) respectivement associées aux voies d'émission, plusieurs convertisseurs numérique analogique (DAC) et plusieurs moyens de déphasage (MD1, ...MDn) respectivement associés aux antennes, lesdits moyens de déphasages (MD1, ...MDn) étant placés entre les moyens de traitement (MT) et les convertisseurs numérique analogique (DAC) et comportant des filtres passe-tout numériques de type FIR (PT), les moyens de traitement comprenant des moyens de commande (MC) configurés pour ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres passe-tout de type FIR.

Description

B10-4485FR 1 Dispositif de déphasage pour réseau d'antennes

L'invention concerne, la transmission de signaux, notamment de longueur d'onde du type micro onde, millimétrique et TeraHertz dont les fréquences vont respectivement de 300 MHz à 30 GHz, de 30 GHz à 300 GHZ et de 300 GHz à 3 THz, et plus particulièrement les antennes et leurs déphaseurs adaptés à une telle transmission. L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement aux systèmes électroniques sans fil capables d'échanger de tels signaux de longueur d'onde micro ondes, millimétrique et TeraHertz. Par exemple cette invention s'applique au standard WirelessHD ou au standard WGig défini par le groupe Wireless Gigabit Alliance (selon des termes anglo-saxons bien connus de l'homme du métier). Le standard WirelessHD utilise la fréquence 60 GHz avec un très haut débit (entre 3 et 6 Gb/s) et sur des distances de 3 à 10 métres entre deux émetteurs/récepteurs dont la nature du trajet des ondes entre ces deux éléments peut être direct (LOS Line of Sight) ou indirect (NLOS Non Line of Sight) selon des acronymes anglo-saxons bien connus de l'homme du métier. I1 est alors nécessaire d'utiliser une antenne ou un réseau d'antennes dont le diagramme de rayonnement en émission et réception est orientable et d'avoir également un système avec un gain de transmission sans fil important (« air link gain » selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier). En effet, avec un réseau d'antennes ou « antenna array » selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier, il est possible d'obtenir un pointage électronique d'une direction en appliquant au signal destiné aux antennes et/ou reçus des antennes, des retards ou des déphasages différents. En effet, en fonction des différents retards ou déphasages on peut ajuster la direction du diagramme de rayonnement du réseau d'antennes. Dans l'état de la technique il est connu de déphaser le signal après qu'une double transposition montante de fréquence ait eu lieu au moyen de mélangeurs et de deux oscillateurs locaux. Les moyens de déphasage sont alors disposés en aval des deux mélangeurs. I1 est également possible d'appliquer les déphasages différents sur le signal issu de l'oscillateur local qui est utilisé lors de la deuxième transposition montante de fréquence. Les moyens de déphasage sont alors branchés entre les seconds mélangeurs et les oscillateurs locaux. Suivant une autre alternative, les déphasages sont réalisés sur le signal après la première transposition. Les moyens de déphasage sont alors disposés entre le premier mélangeur et le deuxième mélangeur. Dans tous ces modes de réalisation, les moyens de déphasages utilisés sont discrets, c'est-à-dire que le déphasage ou différence de phase entre le signal à l'entrée et à la sortie du déphaseur peut prendre un nombre de valeurs finies. Par exemple, il existe des déphaseurs pouvant appliquer un déphasage de 22.5°, 45°, 90°, 180° degré. L'utilisation de déphaseurs discrets ne permet pas d'adresser toutes les directions avec un réseau d'antennes. Au contraire, seules quelques directions pourront être adressées.

Un exemple de ce type de réseau d'antennes est illustré dans la publication intitulée « A Thirty two element phased-array transceiver at 60 GHz with RF-IF conversion block in 90nm flip chip CMOS process », par COHEN, E.; JAKOBSON, C.; RAVID, S.; RITTER, D.; dans le congrès Radio Frequency Integrated Circuit (RFIC) 2010, IEEE p 457-460 du 23 au 25 mai 2010. Dans ce système à réseau d'antennes, des déphaseurs à 4 niveaux de déphasage sont utilisés, 32 antennes sont utilisées, la consommation atteint 500 mW et la taille du circuit atteint 14,5 mm2. Selon un mode de réalisation il est proposé un dispositif, compatible par exemple avec une application sans fil WirelessHD, visant à minimiser voire à s'affranchir des inconvénients cités ci-avant tout en conservant un circuit de taille réduite et un dispositif ayant une consommation raisonnable.

Selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif comprenant des moyens de traitement, des voies d'émission, un réseau d'antennes pour émettre des signaux comportant plusieurs antennes respectivement associées aux voies d'émission, plusieurs convertisseurs numérique analogique et plusieurs moyens de déphasage respectivement associés aux antennes, lesdits moyens de déphasages étant placés entre les moyens de traitement et les convertisseurs numérique analogique et comportant des filtres passe-tout numériques de type FIR, les moyens de traitement comprenant des moyens de commande configurés pour ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres passe-tout de type FIR. L'utilisation des filtres FIR passe-tout pour le déphasage permet par un ajustement des coefficients ou bien de l'ordre des filtres de faire varier la phase de façon continue. Ainsi toutes les directions dans un angle solide prédéfini de l'espace peuvent être pointées électroniquement par le réseau d'antennes et non plus seulement un certain nombre d'angles prédéfinis. De plus les déphaseurs RF (radio fréquence) classiques peuvent amener des pertes importantes de l'ordre de 5 à 10 dB. Au contraire, les filtres passe-tout de type FIR permettent d'avoir un gain, qui de plus est constant sur la bande passante du système. Ainsi, la consommation est réduite et aucune égalisation n'est nécessaire. Avec la technologie CMOS et en utilisant une seule voie d'émission, les contraintes sur les amplificateurs de puissance sont très importantes. A tel point, qu'il faut des amplificateurs à plusieurs étages dont le rendement et la consommation ne sont pas satisfaisants. L'utilisation d'un réseau d'antennes permet en répartissant la puissance sur différentes voies (plus précisément en divisant la puissance par autant de voie d'émission) de limiter les contraintes sur les amplificateurs de puissance. Ainsi, à puissance équivalente constante un ensemble d'amplificateurs pour plusieurs voies d'émission consomme moins qu'un amplificateur pour une unique voie d'émission.

La suppression des pertes mentionnées ci-dessus permet de ne pas avoir à les compenser par du gain RF, le circuit nécessitant moins d'amplification; sa taille peut donc être réduite. Enfin, l'utilisation d'un filtre numérique passe-tout de type FIR dans l'étage numérique permet une précision du déphasage plus importante pour plusieurs raisons: - dans le domaine numérique, il n'y a plus les erreurs de précision de phase que pourraient avoir un déphaseur analogique radiofréquence (RF), - les filtres induisent un retard constant sur la bande de fréquence d'intérêt et il n'est plus nécessaire de réaliser d'approximation entre le déphasage et le retard. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins une voie de réception pour recevoir un signal, les moyens de commande étant configurés pour ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres passe-tout de type FIR en fonction du signal reçu par ladite voie de réception. Ainsi, il est possible d'ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres au cours par exemple d'une séquence d'entraînement. Cette séquence d'entraînement a lieu à intervalles réguliers ou lorsque que cela est nécessaire. Selon un mode de réalisation, les filtres passe-tout numériques de type FIR ont une structure identique pour toutes les voies. Ainsi, l'ajustement des coefficients et/ou de l'ordre est plus rapide, les calculs des coefficients de chacune des voies étant similaires. Selon un mode de réalisation, les moyens de traitement comprennent un processeur en bande de base et le dispositif comprend une boucle à verrouillage de phase délivrant un signal de transposition de fréquence et chaque voie d'émission comprend en aval des convertisseurs numérique analogique : - au moins un étage de transposition de fréquence comprenant un mélangeur, - un amplificateur de puissance, tous les étages de transposition de fréquence étant connectés à la sortie de ladite boucle à verrouillage de phase. Ainsi, pour la génération du signal de transposition, la consommation pour toutes les voies est équivalente à celle pour une seule voie, une seule boucle à verrouillage de phase étant utilisée. En effet, même si du fait de la séparation du signal vers plusieurs voies, les pertes sont plus importantes, ces pertes sont facilement compensées par un gain plus important au sein de la boucle de verrouillage de phase. Ce gain entraîne une consommation négligeable au regard de celle d'une boucle à verrouillage de phase. Selon un mode de réalisation, pour chaque antenne d'émission le déphasage résultant au niveau des antennes est le résultat de la somme des déphasages suivants : - le déphasage analogique dans l'étage de transposition de fréquence ; - le déphasage analogique du signal de transposition ; - le déphasage analogique de la partie de la voie d'émission située en aval de l'étage de transposition de fréquence ; et - le déphasage numérique des moyens de déphasage ; les moyens de déphasage étant configurés pour appliquer un déphasage de manière que le déphasage résultant au niveau de chaque antenne d'émission augmente d'un incrément fixe d'une voie d'émission sur l'autre à partir d'une première voie d'émission, cet incrément fixe étant égal au déphasage résultant au niveau de l'antenne de ladite première voie d'émission. I1 est ainsi possible de pointer électroniquement de façon continue plusieurs directions en ajustant les déphasages numériques. En effet, pour réaliser un pointage électronique, on utilise généralement sur les voies d'émission au niveau des antennes des déphasages qui sont tels que la différence de déphasage entre une voie et sa suivante est toujours égale à la même valeur. De plus, il n'est pas nécessaire de calculer les déphasages dits analogiques pour changer la direction.

Selon un mode de réalisation, les déphasages analogiques ont une partie contrôlable et les moyens de commande sont configurés pour contrôler la partie contrôlable de l'ensemble des déphasages analogiques de manière que le déphasage résultant au niveau de chaque antenne d'émission augmente d'un incrément fixe d'une voie d'émission sur l'autre à partir d'une première voie d'émission, cet incrément fixe étant égal au déphasage résultant au niveau de l'antenne de ladite première voie d'émission. Ainsi, pour le déphasage résultant on obtient toujours la précision des déphasages numériques tout en réalisant une partie du déphasage sur la partie analogique. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de déphasage comprennent en outre des filtres numériques passe bas de type FIR. I1 est ainsi possible de sélectionner le signal utile à l'aide d'un autre filtre de type FIR ayant une précision et une consommation améliorées. Selon un mode de réalisation, les moyens de déphasage comprennent: - au moins un premier groupe de filtres comprenant un filtre passe-tout de type FIR et éventuellement un filtre passe bas de type FIR, - au moins un deuxième groupe de filtres comprenant un autre filtre passe-tout de type FIR et éventuellement un autre filtre passe bas de type FIR, lesdits groupes étant identiques pour toutes les voies d'émission des antennes. Le calcul des coefficients n'a donc pas besoin d'être répété pour chacune des voies d'émission, celles-ci utilisant les mêmes filtres.

Selon un mode de réalisation, les moyens de déphasage comprennent en outre un démultiplexeur et un multiplexeur, le premier et deuxième groupes de filtres étant respectivement branchés sur deux entrées du multiplexeur et sur deux sorties du démultiplexeur, les moyens de commande étant configurés pour générer un signal de contrôle destiné à commander le démultiplexeur et le multiplexeurs de façon à ce que les moyens de déphasages puissent tous appliquer un déphasage issu soit du premier groupe de filtres soit du deuxième groupe de filtres, les moyens de déphasage comprenant un nombre identique de premiers et de deuxièmes groupes de filtres, ce nombre étant identique d'une voie sur l'autre et le nombre de groupes de filtres sélectionnés sur chaque voie dépend du demi espace d'émission souhaité. On obtient étant donné la sommation des déphasages lorsque les groupes de filtres sont placés l'un à la suite de l'autre, une différence constante entre chaque voie en augmentant avec un pas régulier le nombre de filtres sur chaque voie. Cela permet en choisissant des composants (amplificateur de puissance, mélangeur et boucle à verrouillage de phase) qui appliquent des déphasages analogiques négligeables ou en compensant les déphasages analogiques au moyen par exemple d'un autre filtre FIR dans les moyens de déphasage d'obtenir au niveau des antennes des déphasages résultants qui sont tels que la différence de déphasage entre une voie et sa suivante est toujours égale à la même valeur.

On peut ainsi grâce au basculement rapide d'un déphasage à l'autre au sein des moyens de déphasage basculer d'une direction d'émission à l'autre. Selon un mode de réalisation, les signaux du réseau d'antennes ont une longueur d'onde du type micro-onde, millimétrique ou TeraHertz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre schématiquement un exemple de la fonction de transfert d'un filtre FIR avec 3 ou 5 coefficients; - la figure 3 illustre une utilisation de groupes de filtres dans les moyens de déphasage. Sur la figure 1 est représenté un dispositif D qui utilise des filtres passe-tout. Un filtre passe-tout est un filtre qui applique à un signal le traversant un gain identique sur toutes les fréquences du spectre de ce signal. Par contre, il applique un déphasage qui est variable pour les fréquences du spectre de ce signal. Le dispositif D comprend plusieurs voies d'émission VEl...VEn et dans l'exemple représenté une voie de réception VR. Ces voies sont reliées à des moyens de traitement MT. Les moyens de traitement comprennent un processeur en bande de base PR, des moyens de commande MC réalisés par exemple sous forme de module logiciel au sein du processeur PR. Le dispositif D comprend en outre une boucle à verrouillage de phase PLL délivrant un signal de transposition de fréquence LO (signal d'oscillateur local). Les moyens de traitements MT sont aptes à traiter un signal à émettre par les voies d'émission ou reçu par la voie de réception. La voie de réception VR comprend une antenne A21, un amplificateur faible bruit LNA, un étage de transposition de fréquence ETR et un convertisseur analogique / numérique ADC. L'étage de transposition de fréquence ETR comprend un mélangeur M recevant le signal oscillateur local ou signal de transposition LO délivré par la boucle de verrouillage de phase PLL. A titre d'exemple de réalisation, l'étage ETR permet une transposition dans la bande 0-10 GHz du signal reçu par l'antenne A21 centré autour de la fréquence 60GHz. Les voies d'émission comprennent respectivement : - des moyens de déphasage MDl...MDn qui comprennent un filtre passe-tout PT et optionnellement un filtre passe bas PB, tous deux de type FIR (pour Finite Impulse Response selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier), - un convertisseur numérique / analogique DAC, - un étage de transposition de fréquence ETEl... ETEn qui est selon un mode de réalisation préférentiel identique à l'étage de transposition de réception ETR. A titre d'exemple de réalisation, l'étage ETEl... ETEn permet une transposition du signal de sortie du convertisseur / analogique compris entre 0 et 10 GHz, à la fréquence 60 GHz. - un amplificateur de puissance PA1...Pan, - une antenne All, Al2... Aln. Selon un mode de réalisation préférentiel les moyens et éléments des voies d'émission sont tous de structures identiques. A titre d'exemple de réalisation les antennes All, A21...Aln et A21 du réseau d'antennes sont de type planaires. Comme on peut le voir, le déphasage est réalisé dans le domaine numérique en amont du convertisseur DAC grâce aux filtres FIR. Les coefficients et l'ordre des filtres de type FIR passe bas PB sont calculés de manière à supprimer le signal inutile. Ils sont donc calculés en fonction du standard de communication qui va être utilisé. Dans le cas du standard WirelessHD on peut dans le cas d'une structure hétérodyne utiliser par exemple un filtre passe bas avec une fréquence de coupure à 3dB égale à 2 GHz (soit l'ensemble de la bande passante du signal RF à transmettre) ou dans le cas homodyne utiliser par exemple un filtre passe bas avec une fréquence de coupure à 3dB égale à 1 GHz (soit la moitié de la bande passante du signal RF à transmettre). Les coefficients sont donc en général fixés pour une utilisation donnée. Cela étant, cette fréquence de coupure peut varier en fonction des différentes applications ciblées par rapport au standard WirelessHD, il est alors avantageux de pouvoir ajuster les coefficients des filtres passe bas. Pour accélérer le filtrage numérique et baisser la consommation du filtre passe bas on peut choisir un filtre de type FIR d'un ordre peu élevé. En effet, pour les filtres numériques FIR, la durée du filtrage dépend de l'ordre. I1 est possible en utilisant un algorithme de sélection, dit génétique, bien connu de l'homme du métier d'obtenir à partir d'un échantillon de filtres d'ordre peu élevé, un filtre ayant une réponse fréquentielle proche de celle d'un filtre ayant un ordre plus élevé. Pour plus d'informations l'homme du métier peut se référer à la publication de Jonathan MULLER et autres réalisée en juin 2010 lors de IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) et intitulée: A FIR BASEBAND FILTER FOR HIGH DATA RATE 60 GHz WIRELESS COMMUNICATION. Selon un mode de réalisation préférentiel, les coefficients des filtres passe-tout PT ne sont pas fixés. Le moyen de commande MC est alors apte à ajuster les coefficients des filtres FIR passe-tout. Ainsi, il est possible de balayer différentes directions. En variante, les coefficients des filtres passe-tout PT peuvent également être fixés; la direction d'émission est alors fixée. En d'autres termes, les filtres de type FIR PT et PB ont deux rôles: les premiers PT servent à appliquer un déphasage de manière à balayer différentes directions avec les voies d'émission du réseau d'antennes; les deuxièmes PB servent à supprimer le signal inutile en fonction de l'application et du standard utilisé; ils provoquent également un déphasage. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'ajustement des coefficients des filtres FIR passe-tout PT est réalisé en fonction du signal reçu par la voie de retour. L'ajustement en fonction de la voie retour peut à titre d'exemple de réalisation être réalisé avec un dispositif homologue du dispositif D. Le dispositif homologue reçoit les signaux émis par le dispositif et émet sur la fréquence 60 GHz des signaux qui sont notamment reçus sur la voie retour VR du dispositif.

Une séquence d'entraînement peut être utilisée. Au cours de celle-ci plusieurs déphasages et amplitudes d'émission sont testés, le résultat des tests est connu du dispositif D grâce au signal reçu en voie de retour. Pour tester les différents déphasages et amplitudes un ajustement des coefficients des filtres FIR passe-tout PT est réalisé par les moyens de commande MC. L'utilisation de la séquence d'entraînement peut selon un premier mode de réalisation être programmée par les moyens de traitement MT à intervalle régulier, par exemple toutes les 5ms. L'utilisation de la séquence d'entrainement peut selon un deuxième de réalisation être programmée par les moyens de traitement MT lorsque cela est nécessaire, par exemple, lorsque les fréquences pilotes sont dégradées.

En d'autres termes, les moyens de commande ajustent les coefficients des filtres FIR en fonction de la voie de retour. Ces ajustements règlent le déphasage et le gain de chacun des filtres PT. Dans le standard WirelessHD, deux modes de communication coexistent entre deux systèmes communicants: le mode dit HRP (High Bit Rate Protocol) et le mode dit LRP (Low Bit Rate Protocol) selon des termes anglo-saxon bien connus de l'homme du métier). On peut de manière avantageuse utiliser le protocole LRP pour la voie de retour et l'ajustement des coefficients et le protocole HRP pour transmettre les données utiles après l'ajustement.

L'ajustement des coefficients d'un filtre numérique passe-tout de type FIR pour augmenter ou diminuer le déphasage et le gain est connu en tant que tel par l'homme du métier. Au cours de cet ajustement le déphasage peut être augmenté ou diminué de manière continue, c'est-à-dire non discrète.

I1 est également possible selon un mode de réalisation préférentiel que les moyens de commande MC puissent éteindre certaines des voies d'émission de manière à augmenter le diagramme d'émission résultant du réseau d'antennes. Sur la figure 1 sont en outre représentés des déphasages phi 1... phi _n qui sont les déphasages résultants au niveau de chaque antenne. Ils correspondent pour chaque voie d'émission à la somme des déphasages de la partie RF de la voie d'émission (c'est-à-dire en aval de l'étage de transposition de fréquence), du signal LO, dans l'étage de transposition de fréquence par exemple dans le mélangeur M1... Mn et des moyens de déphasage MD1, ... MDn. C'est-à-dire : - phi 1= phi_RF1 + phi M1 + phi LOI + 0~ 1 Avec phi_RF1, le déphasage de la partie RF de la première voie d'émission VE1, par exemple appliqué par l'amplificateur de puissance PA1 associé à la première voie d'émission.

Avec phi M1, le déphasage appliqué dans l'étage de transposition de fréquence ETE1 par exemple dans le mélangeur Ml. Avec phi LOI, le déphasage du signal LO branché sur le mélangeur M1.

Avec 41, le déphasage appliqué par les moyens de déphasage MD1. - phi n= phi_RFn + phi Mn + phi_LOn + Oôn Avec phi_RFn, le déphasage de la partie RF de la niéme voie d'émission VEn, par exemple appliqué par l'amplificateur de puissance PAn associé à la niéme voie d'émission. Avec phi Mn, le déphasage appliqué dans l'étage de transposition de fréquence ETEn par exemple dans le mélangeur Mn. Avec phi_LOn, le déphasage du signal LO branché sur le mélangeur Mn.

Avec Oôn, le déphasage appliqué par les moyens de déphasage MDn. Pour un pointage électronique, les déphasages phi 1... phi n respectent la condition suivante : phi 1= K, phi 2= 2. K, phi _3 = 3 . K ... phi _n = n . K (1) K étant la valeur de l'incrément correspondant à la direction pointée. En d'autres termes, les déphasages au niveau de chaque antenne augmentent d'une voie d'émission sur l'autre d'un incrément fixe qui est égal au déphasage au niveau de la première antenne.

Selon un premier mode de réalisation, les déphasages analogiques phi Mn, phi LO, phi_RFn ne sont pas contrôlés. Les déphasages numériques 4n appliqués par les moyens de déphasage MDn sont ajustés de manière à ce que la condition (1) soit satisfaite, Ainsi, les déphasages Oôn ont pour valeurs : - 0~ 1 = 0ô_init - SOM1, où SOM1 est égal à la somme des déphasages analogiques pour la voie d'émission VE1, (SOM1 = phi_RF 1 + phi_M 1 + phi_LOI) et où 0ô _init est le déphasage qui est appliqué par les moyens de déphasage MD1 en ajustant les coefficients et l'ordre du filtre passe tout PT dans les moyens de déphasage MD1.

Ce déphasage 4 _init correspond à la direction électronique pointée. On a également, 4 init = phi _1 = K. - O~n = n . init - SOMn, Avec SOMn égal à la somme des déphasages analogiques pour la voie d'émission VEn (SOMn = phi_RFn + phi Mn + phi_LOn). Pour réaliser l'ajustement, il n'est pas nécessaire de calculer les déphasages analogiques. Cet ajustement des déphasages numériques 4n est effectué par exemple à partir du signal reçu sur la voie de retour résultant de l'émission de séquence d'entraînement.

Selon un deuxième mode de réalisation, les déphasages analogiques dans l'étage de transposition de fréquence, du signal oscillateur local LO et de la partie RF de la voie d'émission VEn sont contrôlés par les moyens de commande MC, par exemple en utilisant des lignes à retard. Cela étant, il n'est pas possible de contrôler de manière exacte ces déphasages analogiques qui conservent une partie parasite. Cette partie parasite peut facilement être compensée par les moyens de déphasage MD 1... MDn comme cela été explicité pour le premier mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, pour que la condition (1) ci-dessus soit satisfaite, on contrôle la partie contrôlable de l'ensemble des déphasages analogiques ainsi que les déphasages numériques. Cela permet de limiter le déphasage numérique appliqué par les moyens de déphasages MDn.

Dans les deux modes de réalisation, en ajustant les coefficients ou l'ordre de chaque filtre FIR passe-tout PT des moyens de déphasage MDn, on fait varier de manière continue l'incrément init de manière à changer la direction électronique pointée. La figure 2 représente les courbes de gain en fonction de la fréquence et du déphasage en fonction de la fréquence pour deux filtres passe-tout de type FIR avec deux ordres différents: un avec 3 coefficients et l'autre avec 5 coefficients. Ces filtres passe-tout pourraient être utilisés dans les moyens de déphasage du dispositif d'émission et de réception selon l'invention présenté dans la figure 1.

Le filtre avec 3 coefficients présente un gain constant de 6 dB dans la bande 0-15 GHz. Par ailleurs le déphasage qu'il applique augmente de manière proportionnelle dans la bande entre 0 et 12 GHz pour atteindre -3,14 rad à 12 GHz. Le filtre avec 5 coefficients présente un gain constant de 6 dB dans la bande 0-15 GHz. Par ailleurs le déphasage qu'il applique augmente de manière proportionnelle dans la bande entre 0 et 12 GHz pour atteindre -6,28 rad à 12 GHz. Pour chacun de ces deux filtres, la pente en fonction de la fréquence du déphasage représente le retard induit par chacun des filtres FIR passe-tout, cela est explicité par la formule: At = f avec représentant le déphasage appliqué par exemple -3,14 rad pour le filtre 3 coefficients et f la fréquence correspondante par exemple 12 GHz. Ce retard est identique sur la gamme de fréquence 0-15 GHz pour chacun des deux filtres, le retard induit par le filtre 5 coefficients étant le double de celui 3 coefficients. En d'autres termes, contrairement aux moyens de déphasage classiques, les filtres passe-tout de type FIR permettent de contrôler le retard. C'est avantageux car pour contrôler la direction du diagramme de rayonnement d'un réseau d'antennes c'est en fait le retard qu'il faut contrôler. Cela était possible jusqu'à présent dans l'état de la technique en utilisant des déphaseurs appliquant un déphasage constant et dont le retard induit est alors sensiblement constant pour des fréquences variant peu. Mais ce retard constant n'était qu'une approximation. Au contraire, grâce à l'utilisation du filtre passe-tout de type FIR le retard est constant par construction. On constate qu'en changeant l'ordre d'un filtre PT, le déphasage appliqué change également. Cet ajustement peut être continu puisqu'il dépend de la pente en fonction de la fréquence du déphasage qui dépend elle-même des coefficients et de l'ordre.

La figure 3 illustre un mode de réalisation préférentiel des moyens de déphasage. Les moyens de déphasage MD comprennent un premier démultiplexeur DEMUX un vers deux. Le démultiplexeur DEMUX va en fonction d'un signal de contrôle VCONTROL aiguiller le signal issu des moyens de traitement MT vers une première branche comportant un groupe de filtres FIR GRA ou une deuxième branche comportant un groupe de filtres FIR GRB.

Les moyens de déphasage comprennent en outre un multiplexeur MUX deux vers un. Le multiplexeur MUX va en fonction du signal de contrôle VCONTROL délivré par les moyens de commande MC aiguiller vers le convertisseur numérique/analogique DAC le signal de la première branche ou de la deuxième branche.

Le groupe de filtres GRA est à titre d'exemple de réalisation composé d'un filtre passe bas PBA de type FIR et d'un filtre passe-tout PTA de type FIR. Cela étant le groupe de filtres GRA pourrait comprendre un ou plusieurs filtres PTA avec ou non un filtre passe bas PBA.

Le groupe de filtres GRB est à titre d'exemple de réalisation composé d'un filtre passe bas PBB de type FIR et d'un filtre passe-tout PTB de type FIR. Cela étant le groupe de filtres GRB pourrait comprendre un ou plusieurs filtres PTB avec ou non un filtre passe bas PBB.

La composition des groupes de filtres GRA et GRB n'est pas forcément identique. I1 est simplement préférable que chacun des deux groupes appliquent un déphasage différent. Les moyens de déphasage MD d'une voie d'émission comportent le même nombre de groupes GRA et GRB. D'une voie d'émission à l'autre le nombre de groupe de filtres GRA et GRB des moyens de déphasage est identique mais on désactive sélectivement certains des filtres en fonction du demi espace d'émission souhaité. A titre d'exemple de réalisation si le réseau d'antennes comprend quatre voies d'émission alors, les moyens de déphasage chaque voie d'émission comportent quatre groupes GRA et quatre groupes GRB. Pour émettre dans un premier demi espace on sélectionne sur la première voie d'émission un groupe GRA et un groupe GRB (seuls les groupes sélectionnés dans les moyens de déphasage MD1 ont été représentés sur la figure 3), sur la deuxième voie d'émission deux groupes GRA et deux groupes GRB (seuls les groupes sélectionnés dans les moyens de déphasage MD2 ont été représentés sur la figure 3), sur la troisième voie d'émission trois groupes GRA et trois groupes GRB et sur la quatrième voie d'émission quatre groupes GRA et quatre groupes GRB. A des fins de simplification de la figure 3, les groupes sélectionnés sur les voies 3 et 4 n'ont pas été représentés. Ainsi les moyens de déphasage appliquent sur la première voie d'émission un déphasage 41=4A ou 4B en fonction du signal VCONTROL. Les moyens de déphasage appliquent sur la deuxième voie d'émission un déphasage 42= 2. 4A ou 2. 4B en fonction du signal VCONTROL. Les moyens de déphasage appliquent sur la troisième voie d'émission un déphasage 43= 3 . 4A ou 3 . 4B en fonction du signal VCONTROL. Les moyens de déphasage appliquent sur la quatrième voie d'émission un déphasage 44= 4. 4A ou 4. 4B en fonction du signal VCONTROL. Si l'on souhaite émettre dans l'autre demi espace, on sélectionne quatre groupes GRA et quatre groupes GRB sur la première voie, trois groupes GRA et trois groupes GRB sur la deuxième voie, deux groupes GRA et deux groupes GRB sur la troisième voie et un groupe GRA et un groupe GRB sur la quatrième voie. Pour permettre le respect de la condition (1) évoquée ci avant, on peut par exemple prévoir un filtre FIR supplémentaire au sein des moyens de déphasage MD 1 ... MDn de manière à compenser les déphasages analogiques pour chaque voie SOM_n comme explicité ci avant. On obtient dans les deux modes de réalisation, une incrémentation du déphasage permettant de pointer une direction électronique telle que cela est précisé dans la figure 1, le changement de direction pouvant être effectué aussi rapidement que la commutation des démultiplexeurs et des multiplexeurs. Les déphasages résultants, au niveau de chaque antenne phi 1... phi _n sont contrôlés avec une quantité de calcul réduite des coefficients des filtres FIR puisque seuls les coefficients des filtres passe-tout du groupe GRA et du groupe GRB et d'un filtre FIR par moyen de déphasage MDn ont besoin d'être calculés pour chaque direction.

Bien entendu, il est également possible d'utiliser des multiplexeurs et des démultiplexeurs avec un nombre supérieur à deux d'entrée/sorties.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif comprenant des moyens de traitement (MT), des voies d'émission (VE1, ... VEn), un réseau d'antennes pour émettre des signaux comportant plusieurs antennes (Al1 Aln) respectivement associées aux voies d'émission, plusieurs convertisseurs numérique analogique (DAC) et plusieurs moyens de déphasage (MD1, ...MDn) respectivement associés aux antennes, lesdits moyens de déphasages (MD 1, ... MDn) étant placés entre les moyens de traitement (MT) et les convertisseurs numérique analogique (DAC) et comportant des filtres passe-tout numériques de type FIR (PT), les moyens de traitement comprenant des moyens de commande (MC) configurés pour ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres passe-tout de type FIR.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant au moins une voie de réception (VR) pour recevoir un signal, les moyens de commande étant configurés pour ajuster les coefficients et/ou l'ordre des filtres passe-tout de type FIR (PT) en fonction du signal reçu par ladite voie de réception.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les filtres passe-tout numériques de type FIR (PT) ont une structure identique pour toutes les voies.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de traitement (MT) comprennent un processeur en bande de base (PR) et le dispositif comprend une boucle à verrouillage de phase (PLL) délivrant un signal de transposition de fréquence (LO) et chaque voie d'émission comprend en aval des convertisseurs numérique analogique (DAC) : - au moins un étage de transposition de fréquence (ETE1, ... ETEn) comprenant un mélangeur (Ml...Mn), - un amplificateur de puissance (PA1, ... , PAn), tous les étages de transposition de fréquence (ETE1, ... , ETEn) étant connectés à la sortie de ladite boucle à verrouillage de phase (PLL).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel pour chaque antenne (Al1...AlN) d'émission le déphasage résultant au niveau des antennes (phi 1... phi n) est le résultat de la somme des déphasages suivants : - le déphasage analogique (phi M1, ..., phi Mn) dans l'étage de transposition de fréquence (ETE1, ... ETEn) ; - le déphasage analogique (phi LOI, ..., phi_LOn) du signal de transposition (LO) ; - le déphasage analogique (phi_RF1 ... phi_RFn) de la partie de la voie d'émission (VE1... ,VEn) située en aval de l'étage de transposition de fréquence (ETE1, ... ETEn); et - le déphasage numérique (0O1...00n) des moyens de déphasage (MDl....MDn) ; les moyens de déphasage (MDl....MDn) étant configurés pour appliquer un déphasage (0O1...00n) de manière que le déphasage résultant (phi 1... phi n) au niveau de chaque antenne d'émission augmente d'un incrément fixe d'une voie d'émission sur l'autre à partir d'une première voie d'émission, cet incrément fixe étant égal au déphasage résultant (phi 1) au niveau de l'antenne (Al 1) de ladite première voie d'émission.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les déphasages analogiques ont une partie contrôlable et les moyens de commande (MC) sont configurés pour contrôler la partie contrôlable de l'ensemble des déphasages analogiques de manière que le déphasage résultant (phi 1... phi n) au niveau de chaque antenne d'émission augmente d'un incrément fixe d'une voie d'émission sur l'autre à partir d'une première voie d'émission, cet incrément fixe étant égal au déphasage résultant (phi 1) au niveau de l'antenne (Al l) de ladite première voie d'émission.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déphasage (MD) comprennent en outre des filtres numériques passe bas de type FIR (PB).
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de déphasage comprennent :- au moins un premier groupe de filtres (GRA) comprenant un filtre passe-tout de type FIR (PTA) et éventuellement un filtre passe bas de type FIR (PBA), - au moins un deuxième groupe de filtres (GRB) comprenant un autre filtre passe-tout de type FIR (PTB) et éventuellement un autre filtre passe bas de type FIR (PBB), lesdits groupes étant identiques pour toutes les voies d'émission des antennes.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens de déphasage comprennent en outre un démultiplexeur (DEMUX) et un multiplexeur (MUX), le premier et deuxième groupes de filtres (GRA, GRB) étant respectivement branchés sur deux entrées du multiplexeur et sur deux sorties du démultiplexeur, les moyens de commande (MC) étant configurés pour générer un signal de contrôle (VCONTROL) destiné à commander le démultiplexeur et le multiplexeurs de façon à ce que les moyens de déphasages (MD) puissent tous appliquer un déphasage (AôA, AôB, 2.AôA, 2.AôB) issu soit du premier groupe de filtres (AôA, 2.AôA) soit du deuxième groupe de filtres (AôB, 2.AôB), les moyens de déphasage comprenant un nombre identique de premiers et de deuxièmes groupes de filtres (GRA, GRB), ce nombre étant identique d'une voie sur l'autre, et le nombre de groupes de filtres sélectionnés sur chaque voie dépend du demi espace d'émission souhaité.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les signaux ont une longueur d'onde du type micro-onde, millimétrique ou TeraHertz.