Dispositif servant à indiquer un champ de rayonnement à haute
fréquence.
L'invention est relative à un dispositif destiné à
indiquer un champ de rayonnement à haute fréquence dans un plan
qui fait un angle 9 avec le vertical sur la surface de la terre
(plan d'inclinaison) et qui est reconnaissable par un rapport constant entre deux champs de rayonnement à haute fréquence. Un , dispositif de ce genre est particulièrement intéressant pour déterminer la route à suivre par un mobile qui peut se déplacer suivant trois dimensions, plus particulièrement pour
indiquer aux avions une ligne d'atterrissage.
Conformément à l'invention, les champs de rayonnement sorit engendrés par deux systèmes rayonnants qui possèdent des dimensions égales, au moins dans le sens vertical, et émettent
n des oscillations de la même longueur d'onde, mais de modulations différentes, et dont les caractéristiques de rayonnement sont inégales, eu égard à la réflexion provenant
de la terre, ces systèmes étant, pour le reste, conformés et disposés de telle façon que le rapport entre les champs en question dans le plan 6-soit indépendant de variations de
la nature du sol.
De préférence, les systèmes rayonnants sont supposés être composés de dipôles mathématiques égaux qui sont disposés de telle façon que pour chaque paire de dipôles correspondants des deux systèmes rayonnants soit la différence
<EMI ID=1.1>
2 cos 9
représente la longueur d'onde des oscillations émises par les systèmes rauonnants.
On connaît divers moyens qui permettent, à l'aide d'émetteurs de radio-diffusion dits radiophares, de faire connaître à un avion une direction déterminée dans un
plan horizontal. Dans ce cas, on obtient en général un plan directionnel, d'ordinaire vertical, comme plan d'intersection de deux champs de rayonnement de la même longueur d'onde mais de modulations différentes qui proviennent approximativement d'un seul point, dans lequel plan d'intersection les intensités des signaux des deux champs sont égales ou au moins possèdent entre elles un rapport prédéterminé. Fréquemment, on utilise alors deux émetteurs de la même puissance qui sont modulés avec deux signaux complémentaires de sorte que dans la direction désirée les deux émetteurs sont reçus avec la même intensité et qu'on entend, par exemple un son. continu, tandis qu'à gauche et à droite de cette direction on perçoit, respectivement, ces signaux complémentaires. Pour indiquer, outre une direction dans le plan horizontal, une
ligne d'atterrissage, on utilise habituellement un dispositif 1\ à l'aide duquel la ligne d'atterrissage est obtenue comme ligne d'intersection de deux plans qui sont indiqués par
plus de deux champs de rayonnement à haute fréquence de la même longueur d'onde mais de modulations différentes qui proviennent approximativement d'un seul point, ligne d'intersection sur laquelle les intensités des champs possèdent, l'une par rapport à l'autre, un certain rapport prédétermine. Outre un dispositif constitué par deux émetteurs du genre précité et servant à indiquer la direction dans le plan horizontal, on peut utiliser à cet effet un second dispositif similaire qui donne un plan directionnel dans la direction d'inclinaison et pour lequel la ligne d'intersection du
plan vertical avec le plan d'inclinaison donne la ligne d'atterrissage désirée, ce qui sera expliqué avec référence
à la fig. 1. Sur cette figure, ABCD représente la surface de la terre, GHIJ est le plan vertical dans la direction de la route à suivre et le plan ABEF indique la direction d'incli- naison désirée, la ligne d'intersection GK désignant alors
la ligne d'atterrissage désirée.
Au lieu du second dispositif qui détermine le plan
<EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
tique de directivité est choisie de telle façon que l'émetteur émette un faisceau étroit dans la direction d'inclinaison.
Une autre possibilité connue consiste à choisir la caractéristique de l'un des radiateurs ou éléments rayonnants de telle façon qu'une surface équipotentielle déterminée indique la direction d'atterrissage désirée.
Toutes ces méthodes pour la détermination de la direction d'inclinaison présentent l'inconvénient que la direction d'inclinaison fixée par le système rayonnant,
dépend fortement de la nature de la surface de la terre, natu- re qui peut soudainement varier, par exemple, lorsqu'il pleut. Pour permettre un atterrissage sûr, il est, toutefois, primordial que le trajet d'atterrissage soit parfaitement connu et soit fixé aussi exactement que possible, ce qui peut être réalisé avec le dispositif suivant l'invention.
La fig. 2 montre un dipôle mathématique D d'où émanent des oscillations à haute fréquence dans tous les sens. Si le moment du dipôle est indiqué par m, la longueur d'onde par A et la distance à laquelle les oscillations à haute
<EMI ID=4.1>
sidération la réflexion par la surface de la terre, la va-
<EMI ID=5.1>
l'intensité de la réception, est au point de réception:
<EMI ID=6.1>
Si la surface de la terre fonctionne comme une surface parfaitement réfléchissante, le vecteur 7 est au point de réception:
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
tion de l'image réfléchie D' du dipôle D, le signe plus étant
<EMI ID=9.1>
si l'on considère un dipôle horizontal.
Si la surface de la terre ne peut plus être considérée comme une surface parfaitement réfléchissante un coefficient
<EMI ID=10.1>
quation (2)
<EMI ID=11.1>
R , une grandeur vectorielle, dépend de la constante diélec-
<EMI ID=12.1>
trique �et de la conductivité 6 du sol et, en outre, de
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
comme suit:
<EMI ID=15.1>
dans lequel la puissance de 1 rend compte des rotations de phase qui ont lieu dans la réflexion.
<EMI ID=16.1>
vent être supposés égaux. Cela n'est pas permis dans les
<EMI ID=17.1>
mine le déphasage.
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
Si la hauteur du dipôle par rapport à la terre est supposée
<EMI ID=20.1>
En développant l'équation (4) on obtient:
<EMI ID=21.1>
fonction à laquelle, à une distance de l'émetteur qui est grande par rapport à les intensités de champ électrique et magnétique sont proportionnelles.
<EMI ID=22.1> due au premier dipôle, est proportionnelle à
<EMI ID=23.1>
et l'intensité de champ due au second dipôle, est proportionnelle à:
<EMI ID=24.1>
Pour le troisième dipôle, le quatrième dipôle, etc. on peut écrire des formules analogues.
Si, comme il a été supposé, les dipôles se trouvent au voisinage immédiat l'un de l'autre, auquel cas les gran-
<EMI ID=25.1>
(7) et (8) sont mutuellement égales si les radiateurs tra-
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
port entre les intensités de réception des deux dipôles est indépendant de variations de la nature du sol si
<EMI ID=29.1>
De plus, si les moments des deux dipôles sont choisis de manière à être égaux, le rapport entre les intensités de réception est égal à l'unité. Les conditions mentionnées ci-
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
ce qui peut être écrit comme suit:
<EMI ID=32.1>
(où q est un nombre entier), ce qui peut être écrit comme suit:
<EMI ID=33.1>
Il est ainsi démontré qu'un plan d'inclinaison indépendant de variations de la nature du sol, qui fait
<EMI ID=34.1>
qui est connaissable par un rapport constant entre les intensités de réception de deux champs de rayonnement à haute fréquence, peut être obtenu au moyen de deux dipôles mathématiques qui sont disposés de telle façon que l'équation (9)
ou (9') soit réalisée.
L'invention est basée sur la considération que
chaque système rayonnant peut être composé de dipôles mathématiques de sorte qu'en pratique le plan d'inclinaison désiré peut être obtenu au moyen de deux systèmes rayonnants qui
sont supposés être composés de dipôles mathématiques égaux, tandis que pour chaque paire de dipôles correspondants des deux.systèmes c'est soit l'équation (9) soit l'équation (9') qui est valable.
Les exemples de réalisation qui découlent de l'équation (9) et dans lesquels on obtient donc le plan d'inclinaison désiré indépendant de la nature du sol, en remplissant les
<EMI ID=35.1>
paroles, sur l'emploi de deux dipôles mathématiques qui sont disposés l'un à une hauteur telle au-dessus de l'autre que la projection de la différence en hauteur sur le plan d'in- clinaison qui fait un angle 9 avec la surface de la terre ou un angle 9 avec le vertical, a une longueur égale à un nombre entier de demi-longueurs d'onde.
En pratique cela revient à l'emploi de deux systèmes rayonnants congruents qui sont parcourus par des courants possédant, aux points correspondants des deux systèmes, la même valeur efficaces, et qui sont disposés de telle façon que des points correspondants des systèmes rayonnants possè-
<EMI ID=36.1>
Si la dispositif de l'invention est utilisé pour l'obtention d'une ligne d'atterrissage, les exigences prati.ques ordonnent en général que pour un angle ordonné déter-
<EMI ID=37.1>
teur du système d'antenne soit aussi faible que possible, ce
<EMI ID=38.1>
De plus, pour une faible hauteur du système d'antenne il est naturellement important qu'également la longueur d'onde � soit faible.
Un mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention qui découle de l'équation 9, est représenté, à titre d'exemple, sur les fig. 3 et 4; la signification physique de l'équation (9) sera élucidée avec référence à la fig. 3.
Sur la fig. 3, les systèmes rayonnants sont constitués par deux antennes dipôles verticales Zl et Z2 qui sont alimentées avec la même intensité et qui sont disposées,
<EMI ID=39.1>
face réfléchissante de la terre. Par suite de la réflexion de cette surface, il se trouve. apparemment, respectivement, à des distances hl et h2 au-dessous de la surface de la terre,
<EMI ID=40.1>
<EMI ID=41.1>
sont mutuellement en phase, on ne reçoit rien, par suite
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1>
dans une direction qui fait un angle 9 avec le vertical sur
la surface de la terre, la différence des distances aux dipôles <EMI ID=46.1>
du récepteur, les intensités de champ sont, par conséquent, égales et en phases opposés. Les mêmes remarques s'appliquent
<EMI ID=47.1>
la direction d'une ligne II qui est parallèle à la ligne I.
Dans le cas d'une modulation inégale des deux systèmes, ils sont reçus,par conséquent, dans la direction 9 avec la même intensité. S'ils émettent des signaux complémentaires,
<EMI ID=48.1>
constante.
Autour d'un axe.formé par le vertical sur la surface
<EMI ID=49.1>
s'étend, par conséquent, une surface conique dont l'angle au sommet est de 2 9 où 9 est indépendent de la nature du sol.Cette surface conique est indiquée sur la fig. 4 par I. Sur
<EMI ID=50.1>
même intensité et on entend un son continu tandis'que de l'un des côtés de cette surface on perçoit l'une des sortes et de l'autre côté l'autre sorte des signaux complémentaires. Il est vrai qu'il y a encore d'autres surfaces coniques, par exemple, les surfaces II et III (fig. 4) sur lesquelles on entend un son continu, surfaces que l'on obtient en donnant dans l'équation (9) à n, respectivement, la valeur 2 et
<EMI ID=51.1>
et ne peuvent, par conséquent, pas être confondues avec la surface I.
Si un radiophare comporte, en plus des deux radia-
<EMI ID=52.1>
la méthode connue, la direction dans le plan horizontal, par
<EMI ID=53.1>
coupe le plan vertical mentionné en dernier lieu:-, suivant la ligne GE de la route désirée si le sommet du cône coïncide approximativement avec le point G.
<EMI ID=54.1>
conformément à l'invention, que les deux systèmes rayonnants se trouvent l'un tout doit au-dessous de l'autre. Ils peuvent aussi être écartés l'un de l'autre dans des directions horizontales sur une distance de quelques longueurs d'onde, ce qui permet d'empêcher qu'un avion rencontre les mâts d'antenne sur son trajet d'atterrissage. La disposition peut être alors comme le montre schématiquement la fig. 5 sur.
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
indiquée par la ligne BC qui est située dans un plan perpendiculaire au plan passant par les deux radiateurs et qui
<EMI ID=57.1>
La fig. 6 est une esquisse qui montre l'allure des
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
disposé au voisinage de la surface de la terre, sa caracté-
<EMI ID=60.1>
En raison de la réflexion par la surface de la terre, la carac-
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
caractéristiques de rayonnement, les intensités des champs émis par les deux radiateurs, sont égales dans la direction BD et leur rapport est indépendant des variations de la nature du sol si les conditions déduites ci-dessus, en ce qui concerne la différence en hauteur entre les radiateurs Zi et Z2, sont remplies. La ligne BD représente donc une ligne d'atterrissage possible.
Pour augmenter l'intensité de champ de chacun des radiateurs dans la direction désirée BD, on-peut éventuellement utiliser des systèmes rayonnants dirigés.
<EMI ID=63.1>
tion 9' et dans lesquels on obtient le plan d'inclinaison désiré indépendant de la nature du sol, en remplissant la condition
<EMI ID=64.1>
seront décrits dans ce qui suit.
Dans l'équation 9' figure encore la fonction � qui dépend de la constante du sol. A l'aide d'un calcul il est
<EMI ID=65.1>
<EMI ID=66.1>
fonction [yen] se rapproche de très près de <1>1' de sorte que, pour
<EMI ID=67.1>
présente un nombre entier.
Si également dans ce cas, comme dans l'exemple précédent, hl, est choisi de manière à être approximativement
<EMI ID=68.1>
la possibilité d'obtenir un système d'antennes dont la hauteur totale est considérablement plus faible que pour l'équation 9. Tout d'abord, pour obtenir une faible hauteur totale q peut être choisi de manière à être égal, à l'unité, auquel cas
<EMI ID=69.1>
h2 et pour hl, respectivement, les valeurs
<EMI ID=70.1>
Il y a lieu d'observer ici que des plans d'inclinaison appartenant aux conditions de l'équation (9) ne peuvent
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1>
<EMI ID=73.1>
ici il était question de la détermination d'angles d'inclinaiIl <EMI ID=74.1>
lieu, en raison de sa pente plus grande, à une confusion.
De plus, par comparaison avec le résultat obtenu dans le premier cas, il est clair que pour le choix indiqué
<EMI ID=75.1>
d'antenne n'est que la moitié de la hauteur du premier sys-
<EMI ID=76.1>
considérablement plus avantageux.
Le système décrit ci-dessus est représenté schématiquement sur la fig. 7 sur laquelle D et F désignent deux dipôles mathématiques se trouvant, respectivement, à une
<EMI ID=77.1>
radiateurs sur la ligne AG (ligne d'inclinaison), est donc égale à une demi-longueur d'onde.
Si la terre est supposée un conducteur parfait, la
<EMI ID=78.1>
peut être reconnue à l'aide de la figure 8 comme suit. La fig. 8 représente'un système rayonnant constitué par deux <EMI ID=79.1>
<EMI ID=80.1>
la surface A de la terre. Par suite de la réflexion de cette
<EMI ID=81.1>
champs possèdent également la même intensité et sont égaux à
<EMI ID=82.1>
de la terre. Dans la direction qui fait l'angle 9 avec le
<EMI ID=83.1>
<EMI ID=84.1> <EMI ID=85.1>
une demi-longueur d'onde. Il s'ensuit que dans la directions
<EMI ID=86.1>
<EMI ID=87.1>
Par des calculs il peut être démontré qu'également . pour des systèmes rayonnants de dimensions finies égales on peut obtenir un axe balisé qui est indépendant de variations
<EMI ID=88.1>
remplie. Dans ce cas, conformément.à l'invention, il est nécessaire, toutefois, que les systèmes rayonnants soient symétriques par rapport à un plan horizontal ou soient symétriques après réflexion de l'un des systèmes, par rapport au plan vertical passant par la ligne de la route désirée et que le plan de symétrie horizontal soit situé .au-dessus de la terre à une hauteur telle que la projection de cette hauteur sur la ligne de la route désirée soit égale dans la direction 0 à un nombre de quarts d'onde.
La fig. 9 représente un mode.de réalisation simple
de deux systèmes rayonnants de dimensions finies égales qui sont symétriques par rapport à un plan horizontal et qui,
<EMI ID=89.1>
soit remplie, donnent un axe balisé qui est indépendant de variations de la nature du sol. Les deux systèmes rayonnants
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
,, fait le plan d'inclinaison désiré avec le vertical sur la
<EMI ID=92.1>
avec des courants égaux en des points situés symétriquement, par exemple les points B et C.
La fig. 10 représente un mode de réalisation qui
<EMI ID=93.1>
qui, après la réflexion d'un des systèmes par rapport au plan vertical passant par la ligne de la route désirée, sont symétriques par rapport au plan horizontal. Ces antennes sont composées, respectivement, par trois radiateurs perpendiculaires a, b, c et a', b', c' où a= a', b= b' et c= c'. Après réflexion du système rayonnant abc par rapport au plan du dessin il se produit une figure qui est symétrique par rapport au
<EMI ID=94.1>
symétrie. Si la hauteur du plan S par rapport à la surface A
<EMI ID=95.1>
ce genre permet d'obtenir un plan d'inclinaison qui est indépendant de variations de la nature du sol et qui fait un angle 9 avec le. vertical sur la surface de la terre. Si le dispositif décrit ci-dessus est utilisé pour indiquer une route à suivre comme une ligne d'intersection du plan d'inclinaison avec un plan vertical, il est avantageux que le plan de réflexion vertical coïncide avec le plan vertical de la route à suivre.
Egalement pour les modes de réalisation représentés sur les figures 9 et 10, il n'est pas absolument nécessaire que les deux systèmes rayonnants soient situés l'un tout droit au-dessous de l'autre mais, comme le montre la fig. 5, ils peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre dans des directions horizontales sur une distance de quelques longueurs d'onde.
On peut déduire de l'équation (9) d'autres modes
de réalisation en suspposant n égale à 0, ce qui implique qu'à l'aide de deux dipôles mathématiques qui se trouvent
à la même hauteur, on peut obtenir un plan d'inclinaison indépendant de variations de la nature du sol. Toutefois, avec l'emploi de deux dip8les mathématiques égaux les intensités de réception des deux dipôles sont toujours égales l'une à l'autre à tous les points dans l'espace. Conformément à l'invention, on obtient, toutefois, un plan d'inclinaison reconnaissable en utilisant des systèmes rayonnants qui possèdent, au moins dans la direction verticale, les mêmes dimensions mais qui sont composés dans la direction horizontale de dipôles d'une manière différente.
Par un calcul il peut être démontré que le rapport des intensités de réception demeure indépendant de la condition du sol, même pour les dimensions finies des radiateurs et des systèmes rayonnants formés par ces radiateurs à condition que la forme, la grandeur et la direction des parties horizontales de chacun des systèmes rayonnants demeurent égales sur toute la hauteur et.que des parties horizontales correspondantes des deux systèmes soient situées dans le même plan et possèdent dans ce plan une forme différente alors que la situation de points d'intersection correspondants des parties horizontales de chacun des systèmes avec un plan vertical ainsi que l'intensité de courant en ces points d'intersection présentent, en fonction de la hauteur, la même allure.
Dans ce cas, l'écartement mutuel et le nombre des radiateurs de chaque système rayonnant doivent être choisis de telle façon que dans la direction du plan d'inclinaison désiré on perçoive le rapport désiré entre les intensités de réception des deux radiateurs. Un mode de réalisation composé de deux systèmes rayonnants, qui donne
un rapport entre les intensités de réception qui est indépendant de variations de la condition du sol, est représenté schématiquement sur la fig. 11. Les parties horizontales a et
<EMI ID=96.1> égales, sur toute la hauteur, en ce qui concerne la forme, la grandeur et la direction; les systèmes s'étendent entre
<EMI ID=97.1>
toujours disposées à la même hauteur. De plus, la situation de points d'intersection correspondants p et p' des parties
<EMI ID=98.1>
vertical HIJK présente, en fonction de la hauteur, la même allure, ce qui ressort de la similarité des courbes ponctuées DE et FG. En outre, les radiateurs sont alimentés de telle façon que les conditions précitées concernant l'intensité de courant soient replies.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes rayonnants peuvent chacun être constitués par une ou plusieurs antennes horizontales et mutuellement parallèles qui sont toutes disposées à la même hauteur. La fig. 12 en
<EMI ID=99.1>
il sera démontré que ce mode de réalisation permet d'obtenir un plan d'inclinaison qui est reconnaisable par un rapport entre les intensités de champ des deux systèmes rayonnants qui est égal à l'unité. Un des systèmes rayonnants repré-
<EMI ID=100.1>
fils, l'autre système rayonnant étant constitué par deux radiateurs en fils CD et EF. Les systèmes rayonnants sont parallèles l'un à l'autre et sont disposés dans le plan horizontal GHIJ et il est supposé que le plan vertical KLMN coupe les radiateurs à angle droit et indique la direction de la route à suivre dans le plan horizontal. Comme on le sait,
le radiateur filiforme AB possède dans l'espace une caractéristique de rayonnement telle que son intersection avec le plan KLMN est sensiblement circulaire. Les deux radiateurs CD et EF ont conjointement une caractéristique de rayonne-
<EMI ID=101.1>
de forme compliquée. Si l'on admet sque sur la fig. 13 l'éA <EMI ID=102.1>
représentent, respectivement, la ligne de la route à suivre, l;e vertical sur la surface de la terre et l'angle formé par PQ et PR (PQ et PR étant située dans un plan vertical), les radiateurs CD et EF sont reçus conjointement dans la direc-
<EMI ID=103.1>
puisque dans cette direction la différence des trajets.est égale à une demi-longueur d'onde, La caractéristique de rayonnement doit donc avoir approximativement l'allure des courbes PT et PU de la fig. 14. Cette figure montre, en outre; à la même échelle une partie de la caractéristique circulaire du radiateur AB qui coupe la première caractéristique au point V. Dans la direction PV les deux radiateurs sont donc reçus avec la même intensité et il est clair que le choix judicieux, de l'éeartement d des radiateurs CD et EF permet de donner la valeur voulue à l'angle 9 que fait le plan sur lequel les deux systèmes rayonnants sont reçus avec la même intensité, avec lé verticale sur la surface de la terre. Dans cette direction une réception mutuellement égale est assurée même dans le cas d'une variation de la condition du sol.
Toutefois, on obtient également une indication défi-
<EMI ID=104.1>
des intensités de réception de CD et EF est égale à 0 tandis que l'intensité de réception du radiateur AB a une valeur finie déterminée. Le rapport entre les intensités de réception est alors, par conséquent, 00 ; pour un angle /3 situé entrer
<EMI ID=105.1>
pris entre oo et 1. Le mode de réalisation 'décrit convient, par conséquent, à indiquer un plan d'inclinaison qui est indépendant de variations de la condition du sol, ce plan d'inclinaison étant déterminé par un rapport défini entre les intensités de champ des oscillations émises par les systèmes rayonnants, rapport auquel on peut donner.toute valeur voulue.