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"Perfectionnements aux systèmes de direction d'objets en mouvement par ondes, électromagnétiques" .
Cette invention se rapporte aux systèmes de direction par ondes électromagnétiques pour faciliter la navigation aux objets en mouvement, tels que avions, navires de surfa- ce eu submersibles, de l'espèce dans lequel un récepteur est prévu sur le véhicule pour déceler les variations dans la relation de phase entre des signaux émis par deux ou plus de deux émetteurs, situés dans une station de guidage et dont les variations de phase donnent une indication sur le chan- gement de marche.
Conformément à cette invention un système de direction par ondes électromagnétiques pour faciliter la navigation aux objets en mouvement comprend au moins deux émetteurs d'ondes électromagnétiques, situés dans une station de gui- dage et agencés pour émettre deux signaux électriques syn- chrenisés de fréquences différentes mais en relation harme-
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nique, de manière à produire dans l'espace un dessin radié sensiblement immobile, des dispositifs sur les véhicules pour recevoir les dits signaux séparément et d'une manière spéciale et des dispositifs pour comparer la relation de phase entre les signaux reçus, par quoi en obt ient une indication sur la route suivie par l'objet en mouvement.
Les émetteurs sont agencés pour produire un dessin ra- dié dans lequel les différences de phase des ondes sont constantes le long d'une ligne suivant un parcours déterminé d'avance et l'appareil récepteur est agencé pour pouvoir déceler des variations dans les différences de phase de manière à obtenir une indication lors d'un écart de cette ligne. Par exemple, l'espacement dedeux antennes des émet- teurs et la relation de phase des ondes émises sont tels que ces ondes sont en phase ou en opposition de phase le long d'une ligne tracée à. mi-distance entre les deux antennes.
L'appareil récepteur peut comprendre des dispositifs pour recevoir séparément les deux dites émissions et des dispositifs susceptibles de déceler toute variation de phase des deux émissions reçues.
Dans un système constitué somme indiqué par deux récep- teurs, des dispositifs peur multiplier la fréquence peuvent être prévus pour un eu pour les deux récepteurs, de sorte qu'il est produit dans les récepteurs une paire de signaux d'ondes électromagnétiques de fréquence égale tandis que l'écart de marche est déterminé par des dispositifs qui com- pare la relation de phase de ceux-ci.
Dans un tel agencement il peut être prévu des dispositifs pour Multiplier les fréquences des deux signaux reçus de manière qu'elles deviennent égales avant de déterminer leur relation de phase.
Le cours particulier à suivre peut être déterminé par des
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dispositifs pour produire un décalage de phase entre une émission reçue par rapport à l'autre émission et d'une gran- deur suffisante pour qu'il se produise une relation de phase correspondante à celle dont on sait qu'elle appartient au parcours détermine d'avance .
Dans une des fermes de l'appa- reil récepteur il a été prévu des dispositifs peur amplifier les signaux reçus, des dispositifs pour additionner les signaux pour produire un potentiel alternatif à haute fré- quence , des dispositifs pour soustraire un des dits signaux de l'autre pour fournir un deuxième potentiel alternatif à haute fréquence, des dispositifs pour redresser séparément les dits potentiels alternatifs pour fournir des potentiels continus correspondants et des dispositifs pour comparer les dits potentiels continus de sorte que l'en obtient une mesure de la dite relation de phase.
Dans tous les agencements dont il a été question ci- dessus, la relation de phase entre les ondes reçues telle qu'elle a été déterminée par l'appareillage récepteur varie graduellement de celle appartenant au parcours de la ligne dans le dessin radié et correspondant au cours, si l'objet en mouvement s'écarte du parcours choisi . Conformément à une autre forme d'appareil, les signaux reçus sont appropriés pour subir un renversement brusque et complet lorsque l'eb- jet dévie vers l'un ou vers l'autre côté du parcours chei- si . De cette Manière, un signal précis et non équivoque peut être donné au pilote d'un véhicule guidé, chaque fois que le véhicule dévie même dans une mesure extrêmement faible du parcours che isi.
Ceci est réalisé par l'établissement de trois antennes dont deux sont agencées pour émettre par leurs fils aériens des ondes électromagnétiques synchronisées de la même fré- quence produisant ainsi une relation de phase fixe entre ces
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ondes et dont l'autre de ces antennes est agencée pour émet- tre des ondes électromagnétiques, qui sont en relation har- manique avec les ondes émises par les premières des dites antennes et de manière que la relation de phase en est un multiple constant et par l'agencement d'un appareil récep- teur comprenant des dispositifs pour reoeveir séparément les endos combinées des dits deux premiers émetteurs et celles du deuxième émetteur, et des dispositifs pour déter- miner la relation de phase des deux groupes de signaux reçus.
Par exmeple, la relation de phase des ondes fournies par ladite première paire d'antennes peut être exactement en opposition avec la phase fournie par l'autre antenre.
Ce qui suit, est une description d'une série de réali- sations de l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels .
La figure 1 est une vue d'un diagramme représentant le dessin du champ radié produit par les deux émetteurs fonc- tionnant confermément à la présente invention.
La figure 2 est une diagramme géométrique illustrant les relations mathématiques , qui déterminent les relations de phase de deux signaux en un point éloigné des émetteurs émettant les dits signaux.
La figure 3 est un diagramme vectoriel illustrant la relation de phasede signaux émis par les deux émetteurs montrés dans la figure 1.
La figure 4 est une vue d'un diagramme illustrant la manièredont une relation dephaseconstante peut être établie entre deux signaux synchronisés de fréquences diffé- rentes raais en relation harmonique l'une avec l'autre .
La figure 5 est un schéma des connexions montrant l'équipement et les circuits électriques employés dans un type d'appareils récepteurs.
La figure 6 est un diagramme vectoriel montrant le fonctionnement de la partie de l'appareil illustrédans
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les figures 5 et 7 et qui a pour fonction de déterminer et d'indiquer la relation de phase entre deux signaux reçus par l'équipement récepteur.
La figure 7 est un schéma similaire à la figure 5 mais montrant une forme modifiée d'équipement récepteur.
La figure 8 est une vue d'un diagramme représentant le dessin radié résultant de la combinaison de trois émetteurs utilisés dans le système suivant l'invention.
La figure 9 est un diagramme vectoriel illustrant la relation de phase de signaux émis par les trois émetteurs montrés dans la figure 8.
La figure 10 est un diagramme géométrique illustrant les relations mathématiques qui déterminent la relation de phase entre les signaux émis par deux des trois émetteurs montrés dans la figure 8 en un point éloigné des dits émet- teurs.
La figure 11 est un diagramme sous la forme d'un graphi- que montrant comment la relation de phase entre les deux si- gnaux reçus au véhicule varie avec les changements de posi- tien du véhicule par rapport au parcours choisi.
La figure 12 est un schéma des connexions illustrant une forme d'appareils récepteurs d'ondes électromagnétiques agencés pour être montés dans un véhicule et utilisés dans le but de signaler au pilete d'un tel véhicule sa position par rapport au parcours choisi et la figure 13 est un diagramme vectoriel montrant le fonctionnement de la partie de l'appareil illustré dans la figure 12 et servant à déterminer la phase.
Dans la figure 1, deux antennes sont désignées par les lettres de référence A et B, et sont représentées étant espacées l'une de l'autre d'une distance S (voir également la figure 2). Si des courants à haute fréquence sont fournis
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aux antennes A et B, de sorte qu'elles émettent des signaux synchronisés de fréquences égales, et si la longueur S qui représente la distance à laquelle les antennes sent placées l'une de l'autre, est égaleà une longueur d'onde , il s'établira dans l'espace un dessin de champ immobile tel qu'il est représenté par les lignes radiales de la figure 1.
Chacune des lignes radiales de la figure 1 représente le lieu des points suivant lequel la relation de phase entre les signaux émis par les antennes A et B est constante.Les valeurs numériques indiquées dans la figure 1 représentent la relation de phase entre les signaux lorsque la distance S est égale à une longueur d'onde et lorsque les émissions deantennes sont en phase l'une avec l'autre.
En se référant à la figure 1 il pourra être constaté que les lignes de relation de phase constante sont droites excepté dans la partie à proximité immédiate des antennes A et B, ces parties ayant une forme hyperbolique . En réalité les parties des lignes qui ont été représentées comme étant droites sont courbées étant des branches de courbes hyperboliques. Ces courbes toutefois se rapprochent tellement des asymptotes d'une hyperbole que la différence entre la courbe hyperbolique et les asymptotes est si fai- ble qu'elle peut être négligée .
Par exemple, à une distan- ce dépassant trois fois la distance entre les antennes A et B l'emploi de l'asymptote comme ligne de référence au lieu de la ligne hyperbolique produit seulement une erreur inférieure à un demi pourcent, cette erreur derenant pro- gressivement plus petite lorsque la distance des antennes devient plus grande,
Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, les anten- nes sont indiquées comme étant espacées d'une distance dé-
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signée par la dimension S et des lignes parallèles R1 et R2 sont tracées s'étendant respectivement des antennes A et B.
Les lignes Rl et R2 représentent des droites tracées à partir des antennes A et B respectivement vers un avion P, tel par exemple l'avion P1, représenté dans la figure 1 et se trouvant à une certaine distance des an- tennes A et B. Lorsque, comme c' est réellement le cas dans la pratique, la longueur des lignes Rl et R2 est importante par rapport à S, il peut être admis qu'elles sont parallè- les sans que ceci introduise une erreur appréciable dans les calculs . Si Rl et R2 sont tous deux perpendiculaires à la ligne réunissant les antennes A et B, les longueurs de R1 et R2 sont égales.
Par conséquent, des signaux émis par les antennes A et B à un moment donné arrivent simulta- nément à l'avion Pl et par conséquent la relation de phase entre les signaux reçus par l'avion sera la même que la relation de phase entre les signaux qui sont émis par les antennes A et B. Si. toutefois, l'avion se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre autour du point 0 situé à mi-chemin entre les antennes A et B dans une position comme cella occupée par l'avion P2 dans la figure 1, de sorte que les lignes R3 et R4 s'étendant respectivement des antennes A et B vers l'avion forment un angle a avec les lignes R1 et R2, les longueurs de R3 et R4 seront dif- férentes.
La distance R3 sera augmentée d'une quantité indiquée par la ligne de dimension d sur le côté gaucle de la figure 2, tandis que la distanee R4 sera diminuée à partir de la distance R2 d'une quantité indiquée par la dimension d sur le coté droit de la figure 2. On pourra constater que
EMI7.1
d = "8 sin a 2
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Si les distances R3 et R4 sont exprimées en longueurs d'onde alors
360 S sin a représente la différence de temps entre l'arrivée des si- gnaux des antennes A et B à l'avion lorsque cette différen- ce de temps est exprimée en degrés électriques .
Donc si l'on emploie/pour désigner l'angle de phase entre les si- gnaux reçus à l'avion et si 8 est employé pour représenter la relation de phase entre les signaux émis par les antennes A et B alors # = 360 S sin a t d Les valeurs numériques attribuées aux lignes d'une différen- ce de phase constante, représentent les valeurs de lorsque
S 1 d = 0
La figure 3 est un diagramme vectoriel illustrant la relation de phase entre les signaux reçus par un avion situé à distance des antennes A et B dans les conditions illustrées dans la figure 1.
Par exemple, les deux vecteurs Al et Bl dessinés comme étant en phase l'un avec l'autre représentent les relations de phase entre les signaux émis et par les antennes A et B représentent également la relation de phase entre les signaux reçus par un avion P tel par exemple un avion Pl qui avance vers l'extérieur suivant une ligne de différence de phase zéro (voir figure 1).
D'une manière analogue, les vecteurs A2 et B2 illustrent la re- lation dephase entre les signaux qui sont reçus par un avion P2 s'avançant vers l'extérieur suivant la ligne dont # = 120
Quoique le fonctionnement des antennes A et B ait été illustré et décrit pour des conditions de service simples, dane lesquelles S est égal à une longueur d'onde et égal
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zéro on comprendra que 8 peut être augmenté ou diminué volonté et, de plus, que le fonctionnement des antennes A et B peut être tel que D a une valeur finie différente de zéro .
Le fait de faire varier ainsi D de zéro jusqu'à une certaine autre valeur finie a uniquement pour effet d'attribuer de nouvelles valeurs / aux lignes représentant les valeurs choisies de / indiquées dans la figure l,ces nouvelles valeurs #' étant égales à +D' ou D' est une valeur finie de D différente de zéro.
Par conséquent un changement dans la valeur de , ne modifie pas la forme du dessin représentée dans la figure 1, mais sert uniquement à varier la valeur de #, qui est représentée par une ligne donnée du dessin.Si toutefois la distance S est augmentée, le dessin sera modifié en ce sens que les lignes de différence de phase constante indiquées dans la figure 1 seront serrées plus fortement les unes contre les autres et que des lignes supplémentaires seront ajoutées au dessin. Ainsi, en augmentant la distance S, le degré de changement de 4 par rapport à l'angle a est augmenté pro- portionnellement de sorte queen obtient une plus grande sensibilité pour les indications en augmentant la distance d'espacement S.
En équipant l'avion 2 de dispositifs pour déterminer la relation de phase entre les signaux reçus des antennes A et B et pour indiquer quand ces signaux sont en phase ou hors de phase, il est fourni un moyen qui permettra au pilote de l'avion de guider ce dernier le long de la li- gne en phase représentant # - O
On comprendra que dans le but de déterminer avec pré- cisien la relation de phase à l'endroit de l'avion P,les signaux émis par les antennes A et B doivent être reçus
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séparément à l'endroit ou se trouve l'avion puisque si les signaux ne sont pas reçus séparément,le signal reçu représentera simplement la somme vectorielle des signaux distincts émis par les antennes A et B.
On comprendra également que dans les cas où la dis- tance R est extrêmement élevée par rapport à la distance S, il sera impossible de recevoir séparément les signaux émis par les antennes A et B en employant sur l'avion P des antennes réceptrices à effet directennel. Pour cette raison, conformément à l'invention, les antennes A et B fonctionnent à des fréquences différentes, mais en rap- port harmonique, de sorte qu'on peut se servir de récep- teurs distincts montés dans l'avion P pour recevoir sépa- rément les signaux émis par les antennes A et B.
Les courants à haute fréquence qui sont fournis aux antennes A et B sont synchronisés l'un par rapport à l'autre et sont maintenus dans unerelation de phase multiple oonstan- te , la fréquence de l'un étant un multiple dela fréquence de l'autre. La manière dont le fonctionnement en synchronis- me des antennes A et B peut être réalisé de façon à mainte- nir une relation de phase constante, la fréquence d'un si- gnal étant un multiple decelle de l'autresignal est illus- trée dans la figure 4.
Dans la figure 4, la courbe sinusoïdale A' peut re- présenter le courant à haute fréquence de l'antenne A,tan- dis que la courbe sinusoïdale B' peut représenter le courant à haute fréquence de l'antenne B. Il est à noter que comme illustré la fréquence du courant A' est le double de celle du courant B'. De plus, suivant le dessin,le courant B' est décalé en arrière du courant A' d'un angle électri- que de 900 mesuré par rapport à la fréquence du courant A'.
Cette relation de phase peut être constatée facilement en
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procédant à un redressement d'une phase entière du courant B' par l'inversion des lobes négatifs de la courbe sinusoïdale en lobes positifs indiqués par les lignes pointillées C dans la figure 4. Il est à noter que les points maxima de courant représentés par les courbes B' et Ch sont décalés en arrière par rapport aux points maxi- ma de courant positifs représentés par le courant A' d'une valeur égale à 90 degrés électriques mesurés par rapport au courant A' .
,.On constatera qu'une relation analogue existe entre les pointe maxima de courant négatifs montrés par la courbe A' et le minimum ou point de courant zéro apparaissant par la courbe redressée B'-C. Ainsi, la fréquence du cou- rant à haute fréquence B' étant la moitié de la fréquence du courant A', on peut dire qu'il est en relation de phase multiple constante avec le courant A' et cette relation peut âtre exprimée comme une différence de phase de 90 par rap- port à la fréquence du courant A'.
La courbe B" dans la figure 4 montre l'effet du dou- blement de la fréquence du courant B'. On constatera que le courant B" a la même fréquence que le courant A', et qu'il est décalé en arrière de 90 degrés électriques par rapport au courant A',
Pour cette raison, conformément à cette invention les antennes A et B fonctionnent à des fréquences diffé- rentes mais en relation harmonique et elles sont mainte- nues en relation de phase multiple l'une par rapport à l'autre de la façon décrite.
Tandis que la figure 4 et la description s'y rappor- tant ont été établies dans la supposition que l'antenne B fonctionne à une fréquence, qui est exactement la moitié de celle à laquelle l'antenne A fonctionne et tandis que la
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description suivante.du dispositif de réception est basée sur la même supposition, on doit admettre que la carac- téristique essentielle censiste en ce que les antennes A et B fonctionnent en synchronisme l'une avec l'autre à des fréquences en relation harmonique et en relation de phase multiple constante, indépendamment du fait que le rapport entre les fréquences auxquelles fonctionnèrent les antennes A et B est égal à deux ou à un certain autre nombre .
Par exemple, sien le désire, l'antenne A peut fonctionner avec une fréquence, qui est trois ou quatre fois celle avec laquelle l'antenne B fonctionne.
L'avion P porte deux récepteurs à haute fréquence ,un accordé sur la fréquence de l'antenne A et l'autre accor- dé sur la fr équence del'antenne B. Un des @é@enteurs com- prend un étage pour doubler la fréquence et qui sert à transformer la fréquence du signal B' en un signal B" ayant une fréquence double, qui est alors la même que celle du signal A' reçu de l'antenne A. Les courants de sortie séparés des deux récepteurs sont ensuite appliqués à un appareil dont la fonction est de déterminer et d'in- diquer la relation de phase entre les courants A' et B".Les récepteurs sont réglée de manière que l'avion P1 reçoit une indication "enceurs" lorsqu'il avance le long d'une ligne.
Dans la figure 5 est représentée une forme d'un équipement récepteur adapté pour fonctionner conformément à la description précédente . Dans la figure 5 les cir- cuits de chauffage pour les valves thermoioniques aussi bien que les circuits pour fournir aux valves le potentiel d'écran et de plaque, ont été omis étant donné que ces circuits ne forment aucune partie de la présente invention
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et parce que les personnes au courant de cette technique savent ce qui est nécessaire pour des circuits d'alimenta- tion donnant satisfaction .
Les circuits d'alimentation des écrans sont indiques par une flèche, qui se termine par le signe S", tandis que les circuits d'alimentation plaque sont indiqués d'une façon analogue par des flèches se ter- minant par le signe B+
L'équipement récepteur illustré dans la figure 5 comprend une antenne 1 agencée pour recevoir les signaux émis par les deux antennesA et B, l'antenne réceptrice 1 étant connectée en série avec l'enroulement primaire 2 d'un transformateur d'entrée 5 et l'enroulement primaire 4 d'un transformateur d'entrée 5, l'extrémité inférieure de l'en- roulement 4 étant connectée à la terre comme en 6.
Le trans- formateur d'entrée 5 transmet les signaux à un récepteur à haute fréquence accordé sur la fréquence des signaux émis par l'antenne B et le transformateur d'entrée 5 transmet les signaux à un deuxième récepteur à haute fréquence accor- dé sur la fréquence émise par l'antenne A.
Le transformateur d'entrée 5 comprend un enroulement secondaire 7, qui est shunté par un condensateur variable 8 à l'aide duquel le circuit peut être accordé sur la fréquence émise par l'antenne A. Le courant de sortie du secondaire 7 est appliqué entre la grille et la cathode d'une valve thermoionique 9 dont la plaque est connectée par un conden- sateur de couplage 10 à la grille d'une valve amplificatrice suivante 11. La plaque de la Talve 9 est connectée à B+ par une inductance plaque 12, qui est de préférence shuntée par une résistance 13.
La sortie de la valve 11 est couplée à l'entrée d'une valve 14 par l'intermédiaire d'un oouplage d'étage similaire à celui décrit précédemment, tandis que le courant de sortie de la valve 14 est appliqué à un transformateur de couplage 15, dont le primaire est shunté par une tésistance 16 et
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dont le secondaire est accordé par exemple, par un conden- sateur 17 shunté par une résistance 18, le voltage dévelop- pé aux bornes de la résistance 18 étant appliqué entre la grille et la cathode d'une quatrième valve amplificatrice 19.
Les voltages de polarisation grille pour les valves 9 et 19 sont développés de préférence à l'aide de rhéostats 20 connectés en série avec les cathodes des valves. Ces rhéostats étant munis de la manière habituelle de condensa- teurs 21 de dérivation. Une partie des voltages de polari- sation grille pour les valves 11 et 14 est produite d'une manière analogue par des rhéostats de cathode 22 munis de condensateurs 23 en dérivation et de rhéostats de com- pensation 24 connectés en série entre la cathode et les rhéostats 22 mais sans faire usage de condensateurs de dérivation. Cette forme de circuit cathodique est employée pour maintenir la stabilité de phase dans les étages comprenant les valses 11 et 14.
Le reste du voltage de polarisation grille, qui est appliqué aux valves Il et 14 est obtenu en cennectant les grilles de ces valves à travers des résistances de grille 25 et 26 à une barre de RAV 27 à laquelle il est fourni un voltage courant continu dont en fait varier la valeur avec la force du signal recueilli par l'antenne 1 d'une manière, qui sera décrite plus tard. De préférence, une résistance d'isolement 28 est disposée entre la résistance 25 et la barre 27 et les extrémités inférieures des résis- tances 25 et 26 sont toutes les deux de préférence dérivées à la terre par l'intermédiaire de condensateurs 29.
On constatera que les valves 9 et 19 fonctionnent avec une polarisation pratiquement constante et par conséquent, les étages d'amplification comprenant ces valves servent à fournir une amplification pratiquement constante. D'un autre côté, il est communiqué aux valves 11 et 14 une polarisa-,
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tion grille variable et elles produisent par conséquent une amplification variable du signal.
Puisque des variations dans l'amplification des valves 11 et 14 auront tendance à produire un décalage de la phase du signal amplifie par ees tubes, le circuit catho- dique, dont il a été question précédemment, est employé pour réduire ce décalage de phase à un mimimum.
Le transformateur d'entrée 3 dont il a été question précédement comprend un enroulement secondaire 30, qui est accordé par un condensateur variable 31 sur la fréquence émise par l'antenne B, le courant de sortie du transforma- teur 3 étant appliqué entre la grille et la cathode d'une valve amplificatrice 9'.
Le courant de sortie de la valve 9' est envoyé à travers les valves 11', 14' et 19' toutes connectées d'une manière sensiblement identique à celle décrite précédemment pour les valves 9,11, 14 et 19, excepté que les circuits sont accordés sur la fréquence émise par 1 'antenne B tandis que le canal décrit précédemment en détail est accordé sur la fréquence émise par l'antenne A.
Bn choisissant Les constantes pour les différentes pièces constitutives des circuits des deux récepteurs,les capaiités d'accord pour chaque canal sont faites de préfé- rence égales, tandis que les inductances employées dans la canal pour recevoir la fréquence la plus basse émise par l'antenne B sont faites quatre fois aussi grandes que celle, qui est employée dans le canal à fréquence élevée pour @ece- voir les signaux émis par l'antenne A.
Le Q des circuits accordés, c'est-à-dire le rapport de la réactance à la résistance, est réglé de manièreque le Q pour le canal à fréquence.'basse est la moitié de celui pour le canal à fréquence élevée . Fin ajustant les constantes
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de cette façon, le décalage de phase produit par un canal sera compensé par le décalage produit dans l'autre canal.
Il s'est avéré préférable d'employer une inductance élevée et une capacité faible couplées avec un Q faible et une amplification faible par étage dans la but de réduire le décalage de phase qui pourrait provenir de changements de la température, de variations dans les capacités des tubes et de variations pouvant résulter de l'amplification varia- ble des valves.
En conséquence, les inductances plaques, qui sont shuntées par les résistances 13 et 16 sont faites d'une grandeur suffisante pour que les circuits intercouplés de plaque et de grille puissent étre accordés jusqu'à résonan- ce par les capacités internes de plaque à cathode et de grille à cathode des valves . Le Q du circuit à inductance élevée est réduit en employant des résistances shunt 13 et 16 dans le but d'améliorer la stabilité de phase de l'ampli- ficateur . Cette résistance sert également à élargir l'accord et pour cette raison, on a recours à l'emploi d'un nombre relativement grand d'étages à faible effet pour obtenir la netteté d'accord et l'amplification nécessair es.
De plus, il est souhaitable de faire usage d'un effet rela- tivement faible par étage , puisque la stabilité de phase dans un amplificateur à faible effet est supérieure à celle d'un amplificateur à effet élevé.
La sortie de la valve 19 est couplée par l'intermé- diaire d'un transformateur de couplage 32 à un étage de doublement de fréquence employant les valves 33 et 34, dont les plaques sont connectées en parallèle et au pri- maire d'un transformateur de couplage 35. Le circuit de doublement de fréquence employant les valves 33 et 34, est de la construction habituelle, les grilles des valves étant connectées aux extrémités apposées du secondaire
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du transformateur 32, qui possède un secondaire à prise médiane 36 de sorte que des voltager grille, oui ne sont pasen phase l'un avec l'autrepeuvent leur être communi- qués.
Les valves sont fortement polarisées de manière à provoquer un bl@cage de telle façon qu'un courant de plaque s'établit seulement dans les valves pendant le temps qu'un signal positif est appliqué aux grilles des valves. Puisque les plaques des valves sont en parallèle, la fondamentale et les harmoniques impaires sont rejetées, tandis que les harmoniques paires sont appliquées au primaire du transforma- teur 35. La deuxième harmenique se manifeste avec une ampli- fication beaucoup plus forte que ne le font les harmoniques paires plus élevées de sorte que, en accordant le secondaire 37 du transformateur 35, comme par exemple par un condensa- teur 38, le voltage s'établissant aux bornes de l'enroule- ment 37 sera constitué presque entièrement par la seconde harmonique,
qui a naturellement une fréquence égale à au doublede celle, qui est appliquée à l'entrée de l'amplifies - teur,
D'une façon analogue, la valve 19' est couplée avec un étage quadruplant la fréquence et employant les valves thermoioniques 33' et 34' ces dernières étant couplées à un transformateur de sortie 35' dont la secondaire 37' est accordé sur une fréquence quatre fois aussi grande que celle qui est appliquée à l'entrée de cet amplificateur. Ainsi,les secondaires 37 et 37' des transformateurs développent des voltages à hautefréquence de fréquences identiques puisque ces voltages ont respectivement une fréquence égale à deux fois et quatre fois celles, émises par les antennes A et B et puisque la fréquence émise par l'antenne A est deux fois celles émises par l'antenne B.
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Ces voltages de fréquences égales, qui sont dévelop- pés par les secondaires 37 et 37' sont appliqués respec- tivement aux valves amplificatrices 39 et 39' dont les sorties sont connectées respectivement aux primaires accor- dés 40 et 40' des transformateurs de sortie 41 et 41'.
Chacune des valves 39 et 39' comprend de préférence un circuit redresseur pour développer le voltage RAV mention- né précédemment.
Les éléments diode des valves 39 et 39' sont connectés d'une manière analogue à la plaque de la valve à travers un condensateur 42. Le voltage haute fréquence est ainsi appliqué à l'élément diode de la valve et sert à. produire un courant redressé allant de l'élément diode à la cathode et de à à la terre et de la terre à travers un rhéostat de chute 43.
Le voltage à courant continu développé aux bornes du rhéostat 43 a pour but de communiquer à l'élément diode un potentiel négatif par rapport à la terre, la valeur de ce potentiel dépendant de la valeur du voltage à haute fréquence appliqué à l'élément diode . A cet effet,l'élé- ment diode est connecté à la barre RAV 27 à travers les résistances 44 et 45 dont le point médian est connecté à la terre à traversun condensateur 46 de sorteque les résistances 44,45 et le condensateur 46 coopèrent pour écarter les voltages haute fréquence de la barre RAV 27.
Etant donné que cette barre est connectée aux grilles des valves 11 et 14, l'amplification de ces valves est variée d'une manière bien connue et correspondante à la force du signal qui est développée à la plaque de la valve 39.Un circuit identique est employé pour régler les valves 11, et 14' conformément au voltage développé par la valve 39' ,
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Le transformateur 41 comprend deux enroulements secon- daires 47 et 48 dont les bornes adjacentes sont connectées entre elles par un condensateur 49 et mises à la terre comrae en 50. Les bornes opposées des enroulements 47 et 48 sont connectées respectivement aux cathodes de valves redres- seuses ou non-linéaires Tl et L2.
Le secondaire comprenant les enroulements 47 et 48 peut être accordé sur la fréquence imprimée au primaire 40 par l'intermédiaire d'un condensa- teur variable 51.
D'une manière analogue le transformateur 41 comprend un enroulement secondaire 52 , qui est accordé par exemple par un condensateur variable 53. Une borne de l'enroulement 52 est connectée à la terre par l'intermédiaire d'un conduc- teur 54 à travers un condensateur 55 et l'autre borne est connectée aux anodes des valves redresseuses Tl et T2 dont les anodes sont connectées en parallèle entre elles. Une résistance 56 est connectée entre le conducteur 54 et la terre et une résistance 57 est connectée entre le conduc- teur 54 et la borne intérieure de l'enroulement 47.
La même borne intérieure de l'enroulement 47 est également connec- tée par l'intermédiaire d'un conducteur 54 à travers une résistance de blocage 59 à la grille d'une valve thermoioni- que 60.
Les circuits, qui viennent d'être décrits et comprenant les valves redresseuses Tl et T2 fonotionnent de tellema- nière qu'ils appliquent à la grille de la valseà vide 60 un potentiel à courant continu dont la grandeur et la po- larité sont une fonction de la relation de phase entre les voltages qui se présentent aux bernes des enroulements se- condaires de transformateur 47-48 et 52.
Le fonctionnement de cas circuits peut être décrit le mieux en se référant à la figure 6 en faisant usage
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du voltage développé'aux bornes de l'enroulement 52 repré- senté par la lettre de référence .01 cemme voltage de réfé-
B rence . Le voltage E est représenté dans la figure 6
B par un vecteur désigné par la lettre de référence EB et dessiné dans une position indiquant que la phase de ce vol- tage est zéro degrés.
Si le voltage développé aux bornes de l'enroulement 47 est en quadrature de phase par rapport au voltage développé aux bornes de l'enroulement 52, alors le voltage , qui est appliqué à la cathode de la valve Tl par rapport à la terre, peut être représenté par le vecteur qui est décalé en avant par rapport au voltage EB d'un angle X=90 Puisque le voltage, qui est appliqué à la cathode de T2 et produit par l'enroulement 48 doit diffé- rsr de 1800 du voltage appliqué à la cathode T1, le voltage appliqué à la cathode T2 peut être représenté par le vec- teur- E qui est décalé en arrière par rapport à EB d'un an- gle Y, qui est égal à 90 .
Ainsi, le voltage, qui se pré- sente entre l'anode et la cathode de Tl est représenté par la somme vectorielle de + EA et EB' cette somme étant re- présentée dans la figure 6 par le vecteur ET1. D'une fa- çon analogue, le voltage qui est appliqua entre l'anode et la cathede de T2 est la somme -vectorielle de -EA et EB' cette résultante étant indiquée par le vecteur ET2 dans la figure 6.
On constatera que E Tl est égal en grandeur à ET2 aussi longtemps que l'angle X est égal à l'angle Y pour la raison que .* EA doit toujours être égal et opposé à -EA.
La résistance 57 est connectée dans le circuit cathodique de Tl tandis que la résistance 56 est connectée dans le cir- cuit cathodique de T2 . Ces résistances sont de la même grandeur d'où il résulte que les chutas de voltage produites dans ces résistances par le courant continu parcourant les
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valves Tl et T2 sent égales. On constatera que les résis- tances 56 et 57 sont connectées en série, l'extrémité libre de la résistance 57 étant mise à la terre et l'extrémité libre de la résistance 57 étant reliée au conducteur 58.
Ainsi, le courant continu, qui doit parcourir ces réais- tances 56 et 57, est obligé de sediriger des extrémités libres vers les extrémitésde celles-ci reliées entre elles , Donc, par rapport au point d'interconnexion des résistances 56 et 57 l'extrémité mise à la terre du rhéos- tat 56 et le conducteur 58 sont *portés tous deux à un potentiel positif égal de sorte que le voltage du oonduc- teur 58 par rapport à la terre est zéro.
En d'autres mots , puisque l'extrémité mise à la terre de la résistance 56 est maintenue à un voltage fixe ou zéro, on peut dire que le potentiel du point d'interconnexion entre les résistances 56 et 57 est abaissé à un potentiel négatif par rapport à la terre, tandis que le conducteur 58 est maintenu au vo tage de la terre . Ainsi, on consta- tera que le fait que le conducteur 58 est au potentiel de la terre est significatif pour le fait que la phase du voltage développé aux bor nes de l'enroulement de transfor- mateur 52 est en quadrature de phase par rapport au voltage développé aux bornes de l'enroulement de transformateur 47-48.
Supposons maintenant que le voltage développé aux bornes de l'enroulement 47-48 est décalé dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport au voltage aux bor- nes de l'enroulement 52. Dans ces circonstances, les rela- tions de phase des voltages sont représentés par les vecteurs en lignes brisées dans la figure 6. On constatera que le potentiel appliqué à la cathode de la valve Tl est représenté par un vecteur E', @ en avant par rapport
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au vecteur EB d'un angle X' inférieur à 90 . D'une façon analogue, le voltage appliqué à la cathode de T2 est représenté par le vecteur -E'A décalé en arrière par rap- port au vecteur EB d'un angle Y' supérieur à 90 .
Le volta- ge résultant, qui est appliqué entre les anodes et les ca- thodes des valves Tl et T2 est indiqué respectivement par les vecteurs E'Tl et ET2. Puisque l'angle X' est plus petit que l'angle Y', E'T1 sera plus grand que E'T2'ce qui a pour résultat que le courant continu parcourant Tl sera plus élevé que celui parcourant T2. Le voltage du cou- rant continu développé aux bornes de la résistance 57 dépassera le voltage du courant continu développé aux bornes de la résistanee 56, de aorte que le potentiel du conducteur 58 sera déplacé vers le côté positif par rapport à la terre .
D'une manière analogue, si le voltage développé aux bornes de l'enroulement de transformateur 47-48 avait été décalé dans le sens opposé à celui des aiguillesd'une montre par rapport à celui indiqué par les lignes en trait plein dans la figura 6, le potentiel du conducteur 58 aurait été déplacé vers le négatif par rapport à la terre . Ainsi, à une relation de phase en quadrature entre le voltage de sortie de la valve 39 et le voltage de sortie de la valve 39' correspond un voltage zéro au conducteur 58, tandis que lorsque l'angle de phase entre la sortie de ces deux valves est supérieur ou inférieur à 90 , il sera développé un voltage négatif ou positif entre le conducteur 58 et la terre .
Dans le but de fournir une indication visible au pilote d'un avion, porteur de l'équipement récepteur décrit ci-des- sus il .et fait usage d'un galvanomètre sensible 61 qui est connecté dans un circuit de pont pour donner une indi-
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cation extrêmement sensible des variations du voltage du conducteur 58 par rapport à la terre . On constatera que le galvanomètre 61 est connecté comme un dispositif indicateur de l'équilibre dans un circuit de pont Wheatstone dont une branche comprend des résistances 62 et 63 et dont l'autre branche comprend une résistance 64 et la résistance de plaque à cathode de la valve 60.
Le voltage peur le fonctionnement du pont Wheatstone est fourni par +
5 à tra@res une résistance 6 au point d'interconnexion en- tre les résistances 62 et 64, le retour au négatif étant constitué par le trajet du point d'interconnexion de la cathode du tube avec la résistance 63 et traversant une résistance 66 vers la terre .
Les résistances 62, 63, 65 et 66 sont réglées de rsaniêre qu'il se produit un potentiel positif par rapport à la terre'à. la cathode de la valve 60. La grille de la valve 60 étant connectée au conducteur 58 est normalement maintenue au potentiel de la terre . De ce fait, la valve 60 est pola- risée négativement et la disposition est telle que la valeur de cette polarisation se trouve sur la partie droite de la courbe caractéristique voltage grille-courant plaque de la valve 60. De plus, les résistances 62, 63, et 64 sont réglées par rapport à la résistance plaque de la valve 60 de telle façon , qu'il se produit un voltage zéro aux bornes du galvanomètre 61 lorsque la grille de cette valve a le potentiel de la terre.
Le galvanomètre 61 est de préférence un instrument à déviation bilatérale avec le zéro au milieu de l'échelle de sorte qu'il maintient son aiguille indicatrice dans une position médiane de son cadran lorsque le conducteur 58 a la potentiel de la terre.
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i la relation de phase des voltages à la sortie des valves 39 et 39' diffère d'une relation de phase en quadrau ture le voltage appliqué à la grille de la valse 60 sera soit positif ou négatif par rapport à la terre, selon la direction dans laquelle la différence de phase s'est pro- duite.
Ceci provoquera une diminution ou une augmentation de la résistance de plaque à cathode de la valve 60 et conformément l'établissement d'un courant parcourant le galvanomètre 61 dans une direction ou dans l'autre . Ainsi, une déviation de l'aiguille du galvanomèter dans une direc- tion indique un angle de phase inférieur à 90 entre les sorties des valves 39 et 39',tandis que un écart de l'ai- guille du galvanomètre vers la gauche indique un angle de phase supérieur à 90 entre les sorties de ces valves.
Il a été question dans ce qui précède d'employer l'équipement récepteur décrit ci-dessus pour avertir le pilote d'un avion, porteur de cet équipement, s'il sui-t ou s'il ne suit par le parcours indiqué dans la figure1 par @= 0 Pour que l'indication du centre zéro du galvanomètre 61 puisse donner cette condition il est nécessaire que les signaux , qui passent et qui sont amplifiés dans le canal à basse fréquence du récepteur soient décalée de 90 par rapport aux signaux, qui passent et qui sont am- plifiés dans le canal à fréquence élevée du récepteur .
A cet effet, un condensateur variaole 67 est connecté en parallèle avec le condensateur d'accord 31 associé au transformateur d'entrée 3. Le réglage du condensateur 67 sert naturellement à désaccorder le circuit accordé repré- senté par l'enroulement 30 et le condensateur 31, nais comme on le sait, l'importance du décalage de phase résultant de ce désaccordage dépasse de loin l'effet du désaccord lui-même. Ainsi, des décalages de phase de 30 à 45 peuvent être produits par le réglage du condensa- '
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teur 67 sans désaccorder notablement le eircuit 30-31.
Il sera rappelé également que la fréquence des signaux, qui sont développés aux bornes du circuit 30-31 est quadruplée par le dispositif de quadruplage 33'-34'. Ce quadruplage de la fréquence aura également pour effet de quadrupler chaque décalage de phase, qui pourrait être provoqué par le condensateur 67, de sorte que pour décaler la phase à la sortie de la valve 39' de 90 par rapport à la sortie de la val@e 39, il est seulement nécessaire de provoquer un décalage de phase de 22 1/2 dans le circuit 30-31.
Il est souhaitable de faire observer en ce moment,que suivant la description, le canal à basse fréquence est muni d'un dispositif de quadruplage 33'-34' et que le canal à haute fréquenoe est muni d'un dispositif de doublement de fréquence 33-34, et que le dispositif de doublement de fréquence peut être supprimé dans le canal à fréquence éle- vée et qu'un dispositif de doublement de fréquence peut être employé dans le canal à basse fréquence , au lieu d'un dispositif pour quadrupler la fréquence .
La condition essen- tielle est que les dispositifs multiplicateurs des fréquen- ces, soient agencés de manière que les signaux, qui sont émis par les antennes A et 2 soient convertis en signaux de fréquences identiques avant qu' ils ne soient appliqués à l'appareil pour déterminer la phase.
En rapport avec ceci, il est nécessaire d'observer que la différence de phase entre les signaux émis par les an- tennes A et.8 est multipliée de la même façon et dans le même rapport par les dispositifs multiplicateurs de fréquence prévus dans les canaux des amplificateurs. Donc, par une multiplication supplémentaire des fréquences avant de les appliquer à l'appareil déterminant la phase, il peut
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être obtenu une augmentation de la sensibilité dans l'indication.
EMI26.1
En résu;ant brièvement le fonctionnetnent de l'équi- pement décrit ci-dessus, il est fourni aux antennes A et B des courante '-- haute fréquenoe , de fréquences diffé- rentes mais en relation harmonique, qui sont en relation de phase multiple il'une avec l'autre. L'anergie émise par les antennes A et B est captée par l'antenne 1 et appliquée aux transformateurs d'entrée 3 et 5.
Un canal du récepteur a pour fonction de recevoir, d'amplifier et de doubler la fréquence élevée émise par l'antenne A, tandis que l'autre casai a pour fonction de recevoir, d'amplifier et de quadrupler la fréquence basse émise par l'antenne B. De plus ce canal à basse fréquence a pour but de décaler la phase des signaux reçus de 90 par rapk port aux signaux passent par l'autre canal, de sorte que, lorsque la relation de phase multiple des signaux des antennes A et B et reçue par l'antenne réceptrice 1 est @= 0 les voltages de sortie des deux can aux auront la marne fréquence et seront en quadruture de phase l'un par rapport à l'autre.
Ceci aura pour effet par l'action des redresseurs T1 et T2 et de la valve amplificatrice 60, que l'aiguille du galvanomètre 61 dévie du point médian de son échelle.
Si le pilote s'écartait de la ligne @= 0 la relation de phase entre les voltages appliqués à la par- tie de l'appareil servant à déterminer la phase sera modi- fiée d'une façon correspondante et le galvanomètre déviera vers un coté ou vers l'autre, pour indiquer au pilote non seulement qu 'il est "hors parcours", mais également dans
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quelle direction il doit voler pour arriver de nouveau sur la ligne "en par cours" @=
Ainsi, le système qui vient d'être décrit fonctionne de manière à fournir continuellement au pilote d'un avion une indication permanente relative à sa position par rap- port au parcours désiré.
On constatera de plus, particulièrement en se réfé- rant la figure 6 et en comparant la valeur des vecteurs EA et -EA avec le vecteur EB' que le système est prati- quement indépendant de la force relative des signaux émis par les antennes A et B et reçus par l'équipement récep- teur. G ±ce à ceci, il est pratiquement impassible à un ennemi de rendre le système de guidage inutilisable à dessin par des émissions produisant une interférence.
Il a été question dans ce qui précède, qu'il était seuhaitable d'établir un système dans lequel le parcoure suivant lequel le pilote sera guidé par le fonctionnement du dispositif puisse être choisi à volonté. La figure montre une forme modifiée d'un équipement récepteur qui est particulièrement approprié pour un tel fonctionnement.
Le circuit illustré dans la Figure 7 est identique à celui illustré dans la figure 5 axée les exceptions, qui sont indiquées dans ce qui suit,
On constatera que la grilleet la plaque de la valve 19' sont toutes les deux connectées à la terre , travers des condensateurs variables 68 et 69. Ces condensateurs fonctionnaient de la même manière que celle qui a été dé- crite précédemment en rapport avec le condensateur 67¯pour désaccorder les circuits de grille et de plaque de la valve 19' et de provoquer ainsi un décalage des signaux passant par ces circuits. Les condensateurs 68 et 69 sont montés /
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de préférence sur un'arbre commun 70, qui porte un repère 71 agencé pour être déplacé à la main sur une échelle 72.
L'échelle 72 possède de préférence des marques dési- gnant des valeurs de # et le calibrage est établi de préférence de telle façon que lorsque le repère 71 est placé dans une position indiquant une valeur prédéterminée de #, le galvanomètre 61 indiquera zéro lorsque l'avion suit le parcours sur une ligne pour laquelle # a la valeur prédéterminée , Comme il avait été observé précédemment au sujet du fonctionnement du condensateur 67, le degré de désaccord, qui est produit par les condensateurs 68 et 69 doit seulement être très faible .Par exemplesiune étendue de réglage de 1800 a été adoptée pour l'échelle 72, le décalage de phase total doit seulement être 45 puisque le décalage de phase est quadruplé dans l'étage de quadru- plage .
Etant donné que ce décalage de phase est effectué simultanément dans le circuit grille et dans le circuit plaque de la valve 19, un décalage de 22 1/2 suffit seulement pour chaque circuit. Cette valeur de décalage de phase correspond à un degréde désaccord négligeable deces circuits .
Dans la Figure 7, est également représenté un certain équipement de calibrage , qui peut être employé en combinai- son avec le condensateur réglable 67 pour effectuer le ré- glage de phase du récepteur tel qu'il peut être nécessaire pour assurer que la position du repère 71 sur l'échelle 72 corresponde toujours exactement à la valeur réelle de / ,
laquelle le galvanomètre indique la position "en parcours"
Cet équipement de calibrage comprend de préférence un oscillateur à haute fréquence représenté dans son ensemble par le rectangle portant le numéro de référence 73.La sor-
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tie de l'oscillateur 73 est couplée par l'intermédiaire d'un transformateur 74 à un étage de doublement de fré- quence comprenant les valves 75 et 76.
Les plaques des valves 76 et 76 sont connectées l'une à l'autre par un conducteur 77 et les valves 75 et 76 sont polarisées de manière à produire un blocage tel que levoltage établi au conducteur77 par rapport à la terre comprenne un pour- centage élevé de voltage, de fréquences s'élevant à deux fois et également à. quatre fois celles produites par l'es- cillateur 73.
Le conducteur 77 est connecté au conducteur 78 à travers un dispositif de filtrage comprenant les condensa- teurs 79, 80 et 81 et les résistances 82, 83 et 84. Ce fil- tre est réglé de manière à atténuer la deuxième harmonique dans une plus forte mesure que la quatrième harmonique de sorte qu'il est fourni au conducteur 78 un voltage de se- conde harmonique et,un voltage de quatrième harmonique,ces voltages ayant sensiblement la même valeur.
Ce conducteur 78 est connecté à une paire de bornes fixes d'interrupteur agencées pour faire contact avec une paire de leviers d'interrupteur 87 et 88 . L'antenne 1 est connectée d'une façon analogue à une borne d'interrupteur 89 tandis que les leviers 87 et 88 sont reliés aux enrou- lements primaires 2 et 4 des transformateurs d'entrée 3 et 5 de la manière décrite précédemment.
Lorsque l'interrupteur se trouve dans la position illustrée dans la figure 7, les signaux captés par l'an- tenne 1 sent naturellement transmis à l'amplificateur de la manière décrite précédemment en rapport avec la figure 5. Lorsque l'interrupteur est placé dans une posi- tion dans laquelle le levier 88 fait contact avec la borne 85 et le levier 87 fait centact avec la borne 89, le voltage
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du conducteur 78 sera'appliqué à l'entrée du récepteur en même temps que les voltages captés par l'antenne 1.
La fréquence avec laquelle l'oscillateur 73 fonctionne est choisie de manière telle que les deux fréquences se présentant au conducteur 78 sont sensiblement égales respectivement aux fréquences émises par les antennes A et B. Ainsi que lorsque la sortie de l'oscillateur 73 et l'an- tenne 1 sont connectées toutes les deux au récepteur,la fréquence de battement résultant du mélange de ces deux sources d'énergie sera indiquée par des déviations bilaté- rales entretenues de l'aiguille du galvanomètre 61 .
La fréquence de l'oscillateur est ensuite réglée pour produi- re un battement sensiblement égal à zéro et l'interrupteur d'antenne est placé ensuite dans une troisième position dans laquelle le levier 87 fait contact avec la berne 85 et le levier 88 fait contact avec la borne 86 éta- blissant ainsi une connexion avec la sortie de l'oscilla- teur 73 seulement.
Le repère 71 est alors placé dans un point prédéterminé de l'échelle 72, tel que le point marqué par le numére de référence 72', Le condensateur de réglage est ensuite régle pour donner une indication "en parcours" au galvanomètre 81, pour laquelle le repère 71 indiquera exactement sur l'échelle 72 les valeurs de / auxquelles le galvanomètre 61 donnera une indication ," en parcours" , lorsque la relation de phase des signaux reçus des antennes A et B est représentée par cette valeur de /.
La position de l'indication d'échelle prédéterminée 72' est obtenue par un essai et est le point pour lequel la valeur représentée de / est églae à la relation de phase fixe entre les deux fréquences développées par l'oscilla- teur 73 et le dispositif de doublement 75-76 et appliquée au conducteur 78.
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La relation de phase entre les secondes et les quatrième harmoniques de l'oscillateur 73 est une relation fixe et constante et une fois déterminée, cette relation de phase peut être employée pour déterminer la position de la marque de calibrage 72'. A la suite de ceci le récecteur peut na- turellement être réglé pour' faire correspondre les lecteures du repère 71 sur l'échelle72 exactement aux indications "en par coures" données par le galvanomètre 61.
On constatera que pour cette raison, l'appareil illus- tré dans la Figure 7 est muni d'un dispositif avec lequel le pilote d'un avion peut déplacer à la main le repère 71 dans une position de l'échelle 72 indiquant la valeur de )6, qui correspond au parcours que l'avion désire suivre.
Après que ce réglage a été fait le galvanomètre 61 fonction- nera de la façon décrite en rapport avec la figure 5 pour indiquer la position "en par cors" de l'avion et pour signa- ler également au pilote lorsque l'avion s'écarte du par- cours désiré et dans quelle direction il doit diriger l'a- vion dans le but de le ramener dans le parcours désiré.
On comprendra naturellement que pour la facilité, il sera probablement préférable de calibrer l'échelle 72 au moyen de signes de boussole correspondant à la direction des différents parcours indiqués par les lignes du dessin de champ illustré dans la figure 1 de façon à éviter la né- cessité de traduire un parcours de boussole donné en une valeur donnée de / et de placer ensuite le repère 71 à cette valeur de/. Si l'échelle 72 est calibrée convenablement, elle peut être toutnée dans une position indiquant la direction de boussole désirée du parcours et à. ce moment le galvanomètre 61 indiquera la position "en parcours" lorsque l'avion suit ce parcours de boussole.
On constatera de ce qui précède que le système fonc-
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tionne de manière à produire un dessin de champ comprenant des lignes s'étendant radialement vers l'extérieur et cons- tituées par le lien de tous les points d'une relation de phase prédéterminée entre les signaux émis par deux ou plusieurs antennes.
Quoique le dessin de champ dont il a été question est formé par des lignes d'une relation de phase de même va- leur , on se rendra compte que ces "lignes" représentent réellement une section horizontale du champ, lequel champ est en réalité caractérisé par dee surfaces hyperboli- ques, qui constituent des surfaces électriques alternantes de déplacement sur lesquelles la relation de phase est la même. Là où il a été question dans ce qui précède de "lignes" de phase ,égale, on a voulu désigner cette partie de la surface de déplacement à phase égale sur laquelle l'a- vion ou un autre véhicule s'avance.
On constatera de plus que le système comprend un équipement récepteur permettant de recevoir ces signaux séparément,d'en déterminer la relation de phase et de signaler celle-ci par des indications d'un instrument indi- cateur traduisant la position de l'avion par rapport au parcours qu'on désire suivre.
L'attention est attirée sur le fait que le fonctionne- ment du système est à peu près entièrement indépendant de la force relative des signaux, de sorte qu'il est extê- mement difficile pour un ennemi de rendre le système inopé- rant au moyen d'émissions créant à dessin uneinterférence.
On constatera également que le système peut être utili- sé pour diriger un avion suivant une certaine direction choisie de la boussole et que le parcours à suivre par l'avion peut être déterminé par des réglages, qui sont effectués uniquement dans l'équinement récepteur monté dans /
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l'avion, ce qui distingue le présent système du système commercial actuellement en usage, fonctionnant avec des signaux égaux et dans lequel un changement de parcours dépas sant 10 ou 15 peut s eulement être effectué en changeant la situation géographique des antennes d'émission.
L'attention est encore attirée sur le fait que l'uti- lisation d'un circuit indicateur du type suivant le pont de Wheatstone pour le galvanomètre 61 a pour effet que ce dernier devient extrêmement sensible'aux variations de voltage de sortie produites par la partie de l'appareil servant à déterminer la phase . Il en résulte que l'indica- tion devient extrêmement sensible, ce qui permet au pilote de l'avion de suivre de trésprès le parcours désiré.
De plus, puisque la grandeur du voltage d'alimentation qui est appliqué au circuit indicateur est déterminée par la grandeur des voltages appliqués aux valves redresseuses Tl et 2 et la relation de phase entre ces voltages en consta- tera qu'une sensibilité supplémentaire peut être obtenue par une amplification supplémentaire des sigraux avant qu'ils ne soient appliqués aux valves redresseuses. Ce résultat ne peut être obtenu avec le système à signaux égaux dans lequel la différence distinctive entre les deux signaux reçus, est une différence proportionnelle qui ne peut être modifiée par une amplification des signaux.
Quoiqu'il ait été question dans ce qui précède d'un emploi particulier du système pour aider la navigation des avions, on comprendra que le sysrème peut être employé avec des résultats également favorables pour guider d'autres formes de véhicules ou de convois, qui se déplacent soit sur terre, s oit sur eau.
En se référant maintenant à la disposition montrée dans les figures 8 et 10, on constatera que tro is antennre sd'é-
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sission A,B et C ou d'autres dispositifs pour l'émission d'é nergie électrique à haute fréquence sont disposés sur une ligne droite les antennes A et B étant séparées par une distance S, avec l'antenne C située au milieu entre les antennes A et B. Les lignes radiales indiquées dans la figure 8 ont pour but d'illustrer le dessin du champ qui est produit par le fonctionnement en synchronisme simultané des antennes A et B à la même fréquence, chacune de ces lignes représentant le lieu de tous les points dans lesquels la relation de phase entre les signaux égis par les antennes A et B est constante.
Les valeurs numériques indiquées dans la figure 8 représentent la relation de phase entre les signaux lorsque la distance S est égale à une longueur d'onde et que les antennes A et B fonctionnent hors de phase. On constatera en se référant à la figure 8, que les lignes de relation de phase constante sont, comme dans le sys tème décrit d'a- bord, droites, avec exception des parties qui se trouvent contigues aux antennes A et B, ces parties ayant une forme hyperbolique .
Dans la figure 8 est montré un avion P, avançant vers l'extérieur suivant une ligne du dessin de champ correspon- dant à une différence de phase de 1800 entre les signaux émis par les antennea A et B. Le diagramme représenté par la figure 10 est tracé en supposant que l'avion P se trouve à une distance suffisamment grande de l'antenne C pour que l'écartement S entre les antennes A et B devienne néglégeable par rapport à celle-ci . Cette distance est indiquée dans la figure 10 par la flèche désignée par la lettre de réfé- rence R. Des flèches similaires Rl et R2 sont employées pour indiquer la longueur des lignestracées de l'avion P vers
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les antennes A et B respectivement.
Si la distance R est grande par rapport à la distance S, les lignes R1 et R2 seront parallèles et de longueur égale, de sorte que les signaux émis à un instant donné par les an- tonnes A et B, arriveront @@@@ultanément à l'endroit de l'a- vion P et auront par conséquent la même relation de phase que les signaux avaient au moment où ils furent émis par les antennes A et B. Si, toutefois, l'avion P est déplacé angu- lairement autour de l'antenne C d'un angle a, les lignes brisées R', R1', et R2' représenteront la direction et les longueurs des lignes tracées de l'avion vers les antennes C, A, et B, respectivement . Les lignes R1' et R2' peuvent être supposées parallèles,chacune formant un angle a avec les lignes Rl et R2.
On constatera, toutefois, que la distance Rl' de l'avion P à l'antenne A est plus grande que la distance R' de l'anten- ne à l'avion P, d'une longueur indiquée dans la figure 8 par la ligne de dimension d. D'une façon analogue la distance R2' entre l'avion P et l'antenne est diminuée de la distance d. Pour cette raison l'avion P se trouve à une plus grande distance de l'antenne A que de l'antenne B, la différence dans ses distanoes étant 2d. Ceci a peur effet que les si- gnaux émis simultanément par les antennes A et B arriveront à l'avion P à des moments différents, le signal émis par l'antenneB arrivant le premier.
Si la distance 2d est mesurée en longueurs d'onde, la différence de tempe des arrivées peut être exprimées en degrés électriques somme étant égale à 720 d. La distance d est à son tour égale à S sin a
2 Donc, l'angle de phase entre le signal émis par les antennes A et B à l' endroit de l' avion P peut être exprimé comme étant
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EMI36.1
: Q t 36t S sin dans lequel 8 est la relation de phase entre les signaux aux ant enn es.
Il est nécessaireque les antennes A et B fonctionnent de manière qu'une ligne s'étendant vers l'extérieur de l'an- tenne C vers l'ebjectif choisi soit représentée par une ligne le long de laquelle ou * 1800 Avec la disposition montrée dans la figure 8 ceci a été réa- lisé en plaçant les antennes A et B à une distance S l'une de l'autre S étant égale à une longueur d'onde et en fai- sant @= 1800
Dans la figure 9 il est montré à l'aide d'un diagramme vectoriel la relation de phase entre les signaux émis par les antennes A et B. Dans la figure 9 , il a été supposé que le courant dans l'antenne A est décalé en avant par rap- port au courant dans l'antenne C de 90 tandis que le courant dans l'antenne B est décalé en arrière par rapport au courant dans l'antenne C de 90 .
Ainsi., les vecteurs désignas par les lettres de référence A et B représentent la relation de phase entre les signaux émis par les antennes A et B et représen- tent également la relation de phase entre ces signaux à un point quelconque de la ligne )!Sa !:. 1800
Si l'avion P se déplaçait dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'antenne C, l'angel # diminuerait et la phase de chacun des signaux reçus des antennes A et B peut être représentée par les recteurs A' et B'. Un constate- ra que la résultante de ces signaux est celle indiquée par le vecteur A' + B' et que l'angle de phase X entre cette résultante et le vecteur C est 1800.
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D'un autre côté, si l'avion P se déplaçait dans le sens opposé aux aiguilles d'une montre autour de l'antenne C, de la position représentée dans la figure 8, l'angle 0 augmenterait jusqu'à une valeur dépassant 1800 et la rela- tien de phase entre les signaux à l'endroit de l' avion peut être représenté par les vecteurs A" et B" en lignes brisées.
La résultante de ces deux vecteurs est le vecteur A" + B", et en oonstatera que l'angle de phase X entre ce vecteur et le vecteur représentant le signal émis par l'antenne C,est égal à zéro degrés.
Ainsi, la relation de phase entre le signal résul- tant produit par le fonctionnement simultané des antennes A et B et le signal produit par l'antenne C sera, soit 1800 ou soit zéro degré, selon que l'avion P se trouve d'un coté ou de l'autre côté de la ligne de 1800,1'en par@@urs".
Cette situation est illustrée dans le graphique repré- senté dane la figure 11 dans lequel les valeurs de l'angle X sont reportées comme ordonnées et les valeurs des angles a et ) ment reportées somme abscisses. On constatera que dans la zone située au cêté gauche de la ligne, a égal à zéro degrés, 0 est égal à -180 , X a une valeur constante et in- variable de 1800, tandis que dans la ne située à droite de la ligne a est égal à zéro degrés, es t égalà -180 , X à une valeur constante et invariable de zére degré.
On constatera de plus, que le passage de l'angle iL de 180 à zé - ro degré est extrêmement brusque et se produit précisément à la ligne , a égalant zéro degrés, 0 égalant -180 .
Ce phénomène peut être empleyé pour aider la navigation de l'avion P le long d'una ligne "en pareours" en prévoyant sur l'avion P un dispositif pour recevoir le signal résul- tant produit par le fonctionnement simultané des antennes A et B et un dispositif peur recevoir séparément le signal émis
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par l'antenne . Si la phase entre ces deux signaux reçus est comparée et signalée, on aura obtenu une indication de la position de l'avion P par rapport à la ligne "en parcours".
On comprendra, naturellement,que le diagramme vectoriel représenté par la figure 9 est basé sur la supposition que l'antenne C fonctionne à la même fréquence que celle des antennes A et B. On comprendra de plus que dans ces circonstances, il serait pratiquement impossible de recevoir les signaux émis par l'antenne C séparément des signaux reçus des antennes A et B.
Pour cette raison les antennesA et ± fonctionnent à une fréquence, qui est en relation harmonique avec la fréquence avec laquelle l'antenne C fonctionne, En procé- dant ainsi, un récepteur à haute fréquence dans l'avion P sera accordé sur la fréquence des signaux A + B et un autre peut être accordé sur la fréquence du signal C, prévoyant ainsi un moyen facile pour recevoir ces signaux séparément.
Ce fonctionnement des antennes A, b et C peut être réalisé de manière qu'une relation de phase multiple soit maintenue entre les signaux émis par l'antenne C d'un côté et les si- gnaux émis par les antennes A et B de l'autre côté. un estime suffisant de relever à ce moment que la comparaison de phase désirée entre le signal A + B d'un côté et C de l'autre côté, peut être effectuée en multi- d' pliant d'abord/une façon appropriée la fréquence du sinal C, pour porter celui-ci à une fréquence égale à celle du signal A + B.
Dans la figure 12, est illustrée une forme d'un dispo- sitif pour recevoir et pour comparer la phase, qui convient particulièrement pour recevoir les signaux A +B etet pour donner une indication visible de la relation de phase entre ces signaux. Dans cette figure, les circuits de ohauf-
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fage employés pour les valves thermoioniques ont été omis aussi bien que les circuits fournissant le potentiel aux écrans et aux plaques des valves, puisque ces circuits ne constituent pas une partie de la présente invention et beaucoup de formas bien connues de circuit d'alimentation peuvent être employées avec succès à cet effet, Comme dans le système décrit précédemment ,
les circuits d'alimenta- tion des écrans sont indiqués par une flèche se terminant par le signe S* tandis que les circuits pour l'alimenta- tion des plaques sont indiques d'une manière analogue par des flèches se terminant par le signe B+
Dans la Figure 12 est représenté l'équipement récep- teur comprenant deux canaux amplificateurs haute fréquence, qui sont tous les deux connectés à une antenne de réception appropriée 101 portée par l'arien P. L'antenne 101 est connectée à un enroulement primaire 102 d'un transformateur d'entrée 103, dont l'enroulement primaire 102 est connecté également en série avec l'enroulement primaire 104 d'un deuxième transformateur d'entrée 105, les deux transforma- teurs 103 et 105 étant associés respectivement avec les deux canaux amplificateurs à.
haute fréquence , désignés dans ce qui suit comme le canal supérieur et le canal inférieur,
Le canal amplificateur supérieur comprend les valves amplificatrices 106, 107 et 108 qui sont connectées pour former un amplificateur haute fréquence à trois étages,le signal étant envoyé dans l'amplificateur par un enroulement secondaire 109 du transformateur d'entrée 103 et la sortie étant reliée à l'enroulement primaire 110 d'un transforma- teur de couplage 111.
Le transformateur de couplage 111 a pour but de trans- mettre le signal à un étage de doublement de la fréquence comprenant les valves 112 et 113, connecté pour transmettre /
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à l'enroulement primaire 114 d'un transformateur de couplage 115 un signal cïent la fréquence est deux fois celle du signal amplifie par les tubes 106, 107 et 108.
La sortie du transformateur de couplage 115 est conduite vers une valve amplificatrice 116 dont le courant de ser- tie se manifeste aux bornes de l'enroulement primaire 117 deun transformateur .
D'une façon analogue, le canal inférieur comprend les valves 118,119, 120, 121 et 122 connectées entre elles pour former un amplificateur haute fréquence à cinq étages dans lequel les signaux sont envoyés d'un enroulement secondaire 123 du transformateur d'entrée lu5 et dont le courant de sortie se manifeste aux bornes de l'enroulement primaire 124 d'un transformateur primaire.
Le canal supérieur est accordé sur la fréquence des si- gnaux émispar l'antenne C, tandisque lecanal inférieur est accordé sur la fréquence du signal A+B. Le canal infé- rieur est destiné à fonctionner normalement avec l'ampli- fication maximum puisque le signal résultant A+B a habi- tuellement une intensité relativement faible lorsque'l'a- vion est près de la ligne "en parcours% . un réglage manuel approprié comprenant les résistances 125 et 126 pour varier la polarisation de la grille d'une ou de plusieurs des valves amplificatrices 118-122 peut être employé pour réduire l'amplification dans les cas où l'avion P s'écarte si loin de la ligne "en parcours" que le signal A+B a une valeur importante.
Le canal supérieur est muni de préférence d'un réglage de volume automatique dans le but d'assurer une puissance de signal sensiblement constante, ce réglage de volume automatique comprenant un élément diode associé avec la valve 116 et connecté pour fournir un veltage négatif à la barre RAV 127 et qui est
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proportionnel à l'intensité du signal qui se présente aux bornes de l'enroulement 117. La barre 127 peut être utilisée comme retour à la terre pour les grilles d'une ou de plusieurs des valves 107-108 et fonctionne de ma- nière à varier la'polarisation grille de ces valves et l'amplification de l'amplificateur.
Cette variation est choisie de manière à produire un signal sensiblement cons- tant aux bornes de l'enroulement 117 indépendamment des variations de la force du signal capté par l'antenne 101.
Le couplage entre les étages, employé dans les deux canaux amplificateurs et les différents moyens utilisés pour maintenir une stabilité de phase adéquate. dans chacun des canaux amplificateurs, sont similaires à ceux décrits en rapport avec la première disposition. Les enstantes des différentes pièces constitutives des cir- cuits sont choisies de manière à produire un décalage mimi- mum de la phase du signal pendant qu'il traverse les ampli- ficateurs ainsi que peur p roduire dans la mesure la plus forte possible un décalage de phase dans un des amplifica- teurs correspondante au décalage de phase dans l'autre amplificateur.
Le canal supérieur est muni de préférence d'un dispo- sitif de décalage de phase comprenant un petit condensateur variable 128 connecté en parallèle avec l'enroulement secon - daire 109. Ce condensateur peut être employé pour désaccorder légèrement le circuit d'entrée de la valve 106 pour réali- ser ainsi un décalage relativement important de la phase . du signal appliqué à la grille de cette valve. Comme/obser- vé précédemment la phase du signal peut être décalée d'un angle notable sans compromettre sensiblement l'accord du circuit d'entrée . Le condensateur 128 est normalement réglé pour fournir à la sortie un signal , qui est pratiquement
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en phase avec le signal de sortie produit par le canal inférieur .
Ce condensateur a une fonction différente de celle du condensateur 67 de la Figure 5. Dans la Figure 5 les signaux appliqués au discriminateur sont en quadratu- re de phase pour l'indication zéro et il se produit une indication vers la gauche ou vers la droite par un change- ment dans eette relation de phase . Dans la Figure 12 les signaux appliqués au discriminateur sont à tout moment en phase ou en opposition de phase . L'indication zéro dans ce cas est produite par une force de signal égale à zéro.
L'enroulement primaire 117 du transformateur est agencé de manière à fonctionner de concert avec un enroule- ment secondaire 129 dont un côté est connecté par l'inter- médiaire d'un conducteur 130 aux plaques d'une paire de valves redresseuses Tl et T2. L'autre côté de l'enroulement 129 est connecté par l'intermédiaire d'un conducteur 131 à la terre à travers une résistance 132 , cette d or nier e étant de préférence munie d'un condensateur en dérivation 133.
D*une façon analogue, l'enroulement primaire 124 du transformateur est agencé pour fonctionner de concert avec les enroulements secondaires 134 et 136, les extrémités intérieures de ces enroulements étant interconnectées par l'intermédiaire d'un condensateur 136 et connectées à la terre par un conducteur 137.
La borne extérieure de l'en- roulement 134-est connecté à la cathode de la valve Tl tandis que la borne extérieure de l'enroulement 135 est connectée a. la cathode du tube T2. Coume indiqué ci-dessus la borne intérieure de l'enroulement 135 est connectée à la terre par le conducteur 137 tandis que la borne inté- rieure de l'enroulement 134 est connectée par l'intermé-
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diaire d'un conduct eur 138 à travers une résistance 139 au conducteur 131 précité . Le conducteur 138 est également prolongé et connecté à la grille d'une valve amplificatrice 140 à travers une résistance de blocage 141.
Le fonctionnement de cette partie de l'appareil peut être le mieux compris en se référant au diagramme vectoriel représenté dans la figure 13. Dans cediagramme, le vecteur EC est pris comme vecteur de référence et représente le voltage produit par la réception du signal émis par l'anten- ne C et se manifestant aux bornes de l'enroulement 129. Les vecteurs indiqués par les lettres de référence EAB et -EAB représentent respectivement les voltages se présentant aux bornes des enroulements 134 et 135 et produits par la réception du signal résultant émis par les antennes A et B.
Il doit être rappelé que le but à, atteindre est le réglage du condensateur 128 de manière telle que le vecteur EAB soit placé dans une position en phase avec le vecteur EC.Toutefois, un léger décalage de phase a été introduit dans le diagramme de la figure 13 dans le but de séparer les vecteurs pour montrer plus clairement les relations en- tre les vecteurs.
On constatera que le voltage, qui est appliqué entre la cathode et la plaque de la valve redresseuse Tl est la somme vectorielle des voltages EC et EAB' cette somme vectorielle étant représentée par le vecteur ET1' tandis que, le voltage qui est appliqué entre la plaque et la ca- thode de la valse redresseuse T2 est la somme vectorielle du voltage EC et - EAB' cette somme vectorielle étant repré- sentée par le vecteur ET2.
On constatera que ET1 dépasse ET2 ce qui a pour effet que le courant continu parcourant la valve Tl dépassera en grandeur le courant continu parcourant la valve T2. Par conséquent, une chute de voltage continu sera produite dans /
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la résistance 139 qui dépasse la chute de voltage continu correspondante produite dans la résistance 132, ces résis- tances ayant de préférence une valeur égale de sorte que les voltages produits aux bornes de ces résistances seront dans le même rapport que le rapport des vecteurs ET1 et ET2.
On constatera également que le courant continu, qui parcours les rhéostats 132 et 139 parcourt/ces résistances connectées en série dans des directions opposées, c'eat-,- dire des extrémités libres vers les extrémités interconnec- tées de celles-ci . Le résultat est que la polarité du vol- tage produit aux bornes de ces résistances est opposé, de sorte que le voltage aesuré entre le conducteur 138 et la terre représente les différences entre les voltages produits awc bornes des résistances 132 et 139.
Lorsque les conditions sont telles que celles repré- sentées dans la figure 13; c'est-à-dire lorsque le voltage produit aux bornes de la résistance 139 dépasse celui qui est produit aux bornes de la résistance 132, le conducteur 138 aura un potentiel positif par rapport à la terre.
Ceci correspond à la situation, qui se présente lorsque l'avion P se trouve au côté droit de la ligne, a égal à zéro degrés, 0 égal -180 , conditions dans lesquelles t EAB est sensiblement en phase avec ET1 Si, toutefois, l'avion P est déplacé vers l'autre côté de la ligne "en parcours" l'angle X changera brusquement de zérodegrés à 180 , ce qui a pour résultat que les vecteurs * % et -EAB de la figure 13 intervertirent leurs positions de sorte que KT2 dépasse- ra ET1.Ceci provoquera l'inversion des valeurs relatives des voltages continus aux bornes des résistances 132 et 139 de sorte que le conducteur 138 deviendra négatif par rap- port à la terre .
Ainsi, la polarité du voltage se présen-
A
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tant sur le conducteur 138 indique de quel côté de la ligne "en parcours" l'avion se trouve.
Pour que ce voltage puisée être signalé par une in- dioation visuelle, il est appliqué à la grille de la val- ve 140 à travers la .résistance 141. La valve 140 est connectée dans un circuit indicateur avec un galvanomètre ou un autre dispositif à lecture visible 142, le circuit indicateur, qui est représenté dans la figure 12 étant identique à celui, qui est représenté dans la disposition dent il a été question précédemment et auquel il y a lieu de se référer pour une explication détaillée de la manière selon laquelle le dispositif indicateur fonctionne.
On peut relever brièvement que le galvanomètre 142 est connecté comme dispositif susceptible d'indiquer l'é- tat d'équilibre dans un circuit de pont "Wheatstone, dent trois des quatre résistances sont fixes, tandis que l'élément formant la quatrième résistance est constituée par la résistance plaque cathode de la valve 140. Cette valve est polarisée normalement pour fonctionner sur la partie en ligne droite de la caractéristique voltage grille- courant plaque, de sorte que si le voltage sur le conduc- teur 138 change de polarité, de positif par rapport à la terre à négatifpar rapport à la terre, la résis tance pla- que-cathode de la valve 140 sera modifiée d'une façon correspondante.
Les valeurs des résistances/choisies pour le circuit de pont Wheatstone sent telles que le galvanomètre 142 se trouve au point zéro au milieu de l'échelle, lorsque la grille de la valve 140 est maintenue au potentiel de la terre. Ainsi, si le voltage sur le conducteur 138 devient ou positif ou négatif, il se produira au galvanomètre une déviation vers la droite .ou vers la gauche.
L'indicateur
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142 fournit ainsi une indication visible relative à la position de l'avion P par rapport à la ligne "en parcours" et on. constatera que le seul moment auquel le galvanomètre 142 peut indiquer zéro, est celuiauquel l'avion P se trouve exactement sur la ligne "en parcours"-au moment auquel les voltages EAB et - EAB sont égaux à zéro, ET1 et ET2 étant tous les deux égaux à EC et le conducteur 138 étant au potentiel de la terre
Le circuit indicateur, qui Tient d'être décrit est extrêmement sensible, cette sensibilité extrême étant due au fait que les signaux, qui sont appliqués au circuit de discrimination de la phase,
produisent un changement brus- que d'une position en phase en une position hors phase des valves Tl et T2 par suite du déplacement de l'avion P du côté de la ligne "en parcours" vers l'autre coté.
Comme exemple de la sensibilité, qui peut être obtenue par le système, on suppose que les antennes A et Bsont séparées d'une distance égale à six longueurs d'onde et que l'intensité de la radiation émise par les antennes A et B est cinq fois celle émise par l'antenne C. On suppose également qu'une différence de voltage entre ET2 et ET1 de la figure 13 égale à EC est suffisante pour produireune déviation sur l'échelle entière du galvanomètre 142, et qu'une déviation de dix pourcent de l'échelle entière fournira au pilote de l'avion une indication nette s'il suit ou s'il ne suit pas la ligne "en parcours" .
En admettant que la ligne "en parcours" est celle pour laquelle # égal à -180 , a égal à 0 -00', une indication réelle de dix pourcent de déviation de l'échelle entière du galvanomètre 142 sera produite par le déplacement de l'avion dans un parcours dans lequel a est égal à 0 -01' , si les deux si- gnaux reçus sont amplifiés dans une mesure égale.
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Pour apprécier le degré de cette sensibilité, on suppose que le système de balisage est monté à Londres de manière telle que la ligne "en parcours" a égal 0 -00' s'é- tende vers la ville de Berlin distante d'environ six cents milles de Londres . La zone "en parcours" ou la zone dans laquelle il sera difficile pour le pilote de se rendre compte exactement s'il est ou s'il n'est pas au coté droit ou au cêté gauche de la ligne "en parcours est une zone angulaire possédant une largeur angulaire de 0 -02'. Cette zone angulaire a une largeur d'environ un tiers de mille anglais dans un rayon de six cents milles ou sera à même de guider un avion de bombardement de Londres à Berlin avec une exactitude d'approximativement quatre blocs de ville.
La description précédentes a été basée sur la suppo- sition que l'antenne C fonctionne de manière telle que le courant dans celle-ci soit décalé en avant par rapport au courant de l'antenne B dans la même mesure qu'il est décalé en arrière par rapport au courant de l'antenne A.Le but de ceci était de produireune relation en phaseentre les voltages + EAB et EC.
On constatera, toutefois, que cette relation de phase entre l'antenne C et les antennes A et B n'est réellement pas une nécessité puisque le con- densateur 128 permet le réglage de la phase entre les si- gnaux pour amener + EAB et EC dans une relation de phase l'un avec l'autre . La nécessité réelle est le maintien d'une stabilité de phase telle que la ligne @= 180 se trouve toujours sur la ligne "en parcours" et que EC ne s'écarte pas beaucoup de la relation en phase avec EAB.
On constatera de ce qui précède qu'il est fourni un système de direction par ondes qui a pour but d'éta- /
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blir une ligne "en parcours" représentant la limite entre des zones adjacentes dans lesquelles la relation de phase entre deux signaux d'ondes séparés et distincts est exac- tement en opposition avec la relation de phase de ces si- gnaux dans l'autre zone.
On constatera également qu'il est fourni un appareil de réception et d'indication nouveau, qui est susceptible d'informer le pilote d'un avion ou d'un autre véhicule par une indication visible de la situation de l'avion ou da véhicule par rapport à cette ligne "en parcours".
Tandis qu'il a été question dans ce qui'précède d'une ligne "en parcours" comme étant "une ligne" et du dessin de champ aomale étant composé de lignes d'une relation de phase constante on se rendra compte que ces "lignes" repré- sentent réellement une section horizontale du champ et que ce champ est en réalité caractérisé par des surfaces hyperboliques. On comprendra également que la "ligne" dont il a été question comme limite entre les zones de relation de phase opposées n'est pas réellement une ligne mais une surface qui constitue la limite entre des zones de relation de phase opposées de trois dimensions.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements to systems of direction of moving objects by waves, electromagnetics".
This invention relates to electromagnetic wave steering systems for facilitating navigation of moving objects, such as airplanes, surface ships or submersibles, of the kind in which a receiver is provided on the vehicle to detect variations in the phase relation between signals emitted by two or more transmitters, located in a guidance station and whose phase variations give an indication of the change of rate.
According to this invention an electromagnetic wave steering system to facilitate navigation of moving objects comprises at least two electromagnetic wave transmitters, located in a guidance station and arranged to emit two synchronized electrical signals of different frequencies. but in relation harme-
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nique, so as to produce in space a substantially stationary radiated pattern, devices on the vehicles for receiving said signals separately and in a special way and devices for comparing the phase relation between the received signals, whereby obtains an indication of the route followed by the moving object.
The transmitters are arranged to produce an radiated pattern in which the phase differences of the waves are constant along a line following a predetermined path and the receiving apparatus is arranged to be able to detect variations in the differences in waveform. phase so as to obtain an indication during a deviation from this line. For example, the spacing of two transmitter antennas and the phase relationship of the transmitted waves are such that these waves are in phase or out of phase along a line drawn at. halfway between the two antennas.
The receiving apparatus may include devices for separately receiving said two transmissions and devices capable of detecting any phase variation of the two received transmissions.
In a system consisting of the sum indicated by two receivers, devices for multiplying the frequency can be provided for one or both receivers, so that in the receivers a pair of electromagnetic wave signals of equal frequency is produced. while the operating deviation is determined by devices which compare the phase relation thereof.
In such an arrangement, devices may be provided for Multiplying the frequencies of the two signals received so that they become equal before determining their phase relationship.
The particular course to be taken may be determined by
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devices for producing a phase shift between a received transmission with respect to the other transmission and of sufficient magnitude for a phase relation to occur corresponding to that which is known to belong to the determined path d advance.
In one of the farms of the receiving apparatus, devices have been provided for amplifying the signals received, devices for adding the signals to produce a high-frequency alternating potential, devices for subtracting one of said signals from the receiver. 'another to provide a second high frequency alternating potential, devices for separately rectifying said alternating potentials to provide corresponding direct potentials and devices for comparing said direct potentials so that a measure of said relation of phase.
In all the arrangements referred to above, the phase relation between the received waves as determined by the receiving equipment gradually varies from that belonging to the course of the line in the crossed-out drawing and corresponding to the course, if the moving object deviates from the chosen course. According to another form of apparatus, the received signals are suitable to undergo abrupt and complete reversal as the jet deviates to either side of the path. In this way, a precise and unambiguous signal can be given to the pilot of a guided vehicle, whenever the vehicle deviates even to an extremely small extent from the course it isi.
This is achieved by establishing three antennas, two of which are arranged to emit, through their aerial wires, synchronized electromagnetic waves of the same frequency, thus producing a fixed phase relation between these.
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waves and the other of these antennas of which is arranged to emit electromagnetic waves, which are in harmonic relation with the waves emitted by the first of said antennas and in such a way that the phase relation is a constant multiple thereof and by the arrangement of a receiving apparatus comprising means for separately receiving the combined backings of said two first transmitters and those of the second transmitter, and devices for determining the phase relationship of the two groups of received signals.
For example, the phase relationship of the waves supplied by said first pair of antennas can be exactly in opposition to the phase supplied by the other antenna.
The following is a description of a series of embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in which.
Fig. 1 is a view of a diagram showing the drawing of the radiated field produced by the two emitters operating in accordance with the present invention.
FIG. 2 is a geometric diagram illustrating the mathematical relations, which determine the phase relations of two signals at a point remote from the transmitters emitting said signals.
Figure 3 is a vector diagram illustrating the phase relationship of signals emitted by the two transmitters shown in Figure 1.
Fig. 4 is a view of a diagram illustrating how a constant phase relation can be established between two synchronized signals of different frequencies in harmonic relation to each other.
Fig. 5 is a circuit diagram showing the electrical equipment and circuits employed in one type of receiving apparatus.
Fig. 6 is a vector diagram showing the operation of the part of the apparatus illustrated in
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FIGS. 5 and 7 and which has the function of determining and indicating the phase relationship between two signals received by the receiving equipment.
Figure 7 is a diagram similar to Figure 5 but showing a modified form of receiving equipment.
FIG. 8 is a view of a diagram showing the crossed out drawing resulting from the combination of three transmitters used in the system according to the invention.
Figure 9 is a vector diagram illustrating the phase relationship of signals emitted by the three transmitters shown in Figure 8.
Figure 10 is a geometric diagram illustrating the mathematical relationships which determine the phase relationship between the signals transmitted by two of the three transmitters shown in Figure 8 at a point remote from said transmitters.
Fig. 11 is a diagram in the form of a graph showing how the phase relation between the two signals received at the vehicle varies with the changes in the position of the vehicle with respect to the chosen course.
Figure 12 is a circuit diagram illustrating one form of electromagnetic wave receiving apparatus arranged to be mounted in a vehicle and used for the purpose of signaling to the driver of such a vehicle its position relative to the chosen route and 13 is a vector diagram showing the operation of the part of the apparatus illustrated in Fig. 12 and serving to determine the phase.
In Figure 1, two antennas are designated by the reference letters A and B, and are shown being spaced apart by a distance S (see also Figure 2). If high frequency currents are supplied
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to antennas A and B, so that they emit synchronized signals of equal frequencies, and if the length S, which represents the distance at which the antennas are placed from each other, is equal to a wavelength, a drawing of a stationary field as represented by the radial lines in figure 1 will be established in space.
Each of the radial lines in figure 1 represents the locus of the points along which the phase relationship between the signals emitted by the antennas A and B. The numerical values shown in figure 1 represent the phase relationship between the signals when the distance S equals one wavelength and when the antennae emissions are in phase with each other.
Referring to Figure 1 it can be seen that the lines of constant phase relation are straight except in the part in the immediate vicinity of the antennas A and B, these parts having a hyperbolic shape. In reality the parts of the lines which have been represented as being straight are curved being branches of hyperbolic curves. These curves, however, are so similar to the asymptotes of a hyperbola that the difference between the hyperbolic curve and the asymptotes is so small that it can be neglected.
For example, at a distance exceeding three times the distance between antennas A and B, the use of the asymptote as a reference line instead of the hyperbolic line produces only an error of less than half a percent, this error derenant pro - gradually smaller when the distance between the antennas becomes greater,
Referring now to Figure 2, the antennas are indicated as being spaced a distance apart.
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signed by dimension S and parallel lines R1 and R2 are drawn extending respectively from antennas A and B.
The lines R1 and R2 represent straight lines drawn from the antennas A and B respectively towards an airplane P, such as for example the airplane P1, represented in FIG. 1 and located at a certain distance from the antennas A and B. When, as is actually the case in practice, the length of the lines R1 and R2 is large with respect to S, it can be assumed that they are parallel without this introducing an appreciable error in the calculations. If R1 and R2 are both perpendicular to the line joining antennas A and B, the lengths of R1 and R2 are equal.
Consequently, signals emitted by the antennas A and B at a given time arrive simultaneously at the airplane P1 and therefore the phase relation between the signals received by the airplane will be the same as the phase relation between the aircraft. signals which are emitted by antennas A and B. If, however, the aircraft moves clockwise around point 0 located midway between antennas A and B in a position as it is occupied by the airplane P2 in figure 1, so that the lines R3 and R4 extending respectively from the antennas A and B towards the airplane form an angle a with the lines R1 and R2, the lengths of R3 and R4 will be different - férentes.
The distance R3 will be increased by an amount indicated by the line of dimension d on the left side of figure 2, while the distance R4 will be decreased from the distance R2 by an amount indicated by the dimension d on the side. right of figure 2. We can see that
EMI7.1
d = "8 sin a 2
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If the distances R3 and R4 are expressed in wavelengths then
360 S sin a represents the time difference between the arrival of the signals from antennas A and B to the airplane when this time difference is expressed in electrical degrees.
So if we use / to denote the phase angle between the signals received at the aircraft and if 8 is used to represent the phase relation between the signals emitted by the antennas A and B then # = 360 S sin atd The numerical values assigned to the lines of a constant phase difference, represent the values of when
S 1 d = 0
FIG. 3 is a vector diagram illustrating the phase relation between the signals received by an aircraft located at a distance from the antennas A and B under the conditions illustrated in FIG. 1.
For example, the two vectors A1 and B1 drawn as being in phase with each other represent the phase relationships between the signals transmitted and by the antennas A and B also represent the phase relationship between the signals received by an aircraft P such for example an airplane P1 which advances towards the outside along a line of zero phase difference (see FIG. 1).
In an analogous way, the vectors A2 and B2 illustrate the phase relation between the signals which are received by an airplane P2 advancing outwards along the line of which # = 120
Although the operation of antennas A and B has been illustrated and described for simple service conditions, in which S is equal to one wavelength and equal
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zero it will be understood that 8 can be increased or decreased will and, moreover, that the operation of the antennas A and B can be such that D has a finite value other than zero.
Varying D in this way from zero to some other finite value only has the effect of assigning new values / to the rows representing the chosen values of / shown in figure 1, these new values # 'being equal to + D 'or D' is a finite value of D other than zero.
Therefore a change in the value of, does not change the shape of the design shown in figure 1, but only serves to vary the value of #, which is represented by a given line in the design. If, however, the distance S is increased, the drawing will be changed in that the lines of constant phase difference shown in figure 1 will be squeezed more tightly against each other and additional lines will be added to the drawing. Thus, by increasing the distance S, the degree of change of 4 from the angle a is proportionally increased so that a greater sensitivity for the indications is obtained by increasing the spacing distance S.
By equipping the aircraft 2 with devices to determine the phase relationship between the signals received from antennas A and B and to indicate when these signals are in phase or out of phase, a means is provided which will enable the pilot of the aircraft to guide the latter along the line in phase representing # - O
It will be understood that in order to precisely determine the phase relation at the location of the plane P, the signals emitted by the antennas A and B must be received.
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separately where the aircraft is located since if the signals are not received separately, the received signal will simply represent the vector sum of the distinct signals transmitted by antennas A and B.
It will also be understood that in cases where the distance R is extremely high with respect to the distance S, it will be impossible to separately receive the signals emitted by the antennas A and B by employing on the airplane P effect receiving antennas. direct. For this reason, in accordance with the invention, the antennas A and B operate at different frequencies, but in harmonic relation, so that separate receivers mounted in the aircraft P can be used to receive separate receivers. - re-send the signals emitted by antennas A and B.
The high frequency currents which are supplied to the antennas A and B are synchronized with each other and are maintained in a constant multiple phase relationship, the frequency of one being a multiple of the frequency of the other. The way in which the synchronous operation of antennas A and B can be achieved so as to maintain a constant phase relation, the frequency of one signal being a multiple of that of the other signal is illustrated in figure 4.
In figure 4, the sinusoidal curve A 'can represent the high frequency current of the antenna A, while the sinusoidal curve B' can represent the high frequency current of the antenna B. It is at note that as illustrated the frequency of current A 'is twice that of current B'. In addition, according to the drawing, the current B 'is shifted backwards from the current A' by an electrical angle of 900 measured with respect to the frequency of the current A '.
This phase relationship can be easily seen by
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rectifying an entire phase of the current B 'by inverting the negative lobes of the sinusoidal curve into positive lobes indicated by the dotted lines C in FIG. 4. It should be noted that the maximum current points represented by the curves B 'and Ch are shifted back with respect to the maximum positive current points represented by the current A' by a value equal to 90 electrical degrees measured with respect to the current A '.
It will be seen that an analogous relationship exists between the maximum negative current peaks shown by the curve A 'and the minimum or zero current point appearing by the rectified curve B'-C. Thus, the frequency of the high frequency current B 'being half the frequency of the current A', it can be said to be in a constant multiple phase relation with the current A 'and this relation can be expressed as a phase difference of 90 with respect to the frequency of the current A '.
Curve B "in figure 4 shows the effect of doubling the frequency of current B '. It will be seen that current B" has the same frequency as current A', and that it is shifted back by 90 electrical degrees with respect to the current A ',
For this reason, in accordance with this invention the antennas A and B operate at different frequencies but in harmonic relationship and they are maintained in multiple phase relationship with respect to each other as described.
While Figure 4 and the description relating thereto have been made on the assumption that antenna B operates at a frequency, which is exactly half that at which antenna A operates and while the
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following description. of the receiving device is based on the same assumption, it must be admitted that the essential censist characteristic in that the antennas A and B operate in synchronism with each other at frequencies in harmonic relation and in constant multiple phase relationship, regardless of whether the ratio between the frequencies at which the antennas A and B operated is two or some other number.
For example, if desired, antenna A can operate with a frequency, which is three or four times that with which antenna B operates.
Plane P carries two high frequency receivers, one tuned to the frequency of antenna A and the other tuned to the frequency of antenna B. One of the @ e @ enters includes a stage to double frequency and which serves to transform the frequency of signal B 'into a signal B "having a double frequency, which is then the same as that of signal A' received from antenna A. The separate output currents of the two receivers are then applied to an apparatus whose function is to determine and indicate the phase relation between the currents A 'and B ". The receivers are set so that the aircraft P1 receives an" incors "indication when it advance along a line.
In Figure 5 is shown a form of receiving equipment adapted to operate according to the previous description. In Figure 5 the heating circuits for the thermionic valves as well as the circuits for supplying the valves with the shield and plate potential, have been omitted since these circuits do not form any part of the present invention.
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and because those familiar with this technique know what is necessary for satisfactory power circuits.
The supply circuits of the screens are indicated by an arrow, which ends with the sign S ", while the plate supply circuits are indicated in a similar fashion by arrows ending with the sign B +.
The receiving equipment illustrated in FIG. 5 comprises an antenna 1 arranged to receive the signals transmitted by the two antennas A and B, the receiving antenna 1 being connected in series with the primary winding 2 of an input transformer 5 and the primary winding 4 of an input transformer 5, the lower end of the winding 4 being connected to earth as in 6.
The input transformer 5 transmits the signals to a high frequency receiver tuned to the frequency of the signals transmitted by the antenna B and the input transformer 5 transmits the signals to a second high frequency receiver tuned to the frequency emitted by antenna A.
The input transformer 5 comprises a secondary winding 7, which is shunted by a variable capacitor 8 with the help of which the circuit can be tuned to the frequency emitted by the antenna A. The output current of the secondary 7 is applied between the grid and the cathode of a thermionic valve 9 whose plate is connected by a coupling capacitor 10 to the grid of a following amplifying valve 11. The plate of the Talve 9 is connected to B + by a plate inductor 12 , which is preferably shunted by a resistor 13.
The output of valve 11 is coupled to the input of a valve 14 through a stage coupling similar to that previously described, while the output current of valve 14 is applied to a transformer. coupling 15, the primary of which is shunted by a resistor 16 and
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the secondary of which is tuned, for example, by a capacitor 17 shunted by a resistor 18, the voltage developed at the terminals of the resistor 18 being applied between the grid and the cathode of a fourth amplifying valve 19.
The grid bias voltages for valves 9 and 19 are preferably developed using rheostats 20 connected in series with the cathodes of the valves. These rheostats being provided in the usual manner with bypass capacitors. A portion of the gate bias voltages for valves 11 and 14 is produced in a similar fashion by cathode rheostats 22 provided with shunt capacitors 23 and compensating rheostats 24 connected in series between the cathode and the cells. rheostats 22 but without making use of bypass capacitors. This form of cathode circuit is used to maintain phase stability in stages including waltz 11 and 14.
The remainder of the gate bias voltage, which is applied to valves II and 14 is obtained by connecting the gates of these valves through gate resistors 25 and 26 to an RAV bar 27 to which a direct current voltage is supplied. in fact, the value varies with the strength of the signal picked up by antenna 1 in a way, which will be described later. Preferably, an insulation resistor 28 is disposed between resistor 25 and bar 27, and the lower ends of resistors 25 and 26 are both preferably branched to earth through capacitors 29.
It will be seen that valves 9 and 19 operate with substantially constant bias and therefore the amplification stages comprising these valves serve to provide substantially constant amplification. On the other hand, it is communicated to the valves 11 and 14 a polarisa-,
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variable gate and therefore produce a variable amplification of the signal.
Since variations in the amplification of valves 11 and 14 will tend to produce a phase shift of the signal amplified by these tubes, the cathodic circuit, previously discussed, is employed to reduce this phase shift to. a minimum.
The input transformer 3 mentioned above comprises a secondary winding 30, which is tuned by a variable capacitor 31 to the frequency emitted by the antenna B, the output current of the transformer 3 being applied between the grid and the cathode of an amplifying valve 9 '.
The output current from valve 9 'is sent through valves 11', 14 'and 19' all connected in a substantially identical manner to that previously described for valves 9, 11, 14 and 19, except that the circuits are tuned to the frequency transmitted by antenna B while the channel described previously in detail is tuned to the frequency transmitted by antenna A.
Bn choosing the constants for the different constituent parts of the circuits of the two receivers, the tuning capacities for each channel are preferably made equal, while the inductances used in the channel to receive the lowest frequency emitted by the antenna B are made four times as large as that, which is employed in the high frequency channel to receive the signals emitted by antenna A.
The Q of the tuned circuits, that is, the ratio of reactance to resistance, is set so that the Q for the low frequency channel is half that for the high frequency channel. End adjusting constants
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in this way, the phase shift produced by one channel will be compensated for by the shift produced in the other channel.
It has been found preferable to employ high inductance and low capacitance coupled with low Q and low amplification per stage in order to reduce the phase shift which could result from changes in temperature, variations in capacitances. tubes and variations that may result from varying valve amplification.
Accordingly, the plate inductors, which are shunted by resistors 13 and 16, are made of sufficient size so that the inter-coupled plate and gate circuits can be tuned to resonant by the internal plate-to-cathode capacitors. and gate cathode valves. The Q of the high inductance circuit is reduced by employing shunt resistors 13 and 16 in order to improve the phase stability of the amplifier. This resistance also serves to broaden tuning, and for this reason the use of a relatively large number of low-effect stages is resorted to to achieve the necessary sharpness and amplification.
In addition, it is desirable to make use of a relatively small effect per stage, since the phase stability in a low effect amplifier is greater than that of a high effect amplifier.
The output of valve 19 is coupled through a coupling transformer 32 to a frequency doubling stage employing valves 33 and 34, the plates of which are connected in parallel and at the primary one. coupling transformer 35. The frequency doubling circuit employing valves 33 and 34 is of the usual construction, the valve gates being connected to the affixed ends of the secondary
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of transformer 32, which has a mid-tap secondary 36 so that grid voltagers, yes not in phase with each other, can be communicated to them.
The valves are strongly polarized so as to cause blowing such that a plate current only builds up in the valves while a positive signal is applied to the valve gates. Since the valve plates are in parallel, the fundamental and odd harmonics are discarded, while even harmonics are applied to the primary of transformer 35. The second harmenic manifests with much greater amplification than does. even higher harmonics so that, by tuning the secondary 37 of transformer 35, as for example by a capacitor 38, the voltage being established across the winding 37 will be constituted almost entirely by the second harmonic ,
which naturally has a frequency equal to twice that which is applied to the input of the amplifier,
Similarly, the valve 19 'is coupled with a stage which quadruples the frequency and employs the thermionic valves 33' and 34 'the latter being coupled to an output transformer 35' whose secondary 37 'is tuned to a frequency four times as large as that applied to the input of this amplifier. Thus, the secondaries 37 and 37 'of the transformers develop high-frequency voltages of identical frequencies since these voltages respectively have a frequency equal to two times and four times those, emitted by the antennas A and B and since the frequency emitted by the antenna A is twice those emitted by antenna B.
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These voltages of equal frequencies, which are developed by the secondaries 37 and 37 'are applied respectively to the amplifying valves 39 and 39', the outputs of which are connected respectively to the matched primaries 40 and 40 'of the output transformers 41 and 41 '.
Each of the valves 39 and 39 'preferably comprises a rectifier circuit for developing the voltage RAV mentioned above.
The diode elements of the valves 39 and 39 'are connected in a similar fashion to the valve plate through a capacitor 42. The high frequency voltage is thus applied to the diode element of the valve and serves to. producing a rectified current going from the diode element to the cathode and from to earth and earth through a drop rheostat 43.
The direct current voltage developed at the terminals of the rheostat 43 is intended to impart to the diode element a negative potential with respect to the earth, the value of this potential depending on the value of the high frequency voltage applied to the diode element . For this purpose, the diode element is connected to the RAV bar 27 through the resistors 44 and 45 whose midpoint is connected to earth through a capacitor 46 so that the resistors 44,45 and the capacitor 46 cooperate to move the high frequency voltages away from the RAV bar 27.
Since this bar is connected to the gates of the valves 11 and 14, the amplification of these valves is varied in a well-known manner and corresponding to the strength of the signal which is developed at the plate of the valve 39. is used to adjust valves 11, and 14 'according to the voltage developed by valve 39',
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The transformer 41 comprises two secondary windings 47 and 48, the adjacent terminals of which are connected together by a capacitor 49 and grounded as 50. The opposite terminals of the windings 47 and 48 are respectively connected to the cathodes of rectified valves. thresholds or non-linear T1 and L2.
The secondary comprising the windings 47 and 48 can be tuned to the frequency printed on the primary 40 by means of a variable capacitor 51.
In an analogous manner the transformer 41 comprises a secondary winding 52, which is tuned for example by a variable capacitor 53. A terminal of the winding 52 is connected to earth via a conductor 54 across. a capacitor 55 and the other terminal is connected to the anodes of the rectifying valves T1 and T2, the anodes of which are connected in parallel with each other. A resistor 56 is connected between conductor 54 and earth and a resistor 57 is connected between conductor 54 and the inner terminal of winding 47.
The same inner terminal of the winding 47 is also connected via a conductor 54 through a blocking resistor 59 to the grid of a thermionic valve 60.
The circuits, which have just been described and comprising the rectifying valves T1 and T2 function in such a way that they apply to the gate of the vacuum waltz 60 a direct current potential, the magnitude and the polarity of which are a function. of the phase relation between the voltages which occur at the terminals of the secondary transformer windings 47-48 and 52.
The operation of case circuits can best be described with reference to figure 6 making use of
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of the voltage developed at the terminals of winding 52 represented by the reference letter .01 as the reference voltage
B rence. The voltage E is shown in figure 6
B by a vector designated by the reference letter EB and drawn in a position indicating that the phase of this vol- tage is zero degrees.
If the voltage developed across winding 47 is in phase quadrature with respect to the voltage developed across winding 52, then the voltage, which is applied to the cathode of the valve T1 with respect to earth, can be represented by the vector which is shifted forward with respect to the voltage EB by an angle X = 90 Since the voltage, which is applied to the cathode of T2 and produced by the winding 48 must differ by 1800 from the applied voltage at the cathode T1, the voltage applied to the cathode T2 can be represented by the vector- E which is shifted backwards with respect to EB by an angle Y, which is equal to 90.
Thus, the voltage, which occurs between the anode and the cathode of T1 is represented by the vector sum of + EA and EB 'this sum being represented in FIG. 6 by the vector ET1. Similarly, the voltage which is applied between the anode and the cathode of T2 is the vector sum of -EA and EB 'this result being indicated by the vector ET2 in figure 6.
It will be seen that E Tl is equal in magnitude to ET2 as long as the angle X is equal to the angle Y for the reason that. * EA must always be equal and opposite to -EA.
Resistor 57 is connected in the cathode circuit of T1 while resistor 56 is connected in the cathode circuit of T2. These resistors are of the same size from which it follows that the voltage drops produced in these resistors by the direct current flowing through the
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Tl and T2 valves feel equal. It will be seen that the resistors 56 and 57 are connected in series, the free end of the resistor 57 being earthed and the free end of the resistor 57 being connected to the conductor 58.
Thus, the direct current, which must flow through these re-frequencies 56 and 57, is forced to flow from the free ends to the ends of these connected together, therefore, with respect to the point of interconnection of resistors 56 and 57 l ' grounded end of rheostat 56 and conductor 58 are both brought to an equal positive potential so that the voltage of conductor 58 to ground is zero.
In other words, since the grounded end of resistor 56 is held at a fixed voltage or zero, it can be said that the potential of the point of interconnection between resistors 56 and 57 is lowered to a negative potential. relative to the earth, while the conductor 58 is held against the earth. Thus, it will be found that the fact that the conductor 58 is at earth potential is significant for the fact that the phase of the voltage developed at the terminals of the transformer winding 52 is in phase quadrature with respect to the phase. voltage developed across transformer winding 47-48.
Now suppose that the voltage developed across winding 47-48 is shifted clockwise from the voltage across winding 52. Under these circumstances, the phase relationships voltages are represented by the vectors in broken lines in figure 6. It will be noted that the potential applied to the cathode of the valve T1 is represented by a vector E ', @ forward with respect to
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to the vector EB of an angle X 'less than 90. Similarly, the voltage applied to the cathode of T2 is represented by the vector -E'A shifted backwards with respect to the vector EB by an angle Y 'greater than 90.
The resulting voltage, which is applied between the anodes and the cathodes of the valves T1 and T2 is indicated respectively by the vectors E'T1 and ET2. Since the angle X 'is smaller than the angle Y', E'T1 will be greater than E'T2 'which results in the direct current flowing through Tl being higher than that flowing through T2. The direct current voltage developed across resistor 57 will exceed the direct current voltage developed across resistor 56, so that the potential of conductor 58 will be shifted to the positive side with respect to earth.
Similarly, if the voltage developed across transformer winding 47-48 had been shifted counterclockwise from that shown by the solid lines in Figure 6 , the potential of the conductor 58 would have been displaced towards the negative with respect to the ground. Thus, to a quadrature phase relationship between the output voltage of valve 39 and the output voltage of valve 39 'corresponds a zero voltage to conductor 58, while when the phase angle between the output of these two valves is greater or less than 90, a negative or positive voltage will be developed between the conductor 58 and the earth.
In order to provide a visible indication to the pilot of an airplane, carrying the receiving equipment described above, he makes use of a sensitive galvanometer 61 which is connected in a bridge circuit to give an indication. -
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Extremely sensitive cation to variations in the voltage of conductor 58 relative to earth. It will be seen that the galvanometer 61 is connected as a device indicating the balance in a Wheatstone bridge circuit, one branch of which comprises resistors 62 and 63 and the other branch of which comprises a resistor 64 and the cathode plate resistance of the circuit. valve 60.
The voltage for the operation of the Wheatstone bridge is supplied by +
5 through a resistor 6 at the point of interconnection between resistors 62 and 64, the return to negative being formed by the path of the point of interconnection of the cathode of the tube with resistor 63 and passing through a resistor 66 down to earth.
The resistors 62, 63, 65 and 66 are adjusted so that a positive potential occurs with respect to the earth. the cathode of the valve 60. The gate of the valve 60 being connected to the conductor 58 is normally maintained at earth potential. Therefore, the valve 60 is negatively polarized and the arrangement is such that the value of this polarization is on the right side of the gate voltage-plate current characteristic curve of the valve 60. In addition, the resistors 62, 63, and 64 are adjusted with respect to the plate resistance of the valve 60 so that a zero voltage occurs across the terminals of the galvanometer 61 when the gate of this valve has the potential of earth.
The galvanometer 61 is preferably a bilateral deviation instrument with zero in the middle of the scale so that it maintains its indicator needle in a middle position of its dial when the conductor 58 has the potential of earth.
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i the phase relation of the voltages at the output of valves 39 and 39 'differs from a quadrature phase relation the voltage applied to the gate of waltz 60 will be either positive or negative with respect to earth, depending on the direction in which the phase difference has occurred.
This will cause a decrease or an increase in the cathode plate resistance of the valve 60 and accordingly the establishment of a current flowing through the galvanometer 61 in one direction or the other. Thus, a deviation of the galvanometer needle in one direction indicates a phase angle of less than 90 between the outlets of valves 39 and 39 ', while a deviation of the galvanometer needle to the left indicates a phase angle. phase angle greater than 90 between the outputs of these valves.
It has been mentioned in the foregoing to use the receiving equipment described above to warn the pilot of an airplane carrying this equipment if he follows or if he does not follow the route indicated in figure 1 by @ = 0 So that the indication of the center zero of the galvanometer 61 can give this condition it is necessary that the signals, which pass and which are amplified in the low frequency channel of the receiver, are offset by 90 compared to the signals , which pass and are amplified in the high frequency channel of the receiver.
For this purpose, a variable capacitor 67 is connected in parallel with the tuning capacitor 31 associated with the input transformer 3. The setting of the capacitor 67 naturally serves to detune the tuned circuit represented by the winding 30 and the capacitor. 31, but as we know, the importance of the phase shift resulting from this detuning far exceeds the effect of the detuning itself. Thus, phase shifts of 30 to 45 can be produced by adjusting the condensate.
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tor 67 without significantly detuning eircuit 30-31.
It will also be recalled that the frequency of the signals which are developed at the terminals of the circuit 30-31 is quadrupled by the quadruple device 33'-34 '. This quadrupling of the frequency will also have the effect of quadrupling each phase shift, which could be caused by capacitor 67, so that to shift the phase at the output of valve 39 'by 90 from the output of the valve @e 39, it is only necessary to cause a phase shift of 22 1/2 in circuit 30-31.
It is desirable to point out at this time that, as described, the low frequency channel is provided with a 33'-34 'quadrupling device and that the high frequency channel is provided with a frequency doubling device. 33-34, and that the frequency doubling device can be omitted in the high frequency channel and that a frequency doubling device can be employed in the low frequency channel, instead of a quadruple device. frequency .
The essential condition is that the frequency multiplying devices are arranged so that the signals, which are transmitted by the antennas A and 2, are converted into signals of identical frequencies before they are applied to the apparatus. to determine the phase.
In connection with this, it is necessary to observe that the phase difference between the signals emitted by the antennas A and 8 is multiplied in the same way and in the same ratio by the frequency multiplying devices provided in the channels. amplifiers. So by further multiplying the frequencies before applying them to the phase determining device, it can
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be obtained an increase in sensitivity in the indication.
EMI26.1
Briefly summarizing the operation of the equipment described above, antennas A and B are supplied with high frequency currents, of different frequencies but in harmonic relation, which are in phase relation. multiple it with each other. The anergy emitted by antennas A and B is picked up by antenna 1 and applied to input transformers 3 and 5.
One channel of the receiver has the function of receiving, amplifying and doubling the high frequency transmitted by the antenna A, while the other casai has the function of receiving, amplifying and quadruple the low frequency transmitted by the Antenna B. In addition, this low-frequency channel has the purpose of shifting the phase of the signals received by 90 from the signals pass through the other channel, so that when the multiple phase relationship of the signals from the antennas A and B and received by the receiving antenna 1 is @ = 0 the output voltages of the two channels will have the same frequency and will be in phase quadruture with respect to the other.
This will have the effect, by the action of the rectifiers T1 and T2 and of the amplifying valve 60, that the needle of the galvanometer 61 deviates from the midpoint of its scale.
If the pilot deviates from the line @ = 0 the phase relation between the voltages applied to the part of the apparatus used to determine the phase will be modified in a corresponding way and the galvanometer will deviate towards one side. or towards the other, to indicate to the pilot not only that he is "off course", but also in
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which direction it must fly to arrive again on the line "in progress" @ =
Thus, the system which has just been described operates in such a way as to continuously provide the pilot of an airplane with a permanent indication relating to his position in relation to the desired course.
It will be further observed, particularly by referring to FIG. 6 and by comparing the value of the vectors EA and -EA with the vector EB 'that the system is practically independent of the relative strength of the signals emitted by the antennas A and B and received by the receiving equipment. Because of this, it is practically impassive for an enemy to render the guidance system unusable by drawing interference emissions.
It has been discussed in the foregoing that it was only desirable to establish a system in which the path following which the pilot will be guided by the operation of the device can be chosen at will. The figure shows a modified form of receiving equipment which is particularly suitable for such operation.
The circuit shown in Figure 7 is identical to that shown in Figure 5 focused exceptions, which are shown in the following,
It will be seen that the gate and the valve plate 19 'are both connected to earth, through variable capacitors 68 and 69. These capacitors functioned in the same way as that which was previously described in connection with the capacitor. 67¯ to detune the gate and plate circuits of valve 19 'and thus cause a shift in the signals passing through these circuits. Capacitors 68 and 69 are fitted /
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preferably on a common shaft 70, which bears a mark 71 arranged to be moved by hand on a scale 72.
Scale 72 preferably has marks denoting values of # and the calibration is preferably set such that when the mark 71 is placed in a position indicating a predetermined value of #, the galvanometer 61 will indicate zero when the scale is set to zero. The plane follows the course on a line for which # has the predetermined value. As had previously been observed regarding the operation of capacitor 67, the degree of disagreement, which is produced by capacitors 68 and 69, should only be very small. For example, if a setting range of 1800 has been adopted for scale 72, the total phase shift need only be 45 since the phase shift is quadrupled in the quad-range stage.
Since this phase shift is carried out simultaneously in the gate circuit and in the plate circuit of the valve 19, an offset of 22 1/2 is sufficient only for each circuit. This phase shift value corresponds to a negligible degree of detuning of these circuits.
Also shown in Figure 7 is some calibration equipment, which may be employed in combination with the adjustable capacitor 67 to effect phase adjustment of the receiver as may be necessary to ensure that the position of the receiver. mark 71 on scale 72 always corresponds exactly to the real value of /,
which the galvanometer indicates the position "in course"
This calibration equipment preferably comprises a high frequency oscillator represented as a whole by the rectangle bearing the reference number 73.
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Tie of oscillator 73 is coupled via transformer 74 to a frequency doubling stage comprising valves 75 and 76.
The plates of the valves 76 and 76 are connected to each other by a conductor 77 and the valves 75 and 76 are biased so as to produce a blocking such that the voltage established at the conductor 77 with respect to ground comprises a percentage. high voltage, frequencies amounting to twice and also to. four times those produced by the scillator 73.
Conductor 77 is connected to conductor 78 through a filter device comprising capacitors 79, 80 and 81 and resistors 82, 83 and 84. This filter is set to attenuate the second harmonic in a stronger measure the fourth harmonic so that conductor 78 is supplied with a second harmonic voltage and a fourth harmonic voltage, these voltages having substantially the same value.
This conductor 78 is connected to a pair of fixed switch terminals arranged to make contact with a pair of switch levers 87 and 88. Antenna 1 is analogously connected to a switch terminal 89 while levers 87 and 88 are connected to primary windings 2 and 4 of input transformers 3 and 5 as previously described.
When the switch is in the position illustrated in figure 7, the signals picked up by antenna 1 are naturally transmitted to the amplifier in the manner previously described in relation to figure 5. When the switch is placed in a position in which lever 88 makes contact with terminal 85 and lever 87 makes centact with terminal 89, the voltage
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of conductor 78 will be applied to the input of the receiver at the same time as the voltages picked up by antenna 1.
The frequency with which the oscillator 73 operates is chosen such that the two frequencies presented to the conductor 78 are substantially equal respectively to the frequencies emitted by the antennas A and B. As well as when the output of the oscillator 73 and the Antenna 1 are both connected to the receiver, the beat frequency resulting from the mixing of these two energy sources will be indicated by sustained bilateral deviations of the needle of the galvanometer 61.
The frequency of the oscillator is then adjusted to produce a beat substantially equal to zero, and the antenna switch is then placed in a third position in which the lever 87 makes contact with the pole 85 and the lever 88 makes contact. with terminal 86 thus establishing a connection to the output of oscillator 73 only.
The mark 71 is then placed in a predetermined point on the scale 72, such as the point marked by the reference number 72 '. The adjustment capacitor is then adjusted to give an indication "on the way" to the galvanometer 81, for which the mark 71 will indicate exactly on the scale 72 the values of / to which the galvanometer 61 will give an indication, "in transit", when the phase relation of the signals received from the antennas A and B is represented by this value of /.
The position of the predetermined scale indication 72 'is obtained by trial and is the point at which the represented value of / equals the fixed phase relation between the two frequencies developed by the oscillator 73 and the doubling device 75-76 and applied to conductor 78.
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The phase relationship between the second and fourth harmonics of oscillator 73 is a fixed and constant relationship and once determined, this phase relationship can be used to determine the position of the calibration mark 72 '. As a result of this the receiver can of course be set to match the readers of mark 71 on the scale 72 exactly to the "step by step" indications given by the galvanometer 61.
It will be seen that for this reason, the apparatus illustrated in Figure 7 is provided with a device with which the pilot of an airplane can manually move the mark 71 to a position on the scale 72 indicating the value de) 6, which corresponds to the route the aircraft wishes to follow.
After this adjustment has been made the galvanometer 61 will function as described in connection with FIG. 5 to indicate the "horn" position of the airplane and also to signal to the pilot when the airplane is sinking. deviates from the desired course and in which direction it must steer the aircraft in order to return it to the desired course.
It will naturally be understood that for convenience it will probably be preferable to calibrate the scale 72 by means of compass signs corresponding to the direction of the different paths indicated by the lines of the field drawing illustrated in figure 1 so as to avoid the birth - cessation of translating a given compass course into a given value of / and then placing the marker 71 at this value of /. If the scale 72 is properly calibrated, it can be mounted in a position indicating the desired compass direction of the course and to. at this time, the galvanometer 61 will indicate the "en route" position when the aircraft follows this compass route.
It will be seen from the above that the system functions
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works so as to produce a field pattern comprising lines extending radially outwardly formed by the bonding of all points of a predetermined phase relationship between the signals transmitted by two or more antennas.
Although the field drawing in question is formed by lines of a phase relation of the same value, it will be appreciated that these "lines" really represent a horizontal section of the field, which field is in fact characterized. by hyperbolic surfaces, which constitute alternating electric surfaces of displacement on which the phase relation is the same. Where equal phase "lines" have been discussed in the foregoing, it has been intended to denote that part of the phase-equal displacement surface over which the airplane or other vehicle advances.
It will also be noted that the system comprises receiving equipment making it possible to receive these signals separately, to determine their phase relation and to signal this by means of indications from an indicating instrument translating the position of the airplane by. in relation to the route we want to follow.
Attention is drawn to the fact that the operation of the system is almost entirely independent of the relative strength of the signals, so that it is extremely difficult for an enemy to render the system inoperative by means of of broadcasts creating interference.
It will also be seen that the system can be used to steer an airplane in a certain direction chosen by the compass and that the course to be followed by the airplane can be determined by adjustments, which are made only in the mounted receiver equipment. in /
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the aircraft, which distinguishes the present system from the commercial system currently in use, operating with equal signals and in which a change of course exceeding 10 or 15 can only be effected by changing the geographical location of the transmitting antennas.
Attention is further drawn to the fact that the use of an indicator circuit of the type following the Wheatstone bridge for the galvanometer 61 causes the latter to become extremely sensitive to the variations in output voltage produced by the galvanometer. part of the device used to determine the phase. As a result, the indication becomes extremely sensitive, which allows the pilot of the airplane to follow the desired course very closely.
In addition, since the magnitude of the supply voltage which is applied to the indicator circuit is determined by the magnitude of the voltages applied to the rectifying valves T1 and 2 and the phase relationship between these voltages will find that additional sensitivity may be. obtained by further amplification of the sigmas before they are applied to the rectifier valves. This result cannot be obtained with the equal signal system in which the distinctive difference between the two received signals is a proportional difference which cannot be modified by amplification of the signals.
Although it has been mentioned in the foregoing of a particular use of the system to aid the navigation of airplanes, it will be understood that the system can be used with equally favorable results for guiding other forms of vehicles or convoys, which move either on land or on water.
Referring now to the arrangement shown in Figures 8 and 10, it will be seen that three antennae sd'-
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sission A, B and C or other devices for the emission of high frequency electric energy are arranged in a straight line the antennas A and B being separated by a distance S, with the antenna C located in the middle between antennas A and B. The radial lines indicated in figure 8 are intended to illustrate the drawing of the field which is produced by the simultaneous operation of antennas A and B at the same frequency, each of these lines representing the location of all the points in which the phase relation between the signals sent by the antennas A and B is constant.
The digital values shown in Figure 8 represent the phase relationship between the signals when the distance S is equal to one wavelength and the antennas A and B are operating out of phase. With reference to FIG. 8, it will be seen that the lines of constant phase relation are, as in the system described above, straight, with the exception of the parts which are contiguous to the antennas A and B, these parts having a hyperbolic form.
In figure 8 is shown an airplane P, advancing outwards along a line of the field drawing corresponding to a phase difference of 1800 between the signals emitted by the antennas A and B. The diagram represented by figure 10 is plotted on the assumption that the aircraft P is located at a sufficiently large distance from the antenna C for the spacing S between the antennas A and B to become negligible with respect to the latter. This distance is indicated in Fig. 10 by the arrow designated by the reference letter R. Similar arrows R1 and R2 are used to indicate the length of the lines traced from the plane P to
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antennas A and B respectively.
If the distance R is large compared to the distance S, the lines R1 and R2 will be parallel and of equal length, so that the signals emitted at a given instant by the antons A and B, will arrive at the same time. at the location of the plane P and will therefore have the same phase relation that the signals had when they were emitted by the antennas A and B. If, however, the plane P is angularly displaced around the antenna C at an angle a, the broken lines R ', R1', and R2 'will represent the direction and lengths of the lines drawn from the aircraft to the antennas C, A, and B, respectively. The lines R1 'and R2' can be assumed to be parallel, each forming an angle a with the lines R1 and R2.
It will be noted, however, that the distance Rl 'from the airplane P to the antenna A is greater than the distance R' from the antenna to the airplane P, by a length indicated in FIG. 8 by the dimension line d. Similarly, the distance R2 'between the airplane P and the antenna is reduced by the distance d. For this reason the airplane P is at a greater distance from the antenna A than from the antenna B, the difference in its distances being 2d. This has the effect that the signals emitted simultaneously by the antennas A and B will reach the aircraft P at different times, the signal emitted by the antenna B arriving first.
If the distance 2d is measured in wavelengths, the temple difference of the arrivals can be expressed in electrical degrees sum being equal to 720d. The distance d is in turn equal to S sin a
2 Therefore, the phase angle between the signal emitted by the antennas A and B at the location of the airplane P can be expressed as
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EMI36.1
: Q t 36t S sin where 8 is the phase relation between the signals at the antennas.
It is necessary that the antennas A and B operate in such a way that a line extending outward from the antenna C to the chosen target is represented by a line along which or * 1800 With the arrangement shown in figure 8 this was done by placing the antennas A and B at a distance S from each other S being equal to one wavelength and making @ = 1800
In figure 9 it is shown with the help of a vector diagram the phase relation between the signals emitted by the antennas A and B. In figure 9 it has been assumed that the current in the antenna A is shifted forward with respect to the current in antenna C by 90 while the current in antenna B is shifted backward with respect to the current in antenna C by 90.
Thus, the vectors designated by the reference letters A and B represent the phase relation between the signals transmitted by the antennas A and B and also represent the phase relation between these signals at any point on the line)! Her !:. 1800
If the plane P was moving clockwise around the antenna C, the angel # would decrease and the phase of each of the signals received from the antennas A and B can be represented by the rectors A 'and B '. It will be observed that the resultant of these signals is that indicated by the vector A '+ B' and that the phase angle X between this resultant and the vector C is 1800.
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On the other hand, if the airplane P moved in an anti-clockwise direction around the antenna C, from the position shown in figure 8, the angle 0 would increase to a value exceeding 1800 and the phase relation between the signals at the point of the aircraft can be represented by the vectors A "and B" in broken lines.
The result of these two vectors is the vector A "+ B", and in this way, the phase angle X between this vector and the vector representing the signal emitted by the antenna C, is equal to zero degrees.
Thus, the phase relation between the resultant signal produced by the simultaneous operation of the antennas A and B and the signal produced by the antenna C will be either 1800 or zero degrees, depending on whether the plane P is located at one side or the other side of the line 1800.1'en by @@ urs ".
This situation is illustrated in the graph represented in FIG. 11 in which the values of the angle X are plotted as ordinates and the values of the angles a and) are plotted sum abscissa. It will be seen that in the zone located on the left side of the line, a is equal to zero degrees, 0 is equal to -180, X has a constant and invariable value of 1800, while in the n located to the right of the line a is equal to zero degrees, is t equal to -180, X to a constant and invariable value of zero degrees.
It will also be noted that the passage of the angle iL from 180 to zero degrees is extremely abrupt and occurs precisely at the line, a equal to zero degrees, 0 equal to -180.
This phenomenon can be exemplified to aid the navigation of the airplane P along a line "in parries" by providing on the airplane P a device to receive the resulting signal produced by the simultaneous operation of the antennas A and B and a device that can separately receive the transmitted signal
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by the antenna. If the phase between these two received signals is compared and signaled, we will have obtained an indication of the position of the airplane P with respect to the line “in route”.
It will be understood, of course, that the vector diagram represented by figure 9 is based on the assumption that the antenna C operates at the same frequency as that of the antennas A and B. It will further be understood that under these circumstances it would be practically impossible to receive the signals emitted by antenna C separately from the signals received from antennas A and B.
For this reason the antennas A and ± operate at a frequency, which is in harmonic relation with the frequency with which the antenna C operates. By doing so, a high frequency receiver in the plane P will be tuned to the frequency of the A + B signals and another can be tuned to the C signal frequency, thus providing an easy way to receive these signals separately.
This operation of the antennas A, b and C can be realized so that a multiple phase relation is maintained between the signals transmitted by the antenna C on one side and the signals transmitted by the antennas A and B of the 'other side. it is sufficient to note at this point that the desired phase comparison between the signal A + B on one side and C on the other side, can be made by multiplying the frequency first / appropriately sinal C, to bring it to a frequency equal to that of signal A + B.
In FIG. 12 is illustrated one form of a device for receiving and for comparing the phase, which is particularly suitable for receiving signals A + B and and and for giving a visible indication of the phase relationship between these signals. In this figure, the circuits of ohauf-
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fage employed for thermionic valves have been omitted as well as circuits supplying the potential to the screens and plates of the valves, since these circuits do not form a part of the present invention and many well known forms of supply circuit can be. successfully employed for this purpose, As in the system described above,
the circuits for supplying the screens are indicated by an arrow ending with the sign S * while the circuits for supplying the plates are indicated in a similar way by arrows ending with the sign B +
In Figure 12 is shown the receiving equipment comprising two high frequency amplifier channels, both of which are connected to a suitable receiving antenna 101 carried by the air P. The antenna 101 is connected to a primary winding 102 of an input transformer 103, the primary winding 102 of which is also connected in series with the primary winding 104 of a second input transformer 105, the two transformers 103 and 105 being associated respectively with the two amplifier channels to.
high frequency, referred to in the following as the upper channel and the lower channel,
The upper amplifier channel comprises the amplifier valves 106, 107 and 108 which are connected to form a three-stage high frequency amplifier, the signal being sent to the amplifier by a secondary winding 109 of the input transformer 103 and the output being connected. to the primary winding 110 of a coupling transformer 111.
The purpose of the coupling transformer 111 is to pass the signal to a frequency doubling stage comprising the valves 112 and 113, connected to transmit /
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at the primary winding 114 of a coupling transformer 115 a signal whose frequency is twice that of the signal amplified by the tubes 106, 107 and 108.
The output of the coupling transformer 115 is conducted to an amplifying valve 116, the operating current of which manifests itself at the terminals of the primary winding 117 of a transformer.
Similarly, the lower channel comprises the valves 118, 119, 120, 121 and 122 connected together to form a five-stage high frequency amplifier in which signals are sent from a secondary winding 123 of the input transformer lu5 and whose output current is manifested at the terminals of the primary winding 124 of a primary transformer.
The upper channel is tuned to the frequency of the signals emitted by antenna C, while the lower channel is tuned to the frequency of the signal A + B. The lower channel is intended to operate normally with maximum amplification since the resulting signal A + B is usually relatively weak in intensity when the aircraft is near the "course%." Line. appropriate manual adjustment including resistors 125 and 126 to vary the bias of the gate of one or more of the amplifier valves 118-122 can be employed to reduce the amplification in cases where the plane P deviates so far from the line "in course" that the signal A + B has an important value.
The upper channel is preferably provided with an automatic volume control for the purpose of ensuring a substantially constant signal power, this automatic volume control comprising a diode element associated with the valve 116 and connected to provide a negative veltage to the valve. bar RAV 127 and who is
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proportional to the strength of the signal present at the terminals of winding 117. Bar 127 can be used as a ground return for the gates of one or more of the valves 107-108 and operates in this manner. vary the gate polarization of these valves and the amplification of the amplifier.
This variation is chosen so as to produce a signal which is substantially constant at the terminals of the winding 117 independently of the variations in the strength of the signal picked up by the antenna 101.
The coupling between the stages, employed in the two amplifier channels and the various means used to maintain an adequate phase stability. in each of the amplifier channels, are similar to those described in connection with the first arrangement. The instants of the various components of the circuits are chosen so as to produce a minimum phase shift of the signal as it passes through the amplifiers as well as to produce as large a shift as possible. phase in one of the amplifiers corresponding to the phase shift in the other amplifier.
The upper channel is preferably provided with a phase shift device comprising a small variable capacitor 128 connected in parallel with the secondary winding 109. This capacitor can be used to slightly detune the input circuit of the input circuit. valve 106 to thereby achieve a relatively large phase shift. of the signal applied to the gate of this valve. As previously observed, the phase of the signal can be shifted by a significant angle without significantly compromising the tuning of the input circuit. Capacitor 128 is normally set to provide a signal at the output, which is virtually
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in phase with the output signal produced by the lower channel.
This capacitor has a different function from that of capacitor 67 in Figure 5. In Figure 5 the signals applied to the discriminator are quadrathase for the zero indication and there is a left or right indication. by a change in this phase relation. In Figure 12 the signals applied to the discriminator are at all times in phase or out of phase. The zero indication in this case is produced by a signal strength of zero.
The primary winding 117 of the transformer is arranged to work in concert with a secondary winding 129, one side of which is connected through a conductor 130 to the plates of a pair of rectifying valves T1 and T2. . The other side of the winding 129 is connected via a conductor 131 to earth through a resistor 132, this end point preferably being provided with a bypass capacitor 133.
Similarly, the primary winding 124 of the transformer is arranged to work in concert with the secondary windings 134 and 136, the inner ends of these windings being interconnected through a capacitor 136 and connected to earth by a conductor 137.
The outer terminal of the coil 134 is connected to the cathode of the valve T1 while the outer terminal of the coil 135 is connected to. the cathode of the T2 tube. As indicated above the inner terminal of the winding 135 is connected to earth through the conductor 137 while the inner terminal of the winding 134 is connected through the intermediate.
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diary of a conductor 138 through a resistor 139 to the aforementioned conductor 131. The conductor 138 is also extended and connected to the gate of an amplifying valve 140 through a blocking resistor 141.
The operation of this part of the apparatus can be best understood by referring to the vector diagram shown in figure 13. In this diagram, the vector EC is taken as a reference vector and represents the voltage produced by the reception of the signal emitted by antenna C and occurring at the terminals of winding 129. The vectors indicated by the reference letters EAB and -EAB represent respectively the voltages occurring at the terminals of windings 134 and 135 and produced by the reception of the resulting signal. emitted by antennas A and B.
It should be remembered that the goal to be achieved is the adjustment of the capacitor 128 so that the vector EAB is placed in a position in phase with the vector EC. However, a slight phase shift has been introduced in the diagram of the Figure 13 in order to separate the vectors to show more clearly the relations between the vectors.
It will be seen that the voltage, which is applied between the cathode and the plate of the rectifying valve T1 is the vector sum of the voltages EC and EAB 'this vector sum being represented by the vector ET1' while, the voltage which is applied between the plate and the method of the rectifying waltz T2 is the vector sum of the voltage EC and - EAB 'this vector sum being represented by the vector ET2.
It will be noted that ET1 exceeds ET2 which has the effect that the direct current flowing through the valve T1 will exceed in magnitude the direct current flowing through the valve T2. Therefore, a DC voltage drop will be produced in /
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the resistor 139 which exceeds the corresponding DC voltage drop produced in the resistor 132, these resistors preferably having an equal value so that the voltages produced across these resistors will be in the same ratio as the ratio of the vectors ET1 and ET2.
It will also be seen that the direct current which travels through the rheostats 132 and 139 travels through these resistors connected in series in opposite directions, ie from the free ends to the interconnected ends thereof. The result is that the polarity of the voltage produced across these resistors is opposite, so that the voltage measured between conductor 138 and earth represents the differences between the voltages produced awc across resistors 132 and 139.
When the conditions are as those shown in Figure 13; that is, when the voltage produced across resistor 139 exceeds that produced across resistor 132, conductor 138 will have a positive potential with respect to earth.
This corresponds to the situation, which arises when the airplane P is on the right side of the line, a equal to zero degrees, 0 equal -180, conditions in which t EAB is substantially in phase with ET1 Si, however, l The plane P is moved to the other side of the "en route" line the angle X will suddenly change from zero to 180, which results in the *% and -EAB vectors in Figure 13 swapping their positions so that KT2 will exceed ET1. This will cause the relative values of the DC voltages to be inverted across resistors 132 and 139 so that conductor 138 will become negative with respect to earth.
Thus, the polarity of the voltage is presented
AT
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both on conductor 138 indicates on which side of the "en route" line the aircraft is located.
In order for this pulsed voltage to be signaled by visual indication, it is applied to the gate of valve 140 through resistor 141. Valve 140 is connected in an indicator circuit with a galvanometer or other device. visible reading 142, the indicator circuit, which is shown in Figure 12 being identical to that, which is shown in the tooth arrangement discussed previously and to which reference is made for a detailed explanation of how the indicating device is working.
It may be noted briefly that the galvanometer 142 is connected as a device capable of indicating the state of equilibrium in a Wheatstone bridge circuit, where three of the four resistors are fixed, while the element forming the fourth resistance is formed by the cathode plate resistor of valve 140. This valve is normally biased to operate on the straight line portion of the grid voltage-plate current characteristic, so that if the voltage across conductor 138 changes polarity, positive with respect to earth to negative with respect to earth, the plate-cathode resistance of the valve 140 will be changed correspondingly.
The resistors / values chosen for the Wheatstone bridge circuit are such that galvanometer 142 is at zero point in the middle of the scale, when the gate of valve 140 is held at ground potential. Thus, if the voltage on conductor 138 becomes either positive or negative, a deviation to the right or to the left will occur at the galvanometer.
Indicator
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142 thus provides a visible indication relating to the position of the airplane P with respect to the “en route” line and on. will find that the only time at which galvanometer 142 can indicate zero is when plane P is exactly on the "en route" line - at which time the voltages EAB and - EAB are equal to zero, ET1 and ET2 being all two equal to EC and conductor 138 being at earth potential
The indicator circuit, which is to be described, is extremely sensitive, this extreme sensitivity being due to the fact that the signals, which are applied to the phase discrimination circuit,
produce an abrupt change from an in-phase to an out-of-phase position of the valves T1 and T2 as a result of the movement of the aircraft P from the side of the "on-route" line to the other side.
As an example of the sensitivity, which can be obtained by the system, it is assumed that the antennas A and B are separated by a distance equal to six wavelengths and that the intensity of the radiation emitted by the antennas A and B is five times that emitted by antenna C. It is also assumed that a voltage difference between ET2 and ET1 of figure 13 equal to EC is sufficient to produce a deviation on the whole scale of the galvanometer 142, and that a deviation of ten percent of the full scale will provide the pilot of the aircraft with a clear indication whether he is following or not following the "en route" line.
Assuming that the line "in course" is that for which # equal to -180, a equal to 0 -00 ', an actual indication of ten percent deviation of the full scale of galvanometer 142 will be produced by the displacement of l 'plane in a route in which a is equal to 0 -01', if the two received signals are amplified equally.
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To assess the degree of this sensitivity, it is assumed that the beaconing system is mounted in London in such a way that the "en route" line equal to 0 -00 'extends towards the city of Berlin approximately six miles away. hundred miles from London. The zone "in course" or the zone in which it will be difficult for the pilot to realize exactly if he is or if he is not on the right side or on the left side of the line "in course is a zone angular having an angular width of 0 -02 '. This angular zone is about one third of an English mile wide within a six hundred mile radius or will be able to guide a bombardment plane from London to Berlin with an accuracy of 'approximately four blocks from town.
The foregoing description has been based on the assumption that antenna C operates in such a way that the current therein is shifted forward with respect to the current in antenna B to the same extent as it is shifted forward. The purpose of this was to produce a phased relationship between the + EAB and EC voltages.
It will be seen, however, that this phase relation between antenna C and antennas A and B is not really a necessity since capacitor 128 allows adjustment of the phase between the signals to bring + EAB and EC in a phase relationship with each other. The real need is to maintain phase stability such that the @ = 180 line is always on the "traveling" line and EC does not deviate much from the phase relationship with EAB.
It will be seen from the foregoing that a wave steering system is provided which aims to establish /
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draw a line "in route" representing the boundary between adjacent areas in which the phase relation between two separate and distinct wave signals is exactly in opposition to the phase relation of those signals in the other area .
It will also be noted that a new reception and indication device is provided, which is capable of informing the pilot of an airplane or of another vehicle by a visible indication of the situation of the airplane or of the vehicle. in relation to this line "in route".
While it has been referred to in the foregoing of a line "running" as being "a line" and the aomal field drawing being composed of lines of a constant phase relation it will be appreciated that these " lines "really represent a horizontal section of the field and that this field is in fact characterized by hyperbolic surfaces. It will also be understood that the "line" discussed as the boundary between the opposing phase relationship areas is not actually a line but a surface which constitutes the boundary between opposing phase relationship areas of three dimensions.
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.