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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE RADIO-BALISES
La présente invention se rapporte à des perfectionne- ments aux systèmes de radio-balises et, de façon générale, à des dispositions en vue de la communication d'une différence de phase en soi, ou en tant que représentative d'une quantité ou d'une mesure, à un appareil récepteur. Elle est particulière- ment applicable aux systèmes de radio-balises et aux récepteurs qui leur sont associés dans le but de déterminer le relèvement de ces derniers par rapport à la balise.
Les systèmes conformes à l'invention et destinés à communiquer une différence de phase entre deux ondes comprennent notamment, selon une forme de réalisation de l'invention, des moyens de transmission sur une voie unique de deux ou de plus
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@de deux ondes, en périodes successives et, de préférence, à un rythme périodique prédéterminé.
Au moins deux de ces ondes sont de même fréquence et diffèrent en phase au récepteur de la quantité à communiquer. Le système comprend encore la réception des ondes émises sur deux voies présentant un retar- dement différentiel de valeur telle que les périodes de durée des ondes de fréquence égale sur les deux voies se recouvrant à la sortie desdites voies, pour une partie au moins de leurs périodes et l'on mesure la différence de phases entre les ondes, dons les parties de recouvrement desdites périodes.
Dans l'application de l'invention à un système de radio-balise destiné à la détermination de relèvements, on obtient la différence de phase entre deux ondes de fréquence égale grâce à l'émission d'une haute fréquence par un système d'antennes non directif, de sorte qu'à un instant quelconque, la phase du champ varie progressivement en direction radiale en restant constante sur une circonférence dont le système d'émission est le centre. Une haute fréquence estégalement transmise à partir d'un système d'antennes tel qu'un système Adcock, par exemple, dans lequel, à un instant quelconque, la phase du champ varie progressivement le long d'une circon- férence ayant l'antenne comme centre. Les deux systèmes émetteurs sont coaxiaux.
Un seul système rayonne à la fois, mais les sytèmes d'antennes sont manipulés par le même disposi- -tif d'émission, alternativement ou selon toute autre séquence rythmique. De la sorte, un récepteur en un point quelconque autour des systèmes transmetteurs d'antennes reçoit les ondes déphasées d'égale fréquence en périodes successives et la dif- férence de phase entre les deux champs dépend de la position angulaire du récepteur.
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Dans l'application de l'invention à un système radio- électrique destiné à définir une route, par exemple une route d'approche sans visibilité, les systèmes d'antennes sont prévus à une certaine distance l'un de l'autre et ils sont disposés de manière à ce que leurs distributions de radiation se recou- vrent et ils émettent pendant des périodes de temps qui ne se recouvrent pas, des ondes de fréquence égale. Il est prévu un récepteur à deux voies électriques présentant une différence de retardement, de sorte qu'à la sortie de ces deux voies, les ondes des deux systèmes d'antennes se recouvrent pendant au moins une partie des périodes d'émission. Il est également prévu un dispositif de mesure de phase auquel on applique les énergies provenant de ces deux voies.
Une voie est définie par une différence constante des ondes à la sortie de ces deux voies, pendant les périodes de recouvrement. On remarquera qu'un tel système d'émission est utilisable dans le système d'approche sans visibilité, maintenant bien connu, comportant l'utilisation de distributions de radiation directives se recouvrant, avec manipulation alternée à l'émetteur, de manière à produire, dans l'espace des champs de recouvrement, un signal continu d'amplitude constante.
Conformément à une caractéristique de l'invention, cependant, la route est définie par la différence de phase constante des ondes provenant des deux systèmes d'antennes.
Cette différence de phase est causée par la différence entre les distances séparant le récepteur des deux systèmes d'anten- nes émettrices.
Il est prévu au récepteur deux voies électriques de retardement différent, pouvant comporter dans l'une d'elles, un i éseau de retardement. Les signaux reçus sont appliqués
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aux deux voies de façon telle qu'à leurs sorties, les signaux transmis alternativement se recouvrent dans le temps et puissent, de la sorte, être comparés l'un à l'autre, pour mesurer leur déphasage.
Au moyen des dispositions conformes , certaines caractéristiques de l'invention, on peut obtenir une indication simple des relèvements sur l'oscillographe à faisceau cathodique (ou de toute autre quantité représentée par la variation de phase) avec l'avantage particulier , qui sera montré ci-après, qu' on peut prévoir une indication permanente montrant que l'appareil récepteur n'introduit aucune erreur .
La stabilité de l'ensemble du système est très élevée, une source unique d'ondes entretenues à fréquence stable étant seule nécessaire comme émetteur. Il n'y a aucune exigence en ce qui concerne une vitesse précise ou le rythme de la manipulation de l'émetteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui repré- sentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ladite invention.
La figure 1 représente un système de radio-balise uti- lisable pour la mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 2 et 3 se rapportent à deux systèmes récep- teurs utilisables dans le même but.
La figure 4 donne, de façon schématique, des exemples de divers rythmes qu'on peut donner :. l'émission des ondes et à leur effet sur le récepteur.
A La figure I, le système d'antennes est un système Adcock classique, composé de quatre antennes verticales, dans lequel la paire d'antennes Nord-Sud es reliée de manière à ce que les deux antennes qui la constitue rayonnent en opposition de phase. Il en est de même de la paire d'antennes Est-Ouest. Un réseau de
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@ à déphasage est connecté entre N-S et E-0, de manière ce que, quand tout le système est excité, N-S et E-Ô sont excités également en quadrature. La cinquième antenne V n'est pas dirigée et elle est placée au centre du système Adcock. Un os- cillateur stable C est manipulé en K alternativement vers N-S-E-0 et vers V.
Les deux systèmes N-S-E-0 et V rayonnent un diagramme de champ circulaire, mais le champ rayonné par V ne présente, pas de déphasage le long d'une circonférence dont le centre est à l'an- tenne V, alors que le système N-S-E-0 présente un déphasage pro- gressif le long d'un tel cercle, suivant le relèvement par rapport à l'émetteur.
On s'arrange pour que les deux systèmes donnent la même phase dans une direction particulière, par exemple celle du Nord.
Dans toutes les autres directions, la manipulation de l'émetteur de l'un à l'autre des systèmes d'antennes produit un saut de phase dont la valeur est exactement égale au relèvement par rap- port au Nord.
Lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur assez basse pour produire une balise conforme à l'invention, il n'est pas néàessaire de rien ajouter au système de la figuré 1. La comparaison de phase entre les deux émissions se fait à basse fréquence, après obtention des signaux de battements au récep- teur. Toutefois, lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur élevée, ou quand le système doit être utilisé par des récepteurs mobiles à grande vitesse, il est nécessaire de faire au récepteur une addition et ceci, pour la raison suivante.
La phase de chaque émission tourne de 360 degrés pour chaque longueur d'onde de déplacement du récepteur vers l'émet- teur ou en s'éloignant de lui. De façon générale, le déplacement du récepteur produit une fréquence due à l'effet " Doppler", qui s'ajoute ou se retranche de la basse fréquence, ou fréquence de
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battements résultant du système hétérodyne. Le saut de phase à la manipulation est encore correct, mais le fait que la fré- cluence de battements est variable occasionne une certaine diffi- culté dans la mise en oeuvre de la Méthode de l'invention qui va être décrite, en ce qui concerne la mesure de chase, à cause de le. variation de déphasage avec la fiéquence dans le réseau de retardement.
Par conséquent, pour l'utilisation sur les très hautes fréquences, on devra employer un second oscillateur rayonnant, dans toutes les directions, une onde entretenue pure qui produit, en combinaison avec la radiation excitatrice, un signal stable de battements à basse fréquence dans le récepteur. On peut noter que la phase de la fréquence de battements varie, avec la distan- ce à partir de l'émetteur, de 2 # radians seulement pour une longueur d'onde de ladite fréquence de battements, c'est à dire que le déplacement du réceteur produit une petite variation correspondante de la fréquence reçue, mais que la rotation de phase consécutive au relèvement est la même que pour l'émission originale à haute fréquence.
Le récepteur est de construction normale jusqu'à l'am- plificateur à basse fréquence. Le signal à basse fréquence peut être produit par les battements entre deux oscillateurs, à l'é- metteur, lorsqu'on utilise, comme ci-dessus décrit, une haute fréquence de valeur élevée, ou en faisant battre, au récepteur, la haute fréquence d'un oscillateur unique situé à l'émetteur, lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur basse.
A la figure 2, le signal à basse fréquence, qu'il soit produit par battements à l'émetteur ou au récepteur, est soumis à quelque filtrage, pour supprimer les courants de bruit et les harmoniques produits par le détecteur et l'énergie de sortie du filtre, que l'on suppose contenue dans le récepteur représenté
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par le rectangle LF, est appliquée à deux voies dont les retar- déments sont différents. Ceci peut être obtenu comme représenté, en intercalant dans l'une des voies un réseau à retardement DN.
L'énergie de sortie de LF est donc appliquée à la voie n 1 direc- tement et à la voie n 2, à travers le réseau DN. Le relèvement peut être enregistré sur un phasemètre dynamométrique mécanique, sous forme d'une mesure de la différence de phase entre les deux energies de sortie, ou bien encore, il peut être enregistré sur un oscillographe à faisceau cathodique, par une mesure de phase analogue, selon une quelconque- des méthodes disponibles. On a représenté en CR à la figure 2 un oscillographe à faisceau cathodique.
La valeur du délai fourni par le dispositif à retar- dement DN est suffisante pour garantir que les deux énergies de sortie simultanées peuvent, à certains moments correspondre-- à des radiations qui ont été émises en des temps différents, à partir des différents systèmes d'antennes de la station terrestre.
On montrera plus loin que, par un choix convenable du retardement et du rythme de manipulation particulier à l'émetteur, cette condition peut être remplie à certains moments, de manière à fournir l'indication de relèvement et, à certains autres moments, une indication de " Nord " ou toute autre indication d'étalonnage En pratique, le dispositif à retardement DN peut être constitué par environ huit circuits couplés en cascade, chacun d'eux accor- dé à la fréquence de la note de battements.
Si on se reporte à la figure 4, on y trouvera l'éxpli- cation de cette condition. Sur cette figure, on a représenté l'effet obtenu par l'utilisation de différents rythmes de manipu- lation, pour la commutation de l'émetteur de l'un à l'autre des deux systèmes d'antennes A et B. Dans les différentes représen- tations uudit rythme, un espace A représente la période de l'une
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des fréquences transmises, l'espace B, la période d'une Séquence égale de phase différente, telle que reçue, et C correspond à l'absence de transmission, ou à une transmission sur une autre fréquence.
La première rangée d'espaces A-B représente le rythme des ondes reçues sur la voie non retardée et la seconde rangée u'espaces représente le rythme sur la voie retardée. La troisième rangée représente l'indication obtenue. Quand deux espaces A, ou deux espaces B, se recouvrent, on n'enregistre aucun déphasage entre les ondes sur les deux voies à l'instant considéré, et, de la sorte, on obtient une indication de la direction de référence, puisque les phases égales ne se produisent, corrune indiqué plus haut, que dans ladite direction de référence. Un déphasage n'est indiqué que lorsqu'une émission représentée par A se recouvre, au récepteur, avec une ér.iission représentée par B.
(CI) la figure 4 représente des périodes de manipulation égales pour les deux antennes et elle suppose 1'utilisation d'un réseau à retardement fournissant un retardement égal à la période de connexion de l'une des antennes. Le récepteur reçoit ici #, le relèvement et également - #.
(b) la figure 4 représente la même émission que (a), mais avec une diminution de la différence de retardement au récep- teur . On obtient l'indication zéro, c'est à dire aucun déphasage entre les ondes, pendant le temps où les périodes A.A. se recouvrent et c'est l'indication pour la direction de référence, dans laquelle les phases des émissions dirigée et non dirigée coïncident c' es t à dire de la direction !Tord. + Q et - # sont également enregistrés, comme on le voit, grâce au recouvrement de A et de # qui donne + # et de B et de A, qui donne - #.
(c) la figure 4 montre ici un autre rythme de manipu- lation et un autre retardement, donnant seulement le relèvement #.
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(d) et (e) figure 4, donnent N et #. L'indication "Nord" doit coïncider avec la position de déphasage nul de l'indicateur et, ainsi, elle sert de vérification permanente du réglage correct ou non, du récepteur. En pratique, une petite commande de phase est prévue au récepteur, pour permettre d'aligner exactement l'indication N sur le zéro, ou sur la marque N de l'échelle de l'oscillographe à faisceau dathodique.
(f) à la figure 4 montre le rythme de manipulation et le retardement de (c); mais avec une interruption périodique de ma- nipulation, pour augmenter la durée de l'émission A, qui peut être utilisée pour le réglage d'étalonnage au réglage Nord. Quand la manipulation recommence, on n'enregistre plus que Q.
La comparaison de phase peut se faire sur un phasemètre dynamométrique, en appliquant l'une des énergies de sortie à la bobine exploratrice du phasemètre l'autre énergie de sortie étant scindée en courants diphasés (en quadrature) pour alimenter les deux enroulements fixes. Cet ce méthode peut être utilisée pour fournir une indication lente, mais avec une excellente suppres- sion du bruit correspondante. Il n'est, toutefois, pas possible de prévoir la marquage d'étalonnage, ou Nord, simultanément avec le relèvement.
La figure 2 se rapporte à une disposition de mesure de phase sur un oscillographe à faisceau cathodique. Une des énergies de sortie, par exemple celle de la voie n I de l'amplificateur LF à haute fréquence basse du récepteur est scindée en ¯deux pha- ses, au moyen d'un déphaseur PS et appliquée aux plaques dévia- trices de l'oscillographe, de manière à produire sur l'écran une trace circulaire. Le faisceau est, par exemple, en face de la plaque déviatrice supérieure verticale quand l'onde de IF passe par zéro en augmentant.
La sortie de la voie n 2, qui comporte, comme indiqué précédemment, le réseau de retardement DN, est
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soumise à l'action d'un limiteur LI, de manière à donner naissance à une forme d'onde rectangulaire dont le flanc avant coïncide avec l'instant où l'onde originale passe par zéro, en augmentant.
Cn fait -lors passer cette onde dans un filtre passe-haut F, de manière à produire une succession d'impulsions brèves, positives et négatives, se produisant respectivement aux flancs avant et arrière de l'onde rectangulaire. Un limiteur unidirectionnel L2, par exeml,le sous forme d'un élément redresseur uni ue, supprime alors une impulsion sur deux (par exemple la, positive) etles impulsions négatives restantes sont appliquées à une électrode de commande CE de l'oscillographe à faisceau cathodique, de ma- nière à le mettreau point et à produire un spot brillant, ou à une électrode accélératrice d'électrons,
douanière à produire un crochet brusque dans la trace circulaire, par modulation de la sensibilité de déviation, à la manière connue. Ainsi, la position du spot, ou du crochet correspond à l'instant où l'onde de la voie n 2 passe par zéro et sa distance angulaire à partir de la plaque verticale du haut est une mesure du déphasage entre les ondes des voies n 1 et n 2.
Une autre disposition pour l'indication par tube à faisceau cathodique est représentée à la figure 3. Elle présente des facilités pour le fonctionnement rapide ou lent, avec un rapport signal-bruit élevé à la position " lent ". ;les détecteurs différentiels représentés en D1 et d2sont utilisés. Ici, la fréquence de battements à basse fréquence est appliquée au moyen d'un transformateur T, comportant un primaire P et trois secon- daires SI. S2. S3 à un réseau de retardement DN, connecté à l'enroulement secondaire S2et elle fournit aux détecteurs diffé- rentiels D1.
D2. leurs énergies d'entrée en push-pull; Les tensions de référence, appliquées en parallèle aux détecteurs, sont obtenues directement, sans retardement, à partir des enroulements secondai- res SI et S3.
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Lesdits détecteurs différentiels D1. D2 ne diffèrent l'un de l'autre qu'en ce que les deux énergies d'entrée des deux voies de signal non retardées ND1 et ND2 sont appliquées en quadrature l'une par rapport à l'autre. Cette quadrature est obtenue en intercalant, dans l'une des 'voies non retardées ND2 un déphaseur TS, qui déplace la phase sur cette voie de 90 degrés par rapport à la phase sur l'autre voie.
Si l'on fait ces énergies d'entrée "en parallèle" grandes par rapport aux énergies d'entrée en push-pull, les énergies de sortie à courant continu des détecteurs différentiels sont proportionnelles à la quantité de signal en push-pull en phase (+) ou en opposition de phase (-) avec la tension de référence en parallèle correspondante d'entrée. Avec seulement des signaux sur les voies non retardées ND1 et ND2, le spot cathodique ne dévie pas de sa position centrale, car il n'y a pas de différence de potentiel aux bornes des résistances R5 et R6, mais, quand le signal retardé (sur la voie en push-pull) est ajout-6, une différence de potentiel prend naissance aux bornes de R5et aux bornes de R6.
Ces différences de potentiel sont appliquées aux plaques déviatrices de CR, mais, à cause du déphasage de 90 dans ND2, ces forces déviatrices diffèrent, suivant la différence de phase des ondes sur la voie retardée DN et sur les voies ND1 et ND2. Ainsi, le spot se déplace le long d'une ligne radiale,' suivant le déphasage entre les ondes de fréquences égales sur les voies retardés et non retardées.
De la sorte, on obtient une indication directe du déphasage.
Des résistances R1, R2. R3. R4 sont connectées en série à la sortie des détecteurs différentiels DI et D2 et, en combinaison avec CI à C4, elles forment des circuits de retardement. Un interrupteur S est prévu pour court-circuiter ces résistances R1 à R4.
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Quand 1'interrupteur S est à la position de fermeture, R1 à R4 sont court-circuitées et le fonctionnement du système déviateur de l'oscillographe à faisceau cathodique est rapide et si le rythme de manipulation de l'émetteur est tel que les deux indications "Nord" et "relèvement" sont obtenues, par exemple, comme décrit à propos de la figure 4 (b), (d), bien qu'elles correspondent à des positions de spot distinctes et séparées, elles sont enregistrées sur l'oscillographe.
Si le rythme de manipulation de 1' émetteur est -tell qu'une seule indi- cation de déphasage se produit entre le signal retardé et le signal non retardé, (par exemple), figure 4 (c) S peut alors être ouvert, de manière à ce que R1C1 à R4.C4 fonctionnent, fournissent une exoellente suppression du bruit et 'une indication unique d'angle de phase, avec une trace bien définie du faisceau.
Si l'on considère maintenant les dispositions destinées à définir une route, et si un émetteur est manipulé alternati- vement entre deux antennes séparées par a longueurs d'onde, dans une direction parallèle à la droite :lui joint les antennes, la valeur du saut de phase sera de 4 # n degrés par degré de déplacement en azimut. Ainsi, pour un espacement des antennes égal à cent longueurs d'onde, si l'on peut mesurer la phase à + 2 degrés pies, on peut tracer une route à + 2 degrés = 1 minute près. Ceci @ - 4 # . 100 10 correspond à une précision de # 22 mètres à une portée de 900 kilomètres.
Des loutes multiples de déphasage constant égal sont, bien entendu, produites par ce simple système d'antennes.
Le doute relatif à la route correcte à suivre peu t, cependant, être éliminé grâce à l'utilisation d'antennes moins écartées entre elles.
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Il est à noter que le système n'est pas limité à une seule route, car le récepteur peut mesurer un saut de phase désiré quelconque.
En pratique, il est à désirer de prévoir une directivi- té considérable des antennes, de manière à ce qu'on obtienne une intensité de champ convenable à la portée maximum et, afin d'obtenir la suppression de la distorsion du front d'ondes par les obstacles naturels au voisinage des antennes. Les deux antennes espacées doivent être très directives dans la direction de la route précise désirée. Ceci peut aisément être obtenu aux fréquences de l'ordre de 600 mégacycles, pour lesquelles un espacement de cent longueurs d'onde correspond seulement à cinquante mètres.
Bien qu'on n'ait décrit di-dessus qu'un mode de réali- sation de l'invention et une variante, d'autres variantes et modifications se présenteront en grand nombre à l'esprit de l'homme de l'art, sans sortir de la portée de l'invention.
Par exemple, un déphasage correspondant à un certain relèvement, d'une émission radio-électrique en un point éloigné du radio- compas automatique qui le mesure peut être transmis au moyen des dispositifs de l'invention, à partir du radio-compas, jusqu'au point éloigné, sur une ligne hifilaire.