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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE SIGNALISATION
RADIOELECTRIQUE A TRES HAUTE FREQUENCE.
La présente invention est relative à des perfectionnements aux systèmes de signalisation radioélectrique à très haute fréquence.
Elle a pour but d'établir un système de ce type convenant particuli- èrement comme auxiliaire de navigation radioélectrique pour récepteur d'avions ou autres récepteurs mobiles. Bien qu'on ait réalisé de-puis longtemps qu'on peut tirer un avantage considérable, dans les systè- mes de navigation (particulièrement dans les systèmes destinés à l'atterrissage des avions) de l'utilisation de fréquences très hautes on sest heurté à la difficulté pratique qui réside dans le fait que les récepteurs convenant à cet usage sont compliqués ou d'un prix de revient élevé. Le récepteur hétérodyne classique, qui est suscep- tible d'offrir une sensibilité de fréquence convenables et d'assurer l'élimination des réponses indésirables telles que l'onde image,
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est lourd, coûteux, et d'une construction difficile.
Le système conforme à l'invention comporte un système spécial d'émission et donne un fonctionnement convenable sans complication.
Selon l'une des caractéristiques de l'invention, un système de signalisation radioélectrique dans lequel les communications sont transmises sous forme de modula- tion en amplitude d'une onde porteuse à très haute fré- quence, est caractérisé en ce que la dite onde porteuse est modulée en fréquence autour d'une fréquence moyenne et en ce qu'au récepteur on fait battre l'onde reçue avec une autre onde de fréquence constante pratiquement égale à la fréquence porteuse moyenne.
De préférence, la modulation de fréquence est une vation de fréquence périodique autour de la fréquen- ce porteuse moyenne.
La méthode d'obtention de la modulation de fré- quence de l'onde émise, la variation de fréquence de la- dite modulation, sa fréquence de récurrence et la forme d'onde qu'elle présente, dépendent du service particulier à effectuer.
La fréquence de récurrence de la modulation de fréquence, qui est en général constante, doit, pour ne brouiller en aucune façon la modulation porteuse de com- munication, être plus élevée que la fréquence maximum de cette dernière modulation.
Dans un système destiné à faciliter la navigation la modulation porteuse de communication peut être une modulation d'altitude sous forme de "points" ou de "traits" obtenus par manipulation et commutation de
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l'émetteur sur un système d'antennes. Dans ce cas, si l'on désire émettre n points par seconde, l'onde de points ou de traits peut devoir présenter des fréquences s'élevant jusqu'à, par exemple, 5n cycles de manière à ce qu'une forme d'onde con- venable soit maintenue. Donc, la fréquence de récurrence d'une modulation de fréquence périodique de l'émetteur doit être su- périeure à 5n cycles par seconde.
Pour prendre un exemple pra- tique, dans un système indicateur de trajectoire d'atterrissage, la communication relative à la position de l'avion est transmi- se à celui-ci sous forme de points ou de traits à raison d'en- viron 6 par seconde. On peut obtenir une forme convenable d'on- de pour un point dans une largeur de bande de 30 cycles et la fréquence de récurrence de la modulation de fréquence est de 250 cycles par seconde.
Si l'on désire transmettre une communication sous forme de conversation, la fréquence de récurrence de la modulation de fréquence s'établit alors au-dessus de 3000 cycles. Une fréquence de récurrehce de 10 à 20 kilocycles peut convenir.
Dans le cas où la modulation porteuse de communication ne comporte que de très bass.es fréquences, la fréquence de récurrence de la modulation de fréquence peut être une basse fréquence. Un dispositif commode et pratique pour obtenir une telle modulation est le dispositif connu utilisant un condensa- teur tournant, dans lequel la capacité varie périodiquement suivant la rotation des lames mobiles, ledit condensateur étant l'un des éléments du circuit déterminateur de fréquence de l'os- cillation de l'émetteur.
Toutefois, si une très grande stabilité de fréquence porteuse moyenne est nécessaire, la modulation peut alors prendre la forme d'un dispositif connu de modulation de phase d'une oscillation commandée par cristal à un harmoni- que inférieur de la fréquence rayonnée, cette dernière étant obtenue par génération harmonique à partir de l'oscillation modulée en phase.
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Une modulation de fréquence aux fréquences ultra- sonores est difficile a obtenir à l'aide d'organes mécani- ques; il est plus aisé d'y parvenir, conformément à une technique connue, par des méthodes électroniques. Le ré- cepteur permettant de mettre en pratique l'invention est du type hétérodyne. L'oscillateur hétérodyne fonctionne pratiquement a la fréquence moyenne de l'émission et l' amplificateur qui suit l'étage hétérodyne lui est relié par un couplage résistance-capacité.
Les détails essentiels d'un récepteur de ce type sont représentés à la figure I des dessins joints.
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VI émet une oscillation à 10 Légacycles seconde par suite de l'action d'un cristal de quartz plan X. Le quatrième harmonique ( 40 mc ) est sélectionné par le cir- cuit accordé LC dans le circuit de plaque de VI et trans- mis à la grille du tube V2. Celui-ci produit à nouveau un quatrième harmonique à 160 Mc etLI CI est accordé à cette dernière fréquence.
Cette onde à 160 Mc estutilisée comme énergie appliquée par l'oscillateur à la diode changeuse de fré- quence DI qui est connectée à l'extrémité au plus haut potentiel d'une ligne de transmission concentrique ré- sonnante CTL accordée par le condensateur C2 à la fréquen- ce de signal de 480 Mc. L'antenne A est convenablement couplée à ladite ligne résonnante par l'intermédiaire du condensateur C3 et applique 2 fréquence de signal reçue à la diode DI. Le troisième harmonique de la fréquence de l'oscillateur ( IGO Mc ) est effectivement produit par la diode DI ce qui fournit une onde à la fréquence moyen- ne de signal de 480 mc comme l'oscillateur hétérodyne.
La fréquence de battements entre le signal et l'oscillateur local se développe dans la résistance RI ; elle est appliquée par l'intermédiaire du condensateur
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04 à la résistance R2 et, de là ; la grille de commande du premier amplificateur à fréquence intermédiaire V3. Une ampli- fication ultérieure est assurée par le tube V4 avant que l'éner- gie de sortie, sous forme d'impulsions à une fréquence de 500 cycles par seconde, obtenues comme expliqué ci-dessous,soit détectée dans la diode D2.
L'enveloppe à basse fréquence de l'onde redressée est obtenue à la sortie de D2 et appliquée par l'intermédiaire du condensateur C5 à l'amplificateur basse-fréquence V5 qui alimente le transformateur de sortie T. La composante à 500 cycles de l'enveloppe du signal peut être accordée dans ce transformateur au moyen de C6 pour assurer la suppression du bruit.
Les constantes de couplage entre DI et V3, V3 et V4 et V4 et D2 sont de quelque importance. RI, R3 et R5 ont des va- leurs telles qu'elles ne sont pas shuntées de manière apprécia- ble par les capacités internes des tubes et autres capacités parasites à la fréquence maximum qu'on désire faire passer.
Par exemple, si la capacité totale aux bornes d'un étage de couplage est de 20 micomicrofarards, et la fréquence maximum à faire passer de 1 Mc/s, il convient de choisir une valeur de résistance d'environ 10.000 Ohms.
Les condensateurs de couplage sont choisis tels qu'ils arrêtent les basses fréquences jusqu'à une fréquence supérieure aux fréquences parasites pouvant résulter des vibrations et effets microphoniques en général. Par exemple, si C4 = IOO F et R2 = 100.000 ohms l'amplification est réduite pour des fré- quences inférieures à 10 kc/s.
Il est essentiel que l'amplitude de la modulation de fréquence de l'émetteur soit suffisante pour produire une note de battements avec l'oscillateur de réception qui puisse, sur une partie appréciable de la bande couverte par l'émetteur, donner un effet dans l'amplificateur à fréquence intermédiaire faisant suite à l'étage hétérodyne.
On obtient un effet maximum dans l'amplificateur à fréquence
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intermédiaire, pour une bande totale de fréquence cou- verte par l'émetteur égale au double de la largeur de bande du récepteur, lorsqu'il y a un minimum de signaux perdus pendant la période où la note de battements est à une fréquence trop basse pour traverser l'amplificateur à fréquence intermédiaire du récepteur.
Le récepteur décrit ici convient pour une émission modulée en fréquence a une fréquence moyenne de 480 Mc.
L'amplificateur à fréquence intermédiaire couplé par ré- sistance-capacité couvre approximative ent une bande de 10 kc à 1 Mc. de sorte que la variation de fréquence doit couvrir une bande de 2 Mc ( de 470 à 48I c).
Une variation de fréquence encore plus étendue peut être utilisée pour assurer une stabilité de fréquen- ce convenable de l'ensemble du système. Lorsque cette va- riation est étendue par rapport à la largeur de bande du récepteurs, une grande partie des signaux de modulation d'amplitude ne sont pas reus, la note de battements pro- duite à la limite de ladite variation étant à une fréquen- ce trop élevée pour agir sur l'amplificateur à fréquence intermédiaire de réception.
L'énergie de signal à la sor- tie dudit amplificateur est alors une série d'impulsions correspondant aux instants où le récepteur est correcte- ment accordé à une fréquence comprise dans les limites de la bande balayée par l'émetteur.Dans certains cas, on peut tirer parti de cet effet en détectant les impulsions de signal reçues et en utilisant la modulation d'amplitu- de du signal détecté à la fréquence de récurrence de la modulation de fréquence, pour identifier des émissions déterminées. La forme d'onde de la modulation de fréquen- ce peut être quelconque, et une modulation en onde sinusoï- dale simple convient dans la plupart des cas.
Dans le cas où la variation de fréquence est con-
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sidérablement plus étendue que la largeur de bande du récep- teur, pour ménager un facteur de sécurité en ce qui concerne la stabilité de fréquence de l'ensemble, il est désirable d'étaler l'énergie émise uniformément sur une large bande de fréquence.
Une telle répartition uniforme d'énergie peut être assurée par une modulation de fréquence présentant la forme d'onde représen- tée aux figures 2a et 3a des dessins joints.
On suppose que les formes d'ondes de la modulation de fréquence des figures 2a et 3a ont une période de 250 cycles par seconde et couvrent une bande de fréquence de 500 mégacycles + 5 mégacycles et que le récepteur utilisé , un amplificateur couplé par résistance amplifiant la bande de fréquence de 50 kc à I Mc/s, par exemple tel que celui décrit relativement à la figure I. Le détecteur de réception, accordé avec précision sur l'émission de la figure 2a, donne alors la forme d'onde de sortie représentée à la figure 2b. Cette onde de sortie compor- te une composante principale de 500 cycles/s. et les circuits basse-fréquence peuvent être accordés à cette fréquence pour améliorer le rapport signal/bruit.
D'autre part, la dérive de fréquence ( ou variation lente ) à l'émetteur ou au récepteur peut avoir pour effet d'accorder le récepteur vers l'une des limites de la variation de fréquence de l'émetteur. Un récepteur accordé à 504 mégacycles reçoit l'émission représentée à la figure 2a et donne l'onde de sortie représentée à la figure 2c. Dans ce cas, la note à basse fréquence prédominante est de 250 cycles/seconde et l'on n'obtient qu'une très faible énergie de sortie à 500 cycles. Si la sortie du récepteur doit être accordée, oh obtient une sup- pression maximum des effets de la dérive de fréquence en utili- sant la forme d'onde de balayage de fréquence représentée à la figure 3a. La figure 3b représente l'énergie de sortie obtenue, le récepteur étant accordé à 500 Mc.
La note de sortie prédomi- nante est à 250 cycles. En désaccordant à 496 ou à 504 mégacycles,
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on obtient les ondes de sortie représentées aux figures 3c et 3d qui sont de la même forme qu'à la figure 3b, la note de sortie prédominante restant à 250 cycles. Ainsi, avec un balayage de fréquence tel que représenté à la. figure 3a, pour une stabilité de fréquence totale d'envi- ron + 1%, le fonctionnement du système ne varie pas.
Lorsque la variation de fréquence de l'émetteur estsuffisante pour provoquer la modulation totale du signal reçu, la composante de courant continu du signal détecté venant de D2 peut être filtrée et l'enveloppe de modulation peut être ultérieurement amplifiée etutilisée pour en tirer toute ne modulation porteuse de communica- tion qu'elle contient.
Un récepteur du type décrit relativement à la figure I offre les avantages suivants sur les récepteurs superhétérodyne classiques .
I. - La stabilité de fréquence dépend uniquement de l'oscillateur hétérodyne, qui peut être commandé par cristal ( il n'y a pas de dérive de fréquence intermédiai- re). En conséquence, on n'a pas besoin d'une grande stabi- lité de fréquence pour la réception de l'émission modulée en fréquence.
2. - On obtient une grande sensibilité grâce à l'utilisation d'un amplificateur simple couplé par résis- tance-capacité, qui n'exige pas de réglages d'accords, ne contient pas de bobines, et dont la fréquence moyenne de réponse nulle ne présente aucune dérive.
3.- Le récepteur est insensible à la fréquence image, bien qu'il ne soit prévu aucune sélectivité appré - ciable à la fréquence du signal.