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BELL TELEPHONE MANUFACTURING Company MONTAGES D'AMPLIFICATEURS ELECTRONIQUES
La présente invention se rapporte à des montages d'amplifi- ca'teurs électroniques et, en particulier quoique non exclusivement, à ceux utilises dans les systèmes de radio-navigation.
Dans les systèmes de radio-guidage comportant l'emploi de diagrammes d'intensité de champ se recouvrant, on constate que, quand l'avion arrive très près du point d'atterrissage, si quelque moyen antagoniste n'est pas prévu dans le récepteur, les déviations 'de l'indicateur pour de très faibles écarts de la route spécifiée tendent à augmenter et à devenir assez grandes pour que les lectures de l'indicateur soient difficiles à suivre. Il était donc usuel de prévoir une disposition qui désensibilisait progressivement l'indi- cateur à mesure que l'avion s'approchait de la piste.
Il est également usuel dans ces systèmes de munir le mon- tage récepteur d'une commande automatique de gain, s'opposant aux
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variations de l'intensité du signal, à mesure que 1 avion s'approche du terrain d'atterrissage. Jusqu'à présent, ces deux types différents de commande étaient prévus de façon entièrement séparée et, en ré- sultat le montage récepteur tendait à devenir compliqué et on de- vait y utiliser un grand nombre de tubes électroniques.
L'objet principal de l'invention est de prévoir un circuit translateur de signal simple, ayant la propriété spéciale que l'am- plitude du signal de sortie diminue à mesure que l'amplitude d'en- trée augmente, etvice versa, au moins dans une certaine région d'am- plitudes d'entrée. Lorsqu'un tel montage est employé dans un radio- récepteur de trajectoire d'atterrissage, on peut faire diminuer la, sensibilité des indications de la manière désirée,
à mesure que l'avion approche. Cette disposition combine la commande de sensibi- lité eb la commande automatique de gain usuelle, de sorte qu'il en résulte une simplification considérable du montage et que l'on peut économiser plusieurs tubes.
Toutefois, les dispositions conformes à certaines caractéristiques de l'invention ne? sont pas nécessaire- ment limités aux systèmes de navigation.
En conséquence, l'invention prévoit un système translateur de signaux électriques comprenant un amplificateur, des organes d'application d'ondes de signal à l'entrée dudit amplificateur, des organes d'obtention ci oncles de signal à la sortie dudit amplifica- teur et d'obtention, à partir desdites ondes de sortie,
d'une ten- sion de commande dont la grandeur varie confcrmément aus variations des ondes d'entrée dues au signal et des organes d'application des- ditesondes de commande à la commande du gain de l'amplificateur:
de façon telle que les niveaux des ondes de signal J'entrée et de sortie varient en sens opposés sur tout ou partie de la région de variation du niveau d'entrée.
L'invention ....revoit également un radio-récepteur pour sys- tème indicateur de la route d'un véhicule mobile comportant la
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réception d'ondes radio-électriques modulées par le signal, l'obten- tion à partir de ces dernières d'ondes à fréquence intermédiaire correspondantes également modulées par le signal, l'amplification et le redressement desdites ondes à fréquence intermédiaire, dans le but de reconstituer à partir de celles-ci les signaux modulateurs, l'application des signaux ainsi reconstitués à l'actionnement d'un dispositif destiné à indiquer les écarts à partir de la route pres- crite et l'application simultanée desdits signaux reconstitués à la commande de gain des organes d'amplification,
de façon telle que la sensibilité des indications dudit dispositifindicateur diminue à mesure que l'intensité de .champ des ondes radio-électriques reçues ' augmente, et vice versa.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion suivante et à l'examen des dessins joints, qui en représentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réali- sation et une variante de détail.
La figure 1 est le schéma d'un radio-récepteur de trajec- toire d'atterrissage, comportant un système translateur conforme à certaines caractéristiques de l'invention.
La figure 3 montre une variante de détail du schéma de la figure 1 .
La figure 2 montre des caractéristiques de commande auto- matique de gain utiles à l'explication des dispositifs des figures 1 et 3 .
L'invention a été représentée dans son application à un type particulier, bien connu, de système indicateur radio-élec- trique de trajectoire d'atterrissage pour avions . Dans ce système, un émetteur au sol est alternativement connecté à deux systèmes d'antennes, de manière à produire deux diagrammes d'intensité de champ à recouvrement.
Les périodes de radiation correspondant aux deux systèmes d'antennes sont inégales, de telle sorte que l'un
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d'eux rayonne une sériede points, dont chacun dure par exemple, un quart de la. période de manipulation et l'autre rayonne une série de traits de trois quarbs de la, période de manipulation, Ces deux. ternes de radiation sont entremêlés de sorte que, dans la xône de recouvra- ment dos diagrammes, le signal rayonné est continu. La manipulation des antennes peut avoir lieu à une vitesse relativement faible, telle que dix periodes par seconde.
Les détails numériques ne sont fournis qu'à titre d'exemple et peuvent varier largement, suivant les cir- constances.
L'avion 'porte un radio-récepteur qui recueille et démodule les ondes. La route prescrite est, définie par la, région de recouvre- ment des diagrammes d'intensité de champ. Si D'avion est a l'intérieur de cette région, il reçoit un signal continu. A l'extérieur de cette région il reçoit des signaux caractéristiques, modulés suivant des points ou des traits, en conformité a,vec, la position de l' avion par rapport à la trajectoire prescrite. Le récepteur comporte des organes de discrimination entre les points et les traits, de sorte qu'on peut prévoir une indication visuelle de l' avion par rapport à la trajec- toire.
La figure 1 ci-jointe représente le schéma d'un récepteur de ce genre, constituant un exemple d'application de l'invention.
Les ondes modulées par les signaux indicateurs de la manière ci-des- sus décrite sont recueillies par une antenne 1 et amplifiées et tra- duites en une série d'étages, représentée par le rectangle 2, à la sortie desquels il est produit une onde à fréquence intermédiaire également modulée par les signaux indicateurs. Le rectangle 2 peut être de tout type convenable, sans importance au point de vue de l'invention. Les ondes à fréquence intermédiaire sont appliques à la grille de commande d'un tube amplificateur pentode 3, couplé à ; la grille de commande d'un second tube amplificateur 4, à travers un transformateur 5, dont les enroulements sont, de préférence,
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accordés par leur capacité propre à la fréquence intermédiaire.
Selon une variante, des condensateurs d'accord appropriés ( non représentés ) peuvent être montés en shunt aux bornes des enroule- mynts. Le tube amplificateur 4 est couplé à une diode de redresse- ment 6, à travers un second transformateur accordé 7, seniblable à 5.
Les signaux indicateurs démodulés sont obtenus dans la résistanca 8, connectée à l'anode de la diode 6 . Cette résistance est shuntée par un condensateur 9, destinée à laisser passer la fréquence inter- médiaire..
La tension du signal aux bornes de la résistance 8 est con- stituée par des courants continus d'amplitude variable à la fréquence de manipulation, si l'on suppose que l'avion est hors route. Ces signaux sont appliqués, à travers un condensateur d'arrêt 10, à un filtre passe-bas 11, agencé de manière à laisser passer la fréquence de manipulation et assez de ses harmoniques pour assurer une forme d'onde satisfaisante.
La fréquence de manipulation f est transmise à un discrimi- nateur 12, établi de manière à produire, sur l'appareil indicateur 13, une déviation dans un sens ou dans l'autre, suivant que les signaux reçus sont des points ou des traits. Ce discriminateur peut bien connu.
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être de tout type convenable, XEml<j#XUD#:adcockxdt:xàcXk;c " ÏRX :Xoc :xX#: xpoaox Ainsi, si la fréquence f est de 10 périodes par seconde, une fré- quence de coupure convenable pour le filtre est d'environ 100 pé- riodes par seconde.
. Le courant anodique des tubes 3 et 4 est appliqué à partir de la borne positive 14 de l'alimentation à haute tension, à tra- vers les enroulements primaires des transformateurs correspondants 5 et 7 . Les grilles écrans de ces tubes sont polarisées à travers des résistances convenables 15 et 16, avec les condensateurs shunts
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correspondants 17 et 18 . Les cathodes sont polarisées-au moyen de résistances série appropriées 19 et 20, shuntées par les conden- sateurs usuels 21 et 22 . Les circuits de chauffage des cathodes des tubes 3 et 4 et de la diode 6 ne sont pas représentés et peuvent revêtir toute forme convenable.
On a déjà indiqué plus ha,ut qu'il est nécessaire de prévoir une commande automatique de gain pour le récepteur et également une commande de sensibilité pour l'indicateur 13 . Jusqu'à présent, ces deux fonctions étaient assurées au moyen de dispositions séparées.
Conformément à une caractéristique de l'invention, ces deux commandes sont obtenues à la fois ar connexion de l'anode de la diode 6 à la grille de rejet du tube 3, à travers une résistance 23, la grille de rejet étant reliée à la cathode à travers un condensateur 24 . La résistance R de l'élément 23 et la capacité C de l'élément 24 doivent être choisies telles que la constante de temps RC soit faible, par rapport à la période I/f, mais grande par rapport à la lériode de l'onde à fréquence intermédiaire.
Ceci permet de renvoyer par réac- lion une tension alternative à la fréquence f à la grille de rejet, ainsi qu'une tension unidirectionnelle, dépendant de l'intensité des ondes reçues, tension qui correspond à la tension usuelle de commande automatique de gain.
La courbe 25 de la figure 2 a été tracée pour expliquer le fonctionnement du montage de la figure 1 . Les abscisses représen- tent les valeurs de la tension alternative d'entrée à fréquence in- termédiaire appliquée à la grille de commande du tube 3 . Cette re- présentation est faite suivant une échelle logarithmique et les or- données représtent, à une échelle décimale, les courants continus redressés correspondants dans la résistance-de charge 8 .
Au cours de l'approche, l'intensité des signaux appliqués à l'amplificateur à, fréquence intermédiaire augmente de façon con- tinue et des fluctuations de tension d'entrée leur sont superposées,
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qui dépendent de la valeur de l'écart de l'avion à partir de la route prescrite.
Si l'on suppose que l'avion suit exactement une route fai- sant un petit angle constant avec la route prescrite, le pourcen- tage de profondeur de modulation dû à la manipulation reste con- stant. Si l'on suppose que l'avion est en un point tel que la ten- sion alternative d'entrée varie entre 1 et 2 millivolts, comme re- présenté par les ordonnées 26 et 27 de la figure 2, comme la résis- tance 23 et le condensateur 24 ont été choisies telles que la fré- quence f soit appliquée à la'grille de rejet du tube 3 pour comman- der le gain, le courant redressé dans la résistance 8 oscillera entre les abscisses correspondantes 28 et 29 Il y aura ainsi une varia- tion du courant redressé égale à la distance entre ces deux abscisses, variation qui est d'environ 25 nicroampères, sur l'échelle des or- données.
Ceci représente l'intensité de sortie à la fréquence f .
Quand l'avion s'approche du chemin d'atterrissage de telle sorte que, par exemple, la tension d'entrée varie entre 100 et 200 millivolts, ( la profondeur de modulation,,étant, comme déjà expli- qué, supposée inchangée ) la distance horizontale entre les ordonnées correspondantes 30 et 30 est la même, mais la distance verticale entre les abscisses correspondantes 32 et 33 est alors très infé- rieure, à cause de l'aplatissement de la courbe 25, l'intensité de sortie étant maintenant proportionnelle à enviorn 10 microampères seulement. On voit donc, qu'à mesure que l'avion approche du point d'atterrissage, l'énergie de sortie du redresseur 6 à la fréquence de manipulation diminue, la profondeur de modulation étant supposée constante.
On voit que l'amplification du système est pratiquement proportionnelle à la pente de la caractéristique de commande automa- tique de gain au voisinage de la région de fonctionnement et ladite pente diminue à mesure que l'avion s'approche du point d'atterrissage.' Par suite, la sensibilité de déviation de l'indicateur 13 diminue
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progressivement., ce qui est le mode de fonctionnement désiré.
Il est à noter qu'avec la disposition usuelle de commande automatique de gain, la résistance 23, la capacité du condensateur 24, ou ces deux quantités sont choisies beaucoup plus grandes de manière que les variations dues à la manipulation ne soient pas transmises à la grille de rejet du tube 3 . , On peut se représenter ce cas à l'examen de la figure 2, en supposant que l'échelle des ordonnées représenté maintenant la tension de commande appliquée à la grille de rejet du tube 3 et que l'échelle des abscisses repré- sente la valeur de crète de la tension alternative d'entrée à la fréquence intermédiaire, à laquelle est due cette tension de com- mande.
Ainsi, si par exemple, la tension de crête d'entrée est de 1 millivolt, l'amplification est pratiquement proportionnelle à 230, alors que, si la tension d'entrée est de 100 millivolts, l'am- plification est proportionnelle à environ 420 . En l'autres termes, la tension de sortie à la fréquence, de manipulation f augmente dans les deux cas, lorsque l'avion approche de la piste et lorsque la profondeur de modulation augmente, bien que moins rapidement que s'il n' y avait pas de commande automatique de gain. Ceci est exacte- ment inverse du mode de fonctionnement désiré et c'est la raison pour laquelle, dans les systèmes antérieurs, on avait à introduire dans le montage un système dèsensibilisateur additionnel.
En se reportant de nouveau à la figure 1, on voit que des valeurs convenables pour la résistance 23 et pour la capacité du condensateur 24 pourraient être, par exemple, 1/2 méghom et O,OOI microfarai respectivement ce qui donne une constante de temps de 0,0005 seconde, lui est faible par rapport à la période de la fré- quence de manipulation.
Il esévident pour les techniciens que le montage pourrait être modifie par application de la tension de commande de gain à la grille de commande ( ou à une autre grille ) du tabe 3, au lieu de
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l'être à la grille de rejet comme représenté et que ladite tension de commande, ou une fraction de celle-ci, pourrait être appliquée additionnelement $ou de façon $substituive à une grille du tube 4
Selon la disposition de la figure 1, il n'est pas prévu de retardement du fonctionnement de la commande automatique de gain, c'est à dire de retardement dudit fonctionnement jusqu'à ce que la ension d'entrée ait atteint une certaine amplitude minimum. Si ce- ci est nécessaire, on peut adopter le montage de la figure 3 .
La figure 3 représente une variante de la partie de la figure 1 com- prise à droite de la ligne pointilliée 34, jusqu'à la ligne poin- tillée 35, le montage étant d'autre part inchangé, si ce n'est que le condensateur 24 est supprimé.
A la figure 3, la diode'6 est remplacée par une double diode 36, à deux cathodes séparées. Les ondes manipulées amplifiées provenant de l'enroulement secondaire du transformateur 7 ( figure 1) sont appliquées à travers le conducteur 37, à la cathode de la moi- tié de gauche de la double diode, en passant par un condensateur d'arrêt 38 et, également, de façon directe à l'anode de la moitié de droite. L'anode de la moitié de gauche est connectée à la terre à travers une résistance 39, shuntée par un condensateur 40 et également, directement à travers le conducteur 41, à la grille de rejet du tube 3 de la figure 1, le condensateur 24 étant supprimé, comme déjà indiqué. La constante de temps de la combinaison formée par la résistance 39 pt le condensateur 40 doit être faible par rapport à la période I/f de l'onde de fréquence manipulée.
Par exemple, 'la résistance 39 pourrait être d'un quart de méghom et la capacité du condensateur 40 pourrait être de 0,0001 microfarad. La cathode de la moitié de gauche de la double diode 36 est polarisée positivement, à partir de la source à haute tension, au moyen du potentiomètre formé par les résistances 42 et 43, qui doivent être choisies telles que la diode ne soit pas conductrice jusqu'à ce que
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la tension alternative d'entrée atteigne une va,leur désirée. La résistance 42 est shuntée par Lui condensateur 44, destiné à laisser passer la fréquence intermédiaire.
La cathode de la moitié de droite de la diode 36 est connectée à la terre à travers la résistance de charge 8 et le condensateur 9, comme à la figure 1, et l'énergie de sortie redressée est appliquée, à. travers le condensateur 10, au filtre 11, comme précédemment.
On voit ainsi que l'énergie de signal redressée et la ten sion de commande de gain sont, dans ce cas, obtenues séparément, pour permettre l'introduction de la polarisation de retardement de la tension de commande.
La caractéristique de commande de gain du dispositif de la figure 3 est du type représenté par la courbe 45 ::le la figure 2 Elle comporte une partie inférieure abrupte, 46,qui représente le fonctionnement avant que la commande automatique de gain commence à agir, et une partie supérieure plus aplatie, rejoignant la partie 46 à, un coude 47 . La position du coude 47 peut être ajustée par un' choix convenable de la, polarisation de la cathode de la moitié de auche de la diode 36 et la pente de la partie supérisure peut être modifiée par l'introduction d'organes convenables d'affaiblis- sement ou d'amplification ( non représentés ) dans le conducteur 41 .
Il est évident pour les techniciens que la douole diode 36 pourrait être remplace par deux diodes sémarées et que, de plus, l'une quelconque de 3 diodes des figures 1 ou 3 pourrait être rem- placée par quelque autre type de redresseur; tnl qu'un redresseur sec, si on le ];
réfère. l'invention n'est, bien entendu, limitée en aucune manière aux valeurs numériques indiquées à titre d'exemple e:, les courbes représentées à la, figure 2 sont également données à titre d'exemple et ne correspondent pas nécessairement en détail à un cas particu- @ lier quelconque.
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Bien que, pour le système de trajectoire d'atterrissage, le signal'modulateur soit constitué par une onde de manipulation à basse fréquence, dans d'autres applications de l'invention le signal @ modulateur pourra être de nature plus générale, par exemple un signal à fréquence vocale. Dans un tel cas, le circuit reliant la diode 6, ou 36, à la grille d'arrêt du tube 3 devrait avoir une constante 'de temps faible par rapport à la période de la composante de signal à la plus haute fréquence qui présente de l'intérêt. Ce circuit de liaison pourrait, si on le désirait, être constitué par un filtre passe-bas, ou passe-bande, agencé de manière à transmettre les fré- quences du signal, mais à rejeter les ondes porteuses, au lieu du simple montage condensateur-résistance, qui peut ne pas convenir dans tous les cas.
On voit que l'invention prévoit un montage translateur de signal pourvu d'un système de commande de gain produisant une diminu- tion du signal de sortie quand l'amplitude des ondes de signal d'en- trée augmente dans une certaine région, et vice versa, et qu'il dif- fère par suite considérablement des systèmes usuels de commande au- tomatique de gain qui réduisent simplement les variations d'ampli- tude du signal d'entrée, sans inverser le sens desdites variations.
L'application du système conforme à certaines caractéristiques de l'invention n'est pas nécessairement limitée à la radio-navigation, mais -,'lire appliquée de façon plus large à tous les systèmes où ce type de commande de gain inversée est nécessaire.
Au cours de la présente description et du résumé, le terme de niveau des ondes désigne le continu moyen en énergie de l'onde en question, intégrée sur une période relativement longue par rap- port aux périodes de la tension ou du courant; ou des variations analogues constituant le signal, lesquelles sont désignées par l'ex- pression de variations du signal.