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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE MESURE DE MODULATION EN FREQUENCE.-
La présente invention se rapporte aux dispositifs de mesure pour ondes modulées en fréquence.
Le terme, modulation en fréquence, s'applique à un système dans lequel on fait varier la fréquence de l'onde porteuse suivant une loi fonction de l'amplitude de la fréquence du signal ànransmettre. L'amplitude de l'onde porteuse est maintenue constante, alors que dans la modulation en amplitude la fréquence de ladite onde porteuse reste constante et son amplitude varie corrélativement à celle du signal.
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Dans les systèmes de modulation en amplitude on utilise couramment l'oscilloscope pour la mesure du taux de modulation.
L'oscilloscope est du type à deux paires de plaques déviatrices auxquelles on applique respectivement l'onde porteuse modulée et celle du signal de modulation, le faisceau étant ainsi dévié dune manière particulière. Le diagramme obtenu est fonction des amplitudes desdites ondes et fournit une indication directe du taux de modulation. Toutefois cette méthode ne convient pas à la mesure directe du taux de modulation d'une onde modulée en fréquence puisque l'amplitude de l'onde modulée n'est pas fonction de la tension de modulation.
L'invention a précisément pour objet une méthode et des moyens permettant l'observation et la mesure directe des caractéristiques et du degré de modulation d'une onde modulée en fréquenee au moyen d'un oscilloscope eathodique.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à tite d'exemple non limitatif et dans lesquels :
La fig. 1 représente schématiquement unsystème de transmission à modulation en fréquence comportant un dispositif de mesure conforme à l'invention ;
Les fig.2 et 3 sont des oscillogrammes donnés à titre d'exemple pour faciliter la compréhension du fonctionnement de l'appareil :
Les fig. 4 et 6 représentent des échelles d'étalonnement utilisées sur un appareil conforme à l'invention.
En se référant à la fige 1 on voit un équipement de contrôle d'un émetteur modulé en fréquence. Celui-'ci comporte un générateur de tension haute fréquence dont le schéma peut être d'un type quelconque connu et ne sera pas décrit. Ce générateur alimente une antenne 10 ;sa fréquence varie en concordance avec une source de tension de modulation telle qu'un microphone 2. La tension de modulation fournie par la source 11 est appliquée au modulateur
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celle-ci fait varier la fréquence des oscillations engendrées par l'oscillateur 13 fournissant l'onde porteuse. La vitesse et l'amplitude de cette variation de fréquence sont déterminées respectivement par la fréquence et l'amplitude de tension fournie par le microphone 11.
L'émetteur peut évidemment comporter les éléments usuels permettant de maintenir constants l'amplitude des ondes modulées et de les amplifier pour obtenir la puissance désirée dans l'antenne.
Bien que la source de modulation ait été représentée sous forme d'un microphone 11 on conçoit qu'elle puisse être constituée par toute source appropriée telle qu'un oscillateur à basse fréquence fournissant une certaine note destinée aux essais.
L'équipement de mesure comporte un dispositif approprié ¯permettant de donner les caractéristiques des ondes fournies à l'antenne 10. On l'a représenté sous forme d'un oscilloscope catho- dique 14 convenant particulièrement bien à l'application de l'invention.
Cet oscilloscope du type usuel est constitué par une enveloppe vidée munie d'un écran fluorescent 15 sur lequel est projeté un faisceau électronique 16 issu d'une cathode 17 à chauffage indi- rect. Les potentiels d'une source 18, appliqués entre l'anode 19 et la cathode 17 accèlère les électrons du faisceau 16.
On a représenté également les plaques déviatrices 20-21 auxquelles sont appliquées les tensions de commande. L'un ou les deux éléments déviateurs peuvent être si on le désire du type magnétique ou bien du type électrostatique. Le tube peut également comporter des éléments de concentration de faisceau et de commande de son intensité non représentés pour la raison qu'ils ne sont pas essentiels pour la compréhension de l'invention.
Bien que l'oscilloscope 14 ait été représenté sous la fourme d'un appareil cathodique simple, on conçoit qu'il puisse comporter un dispositif d'enregistrement.
On peut aussi utiliser les systèmes électro-optiques qui rendent possible le tracé d'une courbe en coordonnées cartésiennes,
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en fonction des potentiels de commande.
Les tensions fournies par la source de modulation 11 et celle prélevée à la sortie de l'émetteur réunie à l'antenne 10 sont appliquées respectivement aux plaques déviatrices horizontales et verticales 20-21.
Comme on l'a représenté, la tension de la source 11 est appliquée, par l'intermédiaire des conducteurs 22 au primaire du transformateur 23 dont le secondaire est relié aux extrémités d'un potentiomètre 24. Le curseur 24 de celui-ni est relié par une bobinne de self-induction 26 à l'une des plaques déviatrices 20, lautre plaque étant mise à la masse par le conducteur 27.
Un autre potentiomètre 28, connecté à une source de polarisation, représentée par une batterie 29 est destinée à fournir une tension continue réglage aux plaques 20, pour des raisons qui apparaîtront bientôt.
Une borne de potentiomètre 28 et de la source 29 sont mises à la terre par le conducteur 30, et le curseur 31 est relié à la borne inférieure du potentiomètre 24 par la conducteur 32. Par conséquent, le circuit complet, comportant les plaques 20 est constitué par :la masse, le conducteur 30, la partie réglable du potentiomètre de polarisation 28, le curseur 31, le conducteur 32, la partie réglable du potentiomètre aux bornes duquel les tensions dérivées de la source de modulation 11 sont appliquées, le curseur de la bobine de self-induction 26, les plaques 20,le conducteur 27 et la masse.
Le dispositif permettant de prélever une tension à la sortie de l'émetteur est eprésent par le troisième enroulement 33 du transformateur de sortie qui couple l'émetteur à l'antenne 10.
Une extrémité de cet enroulement 33' est mise à la masse et l'autre reliée à l'une des plaques déviatrices 21 par le conducteur 34. Le circuit comportant les plaques 21 comprend :la masse, l'enroulement 33', le conducteur 34, les plaques 21, le conducteur 27 et se referme par la masse. On peut, si on le désire, prévoir un potentiomètre ou tout autre dispositif approprié destiné à
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régler la valeur des potentiels appliqués aux plaques 21 par l'enoulement 33'.
Conformément à l'invention, et pour les raisons que l'on va exposer maintenant on prévoit un oscillateur à fréquence réglable 35. Cet oscillateur peut être d'un type quelconque et a été représenté schématiquement. Il est étudié pour fournir une tension de fréquence réglable et connue dans une certaine bande.
Pour des raisons que l'on connaîtra plus loin cette bande est prévue suffisamment large pour inclure la gamme des hautes fréquences fournies à l'antenne 10 par le circuit de sortie de l'émetteur. La fréquence de l'oscillateur 35 représentée conventionnellement est déterminée par le circuit oscillant 36 et réglable au moyen du condensateur variable 36'. Le rotor de celui-ci peut être solidaire d'une aiguille 37 se déplaçant devant une échelle 38 étalonnée en fréquences.
La tension de sortie de l'oscillateur peut être appliquée à l'une des paires de plaques 20 ou 21 par l'intermédiaire d'un commutateur à trois positions 39. Quand ce dernier est sur la position supérieure, comme on l'a représenté, l'oscillateur 35 est entièrement déconnecté des plaques. Dans la position moyenne, la tension de sortie dudit oscillateur 35 est appliquée aux plaques 21 provoquant la déviation verticale, en même temps que les tensions fournies par l'enroulement 33'. Dans la position inférieure la tension est appliquée aux plaques 20 provoquant la déviation horizontale en même temps que les tensions fournies par la source 11.
La bobine de self-induction 26 s'oppose au passage, vers,la masse, des oscillations à haute fréquence fournies par l'oscillateur 35, passage qui serait offert par les potentiomètres 24 et 26 quand le commutateur 39 est sur la position inférieure.
On étudiera maintenant le fonctionnement de l'appareil que l'on vient de décrire. On supposera tout d'abord, que le commutateur 39 est sur la position supérieure, que la tension haute fréquence
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est appliquée à l'antenne 10 et qu'elle est modulée en fréquence par la tension de modulation fournie par la source 11.
Il apparait alors sur l'écran 15 de l'oscilloscope cathodique un diagramme rectangulaire tel que celui de la figé 2. dont la hauteur est fonction de l'amplitude de la tension haute fréquence modulée en fréquence qui est appliquée aux plaques provoquant la déviation verticale. La largeur du rectangle dépend de l'amplitude de la tension appliquée aux plaques déviatrices 21 par la source 11. La hauteur du diagramme est donc pratiquement constante et indépendante du taux de modulation alors que la largeur varie comme ce dernier. Comme la fréquence de la tension de sortie est fonction de la valeur instantanée de l'amplitude de la tension de modulation, chaque point de l'axe horizontal du diagramme représente la fréquence instantanée de la tension de sortie.
On supposera que l'appareil fonctionne comme on l'a décrit et qu'on obtienne le tracé représenté par la figé 2. Si on place alors le commutateur 39 sur la position moyenne, de telle sorte que la tension issue de l'oscillateur 35 soit appliquée aux plaques 21 qui provoquent la déviation verticale, le tracé prend l'aspect représenté en 50' sur la figé 3. Il est resté rectangulaire,mais présente 2 pointes 51.
Quand on fait varier la fréquence de l'oscillateur on constate que ces deux pointes se déplacent horizontalement le long des bords supérieur et inférieur du rectangle mais restent constamment alignées sur une verticale ; ce quisxplique comme suit : si la tension de balayage horizontal issue de la source 11 est appliquée aux plaques 20 et que l'oscil- lateur 35 seul soit connecté aux plaques 21, on obtient un rectan- ,,le analogue à celui de la fig. 2. Toutefois, la fréquence de la tension en tous points du diagramme suivant l'axe horizontal est la même et elle est égale à celle de l'oscillateur 35.
D'autre part, on se rappellera d'après ce qui a été dit à propos de la fig. 2 qu'à chaque point du diagramme rectangulaire de l'onde
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modulée en fréquence correspond une valeur instantanée de la fréquence. Si maintenant, on applique simultanément aux plaques 21 les deux tensions haute fréquence issues respectivement de l'enroulement 33' et de l'oscillateur 35 et que de plus on applique la tension issue de la source de modulation 11 aux plaques 20 on obtient l'oscillogramme de la fig. 3.
On a constaté que la hauteur de celui-ci si l'on ne tient pas compte des pointes 51' est essentiellement déterminée par la tension appliquée aux plaques 21 qui a la plus grande amplitude.
De préférence, mais non nécessairement, la tension fournie par l'oscillateur 35 est d'amplitude beaucoup moindre que celle issue de l'enroulement 33'. Par conséquent, la tension de plus grande amplitude masque pratiquement celle de plus faible amplitude sur le tracé oscilloscopique, au moins sur la plus grande partie de celui-ci. Toutefois, en un point particulier de l'axe horizontal, la fréquence instantanée de la tension issue de l'enroulement 33' est rigoureusement égale à la fréquenee instanténée de la tension fournie par l'oscillateur 35. Les ondes de même fréquence peuvent s'ajouter vectôriellement et l'amplitude de la résultante dépend de la différence de phase des composantes.
La valeur de celle-ci est purement fortuite et varie rapidement puisque les deux ondes sont engendrées spéramment. A certains instants elles s'ajoutent pour donner une résultante supérieure à l'une d'elles (pointes 51 de l'oscillogramme). Du fait de la persistance de l'impression rétinienne et de la fluorescence de l'écran 15, le point de coïncidence parait fixe.
Alors que, logiquement, on pourrait supposer que le tracé oscilloscopique de la fig. 3. ne peut être obtenue que lorsque le commutateur 39 est sur la position moyenne, on constate en fait son existence, quand ledit commutateur est sur la position inférieure, c'ezt-à-dire quand l'oscillateur 35 est connecté aux plaques 20 et que sa tension dévie le faisceau horizontalement.
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Bien qu'il soit difficile d'expliquer cet effet en pleine certitude, on peut toutefois admettre qu'il est du au couplage électrosta- tique entre les deux paires de plaques 20 et 21 du tube 14.
Apparemment, et du fait de la structure et des caractéristiques d'un tube de ce type, une quantité suffisante d'énergie à la fré-
21 quence de l'oscillateur 35 est couplée aux plaques/déviant le faisceau verticalement pour produire l'effet ci-dessous décrit.
Cette explication n'a que la valeur d'une hypothèse et son exactitude ne réagit nullement sur la valeur inventive du procédé décrit. L'important est que l'expérience prouve d'une façon que les pointes du diagramme apparaissent bien dans les conditions décrites ci-dessus.
Etant donné qu'elles se produisent au point où coïncident la valeur des fréquences instantanées de l'onde modulée en fréquence d'une part et de la tension du générateur 35 d'autre part, on dispose d'une méthode remarquable pour la mesure directe de la fréquence. Si la fréquence de l'oscillateur 35 est réglée sur la valeur moyenne de la fréquence porteuse, fournie à l'antenne 10 et si la modulation en fréquence est symétrique par rapport à cette fréquence moyenne, les pointes 51 apparaissent exactement au milieu de l'oscillogramme représenté sur la fig. 3. Quand la fréquence de l'oscillateur 35 augmente, les pointes se déplacent dans le sens horizontal, par exemple vers la droite.
Quand elles atteignent la position 52 en pointillé, au bord de la bande, la fréquence dudit oscillateur 35 correspond à la limite supérieure de la déviation de fréquence de l'onde porteuse modulée et peut être lue directement sur l'échelle étalonnée 38. De même, quand la fréquence de l'oscillateur 35 décroît jusqu'à ce que les pointes occupent la position 53, la limite inférieure de la bande de modulation se trouve déterminée. L'inversion des connexions aux plaques 20 inverse l'oscillogramme.
Dès que l'appareil est réglé pour certaines conditions de fonctionnement, on peut au moyen de l'oscillateur 35 étalonner
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une échelle placée sur l'écran 15 en vue de mesurer indirectement la modulation en fréquence. Les fig. 4, 5, 6 sont des exemples de telles échelles.
Dans la fig. 4, par exemple, l'échelle est étalonnée en fonction du pourcentage de modulation, en plus ou en moins de la fréquence moyenne.
La fig. 5. représente un étalonnement direct en fréquence ; elle est comme on le voit prévue pour un émetteur fonctionnant sur la fréquence moyenne de 42 mc./s. Si la variation de fréquence moyenne admissible est de plus ou moins 60 kc./s. les extrémités de ladite échelle correspondent respectivement à 42,06 et 41,04 mc./s.
En augmentant ou en diminuant au moyen du potentiomètre 28 la tension de polarisation appliquée aux plaques 20, déviant le faisceau horizontalement, la totalité de l'oscillogramme peut êtrre décelée d'un c8té de telle sorté que seul un bord est visible sur l'écran. D'autre part, en augmentant la fraction de la tension de modulation appliquées auxdites plaques au moyen du potentiomàtre 24, la partie visible de l'oscillogramme peut être dilatée dans le sens horizontal. Grâce à ces réglages il est possible de mesurer la position des extrémités du diagramme avec une plus grande précision soit directement, soit indirectement.
C'est ainsi que la fig. 6 représente une échelle étalonnée en pourcentage de modulation, pour des valeurs voisines de la limite supérieure dé la déviation de fréquence. On voit donc quecette méthode permet de vérifier facilement si la déviation de fréquence est maintenue dans des limites prévues.
Les oscillations fournies par plusieurs oscillateurs et de fréquence connue, peuvent être appliquées simultanément sur les plaques déviatrices, pour fournir un certain nombre de pointes correspondant chacune à la fréquence d'un desdits oscillateurs.
C'est ainsi qu'un oscillateur à fréquence très constante peut être maintenu d'une manière très précise sur la valeur de la fréquence. porteuse moyenne au moyen d'un quartz ou d'une ligne résonnante.
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On obtient ainsi une pointe rigoureusement située et correspondant à la fréquence de l'onde porteuse non modulée. D'autres oscillateurs peuvent être réglés en fréquences correspondant aux limites supéfieure et inférieure admissibles de la bande de modulation.
La symétrie ou la dyssymétrie de la modulation est alors très apparente ; en effet un déplacement horizontal du bloc du diagramme indique un écart de la fréquence porteuse moyenne par rapport à la valeur qui lui est assignée.
L'invention qui vient d'être décrite pour un émetteur peut évidemment être appliquée à un récepteur du même type. Il est toutefois nécessaire de prévoir un supplément d'amplification qui permette d'obtenir une tension suffisante pour le fonctionnement du système indicateur ou enregistreur.
Bien qu'on ait représenté et décrit une seule forme de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.