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SYSTEME MULTIPLEX A. DIVISIONS DANS LE TEMPS.
L'invention concerne un système de communication selon lequel plusieurs signaux sont transmis simultanément sur un seul canal par modula- tion d'impulsions récurrentes. Ces systèmes sont, d'une façon générale, appe- lés systèmes multiplex à divisions dans le temps. Chacun des signaux à trans- mettre module une impulsion donnée d'un groupe d'impulsions se suivant d'une façon continue-, ledit groupe se-- répétant à une cadence relativement élevée.
Un maître- oscillateur synchroniser la cadence de répétition à une fréquence supérieure à la fréquence la plus haute du signal de modulation. Le signal peut être transmis en modulant les impulsions d'une façon quelconque, en amplitude, en position en largeur ou en fréquence. La présente invention sera illustrée par un système utilisant une modulation en largeur.- A la ré- ception, des groupes d'impulsions de synchronisation et des signaux de ré- partition assurent l'orientation des impulsions relatives à chacune des voies vers le récepteur correspondant.
Ainsi qu'il est bien connu, de tels systèmes nécessitent un degré de stabilité élevé et une synchronisation efficace, notamment lorsqu'on dési- re transmettre des signaux sonores ou visuels de qualité élevée sur l'une des voies. Il est nécessaire que les impulsions de synchronisation et les signaux de répartition arrivant au récepteur soient synchronisés avec précision sur les impulsions correspondantes de l'émetteur afin d'éviter toute distorsion du signal et de diminuer la modulation entre voies.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, toutes les impulsions de synchronisation et les signaux de répartition de l'émetteur et du récepteur sont commandés à partir d'un maître-oscillateur faisant partie . de l'émetteur. On obtient ainsi une synchronisation directe de voie à voie entre l'émetteur et le récepteur ce qui permet de transmettre un grand nombre de signaux dans le même canal, sans interférence ni intermodulation.
L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompagnent données à titre d'exemple non
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limitatif et dans lesquelles : - la figure 1 représente d'une façon schématique un émetteur mul- tiplex à 24 voies conforme à l'invention.
- la figure 2 représente en détail le modulateur relatif à une voie de l'émetteur.
- la figure 3 représente d'une façon schématique un récepteur à 24 voies conforme à l'invention, .
- la figure 4 représente, d'une façon détaillée, le générateur de mise en forme du récepteur, - la figure 5 représente l'étage modulateur d'une voie du récep- teur, - les figures 6, 7 et 8 représentent un ensemble de courbes, des- sinées sur une même échelle des temps, caractéristiques de la tension apparais- sant en certains points des circuits.
L'oscillateur pilote de l'ensemble du système représenté en 10 dans l'émetteur de la figure 1. Les différentes parties de ce pilote sont constituées par des circuits conventionnels, représentés d'une façon sché- matique. Les signaux de synchronisation et de répartition sont tous issus d'un oscillateur 11, à 300 kcs par exemple, qui sera de préférence stabili- sé par cristal. L'onde sinusoïdale 12 ainsi obtenue (cf.figure 6) est appli- quée au générateur d'impulsions 13 qui la transforme en un train d'impul- sions unidirectionnelles, de durée très faible, 14, se reproduisant à une fré- quence de répétition égale à 300 kcs.
Ces impulsions sont amplifiées et leur polarité inversée dans l'étage amplificateur 15 dont le signal de sortie constitue les impulsions de référence de polarité négative 16 (Cf. figure 6) transmises par le conducteur 17. Les impulsions 14 sont également appliquées, par l'intermédiaire du conducteur 18, à un étage diviseur de fréquence 19.
Dans le cas où l'on désire réaliser un système à 24 voies, le di- viseur 19 est conçu de façon à assurer une division de la fréquence par un facteur égal à 30. Le signal de sortie du diviseur 19 est constitué par une onde rectangulaire 20 ayant une fréquence de récurrence de 10 kcs. Cette on- de est destinée à la commande du générateur d'impulsions de synchronisation 21, donnant des impulsions rectangulaires unidirectionnelles, représentées en 22 (Cf. figure 6) appliquées au circuit de sortie 50 de l'émetteur par le conducteur 23.
Les impulsions de synchronisation 22 sont également transmises, par l'intermédiaire du conducteur 24, à un générateur de tension en dents de scie 25 fonctionnant à la fréquence de répétition de 10 kcs. Après amplifica- tion en 26, les ondes en dents de scie 27 (Cf. figure 6) sont transmises par le conducteur 28; elles servent de signal de répartition.
Ainsi qu'on l'a vu, l'oscillateur pilote fournit trois ondes de sortie, respectivement représentées par les courbes 16, 22 et 27 de la fig. 6.
Toutes ces ondes sont synchronisées avec grande précision sur l'oscillation sinusoïdale fournie par l'oscillateur stabilisé Il. Les impulsions de réfé- rence 16 et l'onde en dents de scie 27 sont appliquées en parallèle aux modu- lateurs des différentes voies, de façon à produire les 24 trains d'ondes mo- dulées au rythme des signaux appliqués à chacune des voies. Etant donné que les circuits relatifs à chacune des voies sont identiques, on n'a représenté pour plus de simplicité, que trois voies, les voies 1, 2 & 24 sur la figa 1.
Chacun des modulateurs a pour rôle de choisir, dans les impulsions de référence 16, une impulsion bien déterminée se reproduisant à une fréquen- ce de répétition constante qui sera modulée au rythme du signal appliqué à cette voie. Dans la variante de réalisation que l'on décrit à titre d'exem- ple d'illustration, cette modulation se fait en modifiant la largeur des impulsions. Les impulsions relatives à chacune des voies se reproduisent à la même fréquence de 10 kcs, mais elles sont déplacées en phase par rapport aux impulsions communes de synchronisation. Ainsi qu'il apparaît sur la fi- gure, chacun des modulateurs reçoit une tension de polarisation différente,
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par l'intermédiaire des potentiomètres 41, 41a, etc... alimentés par une sour- ce commune représentée d'une façon schématique par la pile 42.
Ainsi, une tension de polarisation différente est appliquée au modulateur de chacune des voies. Cette tension de polarisation, en coopération avec l'onde en dents de scie 27, assure la sélection précise d'une impulsion déterminée, du train d'impulsions de référence 16, par chaque voie. Si l'on se rapporte à la voie n l, la tension de polarisation relative au potentiomètre 41 et l'onde en dents de scie 27 sont appliquées, par l'intermédiaire des conducteurs 45 & 44, à un étage sélecteur 43.
L'ensemble des impulsions de référence 16 est également appliqué à cet étage par l'intermédiaire du conducteur 46, Celui- ci transmet au modulateur proprement dit un train d'impulsions dont la pha- se, par rapport aux impulsions de synchronisation 22, est définie par la va- leur de la tension de polarisation et la phase de l'onde en dents de scie.
Les impulsions transmises déclenchent un générateur d'impulsions 47 qui don- ne naissance à l'impulsion caractéristique de la voie n la Les impulsions re- latives aux 24 voies sont recueillies par un conducteur commun 49 et trans- mises à un amplificateur de puissance 50 dans lequel elles sont combinées aux impulsions de synchronisation. La modulation, dans chaque voie, s'ef- fectue au rythme d'un signal transmis par l'intermédiaire du conducteur 60 à un étage amplificateur limiteur 61, puis à l'étage modulateur 62 comman- dant le fonctionnement du générateur d'impulsions 47 ainsi qu'il sera décrit plus loin.
On a représenté en détail l'ensemble modulateur, relatif à une ,voie de l'émetteur, sur la figure 2. L'étage sélecteur 43 comprend essentiel- lement un amplificateur triode 63 recevant l'onde en dents de scie 27 sur sa grille de commande par l'intermédiaire du conducteur 44.
Le potentiel de po- larisation, défini par le potentiomètre 41, est appliqué à l'extrémitéinfé- rieure de la résistance cathodique 64, par l'intermédiaire du conducteur 45, Les impulsions de référence 16 sont appliquées directement à la cathode, par l'intermédiaire du conducteur 46. L'amplificateur est normalement polarisé au-delà du cut-off par la tension de polarisation positive appliquée à sa ca- thode, par l'intermédiaire de la résistance 64 et résultant du potentiomètre 41. Cette polarisation diminue à mesure que l'amplitude de la tension en dents de scie,de polarité positive, appliquée à la grille augmente. Lors- que l'amplitude de la tension en dents de scie a atteint une valeur donnée, le tube peut se débloquer.
Pratiquement, il est débloqué d'une fagon précise par l'arrivée de la première impulsion de référence qui, superposée à la ten- sion en dents de scie, porte la grille à un potentiel supérieur à celui cor- respondant au déblocage du tube. Ainsi qu'il est représenté sur les courbes de la figure 6, le potentiel de la grille de l'amplificateur 63 augmente linéairement selon la courbe représentée en 65, à partir de l'instant cor- respondant à la fin d'une impulsion de synchronisation, jusqu'à l'instant tl où se produit l'impulsion de référence qui déclenche la conduction du tu- beo La tension de la grille reste alors constante par suite du courant gril- le jusqu'à l'instant t3 où l'onde en dents de scie, dont l'amplitude diminue, atteint une valeur inférieure à la valeur correspondant au blocage du tube.
Ce cycle de variation se reproduit identique à lui-même. On choisit de pré- férence le tube 63 parmi les tubes ayant une caractéristique- de fonctionne- ment assez inclinée .pour que le blocage se produise rapidement.
Lorsque le tube se débloque, son potentiel anodique diminue brusquement, ainsi qu'il est représenté par la courbe 69 de la figure 6.
L'onde rectangulaire recueillie à la sortie du tube 63 est amplifiée par l'étage 70 puis différenciée par l'intermédiaire d'un circuit à faible cons- tante de temps, constitué par le condensateur 71 et la résistance 72.A la sortie de ce circuit on obtient des impulsions de déclenchement représentées par la courbe 66 de la figure 6. Les impulsions positives 102 assurent le déclenchement du générateur d'impulsions 47; les impulsions négatives 103 restent sans effet, le générateur d'impulsions étant normalement bloqué.
Ce générateur est représenté sous forme d'un circuit, connu en soi, comprenant une double triode 73 ayant un circuit cathodique commun aux deux éléments. Le signal de sortie de ce générateur est appliqué, par l'in- termédiaire du condensateur de couplage 74, à l'étage à couplage cathodique
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75 et au d.elà au conducteur 49 recueillant les impulsions relatives à chacu- ne des voies.
Les signaux de modulation sont appliqués, par l'intermédiaire du conducteur 60, à l'amplificateur limiteur 61 comportant les deux étages 80 & 81. La totalité du signal de sortie du second étage amplificateur 81 est appliquée à un détecteur diode 82 par l'intermédiaire du condensateur de couplage 67. Ce détecteur 82 développe une tension de réglage automatique du gain qui est renvoyée à l'entrée du premier étage amplificateur 80 par le conducteur 83 de façon à limiter l'amplitude du signal à une valeur com- patible avec le fonctionnement linéaire du modulateur d'impulsions et du générateur d'impulsions. Une fraction convenable du signal issu de l'ampli- ficateur 81 est également appliquée,par l'intermédiaire du condensateur 84 à l'entrée du modulateur d'impulsions 62 comprenant les deux étages 85 & 86.
Le fonctionnement de l'ensemble modulateur 62-générateur 47 est le suivant.
L'arrivée d'une impulsion de référence, transmise par l'étage sélecteur 43, sur la grille de l'élément de gauche du tube 73, définit l'instant auquel commence l'impulsion relative à la voie considérée. Une impulsion est en mê- me temps transmise, par l'intermédiaire du condensateur de couplage 76, à la grille de commande de l'étage 86 du modulateur. Cette impulsion est inté- grée dans un circuit constitué par les condensateurs 76 & 77 et les résis- tances 78 & 79. Le tube 86 est maintenu normalement bloqué par l'intermédiai- re d'une tension de polarisation définie par le courant traversant l'étage 85 du dit modulateur, ces deux étages présentant une impédance cathodique commune.
A un instant donné, l'étage 86 est débloqué et une impulsion brève est appliquée, par l'intermédiaire du condensateur 59, au générateur d'impul- sions 47, ce qui a pour effet de faire revenir le dit générateur dans son état de fonctionnement initial, c'est-à-dire de définir la fin de l'impul- sion relative à la voie considérée..L'instant auquel l'étage 86 se débloque dépend de l'amplitude du signal appliqué à l'étage 85 par l'intermédiaire du condensateur de couplage 84. La longueur de chacune des impulsions ap- pliquées au conducteur 49 est par conséquent fonction de la valeur instan- tanée du signal de modulation.
Ainsi qu'il apparaît mieux sur la figure 6, le front avant des impulsions modulées 48 se produit à un instant fixe par rapport aux impul- sions de synchronisation. Leur durée, ou largeur, est modulée au rythme du signal de modulation. La courbe 87 représente deux ensembles de vingt-qua- tre impulsions relatives aux vingt-quatre voies, précédés et suivis d'im- pulsions de synchronisation 22.
Le signal complexe peut être transmis par tout moyen approprié de l'émetteur au récepteur, par exemple par relais hertzien, par câbel coa- xial, par courant porteur, etc... L'ensemble du récepteur est représenté d'une façon schématique sur la figure 3. Le signal complexe incident 87 est tout d'abord appliqué à un circuit de mise en forme 90. Ce circuit extrait du signal incident les différentes ondes nécessaires à la répartition et à la détection des signaux relatifs à chacune des voies. Le signal incident est tout d'abord amplifié et mis en forme pour supprimer toute distorsion due à des variations d'amplitude, au fading, etc.. dans l'étage 91. Le si- gnal de sortie 100 est transmis, par l'intermédiaire du conducteur 92, aux différentes voies du récepteur.
Il est également appliqué, par l'intermé- diaire des conducteurs 88 & 89, à un étage différenciateur 93 et à un étage séparateur d'impulsions de synchronisation 94. L'étage différenciateur 93 est suivi d'un étage amplificateur-limiteur 95 dont le fonctionnement sera décrit en détail plus loin. Cet étage fournit un train d'impulsions de référence se produisant à une fréquence de 300 kcs, synchronisé par les impulsions 16 de l'émetteur et les impulsions de synchronisation 22 reçues. Dans l'étage séparateur 94, les impulsions de synchronisation, de largeur plus grande que les impulsions relatives aux signaux transmis, sont séparées par intégra- tion et utilisées pour synchroniser le générateur local d'onde en dents de scie 97.
La tension en dents de scie 101 est transmise, par l'intermédiaire d'un étage à couplage cathodique, auconducteur 99.
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La figure 4 représente, en détail, les constituants du circuit de mise en forme 90 qui vient d'être décrit. L'amplificateur-limiteur 91 comprend un amplificateur surexcité à quatre étages 110, .111, 112 & 113, qui limite également les crêtes positives et négatives du signal d'entrée, de façon à transmettre une onde rectangulaire. L'onde de sortie 100 est appliquée, par l'intermédiaire de l'étage à couplage cathodique 114, aux conducteurs 92, 88 & 89. Le signal 100 (cf. figo 7) alimente également un circuit différen- ciateur disposé dans la connexion cathodique de l'étage amplificateur inver- sé 120.
Ce circuit comprend un condensateur 121 et une résistance 122 et pré- sente une constante de temps très faible vis-à-vis de la durée des impulsions relatives aux différentes voies. Le signal appliqué à la grille de l'étage amplificateur 123 a donc la forme représentée par la courbe 124 de la figure
7. Une impulsion' brève positive remplace les fronts avant des impulsions positives constituant 1'onde 100 et une impulsion brève négative correspond aux fronts'arrière. L'amplificateur 123 est polarisé automatiquement de fa- çon à jouer le rôle de limiteur et ne transmet à l'étage suivant 125 que les crêtes positives-dont l'amplitude dépasse le seuil de limitation 128.
Il ap- paraît donc, dans le circuit anodique de l'amplificateur 125, des impulsions négatives, ainsi qu'il est représenté par la courbe 126, destinées à jouer le rôle d'impulsions de référence dans le récepteur.
Il est important de noter que, malgré la modulation en durée des impulsions reçues, les fronts avant de ces impulsions sont définis d'une fa- con fixe par rapport aux impulsions de synchronisation de l'émetteur. Par conséquent., les impulsions brèves positives obtenues en dérivant l'onde 100 sont équidistantes puisqu'elles correspondent aux fronts fixes des impulsions modulées. On peut donc les utiliser comme impulsions de référence dans le récepteur.
Les circuits représentés sur la partie inférieure de la figure 4 constituent les circuits générateurs de l'onde en dents de scie à la fréquen- ce de 10 kes, analogue à l'onde de répartition 27 de l'émetteuro Le circuit,
94, amplificateur séparant les impulsions de synchronisation, comporte trois étages 130, 131 & 132. Le signal complexe 100, après amplification, est par- tiellement intégré dans le circuit à constante de temps élevée constitué par la résistance 133 et la capacité interne grille-cathode 134 de la triode
132, L'onde résultante est analogue à celle représentée par la courbe 135 de la figure 7.
On remarquera que l'amplitude 136, résultant de l'intégration partielle des impulsions de synchronisation 22, présente une amplitude beau- coup plus grande que les impulsions déformées'résultant de l'intégration partielle des impulsions modulées, à cause de la durée plus élevée des im- pulsions de synchronisation..
L'onde complexe représentée en 135 alimente l'étage 132. polari- sé de façon que seules les crêtes positives, dépassant le niveau de réfé- rence représenté en 126, soient transmises. L'onde résultante est différen- ciée dans le circuit de couplage à faible constante de temps constitué par le condensateur 137 et la résistance 1380 L'onde apparaissant dans le cir- cuit anodique de l'amplificateur suivant, 139, a la forme représentée par la courbe 140 de la figure 7. On voit que cette onde comporte des impulsions de faible durée 141 synchronisées sur le front arrière des impulsions de synchronisation 22.
Les impulsions 141 sont destinées à reconstituer des impulsions de synchronisation dans le récepteur. Elles servent à déclencher l'étage multivibrateur 150. Ce circuit fournit un train d'impulsions positives ana- logues à celles représentées sur la courbe 153, dont le front arrière cor- respond à l'impulsion 141, c'est-à-dire au front avant de l'impulsion de synchronisation de l'émetteuro La durée de cette 'impulsion peut être ajustée, par l'intermédiaire du potentiomètre 151, de façon que le générateur de ten- sion en dents'de scie 97 puisse être entièrement déchargé entre deux impulsions.
Ce générateur dont la réalisation est bien connue, comporte essentiellement le condensateur 154 qui se charge à travers le circuit à courant constant comprenant l'amplificateur pentode 155. La charge du condensateur 154 est interrompue périodiquement, entraînant sa décharge, par l'intermédiaire
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d'une impulsion de déblocage appliquée au tube 156 shuntant le condensateur 154, La tension en dents de scie résultante est appliquée, par le conducteur 157, à un étage à sortie à couplage cathodiqueo Un tube 162 shunte la résis- tance cathodique 161 du tube à sortie cathodique. Ce tube est débloqué en synchronisme avec le tube à décharge 156.
Le rôle du tube 162 consiste essen- tiellement à éviter la distorsion de l'onde en dents de scie appliquée à la charge capacitive constituée par les étages démodulateurs des vingt-quatre voies du récepteur et les connexions de liaison. Il évite toute distorsion de l'onde en dents de soie en assurant la décharge capacitive de la charge à la fin de chaque période de balayage.
On n'a représenté, pour plus de simplicité, que trois voies du récepteur, respectivement les voies 1, 2 & 24. Ces voies sont toutes identi- ques. Chacune d'elles comprend un étage sélecteur 171, un générateur de ver- rouillage 172, un démodulateur verrouillé 173, un filtre pass-bas et un am- plificateur basse fréquence 174. Le signal complexe 100, après amplification et mise en forme, est appliqué à tous les démodulateurs verrouillés en paral- lèle par le conducteur 92.
Chacun des étages sélecteurs reçoit d'une part les impulsions de référence à 300 kcs, la tension en dents de scie à 10 kcs et une tension de polarisation ajustable. Comme dans le cas de l'émetteur, cette tension de polarisation est fournie par un potentiomètre 175, 175a, etc... alimenté par une source de polarisation convenable, représentée par la pile 176. Les circuits constituant les étages démodulateurs de chacune des voies sont représentés en détail sur la figure 5. Le fonctionnement et la réalisation de l'étage sélecteur 171 sont identiques à ceux de l'étage correspondant de l'émetteur. Il est inutile, par conséquent, de les décri- re à nouveau.
L'impulsion de référence transmise par l'étage sélecteur, correspondant à l'impulsion du signal complexe qui doit être détectée,'est appliquée à la section droite d'une double triode 180 du générateur de verrouillage 172.
Cette impulsion a pour effet de débloquer la section gauche de ce tube qui est connecté dans le circuit d'un oscillateur bloqué 181 d'un type courant. Le signal issu de l'oscillateur bloqué est constitue par une impulsion 182 relativement étroite et d'amplitude assez élevée (de l'ordre de 100 V.). Le démodulateur verrouillé 173 est constitué par un amplifica- teur pentode 183 recevant les impulsions de déverrouillage 182 sur sa grille- écran et le signal incident sur sa grille de commande. On applique à la ca- thode de ce tube, une polarisation suffisante pour le maintenir normalement bloqué, en l'absence des impulsions*issues de l'oscillateur bloqué 181.
Le démodulateur reçoit .donc uniquement l'impulsion dont le rang correspond à la voie dont ce circuit fait partie. La courbe 185 de la figure 8 repré- sente deux de ces impulsions se reproduisant à la cadence de 10 kcs. Ces impulsions, ainsi qu'on s'en souviendra, sont modulées en durée et les flè- ches figurent les limites de'durée des impulsions. Celles-ci sont intégrées dans le circuit de couplage constitué par la résistance 186 et le condensa- teur 187 , avant d'alimenter l'amplificateur 184. La constante de temps de ce circuit est grande par rapport à la durée des impulsions, de sorte que l'amplitude maximum et l'aire des impulsions résultantes sont fonction de la largeur des impulsions incidentes.
On a représenté, sur les courbes 188 & 189 de la figure 8, deux formes possibles de l'onde intégrée, correspon- dant respectivement à la durée la plus faible et à la durée la plus grande que peut avoir une impulsion modulée. Le signal de modulation est alors dé- tecté, ainsi qu'il est bien connu, en faisant passer les impulsions défor- mées à travers un filtre pass-bas 190 suivi d'un amplificateur convenable, figuré par l'amplificateur à deux étages 191. Dans l'exemple choisi, le fil- tre 190 comporte quatre cellules constituées par des- inductances en série et de capacité en parallèle.
Il est bien évident que tous les chiffres qui viennent d'être donnés au cours de la description, doivent être considérés comme donnés à titre d'exemple sans aucun caractère limitatif. Il est notamment possible de réaliser, conformément à l'invention, un ensemble multiplex comportant un nombre de voies différent de vingt-quatre. On peut également, suivant la nature du signal à transmettre, utiliser une fréquence de répétition
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des impulsions plus ou moins élevée que 10 kcs. L'expérience a montré que les systèmes conformes à l'invention permettent d'obtenir une reproduction sonore de haute qualité., en évitant toute modulation entre voies par suite de la synchronisation très efficace du récepteur et de l'émetteur.
Dans le cas d'une transmission télégraphique ou d'un système fac-similé, on peut utiliser une fréquence de répétition plus faible ou utiliser chaque voie à la transmission de deux signaux.