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RADIOPHARE OMNIDIRECTIONNEL ULTRA-,HAUTE FREQUENCE.
Il est connu de réaliser des radiophares omnidirectionnels., bases sur l'emploi d9aériens directifs tant dans le plan horizontal que dans le plan vertical., et tournant à une certaine vitesseo
Les radiophares qu'il est connu de réaliser fournissent tant au personnel au sol qu'au personnel navigant des indications d9autant plus précises que l'aérien est plus directif, c'est-à-dire en d'autres termes, que le diagramme de rayonnement dudit aérien se présente sous la forme de lobes plus aigus.
Il est facile de comprendre pourquoi il en est ainsi. Ces radiophares donnent en effet la même indication par exemple au pilote quand son aeronef se trouve dans la région délimitée par un lobe de di- rectivité de 19aérien. Cette indication qui peut être le gisement du radiophare par rapport à une direction de référence sera évidemment d'au- tant moins précise que ce lobe sera moins aigu.
On est donc amené à réaliser des aériens extrêmement direc- tifs, c'est-à-dire par conséquentencombrants. Pour fixer les idées, pour avoir une directivité suffisante (de 19 ordre de 1/10 de degré) dans la bande de 10 cm de longueur d'onde, il est souvent nécessaire d'utili- ser des aériens dont la dimension principale atteint 10 mètres.
D'autre part la rapidité d'information, dépend du nombre de tours-minute de l'aérien tournant. Il est clair, que des aériens tour- nants de grand encombrement nécessiteront pour leur mise en rotation ra- pide des mécanismes couteux et puissants. Il est donc difficile d'aller très loin dans cette voie. -
La présente invention, système L. THOUREL9 concerne un ra-
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diophare omnidirectionnel fonctionnant dans la gamme des ondes centimétri- ques et décimétriques, et qui tout en utilisant des aériens de directivité relativement faible, est néanmoins capable de donner des indications d'une précision particulièrement élevée.
Conformément à l'invention, le radiophare comporte un aérien tournant avec un lobe de directivité de l'ordre de 2 à 10 dans le plan horizontal et des moyens permettant un balancement du faisceau émis d'un angle sensiblement égal à sa largeur. La fréquence de ce balancement est de l'ordre de quelques kilocycles. Cet aérien est alimenté en im- pulsions synchronisées avec ce balancement, lesdites impulsions étant d'une durée telle que pendant les instants d'émission, il ne puisse y avoir de balancement du faisceau.
De cette façon le récepteur d'avion reçoit des signaux qui après une double dérivation affectent la forme d'une impulsion de très cour*durée qui permet de localiser avec une très grande précision l'in- stant où le rayon correspondant au creux du double lobe atteint l'avion.
Le radiophare conforme à l'invention comporte en outre un aérien fixe, omnidirectionnel dans le plan horizontal, et présentant dans le plan vertical une certaine-directivité, destinée à augmenter sa portée. Des moyens sont prévus pour alimenter en impulsions cet aérien, chaque fois que le creux du double lobe de l'aérien tournant passe dans une direction fixe, le Nord par exemple.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après en se référant aux dessins annexés parmi lesquels :
La figure 1 représente un exemple non limitatif de schéma fonctionnel d'un radiophare selon l'invention;
La figure 2 représente la forme du double lobe émis par l'aé- rien tournant.
La figure 3 représente un exemple non limitatif d'un schéma fonctionnel d'appareillage de bord correspondant.
La figure 4 représente les diverses formes de signaux reçus aux bornes des circuits de l'appareillage de bord.
Dans la figure 1, 1 représente un tube oscillateur pilote, en ultra haute fréquence par exemple un klystron, 2 représente un premier tube amplificateur en ultra-haute fréquence, recevant dans son circuit d'entrée l'énergie émise par l'oscillateur 1. Ce tube qui peut par exem- ple être un klystron, est astreint à émettre en régime d'impulsions par le dispositif de base de temps 3 connu en sois qui agit par exemple sur une de ses grilles. Le tube 2 attaque l'aérien tournant 4, mû pan le moteur 5. Cet aérien peut être constitué par exemple d'un miroir para- bolique portant en son foyer deux carnets excentrés alimentés tour à tour au moyen d'un dispositif de commutation électronique 6 synchroni- sé avec la base de temps 3. Ce dispositif permet ainsi le balancement du faisceau émis par l'aérien 4.
L'aérien tournant 4 est directif tant dans le plan vertical que dans le plan horizontal. Dans le plan horizontal; sa directivité peut être de l'ordre de 2 à 10 , ce qui est facile à réaliser avec des miroirs de dimensions courantes en ondes centimétriques.
Le balancement du faisceau est d'un angle sensiblement égal à sa largeur.
La figure 2 montre l'allure du double lobe ainsi obtenu avec- une ouverture du faisceau de 3 et un balancement de 2 . La fréquence du balancement est de l'ordre de quelques kilocycles. La base de temps 3 permet d'émettre des impulsions synchronisées avec le balancement du faisceau. En donnant aux impulsions une durée un peu inférieure à la moitié de la période de balancement, l'émission se fera toujours quand
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le lobe sera dans la position I ou la position II, sans qu'il y ait balan- cement du lobe pendant la durée de l'impulsion.
Le tube 1 est connecté de plua à un autre tube amplificateur, un klystron par exemple. Ce klystron émet une impulsion chaque fois que l'aérien 4 est dirigé dans une position fixe, par exemple le Nord, ceci au moyen du dispositif mécanique 7 connu en soi et actionné par le moteur 5. Ce dispositif peut actionner un contacteur par exmpple qui par des moyens appropriés permet de débloquer le tube 6, au moment voulu. Le tube 6 alimente l'aérien fixe 8.
La figure 3 représente un schéma fonctionnel d'un exemple de réalisation d9appareillage de bord approprie pour recueillir les indi- cations du radiophare selon l'invention.
Sur cette figure, 1 représente un aérien de réception omni- directionnel, un dipôle par exemple. 1 est relié à une cavité résonnante 2 à laquelle est couplé un crystal détecteur 3. Les signaux détectés sont dérivés par un premier circuit dérivateur 4 puis par un second 5, et enfin amenés à l'entrée d9un tube oscilloscope à remanence 6, dont la base de temps est représentée en 7, et est synchronisée avec la rota- tion de l'aérien tournant.
On comprend dès lors le fonctionnement du système selon l'in- vention. Quand l'antenne réceptrice reçoit successivvement les rayons compris dans les deux lobes de l'antenne tournante, le courant détecté a la forme représentée en 1 sur la figure 4. Il présentera les deux pointes correspondant aux deux impulsions, T étant le temps du passage du faisceau devant 19 avion Il est facile de calculer T pour un fais- ceau de 3 , un balancement de 2 et un aérien tournant à 10 tours par minute.
T = 1/12 sec.
En prenant une fréquence de balancement de quelques kilocycles, une fréquence de récurrence égale à cette fréquence de balancement pour les impulsions, l'avion sera donc à coup sûr atteint par le faisceau.
Le premier étage dérivateur amplificateur connu en soi 4 transformera la forme de ce signal, en celle visible en 2 sur la figure 4.
En effet cette dérivation fait apparaître un brusque change- ment de signe du courant entre les points marqués A B , à cause de l'in- version brutale de la pente de la courbe 1 en Ao Une deuxième dérivation effectuée par le circuit amplificateur dérivateur 5 permet d'obtenir la forme de courant visible en 3, c'est-à-dire une impulsion très aiguë.
Cette impulsion dont la durée est très courte devant T permet d'établir avec beaucoup de précision le passage du creux du double lobe devant l'avion. Avec les données numériques énoncées plus haut, il suffit que l'impulsion ait une durée de 1 de T pour que l'erreur sur 1?angle
20 soit de l'ordre du quart de degré (soit @/20).
Chaque fois que le creux du double lobe passe dans la direc- tion Nord, par exemple,l'aérien fixe émet une impulsion. La mesure de l'écart entre l'impulsion détectée et l'impulsion Nord donne le gisement de 1?avion par rapport au radiophare. Cet écart est mesuré grâce à leos- cilloscope 6 directement gradué en degré. Cet oscilloscope sera du type à balayage circulaire ; lebalayage. sera en synchronisme selon l'inven- tion, avec la rotation de 19 aérien tournant. Il peut être commandé par
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un dispositif mécanique genre horloge, ou électronique, l'impulsion Nord servant d'impulsion de synchronisation. .Cet oscilloscope sera de préfé- rence du type à rémanence.
Les avantages des dispositifs selon l'invention sont princi- palement.
1 - La précision de la mesure de l'angle, qui se fait par la mesure de l'écart dans le temps de deux impulsions brèves, tandis que dans les systèmes connus à faisceau tournant simple, il existe une impré= cision due à la largeur du faisceau. Dans ces systèmes la recherche d'une grande précision conduit à l'utilisation d'aériens beaucoup plus encom- brants, nécessaires à la production de faisceaux étroits, de l'ordre de 10.
2 - La rapidité de l'information; c'est en effet l'encom- brement et le poids des aériens qui limitent leur vitesse de rotation.
Les aériens des dispositifs conformes à l'invention n'ont pas besoin d'être très directifs, puisqu'une directivité de 3 donne à la mesure une précision de l'ordre du quart de degré. Il est possible de leur donner une vitesse de rotation de l'ordre de 30 tours/minute.
C'est là un avantage intéressant pour la navigation à fai- ble distance.
3 - La simplicité de l'appareillage de bord qui se réduit essentiellement à
Un étage détecteur haute fréquence.
Deux étages de dérivation et amplificateurs.
4 - La clarté des informations qui sont lues directement sur l'écran de 111 oscillographe, celui-ci étant du type à rémanence.
5 - La possibilité d'utiliser le système avec la même préci- sion sur moyenne (300 à 400Km) et faible distance, puisqu'elle est déter- minée par l'acuité de l'impulsion, si on emploie dans les deux cas la même longueur d'onde. Si on a soin d'utiliser pour les faibles distan- ces des fréquences plus élevées, tout en conservant des aériens de même encombrement, la précision sera supérieure.
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ULTRA-, HIGH FREQUENCY OMNIDIRECTIONAL RADIOPHARE.
It is known to produce omnidirectional radiobeacons., Based on the use of directional aerials both in the horizontal plane and in the vertical plane., And rotating at a certain speed.
The radiobeacons that it is known to produce provide both ground staff and flight personnel with indications that are all the more precise as the airman is more directive, that is to say in other words, than the flow diagram. radiation from said aerial is in the form of more acute lobes.
It is easy to see why this is so. These radiobeacons in fact give the same indication, for example, to the pilot when his aircraft is in the region delimited by a directional lobe of the aircraft. This indication, which may be the bearing of the radiobeacon with respect to a reference direction, will obviously be all the less precise as this lobe will be less acute.
It is therefore necessary to produce extremely directional, that is to say, bulky aerials. To fix ideas, to have sufficient directivity (of 19 order of 1/10 of a degree) in the 10 cm wavelength band, it is often necessary to use aerials whose main dimension reaches 10 meters.
On the other hand, the speed of information depends on the number of revolutions per minute of the rotating aerial. It is clear that large-size rotating aerials will require expensive and powerful mechanisms for their rapid rotation. It is therefore difficult to go very far in this direction. -
The present invention, the L. THOUREL9 system relates to a
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Omnidirectional beacon operating in the centimeter and decimetric wave range, and which, while using relatively low directivity aerials, is nevertheless capable of giving indications of particularly high precision.
In accordance with the invention, the radiobeacon comprises an aerial rotating with a directivity lobe of the order of 2 to 10 in the horizontal plane and means allowing the emitted beam to be balanced at an angle substantially equal to its width. The frequency of this swing is of the order of a few kilocycles. This aerial is supplied with pulses synchronized with this balancing, said pulses being of a duration such that during the instants of transmission, there can be no sway of the beam.
In this way, the aircraft receiver receives signals which, after a double bypass, take the form of a very short-term pulse which makes it possible to locate with great precision the instant where the radius corresponding to the hollow of the double. lobe reaches the plane.
The radiobeacon according to the invention further comprises a fixed aerial, omnidirectional in the horizontal plane, and having a certain directivity in the vertical plane, intended to increase its range. Means are provided for supplying pulses to this aerial, each time the hollow of the double lobe of the rotating aerial passes in a fixed direction, North for example.
The invention will be better understood by means of the following description with reference to the appended drawings, among which:
FIG. 1 represents a non-limiting example of a functional diagram of a radiobeacon according to the invention;
FIG. 2 represents the shape of the double lobe emitted by the rotating air.
FIG. 3 represents a non-limiting example of a functional diagram of corresponding on-board equipment.
FIG. 4 represents the various forms of signals received at the terminals of the circuits of the on-board equipment.
In FIG. 1, 1 represents a pilot oscillator tube, in ultra high frequency for example a klystron, 2 represents a first amplifier tube in ultra-high frequency, receiving in its input circuit the energy emitted by oscillator 1. This tube, which may for example be a klystron, is required to emit in a pulse regime by the time base device 3 known per se which acts for example on one of its grids. The tube 2 attacks the rotating aerial 4, driven by the motor 5. This aerial can consist for example of a parabolic mirror carrying at its focus two eccentric notebooks supplied in turn by means of an electronic switching device. 6 synchronized with the time base 3. This device thus allows the balancing of the beam emitted by the aerial 4.
The rotating aerial 4 is directional both in the vertical plane and in the horizontal plane. In the horizontal plane; its directivity can be of the order of 2 to 10, which is easy to achieve with mirrors of common dimensions in centimeter waves.
The swing of the beam is at an angle substantially equal to its width.
Figure 2 shows the shape of the double lobe thus obtained with a beam opening of 3 and a swing of 2. The frequency of the swing is of the order of a few kilocycles. The time base 3 makes it possible to emit pulses synchronized with the sway of the beam. By giving the pulses a duration a little less than half of the swing period, the emission will always take place when
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the lobe will be in position I or position II, without the lobe swaying during the duration of the pulse.
Tube 1 is also connected to another amplifier tube, a klystron for example. This klystron emits an impulse each time the aerial 4 is directed into a fixed position, for example North, this by means of the mechanical device 7 known per se and actuated by the motor 5. This device can actuate a contactor for example which by appropriate means allows the tube 6 to be released at the desired time. Tube 6 feeds the fixed aerial 8.
FIG. 3 represents a functional diagram of an exemplary embodiment of on-board equipment suitable for collecting the indications of the radiobeacon according to the invention.
In this figure, 1 represents an omnidirectional receiving aerial, a dipole for example. 1 is connected to a resonant cavity 2 to which is coupled a crystal detector 3. The signals detected are derived by a first derivative circuit 4 then by a second 5, and finally brought to the input of a remanence oscilloscope tube 6, of which the time base is represented at 7, and is synchronized with the rotation of the rotating aerial.
The operation of the system according to the invention is therefore understood. When the receiving antenna receives successively the rays included in the two lobes of the rotating antenna, the current detected has the form shown at 1 in figure 4. It will present the two points corresponding to the two pulses, T being the time of the passage. of the beam in front of 19 airplane It is easy to calculate T for a beam of 3, a sway of 2 and an aerial rotating at 10 revolutions per minute.
T = 1/12 sec.
By taking a sway frequency of a few kilocycles, a repetition frequency equal to this sway frequency for the pulses, the airplane will therefore certainly be hit by the beam.
The first amplifier derivative stage known per se 4 will transform the shape of this signal into that visible at 2 in FIG. 4.
In fact, this derivation shows a sudden change in sign of the current between the points marked AB, because of the sudden inversion of the slope of curve 1 in Ao. A second derivation carried out by the derivative amplifier circuit 5 allows to obtain the form of current visible in 3, that is to say a very acute pulse.
This pulse, the duration of which is very short in front of T, makes it possible to establish with great precision the passage of the hollow of the double lobe in front of the aircraft. With the numerical data stated above, it suffices that the pulse has a duration of 1 of T for the error on 1? Angle
20 or of the order of a quarter of a degree (or @ / 20).
Each time the hollow of the double lobe passes in the north direction, for example, the fixed aerial emits a pulse. The measurement of the difference between the detected pulse and the North pulse gives the bearing of the aircraft with respect to the radiobeacon. This difference is measured using the oscilloscope 6 directly graduated in degrees. This oscilloscope will be of the circular scanning type; the sweep. will be in synchronism according to the invention, with the rotation of 19 rotating air. It can be ordered by
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a mechanical device like clock, or electronic, the North pulse serving as the synchronization pulse. This oscilloscope will preferably be of the remanence type.
The advantages of the devices according to the invention are mainly.
1 - The precision of the angle measurement, which is done by measuring the difference in time of two short pulses, while in known systems with a single rotating beam, there is an imprecision due to the beam width. In these systems, the search for high precision leads to the use of much more bulky aerials, necessary for the production of narrow beams, of the order of 10.
2 - The speed of information; it is in fact the size and weight of the aerials that limit their speed of rotation.
The aerials of the devices according to the invention do not need to be very directional, since a directivity of 3 gives the measurement a precision of the order of a quarter of a degree. It is possible to give them a speed of rotation of the order of 30 revolutions / minute.
This is an interesting advantage for short-distance navigation.
3 - The simplicity of the on-board equipment which is essentially reduced to
A high frequency detector stage.
Two bypass stages and amplifiers.
4 - The clarity of the information which is read directly on the screen of the 111 oscillograph, the latter being of the afterglow type.
5 - The possibility of using the system with the same precision on average (300 to 400Km) and short distance, since it is determined by the acuity of the impulse, if we use in both cases the same wavelength. If care is taken to use higher frequencies for small distances, while maintaining aerials of the same size, the precision will be greater.