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Phasemètre.
La présente Invention concerne les phasemètres et plus spécialement les Interféromètre$ radio-électriques. On utilise un interféromètre de ce genre pour déterminer le cosinus de la direction angulaire d'une ligne reliant l'interféromètre à une source d'énergie à haute fréquence, A Cet effet., il faut mesurer le déphasage entre les signaux de la source d'énergie à haute fréquence captés par deux -antennes espacées.
La présente invention procure un phasemètre comportant une ligne de transmission, des moyens pour appliquer de l'émergie à haute fréquence en deux points espacés de la ligne de transmission, un déphaseur variable intercale dans la ligne de transmission entre les deux points espaces pour déplacer le long de la ligne de trans-
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mission tout train d'ondes stationnaire qui s'y produite un moyen pour commander le déphaseur de façon que le train d'ondes station* naire balaie périodiquement la ligne de transmission, et une prise en un point de prélèvement de la ligne de transmission pour y prélever un signal dont l'amplitude varie en fonction du déplace- ment du train d'ondes stationnaire le long de la ligne de transmis- sion.
Cette dernière peut consister en une ligne de transmission coaxiale mais cet, de préférence, un guide d'ondea.
Quand on applique deux signaux à haute fréquence de la même fréquence un à chacun des deux pointe espacés de la ligne de transmission, la position du train d'ondes stationnaire relative- ment à la prise varie en fonction du déphasage entre les deux signaux à haute fréquence. On peut mesurer pratiquement le déphasage entre les deux signaux à haute fréquence en déterminant une rela- tion de temps entre une sortie du dispositif de commande du dépha- seur et la variation d'amplitude du signal prélevé par la prise pendant le déplacement du train d'ondes stationnaire le long du guide d'onde. Le déphasage ne peut être mesuré que cous la tome d'vne fraction de 2# radians.
La présente invention est applicable à un Interféromètre radio-électrique) dans ce cas,, une antenne distincte est reliée à chacun des points espacés de la ligne de transmission, les deux antennes étant écartées d'un nombre connu de longueurs d'onde ou d'une fraction de longueur d'onde. Le déphasage entre des signaux arrivant aux antennes en provenance d'un émetteur peut être utilisa de façon connue pour déterminer l'angle au centre sous-tendu par une ligne reliant les deux antennes, l'émetteur se trouvant su centre.
Une forme d'exécution de l'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexes, dans les- quels :
La figure 1 est un schéma synoptique d'un Interféromètre radio-électrique suivant l'invention.
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La figure 2 (a) et la figure 2(b) sont deux graphiques facilitant l'exposé du fonctionnement de la présente invention, et
Les figures 3 (a) à 3(e) représentent des formes d'onde apparaissant en différents pointa de l'appareil représenté à la figure 1.
La figure 1 montre deux antennes semblables espaces 1 et 2 couplées de façon connue aux extrémités d'un guide d'ondes 3
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(de façon à produire des ondes électriques transversales) rept$\11'" té, sur le dessin, par un trait rectiligne. Deux parties de ce guide d'ondes, représentées par les lignes en traits intférronpus 3a et 3.b, comportent des déphaseurs variables respectifs 4 et 5, Chacun de ces déphaseurs peut consister en un déphaseur à ferrite comme celui décrit dans le brevet anglais n 738.877* Ce déphaseur à ferrite se compose d'une tige de ferrite montée à l'ir²$r1eur du guide d'ondes et d'un électro-aimant monté à l'extérieur des paroi & du guide d'ondes pour régler la perméabilité de la tige de ferrite.
'
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Les déphasages introduits par les déphaseurs 4 et, 5 da.1.f! les ondes électromagnétiques parcourant le guide d'ondes 3 sont commandés par un générateur de balayage consistant en un générateur de dents de soie 6, Ce dernier produit des courants en dental de scie en substance rectilignes que l'on applique aux bobines deu électro-aimants faisant partie des déphaseurs 4 et 5. Les courants ' en dents de scie appliqués aux déphaseurs 4 et 5 sont synchrones,
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mais ils sont appliqués de telle façon que, lorsque le coununt di- minue dans le déphaseur 4, il augmente dans le déphaseur 5.
En outre, les déphaseurs 4, 5 et les courants qui les traversent sont agencés de telle manière que les déphasages introduits par les déphaseurs varient en sens opposés suivant des progressivités linéaire)! égales- Par exemple, si les déphasages introduits par les deux déphaseurs
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.au début des balayages linéaires de courant sont tous deux ligaux A -0O, après un temps 1 de balayage linéaire de courant, le dtiphéira,(* introduit par le déphaseur 4 est de -00 + 0 et celui introduit par le déphaseur 5 est de -Y1o ..
0,
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Une sortie est prélevée en un point P du guide d'ondes intermédiaire entre les déphaseurs 4 et 5 et est appliquée à un récepteur 7 à commande automatique de gain comportant des étages amplificateurs à haute fréquence et à moyenne fréquence (non repré- sentés),, pour être ensuite appliquée à un détecteur quadratique 8 d'un type donnant une tension de sortie approximativement égale, à tout moment, au carré de l'amplitude du signal d'entrée, Le détec- teur quadratique 8 peut comprendre, comme détectrice, une triode non linéaire.
La sortie du détecteur quadratique 8 est appliquée à un circuit de seuil 9 qui consiste en un dispositif bistable de type connu. Ce dispositif est réglé de telle façon que, lorsque la tension de sortie du détecteur quadratique 8 atteint une valeur pré- réglée, le circuit de seuil change d'état, le sens du changement d'état dépendant de ce que la tension de sortie augmente ou diminue La sortie du circuit de seuil 9 est appliquée à un circuit bistable 10 qui est aussi de forme connue* Le circuit bistable 10 est relié à un circuit-porte 11 qui s'ouvre quand le circuit bistable 10 occupe un premier état et qui se ferme quand le circuit bistable 10 occupe son second état.
Dans le cas de la forme d'exécution con- sidérée, il est supposé que le circuit de seuil 9 change d'état de façon à commuter le circuit bistable 10 dans son second état lorsque la tension de sortie du détecteur 8 atteint la valeur de seuil en augmentant, et que, lorsque le circuit de seuil 9 change d'état du fait que la tension de sortie du détecteur 8 atteint la valeur de seuil en diminuant, le circuit bistable 10 reste dans son second état.
Une seconde entrée est appliquée au circuit-porte 11 par un oscillateur à cristal stable 12 qui applique une suite d'impul- sions à une fréquence de récurrence stable au circuit-porte 11, La sortie du circuit-porte 11 est appliquée à un compteur 13 servant à compter les impulsions apparaissant à la sortie du circuit-porte 11.
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La sortie de l'oscillateur 12 est appliqué* à un divi- beur de fréquence d'impulsions 14 qui produit une impulsion de cortit à chaque N. ème impulsion de la sortie de l'oscillateur 12.
La sortie du diviseur 14 est Appliquée au générateur de demis de soie 6 de façon que celui-ci Amorce le balayage linéaire à chaque
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Nlbme impulsion sortant de l'olloillateur 12. La sortie du diviseur de fréquence d'impulsions 14 est aussi appliquée à un second divi-
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seur de fréquence d'impulsions 13 qui produit une impulsion de sortie à chaque 112 éme impulsion sortant du diviseur de fréquence d'impulsions 14. L'impulsion de sortie du diviseur 15 est Appliquée au circuit bistable 10 de façon à commuter celui-ci dans sort pre-
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mier état et à ouvrir ainsi le circuit-porte 11, ainsi qu'an; compteur 13 qui est ainsi remis à zéro après Nl-1f2 impulsions de sortie de l'oscillateur 12.
Le fonctionnement de l'interféromètre radio-électrique représenté à la figure 1 est décrit ci-après avec référence aux graphiques représentés aux figures 2 et 3,, La figure 2 (a) est un dessin du train d'ondes stationnaire se présentant à l'intérieur du guide d'ondes 3 entre les deux déphaseurs 4 et 5, comme résultat de la réception de signaux de même amplitude et de même fréquence par les deux antennes 1 et 2.
Si 2a est le déphasage entre les signaux captés par les
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deux antennes 1 et 2, . ya étant le changement de phase se produi- sant entre l'antenne 1 et le déphaseur 4 ainsi qu'entre l'antenne 2
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et le déphaseur 5, (-00 + ) et (-0O - 0) étant les changements de phase introduits, à tout instant' par les déphaseurs respectifs 4 et 5, 21 étant la longueur de guide d'ondes entre les déphaseurs 4
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et bzz et vok W et étant l'amplitude, la fréquence angulaire et la longueur d'onde du signal reçu dans le guide d'ondes, la tension Vp en un point de prélèvement ou prise P se trouvant à une distance x du milieu de la partie du guide d'ondes 3 comprise entre les deux déphaseurs 4 et 5 est donnée par l'équation suivante ,
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Vp - V0.fin Cw t - - 0O - 0Q + 0 - 2" (1 + x) / ..% 'f' 'flp !!',.I1l.t + CI .. Ifo ... 110 - II .. 21' (l-x) 1 AJ 2Yo. ain (t.J t + p)<oos a (a 0 2rrx/ À ), où p " -0 - 0O # 2x1/ %1 = constante,
Cela signifie que l'amplitude de la tension au point P est donnée par l'équation :
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vp 1 m ;2v.. cos(a - 0 0 + 21X/À)
L'équation (1) montre que, lorsqu'on varie l'angle de déphasage #, l'amplitude de la tension de signal à tout point donné de la partie milieu du guide d'ondes 3 varie comme une sinusoïde redressée.
La tension de signal au point ou prise P est amplifiée par le récepteur 7 et est détectée et portée au carre dans le dé- tecteur quadratique 8. 81 on suppose que le détecteur quadratique 6 a une tension de sortie qui est exactement le carré de l'amplitude de la tension d'entrée du récipient 7, la tension de sortie est
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égale à t 4kVocol' I .. 0 + 2xx ) 2kzVa:f1 + cos 2 (a - 0 + 2n/À)J ,r où k est un paramètre de circuit tel que 2k'VQ2 soit en substance constant. Ceci résulte de l'utilisation d'une commande automatique de gain dans le récepteur 7.
L'équation (2) signifie que, pour des valeurs données de a et 0, la tension de sortie varie sinusoïdal ment quand le point P se déplace le long du guide d'ondes 3, un déphasage de 2# se pro- duisant à chaque déplacement du point P équivalent à une demi-
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longueur d'onde (A/2). Ce phénomène est représenté à la figure 2(b) qui reproduit graphiquement la variation de la sortie du détecteur quadratique 8 en fonction de la variation de position de la prise P.
Une variation de sortie semblable se produit lorsque 0 varie, # et x restant constants. Il résulte de l'équation (2) qu'on obtient un
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cycle complet de 2u radians de li variation sinusoïdale de la sortit en un point de prélèvement P donné lorsqu'on fait varier 0 de w
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radians. La sortie du détecteur quadratique 8 est pourvue d'un circuit capacitif afin d'éliminer la composante continue de signal de sortie, de sorte que la sortie finale du détecteur 8 a la, forme:
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2kVoCOS 2(a - 0 + 2."x/À).
Pour des motifs qui rassortiront de la description donnez c1prè8, le circuit de la forme d'exécution considérée est agencé' de façon que, lorsque a 0 a o, la sortie finale du détectwr quadratique 8 soit égale à zéro. C'est-à-dire que la sortie du dé- lecteur quadratique 8 est agencée de façon z être la valeur r.w,hw.-',,,¯ autour de laquelle sa sortie finale varie sinusoldalement avec 0* Une façon d'atteindre ce résultat est de rendre la distance x entre la prise P et le milieu de la partie du guide d'ondes 3 comprise entre les déphaseurs 4 et 5 égale à un nombre impair de huitièmes de longueur d'onde X . Une autre façon de régler la sortje du détecteur quadratique 8 est de régler différemment les deux param
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tres 0.
et/ou les deux paramétres 00 de l'équation (1), c'ust-à* 3*.< re que le déphasage (- 0Q) entre l'antenne 1 et le déphageur 4 <>,. être varié différemment du déphasage entre l'antenne 2 et; :Le uépu. seur 5, et/ou le déphasage initial (- zoo) dans le déphaseur 4 -avau1* ' le début du balayage linéaire peut varier différemment du déphasage dans le déphaseur 5, à l'effet d'obtenir le réglage voulu de la sortie.
La figure 3 (a) montre la variation dans le temps du cou- rant appliqué par le générateur de dents de scie 6 au déphaseur 5.
Le balayage linéaire de courant en dents de scie est amorcé par la
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sortie du diviseur 14 qui se produit à chaque Hl ème impulsion de l'oscillateur 12. Le courant en dent de scie linéaire a uno amplitude de balayage telle que le déphasage dans le déphaseur 5 varie linéai...
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rement de (- zoo) à (-0.. + 1). Les deux balayages de courant en dents de scie de ce type ne sont pas consécutifs mais son; considé- rablement distants l'un de l'autre dans le temps, comme les lignes ;
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horizontales en traits interrompus le montrent. La figure 3(b) moutm, la variation correspondante dans le temps du courant appliqué par le générateur de courant en dents de scie 6 au déphaseur 4.
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Le courant en dents de scie linéaire a une amplitude de balayage telle que le déphasage dans le déphaseur 4 varie de (- #0) à (. #0 + #1). Dans lea deux cas, le déphasage #1 est rendu égal à # radians,
La figure 3(c) montre des tensions de sortie possibles correspondantes du détecteur quadratique 8 pour deux valeurs diffé- rentes de 2a. Le premier cas est représenté par la forme d'onde 30 et correspond aux conditions dans lesquelles le signal reçu par l'antenne 2 est en avance sur le signal reçu par l'antenne 1 d'un angle de déphasage 2a ayant une valeur de 29# radians plus une fraction 28[alpha], q étant un nombre entier positif.
Dans ce cas, la sortie du détecteur quadratique donne un cycle complet de tension de sortie sinusoïdale, mais ce cycle commence et finit à un niveau de tension inférieur au niveau de tension moyenne zéro. Il est facile à voir cependant que, lorsque 0 * () CI, la tension de sortie du détecteur quadratique 8 est égale au niveau moyen. Le circuit de seuil est réglé de façon à changer d'état et à commuter le circuit bistable 10 dans son second état avec fermeture du circuit-porte 11, quand la tension de sortie du détecteur quadratique passe par le niveau de tension moyen zéro.
Le temps qui s'écoule entre le début du courant en dents de scie et ce changement d'état est proportion- nel à l'angle 6 a. La forme d'onde 31 de la figure 3(c) représente le cas où le signal reçu par l'antenne 2 devance le signal reçu par l'antenne 1 d'une fraction d'angle 8[alpha] plus grande d'un autre angle de déphasage 2a. Ici aussi, le changement d'état correspondant du circuit de seuil 9 se produit après un temps proportionnel à l'angle de 8[alpha] radians. La figure 3(d) représente les changements d'état du circuit de seuil 9 correspondant aux deux cas précités. Lors de la différentiation de l'équation (1), il a été admis que les amplitudes des signaux au point P provenant des deux antennes 1 et 2 étaient égales.
Ceci n'est pas indispensable, une inégalité ayant simplement pour effet d'introduire une composante continue supplémentaire dans la sortie du détecteur 8. Cette composante est supprimée par le
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circuit capacitif prévu à la sortie du détecteur 8.
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Comme 11 a été dit, le circuit bl 8 table 10 est commuté dans son premier état de façon à ouvrir le circuit-porte 11'.au dé-
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but de chaque Mahme balayage en coupant produit par le générateur de dents de soie 6# La figure 'Ce) montre l'ouverture et la ferme- ture du o,ra,pare Il sons la aamnende du o1ron1t b111tab:L. dans l'hypothèse où l'ouverture du circuit-porte 11 coïncide ave le début des balayages de courant représentés aux figures 3(a) et 3(b).
Dans ce cas, le circuit-porte 11 s'ouvre au début des balayages de courant et se ferme quand le circuit de seuil change d'état en.
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passante pour les formes d'onde 30 et 31 de la figure 3(0), dans le sens positif des niveaux de tension zéro. Il résulte de ce ,ui précède que le circuit-porte 11 est ouvert pendant un temps pro-
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portionnel à l'angle de phase S a, quelle que soit la valeur de <5<t entre o et # radians pendant le temps d'ouverture et de fermeture du circuit-porte 11.
Pendant le temps d'ouverture du circuit-porte 11, l'oscillateur 12 applique des Impulsions à une fréquence de récur. ronce constante au compteur 13, de sorte que, si n impulsions sont produites pendant un cycle complet de balayage linéaire du généra- teur de dents de scie 6 (représentant un changement de 0 de * ra- dians) et si le compteur compte p impulsions pendant le ternes d'ou- verture du circuit-porte 11, le déphasage entre les signaux captés par les deux antennes est donné par l'équation :
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2a a + 2wq + 2 Sa + 2*q + 2xp/n radians.
On comprendra que, si 2 est supérieur à .2T radians ou Inférieur à 0 radian (c'est-à-dire q 0 0), le compte .2 n'est pro- portionnel qu'à la partie 2 60 de 2a qui est une fraction positive
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de 2r. Il en est ainsi parce qu'il est Impossible de faire la dit- tinction entre des trains d'ondes stationnaires dans le guide d'on-
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des 3 correspondant à des valeurs de 2a différant entre e1101 de Zw radians. L'angle 2 ba peut être utilisé de façon connue pour déterminer l'angle au centre sous-tendu par une ligne reliant les deux antennes 1 et 2, le centre étant l'émetteur sur lequel le ré-
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cepteur 7 est Accorda Un tel procédé de détermination d'angle est décrit dans la demande de brevet anglais n* 13600/61.
Le compteur 13 est remis à zéro au moment où le cirouit- porte 11 est ouvert par le circuit bistable 10 sous .!'action d'une ortie du diviseur 15, ou immédiatement avant ce moment. Le diviseur 15 a pour rôle de permettre la productif d'un nombre de balayage* en dents de scie par le générateur de dents de soie 6 entre chaque comptage du compteur 13. Si on le désire, on peut utiliser un cer- tain nombre de combinaisons semblables de diviseurs, circuits bista- bles, circuits-portes et compteurs comme les éléments 15, 10, 11 et 13 respectivement, les entrées de tous les circuits bistables étant reliées en parallèle au circuit de seuil 9.
Dans ce cas, les différents diviseurs (jusqu'à un nombre maximum N2) doivent être agences de façon à donner leurs sorties séquentiellement et 1 accord du récepteur 7 doit Atre varié de façon cyclique par petite paliers distincts correspondants, afin de pouvoir mesurer le déphasage fractionnel 2 Sa pour un certain nombre de sources rayonnant à des fréquences différentes mais peu distantes entre elles. En pra- tique, N2 doit être supérieur à l'unité dans la plupart des cas*
Il va de soi que la forme d'exécution décrits ici est donnée uniquement à titre d'exemple et que de nombreuses modifica- tions peuvent y être apportées.
Par exemple, le courant de balayage produit par le générateur de dents de soie 6 ne doit pas être linéaire mais peut tire une autre fonction du temps produisant une variation linéaire du déphasage 0 en fonction du temps, la fonction courant-temps dépendant des caractéristiques des déphaseurs 4 et 5.
En fait, la variation de balayage du déphasage 0 elle-même ne doit pas être linéaire aussi longtemps qu'il s'agit d'un accroissement avec le temps et que la caractéristique de la variation est connue; en effet, dans ce dernier cas, il suffit d'apporter les correction* arithmétiques voulues à la valeur du compte p du compteur 13.
Il n'est pas indispensable que le détecteur 8 soit du type quadratique. Un autre type de détecteur peut être utilité aussi
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longtemps qu'il est possible de déterminer une tension de fër6ïns\. appropriée pour le circuit de seuil 9.
En outre, il n'est pas indispensable d'utiliser deux
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déphaseurs. Par exemple, on peut omettre le déphaseur,,4. Ban* ce cas, l'angle total de déphasage balaye par le déphasée 5 daï't être de 2# radians au lieu de # radians* Cependant, 1 {utilisa tien d'un seul déphaseur peut entraîner des imprécisions dues ! ',La réas- tion mutuelle entre le déséquilibre qui en résulte et le copiage
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mutuel des antMuteaj) spécialement si coll4o"ci sont -y rocher bzz de l'autre. ln outre, le ou les déphaseurs ne ' doivent pas litre du type à ferrite mais peuvent, par exemple, être du type à xap.i rr;
s ge gazeux.. quand on détire utiliser des fréquences paridwttnit *vaft- tageureuaent l'emploi de lignes de transmission le gilde tl**>ndea3 de la figure 1 peut tire remplacé, par exemple par 'JK liiiie de transmission coaxiale associée à des déphaseurs appropriés Dans une autre forme d'exécution de 1' invention, le dé-
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toctour 0 (voir figure 1) suit toute loi appropriée, mais vue caractéristique linéaire de préférence, et le circuit de seuil 9, le circuit bistable 10, le circuit-porte 11, l'oscillateur 12, le
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compteur 13 et les diviseurs 14, 1*' sone re4' Pl acon par <Mtt.ou3.a*...
teur analogique ou digital ayant des circuits d'entrée aptes à rece- voir la sortie du détecteur ainsi que la tome d'onde en dent de soie du générateur de dents de soie 6. Le calculateur est agencé de
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façon à traiter la sortie du détecteur de manière a obtenir itne ¯;;
.,'w* grandeur ou une série de grandeurs ayant une relation quadratique avec l'amplitude de la sortie du récepteur 7.Par exemple, dansle cas où on utilise un détecteur linéaire et un calculateur digital,
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la sortie du détecteur linéaire doit être prélevée à d.ns'''ai.5.ar réguliers, la série de prélèvements ainsi obtenue étant traitée de façon digitale et les équivalents numériques des prélèvements étant, mis au carré.
Le calculateur est agencé de façon à recevoir, sous
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une forme is.nblab7te, la forme d'onde de balayage produite pur 4,6 \ !
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générateur de dents de scie 6. Le programmateur du calculateur
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compense toutes erreurs connues, par exemple dans les caractéristi- ques des déphaseurs 4 et 5, et compare ensuite les grandeurs résul- tantes afin d'obtenir une mesure du déphasage fractionnel (2 8[alpha]) entre les signaux à haute fréquence (de même fréquence) captés par les antennes 1 et 2.
Quoique, dans le cas de la forme d'exécution représentée à la figure 1, il est été dit que la position de la prise P on le réglage différentiel du paramètre # ou est tel que la sortie finale du détecteur 8 soit zéro quand [alpha] = # = o, cette condition a été imposée uniquement pour rendre plus claire la description don- ' née, Il va de soi qu'une telle condition n'est pas indispensable ,usai longtemps que les masures nécessaires sontpriées pour tenir compte de tout écart par rapport à cette condition dans là réponse finale ou dans tout traitement ultérieur auquel est soumise la ré- ponsefinale, Dans certaines circonstances,
il peut être Jugé néces- salre de localiser la prise P de telle façon que le système de guide d'ondes et les antennes soient électriquement et mécaniquement symé- triques par rapport au point P; dans ce cas, la condition précitée ne peut pas être remplie.
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REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.