FR2487985A1 - Dispositif et procede d'attaque d'antennes pour un systeme de navigation omnidirectionnelle a tres haute frequence - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF ET UN PROCEDE D'ATTAQUE D'ANTENNE POUR UN DISPOSITIF DE NAVIGATION OMNIDIRECTIONNELLE A TRES HAUTE FREQUENCE. L'ANTENNE COMPORTE DEUX ELEMENTS SUPERPOSES VERTICALEMENT, AU-DESSUS DU PLAN DU SOL, ET DES SIGNAUX DE PHASE DE REFERENCE ET DE PHASE VARIABLE SONT DISTRIBUES A CHACUN DES ELEMENTS D'ANTENNE AVEC DES RELATIONS D'AMPLITUDE ET DE PHASE CHOISIES DE MANIERE A PRODUIRE UN ZERO DE LA COMPOSANTE H DU CHAMP, DANS UNE REGION EXTERIEURE RADIALEMENT AU RESEAU D'ANTENNE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES DISPOSITIFS DE NAVIGATION AERIENNE.

Description

La présente invention concerne un dispositif

d'attaque d'antenne pour un système de navigation omni-

directionnel à très haute fréquence (VOR).

Le système VOR est très largement utilisé dans le monde entier et il a pour fonction de fournir à un aéronef des informations d'azimut de vol. Deux signaux sont émis par une antenne VOR pour produire un champ tournant dans l'espace, un signal étant un signal

de phase de référence qui est émis dans toutes les di-

rections et l'autre étant un signal de phase variable dont la phase varie de façon linéaire avec l'angle d'azimut. Les informations d'azimut sont obtenues en détectant la différence de phase entre les signaux de phase de référence et de phase variable reçus par un aéronef qui vole vers ou depuis le lieu d'installation

du système VOR.

Le signal de phase de référence est produit sous forme d'une porteuse à haute fréquence dont la fréquence se situe dans la gamme de 108 à 118 Mhz et qui est modulée en amplitude avec une sous-porteuse de

9960 Hz modulée en fréquence à 30 Hz. Le signal de pha-

se variable consiste en une partie de la porteuse à haute fréquence dont la modulation est éliminée et qui,

lorsqu'elle est émise, est modulée en amplitude spa-

tiale à 30 Hz. La modulation spatiale est obtenue en

attaquant l'antenne d'émission de manière qu'elle pro-

duit un champ qui tourne à 1800 tours par minute ou, autrement dit, à 30 Hz,

Le champ qui est obtenu en combinant les sig-

naux de phase de référence et de phase variable est un champ tournant contenant les informations de phase

de référenceet de phase variable.

Les informations d'azimut sont extraites et indiquées par un récepteur dans un aéronef. Après leur traitement dans l'étage à haute fréquence du récepteur

et leur détection, les signaux reçus de phase de réfé-

rence et de phase variable sont traités dans des canauw séparés et sont appliqués à des entrées séparées d'un comparateur de phase. L'information d'azimut concernant le lieu du système VOR est indiquée par la différence de phase entre les signaux de phase de référence et de

phase variable.

Le système décrit ci-dessus, appelé système VOR conventionnel (CVOR), est susceptible d'erreurs de trajets multiples en raison de réflexions sur des irrégularités de surface au-dessus ou au-dessous du plan au sol du lieu du système VOR. Ces réflexions de surface peuvent résulter de l'existance d'une topographie variable ou de la présence perturbatrice d'immeubles, de clotures,

d'arbres etc. et les erreurs de trajets multiples dé-

coulent de l'addition vectorielle des composantes di-

rectes et réfléchies dans lechamp dans lequel vole l'aéronef.

Certaines de ces erreurs sont réduites au mini-

mum en-utilisant un système VOR Doppler (DVOR) dans lequel un signal de porteuse modulé en amplitude à 30 Hz (signal de phase de référence) est rayonné dans toutes

les directions et un signal dépendant de l'azimut (sig-

nal de phase variable) est émis dans l'espace (en uti-

lisant le principe Doppler), parle rayonnement d'une ou plusieurs bandes latérales de la porteuse modulée en fréquence à 9960 Hz, au moyen d'un réseau d'antennes

commutées séquentiellement, qui sont disposéesconcentri-

quement autour de l'antenne du signal de base de réfé-

rence. Un réseau DVOR courant comporte cinquante anten-

nes disposées autour d'une ouverture horizontale d'un

diamètre d'environ cinq longueurs d'onde (13, 5 mètres).

Le système DVOR réduit de façon très sa-

tisfaisante les trajets multiples dans de nombreux cas, mais il présente des inconvénients suivants:

(a) il ne protège pas contre les lobes du dia-

gramme de rayonnement vertical, (b) il n'apporte aucune amélioration réelle sur le système CVOR en ce qui concerne les réflexions par des objets dans la plage de + 10 de la ligne de visée, et (c) il implique un capital élevé et un prix élevé d'installation. L'invention peut s'appliquer à un système CVOR, et elle a pour but de réduire au minimum les erreurs de trajets multiples qui résultent de réflexions par le

rayonnement sous des angles négatifs.

De nombreuses stations VOR "en route" sont pla-

cées sur des sommets de petites collines afin d'assurer

une portée qui convient en présence de collines environ-

nantes. Mais seulement un petit plan au sol est disponi-

ble et le signal VOR rayonne fortement dans la région

au-dessous de l'horizon. Des mesures en des endroits dif-

ficiles (courts plans au sol élevés) en Australie par exemple ont montré que le champ d'anglesnégatifspeut être au moins aussi intense que le champ sous des angles positifs et c'est ce rayonnement sous un angle négatif qui entraîne la plupart des erreurs de trajets multiples en ces endroits. Des travaux anciens sur les systèmes VOR ont reconnu très clairement ce problème mais, au cours des derniers temps, l'existance d'un rayonnement sous un angle négatif a été largement ignorée ou au moins négligée par les réalisateurs (et les utilisateurs)

des systèmes VOR.

Les endroits qui posent des problèmes ont un rayon du plan au sol (au moins dans une direction) de

l'ordre de 4X à 8X (10,5 à 21 m) et des erreurs nota-

bles de trajets multiples peuvent apparaître avec des endroits dont le rayon du plan au sol va jusqu'à 20?

Cependant, si un large contre-poids (d'un rayon supéri-

eur à 203 par exemple) est disponible, les erreurs de trajets multiples résultant d'un rayonnement sous un angle négatif sont normalement acceptables, de sorte que l'invention, telle qu'elle sera définie ciaprès,

peut être considérée comme offrant de plus grandes ap-

plications à des endroits élevés dont le rayon du plan

au sol est inférieur à 50 m environ.

Des tentatives connues ont été faites pourpallier

les erreurs de trajets multiples qui résultent des pro-

blèmes ci-dessus en utilisant des antennes à éléments

empilés verticalement. Ainsi, des antennes à deux élé-

ments et à cinq éléments superposés ont été développés dans le but de produire un diagramme de rayonnement qui s'annule pour une élévation de 0 . L'idée directrice de ces systèmes est de créer un diagramme du champ dans l'espace qui, théoriquement, s'annule à zéro degré dans le champ proche et qui réduit le rayonnement vers le terrain environnant (angle négatif). Mais il y a lieu de penser que la solution de l'espace (champ proche) n'est pas entièrement satisfaisante car elle néglige la contribution au champ d'images partiellement formées qui

apparaissent dans le court plan au sol toujours disponi-

ble. Les images formées partiellement existent par suite

de courants au sol qui sont induits dans le plan au sol.

15. Contrairement à ces systèmes de réseaux d'antennes à éléments multiples, l'invention propose un dispositif qui permet la présence d'images partiellement formées et qui rayonne un signal dans le but de contrôler les courants induits au sol qui donnent lieu à des réflexions

indésirables.

L'invention concerne donc un dispositif VOR compre-

nant un dispositif qui produit un signal de phase de ré-

férence, un dispositif qui produit un signal de phase va-

riable et un réseau d'antennes comprenant au moins deux

éléments d'antenne empilés verticalement, situés au-deqs-

sus du plan au sol. En outre, un dispositif est prévu pour appliquer les deux signaux de phase de référence et de phase variable aux éléments d'antennes respectifs en une relation d'amplitude et de phase choisie de manière àproduire au moins un zéro dela composante H du champ émis, qui est pratiquement tangentielle à une projection du plan au sol. Le zéro ou chaque zéro se trouve dans une région du champ disposée radialement à l'extérieur

du réseau d'antenne.

L'invention concerne en outre un procédé d'at-

taque d'un système VOR comprenant un réseau d'antenne constitué par au moins deux éléments d'antenne empilés

verticalement situés au-dessus du plan au sol. Des sig-

naux de phase de référence et de phase variable sont dis-

tribués à chacun des éléments d'antenne dans une rela-

tion d'amplitude et de phase choisie de manière à pro-

duire au moins un zéro de la composante H du champ rayon-

né, qui est pratiquement tangentiel à une projection du plan au sol. Le zéro ou chaque zéro se trouve dans une région du champ disposée radialement à l'extérieur

du réseau d'antennes.

Le zéro ou chaque zéro de la composante H du champ rayonné peut être considéré comme équivalent à un "courant au sol nul" s'il est supposé que les réflexions

indésirables résultent de courants au sol qui sont in-

duitsdans un prolongement imaginaire de ce plan. La sup-

position qu'il existe des courants au sol (bien que des courants imaginaires) au-delà du contre-poids et dans un prolongement imaginaire du plan de masse a été adoptée comme une technique de conception et par conséquent, l'invention sera décrite ci-après dans le contexte de la

création de "courants au sol nuls" dansle but de contrô-

ler des réflexions indésirables par un terrain situé physiquement audessous du niveau du plan au sol. Par

conséquent, dans le cadre de la présente description,

le "sol" dans lequel il est supposé que des courants cir-

culent et dans lequel des courants nuls sont localisés

doit être considéré comme un sol imaginaire qui se trou-

ve dans le plan et qui se prolonge autour du plan au sol.

Il est également bien entendu que le terme "#nul ou zéro" est utilisé ici dans un sens relatif. Il suffit dans le cadre de l'invention que l'amplitude de la composante H du champ (c'est-à-dire l'amplitude des courants au sol) aux points considérés soit réduite de façon significative par rapport à l'amplitude qu'elle aurait autrement. Par conséquent, bien qu'une réduction jusqu'à zéro soit la plus souhaitable, elle n'est pas

essentielle et le terme "nul ou zéro" doit être consi-

déré comme s'appliquant à des amplitudes qui tendent

vers zéro, mais ne l'atteignent pas nécessairement.

Le nombre des éléments d'antenne empilés est déterminé par le nombre de zéro de courants au sol dans une distance radiale donnée du réseau d'antenne, et le

nombre voulu de zéro est déterminé par le degré d'amé-

lioration des erreurs de trajets multiples nécessaire

par rapport aux résultats qui seraient obtenus autre-

ment avec une antenne simple. Il faut envisager qu'une

antenne à deux éléments empilés peut convenir et répon-

pondre à la plupart des conditions des lieux d'installa-

tion, une antenne produisant un seul zéro du courant au sol.

Dans le cas o il y a lieu de penser qu'un ré-

seau à deux éléments empilés suffit, et lorsque la station VOR dispose d'un rayon du plan au sol dans la région des 8?À, les relations d'amplitude et de phase

des signaux appliqués à l'élément supérieur et l'élé-

ment inférieur sont choisis de préférence de manière à

produire le seul zéro de courant au sol dans une ré-

gion se situant radialement de 12?A à 20 du réseau d'antenne. Egalement dans le cas d'un réseau à deux éléments empilés, l'amplitude des signaux appliqués aux éléments est réduite quand la hauteur des éléments augmente. Si l'élément supérieur est situé à environ 3?> au-dessus du plan au sol, l'amplitude des signaux appliqués aux éléments est réduite de façon à peu près

linéaire par rapport à la hauteur. Ainsi, si l'on sup-

pose que l'élément inférieur à une hauteur h et que

l'élément supérieur est situé à une hauteur 2h, l'am-

plitude du signal appliqué à l'élément supérieur est à peu près la moitié en amplitude du signal appliqué

à l'élément inférieur.

La nécessité de réduire l'amplitude du signal

quand la hauteur de l'élément supérieur d'antenne aug-

mente sera expliquée ci-après. Il suffit pour le moment de noter que par exemple si des signaux d'amplitude égale étaient délivrés aux deux éléments du réseau, même si la relation la plus favorable d'opposition de phase était présente entre les deux signaux, une annulation des champs d'angles négatifs produits par les éléments

d'antenne respectifs n'aurait pas lieu et les cou-

rants au sol continueraient à circuler dans le champ voisin, donnant lieu à des réflexions et par conséquent des erreurs de trajets multiples. C'est en fait ce qui

se produit dans les systèmes utilisant des réseaux anté-

rieurs à deux éléments empilés auxquels s'applique la

solution précitée d'espace libre.

Dans le cas d'un réseau à deux éléments, l'élé-

ment supérieur et l'élément inférieur sont de préférence espacées d'une distance qui se situe de lA à 33 et l'élément inférieur est de préférence situé à mi-chemin entre l'élément supérieur et le plan du sol. En outre, si l'on suppose que l'élément supérieur est situé à une

hauteur égale au double de la hauteur de l'élément infé-

rieur, et que ce dernier reçoit un signal (normalisé)

d'une amplitude 1,0 et d'une phase 00, l'élément supé-

rieur reçoit de préférence un signal d'une amplitude (relative) dans la plage de 0,25 à 0,60 avec une phase

dans la plage de 210 à 280 . -

Le dispositif selon l'invention est compatible

avec les systèmes VOR existants et le générateur de sig-

naux ainsi que les éléments d'antenne peuvent être du type utilisé dans les systèmes existants. La différence

essentielle entre l'inventionet les dispositifs antéri-

eurs réside dans l'.utilisation d'une antenne à éléments multiples empilés dont les éléments reçoivent des signaux qui sont liés de manière à produire au moins un courant

au sol (c'est-à-dire une composante du champ H tangen-

tielle) nul dans une projection du plan au sol.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la

description qui va suivre de plusieurs exemples de

réalisation e.t en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

La Figure 1 est une représentation d'une an-

tenne VOR à un seul élément situé au-dessus d'un plan

au sol "infini" et rayonnant dans une région d'inter-

férence nulle, la Figure 2 montre l'antenne de la Figure 1 lorsqu'elle est située au-dessus d'un court plan au sol qui descend vers un terrain sous un angle négatif,

la Figure 3 est une analyse graphique de l'in-

tensité du champ en fonction d'angles d'élévation pos-

tifs et négatifs pour des antennes à un seul élément

situé au-dessus de plans au sol de différentes lon-

gueurs, la Figure 4 montre des courbes de courants au sol en fonction de la distance d'une antenne, certaines de ces courbes pouvant s'appliquer à une antenne à un

seul élément et à un réseau d'antennes à éléments mul-

tiples,

la Figure 5 est une analyse graphique de l'in-

tensité du champ eh fonction d'angles d'élévation posi-

tifs et négatifs, certaines des courbes pouvant s'appli-

quer à des réseaux d'un seul élément et à éléments mul-

tiples, la Figure 6 illustre une condition simplifiée de rayonnement sous un angle négatif pour une antnnne à deux éléments superposés, la Figure 7 est une courbe de l'intensité du champ (en un point P d'angle négatif) en fonction de la hauteur de l'antenne, la Figure 8 montre des courbes de l'intensité

du champ en fonction de l'angle d'élévation pour diffé-

rentes attaques des éléments d'antenne de la Figure 8A, la Figure 8A illustre un réseau d'antennes à deux éléments empilés, la Figure 9 représente des courbes de l'intensité

du champ en fonction de l'angle d'élévation pour diffé-

tentes attaques des éléments d'antennes représentés sur la Figure 9A,

la Figure 9A représente une antenne à trois élé-

ments empilés, la Figure 10 est une représentation schématique d'un dispositif VOR réalisé selon l'invention et, la Figure 11 est une représentation schématique

d'un circuit d'attaque d'antenne qui s'applique au ré-

seau d'antenne à deux éléments empilés faisant partie

du dispositif de la Figure 10.

Un mode de réalisation de l'invention est repré-

senté sur les Figures 10 et ll mais, avant de passer à

la description dès circuits de ce mode de réalisation,

il y a lieu d'examiner les figures 1 à 9 pour illustrer

les principes à partir desquels l'invention a été déve-

loppée. La Figure 1 montre une station VOR idéale, dans laquelle une antenne A est située au-dessus d'un plan au sol infini (c'est-à-dire un plan de rayon supérieur à 20A), et l'antenne rayonne dans une région exemp. e d'obstruction. En raison de l'existance d'un plan au sol infini, une image d'antenne vraie A' existe et, en un point du champ proche P, les composantes du champ dues

à l'antenne réelle A et à l'antenne image A' sont pra-

tiquement en phase. Les composantes du champ sont pré-

sentes en P en raison de l'existance de rayonnements direct et réfléchi et le rayonnement réfléchi peut être considéré comme résultant d'un rayonnement dû à des courants au sol qui sont induits dans une région B

du plan au sol.

Dans le cas du plan au sol idéal infini de la Figure 1, l'effet de rayonnement secondaire des courants

au sol peut être représenté par une simple image néga-

tive comme le montre la figure. Mais dans le cas illus-

tré par la Figure 2 dans lequel il n'existe qu'un court plan au sol (rayon 8 ?3) et o l'antenne A rayonne dans le terrain négatif, une seule image négative n'est plus

une représentation exacte.

- Les conditions contraires des Figures 1 et 2 sont mieux illustrées sur la Figure 3 qui montre des courbes d'intensité du champ dans une plage d'angles d'élévation positifs et négatifs. Les courbes X, Y et Z montrent l'intensité du champ pour trois antennes situées à une hauteur de 1,57t. au-dessus du plan. au

sol de rayons 4?, 16 %et 64;t et il apparaît que l'in-

tensité du champ pour un angle d'élévation négatif de augmente d'environ 8 dB avec une augmentation du

rayon du plan au sol de 4? à 16?>. L'intensité rela-

tivement élevée du champ rayonné sous des angles néga-

tifs, comme l'indique la courbe X, peut être diffusée par le terrain, dans des angles positifs de +20 à +30

qui sont utilisés par les aéronefs. Lorsque cette dis-

persion se produit par rapport à la ligne entre l'an-

tenne VOR et l'aéronef récepteur, elle constitue une

source majeure d'erreurs de trajets multiples.

Comme cela a déjà été mentionné, l'invention

vise à réduire ce problème en utilisant un réseau d'an-

tennes à éléments multiples superposés, les éléments

superposés étant attaqués de manière à produire une ré-

duction du rayonnement sous des angles négatifs et à réduire ainsi au minimum les erreurs potentielles des

trajets multiples. Ce résultat est obtenu par une annu-

lation du champ dans les régions du champ voisin d'un angle négatif ou, autrement dit, en créant des courants

nuls au sol dans le prolongement du plan réel du sol.

La Figure 4 illustre une analyse graphique de la distribution des courants au sol en fonction de

la distance de l'antenne, pour quatre dispositions dif-

férentes de cette antenne. Ainsi, la courbe B montre la distribution des courants au sol pour une antenne à un seul élément, qui ne peut être attaqué de manière à

produire des zéros tandis que les autres courbes s'ap-

pliquent à des'réseaux d'antennes à éléments multiples superposés, attaqués de façon appropriée. La courbe Q

présente un seul zéro qui peut être obtenu avec une an-

tenne à deux éléments superposés, la courbe R s'applique à un réseau d'antennes à trois éléments produisant deux zéros du courant et la courbe S présente les quatre zéros qui peuvent être produits par un réseau à cinq

éléments superposés.

Dans le cas d'un réseau à deux éléments superposés, le zéro du courant au sol-peut être situé

au-delà du plan au sol existant, pratiquement à une dis-

tance de l'antenne égale à 1,5 à 3 fois le rayon réel du plan au sol. Des attaques appropriées pour produire des zéros du courant au sol seront décrites ci-après en regard de réseaux à deux éléments et trois éléments superposés. La Figure 5 montre l'amélioration qui peut être obtenue avec la création d'un seul zéro de courant au sol en utilisant un réseau à deux éléments

superposés. La courbe T sur la Figure 5 montre l'inten-

sité du champ sous différents angles d'élévation, avec l'attaque d'un seul des'éléments d'antenne et la oourbe U montre l'intensité du champ avec les deux éléments attaqués pour créer un zéro du courant au sol à 18 X de l'antenne, cette dernière étant située sur un plan au sol d'un rayon de 8X. La comparaison des courbes T et U de la Fig. 5 montre une amélioration de 13 dB de réduction de l'intensité du champ à -30, grâce à

l'utilisation d'un réseau à deux éléments, et la créa-

tion qui en résulte d'un zéro du courant au sol dans le prolongement du plan au sol au-delà du contre-poids existant. Il y a lieu maintenant de se reporter aux Figures 6 et 7 dans le contexte de l'établissement des attaques qui concernent un réseau d'antenne à deux

éléments superposés.

Si une seule antenne dipole A (Figure 6) est située à une hauteur h audessus d'un plan au sol fini, par exemple d'un rayon de 8A, et si un récepteur est placé en un point T de la région d'angle négatif, une courbe du champ reçu peut être tracée en fonction de la hauteur a de l'antenne. Cette courbe est représentée

sur la Figure 7 et l'on peut observer que sur une par-

tie considérable de cette courbe, elle est à peu près linéaire. Autrement dit, si la-hauteur h de position de l'antenne est doublée, l'intensité du champ au point

P est à peu près doublée.

En raison des conditions illustrées par la

Figure 7, si un second élément d'antenne A' est dispo-

sé à une hauteur 2 A et si le premierélément d'an-

tenne A est disposé à une hauteur;, comme le montre la Figure 6, le champ total FT au point P est donné par:

FT = F1 + F2

ou F1 est la composante du champ au point P sous l'ef-

fet du signal d'attaque: X/0 à l'élément A,

et F2 est la composante du champ au point P sous l'ef-

fet du signal d'attaque x

X sur l'élément A'.

Par conséquent, si F1 égal Kx/0 + Q et F2 égal 2K x +, ou Q et.0' correspondent au déphasage résultant de la distance effective entre P et les éléments A et A', et si la relation de phase de 0 et de 0' est choisie pour donner: 0' + o' =0 + Q + 1800, il vient FT LL + + Kx/0' + l' =0

Ainsi, en fixant la hauteur d'un élément d'an-

tenne A' au double de la hauteur de l'élément A et en divisant par moitié l'amplitude d'attaque de l'élément A' par rapport à celle de l'élément A, une annulation du champ peut être obtenue au point P si la relation

de phase des signaux d'attaque est réglée comme il con-

vient. De façon similaire, avec l'élément d'antenne A

situé à la hauteur > au-dessus du plan du sol, et ex-

cité avec un signal d'amplitude 1,00, un second élément d'antenne A' situé à une hauteur 3A peut être excité

avec un signal d'amplitude (relative) 0,33.

L'annulation du champ au point P de la Fig. 6 impose la création d'un zéro de courant au sol en un point P, comme le montre également la Figure 6. Il peut être nécessaire que la meilleure position du point P1 soit établie par les opérations empiriques pour un but donné en un lieu, comme cela a déjà été indiqué, et il a été établi que pour un réseau à deux éléments empilés,

le zéro de courant au sol se trouve de préférence au-

delà du plan au sol existant, à une distance de l'an-

tenne égale à 1,5 à trois fois le rayon du plan au sol réel. Le signal d'attaque qui est nécessaire pour

l'élément d'antenne supérieur, afin de produire un cou-

rant au sol nul en un point déterminé du prolongement

du plan du sol, peut étrecalculé à partir de l'expres-

sion suivante: x h exp(-j 2t yr + h 2) 2 + h2 I2 x h1 exp(-j 2Jt 2 + h2) = O

+ 2 2

* + hi o I est le signal d'attaque de l'élément d'antenne inf érieltr, 12 est le signal d'attaque de l'élément d'antenne supérieur, h est la hauteur (en longueur d'onde) de l'élément d'antenne inférieur, h1 est la hauteur (en longueur d'onde) de l'élément d'antenne supérieur, est la distance nécessaire (en longueur d'onde) du

zéro de courant au sol, à partir du réseau d'antennes.

Ainsi, en supposant qu'un contre-poids d'un rayon

de 8 ?, un signal d'attaque à l'élément d'antenne infé-

rieur de 1,0/0 , un écartement entre les éléments de

1,5 \ et un courant nul qui doit être placé à une dis-

tance de 12 ? du réseau d'antennes, il vient: 1 /00 x 1,5 exp(-j 23 V122 + 1,52)

2 2

12 + 1,5

= 12 x.3,0 exp (-j 2 X 12+3)

122 + 32

i2 = 0,523 /27,9' La Figure 8 illustre une analyse graphique de

mesure d'intensité de champ en fonction de l'angle d'élé-

vation pour une station VOR comportant des éléments d'an-

tenne A et A' situés à des hauteurs indiquées en regard du réseau d'antennes de la Figure 8A. Les relations entre les signaux d'attaque et les positions d'annulation des courants au sol, pour les courbes respectives de la Fig.8

sont indiquées dans le tableau 1 ci-après.

La description faite ci-dessus a été limitée

à des facteurs concernant la production de signaux d'at-

taque s'appliquant à un réseau à deux éléments empilés, et l'accent a été placé sur ce genre de réseau car il semble qu'il trouve de plus grandes applications que des structures de réseaux d'ordres plus élevés dans de

nombreuses stations VOR; La solution qui doit être adop-

tée pou la production des signaux d'attaque appliqués à des réseaux à trois, quatre, etc. éléments empilés peut être déterminée par le spécialiste, en tenant compte de

Tableau 1

Hauteur d'élément Signaux d'attaque Courbe d'antenne relative Longueur du Position du zéro Elément A Elément A' Elément A Elément A' plan au sol de courant au sol 1 1,5?A 3,0o 1/0o o 8 A _

2 1,5A 3,07 1/0 0 0,523/279 8 2 122

3 1,5? 3,0 1/0 0,515/260 8A 157

4 1,5A 3,07% 1/0 0,508/2400 8 7 201

______ __ _Tableau 2 Hauteur d'élément Signaux d'attaque Longueur Position zéro d'antenne relative du plan de courant au Courbe A: A' A" ': A' A_ A"u pla de courant au CourbeA: A$ ' A" A, A' A" au sol sol

1,o) 2,51 4,o0 1/o, - _ 8 -

2 1,5? 3,o0 4,57 1/00 - 83 -

3 1,5- 3,0 4,5 1/0 0,584/-98,6 0,262/-153,3 83 107 et 30h 4 1,5? 3,03 4,57 1/00 0,629/-109,6 0,247/-179,0 8o 11,5A et 357 1,571 3,07 4,5A 1/0 0,662/-117,9 c 0,237/160,7 87 13 et 40A b- uJ NIj Co i6

la conception essentielle sur laquelle repose l'inven- tion. Autrement dit, le concept-de création de zéro de courant dans la

projection du plan au sol au-delà du contre-poids. Il y a cependant lieu de se référer à la Fig.9 qui montre des courbes de mesures d'intensité du champ en fonction de l'angle d'élévation pour une station VOR comprenant un réseau à trois éléments empilés, avec des éléments A, A' et A" situés aux hauteurs indiquées

sur la Figure 9A. Les relations entre les signaux d'at-

taque et les positions d'annulation des courants au sol correspondant aux courbes respectives de la Figure 9

apparaîtront dans le tableau 2 ci-dessus.

Les avantages de l'utilisation d'un réseau à trois éléments sur un réseau à deux éléments (quand les

conditions du terrain l'imposent) ressortent d'une com-

paraison entre a courbe 2 de la Figure 8 et la courbe 4

de la Figure 9, ces deux courbes s'appliquant à un sys-

tème qui produit un courant au sol nul à environ une

distance radiale de 12A des réseaux d'antenne respec-

tifs. Tandis que la courbe 2 de la Figure 8 montre une décroissance moyenne de l'intensité du champ d'environ 1,5 dB par degré dans la région des angles négatifs, la

courbe 4 de la Figure 9 montre une décroissance mo-

yenne d'environ 6 dB par degré dans la région des angles négatifs. Il y a lieu maintenant de se référer à la Figure 10 qui montre une représentation schématique d'un

système VOR utilisant un réseau d'antennes à deux élé-

ments empilés et reposant sur la solution déjà décrite.

Le système VOR comporte un générateur 10 de - signal VOR de type courant,. comprenant un générateur à haute fréquence 11, un générateur 12 de signal de phase

de référence, un générateur 13 de signal de phase va-

riable et un générateur 14 de fonction sinus/cosinus.

Cette disposition, dans ses différentes formes possibles est bien connue, et n'a pas à être décrite

plus avant.

En ce qui concerne le schéma, les signaux de phase de référence et de phase variable sont appliqués

directement à un élément inférieur 15 du réseau d'an-

tenne 16 à deux éléments et, par un atténuateur d'ampli-

tude/déphaseur 17 à un élément supérieur 18 du réseau.

L'atténuateur d'amplitude/déphaseur 17 atténue également et déphasé également chacun des trois signaux d'attaque qui sont appliqués à l'élément supérieur 18 par rapport

aux signaux d'attaque correspondants sur l'élément infé-

rieur 15. L'atténuation est réglée de manière à obtenir

sur l'élément supérieur 18 une amplitude du signal d'at-

taque qui est inférieure à l'amplitude du signal d'at-

taque de l'élément inférieur 15.

Les éléments d'antenne 15 et 18 peuvent être de toute forme connue convenant pour rayonner un champ VOR et, à titre de référence seulement, les éléments

seront représentés sur la Figure 9 sous la forme d'élé-

ments rayonnants cylindriques comportant dans chaque cas

quatre fentes verticales disposées de façon orthogonale.

Les éléments d'antenne sont empilés verticalement les

uns au-dessus des autres, et les connexions d'alimenta-

tion des fentes peuvent se faire par tout moyen courant.

Chacun des éléments d'antenne (supérieur et

inférieur) produit des diagrammes verticaux de rayonne-

ment qui se correspondent pour les signaux de phase de

référenceet de phase variable, ce qui ne peut être ob-

tenu que si les mêmes éléments d'antenne sont utilisés

pour remplir les deux fonctions. Chaque élément d'an-

tenne comporte de préférence quatre éléments rayonnants à fentes disposées de façon orthogonale, chaque fente étant suivie à l'arrière par une cavité résonnante en

guide d'onde compacte, un élément de ce genre étant dé-

cuit dans la demande de Brevet Français déposée ce même jour au nom de la demanderesse, sous le titre: "Antenne de dispositif de navigation omnidirectionnelle

à très haute fréquence".

La Figure 11 représente des circuits d'attaque et d'atténuation et de déphasage qui conviennent pour les quatre fentes de chaque élément d'antenne. Le cir- cuit d'attaque du signal de phase de référence et de chacun des signaux de phase variable (sin/cos) comporte un circuit à deux ponts, avec un circuit d'allongement de ligne incorporé dans une ligne entre les ponts pour

permettre le réglage d'amplitude du signal d'attaque.

Un circuit d'allongement de ligne est également situé

à la sortie de chaque circuit pour permettre le régla-

ge de phase du signal.

Bien entendu, diverses modifications peuvent *tre apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de navigation omnidirectionnelle à très haute fréquence, comprenant un dispositif (12) destiné à produire un signal de phase de référence, un dispositif (13, 14) destiné à produire des composantes d'un signal de phase variable, un réseau d'antenne(16) comportant au moins deux éléments d'antenne (1f, 18) superposés verticalement, situés au- dessus du plan du sol, dispositif caractérisé en ce que les composantes du signal de phase de référence.et du signal de phase

variable sont appliquées aux éléments d'antenne respec-

tifs (15, 18) dans une relation d'amplitude et de phase choisie pour produire au moins un zéro de la composante horizontale du champ rayonné, pratiquement tangentielle à une projection du plan du sol, le zéro ou chaque zéro

étant situés dans une région du champ disposée radiale-

ment à l'extérieur du réseau d'antenne.

2 - Procédé d'attaque d'un dispositif de navi-

gation omnidirectionnelle à très haute fréquence, com-

prenant un réseau d'antenne (16) constitué par au moins

deux éléments d'antenne (15, 18) superposés verticale-

ment, situés au-dessus du plan du sol, procédé caracté-

risé en ce qu'il consiste à produire des composantes d'un signal dephase de référence et d'un signal de phase variable, qui sont distribuées aux éléments respectifs d'antenne dans une relation d'amplitude et de phase choisie de manière à produire au moins un zéro de la

composante horizontale du champ rayonné, qui est prati-

quement tangentielle à une projection du plan du sol, le zéro ou chaque zéro étant situé dans une région du

champ située radialement à l'extérieur du réseau d'an-

tennes.

3 - Procédé selon la revendication 2, dans le-

quel le dispositif de navigation omnidirectionnelle

comporte un réseau d'antennes avec seulement deux élé-

ments d'antenne(15, 18), procédé caractérisé en ce que les composantes du signal de phase de référence et du signal de phase variable sont appliquées à l'élément supérieur avec des amplitudes inférieures à celles des

composantes correspondantes du signal de phase de réfé-

rence et du signal de phase variable, appliquées à

l'élément inférieur.

4 - Procédé selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que les amplitudes des composantes du sig-

nal de phase de référence et du signal de phase variable qui sont appliquées aux éléments supérieur et inférieur

d'antenne(15, 18) sont liées respectivement par l'équa-

tion: Il. h exp(-j2T \/ 2+h 2) + I2h 1 exp (-j27L\e h) = 0 2 t h2 2 + h2 o: I1 est l'amplitude des composantes du signal de phase de

référence ou du signal de phase variable qui sont ap-

pliquées à l'élément inférieur d'antenne, I2 est l'amplitude des Composantes du signal de phase de référence ou du signal de phase variable qui sont appliquées à l'élément d'antenne supérieur,

h est la hauteur (en longueur d'onde) de l'élément in-

férieur d'antenne

h1 est la hauteur (longueur d'onde) de l'élément supé-

rieur d'antenne, et est la distance radiale voulue (en longueur d'onde)

du zéro de la composante horizontale du champ à par-

tir du réseau d'antennes.

- Procédé selon la revendication 3 ou 4,

caractérisé en ce qu'un seul zéro de la composante hori-

zontale du champ rayonné est situé au-delà du plan du sol existant, à une distance radiale du réseau d'antenne

égale à 1,5 à 3,0 fois le rayon du plan au sol existant.

t - Procédé selon la revendication 3 ou 4,

caractérisé en ce qu'un seul zéro de la composante hori-

zontale du champ rayonné est situé au-delà du plan du sol existant à une position radiale distante de 12 >

à 20 ? du réseau d'antenne, o - est la longueur d'on-

de du signal de phase de référence.

7 - Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 3 à 6, caractérisé en ce-que les éléments

supérieurs et inférieurs d!.antenne (18, 15) sont espa-

cés l'un de l'autre d'une distance qui se situe dans la plage de 1> à 3 X, o à est la longueur d'onde du

signal de phase de référence, l'élément inférieur d'an-

tenne (15) étant situé à peu près à mi-chemin entre

l'élément supérieur (18) et le plan du sol.

8 - Procédé selon la revendication 7, carac-

térisé en ce que les composantes du signal de phase de

référence du signal de phase variable qui sont appli-

quées à l'élément supérieur d'antenne(18) ont des am-

plitudes qui se situent dansla.plage de 0,25 à 0,63

fois l'amplitude des composantes correspondantes appli-

quées à l'élément d'antenne inférieur (15) et' selon le-

quel les composantes du signal de phase de référence et du signal de phase variable qui sont appliquées à l'élément supérieur d'antenne ont chacun un angle de

phase qui est supérieur à celui des composantes du sig-

nal appliqué à l'élément inférieur d'antenne, d'une

quantité se situant dans la plage de 2100 à 2800.

9 - Procédé selon l'.une quelconque des re-

vendications 3 à 8, caractérisé en ce que chacun des éléments d'antenne (15, 18) consiste en un élément d'antenne. cylindrique avec quatre fentes orthogonales dans la direction longitudinale, une cavité résonnante en guide d'onde séparée se trouvant derrière chaque fente.

- Procédé selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les signaux respectifs de phase de ré-

férence qui sont appliqués aux éléments supérieur et inférieur d'antenne sont appliqués aux quatre fentes

des éléments respectifs, des composantes sinus et cosi-

nus des signaux de phase variable qui sont appliqués aux éléments supérieur et inférieur d'antenne étant

appliqués à des paires de fentesdisposées perpendicu-

lairement dans les éléments respectifs.