Brevet FR2102273A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne les systèmes d'antennes et,plus particulièrement, un système d'antennes Tacan. L'un des plus grands handicaps pour les "balises omnidirectionnelles à simple site, telles que celles du type Tacan, est ce qui est appelé "l'erreur de site". 5 Cette erreur résulte du fait que le véhicule qui est en train d'essayer de déterminer l'azimut par rapport à la balise, reçoit non seulement le signal correct direct, mais également reçoit les signaux qui ont été réfléchis à partir de différents objets, les plus préjudiciables de ces réflexions étant celles provenant d'objets proches du site de la balise, d'où l'expression "erreur de site". 10 Le problème pour engendrer le diagramme d'antennes Tacan souhaité pour tous les sites et toutes les élévations verticales et pour la bande de fréquence totale, continue à préoccuper les meilleurs "cerveaux" qui peuvent être attachés à ce travail. On considère, par exemple,1e problème du zéro vertical (c'est-à-dire le zéro 15 du diagramme de rayonnement). Sur un terrain plat et pour la hauteur d'antennes utilisée par l'Agence d'Aviation Fédérale (appelée également F.A.A.) la configuration verticale de lobes et de zéros du diagramme d'antennes est prononcée Si un objet réflecteur est maintenant ajouté à cette scène, l'objet peut réfléchir sur l'avion un azimut erroné,dérivé du rayonnement dans un lobe, tandis que l'avion 20 reçoit simultanément l'azimut correct à partir d'un zéro. Ainsi, en dépit de la relativement faible réflectivité de l'objet réflecteur, la somme de ces deux signaux peut engendrer une erreur d'azimut très sensible. Pour réduire cet effet, des efforts importants ont été faits jusqu'ici pour réaliser des antennes qui sont "retroussées" (comme un nez). Ces antennes sont 25 tout d'abord réalisées pour avoir une directivité verticale aussi pratique que possible et, ensuite, cette directivité se projette vers le haut, au-dessus de l'horizon, de telle sorte que moins d'énergie est réfléchie par la terre, et que les zéros verticaux sont moins profonds. Cette solution est au mieux un compromis, étant donné qu'il est difficile de maintenir cette performance pour toutes les 30 fréquences et que la puissance sur l'horizon est nécessairement décroissante. La présente invention a pour objet de proposer un système d'antennes Tacan, capable de réduire l'erreur de site. La présente invention a encore pour objet de proposer un système d'antennes Tacan qui ne nécessite pas d'antennes réalisées spécialement "retroussées". 35 La présente invention a encore pour objet de proposer un système d'antennes Tacan utilisant des techniques telles que la diversité, pour réduire les configurations des zéros et des lobes des deux diagrammes de rayonnement horizontal et vertical des antennes Tacan. Selon l'invention, le système d'antennes Tâcan est caractérisé en ce qu'il 1+0 comporte : 71 29718 2 21Ô2273 - une pluralité d'antennes Tacan disposées dans l'espace d'une manière déterminée, les unes par rapport aux autres, chacune des antennes Tacan ayant un diagramme de rayonnement Tacan, comportant des zéros et des lobes ; - des premiers moyens, couplés à chacune des antennes Tacan, pour faire tourner 5 le diagramme de rayonnement de chacune des antennes Tacan de manière synchrone et en phase ; - des seconds moyens, couplés à chacune des antennes Tacan, pour alimenter chacune des antennes Tacan avec un signal Tacan ; - les positions respectives déterminées des antennes Tacan, sont choisies empiri-10 quement afin de réduire les zéros et les lobes dans un diagramme de rayonnement composé, résultant de la combinaison du diagramme de rayonnement provenant de chacune des antennes Tacan. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Jien entendu la description et le dessin ne sont donnés 15 qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente, de manière schématique, un système d'antennes Tacan et les composants mécaniques et/ou électriques associés, afin d'engendrer la réduction des zéros selon l'invention. La figure 2 est une courbe illustrant la réception des signaux Tacan prove-20 nant du système d'antennes de la figure 1. La figure 3 illustre les diagrammes de rayonnement verticaux engendrés par l'ensemble des antennes de la figure 1, et le diagramme de rayonnement composé en résultant. La figure ^ illustre, schématiquement, une autre réalisation du système 25 d'antennes Tacan, selon l'invention. La figure 5 illustre encore un autre exemple de réalisation du système d'antennes Tacan, selon l'invention. En se référant à la figure 1, il est représenté un exemple de réalisation du système d'antennes Tacan, selon l'invention, destiné à compenser les zéros 30 et les lobes qui sont introduits par les réflexions non souhaitées dans le diagramme de rayonnement d'une antenne Tacan simple, tel que par un objet 1, se présentant sous la forme d'un arbre, au site de l'antenne. Pour engendrer une réduction de configuration des zéros et des lobes du diagramme de rayonnement vertical, il est proposé, selon l'invention, de placer une pluralité d'antennes 35 Tacan 2 et 3 dans une relation d'espace verticale, comme cela est illustré sur la figure 1, les diagrammes d'antenne des antennes 2 et 3 tournant de manière synchrone et en phase à l'aide du montage U. Le montage U peut être constitué par une paire de moteurs synchrones, synchronisés pour entraîner la structure des antennes 2 et 3 ou bien peut être tout montage connu pour faire tourner de U0 manière électronique le diagramme d'antenne afin d'engendrer la rotation synchrone !i£ 71 29718 3 21Ô2273 et en phase des diagrammes de rayonnement des antennes 2 et 3. En outre, il est proposé qu'un signal Tacan composé de paires d'impulsions, qui sont modulées en amplitude par la rotation de l'antenne, pour engendrer l'information d'azimut, soit délivré par l'émetteur Tacan 5 qui,-au moyen d'un 5 commutateur électronique 6, commandé par la source de minutage T, alimente séquentiellement les antennes 2 et 3, afin d'engendrer des paires d'impulsions entrelacées dans chacune de ces antennes, à la suite de quoi les paires d'impulsions à fréquence radio ne s'ajoutent pas, mais cependant l'enveloppe de modulation de ces paires d'impulsions entrelacées s'ajoute , comme cela est illustre sur 10 la figure 2 dans laquelle les lignes verticales 7 en traits interrompus indiquent les paires d'impulsions provenant de l'une des antennes 2 et 3 et les lignes verticales 8 en traits pleins indiquent les paires d'impulsions provenant de l'autre des antennes 2 et 3, l'enveloppe des plus grandes impulsions étant indiquée par la ligne 9- 15 Dans ce montage, la distance verticale entre les antennes 2 et 3 est telle que jusqu'à un angle important au-dessus de l'horizon, l'avion est toujours dans le lobe de l'une des antennes 2 et 3 et dans le zéro de l'autre antenne 2 ou 3. Ces diagrammes de rayonnement sont illustrés sur la figure 3, dans laquelle les lobes en traits mixtes 10 sont les diagrammes de rayonnement verticaux, provenant 20 de l'une des antennes 2 et 3, et les lobes en traits interrompus 11 .sont les diagrammes de rayonnement verticaux, provenant de l'autre antenne 2 ou 3. On doit noter qu'il y a un zéro important au point 10a dans le diagramme de rayonnement en traits mixtes, qui est comblé par le diagramme de rayonnement en traits interrompus de l'autre des antennes empilées verticalement, ce qui engendre un 25 diagramme de rayonnement composite représenté par le trait plein 12. En variante, il est possible de prévoir à la fois des émetteurs Tacan redondants et des antennes Tacan redondantes qui peuvent présenter l'avantage supplémentaire d'être encore capables d'engendrer une information d'azimut Tacan de qualité réduite, même si l'un des émetteurs et/ou des antennes est défectueux. 30 Ceci est réalisé en désaçcouplant le commutateur 6 et en déplaçant les commutateurs 13, 1U, 15 et 16 vers leur position autre que celle représentée sur la les figure 1. De cette manière,/transmetteurs Tacan 1U et 15 sont couplés à leurs antennes associées 2 et 3 et, à l'aide de la commande de la source de minutage 7, les antennes 2 et 3 sont alimentées séquentiellement afin d'engendrer les 35 paires d'impulsions entrelacées souhaitées, provenant des antennes Tacan 2 et 3, comme cela est représenté sur la figure 2. Comme on peut le voir de ce qui précède, on a avantageusement pris dans le montage Tacan l'exploitation de sa caractéristique d'impulsion ; c'est-à-dire que l'information d'azimut est produite par une modulation d'amplitude pour des hO impulsions à cycle de service faible. Dans le système classique, chaque onde 71 29718 2102273 sinusoïdale à 15 cycles est définie par l'amplitude de quelque 200 paires d'impulsions, avec un cycle de service d'environ 2%. Il est, en conséquence, possible de réaliser un système d'antennes dans lequel chacune des antennes est alimentée par une impulsion différente ou bien un groupe d'impulsions, les anten-5 nés n'étant pas alimentées simultanément et, en conséquence, n'engendrant pas de diagramme de rayonnement indésirable. La description ci-dessus des figures 1, 2 et 3, a concerné essentiellement la réduction des zéros et des lobes dans le diagramme de rayonnement vertical. Ce principe peut tout aussi bien être appliqué au diagramme de rayonnement 10 horizontal, dans lequel les lobes et les zéros peuvent également être entachés par des réflexions indésirables provenant d'un objet 1, tel que le montre la figure U. Pour corriger les zéros et les lobes indésirables, dans le diagramme de rayonnement vertical, c'est-à-dire pour réduire la réception d'information d'azimut erronée, il est proposé 'que trois ou plusieurs antennes Tacan 19, 20 et 15 21, soient disposées dans une relation d'espace horizontale, ayant une configuration géométrique donnée, qui est triangulaire dans la réalisation représentée sur la figure U, de telle sorte que les zéros et les lobes des diagrammes de rayonnement horizontaux se chevauchent afin de réduire les lobes et les zéros de profondeur indésirable d'un simple diagramme de rayonnement qui résulte de 20 l'interférence à partir d'un objet réflecteur 1. Bien que la présente invention peut utiliser des antennes Tacan à lobes multiples, la simplicité du système d'antennes selon la présente invention est accrue par l'utilisation d'une pluralité de petites balises, ayant des antennes à simple lobe, dont les signaux de sortie d'azimut à 15 cycles sont reçus par tous les postes aéroportés Tacan 25 modernes. Des applications typiques sont faites dans les avions, pour des rendez-vous et la garde de postes, et sur le sol pour supporter des opérations tactiques. Les antennes à simple lobe, naturellement, ne prévoient pas autant de libertés de sites que les réalisations à lobes multiples. Toutefois, toi ensemble d'antennes à simple lobe réalise une amélioration sensible et, du fait que 30 chacune des antennes comporte son propre émetteur, offre un cycle de service total plus grand ainsi qu'une fiabilité améliorée due à la redondance. On doit se rappeler que l'amélioration du diagramme de rayonnement horizontal et vertical, due à l'utilisation des techniques de diversité telle que celle décrite en référence avec les figures 1 et U, n'est pas limitée' aux antennes 35 Tacan 2 ou 3, mais peut être fournie par jusqu'à dix antennes Tacan ou plus, avec leurs émetteurs associés, dont chacun est minuté de manière appropriée pour délivrer leurs paires d'impulsions, ou bien des groupes de paires d'impulsions dans un agencement entrelacé, par une source de minutage semblable à la source de minutage T. L'avantage de ces systèmes sur le système avec un simple 1+0 émetteur Tacan et un montage de commutation, réside dans l'élimination du montage 71 29716 5 2102273 de commutation et la redondance offerte par chaque antenne ayant son propre émetteur. Il est évident de ce qui précède qu'il peut être souhaitable de réaliser simultanément une réduction des zéros et des lobes dans le diagramme de rayonne-5 ment vertical et dans le diagramme de rayonnement horizontal. Ceci peut être réalisé en utilisant line pluralité d'antennes 22 et 23, qui sont espacées à la fois horizontalement et verticalement, afin d'engendrer, par suite de la combinaison de leurs diagrammes de rayonnement individuels, un diagramme de rayonnement composé, ayant des zéros et des lobes réduits dans leurs diagrammes de 10 rayonnement horizontal et vertical. On doit remarquer que l'espacement horizontal et/ou vertical des montages d'antennes des figures 1, U et 5, dépend du site particulier de la balise Tacan, et, en conséquence, l'espacement horizontal et/ou vertical est déterminé empiriquement, étant donné que les objets réflecteurs pour chaque site varient d'un 15 site a l'autre ; en conséquence, le système d'antennes Tacan doit être réalisé pour le site particulier considéré. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la 20 portée de l'invention. 71 29718 6 2102273 REVENDICATIONS 1°) Système d'antennes Tacan, caractérisé en ce qu'il comporte : - une pluralité d'antennes Tacan disposées selon une relation d'espace déterminée, chacune des antennes Tacan ayant un diagramme, de rayonnement Tacan comportant 5 des zéros et des lobes ; - des premiers moyens, couplés à chacune des antennes Tacan,pour faire tourner le diagramme de rayonnement de chacune des antennes Tacan de manière synchrone et en phase ; - des seconds moyens, couplés à chacune des antennes Tacan, pour alimenter 10 chacune d'elles avec un signal Tacan ; - la relation d'espace déterminée étant choisie empiriquement afin de réduire les zéros et les lobes dans un diagramme de rayonnement composé résultant de la combinaison du diagramme de rayonnement provenant de chacune des antennes Tacan. 2°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes 15 Tacan sont disposées selon une relation d'espace verticale prédéterminée. 3°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes Tacan sont disposées selon une relation d'espace horizontale déterminée. k°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes Tacan sont disposées selon une relation d'espace horizontale déterminée et 20 selon une configuration géométrique donnée. 5°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes Tacan sont disposées selon une relation d'espace horizontale et verticale déterminée. 6°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds 25 moyens comportent une.pluralité de sources de signaux Tacan, chacune des sources étant couplée à une antenne Tacan différente, les sources alimentant séquentiellement l'ensemble des antennes Tacan avec le signal Tacan. 7°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens comportent : 30 - une simple source de signaux Tacan ; - des troisièmes moyens pour coupler séquentiellement la source à chacune des antennes Tacan, afin d'alimenter séquentiellement chacune des antennes Tacan avec le signal Tacan. 8°) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que : 35 - le signal Tacan comporte une amplitude de signal d'impulsion à fréquence radio, modulée par les signaux de référence Tacan ; - les troisièmes moyens amènent chacune des antennes Tacan à rayonner le signal d'impulsion à fréquence radio, selon une relation séquentielle, afin que les signaux d'impulsion à fréquence radio ne s'ajoutent pas, tandis que l'enveloppe liO de modulation d'amplitude doit s'ajouter, pour maintenir les signaux de référence 71 29718 2102273 7 Tacan. 9°) Système selon la revendication 7» caractérisé en ce que les antennes Tacan sont disposées dans une relation d'espace verticale déterminée. 10°) Système selon la revendication 7> caractérisé en ce que les antennes Tacan sont disposées selon une relation d'espace horizontale déterminée et selon une configuration géométrique déterminée.