Brevet FR2137605A1 — publié le 19721229

, 2137605 La présente invention concerne les systèmes destinés à étalonner les caractéristiques de gain et de phase de systèmes chercheurs de direction à canaux doubles. Dand ces systèmes chercheurs de direction à deux canaux , 5 il a été de pratique commune pendant de nombreuses années de calibrer ou d'ajuster ou d'étalonner le gain et la phase des deux canaux du récepteur afin d'obtenir l'égalité avant que les repérages de position soient faits. Ceci est décrit essentiellement à la page 886 du "Manuel pour les Ingénieurs Radio" de TERMAH imprimé en 19^3. 10 Comme cela est décrit sur les pages à 1»81 du livre de R.KEEN intitulé "Chercheur de Direction sans Fil" imprimé en 19^7> le système à petites boucles est très souple quel que soit le choix de la position des boucles et celles-ci peuvent,en conséquence,être placées à grande distance des récepteurs. Les boucles distantes nécessitent,toutefois,des câbles choisis avec beaucoup de 15 soin et des transformateurs placés entre les boucles et les récepteurs. Normalement,un chercheur de direction à deux canaux est étalonné en connectant les entrées des récepteurs à une source commune de signaux. Quand un simple système de ce genre est utilisé, les impédances d'entrée des deux canaux doivent être identiques sur la bande de fréquence totale ou bien elles 20 doivent être élevées par rapport à l'impédance de la source. Cette dernière condition est communément satisfaite en utilisant un préamplificateur à tube sous vide place en tête du circuit accordé des récepteurs. Ce procédé comporte, toutefois , certains inconvénients étant donné que les semiconducteurs sur le marché actuel ne peuvent pas remplacer complè-25 tement le circuit à tube sous vide à cause de leurs impédances d'entrée finies, de la modulation croisée, de la bande dynamique limitée et de la prédisposition aux détériorations par suite des tensions parasites. Il est souhaitable,en conséquence,d'avoir des filtres disposés en tête du premier amplificateur à transistor sur les entrées du récepteur actuel, 1'impédance du filtre adaptant 30 les câbles d'antennes pour la bande de fréquence souhaitée. Il n'est pas toutefois possible d'obtenir un alignement complet entre les impédances d'entrée sur la bande de fréquence totale, ou bien entre les câbles d'antennes, de telle sorte que les antennes en boucle introduisent des impédances non identiques. Une simple connexion des filtres ou des câbles d'antennes à une source de signaux 35 commune pour la mise à jour est,en conséquence,non équivalente à la séparation des connexions de chaque récepteur à sa boucle correspondante quand les deux boucles délivrent des signaux d'intensité égale. On peut dire que l'objet général de la présente invention est d'éliminer les inconvénients des solutions précédentes pour effectuer l'interconnexion UO nécessaire des deux récepteurs. I 72 16322 = 2137605 La caractéristique principale de l'invention réside en ce que, au cours de l'étalonnage , les deux entrées du récepteur sont interconnectées par l'intermédiaire de circuits d'antennes artificielles uniques à une source de signaux commune, tandis que les antennes en boucle correspondantes sont déconnec-5 tées. Les antennes en boucle sont supposées avoir des caractéristiques de détection identiques et une impédance de source équivalente. Les câbles choisis symétriques provenant des boucles et allant vers les récepteurs sont habituellement supposés être identiques pour de courtes longueurs de câbles. Pour des 10 longueurs plus longues, ces câbles peuvent différer de manière significative au point de vue caractéristiques. La présente invention permet à l'utilisateur d'éliminer les erreurs d'alignement entre les câbles et les circuits d'entrées du récepteur en prenant ce qui vient d'être dit en considération au cours du processus de mise à jour sur la bande de fréquence utile. 15 Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens d'interconnexion sont montés à la base de l'antenne, de telle sorte que les câbles venant des antennes en forme de boucle et allant vers les récepteurs sont inclus dans le circuit d'étalonnage et leurs caractéristiques inégales éventuelles sont en conséquence automatiquement compensées. 20 Seulement des réseaux passifs sont placés à la base de l'antenne, ceci étant particulièrement important parce que les antennes en boucle peuvent être placées sans restriction en un endroit peu influencé par les réflexions parasites, telles que provenant des supports (haubanage), des superstructures, des autres antennes, etc... Les antennes en boucle peuvent}par exemple,être placées 25 au sommet du mât, mais des circuits complexes ne doivent pas être placés à un endroit où le service serait difficile. Le système d'étalonnage des canaux de la présente invention engendre une précision et une fiabilité supérieures pour le système. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description 30 détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente d'une manière synoptique un système d'étalonnage selon la présente invention. Les figures 2a, 2b, 3a et 3b sont destinées à illustrer le principe des 35 circuits des antennes artificielles utilisées par la présente invention. La figure 1» représente schématiquement un exemple de réalisation de la présente invention. La figure 5 représente un autre exemple de réalisation de la présente invention. hO Les figures 6 et 7 illustrent schématiquement l'inégalité entre les 72 16322 3 2137605 antennes en boucle et les antennes artificielles. En se référant maintenant à la figure 1, deux antennes en boucle 1 et 2 sont représentées connectées à l'aide de moyens d'interconnexion 3 et de câbles équilibrés individuellement lt et 5 à des récepteurs correspondants 6 et 7. 5 Les signaux de sorties des récepteurs 6 et 7 sont envoyés à des moyens de mesure de relèvement 8. Au cours de la prise réelle du relèvement, les signaux détectés par les deux antennes en boucle 1 et 2 sont envoyés directement aux récepteurs correspondants 6 et 7. Le relèvement est mesuré et affiché sur un tube à rayon cathodique ou sur un dispositif d'affichage digital (non représenté). 10 Le sens est déterminé par des signaux provenant d'une antenne de sens séparé, et les erreurs de quadrant sont corrigées par un autre circuit (non représenté); Au cours de l'étalonnage des canaux du récepteur, les deux antennes en boucle sont déconnectées par des circuits dans 3 et les entrées des récepteurs 6 et 7 sont connectées par l'intermédiaire des circuits 15 d'antennes artificielles 9 et 10 à une source commune de signaux 11. Le traitement de mise à jour est effectué peur des moyens de mise à jour 12 de gain et de phase, qui comparent les signaux de sortie provenant des récepteurs 6 et 7 et commandent la phase et le gain du récepteur 7 jusqu'à ce que l'égalité soit obtenue. 20 Un chercheur de direction à deux canaux donne seulement des relèvements * U6 * ^ corrects quand le rapport des signaux de sortie du récepteur (—) est égal à un facteur connu nécessaire par le rapport des signaux induits dans les boucles, c'est-à-dire K (^-J .Pour simplifier,le facteur K peut être réglé à l'imité de + n ^ U6 U1 telle sorte que : — = —. 25 Au cours d'une période d'étalonnage , l'équation ci-dessus est satisfaite en réglant la phase et le gain du récepteur 7 afin de compenser les variations du circuit et des conditions environnantes. Les filtres d'entrée du récepteur ne peuvent pas être interconnectés directement à la source commune de signaux 11 si des résultats précis sont souhaités, parce qu'un diséquilibrage d'impé-30 dances se produit. L'interconnexion à une source commune de signaux doit être, en conséquence,effectuée par l'intermédiaire de circuits d'antennes artificielles 9 et 10 dont les impédances adaptent les boucles. Sur la figure 1, les moyens d'interconnexion 3 sont représentés placés à l'extrémité d'antennes des câbles 4 et 5. Ceci est considéré comme étant 35 nécessaire quand les câbles sont longs et représentent des impédances inégales en plus des impédances de filtres inégales. Quand, toutefois, l'antenne est placée relativement près des récepteurs, les moyens d'interconnexion et d'étalonnage 3 (commande de commutation) peuvent être également placés relativement près des récepteurs, en ignorant les cables d'antennes au cours du U0 processus d'étalonnage. 72 16322 4 2137605 Ce qui est connu de manière théorique pour l'insertion des antennes artificielles est maintenant décrit. Comme le montre la figure 2a, une antenne en boucle 20 peut être connectée à une charge 21. Le signal induit dans la boucle est appelé U 20. On suppose 5 sur la figure 2b que,dans une gamme de fréquence donnée, l'antenne en boucle 20 peut être remplacée par une source de signaux 23 d'impédance mille et par un réseau 2k à quatre bornes. Le reseau 2k est tel que les tensions développées à travers les charges 21 sur les figures 2a et 2b sont identiques quand des signaux identiques (U 20 et U 23) sont induits dans la boucle 20 et par la 10 source de signaux 23. Quand on considère l'interconnexion de deux circuits simulateuis de boucles du type illustré sur la figure 2b, il est clair que l'impédance de la source 23 est nulle, la même source (25, figure 3a) peut être utilisée pour les deux réseaux à quatre bornes (26, 27 de la figure 3a). Ceci est illustré sur la 15 figure 3a où les réseaux 26 et 27 sont connectés respectivement à des charges 28 et 29. Une borne d'entrée de chaque réseau est interconnectée en A à une source de signaux 25. On peut voir maintenant qu'il n'est pas nécessaire de demander que l'impédance de source soit nulle, parce que le rapport de tension des signaux délivrés aux charges 28 et 29,respectivement,n'est pas affecté 20 par 1'impédance de source. La source à impédance nulle 25 peut,en conséquence, être remplacée par une source 30 ayant une impédance réelle 31, figure 3b. Sur la figure k un exemple de réalisation du circuit du système d'étalonna^ de canaux selon l'invention est représenté schématiquement. Les composants du circuit correspondant aux composants de la figure 1 portent les 25 mêmes références. Quand un commutateur Uo est fermé et qu'un commutateur 1+1 est ouvert, les deux boucles 1 et 2 sont connectées aux récepteurs 6 et 7,respectivement par l'intermédiaire des transformateurs adaptés k2 et U3 et des câbles adaptés 1+ et 5. 30 Dans le mode d'étalonnage , le commutateur Uo est ouvert tandis que le commutateur 1+1 est fermé. On peut voir que les deux transformateurs k2 et 1+3 sont maintenant interconnectés, par l'intermédiaire des réseaux d'antennes artificielles 9 et 10 et d'un transformateur additionnel k6, à une source commune, c'est-à-dire l'antenne de référence 1+5 (pour le sens). L'impédance 1+7, 35 vue à travers le transformateur k6 est identique à 1'impédance 31 de la figure 3b, si les reseaux à quatre bornes des figures 3 et k sont identiques. On a trouvé que, dans la bande ordinaire de repérage, une antenne en boucle est bien simulée par des inductances (1+8, 1+9) et des capacités (50, 51 ) connectées comme indiqué sur la figure 1+. 1+0 Dans une variante de réalisation de la présente invention, la troisième 72 16322 5 2137605 source de signaux 11 de la figure 1 peut être constituée par un circuit détectant et connectant la boucle ayant le signal le plus fort aux circuits d'antennes artificielles. Ceci est indiqué sur la figure 5 où les boucles 1 et 2, au lieu d'être isolées au cours de la mise à jour, sont connectées par un commutateur 5 5U à un circuit de détection de signaux 55. Le sigpal de boucle le plus fort est détecté par un circuit à seuil et appliqué par l'intermédiaire d'un transformateur 56 aux antennes artificielles 9 et 10. Les commutateurs H1 et 5*+ sont illustrés dans les positions pour lesquelles les relèvements sont pris. Au cours de la mise à jour, le commutateur 1+1 est fermé. 10 Les cables d'antennes 1+ et 5 conduisent aux récepteurs 6 et 7 comme sur la figure U ou, si les cables sont courts, le montage de commutation 1+0, 1+1 (sur la figure 1+) et 5*+» 1+1 (sur la figure 5)> peut être placé du côté récepteur des câbles. Les commutateurs doivent.de préférence,être du type scellé (ou du type 15 à semiconducteur) quand ils sont placés à la base de l'antenne. Des relais électromécaniques ordinaires peuvent être utilisés quand ils sont placés au voisinage des récepteurs. Les circuits de fonctionnement pour les relais sont commandes automatiquement à partir des récepteurs. Dans ce qui suit,l'erreur introduite au cours du processus d'étalonnage 20 due à l'inégalité entre les impédances de boucles et les antennes artificielles sera considérée. t Sur la figure 6, on suppose que Uoa et Uob représentent les tensions mesurées sur les antennes en boucle correspondantes quand elles ne sont pas chargées, et Zo représente l'impédance interne de chacune d'elle (on suppose 25 qu'elle est la même pour les deux boucles). Za et Zb représentent les impédances de charge correspondantes, qui sait présentées aux bornes de la boucle par le filtre d'entrée du récepteur et les câbles d'antennes. On suppose que Ua et Ub représentent les tensions de charge sur les impédances Za et Zb,respectivement, quand Uoa est égale à Uob. 30 Le rapport NI = ^ peut ensuite être exprimé par l'équation suivante : , (1) Au cours de la mise à jour, une source commune Uso (figure 7),avec une impédance de source négligeable,est reliée à l'entrée commune des antennes artificielles ayant des impédances Zo (1 + ôa) et Zo (1 + ôb) respectivement, 35 6a et 6b représentant les erreurs vectorielles. Le rapport Nu = jjg au cours de l'étalonnage est : „ /Za% fZo (l + 6b) + Z^ Nu = (Zb) Zo (1 + ôa) + Za (2) Ni L'erreur d'étalonnage petit maintenant être exprimée par — = p NI /Zo + Zb% ,Zo (1 + ôa) + Za> 1+0 P = Nu = lZo + Za KZo (1 + Ôb) + Zb; 72 16322 6 2137605 25 ou ramené à Zo quand Za = et Zb = |^ Zo Zo N1 /1+zb\ ,1 + ôa + za^ ,, \ p * ïï 'TTÎ:' 'TTtTTrt1 > - za ^ + ôb 1 + zb Cette expression est considérée plus en détail dans un exemple : dans la bande de fréquence intéressante, on peut supposer avec une bonne appro- 10 ximation, que Zo est une réactance pure jR. De plus ,1a valeur ohmique de Za (Zb) est choisie pour être approximativement égale à R/tandis que la partie réactive petit avoir une valeur jX, de telle sorte que Za (Zb) est égal à R + jX Za R + .iX x Za= Z^ " jR * R" J> (5) 15 et ( 1 + za) s 1 + ^ - j (6) qui présente un minimum pour x = - R. En conséquence 11 +> za 1 min =1 , , • (7) j 1 + zb | min = 1 parce que |ôa| et |ôb| sont tous deux petits par rapport à 1, l'équation (1+) 20 peut être exprimée de la manière suivante : /. . 1 + za 1 + zb 1 + za 1 + zb En considérant maintenant l'équation (7) et en introduisant une valeur ô qui soit plus .grande ou égale à ôa et ôb ( |ôa }^| ô | et jôb | ^ | ô {^l'erreur d'étalonnage p dans le pire des cas est |P 1 + 2 | ô | (8) Ainsi si ô = 0,01 |p[ est inférieur ou au plus égal à 1,02, ce qui est suffisamment faible pour être une valeur acceptable. Finalement, l'impact de | p| sur l'angle de relèvement mesuré a est 2Q considéré. L'angle de relèvement a est exprimé par tga = K (^) qui est considéré comme l'expression correcte pour a si aucune erreur n'est introduite dans l'étalonnage . Le facteur d'erreur modifie le relèvement correct a en a' de telle sorte que tga' = |p | tga (9) L'erreur due à p étant une valeur complexe, est négligeable quand p est petit, c'est-à-dire de quelques degrés. Une expression pour l'erreur de relèvement est la suivante : 35 ItO ( Ipl ~ 1j tffa ,^(p _ o ( t£a 1 + | pl tg^a 1; 1 + tg2a ( 0) 10 72 16322 7 2137605 qui présente un maximum pour a = 1+5° et dans ce cas se réduit à a' - a = * ~—L. ( 11) En considérant maintenant l'expression (8), cm voit que ^ ^ —- éz 6 de telle sorte que : o' - o ^ 6 (en radians) De même, si ô = 0,01, l'erreur d'angle de relèvement dans le pire des cas est d'environ 0,5°. Les erreurs qui existeraient sans les antennes artificielles selon l'invention seraient nettement plus élevées. Bien que les principes de la présente invention «.ient été décrits ci-dessus en relation avec un exençle particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas" la portée de l'invention. 72 16322 8 REVENDICATIONS 2137605 1. Système de recherche de direction ayant deux antennes en "boucle connectées chacune à un canal de récepteur correspondant discret et comportant des moyens de mesure et d'indication de relèvement connectés aux sorties des 5 récepteurs pour la mesure du relèvement, caractérise en ce qu'il comporte : - des moyens de commande de gain et de phase susceptibles d'être connectés et de fonctionner pour engendrer une égalité entre les caractéristiques de gain et de phase des canaux du récepteur ; - une source commune d'énergie dans la bande de fréquence du système de recher-10 che de direction ; - une paire de circuits d'antennes artificielles, adaptées chacune à l'adaptation d'impédances et à l'isolement de l'entrée correspondante des entrées des canaux du récepteur ; - des moyens de commutation pour mettre en oeuvre un étalonnage mettant à 15 jour le mode de fonctionnement, les moyens de commutation étant adaptés pour connecter les entrées du récepteur à la source d'énergie commune à travers chacune une antenne correspondante prise parmi les antennes artificielles, tout en mettant en service simultanément les moyens de commande de gain et de phase. 20 2. Système de recherche de direction selon la revendication 1, caracté risé en ce que la source commune d'énergie est constituée par l'antenne de référence du système. 3. Système de recherche de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à seuil mis en service par les moyens 25 de commutation au cours de l'opération d'étalonnage pour déterminer le plus grand des signaux provenant des antennes en boucle à l'antenne considérée et pour connecter la sortie de boucle du signal le plus grand aux circuits d'antennes artificielles, afin d'engendrer une source commune d'énergie. k. Système de recherche de direction selon la revendication 1, caractéri-30 sé en ce qu'il comporte des cables connectant chacun des antennes en boucle à l'entrée du récepteur correspondant et en ce que des moyens de commutation sont situés à proximité des antennes de référence de boucle afin d'inclure les cables dans le trajet des signaux au cours de l'étalonnage mettant à jour le mode de fonctionnement. 35 5- Système de recherche de direction selon la revendication 1, caracté- i risé en ce que : - la source commune comporte une paire de bornes à travers laquelle son signal apparaît ; - les circuits d'antennes artificielles comportent chacun une inductance série ItO et un condensateur monté à travers les bornes ; 72 16322 9 2137605 - au cours de l'opération d'étalonnage,chaque entrée correspondante du canal du récepteur est alimentée par le signal venant à travers le condensateur dans le circuit d'antennes artificielles correspondant. 6. Système de recherche de direction selon la revendication 5» caractérisé 5 en ce qu'il comporte une impédance adaptant le transformateur connecté pour effectuer me transformation d'impédance prédéterminée entre la source commune et les bornes, à la suite de quoi les bornes présentent une faible commande d'impédance pour les antennes artificielles au cours de l'étalonnage mettant à jour le mode de fonctionnement. 10 7. Système de recherche de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source commune est constituée par l'antenne de référence. 8. Système de recherche de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il conqaorte un circuit à seuil et en ce que les moyens de commutation relient les antennes en boucle exclusivement au circuit à seuil, à la suite 15 de quoi le signal de sortie du circuit à seuil est le plus grand des signaux de sortie des deux antennes en boucle, le circuit de commutation fonctionnant encore pour amener la sortie du circuit à seuil à s 'étendre aux bornes de la source commune.