Brevet FR2527782A1 — publié le 19831202

DISPOSITIF DE STABILISATION DE LA PHASE HAUTE FREQUENCE D'UN EMETTEUR DU TYPE VOR CONVENTIONNEL La présente invention concerne un dispositif de stabilisation de la phase haute fréquence d'un émetteur du type VOR conventionnel. Un système VOR est une station d'émission sol destinée à fournir à un aéronef, équipé d'un récepteur approprie, une informa tion de relèvement par rapport à cet émetteur au sol, dont la position géographique est connue, c'es.-à-dire son azimut &commat; O par par rapport au nord magnétique de l'emplacement de émetteur sol De tels systèmes VOR jalonnent les routes aériennes de chaque pays de façon à en assurer une couverture radioélectrique relativement sûre et fiable, imposée par l'accroissement du trafic aérien et du nombre des routes aériennes. De façon générale, un système VOR fait correspondre à l'angle d'azimut O de l'aéronef par rapport au nord magnétique de l'em placement de l'émetteur sol, la différence de phase basse fréquence existant entre deux signaux sinusoidaux à la fréquence 30Hz l'un dit de référence et l'autre dit variable, qui modulent une fréquence por teuse tres haute fréquence.Pour cela, les antennes constituant le système VOR rayonnent deux signaux: - un signal de "référence", rayonne omnidirectionnellement, constitué par une onde porteuse très haute fréquence (pulsation w) modulée en amplitude par une sous porteuse à 9960Hz (pulsation #') elle-même modulée en fréquence par un signal sinusoldal 30Hz REF (pulsation # dit de référence). - un signal "variable" rayonné suivant un diagramme cardioidal tournant à 30 tours par seconde et dont l'enveloppe basse fréquence a une phase caractéristique de l'azimut O. Ces deux signaux se combinent dans l'espace pour donner le signal VOR complet, dont l'expression mathématique est la sui vante: Ce signal, généré par l'émetteur VOR conventionnel, se décompose en une porteuse modulée en amplitude: et en bandes latérales: Cette dernière expression mathématique montre bien qu'il s'agit de deux paires de bandes latérales: Bc = m1V0 sin # t cos #t BS = ml V0 sin # t sin #t respectivement émises par deux antennes ayant comme diagrammes en azimut des lobes en cos # et sin # . Un des systèmes d'émission utilisés actuellement est représenté sur le schéma de la figure 1. Dans ce système, les bandes latérales sont amplifiées indépendamment l'une de l'autre. Un oscillateur à quartz 100 délivre un signal de fréquence pure Fp = 30Hz qui passe dans un mélangeur 101 pour y être modulé par un signal de modulation SM. Ainsi modulé, ce signal est ensuite amplifié dans un circuit amplificateur HF 102, pour devenir le signal de l'onde porteuse P de l'émetteur VOR.Un modulateur en anneau l reçoit d'une part un échantillon, prélevé au moyen d'un coupleur 103, de l'onde porteuse P = m1 Vo sin # t, -# étant la pulsation de l'onde porteuse -, et d'autre part un signai basse fréquence, de pulsation #, délivré par une horloge 2, à 30Hz.A sa sortie, le modulateur délivre le produit de ces deux signaux: bs = m1 Vo sinx4 t. sin sin X t sin fL t = 1 pcos ( -n-) t - cos w + n-i t Un- second m2odulateur en anneau 4, effectue le produit du - signal cos a > t, échantillon de fonde porteuse décalé de 900 par un circuit 50 et d'un signal BF, de pulsation #, également délivré par l'horloge 2 à 30Hz, mais décalé de 90 par rapport au précédent au moyen d'un circuit à retard 5. Les deux signaux, correspondant aux deux paires de bandes latérales avant amplification, b c = ml Vo cos X t cosLt et b = ml Vo sin Wt sin St ainsi obtenus à partir d'un échantillon de s la porteuse P, sont recombinés sur un anneau hybride 7 qui sépare les bandes latérales supérieure # + # et inférieure # - # , en procédant d'une part à la somme des deux signaux et d'autre part à leur différence. Ainsi, sur une première sortie, apparaît le signal Si et sur une seconde sortie, apparaît le signal 52 On notera que le terme ml Vo étant une constante, il peut être supprimé des expressions qui ont été écrites sans introduire d'erreur, en particulier il n'apparaît pas sur les dessins. Ces deux signaux qui sont générés par le dispositif - 200 de génération séparée des deux bandes latérales à partir de ltonde porteuse, correspondent aux deux bandes latérales de raies. Q et # + #, qui sont amplifiées séparément par deux amplificateurs 8 et 9 puis recombinées sur un second anneau hybride 10 qui effectue d'une part la somme et d'autre part la différence des deux signaux et et S2, de sorte qu'en sortie de cet anneau hybride on obtient les. deux signaux Bc et Bs. Un circuit déphaseur 53 de Le signal 30Hz REF qui module en fréquence la sous-porteuse à 9960 Hz déjà citée provient de l'horloge 2 qui commande les deux modulateurs en anneau 1 et 4. Selon une seconde méthode d'émission d'un signal VOR, représentée figure 2, les bandes latérales sont toujours générées séparément, à partir de l'onde porteuse, mais leur filtrage est assuré pour chacune d'elles séparément au moyen. d'une boucle d'asservissement fréquence/phase incluant les- moyens d'amplification de ces bandes, Le système' d'émission du type VOR conventionnel comporte tout d'abord un dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales identique à celui déjà décrit sur la figure 1.A partir d'un échantillon de la porteuse P, sont obtenus les deux signaux S1 et S2 correspondant aux deux raies haute fréquence # - # et # + #, # étant la pulsation de la porteuse du signal de référence etiL étant la pulsation basse fréquence correspondant au signal variable. Les différents circuits constituant ce dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales portent les mêmes références que ceux de la figure 1 puisqu'ils jouent le même râle. En sortie de ce dispositif 2p0 est associée, à chaque bande latérale, une boucle d'asservissement fréquence/phase constituée par: - des moyens de comparaison fréquence/phase(li et 12), - des moyens de filtrage (21 et 22), - un circuit oscillateur (31 et 32), - des moyens d'amplification de puissance {41 et 423,' - des moyens de couplage (51 et -52). Le fonctionnement de la boucle correspondant à la bande latérale de pulsation w -Q est le suivant le circuit 12 compare le signal provenant du dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales et contenant en plus de la bande latérale inférieure ( -A) des résidus de l'autre bande latérale et de la porteuse, avec le signal de pulsation voisine dé - L issu de l'oscillateur 32 et prélevé par des moyens de couplage (51 et 52). Le filtre passe-bas 22 élimine les harmoniques du 30Hz présents en sortie du comparateur, ne conservant que sa composante continue qui va commander -l'oscillateur (V.C.O.) 32 (ou V.C.X.O. si la fréquence du signal qu'il délivre est engendrée par un quartz). Le circuit amplificateur 42 augmente la puissance du signal issu de cet oscillateur. Une fois l'équilibre établi dans la boucle, c'est-à-dire lorsque -l'oscil- lateur est asservi sur la pulsation X - Q de la bande latérale, la boucle génere enfin le signal correspondant à cette bande latérale, sans résidus de la porteuse et de l'autre bande latérale. Le fonctionnement de l'autre boucle est identique àcelui-ci. Ensuite, comme dans le cas de la figure 1, les deux signaux correspondant aux deux pulsations déterminées cz - s Un inconvénient de ce système d'émission est le manque de stabilité de la phase haute fréquence de l'onde porteuse par rapport à celle de la porteuse fantôme des bandes latérales de raies (w -Q) et (# + #). En effet, l'onde porteuse P est obtenue à partir d'un oscillateur à quartz 100 au moyen d'une chaîne d'amplification haute fréquence donnée et les bandes latérales sont obtenues par les dispositifs de génération ci-dessus décrits; distincts de la chaîne précédente Ces différents moyens entraînent des dérives de phase HF ayant pour consequence une instabilité de la phase HF de l'onde porteuse par rapport à celle de la porteuse fantôme des deux bandes latérales. Le but de la présente invention est de pallier le manque de stabilité ci-dessus mentionné et son objet est un dispositif de stabilisation de la phase haute fréquence d'un émetteur du type VOR conventionnel rayonnant un premier signal constitué par une porteuse haute fréquence, de pulsation w modulée en amplitude par une sous porteuse de pulsation #', elle même modulée en fréquence par un signal 30Hz dit de référence de pulsation s et un second signal, suivant un diagramme cardioidal tournant, formant un signal sinusoldal de fréquence 30Hz dit variable et dont ltenveloppe basse fréquence a une phase caractéristique de l'azimut # du site de l'émetteur VOR, caractérisé en ce que la phase haute frequence de l'onde porteuse de pulsation cv) et la phase haute fréquence de la porteuse fantôme des deux bandes latérales de raies (# - #) et (# + # ) sont asservies l'une à l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte des moyens de détection de la phase HF de la porteuse fantôme des bandes latérales de raies (# - #) et (# + #). D'autre caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, illustrée par les différentes figures, qui outre les figures 1 et 2 déjà décrites et concernant l'art antérieur représentent: - les figures 3a et 3b : une première variante de réalisation d'un dispositif de stabilisation selon l'invention dans un système d'émission du type VOR conventionnel - les figures 4a et 4b : une seconde variante de réalisation du même dispositif selon l'invention Les éléments portant les mêmes références dans le différentes figures assurent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Comme cela a été dit, le but du dispositif selon l'invention est d'assurer une stabilité- de l'ordre de 5 degrés en phase haute fréquence, stabilité qui n'est pas atteinte par les dispositifs déjà connus. Mais avant de détailler l'objet même de l'invention le paragraphe suivant va calculer la phase HF de la porteuse fantôme des bandes latérales obtenue par exemple par le système de la figure 2.En effet, en sortie de l'anneau hybride 7, les signaux obtenus S1 et 52 correspondant aux deux raies HF( # - #) et (# + #), sont dans le cas idéal de la forme: S1 = bc + bs = cos (# + #) t S2 = bc - bs = cos (# - #) t En fait, toute inégalité d'amplitude et de phase dans les- différents éléments du montage émetteur déteriore les sommations précédentes pour créer les signaux suivants #1 et #2 étant les coefficients correspondant aux résidus des bandes latérales indésirées, #1 et #2 étant les phases HF de ces résidus et #1 et # 2 étant les phases HF des bandes latérales. Dans ces conditions, les sorties en cosinus Bc et en sinus Bs deviennent: BC = 51 + 52 = Lorsqu'il n'y a pas de résidu de bande latérale indésirée: I = 2 = Deux cas peuvent alors se présenter: a) les attaques de l'anneau hybride sont équilibrées V1 = V2 = V d'où: la phase HF de la porteuse fantôme des bandes latérales est b) si les attaques ne sont pas équilibrées, un signal parasite en quadrature HF avec la porteuse, dont l'infórmation VOR est décalée de 90 , apparaît La quadrature HF rend ce signal négligeable au premier ordre. Ainsi, le dispositif de stabilisation de phase haute fréquence d'un émetteur VOR, objet de la présente invention réalise l'asservissement des phases haute fréquence de l'onde porteuse et de la porteuse fantôme des bandes latérales. Pour cela deux \ variantes sont possibles pour lesquelles le dispositif de génération selon l'invention comporte des moyens de détection de la phase HF de la porteuse. fantôme des deux bandes latérales. Selon la première variante, dont un schéma de réalisation est représenté sur la figure - 3a le dispositif selon l'invention comporte des moyens de détection synchrone constitués par un dispositif mélangeur 14 qui reçoit les signaux Si et S2 correspondant aux deux bandes latérales, prélevés par les moyens de couplage 51 et 52, et en effectue le produit P On constate que la phase haute fréquence de la porteuse fantôme des bandes latérales est égale à la moitié de la phase haute fréquence de la composante à la pulsation 2 ct, du signal de sortie Po du dispositif mélangeur 14. Aussi, l'invention consiste à détecter cette phase pour asservir la phase de- la porteuse de pulsation cu à la phase de la porteuse fantôme des bandes latérales ou inversement et, améliorer ainsi sensiblement la stabilité de phase haute fréquence entre cette onde porteuse et la porteuse fantôme des bandes latérales. Pour cela, un échantillon du signal de l'onde porteuse traverse un doubleur de fréquence 15 avant de commander une deys deux entrées d'un dispositif mélangeur 16. La - seconde entrée reçoit le signal - Po qui est donc multiplié au précédent dans ce circuit 16 pour donner en sortie le signal S: S = Po xsin2cut Ce signal S est ensuite filtré dans un circuit 17 pour ne laisser passer que la composante continue C: C = - 1/4 sin (#1 + #2) Lorsque ( #1+ #2 ) est petit, cette composante C est proportionnelle à la différence de phase HF entre la porteuse réelle et la porteuse fantôme des bandes latérales.Ce signal C commande alors un circuit déphaseur 18 situé en sortie pilote, soit sur la voie des bandes latérales - figure 3a - soit sur la voie de l'onde porteusefigure 3b -. Dans le cas de la figure 3a, la phase de la porteuse fantôme des bandes latérales est asservie sur la phase de l'onde porteuse tandis que, dans le cas de la figure 3b, c'est cette dernière phase qui est asservie sur celle de la porteuse fantôme. La seconde variante d'éxécution de l'invention consiste à stabiliser séparément les phases HF( #1 et #2) de chacune des deux bandes latérales. Pour cela, ces phases ? 1 et ff 2 sont comparées chacune à la phase de la porteuse P.Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4a, cette comparaison est faite au moyen de deux mélangeurs 62 et 63. Chacun d'eux effectue le produit du signal de l'onde porteuse cos # t avec le signal de la bande latérale correspondante cos ( + t) t + t et cos Après filtrage des ondes aux pulsations w - # et # + # dans deux circuits 72 et 73 pour ne laisser passer que la composante à 30 Hz,les signaux de sortie de ces deux mélangeurs 62 et 63 sont : S3=cos(#t + #1) et S4=cos(#t + #2). La phase de ces deux signaux S3 et S4 est comparée à la phase du signal sin t à 30Hz de l'horloge -2, dans deux circuits 82 et 83. En sortie, on obtient bien les deux phases (P 1 et (? 2 recherchées, que l'on recombine dans un circuit sommateur 74 pour obtenir un signal de phase Cette sortie est identique à la sortie du filtre 17 des figures 3a et 3b, concernant la première variante de l'invention. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4b, la comparaison des phases #1 et #2 avec celle de l'onde porteuse P est réalisée au moyen de deux circuits sommateurs 92 et 93, qui additionnent chacun le signal de la bande latérale correspondante avec celui de l'onde porteuse. Le signal résultant de chacune de ces additions est détecté au moyen d'un circuit de détection 102 ou 103 - une diode par- exemple - avant d'être filtre comme cela a été dit précédemment. Le signal de phase commande ensuite un circuit déphaseur 18 identique a celui décrit dans les figures 3a et 3b et la stabilisation entre la phase haute fréquence de l'onde porteuse et celle de la porteuse fantôme des bandes latérales est réalisée comme cela a été dit auparavant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stabilisation de la phase-haute fréquence d'un émetteur du type VOR conventionnel rayonnant un premier signal constitué par une porteuse haute fréquence de pulsation (W ), modulée. en amplitude par une sous porteuse de pulsation (#'), elle même modulée en fréquence par un signal 30Hz dit de référence, de pulsation (SL), et un second signal suivant un diagramme cardioidal tournant, formant un signal sinusoldal de fréquence 30Hz, dit variable et dont l'enveloppe basse-fréquence a une phase caractéristique de l'azimut (1D) de l'emplacement au sol de l'émetteur VOR, caractérisé en ce que la phase haute fréquence - de l'onde -porteuse de pulsation C et la phase haute fréquence de la porteuse fantôme des deux bandes latérales de raies ( -D) et (tu +SL ) sont asservies l'une à l'autre. 2. Dispositif de stabilisation' suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de la phase haute fréquence de la porteuse fantâme des bandes latérales de raies (# - #) et (# + #). 3. Dispositif de stabilisation selon la revendication 2, carac térisé en ce qu'il comporte des moyens de détection synchrone constitués par: - un dispositif mélangeur (l4), effectuant le produit (PO) des deux signaux (S1 et S2) correspondant aux deux bandes latérales; - un circuit doubleur (15) de fréquence de l'onde porteuse (P); - un circuit mélangeur (16) effectuant le produit du signal (Po) et le signal provenant du doubleur (15); - un filtre passe-bas (17), filtrant la composante continue (C) du signal issu du mélangeur (16); et un circuit déphaseur (18), commandé par la composante continue (C). 4. Dispositif de stabilisation selon la revendication 3, carac térisé en ce que le circuit déphaseur (18) est placé en sortie pilote, soit sur la voie de l'onde porteuse soit sur la voie des bandes latérales. 5. Dispositif de stabilisation selon la revendication 2, caractérisé en ce qùe les moyens de détection de la phase haute fréquence de la porteuse fantôme des bandes latérales comportent des moyens de détection de chacune des phases (#1 et #2) haute fréquence des deux bandes latérales, des moyens sommateurs (74) effectuant la somme et un circuit déphaseur (18). 6. Système émetteur du type VOR conventionnel comportant un dispositif de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.