Brevet FR2573940A1 — publié le 19860530

Dispositif de réglage automatique de la cellule d'adaptation d'une antenne sur sa fréquence de travail La présente invention concerne un dispositif de réglage automatique de la cellule d'adaptation d'une antenne sur sa fréquence de travail. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation des bottes d'antennes des stations mobiles d'émission et/ou de réception d'ondes radioélectriques travaillant dans des bandes de fréquences très étendues comprises par exemple entre 1,6 et 30 MHz et dans lesquelles la fréquence de travail peut être remplacée à tout instant par la fréquence la mieux adaptée aux conditions atmosphériques et au relief du terrain au-dessus duquel s'effec- tue la propagation. Différents dispositifs sont connus qui permettent de réaliser une adaptation plus ou moins lente de la cellule d'adaptation d'une antenne lorsque la fréquence de travail de celle-ci est modifiée, et plusieurs réalisations de types analogique ou numérique permettent d'obtenir ces adaptations. Cependant le manque de rapidité de ces réalisations nuit à la discrétion des liaisons radioélectriques et rend fastidiueux les réglages que doit exécuter l'opérateur chargé d'effectuer ces adaptations. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réglage automatique de la cellule d'adaptation d'une antenne sur sa fréquence de travail, la cellule Wadaptation réalisant le couplage de l'antenne à des moyens d'émission et/ou de réception, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure du signal transitant aux points communs de liaison de la cellule d'adaptation avec les moyens d'émission et/ou de réception, couplés à des moyens de correction automatique des valeurs des constituants de la cellule d'adaptation, les moyens de correction réagissant aux valeurs du signal mesuré par les moyens de mesure, pour qu'à la fréquence de travail l'impedance de l'antenne transformée par la cellule d'adaptation ait une partie imaginaire nulle et une partie réelle égale à l'impédance caractéristique du système d'émission/réception. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à l'aide de la description qui va suivre faite au regard des dessins annexés qui représentent: - la figure 1 un schéma de principe du dispositif de réglage de la cellule d'adaptation de l'antenne selon l'invention; - la figure 2 un mode de réalisation d'une cellule d'adaptation selon l'invention; - les figures 3, 4A, 4B, SA, 5B des schémas électriques équivalents de la cellule d'adaptation représentée à la figure 2; - les figures 6A et 6B des organigrammes illustrant le mode de réglage utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 7 un mode de réalisation du dispositif selon l'invention appliqué au réglage d'une boîte d'antennes d'une station mobile. Un dispositif de réglage automatique de la cellule d'adaptation d'une antenne selon l'invention est représenté en 1 de la figure 1 à l'intérieur d'une ligne en pointillés. II comprend une cellule d'adaptation 2 couplée à une antenne radioélectrique d'émission 3. Le signal radioélectrique à transmettre est appliqué par des moyens d'émission non représentés à l'entrée de la cellule d'adaptation 2 par l'intermédiaire de la borne d'entrée 4 du dispositif 1, la borne d'entrée 4 formant un point de liaison commun à la cellule d'adaptation et aux moyens d'émission non représentés.Le dispositif 1 comprend également des moyens de mesure 5 couplés par leurs entrées à la borne 4 et des moyens de correction 6 couplés par leurs entrées à la sortie des moyens de mesure et par leurs sorties aux entrées de commande de la cellule d'adaptation 2. Les moyens de mesure 5 relèvent les caractéristiques d'amplitude en tension et courant et de déphasage de la tension par rapport au courant du signal appliqué sur la borne 4 du dispositif 1.Les informations relevées par les moyens de mesure sont appliquées à l'entrée des moyens de correction 6 qui calculent à partir de ces informations la valeur de l'impedance d'entrée de la cellule d'adaptation observée de la borne 4 ainsi que les valeurs de correction qui doivent être appliquées aux constituants de la cellule d'adaptation 2 pour qu'à la fréquence du signal appliqué sur la borne 4 du dispositif 1, le déphasage entre les caractéristiques de tension et de courant du signal appliqué sur la borne 4 ait une valeur nulle et que la valeur du module de l'impédance soit égale à rimpédance caractéristique des moyens d'émission. Lorsque le réglage est obtenu l'impédance d'entrée de la cellule d'adaptation possède une partie imaginaire nulle ce qui réduit sa valeur à celle d'une résistance pure. Un schéma de réalisation de la cellule d'adaptation 2 est représenté à la figure 2. La cellule d'adaptation 2 représentée à l'intérieur d'une ligne en pointillés est constituée par un quadripole ayant deux bornes d'entrées 7 et 8 et deux bornes de sortie 9 et 10. La cellule 2 a une structure de filtre passe-bas constitué par, une inductance 11 de valeur L dont les deux extrémités sont reliées respectivement aux bornes 7 et 9, un condensateur 12 de capacité C branché entre les bornes 7 et B et un condensateur 13 de capacité C a branché entre les bornes 9 et 10. La cellule d'adaptation 2 est connectée par les bornes de sortie 9 et 10 à l'antenne d'émission représentée à l'aide d'un schéma équivalent formé par une réactance 14 et une résistance 15 en série.Les bornes 7 et 8 sont, dans l'exemple de la figure 2, reliées à un adaptateur d'impédance 16 formé par un autotransformateur relié par une prise intermédiaire 17 à une borne 18 d'alimentation sur laquelle est appliqué le signal à transmettre provenant de la borne 4 du dispositif 1 représenté à la figure 1. Le rôle de cet autotransformateur est de modifier l'impédance caractéristique des moyens d'émission/réception afin d'augmenter la surface de la zone adaptable de la cellule d'adaptation. On notera toutefois que pour certains types d'antenne, cet autotransformateur peut devenir inutile. Les bornes 8 et 10 de la cellule d'adaptation sont reliées ensemble à la masse M de référence d'alimentation de l'ensemble du dispositif selon l'invention. Les valeurs des condensateurs 12 et 13 ainsi que celles de l'inductance 1 1 sont variables et leurs valeurs sont réglées par les moyens de correction 6 pour annuler le déphasage existant entre la tension et le courant du signal transitant entre les bornes 7 et 8 de la cellule d'adaptation, et rendre la valeur du module de l'impédance égale à l'impédance caractéristique des moyens d'émission. La façon d'effectuer ces réglages est décrite ci-après à l'aide du schéma équivalent de la cellule d'adaptation représentée aux figures 3, 4A à 5B et des organigrammes des figures & et 6B. Le schéma de la figure 3 montre une représentation équivalente de la cellule 2 selon laquelle l'inductance 11 est mise en série avec Péquivalent série de l'impédance d'entrée R a + j Xa de l'antenne en parallèle avec la capacité Ca d'accord. Cette représentation contient une partie imaginaire X = XL + X'a représentée à l'intérieur d'une ligne en pointillés 19 et une partie réelle R représentée par la résistance 20. Vue des bornes 7 et 8 l'impédance d'entrée de la cellule d'adaptation peut encore etre considérée comme l'addition d'une partie réelle rm avec une partie imaginaire jxm m dont le schéma équivalent est représenté à la figure 4A par une résistance 22 en série avec une partie réactive 21.Les valeurs des composantes rm et xm sont déterminées à partir de la tension V du courant i et du déphasage 9 mesuré à l'entrée des bornes 7 et 8 par les relations r = Xi cos # (1) Xm = v/i. sin + (2) Le schéma de la figure 4A est encore équivalent au schéma de la figure 4B qui est une représentation toujours équivalente mais simplifiée du schéma de la figure 3, où la valeur C du condensateur 12, la valeur X de la partie imaginaire 19 et la valeur R de la résistance 20 sont reportées respectivement en 23, 24, 25 sur la figure 4B avec des valeurs réduites b, x, r, définies par les relations suivantes b=Zc .C.w (3) (4) Zc r = R/7 (5) c Zc représentant l'impédance caractéristique des moyens d'émission vue des bornes 7 et 8 de la cellule d'adaptation, ou encore l'impédance caractéristique de l'émetteur modifiée par l'autotransforma- teur 16. Un calcul simple permet d'établir l'équivalence des deux circuits 4A et 4B, cette équivalence étant obtenue lorsque r m r = (6) (1 + xm . b)2 + (rm . b)2 xm + (xm2 + rm2)b et x = (7) (1 + xm . b)2 + (rm . b)2 A partir des valeurs r et x précédemment calculées le dispositif selon l'invention détermine les nouvelles valeurs qu'il faut donner à l'inductance 11 et au condensateur 12 pour qu'à l'entrée de la cellule d'adaptation, entre les bornes 7 et 8, l'impédance correspondant à l'impédance complexe de l'antenne ramenée au travers de la cellule d'adaptation, soit égale à l'impédance caractéristique Zc définie ci-dessus, cette impédance caractéristique étant équivalente à une résistance pure. Cette adaptation est réalisée comme le montre le schéma de la figure SA en donnant une valeur x + lix à la partie imaginaire x et une nouvelle valeur b' à la partie imaginaire b pour que l'impédance d'entrée de la cellule d'adaptation, exprimée en impédance réduite, soit égale à 1 comme le montre la figure 5B. En calculant l'impédance du circuit représenté à la figure 5A et en identifiant sa partie réelle à I et sa partie imaginaire à 0 l'adaptation se trouve réalisée lorsque les conditions suivantes sont obtenues Les relations précédentes montrent que lorsque r est plus grand que 1 les calculs précédents ne sont pas possibles. Toutefois ces calculs redeviennent possibles en augmentant la valeur du condensateur 13.De mEme si lix est négatif et de valeur absolue plus grande que la valeur xL de l'impédance de l'inductance en service, l'adaptation est dans cette condition à nouveau impossible, elle redevient possible en augmentant la capacité du condensateur Ca. Les résultats précédents sont obtenus grâce au dispositif selon l'invention par des moyens de programmation situés à l'intérieur des moyens de correction 6 et dont un exemple de programmation est décrit ci-après à l'aide des organigrammes représentés aux figures 6A et 6B. Sur la figure 6A le programme débute aux étapes 30, 31, 32 et 33 par une première mesure de la fréquence F suivie de l'incrément et au contrôle du nombre de pas puis de la mesure, de la tension V et du courant i du signal appliqué à l'entrée de la cellule d'adaptation 2 et par la mesure du déphasage existant entre la tension V et le courant i.A l'étape 34 les parties réelle r m et imaginaire Xm exprimées en impédance réduite sont calculées et les moyens de programmation calculent le carré du coefficient de réflexion de l'onde directe et de l'onde réfléchie transitant à l'entrée de la cellule d'adaptation par la relation A l'étape 36, si le résultat de l'étape 35 est inférieur au nombre 0,04 correspondant à un taux d'onde stationnaire de 1,5 le programme passe à l'exécution des étapes 37 et 38 et si à l'étape 38 le carré du coefficient de réflexion se trouve inférieur à 0,012 correspondant à un taux d'onde stationnaire de 1,25 I'accord est considéré comme correct et le programme s'arrête à l'étape 39, aucune modification des éléments 11 et 12 n'étant alors effectuée. Par contre, si aux étapes 36 et 38 le carré du coefficient de réflexion n'est pas inférieur à 0,04 ou à 0,012 le programme continue par l'exécution de l'étape 40 qui consiste à calculer les valeurs b, r et x selon les expressions (3), (6) et (7) et si à l'étape 41 la valeur de r n'est pas supérieure à 1, la nouvelle valeur de l'inductance Il L' = L + AL est calculée à l'étape 42 en application des expressions de #x obtenu de la bx Zc formule (8) et avec bL = w @. Si à l'étape 43, la valeur de l'inductance L' n'est pas inférieure à la valeur résiduelle Lg de l'inductance 11 le calcul de la nouvelle valeur c' du condensateur 12 est effectué à l'étape 44 en calculant l'expression b' de la formule (9) avec c' = @ b' , Si à l'étape 45, c la valeur c' obtenue n'est pas inférieure à la capacité résiduelle c0 du condensateur de réglage 12, l'inductance Il et le condensateur 12 sont ajustés à l'étape 47 aux nouvelles valeurs calculées aux étapes 42 et 44. A la fin de l'étape 47, le programme retourne aux étapes 31, 32 et 33 de mesure des nouvelles valeurs de la tension v du courant I et du déphasage vp existant entre la tension et le courant I du signal appliqué à l'entrée de la cellule d'adaptation, il effectue à l'étape 34 de nouveaux calculs de la partie réelle rm et de la partie imaginaire xm pour effectuer à nouveau aux étapes 35, 36 et 38 les contrôles sur la valeur du carré du coefficient de réflexion.Si à rétape 36 le carré du coefficient de réflexion est inférieur à 0,04 et qu'à l'étape 37 le carré du coefficient de réflexion obtenu n'est pas inférieur au carré du coefficient obtenu dans la boucle de programme précédente, le programme s'arrête en exécutant les étapes 48 et 39 qui consistent à remettre en service les valeurs de l'inductance Il et du condensateur 12 déterminés lors de la boucle de programme précédente.Par contre, si à l'étape 37 le carré du coefficient de réflexion, calculé à l'étape 35, est inférieur au carré du coefficient de réflexion calculé au cours de l'exécution de la boucle de programme précédente, le programme continue par l'exécution des étapes 38 et 39 si à l'étape 38 le carré du coefficient de réflexion est inférieur à 0,012, ou par les étapes 40 à 47 si le carré du coefficient de réflexion n'est pas inférieur à 0,012, pour introduire à l'étape 47 un nouveau réglage de Pinductance il et du condensateur 12. Plusieurs boucles de programmes peuvent être ainsi exécutées, tant qu'aux étapes 36, 37 et 38 une valeur correcte du carré du coefficient de réflexion n'est pas obtenue. Dans la pratique Palgorithme de réglage qui vient d'être décrit converge rapidement au bout d'un nombre réduit d'exécutions de boucles de programmes. Le passage par l'étage 418 correspondant aux cas difficiles, par exemple l'impédance de l'antenne en dehors de la zone prévue.Toutefois si au bout d'un nombre détermine No d'exécutions de boucles de programmes, les valeurs de réglage de la cellule d'adaptation n'ont pu être obtenues, ce nombre déterminé étant par exemple limité à 20, le programme s'arrête à l'étape 32 en générant un signal d'incident pour indiquer une défalilance du dispositif de réglage ou de Pantenne. Dans le cas où les contrôles effectués aux étapes 41, 43 et 45 ne permettent pas d'effectuer les étapes 42, 44 et 47 correspon dantes, le programme exécute les étapes 49 et 50 qui consistent à augmenter la valeur du condensateur d'antenne C a pour replacer les éléménts de la cellule dans la zone adaptable. Néanmoins, lorsqu'à l'étape 49 la valeur du condensateur d'antenne C a atteint la valeur maximum de réglage un signal d'incident est généré par le dispositif de Calcul qui indique une défaillance. Une représentation détaillée du dispositif selon l'invention est maintenant décrite à l'aide de la figure 7. Le dispositif représenté à la figure 7 comprend, comme à la figure 1, une cellule d'adaptation 2 représentée à l'intérieur d'une ligne en pointillés reliée par sa sortie à un bloc de commutation d'antennes 66 et par ses entrées à la borne de signal 4 à travers un transformateur d'adaptation 16 facultatif. I1 comprend également des moyens de mesure 5 et des moyens de correction 6 représentés tous deux à l'intérieur de lignes en pointillés. De manière à rendre l'inductance 11 et les capacités 12 et 13 ajustables, la cellule d'adaptation 2 comprend plusieurs inductances lit à 11n reliées en série et branchées chacune aux bornes de contact de relais 51i à 51n .La cellule de correction comprend également plusieurs condensateurs 121 à 12 tous reliés par une de leurs extrémités à la borne d'entrée 7 de la n cellule d'adaption et reliés chacun à la borne 8 d'entrée de la cellule d'adaptation au travers respectivement de contacts de relais 521 à 52n La cellule d'adaptation comprend également plusieurs condensateurs 131 et 13 tous reliés par une de leurs extrémités à la borne de sortie 9 de la p cellule d'adaptation et reliés respectivement chacun par leur autre extrémité à la borne 10 de sortie de la cellule d'adaptation au travers des contacts de relais 531 à 53p.Les moyens de mesure représentés comprennent un fréquencemètre 54 relié à la borne 4 d'entrée du dispositif à travers un contacteur 55 et un circuit de mesure 36 du courant, de la tension et du déphasage du courant sur la tension du signal appliqué aux bornes d'entrée 7 et 8 de la cellule d'adaptation. La tension v est prélevée aux bornes d'un enroulement secondaire 57 du transformateur d'adaptation 16 et le courant i est prélevé au moyen d'un transformateur de courant 58 placé sur la ligne reliant l'entrée 7 de la cellule d'adaptation au transformateur d'adaptation 16. Les moyens de correction 6 comprennent un microprocesseur 39, une mémoire morte programmable 60, une mémoire vive 61, un bloc d'entrées-sorties IOP 62, un bloc de commande de relais 63 et un convertisseur analogiquenumérique ADC 64. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention les mémoires 60 et 61 pourront être des mémoires connues respectivement sous les désignations EPROM et RAM qui sont les abréviations des termes anglosaxons "ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY" et "RANDOM ACCESS MEMORY". Un bus de données et d'adresses 65 relie les entrées-sorties de données et d'adresses du fréquencemètre 54, du microprocesseur 59, des mémoires 60, 61, du bloc d'entrées-sorties 62, du bloc de commande de relais 63 et du convertisseur analogique-numérique 64.Les moyens de correction 6 sont reliés au circuit de mesure 56 au moyen du convertisseur analogique-numérique 64 qui reçoit du circuit de mesure 56 les valeurs de tension de courant et de déphasage mesurées par le circuit de mesure 56 pour les convertir en données numériques. Les données sont appliquées sur le bus de données 65 pour être placées soit à l'intérieur de la mémoire vive 61, soit à l'intérieur des circuits des registres de travail du microprocesseur 59. Les moyens de correction 6 sont également reliés aux circuits d'adaptation 2 au moyen du bloc de commande de relais 63 qui assurent à la fois la commande des relais 511 à 51n, 521 à 52n et 531 à 53p et la sélection des antennes du bloc d'antennes 3.Le programme d'exécution de la méthode de correction du circuit d'adaptation de l'antenne selon l'invention élaboré à Il'aide d'un système de développement pour microprocesseur est introduit dans la mémoire EPROM 60 au moyen par exemple d'une cassette ou d'une disquette, avant la pose de celle-ci dans le matériel. Le programme est exécuté par le microprocesseur 59 qui agit à son tour sur le bloc de commande de relais 63 pour ajuster les valeurs des capacités et des inductances de la cellule d'adaptation 2. Le bloc d'entree-sorties IOP 62 permet l'échange des informations avec les moyens d'émission et/ou de réception. L'exemple qui vient dêtre donné d'un mode de réalisation préféré de l'invention n'est pas limitatif, il va de soi que d'autres variantes de réalisation sont encore possibles sans pour autant sortir du cadre même de l'invention. L'invention n'est pas non plus limitée dans son application au fonctionnement des antennes d'émission qui vient d'être décrit, et on concevra aisément qu'elle peut s'appliquer également à l'accord des antennes de réception sans que cette application exige de modifications dans la structure des schémas représentés aux figures 1 et 7, ni dans la programmation des moyens de correction, I'impédance calculée et réglée au point de liaison 4 avec les moyens de réception correspondant à l'impédance de sortie de la cellule, l'entrée de la cellule étant dans ce cas reliée à l'antenne de réception. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage (1) automatique de la cellule d'adaptation (2) d'une antenne (3) sur Sa fréquence de travail, la cellule d'adaptation (2) réalisant le couplage de l'antenne (3) à des moyens d'émission et/ou de réception, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure (5) du signal transitant aux points communs de liaison (4 7, R) de la cellule d'adaptation avec les moyens d'émission et/ou de réception couplés à des moyens de correction (6) automatique des valeurs des constituants de la cellule d'adaptation (2), les moyens de correction réagissant aux valeurs du signal mesuré par les moyens de mesure (5) pour qu'à la fréquence de travail l'impédance complexe ramenée de l'antenne (3) au travers de la cellule d'adaptation (2) ait une partie imaginaire nulle et une partie réelle égale à l'impédance caractéristique des moyens d'émission et/ou de réception. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule d'adaptation (2) a une structure de filtre passe-bas pour atténuer les composantes harmoniques générées par les moyens d'émission. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cellule d'adaptation (2) est un quadripole comportant deux bornes d'entrées (7, 8) et deux bornes de sorties (9, 10), une première borne d'entrée (8) et une première borne de sortie (10) étant reliées ensemble au circuit de masse (M) d'alimentation de l'antenne (3), les deuxièmes bornes d'entrée (7) et de sortie (9) restantes étant reliées ensemble par l'intermédiaire d'une inductance réglable (11) et respectivement au circuit de masse au travers d'au moins un condensateur réglable (12, 13), les deux bornes de sortie (9, 10) de la cellule d'adaptation étant reliées respectivement aux bornes d'alimentation de l'antenne. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les moyens de correction (6) comprennent des moyens de calcul (59, 60, 61) des valeurs de correction de la valeur de l'inductance réglable (11) et des valeurs des condensateurs (12, 13) pour obtenir après réglage une partie imaginaire de l'impédance nulle et une partie réelle égale à l'impédance caractéristique des moyens d'émission et/ou de réception ramenée de l'antenne (3) au travers de la cellule d'adaptation (2). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de correction (ó) comprennent également des moyens de commutation (63, 51, 52 et 53) commandés par la sortie (65) des moyens de calcul (59, 60, 61) pour ajuster les valeurs de l'inductance réglable (11) et des condensateurs (12, 13) aux valeurs calculées par les moyens de calcul (59, 60, 61). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure (5) mesurent les valeurs de la tension v du courant i du déphasage # de la tension sur le courant du signal appliqué au point de liaison (4) commun à la cellule d'adaptation (2) et aux moyens d'émission et/ou de réception éventuellement par l'intermédiaire du transformateur (16). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de calcul (59, 60, 61) transforment dans une première étape les valeurs de tension v, de courant n et de déphasage t pour obtenir des valeurs représentant les parties réelle et imaginaire de l'impédance ramenée de l'antenne (3) au travers de la cellule (3) suivant les relations rm = v/i cos # et xm = v/i sin # - calculent dans une deuxième étape le carré du module du coefficient de réflexion à l'entrée de la cellule suivant la relation - calculent dans une troisième étape les nouvelles variables définies par les relations b = Zc.c.# où Zc représente l'impédance caractéristique des - moyens d'émission et/ou de réception éventuellement modifiée par le transformateur (16) représente la valeur du condensateur (12) placé en parallèle sur les bornes d'entrées (7, 8) de la cellule, et W la pulsation de travail de l'antenne; - calculent dans une quatrième étape ia valeur de correction #L de l'inductance L suivant la relation #x.Zc #L = : avec # et calculent dans une cinquième étape la nouvelle valeur C' à donner au condensateur c suivant la relation