Brevet FR2621133A1 — publié le 19890331

DISPOSITIF DE COMMUTATION POUR UN SYSTEME DU TYPE DME La présente invention concerne un dispositif destiné à un système de type DME (initiales de l'expression anglaise Distance Measuring Equipment, pour équipement de mesure de distance) assurant la commutation émission-réception, ainsi que la commutation ensemble en service-ensemble de secours dans le cas où l'équipement est doublé pour en augmenter la disponibilité. On rappelle qu'un équipement de mesure de distance du type DME est habituellement utilisé comme aide à la navigation aérienne, tant en route que lors de l'atterrissage. Un tel équipement a pour fonction de fournir, sur interrogation, la distance qui sépare un aéronef d'une station au sol dont la position est connue. Le fonctionnement d'un tel système est le suivant l'aéronef porte un interrogateur qui interroge la station au sol, appelée transpondeur. Le message d'interrogation est constitué par une paire dtimpulsions dont l'espacement et la fréquence porteuse sont définis par les normes de l'OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale), fonction du type du DME et de sa localisation, et connus du transpondeur. Lorsque le transpondeur reçoit et reconnaît ces impulsions, il émet une réponse à destination de l'aéronef. La réponse se présente également sous la forme d'une paire d'impulsions, d'espacement et de fréquence porteuse définis, émises avec un retard constant et également défini, le tout étant fixé par les normes OACI et donc connu de l'interrogateur. Lorsque l'interrogateur de l'aéronef reçoit et reconnait cette réponse, il déduit la distance qui le sépare du transpondeur DME de la durée du trajet aller-retour des impulsions. Pour réaliser les fonctions qui lui sont imparties, le transpondeur comporte notamment un émetteur et un récepteur, reliés à une antenne commune par l'intermédiaire d'un diplexeur. Un mode de réalisation connu de tels diplexeurs consiste à utiliser deux filtres passe-bande, dont la bande passante est très étroite. En effet, ainsi qutil a été rappelé ci-dessus, le signal reçu par le transpondeur est porté par une fréquence bien définie, caractéristique du transpondeur et la réponse du transpondeur est émise sur une fréquence également définie mais différente : elle est séparée de la fréquence reçue par 63 MHz au dessous ou au dessus de cette dernière, selon le canal DME concerné. Lorsque l'utilisateur du transpondeur souhaite changer son équipement de localisation, ou simplement l'affecter à la même piste mais prise dans l'autre sens, il est nécessaire de changer corrélativement ses fréquences de réception et d'émission.L'inconvénient des diplexeurs réalisés à l'aide des filtres précédents est qu'ils se prêtent mal à un tel changement de fréquence. En effet, le réglage de la bande passante est délicat et difficile à réaliser sur site. En outre, une autre difficultés tient à la dérive du temps de propagation : en effet, le principe de fonctionnement du DME nécessite que les différents de propagation dans les différents circuits du transpondeur soient parfaitement maîtrisés, or ce temps de propagation est susceptible de varier avec la variation de fréquence des filtres. Un autre mode de réalisation des diplexeurs consiste à utiliser un circulateur. Celui-ci présente l'avantage d'être large bande, ce qui permet d'éviter la première difficulté mais il nécessite des circuits annexes, tels qu' écrêteurs et éventuellement filtres passe-bande centrés sur la fréquence image, ce qui en augmente les pertes d'insertion, notamment. La présente invention a pour objet un dispositif de commutation pour un système DME qui permette facilement un changement de fréquence tout en minimisant les pertes d'insertion. A cet effet, il comporte des moyens de commutation électroniques à l'état solide, qui assurent la connexion du récepteur à l'antenne du transpondeur et qui, lors de l'émission d'une impulsion par ce transpondeur, assure une commutation pour relier l'antenne à l'émetteur, la commutation étant commandée en même temps que la commande du modulateur de l'émetteur. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés, qui représentent - la figure 1, le schéma synoptique d'un transpondeur du type DME - la figure 2, le schéma synoptique d'un transpondeur DME doublé - la figure 3. le schéma synoptique d'un transpondeur DME suivant l'invention, par exemple du type doublé - les figures 4a à 4c, des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention; - la figure 5, un mode de réalisation de l'un des circuits de la figure 3. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. La figure 1 représente donc le schéma synoptique d'un transpondeur DME. Un tel transpondeur comporte une antenne A, susceptible d'émettre et recevoir des émissions DME sur les fréquences, ou canaux,normalisées, voisines de 1 GHz. Elle est reliée à un diplexeur D, assurant la liaison de l'antenne A alternativement avec un récepteur Rx et un émetteur Tx du transpondeur. Le récepteur RX a pour fonction d'amplifier et de détecter les impulsions dans les signaux reçus par l'antenne A, ainsi que de décoder ces signaux, c'est-à-dire de ne prendre en considération que ceux qui ont pour fréquence porteuse, celle de la fréquence DME affectée au transpondeur considéré et que les paires d'impulsions dont l'espacement correspond à l'espacement normalisé pour le type de DME considéré. Lorsqu'un signal reçu a été reconnu par le récepteur Rx comme une paire d'impulsions d'interrogation DME le concernant, le transpondeur doit élaborer une réponse constituée elle aussi par deux impulsions émises à une fréquence déterminée et espacées d'un intervalle de temps déterminé. Ces impulsions de réponse sont élaborées dans un codeur CD sur commande du récepteur Rx. Elles sont transmises à l'émetteur Tx pour émission psr l'antenne A via le diplexeur D. L'émetteur TX et le récepteur Rx sont pilotés par un oscillateur local 0L qui fournit à l'émetteur Tx la fréquence d'émission du transpondeur (voisine de 1 GHz) et au récepteur Rx la fréquence nécessaire au changement de fréquence (si la fréquence d'émission du transpondeur est égale à F0, la fréquence d'émission de l'interrogateur de l'aéronef est égale à Fo + 63 MHz). On rappelle que les normes OACI définissent deux cents cinquante deux canaux, caractérisés chacun par une fréquence, située entre 962 et 1213 MHz par pas de 1 MHz, et son code, c'est-à-dire l'espacement entre deux impulsions d'une paire : il existe quatre codes distincts, située entre 12 et 42 Fs,la largeur de l'impulsion DME à mi-hauteur étant de 3 5 1, s Les circuits Rx, CD, Tx, et 0L forment ce qui est appelé ci-après un ensemble d'émission-réception, noté E. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un transpondeur DME utilisant deux ensembles d'émission-réception, afin d'améliorer la disponibilité de l'équipement. En effet, un système d'aide à la navigation aérienne devant offrir le maximum de sécurité, il est usuel de doubler les ensembles d'émission (et de réception dans le cas d'un système DME) afin d'augmenter la disponibilité du système, un dispositif de surveillance étant prévu pour vérifier la conformité des paramètres des signaux emis et reçus par le transpondeur avec les normes OACI. En cas d'ecarts trop importants, le dispositif de surveillance arrête le fonctionnement de l'un des ensembles et commande le passage sur l'autre ensemble. Le synoptique correspondant pour un transpondeur DME est donné sur la figure 2, où on retrouve l'antenne A et deux ensembles tels que E, respectivement notés E1 et E2, pour chacun desquels on a seulement représenté le récepteur Rx et l'émetteur Tx les éléments relatifs à l'ensemble 1 portant un indice 1 et ceux relatifs à l'ensemble 2, un indice 2. Les ensembles sont reliés chacun à l'antenne A par l'intermédiaire de leur diplexeur (D1, D2) et d'un dispositif de commutation R des deux ensembles. Ce dispositif R est commandé par un système de surveillance S. Le système S comporte un premier ensemble M de circuits appelé moniteur, recevant les informations de fonctionnement des différents circuits de chacun des deux ensembles par l'intermédiaire de capteurs. Le moniteur M a pour fonction d'effectuer en permanence des tests prédéfinis sur les informations fournies par les capteurs. Il fournit A un second ensemble TR, appelé transfert, une information d'alarme lorsque le résultat des tests n'est pas conforme. Le transfert T R est un dispositif logique qui gère la commutation d'un ensemble (E1, E2) sur l'autre. Il est connu de réaliser l'ensemble de commutation R à l'aide d'un relais électromagnétique. La figure 3 est le schéma synoptique d'un transpondeur du type DME utilisant le système de commutation selon l'invention. Sur cette figure, on retrouve un transpondeur DME à deux ensembles émission-réception E1 et E2, comportant également un ensemble de surveillance S et une antenne A. Les circuits diplexeurs D1 et D2 et le dispositif de commutation R de la figure précéédente sont remplacés par un ensemble C de commutation électronique à l'état solide, large bande. Cet ensemble C assure donc, d'une part, la commutation émission-réception pour chacun des ensembles E1 et E2 et, d'autre part, lorsque le transpondeur comporte deux ensembles comme représentés sur la figure, la commutation entre ces deux ensembles. A cet effet, chacun des émetteurs et récepteurs des deux ensembles est relié à une borne d'entrée/sortie de l'ensemble commutateur C, respectivement les bornes 1, 2, 3 et 4 pour les circuits RXl, Txi, RX2 et Tx2 ; la commutation est commandée par un circuit de commande C c qui reçoit à cet effet, d'une part, les signaux (CE1 et CE2) du transfert T R et, d'autre part, les signaux (CT1 et CT2) des émetteurs TX1 et Tex2. Plus précisément, le dispositif fonctionne comme suit: lorsque l'un des ensembles E, par exemple E1, est sélectionné par le transfert T R pour être en relation avec l'antenne A, le commutateur C assure la liaison de cette antenne avec le récepteur de l'ensemble concerné, RXl dans le présent exemple (borne 1 sur la figure). Cette position constitue la position normale dont le dispositif ne sort que lors de l'émission d'une impulsion de réponse par le transpondeur.A ce moment, selon un processus décrit plus en détail ci-après figure 4, le dispositif de commande C commande le basculement de c l'antenne sur la borne 2 (reliée à l'émetteur TX1) durant le temps nécessaire à l'émission de l'impulsion, puis reconnecte l'antenne A au récepteur RX1 (borne 1) après l'émission. En ce qui concerne le passage d'un ensemble E à l'autre, celui-ci peut s'effectuer de différentes manières. Il est possible de considérer que l'un des ensembles est normalement en service, l'autre étant un ensemble de secours en réserve jusqu'à une défaillance eventuelle de l'ensemble en service.Un autre mode de fonctionnement consiste à changer systématiquement d'ensemble en service selon une périodicité prédéfinle ; la périodicité peut être notamment fonction du type de DME concerné : on rappelle qu'un DME peut être du type utilisé comme aide à la navigation en route, du type aide A l'atterrissage ou encore du type de précision.Une autre possibilité encore consiste à considérer l'un des ensembles comme étant celui qui est normalement en service, mais à commuter périodiquement sur l'autre ensemble pour une courte durée, afin de vérifier son état de fonctionnement ; la périodicité et la durée d'une telle commutation peuvent être ici aussi fonction notamment du type de DME concerné. Les figures 4, a à c, sont des diagrammes temporels illustrant le mode de commande de l'ensemble de commutation C. Ainsi qu'il est connu, l'émetteur TX de chacun des ensembles comporte un générateur hyperfréquence, fournissant la fréquence porteuse de l'émission DME, suivi par un modulateur ayant pour fonction de moduler l'onde porteuse selon des impulsions dont la forme et l'espacement est donné par les normalisations OACI. Le diagramme 4b représente le signal de commande du modulateur. Le fonctionnement de ce dernier est commandé à partir d'un instant t0 jusqu'à un instant t1 puis, après un intervalle prédéfini d, à partir d'un instant t2 jusqu'à un instant t3, de façon à assurer l'émission d'une paire d'impulsions. Le diagramme 4c représente le signal émis par le transpondeur DME. Ce signal est donc constitué par des impulsions dont on a représenté l'enveloppe 10 de l'onde à la fréquence porteuse. Cette impulsion démarre à un instant retardé d'une durée tp, par rapport à l'instant t0, durée qui représente l'avance de prémodulation, et se termine également sensiblement d'une durée t avant l'instant t p 1' la durée totale de l'impulsion est notée te. De la même manière, I'impulsion suivante est décalée de la durée t en p retard et puis en avance par rapport aux instants t2 et t3. On voit donc que la commande du modulateur est effective entre les instants t0 et t1 ou t2 et t3, pendant une durée t . Ce signal de commande du modulateur c est utilisé pour commander le basculement du commutateur C entre émetteur et récepteur d'un même ensemble. Plus précisément, ainsi qu'il a été dit ci-dessus, le commutateur en position normale assure la liaison de l'antenne avec le récepteur comme le montre le diagramme 4a, sauf pendant les durées (tc) où le modulateur est commandé, c'est-å-dire entre les instants t1 et t0, t2 et t3, etc La figure 5 représente un mode de réalisation du système de commutation C de la figure 3 utilisant des diodes PIN. Sur cette figure on retrouve les bornes 1 et 2, reliées respectivement au récepteur RXl et à l'émetteur Txî de l'ensemble E1, et les bornes 3 et 4 reliées de même au récepteur RX2 et à l'émetteur TX2 de l'ensemble E2, ainsi que les entrées de commandes CTî et CT2 provenant des émetteurs Txî et Tx2 respectivement, et CE1 et CE2 provenant du transfert TR de l'ensemble de surveillance S. Le circuit C comporte un point milieu A1, relié à l'antenne A par l'intermédiaire d'une capacité de liaison C7 et, de l'autre côté, à la masse par l'intermédiaire d'une inductance de choc 14. Sur la partie gauche du schéma, on trouve un circuit assurant la mise en service et la commutation de l'ensemble E1 et qui va être décrit ci-après. Sur la partie droite du schéma, on trouve le même circuit relatif A l'ensemble 2 qui ne sera pas décrit plus en détail, sa structure et son fonctionnement étant identiques, les éléments correspondants portant la même référence, affectée d'un indice 2 supplémentaire. Le récepteur RX1 est relié à un point B du circuit par l'intermédiaire d'une capacité de liaison C2 et d'une ligne L correspondant au quart de la longueur d'onde. Au point commun de la ligne L et de la capacité C2 est reliée une diode D2, connectée par sa cathode à la masse. Au point B est également reliée l'émetteur TX1, par l'intermédiaire d'une capacité de liaison C1 et d'une diode D1 connectée par sa cathode au point B. Au point commun de la capacité C1 et de la diode D1 est appliquée une tension de polarisation de la diode, qui est constituée par le signal de commande CT1, par l'intermédiaire d'une inductance de choc Iî. Selon que la commande CTî est active ou non, la diode D1 conduit ou est bloquée. Dans le premier cas, elle permet l'arrivée du signal en provenance de l'émetteur TX1 vers le point B. Au point B, la ligne L ramène une impédance théoriquement infinie A l'entrée de la branche reliant le point B au récepteur RXl, assurant ainsi le découplage émetteur-récepteur. En outre, la diode D2 étant conductrice, elle assure le drainage vers la masse d'une éventuelle énergie résiduelle. Dans l'autre cas, la diode D1 étant bloquée, seul le récepteur RX1 est connecté au point B. Le point B est relié au point A1 par l'intermédiaire successivement d'une capacité de liaison C3, d'une diode D3 reliée à la capacité C3 par sa cathode, puis d'une diode D4, montée dans le sens opposé. Le point commun à la capacité C3 et à la diode D3 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une inductance de choc 12. Le point commun des deux diodes D3 et D4 est relié à l'entrée de commande CE1 de la mise en service de l'ensemble E1, provenant du système S, par l'intermédiaire d'une inductance de choc I3, dont la borne située du côté de l'entrée de commande CE1 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une capacité de découplage C4. Lorsque l'entrée de commande CE1 est activée, les diodes D3 et D4 ainsi polarisées sont conductrices, ce qui permet de rendre conducteur le segment A1B pour l'énergie hyperfréquence et ainsi de connecter l'ensemble E1 (récepteur ou émetteur) à l'antenne A. Toutes les diodes utiisées dans le circuit décrit ci-dessus sont des diodes PIN. Par ailleurs, la fonction des capacités de liaison ou de découplage C1 à C4, et C2 est, ainsi qu'il connu, de ne pas laisser passer les tensions continues de polarisation arrivant aux entrées CT1 et CE1. Enfin, la fonction des inductances de choc I1-I3 est, ainsi qu'il est également connu, d'empêcher le passage de l'énergie hyperfréquence tout en laissant passer les tensions de polarisation. On a ainsi décrit un dispositif qui assure la commutation émission-réception d'un transpondeur DME ainsi que, le cas échéant, la commutation ensemble en service-ensemble de secours. Cette commutation, effectuée à l'aide d'un circuit électronique A l'état solide est large bande, ce qui permet de modifier sans difficulté l'affectation du transpondeur, et par suite ses fréquences de réception et d'émission. Il présente également une durée de vie élevée, ce qui permet un mode de commutation systématique ensemble en service-ensemble de secours du type décrit plus haut. En outre, l'isolation réalisée entre les voies émission et réception d'un même ensemble est très bonne (de l'ordre de 60 dB ou mieux). Egalement, le temps de propagation dans un tel circuit peut être considéré comme négligeable devant les durées mises en oeuvre dans le DME, ce qui évite les difficultés mentionnées plus haut, liées à la variation des temps de propagation. Enfin, la commutation est réalisée avec un seul circuit, ce qui présente un avantage évident de simplicité, donc de coût, et ce qui, en outre, minimise les pertes d'insertion. Dans une variante de réalisation, représentée sur la figure 3 par des blocs F1 et F2 en pointillés, on Insère entre l'ensemble de commutation C et chacun des récepteurs (Rxî, RX2) un filtre, par exemple passe-bande ou réjecteur de bande, destiné à arrêter tout signal dont la fréquence est la fréquence image du signal recherché. Un tel filtre n'est nécessaire que dans certains environnements géographiques du transpondeur DME, lorsque par exemple celui-ci est entouré de nombreux autres transpondeurs. De tels filtres sont, dans le cas présent, de réalisation assez simple puisque recevant une puissance faible (uniquement les signaux reçus, du fait de la présence du commutateur C). En cas de changement de fréquence, ils peuvent être accordés facilement par varicap de faible puissance. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation pour un système du type DME, ce dernier comportant un émetteur (Tx), lui-même comportant un modulateur, un récepteur (Rx) et une antenne (A), l'émetteur et le récepteur formant un premier ensemble (E), le dispositif de commutation (C) étant caractérisé par le fait qu'il comporte au moins trois bornes reliées respectivement à l'antenne, le récepteur et l'émetteur ; qu'il est réalisé à l'aide de composants électroniques A l'état solide, qu'il assure la connexion du récepteur à l'antenne et, en synchronisme avec la commande du modulateur, une commutation pour connecter l'émetteur à l'antenne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les composants à l'état solide sont des diodes PIN. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, le système DME comportant en outre un deuxième ensemble, comportant un émetteur et un récepteur, et un ensemble de surveillance (S) du fonctionnement des émetteurs et récepteurs des deux ensembles, le dispositif de commutation comporte de plus deux bornes reliées respectivement à l'émetteur et au récepteur du deuxième ensemble, et qu'il assure la commutation entre le premier ensemble émetteur-récepteur et le deuxième ensemble émetteur-récepteur et, dans le cas du deuxième ensemble, la connexion avec l'antenne et la commutation entre l'émetteur et le récepteur d'une façon analogue à celle du premier ensemble.