Brevet FR2627884A1 — publié le 19890901

SYSTEME D'ATTERRISSAGE A MICRO-ONDES La présente invention est relative à un système d'atterrissage à microondes (SAM), et plus particulièrement, à un SAM comprenant une antenne à balayage de faisceau, ayant une fonction d'amplificateur, faisant office de dispositif actif, et ne comprenant pas d'amplificateur traditionnel, pour augmenter la fiabilité de fonctionnement. Un système d'atterrissage à micro-ondes est habituellement constitué d'un équipement de guidage d'élévation (EL) et d'un équipement de guidage d'azimut (AZ) avec ou sans équipement de guidage d'azimut AZ arrière. L'équipement de guidage d'élévation EL et l'équipement de guidage d'azimut AZ sont pratiquement semblables en ce qui concerne leur construction, mais la disposition de l'antenne à balayag:e de faisceau diffère Plus spécifiquement, alors que l' antenne à balayage de faisceau de l' équipement de guidage d'azimut AZ forme un faisceau oblique large dans son axe vertical et étroit dans son axe horizontal, et alors que ladite antenne déplace ce faisceau dans un mouvement alternatif dans la direction de l'azimut, l' antenne à balayage de faisceau de l' équipement de guidage d'élévation EL forme un faisceau oblique large dans son axe horizontal et étroit dans son axe vertical, et déplace ce faisceau dans un mouvement alternatif, dans la direction de l'élévation. L' équipement de guidage d'azimut AZ et l' équipement de guidage d'élévation EL sont respectivement dotés de six antennes auxiliaires et de deux antennes auxiliaires. Les deux équipements de guidage d'azimut AZ et d'élévation EL sont constitués d'un organe de commande qui génère un signal de synchro système, régissant les temps d'exécution pour le système tout entier, et une impulsion d'horloge -qui détermine les temps. de fonctionnement du guide, d'un excitateur qui génère un signal ayant une fréquence prédéterminée, devant être utilisé par le système d'atterrissage à micro-ondes, et modulant un préambule des temps de transmission par la techniquede _ 2 _ modulation différentielle par saut dephase, selonune séquence prédéterminée, d'un amplificateur de puissance, qui amplifie un signal haute fréquence généré par l'excitateur, jusqu'à une valeur de sortie prédéterminée, et d'un bottier de commutation d'antenne, pour alimenter les antennes en énergie, de façon sélective. Chaque antenne à balayage de faisceau est généralement constituée par un réseau de déphasage. Plus spécifiquement, chaque antenne balayage de faisceau est constituée d'un diviseur de puissance qui divise la puissance d'émission selon un rapport prédéterminé, de déphaseurs qui effectuent les décalages de phases pour le balayage du faisceau, et d'éléments rayonnants. Le système d'atterrissage à micro-ondes selon l'art antérieur, équipé d'une antenne à balayage de faisceau constituée d'un réseau à déphasage pourvu d'un dispositif redondant. Par contre, l'amplificateur de puissance, le bottier de commutation d'antenne, et les autres éléments qui sont inclus dans chacun des- équipements de guidage d'azimut et d'élévation, et qui. garantissent la fiabilité de fonctionnement, ne sont pas pourvus de dispositifs redondants. En particulier, lorsque le système est élaboré selon une double configuration, il est extrêmement difficile de fournir un bottier de commutation d'antenne qui fasse double emploi, et par conséquent d'améliorer la fiabilité de fonctionnement. L'un des objets de la présente invention est par conséquent de fournir un système d'atterrissage à micro- ondes qui soit en mesure de fonctionner de façon fiable et continue, pendant une longue durée. La présente invention a également pour objet de fournir un système d'atterrissage à micro-ondes, qui soit en mesure d'alimenter des antennes en énergie, avec une déperdition minimale. La présente invention a enfin pour objet de fournir un système d'atterrissage. à micro-ondes amélioré dans son ensemble. -3 - Le système d'atterrissage à micro-ondes pour alimenter des antennes auxiliaires en énergie, décrit dans la présente invention, comprend un diviseur de puissance, pour diviser La puissance dans un rapport de distribution, qui est associé avec n éléments rayonnants d'une antenne à balayage de faisceau, n déphaseurs individuellement associés aux n éléments rayonnants qui délivrent une fraction de la puissance divisée avec un déphasage réalisant ainsi un balayage de faisceau, n atténuateurs variables individuellement associés aux n déphaseurs, pour fournir aux sorties des déphaseurs, des atténuations de caractéristiques prédéterminées, qui varient selon que le temps d'exécution du balayage du faisceau est ou n'est pas atteint, n amplificateurs de puissance individuellement associés aux n atténuateurs variables pour amplifier les sorties des atténuateurs variables jusqu'à un niveau prédéterminé, n diviseurs 1/2 individuellement associés aux n amplificateurs de puissance pour diviser les sorties des-ampLificateurs de puissance en deux, chacun alimentant par l'une des sorties résultant de la division, l'élément rayonnant associé au diviseur 1/2, les diviseurs 1/2 comprenant chacun deux diodes "pin" reliées individuellement entre les bornes de sortie opposées et la terre, arrêtant les diodes "pin" reliées aux éléments rayonnants, et mettant en marche l'autre diode"pin" durant une période de balayage du faisceau, et un dispositif de combinaison de puissance, pour combiner l'autre sortie des n diviseurs 1/2 qui n'est pas reliée aux éléments rayonnants, et qui délivre le signal combiné obtenu, à une antenne auxiliaire placée en dehors des n éléments rayonnants. Les objets mentionnés précédemment, ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages -de ta présente invention, vont apparaître plus clairement à La Lecture de la descrition détaillée qui suit, accompagnée des dessins annexes, dans lesquels: La Fig. 1 est un schéma synoptique montrant un système d'atterrissage à micro-ondes selon C'art antérieur; la Fig. 2A montre Les temps d'exécution d'émission (période d'émission); la Fig. 2B montre le format des séquences 1 et 2 illustrées à la Fig. 2A; la Fig. 3A montre les temps d'exécution d'émission d'azimut, illustrés à la Fig. 2B; la Fig. 3B montre les temps d'exécution d 'émission d'élévation, également illustrés à la Fig. 2B; la Fig. 4 est un schéma synoptique d'un système d'atterrissage à micro-ondes mettant la présente invention en application; la Fig. 5 est un graphique permettant de comprendre le fonctionnement des atténuateurs variables compris dans la mise en application de la Fig. 4; la Fig. 6 est un diagramme illustrant schématiquement une construction spécifique des atténuateurs variables; et la Fig. 7 est un diagramme illustrant schématiquement une autre construction spécifique des atténuateurs variables. Afin de mieux comprendre la présente invention, il va être fait brièvement référence à un système d'atterrissage à micro-ondes selon l'art antérieur. Comme cela est illu stré à la Fig. 1, un système d'atterrissage à microondes selon l'art antérieur est mis en oeuvre par un équipement de guidage d'azimut AZ et un équipement de guidage d'élévation EL, avec ou sans équipement de guidage d'azimut AZ arrière. L' équipement de guidage d'azimut AZ et l' équipement de guidage d'élévation EL sont pratiquement similaires en ce qui concerne leur construction, mais diffèrent au niveau de la disposition de l'antenne. L' équipement de guidage d'azimut AZ et l' équipement de guidage d'élévation EL sont respectivement munis d' antennes de balayage de faisceau 10A et 10B. Plus spécifiquement, alors que l' antenne à balayage de faisceau 10A de l' équipement de guidage d'azimut AZ forme un faisceau oblique large dans son axe vertical et étroit dans son axe horizontal, et que l'antenne déplace ce faisceau dans un mouvement alternatif dans la direction de l'azimut, L' antenne de balayage de faisceau 0lB de l' équipement de guidage d'élévation EL forme un faisceau oblique large dans son axe horizontal et étroit dans son axe vertical, et déplace ce faisceau dans un mouvement alternatif dans la direction de l'élévation. L' équipement de guidage d'azimut AZ est également doté d'une antenne de données , d'une antenne 21 d'indication de hors-couverture à gauche, d'une antenne 22 d'indication de hors- couverture à droite, d'une antenne 23 d'indication de hors couverture arrière, d'une antenne 24 de dégagement à droite, d'une antenne 25 de dégagement à gauche. D'autre part, L' équipement de guidage d'élévation EL est doté d'une antenne de données 20 et d'une antenne 26 d'indication de hors couverture. La tendance actuelle dans cette technique consiste à ne pas utiliser les antennes d'indication de hors couverture, et les signaux de dégagement associés aux antennes de dégagement peuvent également être transmis par l'intermédiaire des antennes de balayage ce faisceau. On peut présumer, par conséquent, que chacun des équipements de guidage, d'azimut et d'élévation, ne sera plus équipé dans le futur, que d'une antenne auxiliaire unique, c'est-à-dire l'antenne de données. Le système d'atterrissage à micro-ondes selon l'art antérieur va être décrit brièvement, en prenant comme exemple l' équipement de guidage d'azimut AZ. Tous les éléments constituant le système d'atterrissage à micro-ondes utilisent la même fréquence, et comme cela est illustré aux Figs. 2A et 2B, le système envoie des signaux prédéterminés par l'intermédiaire des antennes indépendantes, sur la base d'une division de temps. Plus spécialement, la Fig. 2A montre les temps d'émission du système d'atterrissage à micro-ondes, alors que la Fig. 28 montre les formats des séquences (SEQ) 1 et 2 illustrées à la Fig. 2A. Comme ceLa est illustré, les temps d'exécution d'émission du système d'atterrissage à micro-ondes sont définis par - 6- quatre blocs de SEQ 1 et quatre blocs de SEQ 2. A vitesse normale, chacun des blocs inclut un temps d'exécution d'azimut unique et trois temps d'exécution d'élévation. Les Figs. 3A et 3B illustrent respectivement le temps d'émission en azimut et le temps d'émission en élévation, qui sont montrés à la Fig. 2B. Comme on le voit à la Fig. 3A, le temps d'exécution d'azimut est constitué des temps d'exécution d'un préambule envoyé à l'antenne de données, de signaux d' indication de hors couverture individuellement envoyés aux antennes d' indication de hors couverture droite, gauche et arrière, de signaux de dégagement individuellement envoyés aux antennes de dégagement droite et gauche ou à l'antenne à balayage de faisceau 10A, et d'un signal de balayage envoyé à l'antenne à balayage de faisceau 10A. En se référant de nouveau à la Fig. 1, l'équipement de guidage d'azimut AZ comprend un organe de commande 30 pour générer un signal de synchro système qui détermine les temps d'exécution du système tout entier, et un signal de temps d'exécution qui détermine les temps d'exécution de fonctionnement de l' équipement de guidage d'azimut AZ. Un excitateur 40 génère un signal de 5 gigahertz devant être utilisé par le système d'atterrissage à micro-ondes, et module un préambule par modulation différentielle de phase, dans une séquence. prédéterminée. Un amplificateur de puissance 50 amplifie un signal haute fréquence généré par l'excitateur 40, jusqu'à un niveau prédéterminé. Un bottier de commutation d'antenne 60 applique sélectivement la puissance aux antennes, selon une séquence déterminée par l'organe de commande 30. Généralement mise en oeuvre par un réseau à. déphasage, l'antenne à balayage de faisceau A est constituée d'un diviseur de puissance 100a qui divise la puissance d'émission selon un rapport de division prédéterminé, de déphaseurs 101a qui effectuent les décalages de phase pour le balayage du faisceau, et d'éléments rayonnants 102a. En général, chacune des -7antennes auxiliaires 20 à 25 est réalisée par un réseau de fentes formé sur un guide d'ondes et d'un réfLecteur. be La même manière, l'antenne de balayage de faisceau lOB de L'équipement de guidage d'élévation EL est constituée d'un diviseur de puissance 100b, de déphaseurs 101b, et d'éléments rayonnants 102b. L 'équipement de guidage d'élévation EL fonctionne sensiblement de La même manière que L' équipement de guidage d'azimut AZ, sauf en ce qui concerne les caractéristiquess de direction définies par Les éLéments rayonnants 102b. Le système d'atterrissage à micro-ondes selon l'art antérieur, ayant une antenne à balayage de faisceau cons- tituée par un réseau de déphaseurs, est doublé par un dispositif redondant. Cependant, L' amplificateur de puissance, le bottier de commutation d'antenne et les autres éléments semblables qui sont inclus dans chacun des équipements de guidage d'azimut AZ et d'élévation EL et garantissent la fiabilité de fonctionnement, ne sont pas doublés par un dispositif redondant. En particulier, lorsque le système est élaboré dans une configuration double, il est extrêmement difficile de fournir un bottier de commutation d'antenne redondant, et par conséquent d'accroltre la fiabilité de fonctionnement. En se référant à La Fig. 4, un système d'atterrissage à micro-ondes mettant la présente invention en application est illustré sous la référence d'ensemble 100. Le système n'est pas équipé d'antennes d' indication de hors couverture, du fait que ces antennes d' indication de hors couverture ne seront plus utilisées dans l'avenir, comme on L'a vu précédemment. Sur la figure sont illustrés un excitateur 110, un diviseur de puissance , n déphaseurs 130, n atténuateurs variables 140, n amplificateurs de puissance 150, n 1/2 diviseurs 160, dont chacun est doté de diodes "pin" 162 et 164, n- éLéments rayonnants 180 et une antenne de données 190. - L'excitateur 110 produit un signal de système d'atterrissage à micro-ondes, qui a été modulé par modu- lation différentielle par saut de phase dans un format - 8 - prédéterminé, et le transmet au diviseur de puissance 120. En réponse, le diviseur de puissance 120 divise le signal système d'atterrissage à micro-ondes en parties égales et transmet les résultats obtenus aux n déphaseurs 130. Les sorties des déphaseurs 130 sont individuellement appliquées aux atténuateurs variables 140, ce qui définit une distribution de Taylor ou du même type, à un moment de balayage du faisceau, et une atténuation uniforme aux autres temps d'exécution. Plus particulier, les atténuateurs variables 140 donnent des atténuations distribuées tel que représenté par la courbe a à la Fig. , aux temps d'exécution de balayage en va-et vient des Figs. 3A et 3B, déterminant par là-m@me une distribution de Taylor ou d'un type semblable. Aux autres temps d'exécution, les atténuateurs variables 140-donnent une atténuation minimale et uniforme, tel que représenté par la ligne b à la Fig. 5. En ce qui concerne l'élément rayonnant n, l'atténuateur variable 140 relié à cet élément rayonnant particulier effectue l'atténuation de l'une des quantités A ou B illustrées à la Fig. 5. L'atténuation B diffère d'un élément rayonnant à un autre. Comme on le voit à la Fig. 6, la forme la plus simple de l'atténuateur variable 140 est la combinaisoni des atténuateurs fixes 144 et d'un commutateur à diode "pin" 142. Cependant, dans ce cas, les atténuateurs fixes 144 reliés a chaque élément rayonnant particulier 180 doivent être choisis de manière à effecteur une atténuation qui soit différente des atténuations effectuées par les autres. La Fig. 7 montre un atténuateur variable alternatif 140b composé de multiples atténuateurs variables 140A de la Fig. 6, montés en cascade en étapes successives, et étant en mesure de modifier numériquement la quantité d'atténuation, en fonction de ce qui est nécessaire. Avec la configuration illustrée à la Fig. 7, il est possible de mettre en oeuvre tous les atténuateurs variables associés à l' antenne à balayage de faisceau donnée en exemple par un atténuateur variable unique. L'atténuateur variable 140B illustré à 'La Fig. 7 est en mesure de modifier la quantité d'atténuation dans une plage allant de 0 dB à 15 dB, par pas de I dB. Chacun des signaux atténué par l'atténuateur variable 140 qui lui est propre est envoyé à l' amplificateur de puissance 150 auquel il est associé, de manière à être amplifié par celui-ci jusqu'à la puissance désirée. Les sorties des amplificateurs 150 qui sont déterminées sur La base des normes techniques du système d'atterrissage à micro-ondes sont inférieurs à 2 W, même si l'on tient compte de la déperdition doe au dispositif de combinaison de puissance 170 qui va être décrit. Les amplificateurs de puisance 150 restent en état de non fonctionnement, sauf pendant les durées de rayonnement du dispositif (c'est-à-dire temps d'exécution de balayage VERS, temps d'exécution de balayage depuis, temps de dégagement, et temps d'exécution de préambule, illustrés aux Figs. 3A et 3B; les antennes d' indication de hors couverture étant omises dans la mise en application illustrée). Les sorties des amplificateurs de puissance 150 sont transmises aux diviseurs 1/2 160 qui leur sont associés, dont chacun est doté de diodes "pin" 162 et 164, aux bornes de sortie opposées des diviseurs. Aux temps d'exécution de balayage de faisceau, c'est-à-dire au temps d'exécution de balayage VERS, de balayage DEPUIS et de dégagement, illustrés aux Figs. 3A et3B, les diodes "pin" 164 sont mises en marche alors que Les diodes "pin" 162 sont arrêtées. Lorsque Les impédances caractéristiques et les longueurs électriques des branches de chaque diviseur 1/2 160 sont choisies de la façon adéquate, la puissance envoyée vers la diode "pin" 164 est totalement réfléchie par La diode "pin" 164, vers les éléments rayonnants 180. A L'inverse, au moment de transmettre La puissance à l'antenne de données, Les diodes "pin" 162 sont mises en marche, et Les diodes "pin" 164 sont arrêtées. A ce moment, les sorties des amplificateurs de puissance 150 sont appliquées au dispositif de combinaison de puissance 170, avec une - 10 - déperdition minimale. Lorsque des signaux doivent être appliqués au dispositif de combinaison de puissance 170, les quantités d'atténuation effectuées par les atténuateurs variables 140 deviennent égales, et, pourtant, les déphaseurs 130 commandent les entrées de ces atténuateurs pour les rendre uniformes en fonction de la phase. Le dispositif de combinaison de puissance 170 peut être mis en oeuvre par un dispositif de combinaison ordinaire, ayant plusieurs entrées et une seule sortie. En résumé, on voit que la présente invention fournit un système d'atterrissage à micro-ondes pouvant transmettre des signaux de sortie à des éléments rayonnants, et un dispositif de combinaison de puissance ayant une déperdition minimale. Cet avantage sans précédent est obtenu en fabriquant une antenne à balayage de faisceau sous forme de dispositif actif, qui relie les sorties des déphaseurs, dont chacun est associé à un élément rayonnant qui lui est propre, aux diviseurs 1/2, dont chacun est équipé de diodes "pin" aux bornes de sortie opposées, et qui, alternativement mettent en marche ou arrêtent les diodes "pin" de chacun des diviseurs 1/2. De plus, selon la présente invention, une source de signal et une section de commande sont toutes deux élaborées dans une configuration double, afin de fournir un élément redondant à chaque section. Le système est par conséquent en mesure de fonctionner de façon tout à fait fiable et continue pendant une longue durée. Diverses modifications seront possibles pour tous ceux qui sont qualifiés dans ce domaine, lorsqu'ils auront pris connaissance des enseignements de la présente description, et sans sortir de son champ d'application. - 11 REVENDICATIONS 1. Système d'atterrissage à micro-ondes pour envoyer une puissance prédéterminée à des anten- nes auxiliaires, comprenant: un diviseur de puissance (120)' pour diviser la puissance selon un rapport de distribution qui est associé à n éléments rayonnants d'une antenne à balayage de faisceau; n déphaseurs,(130) individuellement asso- ciés aux n éléments rayonnants pour fournir aux par- ties de la puissance divisée les phases permettant d'effectuer le balayage de faisceau; n atténuateurs (140) variables individuel- lement associés auxdits n déphaseurs pour donner aux sorties desdits déphaseurs les atténuations de caractéristiques prédéterminées, qui varient selon que le temps d'exécution du balayage de faisceau est ou n'est pas atteint; n amplificateurs de puissance (150) indi- viduellement associés auxdits n atténuateurs variables pour amplifier les sorties desdits atténuateurs varia- bles, jusqu'à un niveau prédéterminé; n diviseurs 1/2 (160) individuellement associés auxdits n amplificateurs de puissance pour diviser les sorties desdits amplificateurs de puis- sance en deux, chaque diviseur alimentant par l'une des deux sorties obtenues, un élément rayonnant associé audit diviseur 1/2, lesdits diviseurs 1/2 comprenant chacun deux diodes "pin" individuellement reliées entre Les bornes de. sortie opposées et la terre, et arrêtant lesdites diodes "pin" (162) reliées audit élément rayonnant (180>, et mettant l'autre diode "pin" en marche durant une période de balayage du faisceau; et un dispositif de combinaison de puissance pour combiner ladite autre sortie desdits n diviseurs 1/2 qui n'est pas reliée auxdits éléments rayonnants, dans un format prédéterminé, et qui délivre le signal combiné résultant, à une antenne auxiliaire (190) placée à l'extérieur desdits n éléments rayonnants. 2. Système d'atterrissage à micro-ondes tel que revendiqué à la revendication 1, dans lequel chacun desdits atténuateurs variables (140) comprend un commutateur à diode "pin" et des atténuateurs fixes reliés à une entrée et à une sortie dudit commutateur à diode "pin". 3. Système d'atterrissage à micro-ondes tel que revendiqué à la revendication 2, dans lequel plusieurs desdits atténuateurs variables (140), com- prenant chacun ledit commutateur à diode "pin" et lesdits atténuateurs fixes, sont montés en cascade.