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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE RADIO-BALISES
La présente invention se rapporte à des perfectionne- ments aux systèmes de radio-balises et, de façon générale, à des dispositions en vue de la communication d'une différence de phase en soi, ou en tant que représentative d'une quantité ou d'une mesure, à un appareil récepteur. Elle est particulière- ment applicable aux systèmes de radio-balises et aux récepteurs qui leur sont associés dans le but de déterminer le relèvement de ces derniers par rapport à la balise.
Les systèmes conformes à l'invention et destinés à communiquer une différence de phase entre deux ondes comprennent notamment, selon une forme de réalisation de l'invention, des moyens de transmission sur une voie unique de deux ou de plus
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@de deux ondes, en périodes successives et, de préférence, à un rythme périodique prédéterminé.
Au moins deux de ces ondes sont de même fréquence et diffèrent en phase au récepteur de la quantité à communiquer. Le système comprend encore la réception des ondes émises sur deux voies présentant un retar- dement différentiel de valeur telle que les périodes de durée des ondes de fréquence égale sur les deux voies se recouvrant à la sortie desdites voies, pour une partie au moins de leurs périodes et l'on mesure la différence de phases entre les ondes, dons les parties de recouvrement desdites périodes.
Dans l'application de l'invention à un système de radio-balise destiné à la détermination de relèvements, on obtient la différence de phase entre deux ondes de fréquence égale grâce à l'émission d'une haute fréquence par un système d'antennes non directif, de sorte qu'à un instant quelconque, la phase du champ varie progressivement en direction radiale en restant constante sur une circonférence dont le système d'émission est le centre. Une haute fréquence estégalement transmise à partir d'un système d'antennes tel qu'un système Adcock, par exemple, dans lequel, à un instant quelconque, la phase du champ varie progressivement le long d'une circon- férence ayant l'antenne comme centre. Les deux systèmes émetteurs sont coaxiaux.
Un seul système rayonne à la fois, mais les sytèmes d'antennes sont manipulés par le même disposi- -tif d'émission, alternativement ou selon toute autre séquence rythmique. De la sorte, un récepteur en un point quelconque autour des systèmes transmetteurs d'antennes reçoit les ondes déphasées d'égale fréquence en périodes successives et la dif- férence de phase entre les deux champs dépend de la position angulaire du récepteur.
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Dans l'application de l'invention à un système radio- électrique destiné à définir une route, par exemple une route d'approche sans visibilité, les systèmes d'antennes sont prévus à une certaine distance l'un de l'autre et ils sont disposés de manière à ce que leurs distributions de radiation se recou- vrent et ils émettent pendant des périodes de temps qui ne se recouvrent pas, des ondes de fréquence égale. Il est prévu un récepteur à deux voies électriques présentant une différence de retardement, de sorte qu'à la sortie de ces deux voies, les ondes des deux systèmes d'antennes se recouvrent pendant au moins une partie des périodes d'émission. Il est également prévu un dispositif de mesure de phase auquel on applique les énergies provenant de ces deux voies.
Une voie est définie par une différence constante des ondes à la sortie de ces deux voies, pendant les périodes de recouvrement. On remarquera qu'un tel système d'émission est utilisable dans le système d'approche sans visibilité, maintenant bien connu, comportant l'utilisation de distributions de radiation directives se recouvrant, avec manipulation alternée à l'émetteur, de manière à produire, dans l'espace des champs de recouvrement, un signal continu d'amplitude constante.
Conformément à une caractéristique de l'invention, cependant, la route est définie par la différence de phase constante des ondes provenant des deux systèmes d'antennes.
Cette différence de phase est causée par la différence entre les distances séparant le récepteur des deux systèmes d'anten- nes émettrices.
Il est prévu au récepteur deux voies électriques de retardement différent, pouvant comporter dans l'une d'elles, un i éseau de retardement. Les signaux reçus sont appliqués
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aux deux voies de façon telle qu'à leurs sorties, les signaux transmis alternativement se recouvrent dans le temps et puissent, de la sorte, être comparés l'un à l'autre, pour mesurer leur déphasage.
Au moyen des dispositions conformes , certaines caractéristiques de l'invention, on peut obtenir une indication simple des relèvements sur l'oscillographe à faisceau cathodique (ou de toute autre quantité représentée par la variation de phase) avec l'avantage particulier , qui sera montré ci-après, qu' on peut prévoir une indication permanente montrant que l'appareil récepteur n'introduit aucune erreur .
La stabilité de l'ensemble du système est très élevée, une source unique d'ondes entretenues à fréquence stable étant seule nécessaire comme émetteur. Il n'y a aucune exigence en ce qui concerne une vitesse précise ou le rythme de la manipulation de l'émetteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui repré- sentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ladite invention.
La figure 1 représente un système de radio-balise uti- lisable pour la mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 2 et 3 se rapportent à deux systèmes récep- teurs utilisables dans le même but.
La figure 4 donne, de façon schématique, des exemples de divers rythmes qu'on peut donner :. l'émission des ondes et à leur effet sur le récepteur.
A La figure I, le système d'antennes est un système Adcock classique, composé de quatre antennes verticales, dans lequel la paire d'antennes Nord-Sud es reliée de manière à ce que les deux antennes qui la constitue rayonnent en opposition de phase. Il en est de même de la paire d'antennes Est-Ouest. Un réseau de
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@ à déphasage est connecté entre N-S et E-0, de manière ce que, quand tout le système est excité, N-S et E-Ô sont excités également en quadrature. La cinquième antenne V n'est pas dirigée et elle est placée au centre du système Adcock. Un os- cillateur stable C est manipulé en K alternativement vers N-S-E-0 et vers V.
Les deux systèmes N-S-E-0 et V rayonnent un diagramme de champ circulaire, mais le champ rayonné par V ne présente, pas de déphasage le long d'une circonférence dont le centre est à l'an- tenne V, alors que le système N-S-E-0 présente un déphasage pro- gressif le long d'un tel cercle, suivant le relèvement par rapport à l'émetteur.
On s'arrange pour que les deux systèmes donnent la même phase dans une direction particulière, par exemple celle du Nord.
Dans toutes les autres directions, la manipulation de l'émetteur de l'un à l'autre des systèmes d'antennes produit un saut de phase dont la valeur est exactement égale au relèvement par rap- port au Nord.
Lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur assez basse pour produire une balise conforme à l'invention, il n'est pas néàessaire de rien ajouter au système de la figuré 1. La comparaison de phase entre les deux émissions se fait à basse fréquence, après obtention des signaux de battements au récep- teur. Toutefois, lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur élevée, ou quand le système doit être utilisé par des récepteurs mobiles à grande vitesse, il est nécessaire de faire au récepteur une addition et ceci, pour la raison suivante.
La phase de chaque émission tourne de 360 degrés pour chaque longueur d'onde de déplacement du récepteur vers l'émet- teur ou en s'éloignant de lui. De façon générale, le déplacement du récepteur produit une fréquence due à l'effet " Doppler", qui s'ajoute ou se retranche de la basse fréquence, ou fréquence de
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battements résultant du système hétérodyne. Le saut de phase à la manipulation est encore correct, mais le fait que la fré- cluence de battements est variable occasionne une certaine diffi- culté dans la mise en oeuvre de la Méthode de l'invention qui va être décrite, en ce qui concerne la mesure de chase, à cause de le. variation de déphasage avec la fiéquence dans le réseau de retardement.
Par conséquent, pour l'utilisation sur les très hautes fréquences, on devra employer un second oscillateur rayonnant, dans toutes les directions, une onde entretenue pure qui produit, en combinaison avec la radiation excitatrice, un signal stable de battements à basse fréquence dans le récepteur. On peut noter que la phase de la fréquence de battements varie, avec la distan- ce à partir de l'émetteur, de 2 # radians seulement pour une longueur d'onde de ladite fréquence de battements, c'est à dire que le déplacement du réceteur produit une petite variation correspondante de la fréquence reçue, mais que la rotation de phase consécutive au relèvement est la même que pour l'émission originale à haute fréquence.
Le récepteur est de construction normale jusqu'à l'am- plificateur à basse fréquence. Le signal à basse fréquence peut être produit par les battements entre deux oscillateurs, à l'é- metteur, lorsqu'on utilise, comme ci-dessus décrit, une haute fréquence de valeur élevée, ou en faisant battre, au récepteur, la haute fréquence d'un oscillateur unique situé à l'émetteur, lorsqu'on utilise une haute fréquence de valeur basse.
A la figure 2, le signal à basse fréquence, qu'il soit produit par battements à l'émetteur ou au récepteur, est soumis à quelque filtrage, pour supprimer les courants de bruit et les harmoniques produits par le détecteur et l'énergie de sortie du filtre, que l'on suppose contenue dans le récepteur représenté
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par le rectangle LF, est appliquée à deux voies dont les retar- déments sont différents. Ceci peut être obtenu comme représenté, en intercalant dans l'une des voies un réseau à retardement DN.
L'énergie de sortie de LF est donc appliquée à la voie n 1 direc- tement et à la voie n 2, à travers le réseau DN. Le relèvement peut être enregistré sur un phasemètre dynamométrique mécanique, sous forme d'une mesure de la différence de phase entre les deux energies de sortie, ou bien encore, il peut être enregistré sur un oscillographe à faisceau cathodique, par une mesure de phase analogue, selon une quelconque- des méthodes disponibles. On a représenté en CR à la figure 2 un oscillographe à faisceau cathodique.
La valeur du délai fourni par le dispositif à retar- dement DN est suffisante pour garantir que les deux énergies de sortie simultanées peuvent, à certains moments correspondre-- à des radiations qui ont été émises en des temps différents, à partir des différents systèmes d'antennes de la station terrestre.
On montrera plus loin que, par un choix convenable du retardement et du rythme de manipulation particulier à l'émetteur, cette condition peut être remplie à certains moments, de manière à fournir l'indication de relèvement et, à certains autres moments, une indication de " Nord " ou toute autre indication d'étalonnage En pratique, le dispositif à retardement DN peut être constitué par environ huit circuits couplés en cascade, chacun d'eux accor- dé à la fréquence de la note de battements.
Si on se reporte à la figure 4, on y trouvera l'éxpli- cation de cette condition. Sur cette figure, on a représenté l'effet obtenu par l'utilisation de différents rythmes de manipu- lation, pour la commutation de l'émetteur de l'un à l'autre des deux systèmes d'antennes A et B. Dans les différentes représen- tations uudit rythme, un espace A représente la période de l'une
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des fréquences transmises, l'espace B, la période d'une Séquence égale de phase différente, telle que reçue, et C correspond à l'absence de transmission, ou à une transmission sur une autre fréquence.
La première rangée d'espaces A-B représente le rythme des ondes reçues sur la voie non retardée et la seconde rangée u'espaces représente le rythme sur la voie retardée. La troisième rangée représente l'indication obtenue. Quand deux espaces A, ou deux espaces B, se recouvrent, on n'enregistre aucun déphasage entre les ondes sur les deux voies à l'instant considéré, et, de la sorte, on obtient une indication de la direction de référence, puisque les phases égales ne se produisent, corrune indiqué plus haut, que dans ladite direction de référence. Un déphasage n'est indiqué que lorsqu'une émission représentée par A se recouvre, au récepteur, avec une ér.iission représentée par B.
(CI) la figure 4 représente des périodes de manipulation égales pour les deux antennes et elle suppose 1'utilisation d'un réseau à retardement fournissant un retardement égal à la période de connexion de l'une des antennes. Le récepteur reçoit ici #, le relèvement et également - #.
(b) la figure 4 représente la même émission que (a), mais avec une diminution de la différence de retardement au récep- teur . On obtient l'indication zéro, c'est à dire aucun déphasage entre les ondes, pendant le temps où les périodes A.A. se recouvrent et c'est l'indication pour la direction de référence, dans laquelle les phases des émissions dirigée et non dirigée coïncident c' es t à dire de la direction !Tord. + Q et - # sont également enregistrés, comme on le voit, grâce au recouvrement de A et de # qui donne + # et de B et de A, qui donne - #.
(c) la figure 4 montre ici un autre rythme de manipu- lation et un autre retardement, donnant seulement le relèvement #.
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(d) et (e) figure 4, donnent N et #. L'indication "Nord" doit coïncider avec la position de déphasage nul de l'indicateur et, ainsi, elle sert de vérification permanente du réglage correct ou non, du récepteur. En pratique, une petite commande de phase est prévue au récepteur, pour permettre d'aligner exactement l'indication N sur le zéro, ou sur la marque N de l'échelle de l'oscillographe à faisceau dathodique.
(f) à la figure 4 montre le rythme de manipulation et le retardement de (c); mais avec une interruption périodique de ma- nipulation, pour augmenter la durée de l'émission A, qui peut être utilisée pour le réglage d'étalonnage au réglage Nord. Quand la manipulation recommence, on n'enregistre plus que Q.
La comparaison de phase peut se faire sur un phasemètre dynamométrique, en appliquant l'une des énergies de sortie à la bobine exploratrice du phasemètre l'autre énergie de sortie étant scindée en courants diphasés (en quadrature) pour alimenter les deux enroulements fixes. Cet ce méthode peut être utilisée pour fournir une indication lente, mais avec une excellente suppres- sion du bruit correspondante. Il n'est, toutefois, pas possible de prévoir la marquage d'étalonnage, ou Nord, simultanément avec le relèvement.
La figure 2 se rapporte à une disposition de mesure de phase sur un oscillographe à faisceau cathodique. Une des énergies de sortie, par exemple celle de la voie n I de l'amplificateur LF à haute fréquence basse du récepteur est scindée en ¯deux pha- ses, au moyen d'un déphaseur PS et appliquée aux plaques dévia- trices de l'oscillographe, de manière à produire sur l'écran une trace circulaire. Le faisceau est, par exemple, en face de la plaque déviatrice supérieure verticale quand l'onde de IF passe par zéro en augmentant.
La sortie de la voie n 2, qui comporte, comme indiqué précédemment, le réseau de retardement DN, est
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soumise à l'action d'un limiteur LI, de manière à donner naissance à une forme d'onde rectangulaire dont le flanc avant coïncide avec l'instant où l'onde originale passe par zéro, en augmentant.
Cn fait -lors passer cette onde dans un filtre passe-haut F, de manière à produire une succession d'impulsions brèves, positives et négatives, se produisant respectivement aux flancs avant et arrière de l'onde rectangulaire. Un limiteur unidirectionnel L2, par exeml,le sous forme d'un élément redresseur uni ue, supprime alors une impulsion sur deux (par exemple la, positive) etles impulsions négatives restantes sont appliquées à une électrode de commande CE de l'oscillographe à faisceau cathodique, de ma- nière à le mettreau point et à produire un spot brillant, ou à une électrode accélératrice d'électrons,
douanière à produire un crochet brusque dans la trace circulaire, par modulation de la sensibilité de déviation, à la manière connue. Ainsi, la position du spot, ou du crochet correspond à l'instant où l'onde de la voie n 2 passe par zéro et sa distance angulaire à partir de la plaque verticale du haut est une mesure du déphasage entre les ondes des voies n 1 et n 2.
Une autre disposition pour l'indication par tube à faisceau cathodique est représentée à la figure 3. Elle présente des facilités pour le fonctionnement rapide ou lent, avec un rapport signal-bruit élevé à la position " lent ". ;les détecteurs différentiels représentés en D1 et d2sont utilisés. Ici, la fréquence de battements à basse fréquence est appliquée au moyen d'un transformateur T, comportant un primaire P et trois secon- daires SI. S2. S3 à un réseau de retardement DN, connecté à l'enroulement secondaire S2et elle fournit aux détecteurs diffé- rentiels D1.
D2. leurs énergies d'entrée en push-pull; Les tensions de référence, appliquées en parallèle aux détecteurs, sont obtenues directement, sans retardement, à partir des enroulements secondai- res SI et S3.
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Lesdits détecteurs différentiels D1. D2 ne diffèrent l'un de l'autre qu'en ce que les deux énergies d'entrée des deux voies de signal non retardées ND1 et ND2 sont appliquées en quadrature l'une par rapport à l'autre. Cette quadrature est obtenue en intercalant, dans l'une des 'voies non retardées ND2 un déphaseur TS, qui déplace la phase sur cette voie de 90 degrés par rapport à la phase sur l'autre voie.
Si l'on fait ces énergies d'entrée "en parallèle" grandes par rapport aux énergies d'entrée en push-pull, les énergies de sortie à courant continu des détecteurs différentiels sont proportionnelles à la quantité de signal en push-pull en phase (+) ou en opposition de phase (-) avec la tension de référence en parallèle correspondante d'entrée. Avec seulement des signaux sur les voies non retardées ND1 et ND2, le spot cathodique ne dévie pas de sa position centrale, car il n'y a pas de différence de potentiel aux bornes des résistances R5 et R6, mais, quand le signal retardé (sur la voie en push-pull) est ajout-6, une différence de potentiel prend naissance aux bornes de R5et aux bornes de R6.
Ces différences de potentiel sont appliquées aux plaques déviatrices de CR, mais, à cause du déphasage de 90 dans ND2, ces forces déviatrices diffèrent, suivant la différence de phase des ondes sur la voie retardée DN et sur les voies ND1 et ND2. Ainsi, le spot se déplace le long d'une ligne radiale,' suivant le déphasage entre les ondes de fréquences égales sur les voies retardés et non retardées.
De la sorte, on obtient une indication directe du déphasage.
Des résistances R1, R2. R3. R4 sont connectées en série à la sortie des détecteurs différentiels DI et D2 et, en combinaison avec CI à C4, elles forment des circuits de retardement. Un interrupteur S est prévu pour court-circuiter ces résistances R1 à R4.
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Quand 1'interrupteur S est à la position de fermeture, R1 à R4 sont court-circuitées et le fonctionnement du système déviateur de l'oscillographe à faisceau cathodique est rapide et si le rythme de manipulation de l'émetteur est tel que les deux indications "Nord" et "relèvement" sont obtenues, par exemple, comme décrit à propos de la figure 4 (b), (d), bien qu'elles correspondent à des positions de spot distinctes et séparées, elles sont enregistrées sur l'oscillographe.
Si le rythme de manipulation de 1' émetteur est -tell qu'une seule indi- cation de déphasage se produit entre le signal retardé et le signal non retardé, (par exemple), figure 4 (c) S peut alors être ouvert, de manière à ce que R1C1 à R4.C4 fonctionnent, fournissent une exoellente suppression du bruit et 'une indication unique d'angle de phase, avec une trace bien définie du faisceau.
Si l'on considère maintenant les dispositions destinées à définir une route, et si un émetteur est manipulé alternati- vement entre deux antennes séparées par a longueurs d'onde, dans une direction parallèle à la droite :lui joint les antennes, la valeur du saut de phase sera de 4 # n degrés par degré de déplacement en azimut. Ainsi, pour un espacement des antennes égal à cent longueurs d'onde, si l'on peut mesurer la phase à + 2 degrés pies, on peut tracer une route à + 2 degrés = 1 minute près. Ceci @ - 4 # . 100 10 correspond à une précision de # 22 mètres à une portée de 900 kilomètres.
Des loutes multiples de déphasage constant égal sont, bien entendu, produites par ce simple système d'antennes.
Le doute relatif à la route correcte à suivre peu t, cependant, être éliminé grâce à l'utilisation d'antennes moins écartées entre elles.
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Il est à noter que le système n'est pas limité à une seule route, car le récepteur peut mesurer un saut de phase désiré quelconque.
En pratique, il est à désirer de prévoir une directivi- té considérable des antennes, de manière à ce qu'on obtienne une intensité de champ convenable à la portée maximum et, afin d'obtenir la suppression de la distorsion du front d'ondes par les obstacles naturels au voisinage des antennes. Les deux antennes espacées doivent être très directives dans la direction de la route précise désirée. Ceci peut aisément être obtenu aux fréquences de l'ordre de 600 mégacycles, pour lesquelles un espacement de cent longueurs d'onde correspond seulement à cinquante mètres.
Bien qu'on n'ait décrit di-dessus qu'un mode de réali- sation de l'invention et une variante, d'autres variantes et modifications se présenteront en grand nombre à l'esprit de l'homme de l'art, sans sortir de la portée de l'invention.
Par exemple, un déphasage correspondant à un certain relèvement, d'une émission radio-électrique en un point éloigné du radio- compas automatique qui le mesure peut être transmis au moyen des dispositifs de l'invention, à partir du radio-compas, jusqu'au point éloigné, sur une ligne hifilaire.
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IMPROVEMENTS TO RADIO-BEACON SYSTEMS
The present invention relates to improvements to radio beacon systems and generally to arrangements for the communication of a phase difference per se, or as representative of a quantity or d. 'a measurement, to a receiving device. It is particularly applicable to radio beacon systems and to the receivers associated with them for the purpose of determining the bearing of the latter with respect to the beacon.
The systems according to the invention and intended to communicate a phase difference between two waves comprise in particular, according to one embodiment of the invention, means of transmission on a single channel of two or more
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@two waves, in successive periods and, preferably, at a predetermined periodic rate.
At least two of these waves are of the same frequency and differ in phase to the receiver by the quantity to be communicated. The system also comprises the reception of the waves emitted on two channels having a differential delay of value such that the periods of duration of the waves of equal frequency on the two channels overlapping at the output of said channels, for at least part of their periods and the phase difference between the waves is measured, giving the parts covering said periods.
In the application of the invention to a radio beacon system intended for determining bearings, the phase difference between two waves of equal frequency is obtained by virtue of the emission of a high frequency by an antenna system nondirective, so that at any instant, the phase of the field varies progressively in the radial direction, remaining constant over a circumference of which the emission system is the center. A high frequency is also transmitted from an antenna system such as an Adcock system, for example, in which, at any time, the phase of the field gradually varies along a circumference having the antenna. as center. The two transmitting systems are coaxial.
Only one system radiates at a time, but the antenna systems are handled by the same transmitting device, alternately or according to any other rhythmic sequence. In this way, a receiver at any point around the antenna transmitting systems receives the phase-shifted waves of equal frequency in successive periods and the phase difference between the two fields depends on the angular position of the receiver.
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In the application of the invention to a radio-electric system intended to define a route, for example a blind approach route, the antenna systems are provided at a certain distance from each other and they are arranged so that their radiation distributions overlap and they emit, during periods of time that do not overlap, waves of equal frequency. There is provided a receiver with two electrical channels having a delay difference, so that at the output of these two channels, the waves of the two antenna systems overlap during at least part of the transmission periods. A phase measuring device is also provided to which the energies coming from these two channels are applied.
A channel is defined by a constant difference of the waves at the output of these two channels, during the overlap periods. It will be noted that such an emission system can be used in the now well-known blind approach system, comprising the use of directional radiation distributions covering each other, with alternate manipulation at the emitter, so as to produce, in the space of the overlapping fields, a continuous signal of constant amplitude.
According to a feature of the invention, however, the route is defined by the constant phase difference of the waves coming from the two antenna systems.
This phase difference is caused by the difference between the distances separating the receiver from the two transmitting antenna systems.
Two different delay electrical channels are provided at the receiver, which may include in one of them a delay network. The received signals are applied
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to the two channels in such a way that at their outputs, the signals transmitted alternately overlap in time and can, in this way, be compared to each other, in order to measure their phase shift.
By means of the arrangements in accordance with certain features of the invention, a simple indication of the bearings on the cathode beam oscillograph (or any other quantity represented by the phase variation) can be obtained with the particular advantage, which will be shown. below, that one can provide a permanent indication showing that the receiving apparatus introduces no error.
The stability of the whole system is very high, a single source of CW at stable frequency being the only one needed as a transmitter. There is no requirement regarding a precise speed or pace of handling the transmitter.
The invention will be better understood on reading the following description and on examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of non-limiting example, an embodiment of said invention.
FIG. 1 represents a radio beacon system which can be used for implementing the invention.
Figures 2 and 3 relate to two receiver systems usable for the same purpose.
Figure 4 gives, schematically, examples of various rhythms that can be given:. the emission of waves and their effect on the receiver.
In Figure I, the antenna system is a classic Adcock system, made up of four vertical antennas, in which the North-South pair of antennas are connected so that the two antennas that constitute it radiate in phase opposition. . The same is true of the East-West pair of antennas. A network of
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@ phase shift is connected between N-S and E-0, so that when the whole system is excited, N-S and E-Ô are also excited in quadrature. The fifth antenna V is not directed and is placed in the center of the Adcock system. A stable oscillator C is manipulated in K alternately towards N-S-E-0 and towards V.
The two systems NSE-0 and V radiate a circular field diagram, but the field radiated by V has no phase shift along a circumference whose center is at the antenna V, whereas the NSE system -0 presents a progressive phase shift along such a circle, depending on the bearing relative to the emitter.
We arrange for the two systems to give the same phase in a particular direction, for example that of the North.
In all other directions, manipulation of the transmitter from one antenna system to the other produces a phase jump, the value of which is exactly equal to the bearing from north.
When a high frequency of low enough value is used to produce a beacon in accordance with the invention, it is not necessary to add anything to the system of figure 1. The phase comparison between the two transmissions is made at low frequency. , after obtaining the heartbeat signals at the receiver. However, when using a high frequency of high value, or when the system is to be used by high speed mobile receivers, it is necessary to add to the receiver for the following reason.
The phase of each emission rotates 360 degrees for each wavelength of displacement from the receiver towards or away from the emitter. In general, the displacement of the receiver produces a frequency due to the "Doppler" effect, which is added or subtracted from the low frequency, or frequency of
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beats resulting from the heterodyne system. The phase jump during manipulation is still correct, but the fact that the beat frequency is variable causes some difficulty in the implementation of the Method of the invention which will be described, with regard to the chase measure, because of the. phase shift variation with frequency in the delay network.
Therefore, for use at very high frequencies, a second oscillator should be employed radiating, in all directions, a pure continuous wave which produces, in combination with the exciting radiation, a stable low frequency beating signal in the receiver. It can be noted that the phase of the beat frequency varies, with the distance from the transmitter, by only 2 # radians for a wavelength of said beat frequency, that is to say that the displacement of the receiver produces a corresponding small variation in the received frequency, but the phase rotation following the resection is the same as for the original high frequency transmission.
The receiver is of normal construction up to the low frequency amplifier. The low frequency signal can be produced by the beats between two oscillators at the transmitter when a high frequency of high value is used as above described, or by causing the receiver to beat the high frequency. frequency of a single oscillator located at the transmitter, when a low value high frequency is used.
In Figure 2, the low frequency signal, whether produced by beats at the transmitter or at the receiver, is subjected to some filtering, to remove noise currents and harmonics produced by the detector and the energy of the detector. output of the filter, which is assumed to be contained in the receiver shown
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by the rectangle LF, is applied to two lanes with different delays. This can be obtained as shown, by inserting a delay network DN in one of the channels.
The output energy of LF is therefore applied to channel n 1 directly and to channel n 2, through the network DN. The bearing can be recorded on a mechanical dynamometric phasemeter, as a measurement of the phase difference between the two output energies, or it can be recorded on a cathode beam oscillograph, by an analog phase measurement , according to any of the available methods. A cathode beam oscillograph is represented in CR in FIG. 2.
The delay value provided by the DN delay device is sufficient to ensure that the two simultaneous output energies can, at certain times - correspond to radiations which were emitted at different times, from the different systems d. earth station antennas.
It will be shown later that, by a suitable choice of the delay and the handling rhythm particular to the transmitter, this condition can be fulfilled at certain times, so as to provide the indication of bearing and, at certain other times, an indication. of "North" or any other indication of calibration In practice, the delay device DN may consist of about eight circuits coupled in cascade, each of them tuned to the frequency of the note of beats.
If we refer to figure 4, we will find there the explanation of this condition. This figure shows the effect obtained by using different handling rates for switching the transmitter from one to the other of the two antenna systems A and B. different representations of the rhythm, a space A represents the period of one
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of the frequencies transmitted, the space B, the period of an equal sequence of different phase, as received, and C corresponds to the absence of transmission, or to transmission on another frequency.
The first row of spaces A-B represents the rhythm of the waves received on the non-delayed channel and the second row of spaces represents the rhythm on the delayed channel. The third row represents the indication obtained. When two spaces A, or two spaces B, overlap, no phase shift is recorded between the waves on the two channels at the time considered, and, in this way, we obtain an indication of the reference direction, since the equal phases only occur, as indicated above, in said reference direction. A phase shift is only indicated when an emission represented by A overlaps, at the receiver, with an emission represented by B.
(CI) Figure 4 shows equal handling periods for the two antennas and assumes the use of a delay array providing a delay equal to the connection period of one of the antennas. The receiver here receives #, the bearing and also - #.
(b) Figure 4 shows the same transmission as (a), but with a decrease in the delay difference at the receiver. We obtain the zero indication, i.e. no phase shift between the waves, during the time when the AA periods overlap and this is the indication for the reference direction, in which the phases of the directed and non-directed emissions coincide that is to say of the direction! + Q and - # are also recorded, as we see, thanks to the overlap of A and # which gives + # and of B and A, which gives - #.
(c) Figure 4 here shows another handling rhythm and delay, giving only the # lift.
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(d) and (e) figure 4, give N and #. The indication "North" must coincide with the zero phase shift position of the indicator and, thus, it serves as a permanent check of the correct or incorrect setting of the receiver. In practice, a small phase control is provided at the receiver, to allow the indication N to be aligned exactly with zero, or with the mark N on the scale of the dathode beam oscillograph.
(f) in Figure 4 shows the handling rate and delay of (c); but with a periodic interruption of handling, to increase the duration of the A transmission, which can be used for the calibration adjustment to the North setting. When the manipulation starts again, only Q.
The phase comparison can be done on a dynamometric phasemeter, by applying one of the output energies to the exploration coil of the phasemeter, the other output energy being split into two-phase currents (in quadrature) to supply the two fixed windings. This method can be used to provide a slow indication, but with corresponding excellent noise suppression. It is, however, not possible to provide the calibration marking, or North, simultaneously with the bearing.
Figure 2 relates to a phase measurement arrangement on a cathode beam oscillograph. One of the output energies, for example that of channel n I of the receiver's high-frequency low-frequency amplifier LF, is split into ¯ two phases, by means of a phase shifter PS and applied to the deflector plates of the l oscillograph, so as to produce a circular trace on the screen. The beam is, for example, in front of the vertical upper deflector plate when the IF wave goes through zero while increasing.
The output of channel 2, which includes, as indicated above, the delay network DN, is
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subjected to the action of a limiter LI, so as to give rise to a rectangular waveform whose front edge coincides with the instant when the original wave passes through zero, increasing.
Cn then passes this wave through a high-pass filter F, so as to produce a succession of short positive and negative pulses, occurring respectively at the front and rear edges of the rectangular wave. A one-way limiter L2, e.g., the as a united rectifier element, then suppresses every other pulse (e.g. la, positive) and the remaining negative pulses are applied to a control electrode CE of the beam oscillograph cathodic, so as to focus it and produce a bright spot, or an electron accelerating electrode,
customs to produce a sharp hook in the circular trace, by modulating the sensitivity of deviation, in the known manner. Thus, the position of the spot, or of the hook corresponds to the instant when the wave of channel n 2 passes through zero and its angular distance from the top vertical plate is a measure of the phase shift between the waves of channels n 1 and n 2.
Another arrangement for cathode-ray tube indication is shown in Fig. 3. It has facilities for fast or slow operation, with a high signal-to-noise ratio at the "slow" position. ; the differential detectors shown in D1 and d2 are used. Here, the low frequency beat frequency is applied by means of a transformer T, having a primary P and three secondaries SI. S2. S3 to a delay network DN, connected to the secondary winding S2, and it supplies the differential detectors D1.
D2. their push-pull input energies; The reference voltages, applied in parallel to the detectors, are obtained directly, without delay, from the secondary windings SI and S3.
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Said differential detectors D1. D2 differ from each other only in that the two input energies of the two undelayed signal paths ND1 and ND2 are applied in quadrature with respect to each other. This quadrature is obtained by inserting, in one of the non-delayed channels ND2, a phase shifter TS, which shifts the phase on this channel by 90 degrees with respect to the phase on the other channel.
If we make these input energies "in parallel" large compared to the input energies in push-pull, the DC output energies of the differential detectors are proportional to the amount of in-phase push-pull signal. (+) or in phase opposition (-) with the corresponding input parallel reference voltage. With only signals on the undelayed channels ND1 and ND2, the cathode spot does not deviate from its central position, because there is no potential difference across resistors R5 and R6, but, when the delayed signal ( on the push-pull channel) is addition-6, a potential difference arises at the terminals of R5 and at the terminals of R6.
These potential differences are applied to the deflector plates of CR, but, because of the 90 phase shift in ND2, these deflector forces differ, depending on the phase difference of the waves on the delayed channel DN and on the channels ND1 and ND2. Thus, the spot moves along a radial line, following the phase shift between waves of equal frequencies on the delayed and non-delayed channels.
In this way, a direct indication of the phase shift is obtained.
Resistors R1, R2. R3. R4 are connected in series to the output of the differential detectors DI and D2 and, in combination with CI to C4, they form delay circuits. A switch S is provided to short-circuit these resistors R1 to R4.
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When the switch S is in the closed position, R1 to R4 are bypassed and the operation of the deflector system of the cathode beam oscillograph is rapid and if the handling rate of the transmitter is such that the two indications "North" and "bearing" are obtained, for example, as described in connection with Fig. 4 (b), (d), although they correspond to distinct and separate spot positions, they are recorded on the oscillograph .
If the timing of transmitter manipulation is such that only one indication of a phase shift occurs between the delayed signal and the non-delayed signal, (for example) Figure 4 (c) S may then be opened, of so that R1C1 to R4.C4 work, provide excellent noise cancellation and a unique indication of phase angle, with a well-defined beam trace.
If we now consider the arrangements intended to define a route, and if a transmitter is manipulated alternately between two antennas separated by wavelengths, in a direction parallel to the right: joined to it the antennas, the value of the phase jump will be 4 # n degrees per degree of azimuth displacement. Thus, for a spacing of the antennas equal to one hundred wavelengths, if we can measure the phase at + 2 degrees pies, we can trace a route at + 2 degrees = 1 minute. This @ - 4 #. 100 10 corresponds to an accuracy of # 22 meters at a range of 900 kilometers.
Multiple sets of equal constant phase shift are, of course, produced by this simple antenna system.
Doubt as to the correct route to follow can, however, be eliminated by the use of antennas with less spacing between them.
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Note that the system is not limited to a single route, as the receiver can measure any desired phase jump.
In practice, it is desirable to provide a considerable directivity of the antennas, so that a suitable field strength is obtained at the maximum range and, in order to obtain the suppression of the distortion of the wavefront. by natural obstacles in the vicinity of the antennas. The two spaced antennas should be very directional in the direction of the precise course desired. This can easily be achieved at frequencies of the order of 600 megacycles, where a spacing of one hundred wavelengths corresponds only to fifty meters.
Although only one embodiment of the invention and one variant have been described above, many other variants and modifications will occur in large numbers to those skilled in the art. , without departing from the scope of the invention.
For example, a phase shift corresponding to a certain bearing, of a radio-electric emission at a point remote from the automatic radio-compass which measures it can be transmitted by means of the devices of the invention, from the radio-compass, up to 'at the distant point, on a helical line.