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BELL TELEPHONE MANUFACTURING CONIP,,2'
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SYSTEMES DE NAVIGATION R.ADIO-ELECTRI'1,'
La présente invention se rapporte à des systèmes de naviga- 'tion radio-électrique.
Lesdits systèmes sont utilisés, entre autres, au guidage d'un radio-récepteur mobile de type convenable le long d'une route spécifiée, par exemple d'une trajectoire d'atterrissage, ou d'une route d'approche, ou encore pour permettre à un radio-récepteur con- venable d'obtenir son relèvement par rapport à une balise émettrice, ou d'obtenir la direction de propagation des ondes électromagnéti- ques qu'il reçoit. Jusqu'à présent, les systèmes de navigation ra- dio-électrique utilisaient des radiations caractérisées par des mo- dulations d'amplitude. Les systèmes de ce type sont en but à un im- portant inconvénient : la présence de brouillage dans le récepteur dû à d'autres émissions modulées en amplitude.
Un tel brouillage ne
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j.eut être éliminé, #si ce n'est par l'usage r;rp' n ¯UfnC:?S différentes pour les différentes balises, mais, m6me dans ce''cas; il peut zut avoir un brouillage analogue, ''Lû' e1. d'autres Systems radiateurs.
Ce type de brouillage est le même que celui bien. connu sous lia nom d'interférence, que l'on obtient entre 01-);3 "1 ::n:c'.rla.UX de programmes de radi.o-ài.fflusion du type à. modulation 1' ,liyli'Curc:, L1a,11d deux ou plus de deux stations émcttrices fonctionnent nur la même fréquence ou sur des fréquences adjacentes.
Il est maintenant bien établi qu'un certain nombre d'émet- teurs de radio-diffusion'utilisant la. modulation de phase, ou la modulation de fréquence, peuvent fonctionner sur la même fréquence porteuse, chacun d'eux restant prédominant dans la zône qu'il des-
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sert. Le brouillage par 5¯Y¯!,¯.,La c:nc¯:r, est éliminé entièrement 1-''-1.1' l'utilisation d'un limiteur j'an:1j!Juc18 à. la récep- tion.
Ainsi, dans un tel système, suscei#.-i<Jl.<p (le transmettre une communication tout en conservantaux ondes rayonnées une amplitude constante; un limiteur d'amplitude peut être utilisé au récepteur,
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pour éliminer bout brouillage par un :",ii;:Jl8J. faible.
L'invention a notamment p.'our ob jet'1'application des prin- cipes de modulation de fréquence ou de modulation de phase, à. la réception des systèmes de navigation radio-électrique, en vue de donner à ces systèmes tous les avantages de la réception de la mo-
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dulation cle fréquence ou de phase et de permettre 21. plusieurs radio- balises d'utiliser la même fréquence d'émission.
On remarquera qu'en co qui concerne :1 0['; systèmes de navi- gation radio-électrique, il n'est pas possible de rayonner directe- ment une modulation de fréquence ou de phase-car cette modulation serait la même dans toutes les directions et en tous les points de l'espace.
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Conformément certaines caractéristiques de l'invention, Conformement cerl1alnCé;
carac e'lS :L''llWS lnven lon, l'objet ci-dessus indiqué est atteint en établissant, au. récepteur,. une modulation de fréquence ou de phase dont l'une des
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caractéristiques indique la position dudit récepteur dans l'espace.
Une telle caractéristique peut être constituée lar la phase du balayage par rapport' à, une onde de comparaison. Le balayage est la variation cyclique de la modulation de fréquence ou de phase. Cette modulation de fréquence ou de phase peut s'effectuer soit à l'émet teur, soit au récepteur, au moyen du système récepteur lui-même.
L'invention sera mieux comprise à la, lecture de la descril.tion sui- vante, et à l'examen des dessins joints qui représentent schémati- quement, à titre d'exemples non limitatifs, quelques systèmes de navigation radio-électrique comportant des caractéristiques de l'in- vention.
La figure 1 est une représentation symbolique d'un mode de mise en oeuvre de l'invention selon lequel la modulation de phase s'effectue au récepteur, dans le cas particulier d'un radiogoino- mètre ou radio-compas automatique.
La figure 2 représente de la même manière, à l'aide de rec- tangles, une disposition plus détaillée du récepteur d'un radiogo- niomètre automatique comportant application de certaines caractéris- tiques de l'invention.
La figure 3 représente de la même manière une disposition de détail d'un élément de la figure 1 et une variante d'une partie de la disposition représentée à la figure 2 .
La figure 4 indique un mode de commutation d'antenne.
La figure 5 se rapporte à un mode de réalisation de l'inven- tion conformément auquel la modulation de phase a lieu à l'émetteur, dans le cas d'une balise de route d'approche, sans visibilité (P.S.V.).
La figure 6 représente symboliquement, à l'aide de rectan- gles, un récepteur utilisable avec une balise du type représenté à la figure 5 .
La figure 7 est un ensemble de courbes utilisé dans la des- cription de la figure 6 .
La figure 8 représente de façon abrégée un autre mode de
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réalisation de l'invention, appliqué à un émetteur dans le but de définir une route précise dans un plan horizontal'., ou une trajec-. foire d'atterrissage dans un plan vertical, 'pour les avions.
La figure 9 est un ensemble de courbes utiliséd dans la, description de la. figure 8 .
La figure 10 se rapporte à une autre application de l'in- vention, dans le cas d'une balise ommidirectionnelle
La figure 11 représente symboliquement;, à l'aide de rec- tangles, un récepteur utilisable avec une balise du type représenté à la, figure 10, dans le but d'obtenir l'indication du relèvement dudit récepteur par rapport à ladite balise.
Conformément au mode de réalisation représenté à la figure 1, la modulation de fréquence ou de phase d'effoctue à la récep- dans le but de déterminer la direcbion de propagation des on- des électromagnétiques reçues et, par suite, le' relèvement du récep-' Leur par rapport à, la balise émettrice des ondes reçues. Bien enten- du, le récepteur peut être mobile et l'émetteur fixe ou inversement le récepteur fixe et l'émetteur mobile, ce dernier étant, par exemple, porté par un avion, ou bien encore le récepteur et l'émetteur peu- vent être tous deux mobiles, comme dans le cas de deux avions, ou de deux navires.
Dans l'exemple qu'on va décrire, le système d'antennes ré- ceptrices comporte plusieurs antennes disposées en cercle. Trois antennes Al . A2 A3. ont été représentées à, titre d'exemple, mais on peut en prévoir un nombre plus grand. On suppose que la, balise émettrice rayonne des ondes de fréquence ou de phase consentes.
Lesdites antemmessont connectées de façon cyclique et successive, au radio-récepteur, par des moyens qui vont 'tre décrits et, rle la sorte, le signal appliqué audit récepteur est constitué par une on- de dont la phase varie brusquement lors du changement de la connexion reliant l'une des antennes au récepteur et la grandeur de cette va- ration de phase dépend de la position, dans 10 système d'antennes,
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de l'antenne connectée au moment considéré au récepteur, par rapport à la direction de propagation des ondes reçues.
Le récepteur est représenté comme comportant un amplificateur, représenté par le rectangle 1, un limiteur d'amplitude représenté par le rectangle 2 et un discriminateur de phase ou de fréquence représenté par le rectangle 3, ainsi qu'un circuit de filtrage représenté par le rec- tangle 4 . Un appareil de comparaison et d'indication de phase est représenté par le rectangle 5 . Le rectangle 6 représente une sour- ce d'oscillations qui commande, comme on le verra ci-après, la com- mutation des antennes Al. A2. A3. et qui, par suite, constitue une source convenable d'une onde de comparaison, laquelle est appliquée à l'appareil de comparaison de phase 5, en même temps que l'énergie de sortie du filtre 4 .
Le rectangle 7 représente un dispositif de production d'impulsions convenablement mises en phase, à partir des oscillations fournies par 6 . Il y a, pour chaque période des oscil= lations de 6, une impulsion de chaque antenne AI à A3 . Selon une variante, 7 peut être un générateur d'impulsions et 6 un dispositif de production de l'harmonique inférieur convenable de la fréquence d'impulsions.
Les impulsions à la sortie de 7 sont, de préférence, de forme rectangulaire.
Les dispositions destinées à la commutation des antennes Al à A3, de façon cyclique et successive, par rapport à l'amplificateur
1 du récepteur, comprennent les détecteurs correspondants Dl. D2.
D3, qui, en temps normal, ne sont pas conducteurs et qui sont con- nectés en série avec l'antenne qui est associée à chacun d'eux, comme représenté avec plus de détail à la figure 4 . Les impulsions de 7, déphasées les unes par rapport aux autres, sont appliquées aux détec- teurs Dl. D2. D3. de manière à les rendre conducteurs pendant la du- rée de l'impulsion correspondante et, par suite, à connecter à tour de rôle chacune des antennes à l'amplificateur 1 .
Dans le cas d'un simple dispositif de @" vol au but ", deux
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antennes seulement sont nécessaires. Si l'on désire la radiogonio- métrie automatique, il est nécessaire de disposer de trois. ou de plus de trois antennes et celles-ci sont, de ;.référence, disposées à, intervalles égaux sur un'? circonférence.
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L'énergie d'entrée de l'amplificateur 1 1;8 donc 8onsti- tuée par une succession d'impulsions très -I¯"> ,â1'aC>îC ,Sa mais également espacées, là, fréquence des ondes reçues et avec des amplitudes è:\':;rox:i.l]la;uiv.'!:.8rl'/:' égales. Il est Y]e"'CE'.S;e1.17.(? que les impulsions d'ondes reçues soient d'égale amplitude, mais. h cause ci. 1 imrerfec- tions pratiques, telles que l'inégalité des antennes, des détec-
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.beurs, ou des impulsions issues de 7, ou à C8u,se de réactions entre les antennes, elles ne sont pas exactement égales en amplitude. Le train d'ondes reçues doit donc être sourds à l'effeb du limiteur d. ' ai#i 1 1 - u<i 2 .
I,' 0ner,::i( de sortie; de 2 est d'amplitude constante, mais la phase .de ses ondes est soumise à des variations brusques aux Moments du passade d'une -'YltJ't111P. à la suivante, la valeur de ces variations de :;. l1.aSG dépendant de l'espacement des antennes et de la direction d'arrivée des ondes reçues.
1SC('ïlllà¯f'l%?.;'J(:11Ï' de phase 3 est idenbique a n'importe quel détecteur démodulateur de: phase ou .#le fréquence, bien connu dans la technique clos systèmes de communication à, modulation de fréquence.
Ici, si on le désire, on leut considérer la modulation de phase des ondes reçues comme une modulation de fréquence au moyen .3une forme d'onde correspondant à la dérivée en fonction du temps de la
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forme d'onde de modulation de 1. ha:3:,), ;,1,.> :#+Tl..;
que l'énergie de sortis de 3 contient toutes les fréquences de la, modulation oriei- nale de phase, lit 1.r:a,s8 de C13.(.llJ3lu.'. de ces frÉ'Jo.GnC8S composantes étant modifiée de 90 le diagramme de phase varie de façon cyclique à la fréquen-
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ce du générateur 6 G't9 liaI' suite, l'énergie de sortie du discrimina.- teur 3 contient cette fréquence, qui est filtrée 'jw1' le filtre 4,
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de manière à produire une onde sinusoïdale. La comparaison de phase avec l'onde issue de 6 sert à indiquer la direction de propagation des ondes reçues, et ceci de la manière suivante.
Dans le cas où deux antennes-seulement sont utilisées, la modulation de phase des ondes reçues est de sens inverse, suivant l'antenne qui est la plus avancée dans la direction de propagation des ondes reçues. Quand les deux antennes sont sur une parallèle au front d'onde, il n'est produit aucune modulation de fréquence ou de phase. On s'arrange pour que l'énergie de sortie du filtre récep- teur 4 soit en phase, ou en opposition de phase, avec l'énergie de sortie de 6 et, dans ce cas, l'appareil de comparaison de phase
5 peut être constitué par un simple indicateur gauche-droite, ou par un appareil indicateur de route du type dynamométrique.
Ainsi, la disposition représentée à la figure 1 utilisant deux antennes fixes sur un avion, peut être utilisée comme système de vol au but pour ledit avion si l'on dirige ce dernier de manière que les deux antennes soient toujours parallèles au front d'ondes reçues, ce qui est indiqué par une lecture de zéro sur l'appareil de mesure 5 . Selon une variante, si l'on utilise deux antennes tour- nant d'un seul bloc, les dispositions représentées à-la figure 1 peu- -vent être utilisées à la détermination du relèvement de l'avion por- tant le récepteur, pourvu que l'on fasse tourner le système d'antennes jusqu'à ce que l'appareil de mesure 5 indique zéro, le relèvement étant indiqué sur une échelle de compas associée à la manière connue au système d'antennes tournantes.
Lorsqu'on utilise trois, ou plus de trois' antennes, égale- ment espacées sur une circonférence, les phases du balayage de mo- dulation de phase des ondes reçues produit par la commutation des antennes varient directement suivant la direction de propagation des ondes reçues, par rapport au système d'antennes. Il est alors à dé- sirer que le discriminateur, ou démodulateur 3, donne une énergie de sortie dont l'amplitude varie de façon linéaire par rapport à la
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variation de phase des ondes d'entrée, jour qu'on obtienne une indi-
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cation de relèvement sans erreur, sur l'inctica,,teur: de lriàs8 5 .
Lorsqu'on utilise un ,2rsttrae de à molula,tion de -; -.^"se, l'énergie de sortie du r7i;c= :i¯ra:inat;trn due une variation de phase est proporbionnelle a,u sinus de l'ange de 11:a80, de sorte que .1.Jcur un espacement des antennes do plus de 70 degrés électriques ( c' est à, dire approximahivernent de plus du cin().\.Úè:1:1n de la longueur d'onde de fonctionnement ), il se produit une certaine distorsion dans la démodulation. L'effet de cette distorsion; avec le présent mode de détermination du relèvement, est une erreur qui équivaut à l'erreur " octantale " bien connue du système radiogoniométrique
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classique ..' Adcock.
Quand on t.tili,7e antennes clans le cas pré- sont, cette erreur est octantale et, pour qu'elle ne soit pas sé- rieuse, les antennes adjacentes doivent être espacées de plus du cinquième de la longueur d'onde de fonctionnement.
Une disposition convenable de discrimination qui permet d'éviter cette limitation dans l'espacement des antennes grâce à
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l utilisation de lÜUS de quatre antennes, va, être maintenant décrite en liaison avec la figure 2 des dessins joints, qui représente la disposition de la figure 1 avec plus de détail en ce qui concerne
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le discriminateur 3 . Les recbanales sont affectés des mêmes réfé- rences que sur la, figure 1 .
Le système discriminateur est repré- senté symboliquement sous forme de rectangles cl 1 t intérieur du cadre en trait interrompu 3 et le système d'antennes et de commuta- tion est indiqué de façon générale par le rectangle 8, les circuits de sortie des cinq antennes étant représentés comme connectés à un
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point commun. Par ce moyen, l' 0spa.cement des -antennes peut être augmenté au delà du cinquième de la longueur d'onde seulement parce que la différence des retards des voies discriminatrices est égale au temps de fonctionnement d'une antenne.
Comme on le verra plus loin, la, différence des retards à, la. sortie des deux voies contient
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des degrés de déphasage qui sont les degrés de '3ë'ph.a,San'e différences
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de la modulation originale sur deux voies adjacentes.
Le rectangle 9 représente un générateur d'oscillations à fréquence constante de type connu, par exemple commandé par cristal et fournissant à sa sortie la fréquence F . Le rectangle 10 repré- sente un étage modulateur ou détecteur auquel est appliqué l'onde modulée en phase provenant de la sortie du limiteur d'amplitude 2 à la'.fréquence f . L'étage 10 donne, à. sa sortie, les fréquences f + F et f - F, lui sont appliquées au filtre représenté par le rec- tangle 11, lequel laisse passer soit la fréquence f + F, soit la fréquence f - F, vers un second étage modulateur ou détecteur re- présenté par le rectangle 12 et également alimenté à la fréquence f directement à partir du limiteur d'amplitude 2 .
Le second modula- teur ou détecteur 12 donne, à sa sortie, des fréquences-sommes et des fréquences-différences parmi lesquelles on trouve soit (f - F) - f = - F, quand le filtre 11 laisse passer f - F, soit (f + F) - f = F, quand le filtre 11 laisse passer f F . La fré- quence F, à la sortie du second modulateur 12 est sélectionnée par le filtre représenté par le rectangle 13, qu'elle traverse.
Il est à noter que le filtre 11 ne doit sélectionner qu'une bande latérale, soit f - F, soit f t F, car le sens de la modulation de phase à la sortie du second modulateur 12 à la fréquence F dépend de la bande latérale qui a été sélectionnée. Si le filtre 11 lais- sait passer les deux bandes latérales, les énergies de sortie se brouilleraient mutuellement et se moduleraient profondément en amplitude.
L'énergie de sortie à la fréquence,F du filtre 13 est appli- quée au discrirninateur de fréquence, ou au démodulateur de phase représenté par le rectangle 14, qui débite une onde à 'basse fréquen- ce correspondant à la modulation de fréquence ou de phase de l'éner- gie de sortie du limiteur d'amplitude 2 .
On remarquera que les ondes à la sortie du limiteur d'ampli- tude 2 sont réparties sur deux voies, l'une directement appliquée
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au second modulateur 12 et l'autre, 3 traders le premier modulateur É 10 et le filtre 11, également appliquée au second." modulateur 12 .
Ces deux voies ont, entre elleune différence de retard, ou de temps de transit. Sur la voie 10, 11, la fréquence est décalée d'une quan
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tité constante et la ré-combinaison dos ondes provenant des deux voies dans l'étape modulateur ou détecteur 12 produit, à la sortie de celui-ci, une onde modulée en phase ( cette modulation étant con-
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,s.iii-;.iée par la différence des modulations des signaux provenant des deux voies ), de fréquence moyenne constante, qui est démodtalée au mqmr du démodulateur de phase, ou discriminateur de fréquence de type nor- mal 14 .
Une autreforme utile de démodulateur est la suivante. On utilise la fréquence intermédiaire du récepteur pour synchroniser un oscillateur sur un harmonique inférieur de la fréquence inter-
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méclic.dre. Ledit oscillateur générateur d'harmonique inférieur est, bien entendu, à amplitude constante, ce qui donne un excellent équi
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valent d'un effet limiteur et l'éloneation de phase subdivisée de l'oscillation ainsi produite aide à la démodulation linéaire finale.
Des formes de réalisation préférées des éléments 6 et 7 de la, figure 1 sont les suivantes.
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Le chiffre 6 désigne une source stable d'oscillations, par exemple un oscillateur à commande par cristal, dont l'énergie de sortie est appliqué':) à l'élément 7; lequel peut être un montage du
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type multivibrateur, disposé de manière à rl'oc1.uira :.les impulsions de forme rectangulaire, de la, durée' nécessaire pour une impulsion de commutation d'antennes. On fait passer losdites impulsions à travers un réseau à retardement passif, ou 'li,c¯TI8 artificielle, représenté en 15 a la figure 2 et à partir duquel des prises Dl à.
D5 fournissent.- le système d'impulsions déphasées nécessaire peur la commutation des
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antennes. Cette disposition permet d'éviter 1Iusa:"' de plusieurs dispositifs électroniques et elle fournit les impulsions nécessaires 8, clos intervalles de temps stables. Ij a :t .: ;;1.> x.n l'utilise, il est
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possible délaisser entre les diverses impulsions, desintervalles de temps faibles, de telle sorte que les circuits sélectifs du ré- cepteur ne produisent pas' de recouvrement entre les impulsions du signal, avant que celles-ci soient soumises au limiteur de réception 2 : Les transitions de phase sont donc rendues indépendantes des amplitudes du signal.
Si on le désire, on peut utiliser une réaction à partir du réseau à, retardement 15, pour stabiliser la, fréquence d'oscillations du montage multivïbrateur générateur d'oscillations rectangulaires 7, de la manière indiquée en trait interrompu en 16 .
Une autre forme particulièrement avantageuse de système de commutation d'antennes est représentée symboliquement à la figure 3 . Dans la description de cette,disposition, on supposera qu'il y a'huit antennes Al à A8 auxquelles sont connectés en série des dé- 'lecteurs à cristaux Dl à D8 .' Sur cette figure 3, le rectangle 17 représente un générateur d'oscillations produisant une onde rectangu- la,ire, par exemple au moyen d'un montage du type multiveibrateur, ou un oscillateur sinusoïdal suivi d'un dispositif donnant à l'onde pro duite une forme rectangulaire, par exemple un amplificateur-limiteur.
Pour.prendre un exemple concret, on suppose que le générateur 17 pro duit des ondes de fréquence 33,3 kilopériodes par seconde. L'énergie de sortie de 17 est appliquée à un montage différentiateur représenté par le rectangle 18 et les impulsions négatives du produit de la différentiation sont éliminées d'une manière connue, par exemple au moyen d'un redresseur, ce qui fournit un train de brèves impulsions positives à des intervalles de 30 microsecondes, lequel est appliqué à un montage diviseur de fréquence représenté'par le rectangle 19 .
Ce diviseur de fréquence peut être constitué par tout montage multi- vibrateur bien connu et le train d'impulsions positives provenant de 18 est employé à la synchronisation dudit multivibrateur sur le huitième harmonique inférieur ( à cause de l'emploi de huit antennes ) de la fréquence de récurrence des impulsions, c'est à dire sur 33, 3/8 kilopériodes = 4,1.6 kilopériodes et l'on obtient, à la sortie
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de 19, des impulsions à cette fréquence de récurrence, avec une pérode d'espacement de 240 microsecondes.
Le train d'impulsions à la sortie de 19est employé pour déclencher le grenier relais'd'une série ;=le huit relais à déclenchement, c'est à dire de montages mul tivibrateurs disposés de manière à présenter un ,\ La)) stable et un éta,t instable et à définir des 'périodes de temps de 30 microsecondes.
Lorsqu'il a. été déclenché de son état stable à son état instable, le relais revient automatiquement à son état stable au bout (le 30 micro- secondes. Lesdits relais sont représentés à, la, figure 3 par les rectangles Kl à, k8 correspondants chacun à l'une des antennes Al à A3 ( seuls les relais Kl à.
K4 et K8 ont été représentés sur la fi- gure) Une impulsion obtenue de l'un de ces relais sert à déclen- cher le relais suivant de la série, comme indiqué par la liaison en série, ou en cassade, des rectangles Kl à. K8
Suivant ce qui vient d'être décrit, les intervalles de 30 Microsecondes définis par les relais à.
déclenchement Kl à K8 ne se- raient pas exactement égaux, car ils dépendraient du réglage parti- culier de chaque relais. Pour stabiliser ces intervalles de 30 micro- secondes, on applique letrain d'impulsions à intervalles de 30 microsecondes produites par le différentiateur 18 à tous les relais kl à K8 dans le sens nécessaire pour favoriser leur déclenchement vers leur état stable.
Au début, les périodes propres des relais sont réglées plutôt au dessus de 30 microsecondes ( par exemple, de 35 à 30 microsecondes ) et le train de 30 microsecondes est utilisé pour accélérer et commander l'instant précis du retour à, l'équilibre stable. Comme un seul relais peut exécuter un cycle de fonctionne- ment actif à la fois, il n'y a, qu'un seul relais qui est ra,mené àd l'équilibre stable par une impulsion.
L'effet de déclenchement en retour de ce relais produit le déclenchement de démarrage du relais suivant, lequel est son tour, ramené à l'équilibre par l'impulsion suivante.
Selon une disposition préférée, chacun des relais est
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constitué par un tube à grilles multiples unique dont les électrodes sont interconnectées comme celles d'un relais à déclenchement.
./ ' ,On remarquera que l'onde rectangulaire de la sortie de ces relais a Un rapport marquage-espace de 1/7 et que le commencement de la période d'espace de l'un coïncide exactement avec le commencement de la période de marquage du suivant, comme indiqué en 201 à 208
Les impulsions 201 à 208 sont appliquées, avec des niveaux d'énergie convenables, aux détecteurs à cristaux correspondants Dl à 'D8, commutant ainsi les antennes associées Al à A8 successivement sur le récepteur, pendant des périodes de 30 microsecondes chacune, toutes les 240 microsecondes. On obtient ainsi une commutation cyclique des antennes à une fréquence générale de 4,16 kilopériodes/seconde.
Les antennes Al à A8 sont, en général, séparées de la balise émettrice par des trajectoires différentes et, de la sorte, on obtient une variation brusque de phase de l'onde à haute fréquence porteuse, quand l'une des antennes est déconnectée et que l'antenne suivante est connectée.
L'énergie de sortie du diviseur de fréquence 19 est utilisée comme onde de comparaison et on peut lui faire traverser un filtre, de manière à produire une onde sinusoïdale, ou lui faire subir un autre traitement, suivant le type d'appareil de comparaison de phase 5 employé.
La forme la plus pratique de détecteur, pour les détecteurs de commutation d'antennes Dl. D2. D3. etc... dépend de la bande de fréquence sur laquelle le système doit fonctionner.
Sur les ondes très courtes, il est nécessaire d'obtenir une voie de signal de très faible impédance pendant l'impulsion, mais aucune voie due à la capacité propre ne doit être produite quand l'impulsion n'est pas présente. Pour cette raison, on a constaté que la solution la plus pratique était fournie par le détecteur à cris- tal. Des données fournies à titre d'exemple pour un cristal conve- nant à la commutation des antennes à des fréquences d'environ
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100 mégarérodes/seconde sont les suivantes :
Résistance 200 ohms ( polarisation positive ) et 2000 ohms (polarisation négative ) . Capacité I micro-microfarad, équivalent à une réactance de 1.500 ohms.
Un détecteur à, cristal est connecte entre chaque antenne et la ligne de transmission qui lui est associée et, également, entre chaque ligne de transmission et son point de jonction avec d'autres lignes.
Grâce à, ce moyen et à l'utilisation d'une résistance shunt quelconque sur chaque ligne, le rapport effectif marquage-espace ( amplitude ) des ondes remues de chaque antenne est très amélioré et le récepteur est toujours connecté, à travers une ligne de trans- mission unique, à une antenne unique, ce qui évite la charge de l'entrée du récepteur par plusieurs lignes et des court-circuits possibles sur certaines fréquences.
Sur les ondes plus longues, on constatera qu'il est plus commode d'employer des diodes détactrices, pour la commutation des antennes en Dl à D8, car la capacité propre desdites diodes ( pour une conductibilité donnée ) ne fournit qui un':
) très faible voie de fuites et la. résistance de fuites est très inférieure à celle du détecteur à cristal
Le mode de connexion des détecteurs de commutation d'an bennes doit:
de préférence, être tel que, quand le détecteur n'est pas conducteur, l'antenen elle-même est, non seulement déconnectée d'avec le récepteur, nais également empêchée de réfléchir les signaux,
ce qui aurait pour résultat une réaction sur celle des autres antennes qui est en service. Une forme pratique d'antenne et de détecteur de commutation est représentée à la figure 4 . l'an- tenne a la forme d'une demi-antenne en épingle à cheveux A, dont la hauteur verticale est d'un quart de la longueur d'onde corres- pondant à.
la fréquence de fonctionnement '.référée. Quand le détec- teur D n'est pas conducteur, l'antenne est déconnectée de la ligne etlaissée sous forme d'une ligne quart d'onie en circuit ouvert,
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laquelle est incapable d'absorber ou de réfléchir l'onde de signal.
La référence 21 désigne la ligne de transmission connectant l'antenne
A au/point de jonction commun J, et elle a été représentée sous forme d'une ligne coaxiale. Un condensateur 22 est intercalé entre le dé- tecteur à cristal D et la ligne 21 . L'impulsion convenablement déphasée provenant du générateur d'impulsions déphasées 7 ( figure 1) , est appliquée en dérivation sur le détecteur à cristal D par la con- nexion 23,à travers une résistance ou une 'bobine d'arrêt 24, comme représenté.
On décrira maintenant le cas particulier d'un radiogonio- mètre à très haute fréquence.
Dans un radiogoniomètre qui doit fonctionner sur une gamme de fréquences de, par exemple, 100 mégapériodes/seconde à 150 méga- périodes/seconde, il est tout à fait possible, en pratique, d'uti- liser un groupe d'antennes disposées suivant un cercle de diamètre égal à une longueur d'onde, ou même à deux longuers d'onde, et il devient alors nécessaire d'utiliser un nombre total d'antennes de huit à douze environ. L'effet des obstacles au point de réception cause alors beaucoup moins d'.erreurs que dans le cas du système Ad- cock normal
A de telles fréquences, la bande passante d'un récepteur normal est d'environ 100 kilopériodes/seconde, ce qui impose un " retard de réponse d'enviorn 10 microsecondes..
Un temps de fonc- tionnement pratique pour chaque antenne, correspondant à ce temps de réponse est de 30 microsecondes, de sorte que pour le système à huit antennes, la période du cycle est de 240 microsecondes et la fréquence cyclique de modulation un peu supérieure à quatre kilopé- riodes/seconde. Une telle fréquence de commutation est très conve- nable, car la commutation produit alors un brouillage négligeable de la réception des signaux de conversation, de sorte qu'on peut obte- nir simultanément'.. l' identification de la station et un trafic té- léphonique, avec la radiogoniométrie.
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On décrira ci-dessous un système :3:1:10- ;t:110'ii¯,rl,UC: ⯠011-,. de longue.
Les dispositions ci-dessus décrites permettent une grande
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améliopration du système :e8,rho-','o:liomÓt dq,u0 autorabique utilisable sur les ondes longues, en particulier lorsque la place est limitée pour l'antenne ; comme sur un véhicula. Le système normal Adcock ne
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convient pas quand J.' e31 :,weDué)rrL des antormos n'est -2'iine très petite 'partie de le. longueur (l'onde de iOnCi.:LUTlYIIi't?nt, car le signal piffé- rentiel de deux antennes qui se trouveraient accidentellement in- égalesne constitue plus une mesure de différence de phase.
Avec les dispositions conformes à certaines caractéristiques de l' invention,
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cette limitation n'est plus imposée, ca,r les si¯3rla,u, ir¯éga,ux sont égalisés par l'effet du limiteur de réception 2 .
La, vitesse de commutation des antennes doit, bien entendu, être très réduite) par rapport au fonctionnement à très haute fré- quence, mais cette vitesse de commutation réduite est encore compa- tible avec les normes usuelles de sélectivité des récepteurs pour de telles fréquences.
Dans un système à onde longue, les diodes commutatrices d'antennes sont normalement connectées en série avec les antennes A, qui sont accordées à tour de rôle par le même réseau de réactance.
En pratique, comme toutes les antennes sont finalement connectées par la même ligne à partir du point de jonction J, à l'amplificateur de réception 1, chaque antenne A est connectée à travers une diode D, de faible impédance, au réseau d'adaptation, ou au premier cir- cuit accordé'du récepteur, de sorte que chaque antenne est accordée, par le même réseau. Par suite, les déphasages'des signaux produits par les erreurs 3.'accord ne sont pas des déphasages relatifs entre,' les signaux des différentes antennes et aucune erreur de relèvement ne peut en résulter.
Ce qui suit se rapporte engénéral aux balisesde naviga.- tion radio-électrique.
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Les techniciens comprendront que la balise à commutation d'antennes est identique en principe a,u système radio-goniométrique à commutation d'antennes. Quand un émetteur est commuté sur plu- sïeurs antennes, le signal reçu en un point quelconque de l'espace porte la même modulation ciui apparaîtrait au récepteur si la posi- tion de ce dernier et celle de l'émetteur étaient interverties.
Ainsi, le système radiogoniométrique automatique qu'on vient de décrire peut être aisément transformé en une balise omhidirection- nelle, en substituant un émetteur au récepteur. Toutefois, il est nécessaire de transmettre un signal de référence, en vue de la com- paraison de phase avec la modulation du signal reçu.
Il y a encore une autre caractéristique par laquelle les systèmes de 'balise et de radiogoniomètre sont susceptibles de diffé- rer. Dans le cas du radio-goniomètre, il sera rarement, ou il ne sera jamais avantageux de connecter le récepteur aux antennes à travers les lignes de transmission de longueurs électriques diffé- rentes. Dans le cas de la balise, au contraire, il peut être avan- tageux d'utiliser des longueurs différentes de lignes, en vue de la production d'une route qui ne soit pas exactement à angle droit du système d'antennes.
Par exemple, pour la production d'une tra- 'jectoire d'atterrissage pour les avions, il n'est pas nécessaire de disposer d'un ensemble d'antennes en largeur inclinées à un petit angle de la verticale. 11 est plus pratique dë disposer toutes ,les antennes au niveau du sol et de les déphaser de façon telle qu'au- cune modulation ne se produise le long d'une trajectoire d'atterris- sage de très faible inclinaison par rapport à l'horizontale.
Les mêmes précautions sont nécessaires que dans le cas du système radiogoniométrique pour éviter la réaction entre les anten- nes. Quand les antennes sont déconnectées de l'émetteur, elles doi- vent être incapables d'absorber ou de réfléchir l'énergie des autres antennes.
Il est, bien entendu, impossible d'appliquer à un' détecteur
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à cristal des puissances importantes, aussi une autre technique.de commutation est elle nécessaire. On pourrait faire des diodes dé- tectrices de commutation, quoique des courants importants doivent les traverser, et que, de plus, leur impuissance traiter la toba- lité de l'énergie serait susceptible de leur faire produire des harmoniques de la fréquence de 11 émetteur, qui seraient rayonnes.
Un léger désavantage pratique est qu'une puissance assez importante est nécessaire pour les diverses impulsions de commutation. Malgré ces inconvénients, on peut raisonnablement envisager en pratique l'utilisation des diodes de commutation, en particulier s'il est possible de les connecter par paires, en opposition, sur les voies de signal aboutissant aux antennes, ce qui permet une économie im- portante de puissance d'impulsion et une réduction appréciable du courant d'émission nécessaire pour les diodes. Bien entendu, il est possible d'utiliser, pour chaque antenne, un amplificateur séparé, qu'il est facile de moduler par impulsions. Un type d'amplificateur convenant aux fréquences lesplus basses de la gamme des hautes fréquences est le cathodyne bien connu.
Aux hautes fréquences, quand le cathodyne n'est pas de bon rendement, on peut utiliser l'amplifi- cateur à grille mise à. la, terre. Dans ce dernier cas, la grille est mise à la terre en ce qui concerne les tensions à haute fréquence, mais elle peut être actionnée par impulsions, en vue de la commuta- tion des antennes.
Mais la forme préférée d'organes commutateurs à très haute fréquence est une triode, montée, non en amplificateur, mais simple- ment en impédance variable, en série dans la connexion d'alimentation de l'émetteur à l'antenne.Chaque triode, ou. dans certains cas, chaque paire de triodes, a son anode et sa grille reliées en court- circuit )¯' une à, l'autre, au point de vue des tensions à haute fré quence et l'impédance entre cathode et anode est utiliséeà peu près comme l'impédance cathode-anode de la diode. Un avantage de ce sys- tème est qu'il ne nécessite, jour la Modulation d'impédance, qu'une
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puissance d'impulsion faible.
Une autre différence fréquement rencontrée entre les techniqùes des balises et des radiogoniomètres est la suivante ( bien que les systèmes de radiogoniométrie puissent, dans certains cas, utiliser la technique des balises avec avantage ). Dans le cas où la balise ( ou le radiogoniomètre) ne doit desservir qu'une par- tie de l'espace, il est à désirer de concentrer l'énergie émise dans ladite partie de l'espace. Les antennes individuelles de la balise ( ou du radiogoniomètre') peuvent avantageusement être établies de manière à présenter le diagramme directif de distribution d'énergie désirée.
Les différents diagrammes directifs doivent, bien entendu, être de forme et d'intensité trè's semblables, afin d'éviter toute modulation parasite du signal.
Une autre différence de la balise et du radiogoniomètre est qu'il est souvent nécessaire de rayonner dans le premier cas, des communications autres que celles relatives au relèvement. Toutes les balises qui seront ci-après décrites peuvent rayonner une con- versation, ou une autre communication, par simple modulation d'ampli- tude ou de fréquence de l'ensemble de la transmission. Dans le cas, par exemple, de la modulation d'amplitude à l'émetteur au moyen de la parole, le signal est démodulé avant d'être appliqué au limiteur de réception, c'est-à-dire que la modulation de conversation est re- cueillie avant la détermination des renseignements directifs.
La figure 5 représente schématiquement une balise simple fournissant une route azimutale unique et comportant certaines ca- ractéristiques de l'invention. L'émetteur, représenté par le rectan- gle 25, est utilisé pour exciter deux antennes TAl 'et, TA2, alterna-, tivement au moyen d'un système de commutation tel que décrit plus haut, représenté par le rectangle 26 et les détecteurs TD1 et TD2 .
L'onde reçue par un récepteur alimenté de façon continue à partir d'un système unique d'antennes est équivalente à celle qui serait reçue par le système radio-goniométrique équivalent, c'est-à-dire
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par le dispositif de vol au but décrit plus haut. Peur. qu'il ne soit pas nécessaire de rayonner un signal séparé de " lever de doute " conformément à une caractéristique de l'invention, les deux antennes sont excitées pendant des périodes de temps inégales.
Dans ce but, le système commutateur peut comprendre un générateur d'impulsions de forme rectangulaire dont les périodes de marquage et d'espace sont inégales., les ondes de sortie dudit générateur étant respectivement appliquées, avec des phases inverses, aux dé- tecteurs TD1 et TD2 .
Dans toutes les directions, l'onde reçue n'est pratiquement pas modulée en amplitude, mais elle subit des transitions de phase rythmiques. La forme d'onde de la modulation de phase consiste, en fait, en un " point ", ou en un " trait ", suivant le sens de l'écart à partir de la route, comme on le comprendra, plus loin.
Le récepteur destiné à, être utilisé avec la balise peut comprendre; comme représenté à la figure 6, une antenne réceptrice unique AIO, de toute forme convenable désirée, un amplificateur à haute fréquence représenté par le rectangle 27, un limiteur d'ampli- tude représenté par le rectangle 28, un démodulateur de phase ou de fréquence de type normal, tel qu'utilisé, par exemple, dans les sirs- témes de radio-diffusion à modulation de fréquence et représenté par le rectangle 29 . La démodulation au moyen d'un tel dispositif donne une énergie de sortie conforme à.
la modulation de fréquence des ondes reçues, c'est-à-dire à la dérivée première de la modula- tion de phase.
Avec la balise simple à, deux antennes représentée à la fi- pure 5 , l'énergie de sortie du discrimina.teur 29 l'allure de la, conrde b, figure 7 . La courbe a de la figure 7 représente la modulation de phase originale pour les " points " Le signal repré ,,enté par la courbe b peut être intégré, dans le but d'obtenir la forme d'onde de la, courbe c; figure 7, que l'on applique à, un appa- reil indicateur avec zéro central de type connu, d'ordinaire employé
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dans les récepteurs de systèmes de route d'approche par points et traits conjugués complémentaires.
Toutefois, comme on le verra'plus loin, il'peut être plus avantageux d'employer plus de deux antennes, cas auquel la forme d'onde de modulation de phase du signal serait représentée par la courbe d et l'onde de sortie du discriminateur 29 aurait à peu près l'allure de la courbe e de la même figure 7 .
Cette fbrme conviendrait à l'application à un détecteur équilibré fonctionnant suivant la loi du carré et fournissant une énergie de sortie continue, positive-ou négative, qui serait appliquée à un in- dicateur. Cette disposition est représentée par le rectangle 30 à la. figure 6 .
Quand l'indication de la route par un appareil de mesure est nécessaire, les signaux de points et de traits représentés par la courbe c de la figure 7 ( signaux de points ) peuvent être conver- tis en courants continus positifs et négatifs, conformément à toute méthode connue utilisée dans les systèmes d'approche sans visibilité employant des faisceaux à signaux de points et de traits conjugués complémentaires, par exemple comme décrit dans notre brevet numéro 474.319 du 4 juillet 1947.
Ces dispositions peuvent être représentées par le rectangle 30 comme, de façon générale, le montage indicateur quel qu'il soit.
Lorsqu'il est prévu une voie de conversation à modulation d'amplitude, une partie de l'énergie de sortie de 1'amplificateur,27 à haute fréquence ou à fréquence intermédiaire est appliquée au dé- modulateur d'amplitude représenté par le rectangle 31, dont l'éner- gie de sortie est appliquée à un.organe convertisseur représenté par les écouteurs téléphoniques 32 .
Il est à noter que'.le discriminateur normal de fréquence donne son énergie de sortie maximum quand les transitions de modula- tion de phase sont de 90 . Si les deux antennes sont espacées à un quart de la longueur d'onde de fonctionnement, la route apparaît à angle droit de la droite qui joint les antennes et un indicateur de route actionné par un appareil de mesure donne une indication qui
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augmente progressivement suivant l'écart à, partir de la route, jusqu'à, la position finale.
Comme le discriminateur normal donne une réponse nulle pour une transition de phase de 180 une route fausse apparaît pour un espacement des antennes supérieur à, une demi longueur d'onde, de sorte que la meilleure netteté d'une route unique sans roube fausse est obtenue avec un espacement) des antennes peu inférieur à la demi longueur d'onde.
Dans le cas de cette balise simple à deux antennes, les antennes peuvent être commutées au moyen d'amplificateurs séparés, ou d'autres dispositifsde commutation électronique, les ondes de " manipulation " ou de modulation étant produites par un simple mul- tivibrateur à rapport marquage-espace différent de l'unité, comme déjà indiqué.
La détection de la route s'effectue le plus facilement au moyen du récepteur discriminateur de modulation de fréquence normal, si l'on ajoute à l'émetteur une troisième antenne, comme indiqué en trait interrompu à la figure 5. Par exemple, si trois antennes sont disposées en ligne, TAL TA2. TA3. et qu'on fasse TAl-TA2 - iL/8 de longueur d'onde et TA2-TA3-#/8 de longueur d'onde le diagramme de modulation de phase sera conforme à la figure 7d et l'énergie de sortie du discriminateur de fréquence 29 de la figure 6 aura l'al- lure de la courbe e de la figure 7 pour les signaux de " traits " La courbe inverse serait obtenue pour les signaux de " points "si les antennes de la, balise TAl. TA2.
TA3. étaient excitées pondant des intervalles de temps égaux, dans l'ordre TAl. TA2. TA3. TAl.
TA2. TA3. etc ... La différentiation de la modulation de phase au moyen du discriminateur de fréquence 29 donne la forme d'onde de la courbe e de la figure 7 . L'application de la,dite onde e à. un , montage indicateur de route 30, ayant la forme d'un redresseur en pont fonctionnant selon la loi du carré, ou -l'un redresseur en pont polarisé, donne une énergie de sortie continue négative, à cause de
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la pointe négative prononcée. La courbe correspondante inversée de e, reçue de l'autre côté de la route, donne l'énergie de sortie con- tinue positive correspondante.
La figurée représente schématiquement et à titre d'exemple, le'système de balise d'émission comportant certaines caractéristiques de l'invention, appliqué à la production d'une route unique de grande précision.
Le système des antennes émettrices comprend un certain nombre, plus grand que deux, ( on en a représenté cinq ) d'antennes
TAII à TAL5 chacune d'elles comportant, en série, un redresseur de commutation correspondant TDII à TD15 . Chacune des entennes est connectée, à travers son impédance de commutation correspondante
TD11 à TD15, a un appareil émetteur représenté par le rectangle 33, à ' travers un réseau-de réglage de phase correspondant PNII à PN15 .
Ces derniers réseaux sont réglés de manière que l'énergie appliquée à partir de 33 soit en phase sur toutes les antennes.
Les antennes sont disposées suivant une droite transversale par rapport à la route désirée. Elles sont excitées à tour de rôle, tout d'abord de TA12 à TA15 ( c'est-à-dire de gauche à droite ) ou vice versa, pendant de petits intervalles de temps égaux, et, en- suite, dans le sens inverse, de TA14 à TALL, ou vice versa, pendant -des intervalles de temps plus grands. A cet effet, il'est prévu deux systèmes de commutation, qui peuvent être tels que décrits à propos des figures 2 et.3, et utiliser le réseau à retardement, ou la série de relais à déclenchement. Dans l'un ou l'autre cas, les dispositifs de commutation sont représentés pur la figure 8 par les rectangles 34 et 35 .
Selon la disposition représentée, des relais à déclenche- ment, représentés par les rectangles 36 et 37, sont disposés pour produire, en fonctionnement, des impulsions de forme pratiquement rectangulaire, celles produites par 37 .étant de durée plus longue que celles produites par 36, comme indiqué respectivement en 38 et 39.
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On remarquera que l'antenne TAL5 est commandée par une im pulsion du commutateur 34 seulement e ]'antenne TALL par une impul ,;ion du commutateur 35 seulement, mais que es antennes TA12, TA13 et TA14, c'est-à-dire les antennes intermédiaires, sont commandées par des impulsions des doux commutateurs 34 det 35, en séquence con- venable.
Quand 34 et 35 représentent des réseaux à retardement, une impulsion retardée d'un temps égal à la durée de l'impulsion 41 est obtenue à, la sortie de 34 et appliquée au déclenchement du relais 37, dont l'impulsion de sortie 38 est de durée supérieure à celle de 39 et est appliquée à l'entrée du réseau à retardement 35, et, égale- ment, à la commande de l'antenne TAL4 Des impulsions sont obtenues à partir de prises convenables TP3. TP2. TPL telles que l'intervalle entre elles soit égal à la durée desdites impulsions. Ces impulsions sont appliquées à la commande de chacune des antennes TA13. TA12.
TALL L'impulsion obtenue à, partir due la prise TPO sur 35 est re- terdée en arrière de l'impulsion obterue à partir de TPl d'un inter- valle égal à la durée de l'impulsion 38 et elle est appliquée au déclenchement du relais à relaxation 36, qui produit les impulsions plus courtes 39 Ces dernières impulsions sont appliquées à, l'en- trée du réseau à retardement 34 et, directement, de manière à com- mander l'antenne TA12 . Des impulsions retardées d' intervalles de temps égaux à la durée de l'impulsion 39 sont obtenues à partir des prises TK3. TK4. TK5. pour la commande des antennes TAL3 TA14. TA15.
Une impulsion obtenue à partir de TK6, sur le réseau à retardement 34 est appliquée au déclenchement du relais à relaxation 37 et la suite, du fonctionnement du commutateur constitue la répétition du cycle qu'on vient de décrire.
Quand les rectangles 34 et 35 représentant des série, de relais à relaxation, l'émergie de sortie du dernier relais de 34 es appliquée au déclenchement du premier relais de la série 35 et l'énergie de sortie dudit premier relais est appliquée à, la commande
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de TA14 . Les.énergies de sortie des second, troisième et quatrième relais sont.
respectivement appliquées à la commande de TA13, de TAL2 et de TALL L'énergie de sortie du quatrième relais de 35 est employée pour déclencher le premier relais de la série 34,, dont l'énergie de sortie sert à commander TAL2 De même, les énergies de sortie des second, troisième et quatrième relais de 34 commandent respectivement TAL3 TAL4 et TA15. L'énergie de sortie du quatrième ,relais de 34 sert à déclencher le premier des relais 35, et le cycle décrit se répète.
Le récepteur à employer avec la balise décrite à propos de la figure 8 est le même que celui décrit à propos de la figure 6 .
L'espacement des antennes adjacentes ne doit pas dépasser la demi longueur d'onde et de préférence il ne doit pas être supé- rieur au quart de longueur d'onde. Quand les' antennes sont excitées à partir d'une source d'ondes entretenues ordinaire, à travers des voies égales à partir de la source, aucune modulation n'apparaît dans la direction perpendiculaire à l'ensemble d'antennes.
En dehors de la route, le signal reçu est modulé en phase conformément à la courbe a de la figure 9 ou à la courbe inverse, suivant le sens de l'écart à partir de la route. Dans un cas pratique comportant un grand nombre de gradins ( c'est-à-dire Lui grand nombre d'antennes:) la courbe de modulation de phase obtenue dans un récep- teur à bande passante étroite a l'allure de la courbe plus aigue représentée en b, figure 9, et sa'différentiation'au moyen du démo- dulateur de fréquence 29 de la figure 6 fournit la forme d'onde de la courbe c, figure 9, c'est-à-dire des traits pour un côté de la .route et dès-points pour l'autre. Cette onde peut être appliquée directement au montage indicateur 30 .
Selon une variante, avec un nombre.d'antennes plus réduit, et en utilisant un récepteur à bande passante de largeur moyenne et un démodulateur de fréquence à large bande, la courbe de modulation de phasé a de la figure 9 produit, à la sortie du discriminateur 29, la forme d'onde d de la figure 9,
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qui, après une légère intégration, donne lieu à, la, forme d'onde c . de la même figure. Dans ce cas, le montage intégrateur Ieun être un filtre passebas.
La disposition décrite à propos de la figure 8 constitue également une forme pratique de balise de trajectoire d'atterrissage, si l'on utilise un ensemble de radiateurs horizontaux: chacun d'eux disposé très pres du sol ( par exemple à une distance d'une demi- longueur d'onde ) .
Toutefois;, comme on ne désire pas produire une route ver- ticale, la longueur des feeders conduisant de l'émetteur aux diver- ses antennes augmente progressivement à partir d'une des extrémités de l'ensemble, auquel cas les régula/leurs de phase PNIL- PNL5 peu- vent être omis ou, titre de variante, peuvent être utilisés au réglage de la route.
Une modulation de phase nulle est produite sur boute la surface d'un cône aigu dont l'axe horizontal est constitué par la ligne passant par le système d'antennes. On bien enten- du, faire couper par cette surface conique en plan vertical défini par un système d'azimut, définissant ainsi une trajectoire d'atter- rissage unique prédéterminée.
Dans le cas d'une balise de trajectoire d'atterrissage, il n'est pas absolument nécessaire d'éviter les fausses routes se pro- duisant sous des angles très différents de la route correcte car, cause de l'acuité considérable du système, ces fausses routes ne peuvent être confondues avec la route correcte par le pilote d'un avion. Par suite, l'espacement des antennes n'est pas limité à un maximum d'une demi longueur d' onde et le nombre total d'antennes nécessaires pour une bonne définition de la, route n'est pas élevé.
Une balise omnidirectionnelle comportant certaines carac- téristiques de l'invention est représentée à la Figure 10 et le récepteur destiné à, utiliser cette balise pour la détermination de relèvements est représentée à la figure 11 .
La balise représentée à, la figure 10 est tout, à fait analogue
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au radiogoniomètre automatique omnidirectionnel équivalent repré- senté à la figure 1.et il n'est pas nécessaire de donner beaucoup de détail à son sujet.
Un certain nombre d'antennes, huit dans l'exemple de la figure 10, TA21 à TA28, sont disposées à intervalles uniformes sur une circonférence et elles sont commutées, en succession circulaire, à des intervalles de temps égaux, comme avec le système cornmutateur décrit à propos des figures 2 ou 3 . Une telle disposition est re- présentée à la figure 10 par le rectangle 40, à partir duquel des impulsions déphasées de forme rectangulaire sont appliquées aux redresseurs, ou aux diodes de commutation correspondants D21 à D28, connectés en série avec les anténnes correspondantes, de manière à permettre le passage d'énergie, en succession cyclique, à partir d'un émetteur, représenté par le rectangle 41 .
Gomme on le remar- quera à la figure 10, l'émetteur 41 est connecté à chaque antenne par la même longueur de ligne de transmission et toutes les antennes sont ainsi alimentées au moyen d'énergies en phase.
Les ondes de la balise de la figure 10 reçues en un point quelconque de l'espace sont ainsi modulées en fréquence à la fré- quence de rotation de la commutation de la balise et'la phase de la 'modulation varie de façon linéaire conformément au relèvement du récepteur par rapport à ladite balise. Pour obtenir une lecture di- recte du relèvement, il est nécessaire de transmettre, à partir de la balise, un signal de référence quelconque à partir duquel on puisse obtenir au récepteur une onde de comparaison. On peut y par- venir par l'une quelconque des méthodes connues, par exemple par l'une des suivantes.
(1) Des impulsions de synchronisation peuvent être émises à partir de la balise, soit sous forme d'impulsions positives d'aug- mentation de radiation, soit sous forme d'impulsions négatives'de réduction ou d'interruption momentanée de la transmission, quand l'émetteur d'une position géographique spécifiée est excité.
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(2) On peut employer une modulation on amplitude ou en .
1-,hase de l'onde porteuse émise par la balise, à la moitié de la . fréquence de commutation circulaire de la balise. Une onde de com- paraison de fréquence correcte peut être obtenue au récepteur par doublage de la fréquence de modulation en amplitude ou en phase reçue.
(3) Une onde porteuse séparée peut être rayonnée à partir de la balise et modulée d'une façon quelconque par une onde de com- paraison, qu'on peut obtenir, à, la manière connue, au récepteur.
Cette onde porteuse séparée peut également être utilisée pour pro- duire, au récepteur, des battements avec l'émission principale de . la balise, ce qui convertit la fréquence des ondes reçues en une fréquence permettant l'utilisation d'un démodulateur de fréquence très stable.
Un exemple de récepteur utilisable avec la balise de la figure 10 est représenté à, la figure 11 . Sur cette dernière fi- gure, l'antenne réceptrice est représentée en AII et, comme dans le cas de la figure 1, l'énergie de sortie de AII est appliquée à un amplificateur à haute fréquence, représenté par le rectangle 42 à un limiteur d'amplitude, représenté par le rectangle 43 à un discriminateur de phase, représenté par le rectangle 44, au filtre représenté par le rectangle 45 et au montage ''le comparaison de phase et d'indication représenté par le rectangle 46 .
La disposi- tion du montage de production de l'onde de comparaison conformé- ment à la méthode ci-dessus mentionnée est représentée par le rec- tangle 47 et l'énergie de sortie de 47 est appliquée au système de comparaison de phase 46 à, la manière bien connue.
Si une voie de signalisation de conversation ou autre est superposée à la, transmission de la balise sous forme de modulation d'amlitude un démodulateur d'amplitude peut être alimenté au moyen d'une partie de l'énergie de sortie de l'étape amplificateur à haute fréquence 42 comme dans le cas de la fiture 6 Dans le
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cas d'une modulation de fréquence ou de phase, les fréquences de signalisation peuvent être recueillies par filtrage, à la sortie du discriminateur 44, à la manière connue.
On remarquera que 1'énergie de sortie du discriminateur 44 est de forme analogue à la courbe a de la figure 9, si ce n'est que les degrés en sont égaux à l'augmentation et à la dirninution de l'amplitude. L'énergie de sortie du filtre D est une onde sinu- soidale pratiquement pure.
Bien qu'on n'ait décrit ci-dessus que quelques modes de réalisation de l'invention, il doit être -bien compris que cettedes- cription ne saurait être considérée comme limitative et que de nom- breuses variantes peuvent être employées, sans sortir de la portée de l'invention.
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BELL TELEPHONE MANUFACTURING CONIP ,, 2 '
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R.ADIO-ELECTRI'1 NAVIGATION SYSTEMS, '
The present invention relates to radio-electric navigation systems.
Said systems are used, inter alia, for guiding a mobile radio-receiver of suitable type along a specified route, for example a landing path, or an approach route, or for allow a suitable radio receiver to obtain its bearing relative to a transmitting beacon, or to obtain the direction of propagation of the electromagnetic waves which it receives. Until now, radio-electric navigation systems have used radiations characterized by amplitude modulations. Systems of this type suffer from a major drawback: the presence of interference in the receiver due to other amplitude modulated emissions.
Such interference does not
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j. could be eliminated, #if not by usage r; rp 'n ¯UfnC:? S different for different tags, but, even in this case; it can damn have a similar scrambling, '' Lû 'e1. other Systems radiators.
This type of jamming is the same as that though. known as interference, which is obtained between 01 -); 3 "1 :: n: c'.rla.UX of modulation-type radi.o-efflusion programs 1 ', liyli 'Curc :, L1a, 11d two or more transmitting stations operate on the same frequency or on adjacent frequencies.
It is now well established that a number of broadcast transmitters using the. phase modulation, or frequency modulation, can operate on the same carrier frequency, each of them remaining predominant in the area it desires.
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serves. The interference by 5¯Y¯!, ¯., La c: nc¯: r, is eliminated entirely 1 -''- 1.1 'the use of a limiter j'an: 1j! Juc18 to. the reception.
Thus, in such a system, suscei # .- i <Jl. <P (transmit a communication while maintaining constant amplitude of radiated waves; an amplitude limiter can be used at the receiver,
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to eliminate end interference by a: ", ii;: Jl8J. weak.
The invention has in particular p.'our ob jet'1'application of the principles of frequency modulation or phase modulation, to. the reception of radio-electric navigation systems, with a view to giving these systems all the advantages of the reception of the
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frequency or phase modulation and to allow 21. several radio beacons to use the same transmit frequency.
It will be noted that in co which concerns: 1 0 ['; radio-electric navigation systems, it is not possible to radiate a frequency or phase modulation directly, because this modulation would be the same in all directions and at all points in space.
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According to certain characteristics of the invention, According to cerl1alnCé;
charac e'lS: L''llWS lnven lon, the above stated object is achieved by establishing, at. receiver,. a frequency or phase modulation of which one of the
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characteristics indicates the position of said receiver in space.
Such a characteristic can be constituted by the phase of the scan relative to a comparison wave. Sweep is the cyclical variation of frequency or phase modulation. This frequency or phase modulation can be carried out either at the transmitter or at the receiver, by means of the receiver system itself.
The invention will be better understood on reading the following description, and on examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting examples, some radio-electric navigation systems comprising devices. characteristics of the invention.
FIG. 1 is a symbolic representation of an embodiment of the invention according to which the phase modulation is carried out at the receiver, in the particular case of an automatic radiogoinometer or radio compass.
FIG. 2 shows in the same way, with the aid of rectangles, a more detailed arrangement of the receiver of an automatic radiogoniometer comprising the application of certain characteristics of the invention.
Figure 3 shows in the same way a detailed arrangement of an element of figure 1 and a variant of part of the arrangement shown in figure 2.
Figure 4 indicates an antenna switching mode.
FIG. 5 relates to an embodiment of the invention according to which the phase modulation takes place at the transmitter, in the case of an approach route beacon, without visibility (P.S.V.).
FIG. 6 symbolically represents, using rectangles, a receiver which can be used with a beacon of the type represented in FIG. 5.
FIG. 7 is a set of curves used in the description of FIG. 6.
FIG. 8 represents in an abbreviated manner another mode of
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embodiment of the invention, applied to a transmitter for the purpose of defining a precise route in a horizontal plane '., or a path. landing fair in a vertical plane, 'for airplanes.
FIG. 9 is a set of curves used in the description of the. figure 8.
FIG. 10 relates to another application of the invention, in the case of an ommidirectional beacon
FIG. 11 symbolically represents, with the aid of rectangles, a receiver which can be used with a beacon of the type represented in FIG. 10, with the aim of obtaining the indication of the bearing of said receiver relative to said beacon.
According to the embodiment shown in Figure 1, the frequency or phase modulation effected at the receiver in order to determine the direction of propagation of the received electromagnetic waves and, consequently, the raising of the receiver. - 'Their in relation to, the transmitter of the received waves. Of course, the receiver can be mobile and the transmitter fixed or conversely the receiver fixed and the transmitter mobile, the latter being, for example, carried by an airplane, or else the receiver and the transmitter can. both be mobile, as in the case of two airplanes, or two ships.
In the example which will be described, the receiving antenna system comprises several antennas arranged in a circle. Three Al antennas. A2 A3. have been shown by way of example, but a larger number can be provided. It is assumed that the transmitting beacon radiates waves of agreed frequency or phase.
Said antemes are connected cyclically and successively, to the radio-receiver, by means which will be described and, as such, the signal applied to said receiver is constituted by a wave whose phase varies abruptly during the change of the frequency. connection connecting one of the antennas to the receiver and the magnitude of this phase variation depends on the position, in 10 antenna system,
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of the antenna connected at the time considered to the receiver, with respect to the direction of propagation of the waves received.
The receiver is represented as comprising an amplifier, represented by rectangle 1, an amplitude limiter represented by rectangle 2 and a phase or frequency discriminator represented by rectangle 3, as well as a filter circuit represented by rec - tangle 4. A phase comparison and indication device is represented by rectangle 5. Rectangle 6 represents a source of oscillations which controls, as will be seen below, the switching of the antennas A1. A2. A3. and which, therefore, constitutes a suitable source of a comparison wave, which is applied to the phase comparison apparatus 5, together with the output energy of the filter 4.
Rectangle 7 represents a device for producing pulses suitably phased, from the oscillations provided by 6. There is, for each period of oscillations of 6, one pulse from each antenna AI to A3. Alternatively, 7 may be a pulse generator and 6 a device for producing the suitable lower harmonic of the pulse frequency.
The pulses at the output of 7 are preferably rectangular in shape.
Arrangements for switching the antennas A1 to A3, cyclically and successively, relative to the amplifier
1 of the receiver, include the corresponding detectors Dl. D2.
D3, which, under normal circumstances, are not conductive and which are connected in series with the antenna which is associated with each of them, as shown in more detail in figure 4. The pulses of 7, phase-shifted with respect to each other, are applied to the detectors D1. D2. D3. so as to make them conductive for the duration of the corresponding pulse and, consequently, to connect each of the antennas in turn to amplifier 1.
In the case of a simple @ "theft to goal" device, two
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only antennas are needed. If you want automatic radiogoniometry, you need three. or more than three antennas and these are, of; .reference, arranged at, equal intervals on a '? circumference.
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The input energy of the amplifier 1 1; 8 therefore 8onsti- tuted by a succession of pulses very -I¯ ">, â1'aC> îC, Sa but also spaced, there, the frequency of the waves received and with amplitudes è: \ ':; rox: il] la; uiv.'!:. 8rl '/:' equal. It is Y] e "'CE'.S; e1.17. (? that the pulses of received waves are of equal amplitude, but. h causes this. 1 practical imperfections, such as unequal antennas, detec-
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.beurs, or pulses from 7, or from C8u, are reactions between the antennas, they are not exactly equal in amplitude. The received wave train must therefore be deaf to the effeb of limiter d. 'ai # i 1 1 - u <i 2.
I, '0ner, :: i (of output; of 2 is of constant amplitude, but the phase of its waves is subjected to sudden variations at the Moments of the passing from one -'YltJ't111P. To the next, the value of these variations of: l1.aSG depending on the spacing of the antennas and the direction of arrival of the waves received.
1SC ('ïlllà¯f'l%?.;' J (: 11Ï 'of phase 3 is identical to any demodulator detector of: phase or. # Frequency, well known in the art of closed communication systems with, frequency modulation.
Here, if desired, the phase modulation of the received waves can be considered as frequency modulation by means of a waveform corresponding to the derivative as a function of time of the
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modulating waveform of 1. ha: 3 :,),;, 1,.>: # + Tl ..;
that the output energy of 3 contains all the frequencies of the, original phase modulation, reads 1.r: a, s8 of C13. (. llJ3lu. '. of these frÉ'Jo.GnC8S components being modified by 90 the phase diagram varies cyclically with the frequency-
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that of generator 6 G't9 liaI 'suite, the output energy of discriminator 3 contains this frequency, which is filtered' jw1 'by filter 4,
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so as to produce a sine wave. The phase comparison with the wave coming from 6 serves to indicate the direction of propagation of the waves received, and this in the following manner.
In the case where only two antennas are used, the phase modulation of the waves received is in the reverse direction, depending on the antenna which is most advanced in the direction of propagation of the waves received. When the two antennas are parallel to the wavefront, no frequency or phase modulation is produced. It is arranged so that the output energy of the receiver filter 4 is in phase, or in phase opposition, with the output energy of 6 and, in this case, the phase comparison apparatus
5 can be constituted by a simple left-right indicator, or by a dynamometric type road indicator device.
Thus, the arrangement shown in Figure 1 using two fixed antennas on an airplane, can be used as a target flight system for said airplane if the latter is directed so that the two antennas are always parallel to the wave front. received, which is indicated by a zero reading on the meter 5. According to a variant, if two antennas rotating in a single block are used, the arrangements shown in FIG. 1 can be used to determine the bearing of the aircraft carrying the receiver, provided that the antenna system is rotated until the measuring apparatus 5 indicates zero, the bearing being indicated on a compass scale associated in the known manner with the rotating antenna system.
When three or more antennas are used, equally spaced on a circumference, the phases of the phase modulation sweep of the received waves produced by the switching of the antennas vary directly with the direction of propagation of the received waves. , compared to the antenna system. It is then to be desired that the discriminator, or demodulator 3, gives an output energy whose amplitude varies linearly with respect to the
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phase variation of the input waves, when we obtain an indication
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Bearing cation without error, on the inctica ,, tor: from lriàs8 5.
When using a, 2rsttrae de à molula, tion de -; -. ^ "se, the output energy of r7i; c =: īra: inat; trn due to a phase variation is proportional to, u sine of the angel of 11: a80, so that .1. When the antenna spacing is more than 70 electrical degrees (i.e., approximately more than cin (). \. Úè: 1: 1n of the operating wavelength), some distortion occurs in demodulation The effect of this distortion, with the present method of determining the bearing, is an error which is equivalent to the well-known "octantal" error of the direction-finding system
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classic .. 'Adcock.
When the 7th antennas are used in the present case, this error is octantal and, in order not to be serious, the adjacent antennas must be spaced more than a fifth of the operating wavelength. .
A suitable provision of discrimination which avoids this limitation in the spacing of the antennas thanks to
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The use of the US of four antennas will now be described in connection with figure 2 of the accompanying drawings, which shows the arrangement of figure 1 in more detail with regard to
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the discriminator 3. The recbanales are given the same references as in, figure 1.
The discriminator system is symbolically represented in the form of rectangles cl 1 t inside the dashed line frame 3 and the antenna and switching system is generally indicated by rectangle 8, the output circuits of the five antennas being represented as connected to a
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common point. By this means, the spacing of the antennas can be increased beyond one-fifth of the wavelength only because the difference in the delays of the discriminating channels is equal to the operating time of an antenna.
As will be seen later, the difference in delays at, la. output of both lanes contains
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degrees of phase shift which are the degrees of '3ë'ph.a, San'e differences
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of the original modulation on two adjacent channels.
Rectangle 9 represents a constant frequency oscillation generator of known type, for example controlled by a crystal and supplying the frequency F at its output. Rectangle 10 represents a modulator or detector stage to which the phase modulated wave from the output of amplitude limiter 2 at frequency f is applied. Floor 10 gives, to. its output, the frequencies f + F and f - F, are applied to it to the filter represented by the rectangle 11, which passes either the frequency f + F or the frequency f - F, to a second modulator or detector stage represented by rectangle 12 and also supplied at frequency f directly from amplitude limiter 2.
The second modulator or detector 12 gives, at its output, sum frequencies and difference frequencies among which we find either (f - F) - f = - F, when the filter 11 lets f - F pass, or (f + F) - f = F, when the filter 11 lets f F pass. The frequency F at the output of the second modulator 12 is selected by the filter represented by the rectangle 13, which it crosses.
It should be noted that the filter 11 should select only one sideband, either f - F or ft F, because the direction of the phase modulation at the output of the second modulator 12 at the frequency F depends on the sideband that was selected. If the filter 11 allowed the two sidebands to pass, the output energies would scramble to each other and be deeply modulated in amplitude.
The output energy at frequency, F of filter 13 is applied to the frequency discriminator, or to the phase demodulator represented by rectangle 14, which outputs a low frequency wave corresponding to the frequency modulation or phase of the output energy of the amplitude limiter 2.
Note that the waves at the output of amplitude limiter 2 are distributed over two channels, one directly applied.
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to the second modulator 12 and the other, 3 traders the first modulator E 10 and the filter 11, also applied to the second. "modulator 12.
These two channels have, between themselves, a difference in delay, or transit time. On channel 10, 11, the frequency is shifted by one quan
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constantity and the re-combination of the waves coming from the two channels in the modulator or detector step 12 produces, at the output thereof, a phase modulated wave (this modulation being con-
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, s.iii - ;. ied by the difference in the modulations of the signals coming from the two channels), of constant mean frequency, which is demodaled to the mqmr of the phase demodulator, or frequency discriminator of normal type 14.
Another useful form of a demodulator is as follows. The receiver's intermediate frequency is used to synchronize an oscillator to a lower harmonic of the inter- frequency.
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mechanic. Said lower harmonic generator oscillator is, of course, at constant amplitude, which gives an excellent equilibrium.
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value of a limiting effect and the subdivided phase eloneation of the oscillation thus produced assists in the final linear demodulation.
Preferred embodiments of elements 6 and 7 of Figure 1 are as follows.
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The numeral 6 denotes a stable source of oscillations, for example a crystal controlled oscillator, whose output energy is applied ':) to element 7; which can be a montage of
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multivibrator type, arranged so as to rl'oc1. Will:. the rectangular shaped pulses, of the duration 'necessary for an antenna switching pulse. Los said pulses are passed through a passive delay network, or 'li, artificial c¯TI8, shown at 15 in FIG. 2 and from which taps Dl to.
D5 provide - the system of out-of-phase pulses necessary for switching the
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antennas. This arrangement makes it possible to avoid 1Iusa: "'of several electronic devices and it provides the necessary impulses 8, closed stable time intervals. Ij a: t.: ;; 1.> X.n uses it, it is
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possible to leave between the various pulses, small time intervals, so that the selective circuits of the receiver do not produce 'overlap between the pulses of the signal, before these are subjected to the reception limiter 2: The transitions phase are therefore made independent of the signal amplitudes.
If desired, a feedback from the delay network 15 can be used to stabilize the oscillation frequency of the rectangular oscillation multivibrator assembly 7, as shown in broken lines at 16.
Another particularly advantageous form of antenna switching system is represented symbolically in FIG. 3. In describing this arrangement, it will be assumed that there are eight antennas A1 to A8 to which crystal detectors D1 to D8 are connected in series. In this FIG. 3, the rectangle 17 represents an oscillation generator producing a rectangular wave, ire, for example by means of a multivibrator type assembly, or a sinusoidal oscillator followed by a device giving the wave pro takes a rectangular shape, for example an amplifier-limiter.
To take a concrete example, it is assumed that the generator 17 produces waves of frequency 33.3 kiloperiods per second. The output energy of 17 is applied to a differentiator assembly represented by rectangle 18 and the negative pulses of the product of the differentiation are removed in a known manner, for example by means of a rectifier, which provides a train of short positive pulses at 30 microsecond intervals, which is applied to a frequency divider arrangement shown by rectangle 19.
This frequency divider can be formed by any well-known multi-vibrator assembly and the train of positive pulses coming from 18 is employed to synchronize said multivibrator on the lower eighth harmonic (because of the use of eight antennas) of the pulse recurrence frequency, i.e. over 33, 3/8 kiloperiods = 4.1.6 kiloperiods and we obtain, at the output
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of 19, pulses at this repetition rate, with a spacing period of 240 microseconds.
The train of pulses at the output of 19 is used to trigger the attic relay 'of a series; = the eight trigger relays, that is to say of multivibrator assemblies arranged in such a way as to present a stable, \ La)) and an unstable state and to define time periods of 30 microseconds.
When he has. been triggered from its stable state to its unstable state, the relay automatically returns to its stable state after 30 microseconds. Said relays are represented in, la, figure 3 by the rectangles K1 to, k8, each corresponding to the one of the antennas A1 to A3 (only the relays K1 to.
K4 and K8 have been represented in the figure) An impulse obtained from one of these relays is used to trigger the next relay in the series, as indicated by the series connection, or in cassade, of the rectangles K1 to . K8
According to what has just been described, the intervals of 30 Microseconds defined by the relays at.
Kl to K8 tripping would not be exactly equal, as they would depend on the particular setting of each relay. To stabilize these 30 microsecond intervals, the pulse train at 30 microsecond intervals produced by the differentiator 18 is applied to all relays k1 through K8 in the direction necessary to promote their triggering towards their steady state.
In the beginning, the natural periods of the relays are set rather above 30 microseconds (e.g. 35 to 30 microseconds) and the 30 microsecond train is used to accelerate and control the precise instant of return to stable, equilibrium. . As only one relay can perform one active duty cycle at a time, there is only one relay which is driven to stable equilibrium by an impulse.
The feedback trip effect of this relay produces the start trip of the next relay, which in turn is brought back to equilibrium by the next pulse.
According to a preferred arrangement, each of the relays is
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consisting of a single multi-grid tube whose electrodes are interconnected like those of a tripping relay.
./ 'Note that the rectangular wave of the output of these relays has a mark-to-space ratio of 1/7 and that the beginning of the space period of one coincides exactly with the beginning of the period of marking of the following, as indicated in 201 to 208
The pulses 201 to 208 are applied, with suitable energy levels, to the corresponding crystal detectors D1 to D8, thereby switching the associated antennas A1 to A8 successively on the receiver, for periods of 30 microseconds each, every 240 microseconds. A cyclic switching of the antennas is thus obtained at a general frequency of 4.16 kiloperiods / second.
The antennas A1 to A8 are, in general, separated from the transmitting beacon by different trajectories and, in this way, a sudden phase variation of the high frequency carrier wave is obtained, when one of the antennas is disconnected and that the next antenna is connected.
The output energy of the frequency divider 19 is used as a comparison wave and can be passed through a filter, so as to produce a sine wave, or subjected to other processing, depending on the type of comparison device. phase 5 employee.
The most practical form of detector, for antenna switching detectors Dl. D2. D3. etc ... depends on the frequency band on which the system is to operate.
On very short waves, it is necessary to obtain a very low impedance signal path during the pulse, but no self-capacitance path should be produced when the pulse is not present. For this reason, it has been found that the most practical solution is provided by the crystal detector. Example data for a crystal suitable for switching antennas at frequencies of about.
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100 megarodes / second are as follows:
Resistance 200 ohms (positive polarization) and 2000 ohms (negative polarization). Micro-microfarad capacity I, equivalent to a reactance of 1,500 ohms.
A crystal detector is connected between each antenna and the transmission line associated with it and, also, between each transmission line and its junction point with other lines.
Thanks to this means and to the use of any shunt resistance on each line, the effective marking-to-space ratio (amplitude) of the stirring waves of each antenna is greatly improved and the receiver is always connected, through a line of single transmission, to a single antenna, which avoids the load of the input of the receiver by several lines and possible short circuits on certain frequencies.
On longer waves, it will be seen that it is more convenient to use detector diodes, for switching the antennas in D1 to D8, because the specific capacitance of said diodes (for a given conductivity) only provides a ':
) very low leakage path and the. leakage resistance is much lower than that of crystal detector
The method of connecting the bucket switching detectors must:
preferably, be such that, when the detector is not conductive, the antenna itself is not only disconnected from the receiver, but also prevented from reflecting signals,
which would result in a reaction to that of the other antennas which is in use. A practical form of antenna and switching detector is shown in Figure 4. the antenna has the shape of a hairpin half antenna A, the vertical height of which is a quarter of the corresponding wavelength.
the operating frequency. When detector D is not conducting, the antenna is disconnected from the line and left as an open-circuit quarter-sound line,
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which is unable to absorb or reflect the signal wave.
Reference 21 designates the transmission line connecting the antenna
A at / common junction point J, and it has been shown as a coaxial line. A capacitor 22 is interposed between the crystal detector D and the line 21. The suitably phase-shifted pulse from the phase-shifted pulse generator 7 (Fig. 1), is shunted onto crystal detector D through connection 23, through a resistor or choke 24, as shown. .
The particular case of a very high frequency radiogonometer will now be described.
In a direction finder which is to operate over a frequency range of, for example, 100 mega-periods / second to 150 mega-periods / second, it is quite possible, in practice, to use a group of antennas arranged according to a circle of diameter equal to one wavelength, or even to two wavelengths, and it then becomes necessary to use a total number of antennas of about eight to twelve. The effect of obstacles at the point of reception then causes much less errors than in the case of the normal Ad-cock system.
At such frequencies, the bandwidth of a normal receiver is about 100 kiloperiods / second, which imposes a "response delay of about 10 microseconds.
A practical operating time for each antenna, corresponding to this response time is 30 microseconds, so that for the eight antenna system, the cycle period is 240 microseconds and the modulation cyclic frequency a little higher than four kiloperiods / second. Such a switching frequency is very suitable, since the switching then produces negligible interference to the reception of the speech signals, so that station identification and traffic can be obtained simultaneously. - telephone, with direction-finding.
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A system will be described below: 3: 1: 10-; t: 110'iī, rl, UC: ⯠011- ,. long.
The arrangements described above allow a large
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improvement of the system: e8, rho - ',' o: autorabic liomÓt dq, u0 usable on long waves, in particular when space is limited for the antenna; like on a vehicle. The normal Adcock system does
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not suitable when J. ' e31:, weDué) rrL of the antormos is -2'iine very small 'part of the. length (the wave of iOnCi.:LUTlYIIi't?nt, because the differential signal of two antennas which accidentally are found to be unequal no longer constitutes a measure of phase difference.
With the provisions conforming to certain characteristics of the invention,
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this limitation is no longer imposed, ca, r the sī3rla, u, ir¯éga, ux are equalized by the effect of the reception limiter 2.
The switching speed of the antennas must, of course, be very low compared to very high frequency operation, but this reduced switching speed is still compatible with the usual standards of selectivity of the receivers for such frequencies. .
In a long wave system, the antenna switching diodes are normally connected in series with the A antennas, which are in turn tuned by the same reactance network.
In practice, as all the antennas are finally connected by the same line from the junction point J, to the reception amplifier 1, each antenna A is connected through a diode D, of low impedance, to the matching network , or to the first tuned circuit of the receiver, so that each antenna is tuned, through the same network. Therefore, the phase shifts of the signals produced by the tuning errors are not relative phase shifts between the signals of the different antennas and no bearing error can result.
The following relates generally to radio-electric navigation beacons.
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Technicians will understand that the antenna switching beacon is identical in principle to the antenna switching radio direction finder system. When a transmitter is switched to several antennas, the signal received at any point in space carries the same modulation which would appear at the receiver if the position of the latter and that of the transmitter were swapped.
Thus, the automatic direction-finding system which has just been described can easily be transformed into an omhidirectional beacon, by substituting a transmitter for the receiver. However, it is necessary to transmit a reference signal, in order to compare the phase with the modulation of the received signal.
There is yet another feature by which the beacon and direction finder systems are likely to differ. In the case of the radio goniometer, it will rarely be, or never will be advantageous to connect the receiver to the antennas through transmission lines of different electrical lengths. In the case of the beacon, on the contrary, it may be advantageous to use different lengths of lines, with a view to producing a route which is not exactly at right angles to the antenna system.
For example, for the production of a landing path for airplanes, it is not necessary to have a set of antennas in width inclined at a small angle from the vertical. It is more practical to arrange all the antennas at ground level and phase them so that no modulation occurs along a landing path of very low inclination with respect to the plane. horizontal.
The same precautions are necessary as in the case of the direction-finding system to avoid the reaction between the antennas. When the antennas are disconnected from the transmitter, they must be unable to absorb or reflect energy from other antennas.
It is, of course, impossible to apply to a 'detector
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high power crystal, so another switching technique is necessary. Switching detector diodes could be made, although large currents must pass through them, and, moreover, their inability to deal with the amount of energy would be liable to cause them to produce harmonics of the frequency of the emitter. , which would be radiated.
A slight practical disadvantage is that a fairly large power is required for the various switching pulses. Despite these drawbacks, one can reasonably envision in practice the use of switching diodes, in particular if it is possible to connect them in pairs, in opposition, on the signal paths leading to the antennas, which allows an immeasurable economy. pulse power carrier and an appreciable reduction in the emission current required for the diodes. Of course, it is possible to use, for each antenna, a separate amplifier, which can be easily modulated by pulses. One type of amplifier suitable for the lower frequencies of the high frequency range is the well known cathodyne.
At high frequencies, when the cathodyne is not performing well, the gate-set amplifier can be used. Earth. In the latter case, the grid is earthed with respect to high frequency voltages, but it can be actuated by pulses, with a view to switching the antennas.
But the preferred form of very high frequency switching members is a triode, mounted, not as an amplifier, but simply as a variable impedance, in series in the power connection from the transmitter to the antenna. Each triode, or. in certain cases, each pair of triodes, has its anode and its grid connected in short circuit) ¯ 'one to, the other, from the point of view of the voltages at high frequency and the impedance between cathode and anode is used to much like the cathode-anode impedance of the diode. An advantage of this sys- tem is that it requires only one impedance modulation day.
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low pulse power.
Another frequently encountered difference between beacon and direction finder techniques is as follows (although direction finding systems may in some cases use the beacon technique to advantage). In the case where the beacon (or the direction finder) must serve only part of the space, it is desirable to concentrate the energy emitted in said part of the space. The individual antennas of the beacon (or of the direction finder) can advantageously be established so as to present the directional diagram of the desired energy distribution.
The various directional diagrams must, of course, be of very similar form and intensity, in order to avoid any parasitic modulation of the signal.
Another difference between the beacon and the direction finder is that it is often necessary in the former case to radiate communications other than those relating to the bearing. All the beacons which will be described below can radiate a conversation, or another communication, by simple amplitude or frequency modulation of the whole transmission. In the case, for example, of amplitude modulation at the transmitter by means of speech, the signal is demodulated before being applied to the reception limiter, i.e. the speech modulation is collected before determining the directive information.
FIG. 5 schematically represents a simple beacon providing a single azimuthal route and comprising certain characteristics of the invention. The transmitter, represented by the rectangle 25, is used to excite two antennas TA1 'and, TA2, alternately by means of a switching system as described above, represented by the rectangle 26 and the detectors. TD1 and TD2.
The wave received by a receiver fed continuously from a single antenna system is equivalent to that which would be received by the equivalent radio-direction finder system, i.e.
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by the target flight device described above. Fear. since it is not necessary to radiate a separate "dispel doubt" signal in accordance with a feature of the invention, the two antennas are energized for unequal periods of time.
For this purpose, the switching system may comprise a rectangular shaped pulse generator whose marking and space periods are unequal., The output waves of said generator being respectively applied, with reverse phases, to the detectors TD1. and TD2.
In all directions, the received wave is hardly amplitude modulated, but undergoes rhythmic phase transitions. The phase modulation waveform consists, in fact, of a "point", or a "line", depending on the direction of the deviation from the road, as will be understood later.
The receiver for use with the beacon may include; as shown in figure 6, a single AIO receiving antenna, of any suitable shape desired, a high frequency amplifier represented by rectangle 27, an amplitude limiter represented by rectangle 28, a phase or frequency demodulator of normal type, as used, for example, in frequency-modulated broadcasting sirstsms and represented by rectangle 29. Demodulation by means of such a device gives an output energy in accordance with.
the frequency modulation of the received waves, that is to say the first derivative of the phase modulation.
With the simple beacon with two antennas shown in figure 5, the output energy of discriminator 29 looks like the, conrde b, figure 7. Curve a of FIG. 7 represents the original phase modulation for the "points". The signal represented by curve b can be integrated, in order to obtain the waveform of curve c; figure 7, which we apply to, an indicating device with central zero of known type, usually employed
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in the receivers of approach route systems by points and complementary conjugate lines.
However, as will be seen later, it may be more advantageous to employ more than two antennas, in which case the phase modulation waveform of the signal would be represented by the curve d and the output wave of the signal. discriminator 29 would have roughly the shape of the curve e of the same figure 7.
This term would be suitable for application to a balanced detector operating according to the square law and providing continuous output energy, positive or negative, which would be applied to an indicator. This arrangement is represented by rectangle 30 at a. figure 6.
When the indication of the course by a measuring device is necessary, the signals of points and lines represented by the curve c in figure 7 (signals of points) can be converted into positive and negative direct currents, in accordance with any known method used in blind approach systems employing signal beams of points and complementary conjugate lines, for example as described in our patent number 474,319 of July 4, 1947.
These arrangements can be represented by the rectangle 30 as, in general, any indicator assembly whatsoever.
When an amplitude modulated speech channel is provided, part of the output energy of the amplifier, 27 at high frequency or at intermediate frequency is applied to the amplitude demodulator represented by rectangle 31. , the output of which is applied to a converter unit represented by the telephone earphones 32.
Note that the normal frequency discriminator gives its maximum output energy when the phase modulation transitions are 90. If the two antennas are spaced at a quarter of the operating wavelength, the road appears at right angles to the line joining the antennas and a course indicator actuated by a measuring device gives an indication that
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gradually increases with the distance from, from the road, to, the final position.
As the normal discriminator gives a zero response for a phase transition of 180 a false route appears for an antenna spacing greater than half a wavelength, so that the best sharpness of a single route without a false coil is obtained. with a spacing) of the antennas little less than half the wavelength.
In the case of this simple two-antenna beacon, the antennas can be switched by means of separate amplifiers, or other electronic switching devices, the "manipulation" or modulation waves being produced by a single ratio multivibrator. marking-space different from the unit, as already indicated.
Route detection is most easily done by means of the normal frequency modulation discriminator receiver, if a third antenna is added to the transmitter, as shown in broken lines in Figure 5. For example, if three antennas are arranged in line, TAL TA2. TA3. and that we do TA1-TA2 - iL / 8 wavelength and TA2-TA3 - # / 8 wavelength the phase modulation diagram will be in accordance with figure 7d and the output energy of the discriminator frequency 29 of FIG. 6 will have the appearance of curve e of FIG. 7 for the "line" signals. The inverse curve would be obtained for the "point" signals if the antennas of the tag TA1. TA2.
TA3. were excited laying equal time intervals, in the order TA1. TA2. TA3. TAl.
TA2. TA3. etc. The differentiation of the phase modulation by means of the frequency discriminator 29 gives the waveform of the curve e in figure 7. The application of the, said wave e to. a road indicator assembly 30, in the form of a bridge rectifier operating according to the square law, or a polarized bridge rectifier, gives a negative continuous output energy, because of
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the pronounced negative tip. The corresponding inverted curve of e, received on the other side of the road, gives the corresponding positive continuous output energy.
The figure shows schematically and by way of example, the transmitting beacon system comprising certain characteristics of the invention, applied to the production of a single high precision route.
The transmitting antenna system comprises a certain number, greater than two, (five of which have been shown) of antennas
TAII to TAL5 each of them comprising, in series, a corresponding switching rectifier TDII to TD15. Each of the entennas is connected, through its corresponding switching impedance
TD11 to TD15, has a transmitting apparatus represented by rectangle 33, through a corresponding phase adjustment network PNII to PN15.
These latter networks are tuned so that the energy applied from 33 is in phase on all the antennas.
The antennas are arranged along a straight line transverse to the desired route. They are excited in turn, first from TA12 to TA15 (i.e. from left to right) or vice versa, for small equal time intervals, and then in the direction inverse, from TA14 to TALL, or vice versa, during larger time intervals. For this purpose, two switching systems are provided, which can be as described with reference to Figures 2 and 3, and use the delay network, or the series of trigger relays. In either case, the switching devices are shown in Figure 8 by rectangles 34 and 35.
In the arrangement shown, trip relays, represented by rectangles 36 and 37, are arranged to produce, in operation, pulses of substantially rectangular shape, those produced by 37 being of longer duration than those produced by 36. , as indicated in 38 and 39 respectively.
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It will be noted that the TAL5 antenna is controlled by an impulse from the switch 34 only and the TALL antenna by one impulse, ion the switch 35 only, but that the antennas TA12, TA13 and TA14, that is to say the intermediate antennas are controlled by pulses from the soft switches 34 and 35, in suitable sequence.
When 34 and 35 represent delayed networks, a pulse delayed by a time equal to the duration of pulse 41 is obtained at the output of 34 and applied to trigger relay 37, whose output pulse 38 is of duration greater than that of 39 and is applied to the input of the delay network 35, and also to the control of the antenna TAL4. Pulses are obtained from suitable taps TP3. TP2. TPL such that the interval between them is equal to the duration of said pulses. These pulses are applied to the control of each of the antennas TA13. TA12.
TALL The pulse obtained from the TPO tap on 35 is retracted behind the pulse obtained from TP1 by an interval equal to the duration of pulse 38 and is applied to the trigger. relaxation relay 36, which produces the shorter pulses 39 These latter pulses are applied to the input of the delay network 34 and, directly, so as to control the antenna TA12. Delayed pulses of time intervals equal to the duration of pulse 39 are obtained from the taps TK3. TK4. TK5. for ordering TAL3 TA14 antennas. TA15.
A pulse obtained from TK6, on the delay network 34 is applied to the triggering of the relaxation relay 37 and the rest of the operation of the switch constitutes the repetition of the cycle which has just been described.
When rectangles 34 and 35 represent series of relaxation relays, the output emergy of the last relay of 34 is applied to triggering of the first relay of the 35 series and the output energy of said first relay is applied to, the ordered
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of TA14. The output energies of the second, third and fourth relays are.
respectively applied to the control of TA13, TAL2 and TALL The output energy of the fourth relay of 35 is used to trigger the first relay of the series 34 ,, whose output energy is used to control TAL2 Similarly, the output energies of the second, third and fourth relays of 34 respectively control TAL3 TAL4 and TA15. The output energy of the fourth relay 34 is used to trigger the first of the relays 35, and the described cycle repeats.
The receiver to be used with the beacon described in connection with figure 8 is the same as that described in relation to figure 6.
The spacing of adjacent antennas should not exceed half wavelength and preferably should not be greater than quarter wavelength. When the antennas are energized from an ordinary CW source, through equal paths from the source, no modulation occurs in the direction perpendicular to the antenna array.
Outside the road, the received signal is phase modulated according to the curve a of FIG. 9 or to the reverse curve, depending on the direction of the deviation from the road. In a practical case comprising a large number of steps (that is to say a large number of antennas :) the phase modulation curve obtained in a receiver with a narrow passband looks like the curve more shown in b, figure 9, and its 'differentiation' by means of the frequency demodulator 29 of figure 6 provides the waveform of curve c, figure 9, that is to say lines for one side of the road and dots for the other. This wave can be applied directly to the indicator assembly 30.
Alternatively, with a smaller number of antennas, and using a medium-width passband receiver and a wideband frequency demodulator, the phase modulation curve a of Figure 9 produces, at the output of the discriminator 29, the waveform d of FIG. 9,
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which, after a slight integration, gives rise to the waveform c. of the same figure. In this case, the integrator assembly Ieun be a low pass filter.
The arrangement described in connection with FIG. 8 also constitutes a practical form of a landing path beacon, if a set of horizontal radiators is used: each of them arranged very close to the ground (for example at a distance of half a wavelength).
However, since it is not desired to produce a vertical route, the length of the feeders leading from the transmitter to the various antennas increases progressively from one end of the assembly, in which case the regulators of PNIL-PNL5 phase can be omitted or, alternatively, can be used for course setting.
A zero phase modulation is produced on the surface of a sharp cone whose horizontal axis is formed by the line passing through the antenna system. Of course, this conical surface should be cut in a vertical plane defined by an azimuth system, thus defining a single predetermined landing trajectory.
In the case of a landing path beacon, it is not absolutely necessary to avoid false routes occurring at angles very different from the correct route because, because of the considerable acuity of the system, these false routes cannot be confused with the correct route by the pilot of an airplane. Consequently, the spacing of the antennas is not limited to a maximum of half a wavelength and the total number of antennas necessary for a good definition of the road is not high.
An omnidirectional beacon having certain features of the invention is shown in Figure 10 and the receiver intended to use this beacon for the determination of bearings is shown in Figure 11.
The beacon shown in, figure 10 is quite similar
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to the equivalent omnidirectional automatic direction finder shown in figure 1, and it is not necessary to give much detail about it.
A number of antennas, eight in the example of figure 10, TA21 to TA28, are arranged at uniform intervals around a circumference and they are switched, in circular succession, at equal time intervals, as with the switching system. described with reference to Figures 2 or 3. Such an arrangement is represented in FIG. 10 by the rectangle 40, from which phase-shifted pulses of rectangular shape are applied to the rectifiers, or to the corresponding switching diodes D21 to D28, connected in series with the corresponding antennas, in a manner to allow the passage of energy, in cyclic succession, from an emitter, represented by the rectangle 41.
As will be seen in FIG. 10, the transmitter 41 is connected to each antenna by the same length of transmission line and all the antennas are thus supplied by means of in-phase energies.
The waves of the beacon of Fig. 10 received at any point in space are thus frequency modulated at the rotational frequency of the switching of the beacon and the phase of the modulation varies linearly in accordance with the frequency. bearing of the receiver relative to said beacon. To obtain a direct reading of the bearing, it is necessary to transmit, from the beacon, any reference signal from which a comparison wave can be obtained at the receiver. This can be accomplished by any of the known methods, for example by one of the following.
(1) Synchronization pulses may be emitted from the beacon, either as positive pulses of increased radiation, or as negative pulses of reduction or momentary interruption of transmission, when the transmitter of a specified geographical position is energized.
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(2) One can use a modulation on amplitude or in.
1-, hase of the carrier wave emitted by the beacon, at half of the. circular switching frequency of the beacon. A correct frequency comparison wave can be obtained at the receiver by doubling the received amplitude or phase modulation frequency.
(3) A separate carrier wave can be radiated from the beacon and modulated in any way by a comparison wave, which can be obtained, in known manner, at the receiver.
This separate carrier wave can also be used to produce beats at the receiver with the main emission of. the beacon, which converts the frequency of the waves received into a frequency allowing the use of a very stable frequency demodulator.
An example of a receiver that can be used with the beacon of figure 10 is shown in figure 11. In this last figure, the receiving antenna is shown as AII and, as in the case of figure 1, the output energy of AII is applied to a high frequency amplifier, represented by rectangle 42 to a limiter from amplitude, represented by rectangle 43 to a phase discriminator, represented by rectangle 44, to the filter represented by rectangle 45 and in the assembly '' the phase comparison and indication represented by rectangle 46.
The arrangement of the production set-up of the comparison wave according to the above-mentioned method is represented by the rectangle 47 and the output energy of 47 is applied to the phase comparison system 46 at , the well-known way.
If a conversational or other signaling path is superimposed on the transmission of the beacon in the form of amplitude modulation an amplitude demodulator can be supplied with part of the output energy of the amplifier stage. at high frequency 42 as in the case of fiture 6 In the
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in the case of frequency or phase modulation, the signaling frequencies can be collected by filtering, at the output of discriminator 44, in the known manner.
Note that the output energy of discriminator 44 is similar in shape to curve a of Figure 9, except that the degrees thereof are equal to the increase and decrease in amplitude. The output energy of filter D is a nearly pure sine wave.
Although only a few embodiments of the invention have been described above, it should be understood that this description should not be considered as limiting and that many variations may be employed, without departing from within the scope of the invention.