La radiogoniométrie (2)

25 février 2012.

 

2.1.1.3 - Fonctionnement du cadre dans le cas général - Erreur de polarisation.
Nous avons étudié jusqu’ici le cas de la polarisation verticale et des plans d’onde verticaux, parce que c’est un cas important dans la pratique, lorsque l’on reçoit l’onde directe provenant d’un émetteur placé sur le sol (cas des ondes longues, des ondes moyennes de jour, des ondes courtes à petite distance avant la zone de saut). Le cadre est alors susceptible de donner des relèvements corrects.

Nous allons étudier maintenant le fonctionnement du cadre dans le cas général ou l’inclinaison des plans d’onde et la polarisation sont quelconques. Comme nous l’avons vu, le champ peut toujours être décomposé en une composante verticale et une composante horizontale.

Vis-à-vis de la composante verticale, le cadre possède toujours son diagramme de directivité en 8. Mais la composante horizontale vient ajouter des tensions parasites qui déforment ce diagramme. En effet, cette composante peut avoir une direction quelconque dans le plan horizontal ; si le plan du cadre est perpendiculaire à cette direction, il n’y a aucune f.é.m. induite ; le cadre est à l’extinction relativement à la polarisation horizontale.

Si le plan du cadre est parallèle à cette direction, la tension induite est maximum ; on obtient vis-à-vis de la composante horizontale un second diagramme de directivité en 8 mais son orientation est quelconque, comme celle de la composante horizontale.

Or, on mesure aux bornes du cadre la f.é.m. totale. Les deux diagrammes se superposent donc. On obtient par exemple la combinaison représentée figure 20. On porte suivant chaque direction de propagation un rayon vecteur dont la longueur est la somme des longueurs et relevées sur les 2 diagrammes, horizontal et vertical. L’angle reste constant, tout en étant inconnu car il représente l’angle que fait la composante horizontale du champ avec la direction de propagation. Le diagramme résultant est tracé en pointillé. La direction de propagation donnant l’extinction n’est plus perpendiculaire au cadre, d’où une erreur. Pour combiner les deux diagrammes, on a supposé que la polarisation était rectiligne, donc que les composantes verticale et horizontale du champ avaient la même phase. S’il n’en est pas ainsi, il n’y a plus d’extinction, le minimum est flou et sa direction est erronée. L’erreur est nulle seulement dans les cas où la composante horizontale est nulle ou si la direction de la composante horizontale du champ coïncide avec celle de la projection horizontale de la direction de propagation. L’erreur se produit dans tous les autres cas et notamment avec les ondes ayant subi une réflexion ionosphérique (ondes moyennes de nuit, ondes courtes au-delà de la distance de saut, ondes émises par un avion au-dessus de l’horizon avec antenne pendante, etc.). Cette erreur est appelée par abréviation, erreur de polarisation.

Elle peut être très importante et a fait rejeter l’emploi du cadre comme aérien de radiogoniométrie dans les cas très fréquents où elle peut se produire. Nous verrons plus loin que l’on a cherché, et que l’on est parvenu à diminuer cette erreur de polarisation, au moyen d’aériens spéciaux. Pour pouvoir estimer dans quelle mesure un appareil donné est sensible à la polarisation horizontale, on exprime la grandeur de l’erreur donnée par cet appareil lorsqu’il reçoit une onde parfaitement déterminée, que l’on appelle onde normalisée pour la mesure de l’erreur de polarisation. Les plans d’onde de cette onde normalisée ont une incidence de 45°. Dans ces plans, la composante horizontale située dans le plan d’onde et la composante suivant la ligne de plus grande pente du plan d’onde sont égales en amplitude. Leurs phases sont choisies de manière à produire l’erreur maximum (fig. 21).

On peut, dans la plupart des cas calculer, ou à défaut mesurer, l’erreur produite par une telle onde avec un aérien donné. Elle est de 35° dans le cas du cadre carré.

2.1.1.4 - Cadres à haute impédance.
On distingue en pratique 2 sortes de cadres : les cadres à haute impédance et les cadres à basse impédance.

Les cadres à haute impédance ont été les premiers employés. Ils sont constitués par un nombre relativement élevé de spires, et forment l’inductance du circuit d’entrée du récepteur (fig. 22).

Leurs inconvénients sont les suivants : ils doivent être relativement près du récepteur car les connexions font partie du circuit accordé ; ils ne couvrent qu’une gamme restreinte de fréquences ; ils supportent mal d’être blindés étant donné que leur impédance est élevée et que la capacité entre l’enroulement et le blindage présente en parallèle une réactance relativement basse. Leur avantage est une hauteur d’entrée relativement grande. La hauteur d’entrée, qui caractérise la sensibilité d’un aérien au champ électrique, est le rapport entre la valeur de la tension apparaissant aux bornes de l’aérien et la valeur du champ électrique qui la produit.

2.1.1.5 - Cadres à basse impédance.
Le cadre à basse impédance se compose d’un très petit nombre de spires à grosse section (le plus souvent une seule spire) relié par une ligne à un transformateur élévateur adaptant sa basse impédance à l’impédance élevée du circuit d’entrée du récepteur.

Ses avantages sont les suivants :

• Grande robustesse, possibilité d’éloigner le cadre du récepteur et de le placer à un endroit favorable (exemple des cadres pour radiogoniomètres de navires, installés au sommet des superstructures).
• Faculté de couvrir avec un même cadre, une gamme très étendue de fréquences, par commutation du transformateur de liaison.
• Possibilité de blinder efficacement le cadre, d’où un effet d’antenne réduit et une compensation plus facile à réaliser. Son inconvénient est de posséder une hauteur d’entrée plus faible. Malgré cela, ce cadre est en général préféré aujourd’hui au cadre à haute impédance et est presque exclusivement employé.

2.1.1.6 - Cadres déportés et croisés.
Nous avons supposé jusqu’ici que le cadre pouvait tourner autour d’un axe vertical et que l’opérateur lisait directement l’azimut. Dans certains cas, la commande de rotation du cadre ne peut être placée à proximité de l’opérateur. On utilise alors deux cadres fixes (croisés à 90°) ayant même axe de symétrie vertical. Ils sont reliés par des câbles à basse impédance, dont la longueur peut être assez grande, à un chercheur radiogoniométrique, appareil dont l’étude détaillée sera faite par la suite (voir paragraphe 2.2.2) (fig. 24).

Le chercheur se compose de deux bobines fixes reliées aux deux cadres et d’une bobine tournant autour d’un axe et dont on repère l’azimut. On démontre que la tension de sortie obtenue en faisant tourner ce rotor est la même que celle issue d’un cadre radiogoniométrique que l’on ferait tourner autour de l’axe des deux cadres croisés.

Le système à aériens fixes complétés par un chercheur radiogoniométrique est donc équivalent à un aérien simple tournant, et possède le même diagramme de directivité. il est très utilisé, en particulier lorsque les dimensions de l’aérien ne permettent pas de le rendre mobile ou qu’il doit être placé assez loin de la cabine de l’opérateur pour des raisons de dégagement. Connu sous le nom de système "Bellini-Tosi", on le rencontre le plus souvent employé avec des cadres fixes blindés ou des aériens fixes Adcock.

2.1.2 - Aériens du type Adcock à H tournant.
Pour éviter l’erreur due à la polarisation horizontale, l’Anglais ADCOCK a eu l’idée de supprimer, dans toute la mesure du possible, l’action de la composante horizontale du champ sur l’aérien.

2.1.2.1 - Description.
Un radiogoniomètre Adcock se compose donc essentiellement d’antennes verticales reliées au récepteur par des connexions qui ont obligatoirement des parties horizontales, mais celles-ci sont soustraites à l’action du champ au moyen d’une construction symétrique complétée souvent par des blindages.

L’idée initiale d’Adcock comportait l’emploi de deux antennes verticales mobiles autour d’un axe commun. On a par la suite donné son nom également à des aériens à antennes verticales fixes. L’aérien Adcock original décrit dans son brevet (1919) se compose de deux doublets verticaux, montés aux extrémités d’un bras horizontal pouvant tourner autour de son axe de symétrie vertical ; ce bras, qui est métallique, sert de blindage aux connexions. Les deux doublets sont montés en opposition et reliés au récepteur suivant le schéma représenté figure 25. Ce type d’aérien est aussi appelé H tournant. 2.1.2.2 - Fonctionnement.
Il suffit de reprendre le raisonnement qui a été fait à propos du fonctionnement du cadre soumis a une polarisation verticale seule. En effet, dans ce cas, les côtés horizontaux de l’aérien ne sont le siège d’aucune f.é.m. On sait que le diagramme de directivité est un diagramme en 8. L’extinction a lieu lorsque le plan de l’aérien est parallèle à la trace horizontale des plans d’onde. Mais la difficulté majeure est de faire en sorte que l’aérien ne soit pratiquement pas sensible à la polarisation horizontale : s’il n’en est pas ainsi, on voit apparaître des erreurs de polarisation.

2.1.2.3 - Erreurs de polarisation.
Elles peuvent être classées en deux catégories : d’une part celles dues à la présence du sol et d’autre part celles dues à. un couplage indésirable entre le système d’aériens et le récepteur. Les premières ne peuvent être éliminées entièrement mais leurs effets peuvent être rendus minimes. Les secondes au contraire peuvent en principe être éliminées entièrement, mais leurs effets peuvent être très importants si certaines précautions ne sont pas prises.

Les erreurs de polarisation dues à la présence du sol sont dues à l’un ou l’autre des deux effets suivants :

1. Différence entre les impédances des parties supérieures et inférieures des dipôles à cause de la dissymétrie du système. En effet, le demi-dipôle inférieur, plus proche du sol, présente une capacité par rapport au sol plus élevée que celle du demi-dipôle supérieur. Il en résulte une répartition des champs et des courants non identique en deux points homologues des deux demi-dipôles et par suite une dissymétrie des impédances internes des deux demi-dipôles.
2. Réception par les dipôles, après réflexion sur le sol, de l’énergie rerayonnée par le blindage de la ligne de transmission. En effet, on peut considérer le blindage comme un élément de circuit excité par le champ reçu : il rayonne donc de l’énergie : le rayonnement direct sur les demi-dipôles est symétrique et son action par suite est nulle si ces dipôles sont eux-mêmes symétriques (fig. 26). Au contraire le rayonnement indirect après réflexion sur le sol ne crée plus le même effet sur chaque demi-dipôle du fait de leur dissymétrie par rapport au sol. il y a création dissymétrique d’un champ vertical sur les dipôles par l’image du bras horizontal dans le sol. Or, ce bras horizontal étant excité par la composante horizontale du champ reçu, on voit ainsi apparaître une cause d’erreur de polarisation : l’appareil est devenu sensible au champ horizontal. Les erreurs de polarisation dues à un couplage indésirable entre le système d’aériens et le récepteur sont dues à l’un ou l’autre des deux effets suivants :
3. Les deux fils de la ligne de transmission horizontale peuvent recevoir le signal incident, mais pas dans des conditions identiques du fait de leur séparation. On y remédie par l’utilisation d’une ligne bifilaire blindée qui élimine toute réception directe par la ligne et fait disparaître cette cause d’erreur.
4. Un couplage dissymétrique de la connexion du récepteur à la ligne bifilaire peut créer des courants circulant dans le coffret du récepteur : cet effet est analogue à l’effet d’antenne étudié dans le cas du cadre. Il est dû à l’induction mutuelle parasite existant entre la ligne de transmission et le transformateur de liaison.

D’une manière générale, les erreurs de polarisation apparaissent à toutes les fréquences mais leur amplitude est maximum aux fréquences de résonance du système d’aériens. Pour l’aérien de la figure 25 où les dipôles espacés de ont une longueur de , les longueurs d’ondes correspondant aux résonances sont données par les formules approximatives suivantes (où , et sont exprimés en mètres).

La résonance la plus basse correspond à la longueur d’onde . Une seconde résonance apparaît pour . D’autres résonances plus élevées en fréquence mais de moindre importance apparaissent lorsque où k prend successivement les valeurs 1, 2, 3, etc. (pour k = 0, on retrouve ).

Les moyens utilisés pratiquement pour diminuer les erreurs de polarisation sont les suivants :

1. On peut essayer de réduire la dissymétrie des impédances internes des demi-doublets en raccourcissant la moitié inférieure des dipôles (on diminue ainsi la capacité par rapport au sol). Mais ce réglage n’est valable que sur une seule fréquence et encore n’est-il qu’approximatif puisqu’on ne dispose que d’une seule variable alors que l’on a deux paramètres (les parties active et réactive des impédances internes) à régler.
2. On peut encore essayer de réduire. cette dissymétrie des impédances en prenant les brins supérieurs des dipôles de diamètre légèrement supérieur à celui des brins inférieurs. Ce réglage peut être valable dans une gamme de fréquences assez étendue.
3. L’effet nuisible du sol (dissymétrie des impédances internes et création d’un champ vertical par l’image du bras horizontal dans le sol) peut être atténué en surélevant le plus possible l’aérien au-dessus du sol. Cette solution, réalisable sur ondes métriques, ne peut l‘être sur ondes décamétriques du fait des dimensions importantes de l’aérien, et de la grandeur de la longueur d’onde.
4. Une autre solution pour réduire les erreurs de polarisation consiste à déplacer les prises de sortie sur la ligne dans des directions opposées. Cette séparation des prises revient à appliquer au transformateur de liaison une tension dépendant du champ horizontal. Si cette tension est réglée en tension et phase pour compenser la tension parasite il y a élimination de l’erreur. Mais ce réglage assez délicat ne peut être valable que sur une seule fréquence ; il est sans intérêt pratique en radiogoniométrie d’interception.
5. La liaison de l’aérien au récepteur se fait en général par un transformateur à large bande assurant le passage symétrique-dissymétrique. Un écran entre primaire et secondaire élimine tout couplage statique et ne laisse passer que le flux magnétique. Ces transformateurs assurent en général une bonne protection contre les erreurs de polarisation. Mais dans certains radiogoniomètres simplifiés, la liaison de la ligne au récepteur est assurée par le bobinage d’entrée du récepteur : un écran élimine en partie le couplage statique, mais la symétrie du bobinage primaire n’est assurée qu’en mettant une capacité d’équilibrage entre une des bornes du bobinage et la masse. Ce réglage qui ne peut être effectué qu’en un point de la sous-gamme du récepteur n’assure qu’une protection médiocre contre les erreurs de polarisation (fig. 27).

Les dimensions de l’aérien d’un radiogoniomètre en H tournant fixent les fréquences de résonance. Si l’appareil ne doit travailler que dans une très faible gamme de fréquences, les dimensions sont choisies de manière à ce que les résonances tombent de part et d’autre de cette gamme à l’intérieur de laquelle l’erreur totale de polarisation gardera une valeur faible.

Le problème est différent si l’appareil doit couvrir une large bande de fréquences. Une ou plusieurs fréquences de résonance peuvent tomber à l’intérieur de la gamme surtout si on a été forcé. de donner à l’aérien des dimensions assez grandes pour conserver au radiogoniomètre une sensibilité convenable.

Le fait qu’à la fréquence de résonance la plus basse, l’effet de dissymétrie des impédances internes des dipôles soit prépondérant alors qu’à la seconde fréquence cet effet est négligeable, permet de définir une méthode d’équilibrage de l’aérien valable dans certains cas. On se place tout d’abord à la seconde résonance et on excite l’appareil à l’aide d’une hétérodyne placée sur le sol à une distance de quelques longueurs d’ondes dans le plan médiateur du système d’aériens. On règle alors la ligne de transmission (longueur, position des prises) pour obtenir un minimum de tension de sortie au récepteur. Puis, en reprenant le même montage mais en se plaçant à la première fréquence de résonance, on peut, la ligne étant déjà réglée, effectuer le réglage des dipôles de manière à obtenir un minimum de sortie.

La méthode de réglage valable pour un appareil donné doit être exposée dans sa notice d’emploi.

2.1.3 - Aériens du type Adcock à antennes fixes.
Pour augmenter la sensibilité d’un radiogoniomètre on est amené, comme dans le cas d’un cadre, à augmenter ses dimensions. On peut soit augmenter la longueur des antennes, soit faire croître leur écartement. On est rapidement limité dans cette voie par l’impossibilité de faire mouvoir des aériens d’un encombrement et d’un moment d’inertie trop grands. Comme pour les cadres, on a donc établi des radiogoniomètres Adcock à antennes fixes, en utilisant un chercheur Bellini-Tosi. Le radiogoniomètre Adcock à antennes fixes le plus simple se compose de quatre antennes disposées au sommet d’un carré. Les deux antennes d’une même diagonale sont réunies en opposition, par des connexions blindées, aux bornes de l’une des bobines fixes d’un chercheur (fig. 28).

2.1.3.1 - Fonctionnement.
Reprenons l’étude faite au paragraphe 2.1.1.1 dans le cas du cadre soumis à une onde plane à polarisation verticale mais en supposant ici que les plans d’onde font un angle avec la verticale. Soit donc une paire d’antennes Adcock distantes de d et choisissons sur chacune deux éléments A et B de longueur situés à la même hauteur (fig. 29). Comme les aériens sont montés en opposition, la f.é.m. résultante de l’action du champ sur les deux éléments est, en gardant les mêmes notations :

Mais D qui est la distance entre les plans d’ondes passant par les deux éléments vaut ici .

Si est petit devant , on peut confondre le sinus et l’arc. L’amplitude de la f.é.m. due à deux éléments symétriques de longueur est alors :

(21)

On voit que cette amplitude est proportionnelle à .

Dans le deuxième jeu de deux antennes situées dans un plan perpendiculaire au premier, cette amplitude est proportionnelle à  ; on retrouve exactement les conditions qui ont été exposées au sujet du radiogoniomètre à cadres fixes.

2.1.3.2 - Erreur octantale.
Si l’expression n’est pas suffisamment petite, on ne peut confondre le sinus et l’arc.

Si Z représente l’impédance commune des 2 circuits comprenant chacun un plan d’antenne, les câbles de liaison et une bobine de chercheur, l’angle trouvé avec le chercheur est donné par le rapport entre les courants et traversant les deux bobinages fixes du chercheur correspondant respectivement aux deux plans d’antennes (rappelons que le principe du chercheur a été donné au § 2.1.1.1.6 ; son fonctionnement est discuté au § 2.2.2) :

Donc n’est pas égale en général à . Il en résulte une erreur appelée erreur octantale parce, qu’elle s’annule 8 fois dans un tour complet, si l’aérien du radiogoniomètre comporte 4 antennes. En effet, un tel radiogoniomètre et le chercheur correspondant possèdent 4 plans de symétrie, 2 passant par les plans d’antennes ou les axes des bobines fixes et 2 autres plans bissecteurs des premiers. Dans ces plans, par raison de symétrie, l’erreur est nulle.

L’erreur octantale dépend :

• De la distance 2 d entre antennes d’un même plan. Si d décroît, décroît ; l’erreur faite en confondant le sinus et l’arc est plus petite. On serait donc tenté de diminuer d, mais on diminue alors en même temps la sensibilité du radiogoniomètre, car la f.é.m. induite est de la forme :

.

On voit qu’il faut adopter un compromis entre la sensibilité et la valeur maximum de l’erreur octantale admissible.

• De la longueur d’onde , ou de la fréquence. Si croît, donc si la fréquence décroît, décroît. Donc l’erreur faite en confondant le sinus et l’arc est plus petite si la fréquence décroît.
• De l’azimut, comme nous venons de le voir puisque rentre dans la formule donnant .
• De l’angle d’incidence , correspondant à l’inclinaison des plans d’onde sur la verticale. L’erreur décroît si décroît, donc si croît, c’est-à-dire si les ondes arrivent avec une plus grande inclinaison sur l’horizontale.

Par suite, si on considère un système d’aériens Adcock de dimensions données, la gamme utile qu’il peut couvrir est limitée vers les fréquences basses par le manque de sensibilité et vers les fréquences hautes par la valeur croissante de l’erreur octantale. Du fait de ces limitations on considère qu’un système d’aériens Adcock donné peut couvrir efficacement une gamme correspondant à un rapport d’environ 3 entre la fréquence la plus haute et la plus basse ; en sacrifiant la sensibilité d’une façon appréciable sur les fréquences basses ou en admettant une erreur octantale plus élevée sur les fréquences hautes, on peut augmenter ce rapport jusqu’à 6 environ. On a atteint 10 avec certains appareils. De telles extensions de gammes présentant de grands inconvénients, on a plutôt tendance à employer plusieurs groupes d’aériens de dimensions différentes pour couvrir une large gamme.

2.1.3.3 - Réalisations de l’aérien Adcock fixe.
On distingue deux types principaux de réalisation.

Le type Marconi est formé de 4 antennes verticales reliées au chercheur par des câbles de connexion blindés. Pour assurer une meilleure protection, ces câbles sont le plus souvent enterrés profondément. L’inconvénient de ce type d’appareil est que l’impédance de l’antenne, relativement élevée et variable avec la fréquence est le plus souvent mal adaptée à l’impédance de la ligne qui la relie au chercheur, d’où perte d’énergie transmise au récepteur (fig. 30). Un second type remédie partiellement à ce défaut par l’utilisation de transformateurs à écran adaptant les impédances d’antenne et de ligne et ne laissant passer que le champ magnétique nécessaire au couplage du primaire et du secondaire ; tout couplage capacitif doit être évité (fig. 31). Ces appareils ont donc une meilleure adaptation des antennes aux lignes de transmissions. Mais en contre-partie, leur réglage est plus délicat car les transformateurs des quatre antennes doivent être identiques en tout point de la gamme couverte. Le problème de l’équilibrage de ces transformateurs dans une large gamme est très difficile a résoudre. On le rend moins difficile en employant plusieurs jeux de transformateurs commutables, chaque jeu correspondant à une sous-gamme assez peu étendue.

2.1.3.4 - Erreurs de polarisation.
Les erreurs de polarisation dans les radiogoniomètres à aériens Adcock fixes ont les mêmes causes que dans le cas de l’aérien en H tournant : elles proviennent d’une sensibilité résiduelle de l’appareil à la composante horizontale du champ.

Un aérien Adcock fixe d’un des types précédents est pratiquement affranchi d’erreurs de polarisation s’il est monté sur un sol parfaitement conducteur, c’est-à-dire un sol recouvert d’un tapis métallique (grillage ou treillage de fils de cuivre ou d’aluminium soudés) de grandes dimensions vis-à-vis de la longueur d’onde.

Cette condition, pour des raisons d’encombrement et de prix de revient, n’est jamais réalisée en pratique, c’est pourquoi on voit apparaître des erreurs de polarisation.

En effet, dans un tel radiogoniomètre où la seule protection est assurée par l’enfouissement des câbles, la f.é.m. due à la composante horizontale du champ reçu donne naissance à des courants à la surface du blindage des câbles, courants qui provoquent alternativement l’apparition de charges positives et négatives aux extrémités. Les lignes de force du champ électrostatique créé par ces charges à un instant donné ont l’allure représentée en pointillé sur la figure 32 et possèdent par conséquent des composantes verticales au voisinage des antennes. il y a couplage entre celles-ci et le blindage soumis à l’influence de la polarisation. On y remédie partiellement en prolongeant le blindage par une ligne enterrée ayant même impédance caractéristique, de manière à ce que les charges puissent s’écouler. La prise de terre des antennes est d’ailleurs constituée par cette même ligne.

On sait qu’un sol parfaitement conducteur joue en électricité le rôle d’un miroir. Un Adcock fixe placé sur un tel sol est équivalent à un aérien en H, l’image des antennes dans le sol jouant le rôle des demi-doublets inférieurs du H : il y a symétrie complète des impédances internes. Si le sol n’est pas parfaitement conducteur, on voit apparaitre une dissymétrie de ces impédances, cause d’erreurs de polarisation analysée dans le cas du H tournant. Ces erreurs sont toujours fonction de la fréquence et sont maxima en principe lors des résonances du système d’aérien. Les formules données pour le H tournant sont toujours valables (si le sol peut vraiment être considéré comme parfait) ainsi que les conclusions données quant au rapport des dimensions et de la gamme à couvrir. Mais dans le cas de l’aérien Adcock fixe, le problème peut être résolu plus aisément car on n’a plus à se préoccuper des répercussions des dimensions sur l’inertie du système tournant ; il est même possible de prévoir plusieurs jeux d’aériens différents répartis sur le terrain à une certaine distance l’un de l’autre : chacun correspond à une sous-gamme restreinte et est établi pour réduire le plus possible les causes d’erreurs.

2.1.4 — Aérien à cadres espacés ou "double cadre".
Cet aérien se compose de deux cadres espacés, parallèles entre eux, montés aux extrémités d’un bras horizontal, lui-même mobile autour d’un axe vertical. Les connexions des deux cadres sont croisées et réunies à l’entrée symétrique du récepteur (fig. 33).

Dans ces conditions, lorsque l’axe commun des deux cadres se trouve dans un plan d’onde, les cadres sont au maximum de réception si on les considère individuellement. Mais comme ils sont soumis exactement au même champ au même instant, la tension aux bornes d’entrée du récepteur est nulle. Cela suppose que les connexions placées dans le bras horizontal reliant les deux cadres sont soustraites complètement à l’action du champ. Pour se rapprocher le plus possible de cette condition, ce bras est blindé, et son blindage se continue fréquemment autour des cadres. On a vu que ceci était possible à condition de ménager une fente au sommet des cadres pour permettre la réception (fig. 34). Si l’on fait tourner l’aérien autour de son axe vertical, au moment où les cadres sont perpendiculaires à la direction de propagation, on trouve l’extinction propre de chacun des cadres, qui peut d’ailleurs être rendue floue par la présence de polarisation horizontale. Le diagramme de directivité de l’aérien à cadres espacés est représenté par la figure 35 a, dans le cas où il n’y a pas de polarisation horizontale et par la figure 35b dans le cas où cette polarisation existe (Oy représente dans chaque figure la direction de l’émetteur). Il peut être gênant d’avoir ainsi deux minima supplémentaires. On les élimine facilement en produisant artificiellement un déséquilibre des deux cadres, par exemple en fermant la fente de l’un des blindages par un contact mobile. Si l’extinction était celle correspondant à l’extinction propre des cadres, cette extinction subsiste. Si elle correspondait à la position où les cadres sont individuellement au maximum de réception, le cadre dont le blindage est court-circuité, ne reçoit plus rien, la f.é.m. produite par l’autre cadre n’est donc plus annulée et le signal réapparaît.

Ce type d’appareil présente une meilleure protection que l’Adcock en H tournant contre les erreurs de polarisation : ceci est dû principalement à l’utilisation d’aériens à basse impédance moins sensibles aux erreurs apportées par le manque d’homogénéité du sol ou les obstacles environnant. La dissymétrie des impédances internes des doublets de l’H tournant, n’existe plus et le rerayonnement d’énergie par la ligne blindée a une action égale sur les deux cadres. L’erreur de polarisation du radiogoniomètre est de même toujours plus faible que celle d’un aérien du type Adcock fixe. L’erreur résiduelle de polarisation ne provient que de petites dissymétries dans la construction.

Tout ceci n’est valable bien entendu que dans le cas d’un double cadre correctement réglé. La principale cause d’erreur peut provenir dans le cas contraire du non parallélisme des cadres. En effet, la composante horizontale du champ produit le même effet sur les éléments horizontaux des cadres si ceux-ci sont bien, parallèles et le montage en opposition des deux cadres annule cet effet. il n’en est plus de même si les cadres ne sont plus rigoureusement parallèles et l’appareil est alors sensibilisé à la composante horizontale du champ : des erreurs apparaissent.

En résumé le système à double cadre présente les avantages suivants :

• Bonne protection contre la composante horizontale due au blindage intégral des lignes de transmission. (Cette protection est supérieure à celle présentée par un Adcock classique à lignes de transmission enterrées). Il est donc possible d’opérer des relèvements sur des ondes arrivant sous forte incidence, donc à faible distance en ondes décamétriques réfléchies par l’ionosphère.
• Possibilité de réaliser un aérien tournant ce qui élimine le chercheur et ses inconvénients (erreur octantale, réglages d’équilibrage, etc,).

Mais en contre-partie on peut noter les inconvénients suivants :

• Les appareils à double cadre manquent de sensibilité du fait de la faible hauteur d’entrée des cadres.
• Si l’on désire une bonne sensibilité et un équilibrage mécanique soigné, l’écartement des cadres doit être grand et la construction robuste ; ceci donne une grande inertie à l’aérien tournant, et rend le maniement lent et fatiguant.
• Pour des cadres de dimension donnée, la gamme couverte est faible (2 à 7 MHz par exemple) : pour y remédier, il faut prévoir des cadres interchangeables, ce qui complique l’utilisation.
• Le double cadre est très sensible à l’effet des conducteurs voisins : en particulier une ligne d’alimentation ou une ligne téléphonique aboutissant à l’appareil, et enterrée à faible profondeur fait réapparaître l’erreur de polarisation. On réduit cet effet en prolongeant les câbles correspondants d’une façon symétrique au-delà de la verticale de l’appareil. Un procédé analogue a déjà été décrit dans le cas de l’Adcock fixe (§ 2.1.3.4).

2.1.5 - Les systèmes d’aériens complexes.
A partir des éléments précédents (cadre, antenne verticale, etc.) il est possible de combiner des ensembles d’aériens plus ou moins complexes afin d’améliorer plus particulièrement certaines caractéristiques.

Ainsi, dans l`Adcock classique à 4 antennes, il y a une erreur octantale du fait de la présence de 4 plans de symétrie. En utilisant 6 ou 8 antennes, avec le chercheur polyphasé correspondant, on augmente le nombre de plans de symétrie, donc le nombre de points où l’erreur correspondante d’espacement [1] s’annule et par suite on diminue la valeur absolue maximum de l’erreur dans les intervalles plus réduits séparant deux plans de symétrie voisins. A erreur d’espacement égale, on peut augmenter le diamètre du système d’antennes, donc la sensibilité. Par suite, les appareils à 6 ou 8 antennes sont plus sensibles et couvrent une plus large gamme que les appareils classiques à quatre antennes.

2.2 - ETUDE DES PROCEDES DE COMPARAISON DES TENSIONS VENANT DES AERIENS.
Dans le paragraphe 2.1.0 ont été cités quelques exemples de couplages des aériens en vue de permettre l’étude des diagrammes de directivité de ces aériens. Mais les procédés utilisables sont beaucoup plus nombreux.

2.2.1 - Montage de deux aériens en opposition.
C’est le montage utilisé dans le cas de l’Adcock en H tournant ou du double cadre. L’extinction se produit lorsque les deux tensions reçues par les deux aériens élémentaires sont égales et en phase. Seule leur différence est transmise et donne dans cette· position une tension de sortie nulle. Ce montage très simple est utilisé lorsque les aériens sont légers et peu encombrants ; il permet la réalisation d’un ensemble rotatif (dans le cas des ondes décamétriques et métriques).

Dans le cas d’aériens plus lourds (Adcock fixes de grandes dimensions), les antennes élémentaires sont encore disposées par paires et leurs tensions de sortie en opposition, mais on utilise plusieurs paires fixes et le relèvement est obtenu à l’aide d’un chercheur radiogoniométrique.

2.2.2 - Chercheurs diphases et polyphases.
Le chercheur radiogoniométrique a d’abord été utilisé dans le cas de deux cadres croisés. L’étude en sera faite dans ce cas particulier, mais les diagrammes de directivité horizontale d’un cadre ou d’une paire d’aériens Adcock montés en opposition étant identiques, le résultat se transpose immédiatement pour le radiogoniomètre Adcock à 4 antennes fixes. Il se généralise aisément au cas des aériens plus complexes à 6 ou 8 antennes, suivant la théorie des courants polyphasés.

2.2.2.1 - But du chercheur.
Le chercheur Bellini-Tosi est un dispositif qui permet de rendre plus commode le maniement d’un radiogoniomètre, sans rien ajouter par ailleurs à ses qualités intrinsèques, si ce n’est la possibilité d’utiliser un aérien de plus grandes dimensions.

En effet, dans les premiers temps des applications de la radiogoniométrie, on a cherché à augmenter la sensibilité des appareils en augmentant la surface du cadre récepteur. On a vu d’après la formule (13) que l’amplitude de la f.é.m. induite était proportionnelle à s, longueur du côté vertical du cadre et à

d étant la demi-longueur des côtés horizontaux. Mais les dimensions du cadre augmentant, il devenait pratiquement impossible de le faire mouvoir par suite de sa trop grande inertie mécanique.

2.2.2.2 - Constitution.
On a donc eu l’idée de remplacer le cadre mobile par un ensemble de deux cadres fixes et placés dans les plans verticaux perpendiculaires et possédant le même axe de symétrie. Le chercheur Bellini-Tosi proprement dit est constitué par deux ensembles de bobines fixes et dont les axes sont perpendiculaires entre eux et dont les extrémités sont reliées respectivement aux deux aériens croisés (fig. 36). Dans l’espace compris entre ces bobines fixes peut tourner une bobine dont la rotation est repérée au moyen d’un rapporteur, et dont les extrémités sont reliées à l’entrée du récepteur.

2.2.2.3 - Fonctionnement.
Nous savons que la f.é.m. produite dans un cadre , dont les dimensions restent petites vis-à-vis de la longueur d’ondes est proportionnelle au sinus de l’angle que fait la direction de propagation avec la normale du cadre, dans le cas où la polarisation est verticale ; la f.é.m. produite dans l’autre cadre est, elle aussi, proportionnelle au sinus de l’angle que fait la direction de propagation avec la normale à ce cadre (fig. 37). Mais comme les deux cadres sont perpendiculaires, les deux angles et ci-dessus sont complémentaires. Donc

et la f.é.m. induite dans le cadre est proportionnelle .

Si l’on fait en sorte que les impédances des deux circuits et leurs longueurs électriques soient égales, les courants qui circulent dans les bobines et par conséquent les champs magnétiques et auxquels ces courants donnent naissance sont aussi en phase et d’amplitudes respectivement proportionnelles à et .

On sait que plusieurs champs en phase donnent en se composant un champ résultant dont la direction est fixe. Puisque les champs :

et que et sont perpendiculaires, le champ résultant H, fait avec une direction fixe , l’angle tel que :

.

Donc, la direction du champ magnétique résultant reproduit à l’intérieur du chercheur la direction qu’avait à l’arrivée l’onde électromagnétique dans l’espace. C’est un champ alternatif à haute fréquence, et son flux à travers la bobine mobile y crée une f.é.m. que l’on applique au récepteur. Or, on sait que le flux qui traverse une bobine est proportionnel au sinus de l’angle que fait l’axe de la bobine avec la direction du champ si celui-ci est uniforme (on s’arrange pour qu’il en soit ainsi dans les chercheurs bien construits).

On peut donc tracer un diagramme de directivité de la bobine mobile : c’est encore un diagramme en 8 formé de deux cercles tangents. On a tout simplement remplacé la rotation d’un cadre par celle d’une bobine, ce qui est bien plus commode au point de vue mécanique. L’extinction est obtenue dans la bobine lorsque son axe est perpendiculaire à la direction du champ résultant. On lit à ce moment, sur le rapporteur, l’angle .

Si les cadres sont le siège d’une f.é.m. due à la polarisation horizontale, cette f.é.m. parasite s’ajoute à celle produite par la polarisation verticale et l’on retrouve les conséquences qui ont été exposées à propos de l’étude du cadre seul (diminution de l’acuité du minimum, erreurs).

En résumé, la direction du champ magnétique à l’intérieur du chercheur reproduit la direction de l’onde électromagnétique arrivant sur le système d’aériens fixes, qu’il s’agisse de cadres ou d’Adcock.

La démonstration a été faite dans le cas de deux cadres décalés de 90° et d’un chercheur diphasé. On pourrait la reproduire identiquement avec trois cadres décalés de 60° et un chercheur triphasé, et plus généralement pour un système polyphasé d’ordre quelconque. L’utilisation d’un chercheur permet donc de mettre en évidence les propriétés d’un système d’antennes en remplaçant la rotation de ce système parfois impossible à réaliser, par celle d’une bobine mobile légère.

2.2.3 - Utilisation d’amplificateurs séparés : radiogoniomètre WATSON-WATT.
Dans le radiogoniomètre classique, à chercheur, la bobine mobile attaque directement un récepteur et le balancement du rotor permet de mettre en évidence le diagramme de directivité de l’aérien, donc d’obtenir le relèvement. Au lieu du chercheur, supposons deux récepteurs identiques, de même gain et de même déphasage sur la fréquence de travail f, et attaquons chacun par un des cadres croisés du montage précédent.

Si est l’azimut de l’émission écoutée, le cadre NS reçoit une tension d’amplitude et le cadre EO, reçoit . Après amplification dans les deux récepteurs identiques, on applique les 2 tensions de sortie aux deux paires de plaque d’un oscilloscope ; les déviations sont :

C’est-à-dire que la tache lumineuse décrit la droite et cette trace lumineuse matérialise la direction de l’émetteur.

Ce système très séduisant suppose l’utilisation de deux amplificateurs ayant des caractéristiques identiques sur la fréquence de travail ce qui est très difficile à réaliser, même sur les fréquences relativement basses des ondes hectométriques, et plus difficile encore à conserver pendant un certain laps de temps.

Aussi presque tous les appareils réalisés suivant ce principe possèdent-ils un dispositif de tarage interne permettant le réglage immédiat de l’identité des caractéristiques des deux amplificateurs (un générateur attaquant les 2 amplificateurs en parallèle doit donner une trace à 45°). On opère ici comme avec une balance fausse : comme on sait que l’on a un appareil normalement faux, on effectue son tarage à chaque mesure. Dans le radiogoniomètre Watson-Watt de la Marine Britannique, il suffit d’appuyer sur un bouton pour appliquer à l’entrée des deux récepteurs deux tensions égales et en phase de fréquence égale à celle sur laquelle sont accordés les deux récepteurs. Un potentiomètre permet alors de ramener la trace à 45° et le tarage demande moins de cinq secondes.