Voilà une radiosonde qui était particulièrement innovante quand elle connut ses premiers vols en Allemagne vers 1940.
Histoire
Dès juin 1939, il était clair que la mesure de la direction et de la distance de la radiosonde à la station au sol devait permettre d'établir le diagramme des vents en altitude en n'utilisant qu'une station au lieu de trois ou quatre comme l'exigeait la méthode utilisant des radiothéodolites.
Partant de ce principe de base le Dr H.G. Müller et ses collaborateurs ont développé ce système appelé "Fledermaus-F" qui se basait sur l'état de la technique d'alors en utilisant les UHF en émission pour la station au sol et un émetteur sur 27MHz pour la sonde, ce qui permettait d'obtenir la meilleure stabilité en fréquence dans les deux cas sans problème particulier.
Comme il était facile de réaliser des antennes compactes de recherche radiogoniométrique sur 300MHz, l'utilisation de l'antenne d'émission pour faire des relevés de direction était parfaitement possible avec un transpondeur.
Le transpondeur intégré dans la radiosonde "Mücke" a été d'abord réalisé dans une version à 6 tubes (1x LS3 4x MF6 et 1 x RL2P3) (peut-être la WSE-1 ?), puis dans la version WSE-2 avec 4 tubes (1x LS3, 2xDDD11 ou DDD25 et 1x RL2P3) (Conçue et fabriquée par la société Wega)
Les deux versions étaient composées des étages suivants : récepteur à superréaction avec diode intégrée dans le tube de la triode et oscillateur séparé, étage amplificateur BF, oscillateur de tonalité 3 kHz, un amplificateur de modulation et étage d'émission
Il semble qu'il y ait eu plus tard une version simplifiée à 3 tubes (développée par la société Opta).
Description
WSE est l'abréviation de
Wetter-Sender-Empfänger (on lit aussi parfois Wetter-Sende-Empfänger),
ce qu'on pourrait traduire approximativement par "émetteur-récepteur
météo", ce qui n'a pas grand sens en français.Cette sonde très particulière est en fait un transpondeur dont la fréquence de réception est 300 MHz et la fréquence d'émission 27MHz.
Son nom de code ou surnom est " Mücke " (le moustique, peut-être à cause aussi du bruit de sa modulation) tandis que le système l'utilisant est surnommé " Fledermausverfahren ", la " méthode de la chauve-souris ", à cause de la similitude entre le principe de sonar utilisé par les chauves-souris pour repérer les moustiques et celui du système utilisé pour repérer la position de la sonde par la station au sol. La station au sol est communément appelée "Maus" (peut-être un clin d'oeil à Mickey-Mouse et au deux lobes de rayonnement de l'antenne directive rappelant la forme de ses oreilles ?)
Alors qu'une windsonde nécessite au moins deux radiothéodolites (mais souvent 3 ou 4), la WSE2 est normalement suivie par une seule station au sol. La position de la sonde est connue au travers de son altitude (mesure de P), sa direction et sa distance.
Le transpondeur est couplé avec une sonde de type Lang pour la mesure de la pression, de l'humidité et de la température.
La partie électronique est câblée sur un solide châssis en aluminium protégé par une coque cylindrique en plastique de couleur blanc cassé de très mince épaisseur et par conséquent très fragile. Elle comporte 4 lampes.
Le mécanisme de mesure PTU de la Lang-Sonde est greffé sur la coque en plastique.
Une antenne filaire (demi-onde 27MHz) et une antenne 300 MHz sortent du boîtier cylindrique dans l'axe de ce dernier.
Une étiquette collée sur la coque porte ces inscriptions :
WSE 2 Gerät-Nr. 124-75 A Anf.Zeichen Ln 28790
Caractéristiques
Dimensions du boîtier :
Masse : 1850g avec piles (1475g avec piles, sans le boîtier et sans les capteurs, 375g capteurs et boîtier)
Fréquence : 27MHz en émission et 300 MHz en réception
Capteurs : (Lang-Sonde) bilame métallique pour la mesure de la température ; barocontacteur utilisant une capsule de Vidie pour transmettre l'altitude en 20 niveaux, hygromètre à cheveu
Codage : chronométrique. T et U synchonisés
Principe de suivi de la sonde
Pour établir le diagramme
des vents (windgram) dans la zone d'évolution de la sonde
il suffit de connaître ses déplacements pendant tout
le temps que durera la montée. Dans les années 1930,
la solution la plus courante consiste à mesurer l'altitude
de la sonde à partir des mesures de pression qu'elle transmet
et sa position à l'aide de plusieurs radiothéodolites
mesurant sa direction à intervalles réguliers. Cette
méthode est difficilement applicable quand le déployement
sur le terrain de plusieurs stations de suivi n'est pas possible
(navire en mer, proximité du front pendant une guerre,
zone inaccessible...)Les concepteurs de la WSE2 ont choisi une solution originale à l'époque et qui a dû nécessiter des recherches laborieuses. La sonde est en fait un transpondeur qui reémet le signal que la station au sol lui transmet.
Mesure de distance
Le principe est simple : l'émetteur au sol (sur 300 MHz), marqué Tx 300 sur la figure, est modulé avec une tonalité de 300 Hz ( par exemple, pour une mesure grossière) fourni par le générateur G, . Une fraction de seconde plus tard (correspondant au temps de trajet à la vitesse de la lumière) le signal reçu par le récepteur de la sonde (marqué Rx) et retransmis par l'émetteur embarqué (sur 27MHz) marqué Tx. Le récepteur au sol (Rx 27)démodule le signal reçu et la phase de la sinusoïde démodulée est comparée à celle de la tonalité de départ dans le détecteur de phase CP. L'angle de déphasage permet de calculer la distance entre la sonde et la station au sol sachant qu'un déphasage de 360 degrés (une période) correspond à une longueur d'onde du signal BF de modulation
Exemple : la longueur d'onde pour une fréquence de 300Hz est 1000km. Un déphasage de 1 degré correspond à un trajet aller-retour du signal de 1000/360=2777m.
Comme la distance entre la sonde et la station au sol est un aller simple, il suffit de diviser 2777 par 2 pour obtenir l'éloignement de la sonde : 1388m
La précision n'est pas grande mais en utilisant une tonalité de modulation de 3000Hz, un déphasage de 1 degré correspond à 138m
Dans la WSE2, la fréquence de la tonalité utilisée pour la mesure de distance était de 7500Hz (1deg. = 55m).
Ce principe de mesure suppose que l'angle de déphasage propre aux circuits de la sonde est constant et ne varie pas en fonction de la température ou de la tension d'alimentation.
Mesure de direction
La mesure s'effectue sur 300MHz avec un groupement d'antennes directives judicieusement couplées de façon à avoir un lobe frontal coupé en deux par un minimum profond et pointu. L'opérateur tourne cette antenne qui rayonne sur 300MHz et écoute avec le récepteur 27MHz le signal retransmis par la sonde. Son but est bien sûr d'obtenir le minimum de signal correspondant à l'atténuation provoquée par la crevasse du lobe de l'antenne.
En pratique un enregistreur graphique trace le niveau du signal reçu en fonction de la direction de l'antenne. Le creux observé correspond à la direction de la sonde.
Par rapport au radar dont le principe est similaire, la WSE2 présente l'avantage de renvoyer vers la station de mesure un signal beaucoup plus puissant qui permet un suivi à très longue distance (jusqu'à plus de 180km pour la WSE2)
Partie transpondeur
Le récepteur 300MHz est un simple étage à super-réaction utilisant une triode-diode LS-3, le signal de découpage nécessaire pour contrôler la réaction étant founi par un oscillateur externe construit autour d'une triode (une demi DDD11 dont l'autre moitié fonctionne en générateur 3kHz servant à moduler l'émetteur avec les données PTU fournie par le sytème de mesure PTUde la Lang-Sonde)
Le signal détecté par la diode passe ensuite dans un amplificateur BF utilisant une double-triode DDD11 (ou DDD25) dont les deux élémtents sont montés en cascade puis dans un filtre étroit calé sur 7,5kHz qui élimine en particulier le signal de découpage dont la fréquence est bien plus élevée. Le signal 7,5kHz est additionné au 3kHz manipulé par la Lang-Sonde puis appliqué sur la 3ème grille de la RL2P3 utilisée pour l'émetteur 27MHz piloté par quartz.
Les quelques 100 mW de l'émetteur sont rayonnés par une antenne demi-onde reliée au ballon.
