L'Automatic Direction Finder (ADF)

L'A.D.F. est un instrument de navigation qui permet à un avion de se repérer par rapport à une antenne émettrice, comme le bateau se repère par rapport à un phare.

Prenons une antenne verticale, et faisons lui émettre un signal codé dans toutes les directions. Cette antenne constituera ainsi un véritable radiophare qui pourra guider les avions équipés du système ad hoc.

Ce radiophare, c'est le NDB, ou Non Directional Beacon. Il émet des ondes radios sur des fréquences comprises entre 200 et 1750 KHz. Ces ondes sont dans une gamme de fréquences (basses, et moyennes) qui permet une propagation au delà de l'horizon, ce qui permet d'obtenir une portée importante.
En outre elles ont une polarisation verticale. C'est quoi ? C'est ça:

Voici une onde électomagnétique (ou radio) qui se propage dans la direction de la flèche.
Comme son nom l'indique, elle est constituée d'une partie électrique (en bleu), et d'une partie magnétique (en rouge).

La polarisation est la direction du champs électrique, et rien que du champs électrique (ici, en bleu).
Puisque dans ce cas ci, le champs électrique est vertical, la polarisation est verticale.

L'A.D.F. est un dispositif récepteur capable d'indiquer la direction de l'émetteur N.D.B. grâce à une antenne directionnelle.

L'antenne utilisée est un loop (une boucle) qui fonctionne comme les antennes ferrite de nos petits postes de radio à transistor.

Rappelons le, les ondes radios sont des ondes électromagnétiques, on peut donc capter soit leur champs électrique (antenne traditionnelle), soit leur champs magnétique (loops ou antennes ferrite).
Les ondes émises par une antenne verticale se propage comme ceci:

Avec au sommet, et s'étendant vers le haut, un cône de silence de plus ou moins 10°.
Vue par le dessus, la propagation se fait comme des ronds dans l'eau, comme ceci:

Une antenne de type ferrite ou un loop atteint son maximum de réception lorsqu'un maximum de lignes de flux magnétique est intercepté, donc lorsque l'antenne est orientée de telle façon que les faces du loop soient perpendiculaires à la direction de l'antenne émettrice, comme ceci:

Lorsque l'une ou l'autre face est orientée en direction de l'émetteur, les lignes de flux ne traversent plus la ou les spire(s), et la réception est nulle.

Toutefois, cela n'est pas suffisant pour connaître précisément, et avec certitude la position de l'émetteur, car pour une antenne loop, le maximum de réception est atteint quelque soit le côté d'où proviennent les ondes pourvu que la direction de l'émetteur soit perpendiculaire à l'axe de la bobine ou de la spire.

En d'autres termes, les deux situations suivantes conduisent toutes les deux à une réception maximale.

Une seule chose peut différencier ces deux situations: l'opposition de phase.
C'est quoi ? c'est ça:

Dans la première colonne (à gauche), les deux ondes sont en concordance de phase puisqu'elles peuvent se superposer parfaitement, dans la deuxième colonne (à droite), les deux ondes sont en opposition de phase, car celle du bas est exactement à l'opposé de celle du haut, et si on les superpose, elles s'annulent mutuellement.

De la même manière, selon que l'antenne émettrice sera d'un côté ou de l'autre, le sens d'arrivée du flux magnétique sera inversé, et par conséquent le courant induit dans n'importe laquelle des deux situations sera en opposition de phase avec l'autre.

Cette opposition de phase est-elle suffisante pour différencier les deux situations ? Hélas non, car comment choisir laquelle des deux phases est la bonne?

Maintenant, rajoutons une antenne traditionnelle verticale. Elle fonctionne sur la partie électrique de l'onde électromagnétique.

Le champs électrique est vertical (polarisation verticale), donc aucune variation de position du récepteur DANS LE PLAN HORIZONTAL n'a pas d'influence sur le sens du champs électrique au niveau de cette antenne. En conséquence, il ne peut y avoir AUCUNE opposition de phase dans cette antenne verticale, quelque soit sa position par rapport à l'émetteur (sauf en la retournant la tête en bas).

L'antenne verticale est donc soit en concordance de phase, soit en opposition de phase avec le loop.

Dans un A.D.F. le signal capté par LES DEUX antennes sont mélangés, et amplifiés jusqu'à ce qu'il soient capable d'alimenter un moteur électrique, et c'est ce moteur électrique là qui entraîne la rotation de l'antenne directionnelle (loop).

Dès qu'un signal sera reçu, l'antenne directionnelle se mettra donc à tourner jusqu'à ce que son orientation l'amène à être en opposition de phase avec l'antenne verticale.

A ce moment là, les deux signaux, l'un en provenance de l'antenne directionnelle (loop), l'autre en provenance de l'antenne verticale, s'annuleront mutuellement puisqu'il y a opposition de phase. S'il n'y a plus de signal, il ne peut plus être amplifié pour servir d'alimentation électrique au moteur d'entrainement de l'antenne directionnelle, et le moteur s'arrête, privé de courant.

UNE SEULE orientation de l'antenne directionnelle par rapport à l'émetteur donne une opposition de phase avec l'antenne verticale (l'autre donne une concordance de phase donc une augmentation du signal). Il n'y a donc qu'UNE SEULE orientation du loop qui provoque l'arrêt du moteur.

C'est à ce niveau qu'une vraie différence peut être faite. Une aiguille solidaire du loop tourne en même temps que lui, et s'arrête donc en même temps que lui. L'instrument est construit de manière à ce que l'aiguille indique la direction de l'émetteur lorsque le moteur s'arrête.

En 1, le signal de l'antenne verticale et celui du loop sont en concordance de phase, ils sont de même valeur, et donc la somme des deux donne une valeur double de celle d'un signal unique.

En 2, Le signal de l'antenne verticale et celui du loop sont en concordance de phase, le signal du loop est plus faible, leur somme vaut approximativement 1.5 fois celui de l'antenne verticale seule.

En 3, seule l'antenne verticale capte quelque chose, le loop ne capte rien, la somme des deux signaux est égale au seul signal de l'antenne verticale.

En 4 le signal de l'antenne verticale, et celui du loop sont en opposition de phase, cette opposition de phase à pour conséquence que la somme des deux devient une différence, le signal du loop est plus faible que celui de l'antenne verticale, et leur différence donne une valeur plus faible que le signal de l'antenne verticale seule, mais non nulle.

En 5, le signal de l'antenne verticale et celui du loop sont en opposition de phase, ils sont égaux en valeur et leur somme (différence puisque opposition de phase) est donc nulle, et ceci entraîne l'arrêt de la rotation du moteur.

L'antenne verticale de l'A.D.F., permettant de départager les deux possibilités d'orientation qui existaient avec le loop seul, s'appelle antenne de lever de doute.

Remarque: sur les A.D.F. modernes, l'antenne directionnelle ne tourne plus, un dispositif électronique remplace cette rotation, ce qui supprime l'usure.

L'aiguille de l'A.D.F. est placée sur un cadran dont les graduations permettent de conaître l'angle que fait l'axe de l'avion avec la direction du N.D.B. (l'antenne émettrice).