BR112013000987B1

BR112013000987B1 - Sistema de emissão e veículo submarino

Info

Publication number: BR112013000987B1
Application number: BR112013000987-0A
Authority: BR
Inventors: Alain Moliere
Original assignee: Thales
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2021-09-08
Also published as: EP2593988B1; AU2011278167B2; EP2593988A1; BR112013000987A2; WO2012007699A1; PL2593988T3; ES2806935T3; AU2011278167A1; FR2962854B1; SG187087A1; FR2962854A1

Abstract

antena filar para submarino, sistema de emissão e veículo submarino a presente invenção trata de uma antena filar para emissão de alta frequência para submarino, particularmente se aplica ao campo da radiocomunicação nas bandas de alta frequência e muito baixa frequência, que se estendem respectivamente de 3 a 30 mhz e de 3 e 30 khz. a antena filar (2) para submarino (4) compreende um cabo coaxial (6) e um elemento radiante (8) flutuante, em que uma extremidade é ligada ao cabo coaxial (6), sendo o elemento radiante (8) dimensionado para receber as ondas de muito baixas frequências entre 3khz e 30 khz, em que a antena (2) compreende pelo menos um filtro isolador (14) interposto eletricamente entre duas seções radiantes do elemento radiante (8), a ou cada filtro isolador (14) sendo um circuito tampão, de modo que o elemento radiante (8) seja apto a emitir ondas de alta frequência, entre 3 mhz e 30 mhz.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de uma antena filar para uma emissão de alta frequência para submarino, do tipo que compreende um cabo coaxial e um elemento radiante em que uma extremidade está ligada ao cabo coaxial e dimensionado para emitir ondas de altas frequências, entre 3 MHz e 30 MHz.

[002] A presente invenção se aplica ao campo da radiocomunicação nas bandas de alta frequência (HF para “high frequency ” em inglês) e muito baixa frequência (MBF ou VLF para “very low frequency” em inglês), que se estendem respectivamente de 3 a 30 MHz e de 3 e 30 kHz.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Os submarinos transmitem e recebem sinais através das antenas filares rebocadas ou puxadas pelos submarinos, cuja flutuabilidade é tal que as antenas estão próximas da superfície durante o tempo em que o submarino está em imersão em maior profundidade

[004] Essas antenas filares estão dimensionadas eletricamente para funcionar em muito baixa frequência, pois as ondas MBF penetram até uma profundidade de 10 a 50 m na água, dependendo da frequência e da salinidade da água, ao contrário das ondas de altas frequências (HF) que penetram pouco na água.

[005] De modo conhecido, o comprimento ideal do elemento radiante da antena filar é igual a um quarto do comprimento de onda das ondas a ser emitidas, ou seja, um quarto da relação da celeridade da onda no meio de propagação por sua frequência. É o que é conhecido como antena quarto de onda.

[006] Na prática, as antenas filares MBF (ou VLF), ou seja, apropriada para funcionar na banda de muito baixa frequência, são muito mais curtas que o comprimento ideal. É o caso das antenas filares MBF de recepção atuais, que são bem mais curtas do que seria desejável em teoria, mas suficientemente sensíveis para receber ondas da banda MBF (VLF em inglês). Acontece que esse comprimento pode atingir o comprimento ideal necessário para a emissão no início da banda de alta frequência a alguns MHz.

[007] Entretanto, essas antenas MBF não são apropriadas para funcionar no resto da banda de alta frequência.

[008] Da mesma forma, para usar uma antena filar em frequências que não correspondem ao comprimento ou a altura física do elemento radiante, existem circuitos eletrônicos de adaptação dispostos ao pé da antena, quando ela for aérea, denominados “caixa de adaptação” de antena. Um inconveniente desse dispositivo é que a adaptação deve ser feita de modo diferente para cada frequência utilizada. Por exemplo, na faixa de alta frequência, as caixas de adaptação contêm aproximadamente 25 componentes a ser utilizados de modo combinatório (ou seja, 225 combinações) determinados por uma calculadora. Além disso, o volume desse sistema de adaptação é proporcional à potência fornecida pelo emissor, ou seja, aproximadamente 200 L para um emissor de 500 W, o que não é adaptável a um submarino.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[009] A finalidade da presente invenção é corrigir esse inconveniente de adaptação da antena à emissão na banda alta frequência.

[010] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto, uma antena filar do tipo precitado, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um filtro isolador disposto sobre o elemento radiante da antena filar.

[011] De acordo com modos particulares de realização, a antena filar comporta uma ou mais das seguintes características consideradas separadamente ou em combinação: - o ou cada filtro isolador é um circuito que compreende uma indutância e uma capacidade em paralelo; - o ou cada filtro isolador está disposto a uma distância igual a um quarto de um comprimento de onda de uma onda de alta frequência a ser emitida da extremidade do elemento radiante ligada ao cabo coaxial; - a ou cada distância está compreendida entre um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência na água e um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência no ar; - ela compreende pelo menos um primeiro e um segundo filtros isoladores dispostos sucessivamente ao longo do elemento radiante da antena filar; - a antena filar possui um comprimento sensivelmente compreendido entre 10 e 40 m; - o elemento radiante é próprio para receber ondas de muito baixas frequências entre 3 kHz e 30 kHz.

[012] A presente invenção tem igualmente por objeto um sistema de emissão caracterizado pelo fato de que compreende um emissor de ondas de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz e uma antena filar para emitir essas ondas tal como descrita acima.

[013] De acordo com um modo particular de realização, o sistema de emissão compreende um receptor de ondas de muito baixas frequências compreendidas entre 3 kHz e 30 kHz e de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz, e o receptor está conectado com a mesma antena filar para receber essas ondas.

[014] A presente invenção tem igualmente por um veículo submarino caracterizado pelo fato de que comporta um sistema de emissão tal como descrito acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A presente invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo, e feita em relação aos desenhos, nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática de uma antena filar de acordo com a presente invenção conectada a um submarino, - a figura 2 é uma vista aumentada de uma parte da antena filar da figura 1, e - a figura 3 é uma vista esquemática de uma antena filar de acordo com a presente invenção que compreende dois filtros isoladores.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[016] Em relação à figura 1, a presente invenção trata de uma antena filar 2 conectada a um submarino 4.

[017] Quando o submarino deseja se comunicar em alta frequência ou muito baixa frequência permanecendo ao mesmo tempo em imersão profunda, a antena filar 2 é desdobrada e tracionada pelo submarino flutuando a partir de sua extremidade na superfície da água 5.

[018] A antena filar 2 compreende um cabo coaxial 6 e um elemento radiante 8 flutuante.

[019] O cabo coaxial 6 está ligado em uma extremidade 6A ao elemento radiante 8 e na outra extremidade 6B ao submarino 4.

[020] A antena filar 2 é do tipo “antena filar MBF”, ou seja, apropriada para funcionar a em baixa frequência entre 3 e 30 kHz e em particular a receber ondas MBF (VLF em inglês).

[021] O elemento radiante 8 da antena filar 2 possui um comprimento mais curto do que seria desejável pela teoria mas é suficientemente sensível para receber ondas da banda MBF entre 3 kHz e 30 kHz. O comprimento é sensivelmente igual ao comprimento ideal necessário para a emissão no início da banda alta frequência a alguns MHz. Por exemplo, um comprimento está sensivelmente compreendido entre 10 e 40 m para emitir ondas a aproximadamente 6 MHz.

[022] Além disso, a antena filar 2 comporta um sistema de comutação 12 situado no submarino 4 e conectado eletricamente ao cabo coaxial 6 que permite comutar entre o funcionamento em alta frequência (emissão e recepção) e o funcionamento em muito baixa frequência (recepção). A antena filar 2 compreende, ainda, pelo menos um filtro isolador 14 disposto sobre o elemento radiante 8 da antena filar 2.

[023] O elemento radiante 8 está eletricamente cortado em vários lugares para colocar os diferentes filtros isoladores 14. Esse corte elétrico é similar ao corte elétrico realizado entre o elemento radiante 8 e o cabo coaxial 6 que transporta o sinal recebido a um receptor do submarino 4. De modo conhecido, uma montagem mecânica realizada a sustentação entre os diferentes segmentos do elemento radiante 8 e o cabo coaxial 6 ou os filtros isoladores 14.

[024] Cada filtro isolador 14 é um circuito elétrico que compreende uma indutância 16 e uma capacidade 18 em paralelo, tal como representado na figura 2 e comumente chamado de circuito tampão.

[025] Os valores L da indutância 16 e C da capacidade 18 são escolhidos em função da frequência central F de emissão na banda alta frequência desejada, de acordo com a relação matemática F2 = 1/(4π2LC). Por exemplo, o valor da indutância é da ordem de 1 μH.

[026] De forma conhecida, a relação entre o valor L da indutância 16 e o valor C da capacidade 18 determina a largura de banda do filtro isolador 14 em torno da frequência central F. A largura de banda passante é sensivelmente igual a 2 MHz em torno da frequência central.

[027] Cada filtro isolador 14 está disposto sobre o elemento radiante 8 a uma distância fixa da extremidade do elemento radiante 8 ligada ao cabo coaxial 6.

[028] De forma conhecida, essa distância é de preferência igual a um quarto do comprimento de onda da onda de alta frequência a ser emitida, para formar uma “antena quarto de onda”.

[029] A distância está compreendida entre um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência na água e um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência no ar.

[030] De acordo com uma variante, a distância é igual a três quartos da relação da celeridade dividida pela frequência da onda. De forma conhecida, trata-se de uma “antena três quartos de onda”. Para uma mesma frequência, a eficácia seria pior que para uma antena quarto de onda.

[031] Assim, cada filtro isolador 14 permite ajustar o comprimento da antena MBF (VLF em inglês) a um comprimento virtual mais curto que o comprimento físico. Esse comprimento virtual permite que o segmento do elemento radiante situado entre a extremidade 6A do cabo coaxial 6 e o filtro isolador 14 emitam na banda alta frequência.

[032] Assim, a antena filar pode ser segmentada em tantas bandas de frequência quanto desejadas, separadas por filtros isoladores dimensionados em função da frequência central de cada banda. O elemento radiante está então dimensionado para emitir ondas de altas frequências entre 3 MHz e 30 MHz.

[033] A presente invenção trata igualmente um sistema de emissão que comporta um emissor de ondas de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz e uma antena filar tal como descrita acima para emitir essas ondas. A antena filar está conectada ao emissor.

[034] Além disso, esse sistema de emissão compreende um receptor de ondas de muito baixas frequências compreendidas entre 3 kHz e 30 kHz e de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz. O receptor está conectada com a mesma antena filar para receber essas ondas.

[035] O submarino 4 comporta tal sistema de emissão para emitir ondas de altas frequências.

[036] O funcionamento da antena filar vai agora ser detalhada em relação à figura 3 que representa uma antena filar de acordo com a presente invenção que compreende dois filtros isoladores identificados pelas referências 14a e 14b. Cada filtro isolador compreende uma indutância 16a, 16b e uma capacidade 18a, 18b, de valores respectivos La, Lb, Ca e Cb.

[037] O primeiro filtro isolador 14a e o segundo filtro isolador 14b estão colocados respectivamente a uma distância L1 e L2 da extremidade 6A do cabo coaxial 6 sobre o elemento radiante 8 a fim de recortá-lo em três segmentos.

[038] O primeiro segmento do elemento radiante 8 da antena filar MBF situado entre a extremidade 6A do cabo coaxial 6 e o primeiro filtro isolador 14a é identificado por ER1 e forma um primeiro elemento radiante apropriado para emitir uma onda de frequência F1 igual a F12= 1/(4π2LaCa) que pertence à banda alta frequência.

[039] Da mesma forma, o segundo segmento situado entre a extremidade 6A do cabo coaxial 6 e o segundo filtro isolador 14b é identificado pela referência ER2 e forma um segundo elemento radiante apropriado para emitir uma onda de frequência F2 igual a F22= 1/(4π2LbCb) que pertence à banda alta frequência e maior que F1.

[040] De fato, em torno da frequência de ressonância do circuito elétrico de cada filtro isolador, somente o segmento colocado antes do filtro isolador irradia os sinais a alta frequência. A parte colocada após o filtro fica isolada.

[041] Quando o sistema de comutação 12 está na posição de comutação apropriada ao funcionamento em alta frequência, o submarino emite à onda na frequência HF desejada que é transmitida ao elemento radiante 8 pelo cabo coaxial 6. Em função da frequência HF da onda, o primeiro segmento ER1 ou o segundo segmento ER2 irradia para um receptor da onda.

[042] Por exemplo, pode ser preciso ter três bandas de frequência na faixa alta frequência para a comunicação dos submarinos: entre 20 MHz e 24 MHz, 12 MHz e 15 MHz e entre 5 MHz e 7 MHz.

[043] Se uma das bandas corresponder ao comprimento total da antena MBF utilizada em alta frequência, apenas dois outros filtros são necessários. Caso contrário, três filtros serão necessários a fim de recortar o elemento radiante da antena filar em três segmentos.

[044] Para receber na banda MBF, o sistema de comutação 12 no submarino está posicionado/ativado na posição de funcionamento em muito baixa frequência.

[045] Os circuitos elétricos dos filtros isoladores são então transparentes na banda de frequência MBF, e proporcionam à antena filar os mesmos desempenhos que anteriormente nessa banda.

[046] Assim, uma boa adaptação de impedância é realizada para as duas bandas de frequência: alta frequência (emissão e recepção) e muito baixa frequência (recepção).

[047] Compreende-se então que a antena filar de acordo com a presente invenção está apta a funcionar em emissão no campo alta frequência e em recepção nos campos muito baixa frequência e alta frequência.

[048] De acordo com a presente invenção, a adaptação é feita de modo simples em relação às caixas de adaptação e fixa para uma pluralidade de frequências centrais de trabalho, de preferência duas ou três, distribuídas na banda alta frequência.

Claims

1. SISTEMA DE EMISSÃO, caracterizado por compreender: - um emissor de ondas de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz; - uma antena filar (2) para submarinos (4) configurada para emitir essas ondas, que compreende um cabo coaxial (6) e um elemento radiante (8) flutuante, em que uma extremidade é ligada ao cabo coaxial (6), sendo o elemento radiante (8) dimensionado para receber ondas de muito baixas frequências entre 3kHz e 30 kHz, sendo a antena (2) compreende: • um sistema de comutação (12) conectado eletricamente ao cabo coaxial (6) que permite comutar entre o funcionamento em alta frequência e o funcionamento em muito baixa frequência; • pelo menos um filtro isolador (14) interposto eletricamente entre duas seções radiantes do elemento radiante (8), a ou cada filtro isolador (14) sendo um circuito tampão, de modo que o elemento radiante (8) seja apto a emitir ondas de alta frequência, entre 3 MHz e 30 MHz; e - um receptor de ondas de muito baixas frequências compreendidas entre 3 kHz e 30 kHz e de altas frequências compreendidas entre 3 MHz e 30 MHz, em que o receptor está conectado com a mesma antena filar para receber essas ondas.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ou por cada filtro isolador (14) estar disposto a uma distância igual a um quarto de um comprimento de onda de uma onda de alta frequência a ser emitida da extremidade do elemento radiante (8) ligada ao cabo coaxial (6).

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo ou por cada distância estar compreendida entre um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência na água e um quarto do comprimento de onda de uma onda de alta frequência no ar.

4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender pelo menos um primeiro e um segundo filtros isoladores (14) dispostos sucessivamente ao longo do elemento radiante (8) da antena filar (2).

5. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela antena filar (2) possuir um comprimento sensivelmente compreendido entre 10 e 40 m.

6. VEÍCULO SUBMARINO, caracterizado por comportar um sistema de emissão, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.