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Die
Erfindung betrifft eine Unterwasserantenne nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
einer bekannten Unterwasserantenne (
EP 0 654 953 B1 ) ist eine Reihe von elektroakustischen
Wandlern in Schalleinfallsrichtung vor einem Reflektor angeordnet,
der zwei quaderförmige
Metallplatten aus Aluminium und eine Zwischenschicht als Folie aufweist.
Die Zwischenschicht ist mit den beiden Metallplatten verklebt. Die
Zwischenschicht hat einen Schichtaufbau, wie er als eingezwängter Belag
bekannt und beispielhaft in der
DE 36 21 318 A1 beschrieben ist. Die Zwischenschicht
dient der wirksamen Dämpfung
von im Antennenträger,
beispielsweise in der Wand eines U-Boots, sich ausbreitenden Biegeschwingungen.
Die Biegeschwingungen werden abgestrahlt und als Störschall
von den elektroakustischen Wandlern der Wandleranordnung empfangen,
wodurch die Ortungsgenauigkeit von Zielen deutlich herabgesetzt
wird. Solche Biegeschwingungen im Antennenträger werden durch Vibrationen
von beispielsweise im U-Boot angeordneten Antriebsaggregaten und
Geräten
verursacht.
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Der
Reflektor ist als Feder-Masse-System ausgebildet und weist zusätzlich zu
dem Verbund aus Metallplatten und Zwischenschicht eine als Feder wirkende,
schallweiche Platte, z.B. eine elastische Weichschaumplatte, vorzugsweise
aus Polyurethan-Schaum, auf, die auf der in Schalleinfallsrichtung
abgekehrten Rückseite
des Verbundes angeordnet ist. Die als Hydrofone konzipierten elektroakustischen
Wandler sind auf Distanzstücke
aufgeklebt, die ihrerseits in die vordere Metallplatte des Reflektors
positionsgenau eingesetzt sind. Mittels eines Hartumgusses aus Polyurethan
wird ein stabförmiger
Körper,
ein sog. Stave, erhalten, der an dem Antennenträger befestigt ist. Die Unterwasserantenne
weist eine Vielzahl von auf dem Antennenträger nebeneinander beabstandet
angeordnete Staves auf und ist je nach Ausbildung des Antennenträgers (Hohlzylinder
oder Platte) eine sog. Zylinderbasis oder ein sog. Flankarray.
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Es
hat sich gezeigt, dass sich – auch
bei Vorsehen des eingezwängten
Belags – innerhalb
des Reflektors stehende Wellen, sog. Moden, in Reflektorlängsrichtung
ausbilden, die zu einer nicht unerheblichen Verschlechterung des
Nutz-/Stör-Verhältnisses
(S/N-Verhältnisses)
führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen
die Ausbildung von Moden im Reflektor der Unterwasserantenne zu
unterdrücken.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Unterwasserantenne hat
den Vorteil, dass durch die ungleichmäßige Formgebung des Reflektors
keine für
die Modenausbildung ausreichend große Weglängen mit konstanter Geometrie
in Längsrichtung
des Reflektors vorhanden sind und somit die Entstehung von Moden
im Arbeitsfrequenzbereich der Unterwasserantenne verhindert wird.
Die Übertragungsfunktion
des erfindungsgemäß gestalteten
Reflektors weist im Arbeitsfrequenzbereich einen über die
Frequenz konstanten Verlauf auf. Der für Moden typische Verlauf der Übertragungsfunktion
mit Maxima und Minima ist in einen höheren Frequenzbereich verschoben,
der oberhalb der Arbeitsfrequenz der Wandler liegt.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Unterwasserantenne
mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die von den Wandlern abgekehrte Rückwand der Reflektorplatte
so gestaltet, dass der Abstand der Rückwand von der den Wandlern
zugekehrten, ebenen Vorderwand der Reflektorplatte linear zu- oder
abnimmt. Die Reflektorplatte weist dadurch Keilform auf. Durch diese
konstruktive Maßnahme
wird in fertigungstechnisch einfacher Weise die gewünschte unregelmäßige Geometrie
in Längsrichtung
des Reflektors realisiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist der Reflektor als Feder-Masse-System ausgebildet und
weist zusätzlich
eine schallweiche Platte auf, die an der von den Wandlern abgekehrten
Rückwand
der Reflektorplatte anliegt. Um auch bei einer solchen Ausbildung
des Reflektors sich in der schallweichen Platte ausbreitende Moden zu
unterdrücken,
ist die schallweiche Platte so geformt, dass ihre in Schalleinfallsrichtung
gesehene Dicke oder Höhe über die
Länge des
Reflektors variiert, z.B. so, dass die schallweiche Platte ebenfalls Keilform
aufweist.
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Die
Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
nachfolgend näher
beschrieben. Dabei zeigen in schematischer Darstellung:
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1 einen
Längsschnitt
einer Unterwasserantenne mit einer Wandlerreihe aus mehreren elektroakustischen
Wandlern und einem der Wandlerreihe zugeordneten Reflektor,
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2 einen
Längsschnitt
des Reflektors der Unterwasserantenne in 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 ausschnittweise
einen Längsschnitt des
Reflektors der Unterwasserantenne in 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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4 ausschnittweise
eine gleiche Darstellung, wie in 1 eines
weiteren Ausführungsbeispiels
der Unterwasserantenne,
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5 ausschnittweise
eine perspektivische Darstellung der Unterwasserantenne gemäß 1 mit
einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wandlerreihen.
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Die
in 1 im Längsschnitt
schematisch skizzierte Unterwasserantenne besitzt eine größere Anzahl
von in Blatttiefe nebeneinander angeordneten, voneinander beabstandeten
Wandlerreihen 11, wobei jede Wandlerreihe 11 aus
einer Mehrzahl, im Ausführungsbeispiel
sechs, von hintereinander gereihten und im vorzugsweisen konstanten
Abstand voneinander angeordneten elektroakustischen Wandlern 12 besteht.
In Schalleinfallsrichtung hinter jeder Wandlerreihe 11 ist
ein Reflektor 13 angeordnet. Die Schalleinfallsrichtung
ist durch Pfeil 10 in 1 symbolisiert.
Die Wandlerreihe 11 und der Reflektor 13 sind
jeweils in einem akustisch transparenten Hartumguss 14 aus
einem im Gießverfahren
verarbeitbaren, im wesentlichen zähelastischen Elastomer eingebettet.
Als Elastomer wird z.B. Polyurethan verwendet. Durch den Hartumguss 14 entsteht
ein stabförmiger
Körper,
der auch als sog. Stave bezeichnet wird. Zur Bildung der Unterwasserantenne werden
eine Mehrzahl von solchen Staves auf einem Antennenträger 15 nebeneinander
so angeordnet, dass die Wandlerreihen 11 vertikal ausgerichtet
sind. Der Antennenträger 15 kann
beispielsweise die Bordwand eines U-Boots oder ein GFK-Zylinder
sein. Die elektroakustischen Wandler 12 sind als Hydrofone
ausgebildet, die kleine Kugelkeramiken sind und zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit hier nicht dargestellten Anschlussleitungen
versehen sind. Wie hier ebenfalls nicht weiter dargestellt ist, führen die
Anschlussleitungen zu Anschlusskabeln einer elektroakustischen Empfangseinrichtung.
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Der
Reflektor
13 weist zwei Reflektorplatten
16,
17 und
eine biegewellendämpfende
Zwischenschicht
18 auf. Die erste Reflektorplatte
16 ist
in Schalleinfallsrichtung
10 unmittelbar hinter den Wandlern
12 angeordnet
und nimmt auf einer ebenen Vorderwand
161 die Wandler
12 auf.
Die Wandler
12 sind hierzu auf kleine Distanzstücke
19 aufgeklebt, die
ihrerseits positionsgenau auf der Vorderwand
161, z.B.
durch kleine Einsenkungen in der Vorderwand
161, festgelegt
sind. Die zweite Reflektorplatte
17 ist in Schalleinfallsrichtung
10 hinter
der ersten Reflektorplatte
16 angeordnet, so dass die Vorderwand
172 der
zweiten Reflektorplatte
17 der von den Wandlern
12 abgekehrten
Rückwand
162 der
ersten Reflektorplatte
16 zugekehrt ist. Die Zwischenschicht
18 ist
zwischen der Rückwand
162 der
ersten Reflektorplatte
16 und der Vorderwand
171 der
zweiten Reflektorplatte
17 eingezwängt. Die beiden Reflektorplatten
16,
17 sind
Metallplatten und vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Die Zwischenschicht
18 ist
bevorzugt als Folie ausgeführt
und mit den beiden Reflektorplatten
16,
17, also
mit der Rückwand
162 der
ersten Reflektorplatte
16 und der Vorderwand
171 der
zweiten Reflektorplatte
17, verklebt. Die Zwischenschicht
18 dient
zur Reduzierung des an die elektroakustischen Wandler
12 gelangenden
Störschalls,
der von dem Antennenträger
15 infolge
sich darin ausbreitenden Biegewellen abgestrahlt wird. Die Biegewellen
haben ihre Ursache in Vibrationen von im U-Boot oder sonstigen Wasserfahrzeugen
befindlichen Antriebsaggregaten und/oder Geräten. Ein Ausführungsbeispiel
für den
Aufbau der Zwischenschicht
18 ist in der
DE 36 21 318 A1 beschrieben.
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Um
die Ausbildung von stehenden Wellen, sog. Moden, im Reflektor 13 zu
unterdrücken,
weisen die Reflektorplatten 16, 17 über die
längs der Wandlerreihe 11 gesehene
Länge des
Reflektors 13 eine unregelmäßige oder ungleichmäßige Geometrie auf.
Um dies zu erreichen, ist die Rückwand 162 der ersten
Reflektorplatte 16 so gestaltet, dass der Abstand a der
Rückwand 162 von
der Vorderwand 161 über
die Länge
des Reflektors 13 variiert. Im Ausführungsbeispiel der 1 nimmt
der Abstand a über die
Länge des
Reflektors 13 zu bzw. ab, so dass die erste Reflektorplatte 16 Keilform
aufweist. Die zweite Reflektorplatte 17 weist eine zur
ersten Reflektorplatte 16 komplementäre Gestalt auf, d.h. der Abstand
b zwischen Vorderwand 171 und Rückwand 172 der zweiten
Reflektorplatte 17 nimmt über die Länge des Reflektors 13 gegensinnig
zum Abstand a zwischen Vorder- und Rückwand 161, 162 der
ersten Reflektorplatte 16 ab bzw. zu, so dass sich die
beiden Reflektorplatten 16, 17 mit der dazwischen
eingezwängten Zwischenschicht 18 zu
einem quaderförmigen
Massekörper 20 ergänzen. Grundsätzlich kann
der Verlauf der Rückwand 162 der
ersten Reflektorplatte 16 verschieden gestaltet sein, wobei
die Zu- bzw. Abnahme des Abstands a über die Länge kontinuierlich oder diskontinuierlich
erfolgen kann. Im Ausführungsbeispiel
der 2 nimmt der Abstand a der Rückwand 162 von der
Vorderwand 161 ähnlich
einer e-Funktion zu bzw. ab. Entsprechend nimmt bei der komplementären Gestaltung
der zweiten Reflektorplatte 17 der Abstand b von Vorder-
und Rückwand 171, 172 voneinander
im gleichen Maße
ab bzw. zu. Ein exponentieller Verlauf des Abstandsmaßes a ist ebenso
möglich.
Im Ausführungsbeispiel
der 3 ist die Rückwand 162 der
ersten Reflektorplatte 16 so gestaltet, dass der Abstand
a zwischen Vorder- und Rückwand 161, 162 in
Stufen zu- bzw. abnimmt und entsprechend der Abstand b zwischen
Vorder- und Rückwand 171, 172 der
zweiten Reflektorplatte 17 in Stufen ab- bzw. zunimmt.
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In
den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
ist der Reflektor 13 als Feder-Masse-System ausgebildet
und weist zusätzlich zu
dem aus den beiden Reflektorplatten 16, 17 mit eingezwängter Zwischenschicht 18 gebildeten
Massekörper 20 eine
schallweiche Platte 21 auf, die mit in den Hartumguss 14 eingebunden
ist. Die schallweiche Platte 21 ist in Schalleinfallsrichtung 10 hinter der
zweiten Reflektorplatte 17 an deren Rückwand 172 anliegend
angeordnet. Sie ist durch eine elastische Weichstoffplatte realisiert,
wobei als Weichstoffplatte bevorzugt eine Platte aus Polyurethan-Schaum
verwendet wird. Um die weniger bedeutsame Ausbildung von Moden in
der schallweichen Platte 21 zu unterdrücken, kann die schallweiche
Platte 21 ebenfalls eine unregelmäßige Geometrie aufweisen. Im
Ausführungsbeispiel
der 2 ist die schallweiche Platte 21 als
Keil ausgeführt,
dessen in Schalleinfallsrichtung 10 gesehene Dicke oder Höhe über die
Reflektorlänge
abnimmt. Die Keilform kann auch so gewählt sein, dass die Dicke des
Keils über
die Länge
des Reflektors 13 zunimmt. Eine andere Dickenänderung
der Platte 21 über
die Länge des
Reflektors 13 ist ebenfalls möglich.
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Die
in 4 ausschnittweise schematisch skizzierte Unterwasserantenne
ist gegenüber
der in 1 schematisch skizzierten Unterwasserantenne insoweit
modifiziert, als die zweite Reflektorplatte 17 und die
Zwischenschicht 18 entfallen sind und der wiederum als
Masse-Feder-System ausgeführte
Reflektor 13 nur die auf ihrer Vorderwand 161 die
Wandler 12 tragende Reflektorplatte 16 und die
an die Rückwand 162 der
Reflektorplatte 16 anliegende, schallweiche Platte 21 in
Form einer Weichstoffplatte z. B. aus PU-Schaum, umfasst. Wandler 12 und
Reflektor 13 sind wiederum von dem Hartumguss 14 aus
Polyurethan umschlossen. Die Rückwand 162 der
Reflektorplatte 16 ist wiederum so ausgebildet, dass der
Abstand a zwischen der ebenen Vorderwand 161 und der Rückwand 162 sich über die
Länge des
Reflektors 13 ständig ändert. Beispielhaft
ist hierzu die Rückwand 162 mit
einer Zahnreihe versehen, in die eine an der schallweichen Platte 21 ausgebildete
komplementäre
Zahnreihe eingreift. Selbstverständlich
kann die Rückwand 162 auch
anders gestaltet sein. Wesentlich ist lediglich, dass der Abstand
a über
die Länge
des Reflektors 13 kontinuierlich oder diskontinuierlich
variiert, z.B. wie in 4 sich über relativ kurze Wegstrecken
stufig vergrößert und
verkleinert.
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5 zeigt
ausschnittweise eine schematisierte perspektivische Darstellung
der aus der Mehrzahl von Wandlerreihen 11 zusammengestellten,
flächigen
Unterwasserantenne, eines sog. Flächenarrays. Die Wandlerreihen 11 sind
vertikal ausgerichtet und horizontal nebeneinander und voneinander
beabstandet angeordnet. Jeder Wandlerreihe 11 ist ein wie
vorstehend zu 1 beschrieben ausgebildeter Reflektor 13 zugeordnet,
wobei die Reflektoren 13 lückenlos aneinanderliegen. Jeder
Reflektor 13 weist demzufolge zwei in Schalleinfallsrichtung 10 hintereinander
angeordnete Reflektorplatten 16, 17 mit dazwischen
angeordneter Zwischenschicht 18 auf. Die Geometrie der
Reflektorplatten 16, 17 ist wiederum ungleichmäßig, wobei
im Ausführungsbeispiel
hierzu wiederum eine Keilform der beiden Reflektorplatten 16, 17 gewählt ist,
so dass der Abstand a der Rückwand 162 von
der Vorderwand 161 der ersten Reflektorplatten 16 stetig
zu bzw. abnimmt und der Abstand b der Rückwand 172 von der
Vorderwand 171 der zweiten Reflektorplatte 17 komplementär ab- bzw. zunimmt.
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Um
auch in Horizontalrichtung eine Ausbildung von stehenden Welle zu
vermeiden, ist der Verlauf der Rückwand 162 in
benachbarten Reflektoren 13 gegensinnig gestaltet. Wie 4 zeigt,
nimmt in dem vordersten, ersten Reflektor 13 der Abstand
a der Rückwand 162 von
der Vorderwand 161 der ersten Reflektorplatte 16 in
Vertikalrichtung von oben nach unten linear ab. Im benachbarten
Reflektor 13, der zur Veranschaulichung aus der Unterwasserantenne
herausgezogen dargestellt ist, nimmt der Abstand a der Rückwand 162 von
der Vorderwand 161 der ersten Reflektorplatte 16 in
Vertikalrichtung von oben nach unten linear zu. Im darauffolgenden
dritten Reflektor 13 ist der Verlauf der Rückwand 162 der ersten
Reflektorplatte 16 wieder wie im ersten Reflektor 13,
d. h. der Abstand a der Rückwand 162 von
der Vorderwand 161 der ersten Reflektorplatte 16 nimmt in
Vertikalrichtung von oben nach unten wieder ab. Dies wiederholt
sich bei den folgenden Reflektoren 13. Entsprechend verändert sich
auch der Abstand b zwischen Vorder- und Rückwand 171, 172 der
zweiten Reflektorplatte 17. Dadurch werden auch in Horizontalrichtung
größere Weglängen mit
konstanter Geometrie vermieden und somit die Ausbildung von Moden
unterdrückt.
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Bei
der Ausbildung der Reflektoren 13 als Feder-Masse-System
können
die zu jedem Reflektor 13 zugehörigen schallweichen Platten 21 einstückig miteinander
verbunden sein, also mittels einer einstückigen, durchgehenden Weichstoffplatte
realisiert werden.