DE69201388T2 - Richtantenne für akustische Niederfrequenzwellen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf akustische Antennen, die bei niederen Frequenzen, d.h. im wesentlichen unterhalb von 5 kHz arbeiten und deren Empfangs- und/oder Sendediagramm verbessert werden soll.
• Bei Unterwasserdetektoren möchte man Objekte erfassen, die immer weiter entfernt sind und deren Reflexionskoeffizient immer geringer wird. Dies erfordert aus bekannten Gründen die Verwendung von immer niedrigeren Frequenzen und immer größeren Sendeleistungen der Sonargeräte.
• Wenn der Einsatz von akustischen Antennen mit großen Abmessungen bezüglich der Wellenlänge möglich ist, dann kann man ohne große Schwierigkeiten das Problem der Richtwirkung dieser Antennen lösen.
• Man kann aber nicht immer Antennen mit großen Abmessungen verwenden, insbesondere aus hydrodynamischen Gründen, wenn sie beispielsweise in Schwebekörpern angeordnet sind, deren Abmessungen notwendigerweise begrenzt sind. Die Abmessungen der Antenne sind dann gegenüber der Wellenlänge nicht groß und sind typisch in der gleichen Größenordnung wie diese. Die akustische Strahlung einer solchen Antenne hängt dann im wesentlichen von der Beugung ab und wird sehr empfindlich bezüglich der Anordnung von Objekten, insbesondere des Antennenträgers, die sich in der Nähe der Antenne befinden, und zwar selbst dann, wenn sie hinter der Sendeseite angeordnet sind. Außerdem besteht die Antenne in bekannter Weise aus Elementarquellen sehr geringer Abmessungen gegenüber der Wellenlänge, beispielsweise 1/4 dieser Wellenlänge, was erhebliche akustische Kopplungen zwischen den akustischen Projektoren führt und das gesamte Richtdiagramm der Antenne stark beeinflußt.
• Es ist außerdem bekannt, daß zur Erfassung der gesuchten Objekte unter zufriedenstellenden Bedingungen die Richtcharakteristik einer Sonarantenne oft eine komplexe Form haben muß. Beispielsweise muß man oft eine sehr weit geöffnete vordere Keule, beispielsweise 120º, aussenden und zugleich die störende rückwärtige Keule sehr gering halten.
• Das Strahlungsdiagramm einer akustischen Basis, die kleine Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge besitzt, ist im Prinzip ungerichtet. Dieses Diagramm hängt nämlich im wesentlichen von der Umgebung und den in der Nähe dieser Basis liegenden Bauteilen ab, die die Ausbreitung der Schallwellen stören können. Die Kenntnis der Bedingungen an den durch diese Bauteile, insbesondere durch die Tragstrukturen der akustischen Projektoren, bedingten Grenzen, ist daher von großer Bedeutung, um die Richtwirkung bei großer Entfernung zu beherrschen.
• Der bekannte theoretische Lösungsansatz zeigt, daß zur Erzielung eines akustischen Felds mit der oben beschriebenen Richtwirkung eine ebene Schallwand mit unendlich großen Abmessungen verwendet werden müßte, in die die akustischen Projektoren eingesetzt sind. Da dies offensichtlich nicht möglich ist, verringert man die Abmessungen dieser Schallwand und sucht empirisch verschiedene Schirme anzuordnen, die das gewünschte Richtdiagramm ergeben sollen. Dies erfordert also lange und teure Versuche, und das Ergebnis bleibt mäßig und hängt stark von der verwendeten Wellenlänge ab.
• Um diese Nachteile zu beseitigen und systematisch eine akustische Antenne mit der gewünschten Richtwirkung zu erhalten, schlägt die Erfindung eine akustische Richtantenne für niedere Frequenzen vor, die eine Gruppe von akustischen Transduktoren besitzt, welche auf einer Vorderseite angeordnet sind, um in einer Richtung senkrecht zu dieser Vorderseite zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiter zwei nachgiebige Schallwände enthält, die an den Enden und hinter der Vorderseite liegen, und zwar im wesentlichen senkrecht zu dieser.
• Andere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung hervor, die schematisch in Perspektive eine erfindungsgemäße akustische Antenne zeigt.
• Die akustische Antenne, die in der beiliegenden Figur gezeigt ist, enthält eine Vorderseite 101, an der mehrere akustische Transduktoren 102 (oder Projektoren) zusammengefaßt sind, im vorliegenden Beispiel sechs. Diese akustischen Transduktoren sollen niedere Frequenzen aussenden, und ihre Abmessungen sind für eine bestimmte Frequenz berechnet, wobei sie jedoch in einem gewissen Frequenzband um diese Frequenz herum verwendbar sind. Sie sind beispielsweise von dem bekannten Tonpilz-Typ. Der Durchmesser dieser Transduktoren ist gering gegenüber der verwendeten Wellenlänge, und man verwendet hinreichend viele Transduktoren, um die gewünschte akustische Leistung zu erhalten.
• Die Breite der Vorderseite der Antennen beträgt im wesentlichen eine Wellenlänge bei der verwendeten Frequenz. Die Höhe ist relativ beliebig, da die Sollwerte des gewünschten Richtdiagramms im wesentlichen in horizontaler Ebene definiert sind. Verwendet man, wie in der Figur gezeigt, eine wesentlich kleinere Höhe als die Breite, dann erhält man in Höhenrichtung ein ungerichtetes Diagramm.
• Erfindungsgemäß ist die Struktur der Antenne so gewählt, daß die Enden der Vorderseite in einem Winkel von 90º nach rückwärts umgebogen sind, um zwei Seitenflächen 103 und 104 zu bilden. Diese Seitenflächen können aus der Tragestruktur der akustischen Projektoren 102 gebildet sein.
• Erfindungsgemäß belegt man diese Seitenflächen mit Schallwänden, die als "nachgiebige Schallwände" bekannt sind, um die Richtwirkung der Antenne in waagrechter Ebene zu beeinflussen. Diese nachgiebigen Schallwände bedecken die Seitenflächen über die ganze Höhe der Antenne und über eine Tiefe, die im wesentlichen gleich 1/5 der Wellenlänge beträgt. In der Figur sind diese Schallwände leicht nach hinten bezüglich der Vorderseite der Antenne versetzt, aber diese in dem Beispiel aus Gründen der mechanischen Konstruktion verwendete Anordnung hat keinen kritischen Einfluß auf die Richtwirkung der Antenne. Im allgemeinen werden zwei Antennen realisiert, um nach rechts und nach links auszusenden, so daß die Einheit parallelepipedisch ist und die Hinzufügung der nachgiebigen Schallwände den Raumbedarf der Antenne nicht vergrößert.
• Man kann jede Art von bekannten Schallwänden verwenden, beispielsweise solche, die aus natürlich federnden Materialien gebildet werden, wie z.B. in der Patentanmeldung FR- A-83 00 753 der Anmelderin beschrieben, oder Tafeln mit einer Luftschicht mit Druckausgleich, wie sie in der Patentanmeldung FR-A-89 17 432 im Namen der Anmelderin beschrieben sind.
• Eine bevorzugte Lösung besteht darin, federnd nachgiebige Rohre eines deutlich abgeflachten Querschnitts zu verwenden, die aus einem Verbundmaterial bestehen und bei Frequenzen in der Größenordnung der Sendefrequenz der Antenne schwingen. Diese Rohre werden senkrecht befestigt, um die Seitenwände zu bedecken.,
• Versuche mit einer solchen Struktur haben besonders interessante Ergebnisse hinsichtlich der Richtwirkung nach vorne und der Dämpfung der rückwärtigen Keule erzielen lassen.

Claims (7)

1. Akustische Richtantenne für niedere Frequenzen, die eine Gruppe von akustischen Transduktoren (102) besitzt, welche auf einer Vorderseite (101) angeordnet sind, um in einer Richtung senkrecht zu dieser Vorderseite zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiter zwei nachgiebige Schallwände (103) enthält, die an den Enden und hinter der Vorderseite liegen, und zwar im wesentlichen senkrecht zu dieser.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Vorderseite im wesentlichen eine Wellenlänge bei der verwendeten Sendefrequenz beträgt.

3. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der nachgiebigen Schallwände (103) im wesentlichen 1/5 der Wellenlänge bei der verwendeten Sendefrequenz beträgt.

4. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Schallwände (103) von Tafeln aus einem natürlich federnden Material gebildet werden.

5. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Schallwände (103) aus einer im Druckausgleich gehaltenen Luftschicht bestehen.

6. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Schallwände (103) aus schwingenden Strukturen bestehen, die im wesentlichen auf die Sendefrequenz der Antenne abgestimmt sind.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingenden Strukturen aus federnden Rohren gebildet werden.