KR101088246B1 - 전기 음향적 수중 안테나 - Google Patents

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Abstract

수중 운송 수단의 외피에 고정될 수 있는 전기 음향적 수중 안테나, 특히 사이드 안테나는 적어도 하나의 오일이 채워져 폐쇄된 긴 공동 내에 서로 거리를 두고 연속하여 배치된 일련의 하이드로폰(hydrophone)(13)을 포함한다. 본 발명의 목적은 충분히 작은 수직 개구각(aperture angle)을 가지면서 저주파수 영역에서 고도의 수신 감도를 달성하는 데에 있다. 본 발명의 장치는 제조 및 장착이 용이한 것으로서, 하이드로폰(13)이 장착되는 복수 개의 공동(14)이 플레이트(12)의 전방에 그로부터 거리를 두고 서로 평행하게 배열되어 있고, 플레이트(12)와 공동(14)은 음향적으로 투명한 패널형 플라스틱제 본체(11) 내에 매립되어 있다는 점을 특징으로 한다. 다수의 플라스틱제 본체(11)가 서로에 나란히 또는 서로의 뒤에 배열된다.

Description

전기 음향적 수중 안테나{ELECTROACOUSTIC UNDERWATER ANTENNA}
본 발명은 전기 음향적 수중 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수중 운송 수단의 외피에 장착될 수 있는, 청구항 1의 전제부에 기재한 일반적인 형태의 사이드 안테나(side antenna)에 관한 것이다.
잠수함용으로 공지된 사이드 안테나(EP 0 214 525 B1)로는, 잠수함의 케이싱에 서로 거리를 두고 부착되는 유지 부재에 의해 잠수함의 케이싱으로부터 거리를 두고 종방향으로 소정 범위에 걸쳐 유지되는 소위 하이드로폰 스트리머(hydrophone streamer)로 불리는 것이 있다. 이 하이드로폰 스트리머는 특정 간격으로 몰딩(molding)에 의해 지지되는 가요성 튜브를 갖고 있다. 가요성 튜브 내에 정해진 간격을 두고 배치되는 하이드로폰들은 각각 가요성 튜브의 케이싱에 지지되는 2개의 몰딩 사이에 배치된다. 이 경우, 원통형 하이드로폰들은 텐션 케이블에 확실하게 클램핑된 홀더 내에 놓인다. 이 홀더는 탄성적이면서 가요성을 갖는 2개의 플라스틱제 절반부로 조립되며, 텐션 케이블(tension cable)의 절반을 각각 둘러싸는 그 단부 섹션은 스프링 클립에 의해 함께 유지된다. 홀더의 중앙부는 원통형 공동을 둘러싸며, 이 공동 내에서 하이드로폰은 스프링 방식(sprung manner)으로 유지되어 있다. 가요성 튜브의 케이싱은 하이드로폰과 가요성 튜브 케이싱 간에 양호한 음향 전달 특성을 보장하는 액체, 바람직하게는 오일로 채워진다.
소위 예인식 안테나(towed antenna)로 불리는 형태의 공지의 수중 안테나(DE 198 12 356 C1 참조)에서는 충전재로 채워진 가요성 튜브를 구비하며, 많은 수의 하이드로폰이 가요성 튜브 내에서 서로 앞뒤로 거리를 두고 일렬로 배치되어 가요성 튜브 케이싱에 지지됨으로써 가요성 튜브 내에서 대략 중앙에 유지되어 있다. 가요성 튜브의 종방향으로 서로 거리를 두고 있고 금속 포옴(metal foam)으로 이루어진 몰딩이 하이드로폰을 지지하도록 마련되며, 하이드로폰은 몰딩 안에 중앙으로 삽입된다. 몰딩은 가요성 튜브를 통과하는 텐션 케이블에 고정된다. 가요성 튜브는 오일로 채워진다.
마찬가지로 공지된 예인식 수중 안테나(DE 195 18 461 C1)에서는 하이드로폰을 모든 쪽에서 균일하게 둘러싸며 이에 따라 하이드로폰을 가요성 튜브 내에서 실질적으로 중앙에 고정시키는 충전재로서 겔을 채택하고 있다. 이 충전재는 2성분 실리콘 고무이며, 이 고무의 두가지 성분은 잘 유동할 수 있는 한편 상온에서 경화하여 겔형 가황물(vulcanizate)을 형성하는 옅은 액체 형태이다.
소위 실린더 형태(cylinder base)로 불리는 하나의 공지된 수중 안테나(EP 0 654 953 B1)에서는, 소위 스테브(stave)로 불리는 로드(rod) 형태의 많은 개수(예를 들면, 96개)의 트랜스듀서 배열이 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 중공 실린더의 외부 케이싱에 서로의 옆에 장착되어 있다. 각 스테브는 서로 아래위로 동일한 간격을 두고 배치되는 한편 작은 구형 세라믹 형태인 복수 개(예를 들면, 3개)의 하이드로폰을 구비한다. 사운드 입사 방향에서 하이드로폰의 뒤에는 리플렉터가 배치되어 있다. 하이드로폰과 리플렉터는 폴리우레탄으로 이루어진 음향적으로 투명한 경질 봉입체 내에 매립된다. 모든 하이드로폰에 대한 연결선은 경질 봉입체의 단부면에 형성된 블라인드 구멍(blind hole) 안으로 돌출하는 공통의 플러그로 보내진다. 이와 같은 수중 안테나는 하이드로폰의 출력 신호의 적절한 신호 처리와 함께, 서로 아래위로 위치하는 복수 개의 하이드로폰을 기초로 하여 수직 방향으로도 충분히 좁은 메인 로브(lobe)에 의해 방향 특성을 갖는다.
본 발명은, 수평 방향으로 스캐닝될 수 있는 수신 특성의 좁은 메인 로브 외에도, 수직 방향으로 충분히 양호한 비임을 형성하고 저주파수 영역에서 양호한 수신 감도를 가지며, 또한 제조 기술상 관점에서 용이하게 제조될 수 있고 조립하기에 간단한, 서두에 언급한 형태의 수중 안테나를 제공한다는 목적에 기초한다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 기재된 특징적 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기 음향적 수중 안테나는 저주파수 영역에서의 수신 감도의 측면에서 하이드로폰 스트리머의 음향적 이점과, 수직 수신 영역에서 양호한 비임 형성의 측면에서 실린더 형태 또는 플랫형 안테나(flat antenna)의 이점을 결합시킨다. 굽힘에 대한 강성이 있는 장착 플레이트는 동시에 리플렉터로서 사용되며, 수중 안테나에 양호한 전후방 비(back-to-front ratio)를 제공한다. 플라스틱제 본체의 제조는 하이드로폰을 공동 내에 삽입한다는 점에서 제조 기술상 관점에서 매우 간단하다.
본 발명에 따른 수중 안테나의 적절한 실시예는 본 발명의 유리한 개량 및 개선된 점들과 함께 다른 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따르면, 하이드로폰이 설치되는 복수 개의 플라스틱제 본체가 서로의 옆에 및/또는 서로 앞뒤에 배치된다. 다수의 행 및 열로 배치된 하이드로폰을 포함하는 소위 패널로 불리는 개개의 플레이트형 플라스틱제 본체를 일렬로 배치하는 것은 조립의 관점에서 간단하며, 임의의 원하는 치수의 플랫형 안테나를 제조에 수고를 거의 들이지 않고 생산할 수 있게 해준다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따르면, 패널 형태의 플라스틱제 본체는 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트를 둘러싸는 경질 봉입체로서 형성되며, 이 경질 봉입체에는 서로에 평행하게 연장하는 채널이 플레이트 표면의 전방에 그로부터 간격을 두고 공동을 형성하도록 마련되어 있다. 동일한 개수의 하이드로폰이 오일로 채워져 폐쇄된 가요성 튜브 안에 삽입되며, 하나의 가요성 튜브가 각 채널 내에 넣어진다. 가요성 튜브는 폴리에틸렌으로 제조되는 것이 바람직하다. 충전재로서 오일을 사용하면, 저주파수 영역에서 매우 양호한 수신 응답을 제공하며, 이는 예를 들면 하이드로폰 스트리머에서 겔 내에 매립된 하이드로폰의 경우에 비해 현저히 우수하다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 각각 동일한 개수의 하이드로폰이 경질 봉입체에 형성된 채널 내에 직접 넣어져, 채널의 벽에 통상의 몰딩에 의해 지지되어 축방향으로 이동할 수 없도록 고정된다. 채널은 오일로 채워져 폐쇄되는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 하나의 예시적인 실시예를 사용하여 후술하는 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 복수 개의 안테나 요소로 이루어진 플랫형 전기 음향적 수중 안테나를 도시하는 도면이다.
도 2는 안테나 요소를 형성하도록 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트가 매립되어 있는 한편 채널이 내부에 형성된 경질 봉입체의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 경질 봉입체의 채널 내에 넣어지는 하이드로폰용 가요성 튜브에 대한 종방향 단면도이다.
도 4는 도 3에서 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 단면도이다.
도 1에 사시도로 도시된 전기 음향적 수중 안테나는 바람직하게는 수중 운송 수단의 외피에 장착되는 사이드 안테나로서 사용되는 플랫형 안테나(flat antenna)이다. 이 안테나는 복수개의 패널형 안테나 요소(10)로 이루어지며, 이 안테나 요소들은 서로 앞뒤에 및/또는 서로의 옆에 배치되어, 수중 운송 수단의 외피에 개별적으로 장착된다. 각 안테나 요소(10)는 음향적으로 투명한 플레이트형 플라스틱제 본체(11)를 구비하며, 이 플라스틱제 본체는 한편에서는 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트(12)를 수용하고 다른 한편에서는 하이드로폰(13)을 수용하는 데, 이 하이드로폰은 사운드 입사 방향에서 플레이트(12)의 전방에서 공동(14) 내에 배치되며, 이 공동(14)들은 플라스틱제 본체(11)에 마련되어 서로 떨어져 평행하게 플레이트(12)에 대해 연장한다. 공동(14)은 유리한 음향 특성 때문에 겔 등의 다른 충전재보다 바람직한 오일이 채워져 폐쇄되어 있다. 하이드로폰(13)의 이러한 구조의 배열에 의해 각 안테나 요소(10)는 다수의 행 및 열로 배치된 하이드로폰 배열을 갖는 패널을 형성하게 된다. 예를 들면, 서로의 옆에 위치하여 서로 떨어져 있지만 평행한 6개의 공동(14)은 각각 서로 떨어진 6개의 하이드로폰(13)을 수용하고, 이에 의해 6×6의 총 36개의 하이드로폰(13)의 플랫형 하이드로폰 배열이 얻어진다.
플라스틱제 본체(11)는 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트(12)를 둘러싸는 경질 봉입체로서 제조되며, 이 경질 봉입체에는 플레이트 표면의 전방에 그로부터 간격을 두고 서로에 평행하게 연장하는 채널(15)이 형성되어 공동(14)을 형성하게 된다(도 2 참조). 경질 봉입체는 주조법(casing method)에 의해 처리될 수 있는 실질적으로 점성의 엘라스토머, 바람직하게는 폴리우레탄으로 이루어진다.
각각 동일한 개수의 하이드로폰(13), 도시된 예에서 6개의 하이드로폰(13)이 오일로 채워져 폐쇄된 가요성 튜브(16) 내에 삽입되어, 연속하는 하이드로폰(13) 간의 거리를 일정하게 유지한 상태로 가요성 튜브의 슬리브(161)로부터 반경 방향으로 소정 거리 떨어져 축방향으로 이동할 수 없도록 가요성 튜브(16)에 고정된다(도 3 참조). 이를 위해, 작은 구형 세라믹 형태의 하이드로폰(13)이 플라스틱제 홀더(17)에 수용되는 데, 이 플라스틱제 홀더는 가요성 튜브 슬리브(161)에 지지되어 축방향으로 이동할 수 없도록 고정되어 있다. 오일 충전재(18)는 도 3에서 점으로 나타내었다. 전술한 바와 같이 형성된 하이드로폰용 가요성 튜브(16)는 각각 경질 봉입체의 하나의 채널(15) 안으로 넣어져, 총 6개의 채널(15)이 있는 경우, 6개의 하이드로폰용 가요성 튜브(16)가 넣어져, 6×6의 총 36개의 하이드로폰(13)을 갖는 트랜스듀서 배열을 형성한다. 예를 들면, 하이드로폰(13)이 있는 플라스틱제 홀더(17)는, 플라스틱제 홀더(17)를 매우 성긴 그물에 고정시키고, 이에 의해 고정된 하이드로폰(13)과 함께 그물이 가요성 튜브(16) 안으로 떠오르게 함으로써 도입될 수 있다.
대안적으로, 하이드로폰(13)은 이들의 플라스틱제 홀더(17)에 의해 채널(15) 안으로 직접 서로 정해진 간격을 두고 떨어지게 삽입될 수 있다. 이러한 식으로 하이드로폰(13)이 장착된 채널(15)은 오일이 채워지고 그 단부에서 폐쇄된다.
하이드로폰(13)에 이르는 신호 전달 및 전력 공급용 전기 케이블은 도시를 명료하게 하기 위해 도면에서는 생략하였다.

Claims (11)

  1. 충전재로 채워진 적어도 하나의 길고 폐쇄된 공동(14) 내에 서로 앞뒤로 서로 일정한 간격을 두고 일렬로 배치되어 있는 하이드로폰(hydrophone)을 갖는 전기 음향적 수중 안테나에 있어서,
    하이드로폰(13)이 장착되는 복수 개의 공동(14)이 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트(12) 전방에서 그로부터 거리를 두고 서로 떨어져 평행하게 연장하며, 플레이트(12)와 공동(14)은 음향적으로 투명한 패널형 플라스틱제 본체(11) 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 하이드로폰이 장착되는 복수 개의 플라스틱제 본체(11)들이 서로 옆에, 서로 앞뒤로, 또는 서로 옆에 및 앞뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플라스틱제 본체(11)는 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트(12)를 둘러싸는 경질 봉입체로서 형성되며, 이 경질 봉입체에는 서로 평행하게 연장하는 채널(15)이 플레이트 표면의 전방에 그로부터 거리를 두고 공동(14)을 형성하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  4. 제3항에 있어서, 각각 동일한 개수의 하이드로폰(13)이 충전재로 채워진 폐쇄된 가요성 튜브(16) 내에 삽입되고, 하이드로폰이 장착된 가요성 튜브(16)는 각 채널(15) 내에 넣어지는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 가요성 튜브(16)는 폴리에틸렌으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  6. 제3항에 있어서, 각각 동일한 개수의 하이드로폰(13)이 채널(15) 내에 직접 삽입되고, 이 채널(15)은 충전재로 채워져 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 충전재는 오일인 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  8. 제3항에 있어서, 경질 봉입체는 주조법을 사용하여 처리될 수 있는 실질적으로 점성의 엘라스토머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 굽힘에 대한 강성이 있는 플레이트(12)는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이드로폰(13)은 구형 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 음향적 수중 안테나는 수중 운송 수단의 외피에 장착될 수 있는 사이드 안테나(side antenna)인 것을 특징으로 하는 전기 음향적 수중 안테나.
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