KR20090101179A

KR20090101179A - 수중 안테나

Info

Publication number: KR20090101179A
Application number: KR1020097012370A
Authority: KR
Inventors: 라이너 부쉬; 카이 빅터
Original assignee: 아틀라스 엘렉트로닉 게엠베하
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-09-24
Also published as: WO2008080451A4; KR101221737B1; EP2104934B1; EP2104934A2; DE102006060795B3; WO2008080451A2; WO2008080451A3

Abstract

서로 앞뒤로 일렬로 배치된 복수 개의 이격되어 있는 전기 음향 변환기(12)로 이루어진 적어도 하나의 변환기 열(11)과, 음향 입사 방향으로 변환기 열(11) 뒤에 배치되고, 변환기(12)를 향하는 평평한 전방벽(161)과 변환기(12)로부터 멀어지는 방향을 향하는 후방벽(162)을 갖는 적어도 하나의 반사성 반사기 판(16)이 마련되는 반사기(13)를 포함하는 수중 안테나가 개시되어 있다. 반사기(13)에서 이 반사기(13)의 길이 방향 연장 방향으로 전파되는 모드를 억제하기 위해서, 반사기 판(16)의 후방벽(162)은 이 후방벽(162)과 전방벽(161) 사이의 거리(a)가 반사기(13)의 길이를 따라 변하도록 구성되며, 상기 반사기의 길이는 변환기 열(11)을 따라 연장된다.

Description

수중 안테나{UNDERWATER ANNTENNA}

본 발명은 청구항 1의 전제부에서 청구하는 바와 같은 수중 안테나에 관한 것이다.

공지의 수중 안테나(EP 0 654 953 B1)에서, 전기 음향 변환기(electroacoustic transducer)가 음향 입사 방향으로 반사기 전방에 배치되며, 상기 반사기는 알루미늄으로 이루어진 2개의 입방형 금속판과, 필름인 중간층을 갖는다. 중간층은 2개의 금속판에 접착식으로 접합된다. 중간층은 압입 커버링(forced-in covering)으로 알려지고, 예컨대 DE 36 21 318 A1에 설명되어 있는 층 구조를 갖는다. 중간층은, 예컨대 잠수함의 벽에 있는 안테나 장착부에서 전파되는 굴곡 진동의 효과적인 감쇠를 위해 사용된다. 굴곡 진동이 발산되어 변환기 장치의 전기 음향 변환기에 의해 간섭 음향으로서 수신되고, 이에 따라 목표물의 위치 정확도를 매우 감소시킨다. 안테나 장착부에서의 굴곡 진동과 같은 굴곡 진동은, 예컨대 잠수함에 배치된 구동 유닛 및 장비의 진동에 의해 야기된다.

반사기는 스프링 앤드 매스 시스템(spring-and-mass system) 형태이며, 금속판 조립체와 중간층뿐만 아니라, 음향을 불량하게 반사하고 스프링으로서의 역할을 하는 판, 예컨대 조립체의 후면에 음향 입사 방향의 반대 방향을 향하는바람직하게 는 폴리우레탄 발포체로 이루어진 탄성의 연성 발포체 판을 갖는다. 수중 청음기 형태의 전기 음향 변환기는, 그 자체가 반사기의 전방 금속판 내로 적소에 정확하게 삽입되는 스페이서에 접착식으로 접합된다. 로드 형태의 본체, 소위 스테이브(stave)가 폴리우레탄으로 이루어진 경질 캡슐에 의해 얻어지고 안테나 장착부에 부착된다. 수중 안테나는, 안테나 장착부 상에 서로 소정 간격을 두고 배치된 복수 개의 스테이브를 갖고, 안테나 장착부의 실시예(중공형 실린더 또는 판)에 따라 소위 실린더 베이스 또는 소위 플랭크 어레이(flank array)이다.

압입 커버링이 제공되는 경우에도, 정상파, 소위 모드가 반사기 내에서 반사기의 길이 방향으로 형성되고, 신호 대 노이즈 비율(S/N 비율)에 있어서 적지 않은 악화를 초래한다는 것을 확인하였다.

본 발명은 수중 안테나의 반사기에서 모드의 형성을 억제하는 설계 방법을 이용하는 목적을 기초로 한다.

본 발명에 따르면, 청구항 1의 특징부에 의해 상기 목적이 달성된다.

본 발명에 따른 수중 안테나는, 반사기의 불균일한 형상의 결과로, 모드를 형성하기에 충분히 길고 일정한 기하학적 형상을 갖는 어떠한 경로 길이도 도 반사기의 길이 방향으로 존재하지 않고, 이에 따라 수중 안테나의 작동 주파수 범위에서 모드의 형성을 방지한다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따라 구성된 반사기의 전달 기능부는 작동 주파수 범위의 주파수에 걸쳐 일정한 프로파일을 갖는다. 모드에 대해 통상적인, 최대값 및 최소값을 갖는 전달 기능부의 프로파일은 변환기의 작동 주파수보다 높은 고주파수 범위로 시프트된다.

본 발명의 유리한 양태와 개선점과 함께 본 발명에 따른 수중 주파수의 적절한 실시예가 다른 청구항에 상술되어 있다.

본 발명의 유리한 일실시예에 따르면, 변환기로부터 멀어지는 방향을 향하는 반사기 판의 후방벽은 변환기를 향하는 반사기 판의 평평한 전방벽으로부터의 후방벽의 거리가 선형으로 증가 또는 감소하도록 구성된다. 이에 따라, 반사기 판은 웨지 형상이다. 이러한 설계 방법은 제조하기 간단하도록 반사기의 길이 방향으로 소망하는 불규칙적인 기하학적 형상을 형성한다.

본 발명의 유리한 일실시예에 따르면, 반사기는 스프링 앤드 매스 시스템 형태이고, 추가적으로 음향을 불량하게 반사하고, 변환기로부터 멀어지는 방향을 향하는 반사기 판의 후방벽 상에 지지되는 판을 갖는다. 역시 이와 같이 반사기의 실시예에서 음향을 불량하게 반사하는 판에서의 모드 전파를 억제하기 위해서, 음향을 불량하게 반사하는 판은 음향 입사 방향으로 봤을 때의 그 두께 또는 높이가, 예컨대 마찬가지로 음향을 불량하게 반사하는 판이 웨지 형상이 되도록 반사기의 길이 방향에 걸쳐 변하도록 성형된다.

아래 본문에서, 이 경우에 개략적으로 도시되어 있는 도면에 예시한 예시적인 실시예를 참고하여 본 발명을 더 상세히 설명하겠다.

도 1은 복수 개의 전기 음향 변환기를 포함하는 변환기 열과, 이 변환기 열에 관련된 반사기를 지닌 수중 안테나를 관통하는 종단면도이고,

도 2는 제2 예시적인 실시예에 따른, 도 1에 도시한 바와 같은 수중 안테나의 반사기를 관통하는 종단면도이며,

도 3은 제3 예시적인 실시예에 따른, 도 1에 도시한 수중 안테나의 반사기를 관통하는 상세한 종단면이고,

도 4는 수중 안테나에 관한 다른 예시적인 실시예의, 도 1에서와 동일한 방식으로 도시한 상세도이며,

도 5는 복수 개의 변환기 열이 서로 나란히 배치된, 도 1에 도시한 것과 같은 수중 안테나의 상세 사시도이다.

도 1에 종단면도 형태로 개략적으로 도시한 수중 안테나는 비교적 많은 개수의 변환기 열(11)을 가지며, 이 변환기 열은 리프(leaf) 깊이에서 서로 나란히 배치되고, 서로 소정 간격을 두고 있으며, 각각의 변환기 열(11)은 하나 이상의 열에서 앞뒤로 배치되고, 바람직하게는 서로 일정한 거리를 두고 있는 복수 개, 예시적인 실시예에서는 6개의 전기 음향 변환기(12)를 포함한다. 반사기(13)는 음향 입사 방향으로 각각의 변환기 열(11) 뒤에 배치된다. 음향 입사 방향은 도 1에서 화살표 10으로 표시되어 있다. 변환기 열(11)과 반사기(13)는 각각, 주로 주조 공정을 사용하여 가공될 수 있는 점소성 탄성중합체로 이루어진 음향 투과성 경질 캡슐(14)에 매설된다. 예로서, 폴리우레탄이 탄성중합체로서 사용된다. 경질 캡슐(14)은 소위 스테이브라고도 하는 로드 형태의 본체를 형성한다. 수중 안테나를 형성하기 위해서, 변환기 열(11)이 수직으로 정렬되고 복수 개의 그러한 스테이브 가 안테나 장착부(15) 상에 서로 나란히 배치된다. 예로서, 안테나 장착부(15)는 잠수함의 선체벽 또는 GFC 실린더일 수 있다. 전기 음향 변환기(12)는, 소형 구형 세라믹이고, 전기 접속을 이루기 위해서 도면에는 도시되어 있지 않은 접속 라인이 마련된 수중 청음기 형태이다. 마찬가지로 도면에 더 도시되어 있지는 않지만, 접속 라인은 전기 음향 수신 장치의 접속 케이블로 통한다.

반사기(13)는 2개의 반사기 판(16, 17)과 굴곡파를 감쇠하는 중간층(18)을 갖는다. 제1 반사기 판(16)은 음파 입사 방향(10)으로 변환기(12) 바로 뒤에 배치되고, 평평한 전방벽(161) 상에 변환기(12)를 유지한다. 이러한 목적으로, 변환기(12)는, 그 자체가 전방벽(161) 상에, 예컨대 전방벽(161)에 있는 작은 리세스에 의해 적소에 정확하게 고정되는 소형 스페이스(19)에 접착식으로 접합된다. 제2 반사기 판(17)은 이 제2 반사기 판(17)의 전방벽(172)이 제1 반사기 판(16)의, 변환기(12)로부터 멀어지는 방향을 향하는 후방벽(162)을 향하도록 음향 입사 방향(10)으로 제1 반사기 판(16) 뒤에 배치된다. 중간층(18)은 제1 반사기 판(162)의 후방벽(162)과 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171) 사이로 압입된다. 2개의 반사기 판(16, 17)은 금속판이며, 바람직하게는 알루미늄으로 제조된다. 중간층(18)은 바람직하게는 필름 형태이고, 2개의 반사기 판(16, 17), 즉 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)과 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171)에 접착식으로 접합된다. 중간층(18)은 전기 음향 변환기(12)에 도달하고 내부에서 전파되는 굴곡파의 결과로서 안테나 본체(15)로부터 발산되는 간섭 음향을 저감하는 데 사용된다. 굴곡파는 잠수함 또는 다른 선박에 배치된 구동 유닛 및/또는 장비의 진동에 의해 야기된다. 중간층(18)의 구성에 관한 예시적인 일실시예가 DE 36 21 318 A1에 설명되어 있다.

반사기(13)에서 정상파, 소위 모드의 형성을 억제하기 위해서, 반사기 판(16, 17)은 변환기 열(11)을 따라 봤을 때 반사기(13)의 길이에 걸쳐 불규칙한, 즉 불균일한 기하학적 형상을 갖는다. 이것을 달성하기 위해서, 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)은 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리가 반사기(13)의 길이에 걸쳐 변하도록 구성된다. 도 1에 도시한 예시적인 실시예에서, 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리는 반사기(13)의 길이에 걸쳐 증가 또는 감소하고, 그 결과 제1 반사기 판(16)은 웨지 형상이다. 제2 반사기 판(17)은 제1 반사기 판(16)의 구성과 상보적인 구성을 갖는데, 즉 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171)과 후방벽(172) 사이의 거리(b)는, 2개의 반사기 판(16, 17)과 이들 반사기 판 사이에 압입된 중간층(18)이 서로를 보완하여 입방형 매스 본체(20)를 형성하도록 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)과 후방벽(162) 사이의 거리(a)와는 반대로 감소 또는 증가한다. 원칙적으로, 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)의 프로파일은 다르게 구성될 수 있으며, 이 경우에 반사기의 길이에 걸친 거리(a)의 증가 또는 감소가 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 도 2에 도시한 예시적인 실시예에서, 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)는 지수 함수와 유사한 방식으로 증가 또는 감소한다. 대응하는 방식으로, 제2 반사기 판(17)의 상보적인 구성에 있어서, 전방벽(171)과 후방벽(172) 사이의 거리(b)는 동일한 정도로 감소 및 증가된다. 상기 거리 측정치(a)의 급격한 프로파일도 마찬가지로 가 능하다. 도 3에 도시한 예시적인 실시예에서, 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)은 전방벽(161)과 후방벽(162) 사이의 거리(a)가 단계적으로 증가 또는 감소되고, 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171)과 후방벽(172) 사이의 거리(b)가 대응하는 방식으로 단계적으로 감소 또는 증가되도록 구성된다.

도 1 내지 도 3에 도시한 예시적인 실시예에서, 반사기(13)는 스프링 앤드 매스 시스템 형태이고, 중간층(18)이 사이에 압입된 2개의 반사기 판(16, 17)으로 형성된 매스 본체(20)뿐만 아니라 음향을 불량하게 반사하고, 또한 경질 캡슐(14)에 포함된 판(21)을 갖는다. 음향을 불량하게 반사하는 판(21)은 음향 입사 방향(10)으로 제2 반사기 판(17) 뒤에 배치되어 후방벽(172) 상에 지지된다. 이것은 탄성의 연성재 판 형태로, 폴리우레탄 발포체로 이루어진 판이 연성재 판으로 사용되는 것이 바람직하다. 음향을 불량하게 반사하는 판(21)에서의 덜 큰 모드의 형성을 억제하기 위해, 음향을 불량하게 반사하는 판(21)도 마찬가지로 불규칙적인 기하학적 형상을 가질 수 있다. 도 2에 도시한 예시적인 실시예에서, 음향을 불량하게 반사하는 판(21)은, 음파 입사 방향(10)으로 봤을 때 두께 또는 높이가 반사기 길이에 걸쳐 감소하는 웨지 형태이다. 웨지 형상은 또한 웨지의 두께가 반사기(13)의 길이에 걸쳐 증가하도록 선택될 수 있다. 반사기(13)의 길이에 걸친 판(21)의 상이한 두께 변화도 마찬가지로 가능하다.

도 4의 상세도에 개략적으로 도시한 수중 안테나는 제2 반사기 판(17)과 중간층(18)이 생략되고, 역시 스프링 앤드 매스 시스템 형태의 반사기(13)는 단지, 전방벽(161) 상에 변환기(12)가 설치된 반사기 판(16)과, 예컨대 폴리우레탄 발포 체로 이루어진, 음향을 불량하게 반사하고 연성재 판 형태의 반사기 판(16)의 후방벽(162) 상에서 지지되는 판(21)을 포함한다는 점에서 도 1에 개략적으로 도시한 수중 안테나로부터 변형되었다. 또한, 변환기(12)와 반사기(13)는 폴리우레탄으로 이루어진 경질 캡슐(14)에 의해 에워싸인다. 반사기 판(16)의 후방벽(162) 역시 평평한 전방벽(161)과 후방벽(162) 사이의 거리(a)가 반사기(13)의 길이에 걸쳐 연속적으로 변하도록 구성된다. 예를 들면, 이러한 목적으로 후방벽(162)에는, 음향을 불량하게 반사하는 판(21) 상에 형성된 상보적인 치형부 열이 맞물리는 치형부 열이 마련된다. 후방벽(162)은 상이하게 구성될 수도 있음은 물론이다. 유일한 중요한 요인은 거리(a)가 반사기(13)의 길이에 걸쳐 연속적으로 또는 불연속적으로 변하여, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이 비교적 짧은 거리에 걸쳐 단계적으로 증가 또는 감소한다는 것이다.

도 5에는 복수 개의 변환기 열(11), 소위 플랫 어레이(flat array)로 형성된 플랫 수중 안테나의 개략적인 상세 사시도가 도시되어 있다. 변환기 열(11)은 수직 방향으로 정렬되고, 서로 나란히 수평 방향으로 소정 거리를 두고 배치된다. 각각의 변환기 열(11)은 도 1을 참고하여 전술한 바와 같이 구성된 관련 반사기(13)를 갖고, 이 반사기(13)는 어떠한 간극도 없이 서로에 대해 지지된다. 그 결과, 각각의 반사기(13)는 중간층(18)이 사이에 배치되고 음향 입사 방향(10)으로 앞뒤로 배치된 2개의 반사기 판(16, 17)을 갖는다. 반사기 판(16, 17)의 기하학적 형상은 역시 불균일하며, 예시적인 실시예에서는 이러한 목적으로 반사기 판(16, 17)을 위해 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)가 연속적으로 증가 또는 감소하고, 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171)으로부터의 후방벽(172)의 거리(b)가 상보적인 방식으로 감소 또는 증가하도록 웨지 형상이 또한 선택된다.

또한 수평 방향으로의 정상파의 형성을 회피하기 위해, 후방벽(162)의 프로파일은 인접한 반사기(13)에서와 반대로 구성된다. 도 4가 보여주는 바와 같이 맨앞의 제1 반사기(13)에서 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)는 수직 방향으로 상부에서 하부로 선형으로 감소된다. 예시적인 목적으로 수중 안테나 외측으로 인출된 상태로 도시되어 있는 인접한 반사기(13)에서 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)는 수직 방향으로 상부에서 하부로 선형으로 증가된다. 이어서 제3 반사기(13)에서, 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)의 프로파일 역시 제1 반사기(13)에서와 같이 수직 방향으로 상부에서 하부로 감소되는데, 즉 제1 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터 후방벽(162)의 거리(a)는 수직 방향으로 상부에서 하부로 감소된다. 이것은 후속하는 반사기(13)에서 반복된다. 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171)과 후방벽(172) 사이의 거리(b) 역시 대응하는 방식으로 변한다. 이것은 또한 수평 방향으로 일정한 기하학적 형상을 지닌 비교적 긴 파장을 회피하고, 이에 따라 모드의 형성을 억제한다.

반사기(13)가 스프링 앤드 매스 시스템 형태일 때, 음향을 불량하게 반사하고 각각의 반사기(13)와 관련된 판(21)은 서로 일체식으로 결합될 수 있는데, 즉 판은 일체형의 연속적인 연성재 판에 의해 형성된다.

Claims

하나 이상의 열에서 앞뒤로 배치되고 서로 소정 거리를 두고 있는 복수 개의 전기 음향 변환기(electroacoustic transducer)(12)를 포함하는 적어도 하나의 변환기 열(11)과, 음향 입사 방향(10)으로 변환기 열(11) 뒤에 배치되고, 음향을 양호하게 반사하고 변환기(12)를 향하는 전방벽(161)과 변환기로부터 멀어지는 방향을 향하는 후방벽(162)을 갖는 적어도 하나의 반사기 판(16)을 구비하는 반사기(13)를 포함하는 수중 안테나에 있어서,

상기 반사기 판(16)은 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)가 변환기 열(11)을 따라 봤을 때 반사기(13)의 길이에 걸쳐 연속적 또는 불연속적으로 증가하거나, 연속적 또는 불연속적으로 감소하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제1항에 있어서, 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)의 증가 또는 감소는 반사기(13)의 길이를 따라 선형인 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제1항에 있어서, 반사기 판(16)의 전방벽(161)으로부터의 후방벽(162)의 거리(a)의 증가 또는 감소는 반사기(13)의 길이를 따라 급격하거나 지수 함수를 따르는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기(13)는 스프링 앤드 매스 시스템(spring-and-mass system) 형태이고, 음향을 불량하게 반사하고 반사기 판(16)의 후방벽(162) 상에 지지되는 판(21)을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제4항에 있어서, 상기 반사기 판(16)은 금속, 바람직하게는 알루미늄으로 이루어지고, 음향을 불량하게 반사하는 판(21)은 연성 발포체, 바람직하게는 폴리우레탄 발포체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제4항 또는 제5항에 있어서, 음향을 불량하게 반사하는 판(21)은 음향 입사 방향(10)으로 봤을 때 두께가 반사기(13)의 길이에 걸쳐 변하도록 성형되는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 관련 반사기(13)를 지닌 복수 개의 변환기 열(11)은 이 변환기 열(11)이 서로 소정 거리를 두고, 반사기(13)가 어떠한 각극도 없이 서로에 대해 지지되도록 서로 나란히 배치되고, 반사기 판(16)의 후방벽(162)은 인접한 반사기(13)에서 서로 반대되는 방식인 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제7항에 있어서, 음향을 불량하게 반사하는, 반사기(13)의 판(21)은 서로 일체형인 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기(13)는 음향 입사 방향(10)으로 제1 반사기 판(16) 뒤에 배치된 제2 반사기 판(17)을 구비하며, 굴곡파를 감쇠시키고 제1 반사기 판(16)의 후방벽(162)과 이 후방벽을 향하는 제2 반사기 판(17)의 전방벽(171) 사이에 배치된 중간층(18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.
제9항에 있어서, 상기 제2 반사기 판(17)은, 2개의 반사기 판(16, 17)과 이들 사이에 배치된 중간층(18)이 함께 입방형 매스 본체(200)를 형성하도록 제1 반사기 판(16)과 상보적인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 안테나.