Антенный модуль
Владельцы патента RU 2496119:
Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов. Технический результат - снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны и повышение чувствительности гидроакустических датчиков. Антенный модуль состоит из акустических экранов и гидроакустических приемников, каждый из которых содержит несколько цилиндрических пьезокерамических преобразователей. Сущность изобретения состоит в том, что цилиндрические преобразователи образуют сплошную поверхность и полностью перекрывают гидроакустические экраны в направлении по нормали к их поверхности. Причем преобразователи, входящие в гидроакустический приемник, соединены строго последовательно. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов.
Антенный модуль является базовой единицей построения сложных антенных решеток, позволяющий улучшить технологичность сборки, повысить точность и плотность размещения гидроакустических датчиков. Примерами таких модулей могут служить устройства, описанные в изобретениях по патентам РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны», №2269875 «Многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны». Также линейные антенные модули описываются в составе антенны - патент РФ №27768 на полезную модель «Многоэлементная гидроакустическая антенна» и патент РФ №2078484 на изобретение «Многоэлементная гидроакустическая антенна». Конструктивно, в антенном модуле объединяются гибкий каркас, выполненный либо из шарнирно соединенных частей, либо в виде полимерного шланга заданного сечения, а также гидроакустические датчики и акустические экраны, связанные с ними. При этом модуль представляет из себя законченную автономную конструктивную единицу, способную осуществлять прием гидроакустических сигналов.
При разработке антенных модулей всегда остаются актуальными вопросы повышения чувствительности гидроакустических приемников. Это вызвано возрастающими требованиями как с точки зрения требований к дальности обнаружения источников локального шума гидроакустическими средствами, так и с точки зрения обнаружения слабых локальных сигналов, имеющих низкое отношение сигнал/помеха, либо затененных сильными локальными источниками. Также необходимо отметить, что многоэлементные антенны, обладающие повышенной чувствительностью, используются в составе гидроакустических систем, оборудованных мощными вычислительными средствами и алгоритмами обработки первичной информации. Это, в свою очередь, накладывает определенные требования на характер данных, получаемых от антенных модулей, в частности, минимальное искажение исходной информации при использовании аппаратных преобразований сигнала. Кроме того, при наличии требований минимизации переизлучения гидроакустических волн, падающих на поверхность носителя антенны, данный вопрос должен учитываться при конструировании модулей, т.к. площадь, занимаемая ими на поверхности носителя для чувствительных антенн высокого разрешения может достигать значительных величин. Примером подобных антенн может служить антенна, описанная в патенте РФ №2259643 «Гидроакустическая многоэлементная антенна выпуклой формы».
Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким к линейному антенному модулю, описанному в полезной модели по патенту РФ №27768 «Многоэлементная гидроакустическая антенна», который можно отнести к ближайшему аналогу (прототипу) предлагаемого изобретения. В данном патенте описывается гидроакустическая антенна, сформированная из отдельных антенных модулей, состоящих из акустических экранов и гидроакустических приемников, сигналы с которых передаются по единому кабелю.
Однако данное решение не лишено некоторых недостатков. К таковым можно отнести площадь чувствительной поверхности гидроакустических приемников, меньшую, чем площадь акустических экранов, т.е. площадь поверхности антенного модуля. Вследствие этого, при использовании отражающих экранов от их поверхности, не закрытой гидроакустическими приемниками, будет происходить переизлучение падающей акустической волны. Таким образом, при наличии требований минимизации отражаемой носителем энергии, гидроакустическская антенна будет играть демаскирующую роль. Также необходимо отметить, что выход элементарного канала линейного антенного модуля, как правило, формируется на основе сигналов от нескольких конструктивно завершенных гидроакустических преобразователей (чувствительных элементов), собранных в единую конструкцию по последовательно-параллельной схеме (Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980, с.112-113). С другой стороны, при использовании современных вычислительных комплексов, обрабатывающих данные с датчиков антенны, целесообразно конкретизировать способ объединения сигналов гидроакустических преобразователей с тем, чтобы минимизировать потери первичной информации и получить ее от датчиков в максимально возможном объеме.
Задачей изобретения является снижение энергии переотражаемой гидроакустической волны, падающей на антенну, сформированную с использованием представленного в заявке линейного антенного модуля, а также максимизация объема информации, получаемой от гидроакустических приемников, т.е. повышение их чувствительности с целью реализации алгоритмов обработки сигнала, построенных на более сложных моделях гидроакустических преобразователей, нежели операция усреднения сигналов нескольких гидроакустических преобразователей, объединенных параллельным соединением в одну группу, образующую элементарный приемный канал.
Для решения поставленной задачи в линейный антенный модуль, состоящий из акустических экранов, линий электрических коммуникаций и гидроакустических приемников, состоящих из нескольких цилиндрических пьезокерамических преобразователей, оси симметрии которых параллельны плоскости акустического экрана, введены следующие новые признаки:
1) цилиндрические пьезокерамические преобразователи расположены на поверхности экрана параллельно друг другу с минимальными зазорами как по торцам, так и по образующей цилиндра таким образом, что по нормали к поверхности гидроакустических экранов полностью их перекрывают;
2) все цилиндрические пьезокерамические преобразователи одного гидроакустического приемника включены электрически последовательно.
Техническими результатами изобретения являются:
- снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны;
- повышение чувствительности гидроакустических датчиков, что позволяет использовать больший объем первичной информации, содержащейся в сигнале для последующей обработки в вычислительном комплексе гидроакустической системы, оборудованной антенной, построенной на заявляемых линейных гидроакустических модулях.
Вышеуказанные технические результаты достигаются за счет:
1) большего поглощения падающей гидроакустической волны в системе «преобразователь-экран» по сравнению с собственно акустическим экраном;
2) при последовательном включении гидроакустических датчиков достигается максимально возможная чувствительность исключением усреднения сигналов при параллельном соединении гидроакустических преобразователей в гидроакустическом приемнике, а дальнейшая обработка информации происходит на более сложных моделях преобразователей в вычислительном комплексе, например, обобщенным методом наименьших квадратов с учетом погрешностей каждого преобразователя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фигуре 1. В антенном модуле, содержащем акустические экраны (2), установлены цилиндрические пьезокерамические преобразователи (1), перекрывающие всю площадь акустических экранов по нормали к ним. При этом несколько цилиндрических пьезокерамических преобразователей (2) соединены последовательно и образуют один гидроакустический приемник (3).
Устройство работает следующим образом. Фронт гидроакустической волны, падающий на поверхность линейного модуля, всей своей поверхностью взаимодействует с цилиндрическими пьезокерамиче-скими преобразователями (1). В свою очередь сигналы, распространяющиеся со стороны корпуса носителя, на котором установлен линейный модуль, отражаются либо поглощаются гидроакустическими экранами (2). При этом цилиндрические пьезокерамические преобразователи (1) соединены строго последовательно, что позволяет добиться максимальной чувствительности [Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980. - 232 с., ил., с.23-27], т.к. при последовательном электрическом соединении чувствительность гидроакустического приемника γ∑ составляет:
γ∑=Nγпр,
где N - количество цилиндрических пьезокерамических преобразователей, γпр - чувствительность цилиндрического пьезокерамического преобразователя.
Предложенная конструкция линейного приемного модуля позволяет добиться:
1) меньшей мощности переотражаемой гидроакустической волны, падающей на антенну, а следовательно, меньшей мощности переотражаемого носителем сигнала;
2) улучшения характеристик обнаружения и оценки параметров гидроакустических сигналов, принимаемых антенной, составленной из заявляемых линейных модулей.
Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.
1. Линейный антенный модуль, состоящий из акустических экранов, линий электрических коммуникаций и гидроакустических приемников, состоящих из нескольких цилиндрических пьезокерамических преобразователей, оси симметрии которых параллельны плоскости акустического экрана, отличающийся тем, что цилиндрические пьезокерамические преобразователи расположены на поверхности экрана параллельно друг другу с минимальными зазорами как по торцам, так и по образующей цилиндра таким образом, что по нормали к поверхности гидроакустических экранов полностью их перекрывают.
2. Линейный антенный модуль по п.1, отличающийся тем, что все цилиндрические пьезокерамические преобразователи одного гидроакустического приемника включены электрически последовательно.
