АНТЕННЫЙ МОДУЛЬ С ЦИФРОВЫМ ВЫХОДОМ Российский патент 2009 года по МПК H04R1/44 

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к конструированию антенных модулей, позволяющих совместить прием гидроакустических волн с функциями усиления, фильтрации и преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Известны гидроакустические антенные модули подводных объектов по патентам РФ (№2209530, кл. H04R 1/44 «Приемная многоэлементная комплексированная антенна для глубоководного фазового батиметрического гидролокатора бокового обзора»; №2167499, кл. H04R 1/44 «Линейный антенный модуль гидроакустической антенны»; №2269875, кл. H04R 1/44 «Многоэлементный антенный модуль гидроакустической приемной антенны»), которые объединяют в группы гидроакустические преобразователи, которые располагаются на металлическом основании. Гидроакустические преобразователи герметизируются акустически прозрачным материалом. Из антенного модуля выходит многожильный кабель, по которому аналоговые сигналы от гидроакустических преобразователей передаются в отдельно расположенный герметичный аппаратурный контейнер, в котором осуществляется усиление сигналов.

Наличие кабельных соединений между антенными модулями и аппаратурными контейнерами увеличивает уровень электромагнитных помех и снижает уровень полезного сигнала на отрезках соединительных кабелей.

Наиболее близкой по совокупности общих признаков является типичная конструкция дискретной гидроакустической антенны (см. М.Д.Смарышев, Ю.Ю.Добровольский. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984 г., с.6), которую и примем за прототип.

Согласно описанию прототипа, дискретная гидроакустическая антенна содержит гидроакустические преобразователи, закрепленные на несущей конструкции с помощью амортизаторов. Электрические выводы гидроакустических преобразователей соединены с многожильным кабелем посредством герметичной кабельной колодки.

Недостатком антенного модуля-прототипа является конструктивное разделение и разнесение антенного модуля и аппаратурного контейнера, в котором происходит предварительная обработка сигналов, что потребовало введения соединительного кабеля для передачи аналоговых сигналов от антенного модуля. При значительном усилении слабых сигналов аппаратурой предварительной обработки сигналов (ПОС) в аппаратурном контейнере приемные каналы становятся очень чувствительны к влиянию электромагнитных помех, воздействующих на линии передачи соединительных кабелей. Это обстоятельство, а также тот факт, что аналоговый сигнал ослабляется тем больше, чем больше длина линии, делает крайне нежелательным использование соединительных кабелей для передачи слабых аналоговых сигналов от гидроакустических приемников антенны, так как уменьшается соотношение сигнал/помеха.

Технический результат от внедрения предложения - разработка конструктивно единого модуля, совмещающего функции приема гидроакустических сигналов и одновременно функции предварительной обработки сигналов - усиление аналоговых сигналов, их фильтрация и преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды. Подобная конструкция позволяет улучшить помехозащищенность антенного модуля от воздействия электромагнитных помех вследствие отсутствия соединительных кабелей для передачи аналоговых сигналов от гидроакустических приемников антенны, а также вследствие расположения аппаратуры ПОС в месте размещения гидроакустических преобразователей (носовая оконечность легкого корпуса, ограждение выдвижных устройств), где уровень электромагнитных помех значительно ниже, чем в месте размещения аппаратуры ПОС при конструктивном разделении антенного модуля и аппаратурного контейнера.

Кроме того, если аппаратура антенного модуля будет выполнять функцию уплотнения выходной информации, то уменьшается общее количество многожильных кабелей, идущих от антенных модулей в основной корпус. Например, изготовленный образец антенного модуля на 120 каналов благодаря уплотнению выходной информации позволил обойтись всего одним многожильным кабелем для передачи информации от антенного модуля в основной корпус. При отсутствии уплотнения потребовалось бы пять кабелей для передачи этой информации.

Сокращение количества герметичных вводов кабелей в основной корпус повышает прочность корпуса и живучесть корабля-носителя антенных модулей.

Таким образом, в антенном модуле, содержащем многоканальный (больше 20 каналов) герметичный блок гидроакустических преобразователей, в котором преобразователи закреплены на несущем плоском основании, дополнительно установлен на тыльной части блока гидроакустических преобразователей герметичный аппаратурный контейнер, в котором размещен блок ПОС, осуществляющий усиление, фильтрацию и преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды, в горловинах на тыльной части блока гидроакустических преобразователей и соединяющейся с ней частью аппаратурного контейнера размещены гермовводы с соответствующими частями входных электрических соединителей, обеспечивающие при установке контейнера на блок гидроакустических преобразователей автоматическое электрическое соединение блока гидроакустических преобразователей с аппаратурным контейнером, соединение аппаратурного контейнера с выходным кабелем осуществляется через установленный в горловине тыльной части контейнера аналогичный входному гермоввод с электрическим соединителем, ответная часть которого находится в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля.

При этом с введением в антенном модуле функции уплотнения выходной цифровой информации сокращено число кабелей, идущих от антенных модулей приемной антенны в основной корпус.

При количестве каналов в антенном модуле до 20 включительно представляется нерациональным создавать отдельный герметичный аппаратурный контейнер для размещения в нем блока ПОС исходя из следующих соображений:

1. При относительно небольшом объеме блока ПОС корпус контейнера, гермовводы, электрические соединители и элементы герметизации займут объем, больший, чем сам блок ПОС.

2. Ввиду небольшого количества электрических связей между блоком гидроакустических преобразователей и блок ПОС, вводить между ними разъемное электрическое соединение нет необходимости.

Таким образом, конструктивно антенный модуль с 20-канальным блоком гидроакустических преобразователей представляет собой единый корпус с установленным в нем гидроакустическими преобразователями, закрепленными на общем основании, и блоком ПОС с установленным на нем гермовводом с выходным электрическим соединителем. Гермоввод, в свою очередь, размещен в горловине герметизирующей крышки антенного модуля для обеспечения стыковки соединителя с его ответной частью, расположенной в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля. Электрическое соединение блока гидроакустических преобразователей с блоком ПОС осуществляется пайкой выводов гидроакустических преобразователей непосредственно на контакты монтажной платы упомянутого блока.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2. На фиг.1 показан пример конструктивной компоновки предлагаемого многоканального антенного модуля с количеством каналов больше 20, на фиг.2 - конструктивная компоновка антенного модуля с количеством каналов не более 20.

Обозначения на фиг.1, 2:

1 - блок гидроакустических преобразователей;

2 - рабочая поверхность блока гидроакустических преобразователей;

3 - герметизирующий материал;

4 - гидроакустические преобразователи;

5 - основание;

6 и 8 - гермовводы блока гидроакустических преобразователей и аппаратурного блока соответственно;

7 - входной электрический соединитель;

9 - аппаратурный контейнер;

10 - резиновые уплотнительные кольца;

11 - выходной гермоввод;

12 - выходной электрический соединитель;

13 - ответная часть выходного электрического соединителя;

14 - выходной кабель;

15 - блок предварительной обработки сигналов;

16 - монтажная плата блока ПОС;

17 - корпус антенного модуля;

18 - резиновые уплотнительные кольца.

Представленный на фиг.1 антенный модуль выполнен в виде сборной конструкции из двух основных элементов: блока гидроакустических преобразователей 1 и аппаратурного контейнера 9. Подобная сборная конструкция удобна в процессе изготовления, настройки, транспортировки и эксплуатации.

Блок гидроакустических преобразователей 1 содержит комплект гидроакустических преобразователей 4 (условно изображенных пунктирной линией), закрепленных на общем основании 5. Преобразователи 4 герметизируются по рабочей поверхности 2 акустически прозрачным материалом 3 (резина, полиуретан). На тыльной стороне основания 5 установлен гермоввод 6 блока гидроакустических преобразователей 1 с соответствующей частью электрического соединителя 7, к хвостовикам которого при помощи пайки подключены выводы гидроакустических преобразователей 4. К ответной части соединителя, установленной на гермовводе 8 аппаратурного контейнера 9, подключены выводы входных аналоговых цепей блока ПОС. При установке аппаратурного контейнера 9 на блок гидроакустических преобразователей 1 осуществляется как их механическое, так и электрическое соединение, обеспеченное примененными междублочными соединителями с автоматической стыковкой. Герметизация соединения блока 1 с контейнером 9 обеспечена резиновыми уплотнительными кольцами 10, установленными в канавки на выступающей цилиндрической части горловины блока гидроакустических преобразователей 1.

В горловине тыльной части аппаратурного контейнера 9 установлен гермоввод 11 с выходным электрическим соединителем 12, ответная часть 13 которого находится в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля 14.

Описание работы антенного модуля с цифровым выходом.

Гидроакустические волны проходят через акустически прозрачный герметизирующий материал 3 и воздействуют на рабочую поверхность 2 гидроакустических преобразователей 4 блока гидроакустических преобразователей 1. В результате воздействия на выводах гидроакустических преобразователей появляется сигнал в виде электрического напряжения. Выводы гидроакустических преобразователей подключены с помощью пайки к хвостовикам электрического соединителя 7, установленного в гермовводе 6. Электрические сигналы проходят через ответную часть входного электрического соединителя 7, установленного в гермовводе 8 аппаратурного контейнера 9 и поступают на входные аналоговые цепи блока ПОС. В блоке ПОС происходит усиление, фильтрация и преобразование в цифровой код электрического сигнала от каждого гидроакустического преобразователя. Далее цифровой код передается через выходной электрический соединитель 12, установленный в выходном гермовводе 11 и ответную часть электрического соединителя 13, установленного в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля 14.

При отсутствии функции уплотнения цифровой код сигнала от каждого гидроакустического преобразователя передается в выходном кабеле по отдельной линии передачи информации.

При наличии функции уплотнения цифровой код сигнала от нескольких гидроакустических преобразователей передается в выходном кабеле по одной линии передачи информации, за счет чего происходит сокращение необходимого количества линий по сравнению с вариантом без функции уплотнения. В конкретных образцах антенных модулей реализована функция уплотнения выходной информации, позволившая сократить количество линий передачи информации в 16, 24, и 30 раз по сравнению с количеством гидроакустических преобразователей.

При этом необходимо иметь в виду, что часть электрических линий выходного кабеля используется для подачи напряжения питания в блок ПОС, сигналов управления режимами работы, сигналов синхронизации и служебной информации.

На фиг.2 представлена конструктивная компоновка антенного модуля с 16 каналами. Отличие данного модуля от представленного на фиг.1 в том, что блок ПОС 15 расположен во внутреннем герметичном объеме антенного модуля в корпусе 17, герметизированном резиновыми уплотнительными кольцами 18. Электрические выводы от блока гидроакустических преобразователей распаяны напрямую на лепестки монтажной платы 16 блока ПОС.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении гидроакустических антенн. Антенный модуль с цифровым выходом выполнен конструктивно в виде единого модуля, совмещающего функции приема гидроакустических сигналов и функции предварительной обработки сигналов: усиление аналоговых сигналов, их фильтрацию и преобразование аналогового сигнала в цифровой код. Подобная единая конструкция позволяет улучшить помехозащищенность антенного модуля от воздействия электромагнитных помех вследствие отсутствия соединительных кабелей для передачи аналоговых сигналов от гидроакустических приемников антенны. Предложена сборная конструкция, удобная в процессе изготовления, настройки, транспортировки и эксплуатации. Сборная конструкция представлена двумя вариантами конструктивной компоновки антенного модуля: с количеством каналов более 20 и количеством каналов менее 20. Рассмотрено дополнительное преимущество антенного модуля, если на него возложить функцию уплотнения выходной информации. В этом случае снижается общее количество многожильных кабелей, идущих от антенных модулей в основной корпус, что повышает прочность корпуса и живучесть корабля - носителя антенных модулей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Антенный модуль с цифровым выходом, содержащий герметичный блок гидроакустических преобразователей, в котором гидроакустические преобразователи закреплены на несущем основании, отличающийся тем, что на тыльной части блока гидроакустических преобразователей установлен герметичный аппаратурный контейнер, в котором размещен блок предварительной обработки сигналов, осуществляющий усиление, фильтрацию и преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды, в горловинах на тыльной части блока гидроакустических преобразователей и соединяющейся с ней части аппаратурного контейнера размещены гермовводы с соответствующими частями входных электрических соединителей, обеспечивающие при установке контейнера на блок гидроакустических преобразователей автоматическое электрическое соединение блока гидроакустических преобразователей с аппаратурным контейнером, в горловине на тыльной части контейнера имеется гермоввод с выходным электрическим соединителем, ответная часть электрического соединителя находится в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля, при этом герметизация соединения блока гидроакустических преобразователей с аппаратурным контейнером обеспечивается установкой резиновых уплотнительных колец в канавки на выступающей цилиндрической части горловины блока гидроакустических преобразователей.

2. Антенный модуль по п.1, отличающийся тем, что блок предварительной обработки сигналов размещен внутри объема, образованного герметичным соединением блока гидроакустических преобразователей и герметизирующей крышки антенного модуля, выводы блока гидроакустических преобразователей напрямую распаяны на входную монтажную плату блока предварительной обработки сигналов, гермоввод с выходным электрическим соединителем установлен на блоке предварительной обработки сигналов и размещен в горловине герметизирующей крышки антенного модуля, а ответная часть электрического соединителя установлена в корпусе герметичного кабельного ввода выходного кабеля.

3. Антенный модуль по п.1, отличающийся тем, что в блоке ПОС осуществлено уплотнение выходной цифровой информации, за счет чего сокращено количество кабелей, идущих от антенных модулей приемной антенны в основной корпус.