KR20160085748A

KR20160085748A - 선박용 레이더 장치

Info

Publication number: KR20160085748A
Application number: KR1020167008861A
Authority: KR
Inventors: 테리 데이비; 케빈 노스터; 배리 웨이드
Original assignee: 켈빈 휴즈 리미티드
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-07-18
Also published as: GB2517931B; GB201315752D0; WO2015033132A1; CN105814739A; RU2016112189A; EP3042417A1; US20160197399A1; JP2016534356A; AU2014316878A1; SG11201601671XA; CA2922973A1; GB2517931A

Abstract

선박용 레이더 장치는, 하우징 내부에 내장되는 고체 상태 송신기 및/또는 수신기, 및 이 고체 상태 송신기 및/또는 수신기에 결합되어 있는 안테나를 포함한다. 하우징의 외형은 실질적으로 절단 피라미드형이다. 하우징의 절단 피라미드 형상은 레이더 장치의 튼튼함에 기여하고 또한 그 레이더 장치가 작은 레이더 단면적을 가질 수 있게 해준다.

Description

선박용 레이더 장치{RADAR APPARATUS FOR A SHIP}

본 발명은 높은 강도와 작은 레이더 단면적을 제공하도록 형성되어 있는 하우징 내부에 내장되는 고체 상태 송신기, 또는 고체 상태 수신기 또는 고체 상태 송신기와 고체 상태 수신기 모두를 포함하는 선박용 레이더 장치에 관한 것이다.

레이더 시스템의 유효 범위를 최대화하려면, 선박 상의 높은 위치, 예컨대 마스트(mast) 또는 폴(pole)의 정상으로부터 레이더 신호가 퍼져나가는 것이 바람직하다. 그러나, 안정성의 이유로, 선박 상의 높은 지점에 너무 무거운 중량을 두는 것은 바람직하지 않다. 이 때문에 가끔 레이더 장치에 대한 기술적 요건들이 서로 상충되게 된다.

레이더 장치는 튼튼할 필요가 있고 또한 어떤 표준적인 제어되는 조건을 견딜 필요가 있다. 튼튼함(robustness)은 군용 레이더 장치의 분야에서 특히 중요하다. 따라서, 레이더의 하우징은 송신기 및/또는 수신기, 그리고 관련 부품을 보호하기 위해 강인하고 높은 강도를 가질 필요가 있다.

일부 레이더 장치에 대한 다른 바람직한 사항은, 탐지 가능성이 낮아야 한다는 것이다. 이러한 요건 및 선박의 높은 지점에 있는 중량은 최소화되는 것이 바람직하다 라는 점이 의미하는 바는, 선박에서 높은 곳에 장착되는 레이더 장치는 최소의 크기를 가져야 한다는 것이다. 이는 레이더 장치에서 보통 송신기/수신기를 레이더 안테나로부터 공간적으로 분리시킴으로써 달성된다. 따라서, 안테나 및 이 안테나를 구동시키기 위한 모터는 선박 상의 높은 지점, 예컨대 마스트에 장착될 수 있고, 송신기/수신기는 선박에서 더 낮은 제어실에 위치될 수 있다. 이를 다운-마스트 송신기/수신기를 갖는 레이더 장치라고 할 수 있다. 안테나와 송신기/수신기 사이의 신호는, 레이더 장치의 두 부품 사이에서 연장되어 있는 웨이브 가이드(wave guide)에 의해 전달된다. 그러나, 송신기/수신기와 안테나가 분리되면 다른 문제가 생기게 된다. 긴 웨이브 가이드 런(run)은 더 강한 송신기를 필요로 하는데, 이는 웨이브 가이드 런을 통해 상당한 손실이 있을 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 광 웨이브 가이드 런에서의 손실은 레이더 장치의 감도(sensitivity)가 부족하게 됨을 의미하는데, 이는 웨이브 가이드 런에서의 손실 때문에 수신 신호는 검출되기 위해 더 강할 필요가 있기 때문이다. 긴 웨이브 가이드 런과 관련된 다른 잠재적인 문제는 웨이브 가이드 자체의 업-마스트(up-mast) 중량을 포함하며, 또한 웨이브 가이드를 따르는 신호의 반사 및 반발은 레이더 장치의 최소 범위를 불리하게 증가시킬 수 있는 문제를 포함한다.

본 발명은 이제 참조하게 될 독립 청구항에 기재되어 있는 바와 같은 선박용 레이더 장치를 제공한다. 본 발명의 바람직한 또는 유리한 특징은 다양한 종속 청구항에 제시되어 있다.

따라서, 선박용 레이더 장치는 하우징 내부에 내장되는 고체 상태 송신기 및/또는 고체 상태 수신기를 포함한다. 송신과 수신은 단일의 고체 상태 트랜스시버(transceiver)에 의해 이루어질 수 있다. 안테나가 상기 고체 상태 송신기 및/또는 수신기에 결합되어 있다. 상기 하우징의 외형은 실질적으로 절단 피라미드형(frusto-pyramidal)이다.

상기 레이더 장치는 신호를 송신하고 퍼지게만 하기 위한 장치일 수 있다. 이 경우, 레이더 장치는 단순히 하우징 내부에 내장되는 고체 상태 송신기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 레이더 장치는 레이더 신호를 수신만 할 수 있다. 이 경우, 선박용 레이더 장치는 하우징 내부에 내장되는 고체 상태 수신기를 포함할 것이다. 그러나, 선박용 레이더 장치의 바람직한 실시 형태는 레이더 신호를 송신하고 수신도 하기 위해 사용될 것으로 예상된다. 이 경우, 레이더 장치는 고체 상태 송신기 및 고체 상태 수신기 둘 다를 포함하거나, 레이더 신호를 송수신하기 위한 단일의 고체 상태 트랜스시버(transceiver)를 포함할 수 있다.

따라서, 바람직한 실시 형태에서, 선박용 레이더 장치는 에너지 펄스를 발생시키기 위한 고체 상태 송신기를 포함하며, 이 고체 상태 송신기는 하우징 내부에 내장된다. 고체 상태 트랜스시버는 고체 상태 송신기의 일 예이며, 그래서 이하에서 고체 상태 송신기에 대한 언급은 고체 상태 트랜스시버의 언급도 포함하는 것이다. 안테나는 바람직하게는 하우징에 의해 지지되며, 이 안테나는 상기 송신기 또는 트랜스시버에 의해 발생된 에너지 펄스를 방사시키기 위해 상기 고체 상태 송신기에 전기적으로 결합되어 있다. 하우징의 절단 피라미드 형상은 레이더 장치의 튼튼함에 기여하고 레이더 장치가 작은 레이더 단면적을 가질 수 있게 해준다.

기하학적으로, 피라미드는 다각형 베이스를 정점(apex)으로 알려져 있는 공간 내의 일 점에 연결하여 형성되는 3차원 다면체 형상이다. 절두체(frustum)는 절두 피라미드이다.

본원에서 사용되는 용어 절단 피라미드는, 입체 피라미드를 절단하는 두 평면 사이에 있는 그 입체 피라미드의 일 부분을 말한다. 상기 평면들은 실질적으로 서로 팽행한 것이 바람직하지만, 서로 평행할 필요는 없다. 절단 피라미드의 베이스는 바람직하게는 다각형이다. 다시 말해, 베이스의 형상은 바람직하게는 곡선으로 이어지는 다수의 코너를 갖는다. 코너들을 이어주는 곡선은 바람직하게는 실질적으로 직선이지만, 결정 가능한 곡률 반경을 가질 수 있다. 절단 피라미드는 경사 절단 피라미드일 수 있지만, 바람직하게는 직(right) 절단 피라미드이다. 다양한 실질적인 절단 피라미드 형상을 사용하여 레이더 장치의 하우징을 형성할 수 있지만, 이 하우징의 외형은 가능한 한 단순한 것이 바람직하다. 따라서, 하우징의 외형은 실질적으로 오각형 베이스의 절단 피라미드, 또는 육각형 베이스의 절단 피라미드, 또는 칠각형 베이스의 절단 피라미드인 것이 바람직하다.

실질적으로 절단 피라미드형인 외형을 갖는 하우징을 사용함에 있어 많은 이점이 있다. 이들 이점 중의 하나는 상기 외형은 하우징에 높은 강도를 준다는 것이다. 선박의 레이더 장치는 튼튼할 필요가 있고 또한 하우징은 작동 응력과 변형 하에서 레이더 장치의 내부를 환경으로부터 보호해줄 필요가 있다. 선박의 레이더 장치는, 예컨대 거친 바다, 또는 군용 레이더 장치의 경우에는 폭발 충격으로 인해 생길 수 있는 높은 응력 조건을 견딜 필요가 있을 것이다. 절단 피라미드형 하우징은, 하우징의 일 부분에 가해지는 응력이 하우징의 다른 부분으로 효율적으로 분산되는 높은 강도를 제공한다. 실질적으로 절단 피라미드형인 형상도 무선 주파수 에너지를 편향시키고 레이더 장치의 레이더 단면적을 감소시키는 각진 외형을 제공할 수 있다. 이는 레이더 장치가 다른 레이더에 보일 수 있는 가능성을 줄이는 데에 특히 유리하다.

전술한 바와 같이, 하우징은 제 1 면에 위치되는 실질적으로 오각형, 육각형 또는 칠각형인 베이스를 갖는 정규(regular) 직 절단 피라미드로 성형되는 것이 바람직하다. 절단 피라미드의 베이스는 7개 보다 많은 변을 가질 수 있지만, 그러면 이러한 하우징은, 5개, 6개 또는 7개의 변으로 이루어진 베이스를 갖는 절단 피라미드의 형태로 된 하우징 보다 더 큰 레이더 단면적을 가질 수 있고 또한 만들기가 더 어려울 수 있다. 하우징은 다수의 측면을 갖는데, 이들 측면은 바람직하게는 실질적으로 평평한 면이다. 바람직한 실시 형태에서, 하우징은 5개, 6개 또는 7개의 측면을 가지며, 각각의 측면은 베이스가 위치되는 제 1 면에 대한 수직에 대해 각도를 이루고 있다. 따라서, 상기 하우징은, 제 1 면에 있는 베이스와 이 제 1 면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 있는 상면 및 제 1 면에 수직인 방향에 대해 각기 10 도 내지 35 도의 각도를 이루는 복수의 측면을 갖는 절단 피라미드로 성형될 수 있다. 사용을 위해 장착될 때, 선박의 자연적인 피치(pitch) 및 롤(roll)을 고려하여, 하우징의 베이스는 실질적으로 수평으로 될 것이고 또한 그 베이스에 수직인 방향은 실질적으로 수직하게 될 것이다. 따라서, 사용시 상기 측면은 수직에 대해 10 도 내지 35 도의 각도를 이루는 것이 바람직할 수 있다.

하우징이 들어오는 레이더 신호를 편향시키는 능력과 그 하우징에 의해 제공되는 강도 사이에는 상호 절충이 있다. 제 1 면에 대한 수직에 대한 측면의 각도가 35 도를 넘어 증가하면, 레이더 단면적은 유리하게 감소되지만, 강도는 불리하게 감소된다. 마찬가지로, 측면이 제 1 면에 수직인 방향에 대해 10 도 미만의 각도를 이루면, 측면은 레이더 신호를 편향시키기에 충분한 각도를 갖지 못하게 되며, 레이더 장치는 큰 레이더 단면적을 갖게 된다. 상기 측면은 제 1 면에 수직인 방향에 대해 12 도 내지 30 도의 각도를 이루는 것이 특히 바람직할 수 있다. 상기 복수의 측면은 제 1 면에 수직인 방향에 대해 13 도 내지 17 도, 예컨대 제 1 면에 수직인 방향에 대해 실질적으로 15 도의 각도를 이루는 것이 특히 바람직할 수 있다.

상기 하우징은 하우징의 강도를 증가시키기 위해 실질적으로 모노코크(monocoque) 구조를 갖는 것이 유리하다. 예컨대, 하우징은, 이 하우징의 절단 피라미드 형상을 규정하는 가장자리가 복합 재료로 형성되는 단일체형 부품인 모노코크 구조를 가질 수 있다. 하우징의 절단 피라미드 형상을 규정하는 가장자리 및 하우징의 적어도 3개의 측면이 복합 재료로 형성되는 단일체형 부품으로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 실시 형태에서, 하우징의 실질적인 부분은 쉘로서 작용하고, 외부의 영향으로 인해 생기는 응력과 변형은 상기 쉘을 통해 분산된다. 하우징을 만드는 데에 사용되는 상기 복합 재료는 탄소 섬유 재료인 것이 특히 바람직하다. 탄소 섬유 복합 재료는 경량과 전기 전도성의 결합된 이점을 갖는다. 유리 섬유의 중량이 탄소 섬유에 비해 증가되고 탄소 섬유의 전기적 특성이 희생될 필요가 있기는 하지만, 유리 섬유 복합 재료와 같은 다른 복합 재료도 모노코크 하우징을 만드는 데에 적합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은 상기 고체 상태 송신기 및/또는 수신기 및 레이더 장치의 다른 내부 전기 부품을 외부 환경으로부터 전자기 차폐시키기 위한 수단을 포함한다. 전자기 방출은 다른 시스템에 의해 탐지될 수 있기 때문에 레이더 장치의 스텔스 능력을 저하시킬 수 있다. 또한, 전자기 방출은 들어오는 레이더 신호 및 나가는 레이더 신호와 간섭할 수 있다.

주로 탄소 섬유 복합 재료로 형성되는 구조체는 레이더 장치의 전자 부품에 대한 어느 정도의 전자기 차폐를 제공한다. 전자기 절연은 외부 조인트에 전도성 고무 시일(seal)과 같은 전자기 시일을 사용하여 바람직하게 더 증대된다. 레이더 장치를 외부 환경으로부터 완전히 절연시키기 위해 외부 조인트는 비바람에 견디는 시일 및 전자기 시일 모두를 갖는 것이 특히 바람직하다.

하우징의 상면과 측면으로 형성되는 외형이 실질적으로 절단 피라미드형일 때, 하우징의 바닥면을 성형하여 그 하우징의 강도를 개선할 수 있다. 따라서, 상기 하우징의 바닥면은 하우징의 구조적 강성을 개선하기 위해 적어도 부분적으로 내향(re-entrant) 표면으로 형성되어 있는 것이 특히 유리할 수 있다. 따라서, 상기 레이더 장치는, 외부적으로 상면과 측면으로 형성되는 하우징으로서, 제 1 면에 있는 베이스 및 그 제 1 면에 수직인 방향에 대해 10 도 내지 35 도의 각도를 이루는 측면을 갖는 제 1 절단 피라미드로 성형되어 있는 하우징을 가질 수 있다. 상기 하우징은 상기 제 1 절단 피라미드와 동일한 베이스 및 상기 제 1 면에 수직인 방향에 대해 45 도 내지 90 도의 각도를 이루는 측면을 갖는 제 2 절단 피라미드로 실질적으로 성형되어 있는 내향 또는 오목한 바닥면을 또한 가질 수 있다. 사실, 상기 하우징은 제 1 절단 피라미드로 성형되어 있는 외측 부분 및 제 1 절단 피라미드와 동일한 베이스를 갖는 제 2 절단 피라미드로 성형되어 있는 내향 바닥 부분을 갖는다고 할 수 있다.

하우징의 바닥면을 얕은 제 2 절단 피라미드로 형성하는 이유는, 베이스에 더 많은 영역을 제공하고 하우징을 강화시키기 위한 것이다. 심한 파도로 인해 발생되어 하우징의 위와 아래에서 작용하는 충격에 의해, 하우징 내부에 장착되어 있는 레이더 장치의 부품이 상하로 심하게 흔들릴 수 있다. 상기 하우징의 성형된 바닥면은 하우징의 구조를 강화시켜 주는 작용을 할 수 있고 또한 내부에서 하중이 가해질 때 하우징의 바닥면 또는 패널의 변형을 방지하는 데에 도움이 될 수 있다.

고체 상태 송신기, 수신기 또는 트랜스시버는 열을 발생시킨다. 이 열은 바람직하게 하우징으로부터 제거된다. 따라서, 고체 상태 송신기 및/또는 수신기는 하우징으로부터 열을 제거하기 위한 수단과 접촉하여 장착된다. 이러한 수단은 바람직하게는 하우징의 내부로부터 하우징의 외부로 연장되어 있는 열싱크 또는 열 가이드이다. 바람직한 실시 형태에서, 고체 상태 송신기 및/또는 수신기는 하우징의 바닥 패널에 위치되는 금속 열싱크와 접촉하여 장착된다. 열싱크는 바람직하게는 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 경량의 고 열용량 재료를 포함하고, 고체 상태 유닛으로부터 발생된 열이 외부 환경으로 전달될 수 있도록 하우징의 바닥면을 통해 연장되어 있다. 열싱크는 고체 상태 유닛에 의해 발생된 열을 효율적으로 외부 환경에 소산시키기 위해 방열기(radiator)를 포함할 수 있다.

상기 레이더 장치의 바람직한 실시 형태는 상기 하우징 내부에 장착되는 모터를 더 포함한다. 이 모터는 상기 안테나를 회전시키기 위해 그 안테나에 기계적으로 결합되어 있다. 안테나를 구동시키기 위한 많은 전통적인 모터 유닛은 기어박스를 포함한다. 레이더 장치의 바람직한 실시 형태에서, 안테나를 구동시키기 위한 모터가 하우징 내부에 위치되고, 그 모터는 기어박스의 사용 없이 안테나를 직접 구동시킨다. 바람직하게 모터는 6 내지 60 rpm의 범위에서 작동하는 직접 구동 모터이다. 레이더 신호를 퍼지게 하기 위한 안테나는 바람직하게는 요크(yoke)에 의해 모터에 결합된다. 전통적으로, 레이더 안테나용 요크는 알루미늄과 같은 재료로 형성된다. 본 출원의 바람직한 실시 형태에서, 요크는 탄소 섬유 복합 재료와 같은 복합 재료로 형성된다. 탄소 섬유 복합 재료 요크의 중량은 동등한 강도를 갖는 알루미늄 요크의 1/5 일 수 있다. 특히 바람직하게는 요크는 레이더 장치의 레이더 단면적을 줄이기 위해 각진 면을 포함한다. 웨이브 가이드는 회전 조인트를 통해 안테나를 고체 상태 송신기 및/또는 수신기에 결합한다.

바람직하게는, 상기 레이더 장치는 하우징 내부에 위치되는 다른 전자 장치를 포함한다. 통상의 기술자라면, 기능적 레이더 장치를 형성하기 위해 고체 상태 송신기/수신기와 협력하는 것이 필요한 전자 장치를 알 것이다. 예컨대, 레이더 장치는 모터를 구동시키기 위해 단상(single phase) 파워 공급을 3상 공급, 바람직하게는 변조된 3상 공급으로 변환시키기 위한 인버터를 바람직하게 포함한다. 바람직하게는, 레이더 장치는 고체 상태 송신기 및/또는 수신기에 파워를 공급하기 위한 AC-DC 컨버터를 포함한다.

전술한 바와 같이, 상기 하우징은 실질적으로 절단 피라미드형인 외형을 가지며, 이 하우징은 바람직하게는 5 내지 7개의 측면을 갖는다. 특히 바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 측면은 하우징에 들어가는 개구를 갖는다. 따라서 바람직하게는, 적어도 하나의 측면은 제거 가능한 패널을 포함하고 있어, 하우징 안에 부품을 로딩하고 언로딩하기 위해 또한 부품의 유지 보수를 위해 하우징에 접근할 수 있게 된다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 제 2 면은 외면과 내면을 갖는 제거 가능한 패널을 포함할 수 있다. 상기 내면에는 바람직하게 AC/DC 컨버터 또는 인버터와 같은 전자 부품이 위치된다.

유지 보수가 용이하도록 패널이 제거될 때 그 패널의 내면에 위치되어 있는 전자 부품이 하우징으로부터 유리하게 제거될 수 있다.

레이더 장치의 특히 바람직한 실시 형태에서, 하우징은 5 내지 7 개의 측면을 갖는 실질적으로 절단 피라미드형이다. 측면들 중의 하나는 접근 개구를 가지며, 하우징의 내부에 접근하기 위한 제거 가능한 패널을 포함한다. 측면들 중의 다른 하나는 AC/DC 컨버터를 내면에 위치시키는 제거 가능한 패널을 포함하고 있어, AC/DC 컨버터의 제거 및 유지 보수가 용이하게 된다. 제 3 측면은 인버터가 위치되는 내면을 갖는 제거 가능한 패널을 포함한다. 하우징의 나머지 측면은 제거 가능한 패널을 포함하지 않는다. 바람직하게는, 각각의 제거 가능한 패널로 폐쇄되는 개구는 웨더 시일(weather seal)과 전자기 시일 모두로 밀봉된다. 제거 가능한 패널의 내면에 전자 부품이 위치되어 있는 경우, 그 패널은 전자 부품을 위한 랙으로서 효과적으로 작용한다. 이리하여, 인버터와 컨버터와 같은 부품이 미리 조립될 수 있고 또한 유지 보수를 위해 쉽게 제거되고 접근될 수 있다.

바람직하게는, 레이더 장치에는 단일의 파워 케이블에 의해 파워가 공급된다.

특히 바람직하게는 레이더 장치의 출력은 전자기 손실을 최소화하기 위해 광섬유 케이블을 따라 공급된다.

절단 피라미드형 하우징을 사용함으로써, 하우징은 경량이고 높은 강도와 작은 레이더 단면적을 가질 수 있다. 전술한 바람직하거나 유리한 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있는 바람직한 실시 형태가, 성능을 증가시키고 전자기 손실을 줄이기 위해 업-마스트 송신기 및/또는 수신기를 갖는 스텔스성의 경량 업-마스트 선박 레이더 장치를 제공한다. 상기 레이더 장치는 100 kg 미만, 바람직하게는 80 kg 미만 또는 60 kg 미만의 업-마스트 중량을 갖는다. 특히 바람직한 실시 형태는 55 kg 미만 또는 50 kg 미만의 업-마스트 중량을 가질 것이다.

이제 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 특정 실시 형태에 따른 레이더 장치의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 레이더 장치의 측면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 레이더 장치의 평면도를 나타낸다.
도 4는 도 1의 레이더 장치의 정면도를 나타낸다.
도 5는 도 1의 레이더 장치의 하우징의 개략적인 단면도를 나타내며, 하우징 내부의 고체 상태 트랜스시버와 모터의 위치를 보여준다.
도 6은 하우징의 일 부분을 통해 연장되어 있는 열싱크(도 1의 레이더 장치에 사용될 수 있음)에 장착되어 있는 고체 상태 트랜스시버를 개략적으로 나타낸다.

도 1 내지 4는 본 발명의 특정 실시 형태에 따른 레이더 장치(1)의 일 바람직한 실시 형태를 도시한다. 이 레이더 장치(1)는 선박용 레이더 장치인데, 특히 경량이고 작은 레이더 단면적(rcs)을 갖는 선박용 레이더 장치이다. 상기 레이더 장치는 에너지 펄스를 전달하고 받기 위한 고체 상태 트랜스시버(transceiver)(20)를 내장하는 하우징(10)을 포함한다. 고체 상태 트랜스시버(20)는 하우징(10)의 측면(11)을 통과해 형성되어 있는 접근 개구(30)를 통해 도 1 및 4에서 볼 수 있다. 사용시, 접근 개구(30)는 제거 가능한 패널 또는 덮개(나타나 있지 않음)로 밀봉될 것이다. 상기 레이더 장치는 또한 모터(65), 및 요크(70)를 통해 모터(65)에 결합되어 있는 안테나(60)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 육각형 베이스의 절단 피라미드로 형성되어 있다. 따라서, 하우징은 베이스가 정육각형인 절두 육각형 베이스 피라미드로 성형되어 있다. 따라서 상기 하우징(10)은 제 1 면에 위치되는 정육각형 베이스(35), 및 제 1 면에 평행한 제 2 면에 위치되며 역시 육각형인 상면(40)에 의해 정해지는 외형을 갖는다. 상기 하우징은 베이스(35)로부터 수직 상방으로 연장되어 있는 6개의 측면(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 더 가지며, 이들 측면은 제 1 면에 수직인 방향에 대해 15도의 각도로 단일점(정점)에 수렴하게 된다. 측면의 경사각은 도 5 에 도시되어 있다.

상기 하우징의 바닥면(50)은 제 1 절단 피라미드와 동일한 육각형 베이스(35)를 갖는 얕은 육각형 베이스의 절단 피라미드로 성형되어 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 하우징의 바닥(50)의 일 부분을 형성하는 얕은 제 2 절단 피라미드의 면은 제 1 면에 수직인 방향에 대해 80도의 각도를 이루고 있다. 따라서, 하우징의 바닥면은 측벽(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및 상면(40)으로 형성되는 절단 피라미드 안으로 오목하게 연장되어 있는 내향 형상을 이룬다. 상기 레이더 장치는 요크(70)를 통해 모터(65)에 결합되어 있는 안테나(60)를 더 포함한다.

상기 하우징(10)의 실질적인 부분은 탄소 섬유 복합 재료 및 발포체(foam)로 단일체형 또는 모노코크(monocoque) 구조로 형성된다. 통상의 기술자라면, 탄소 섬유와 발포체로부터 경량의 단일체형 구조를 만드는 방법을 알고 있을 것이다. 따라서, 탄소 섬유로 감싸지는 강성 중합 발포체를 사용하여, 하우징(10)의 육각형 절단 피라미드형의 가장자리를 형성하는 지주를 형성하고 그런 다음 경화시켜, 전술한 바와 같은 형상을 갖는 실질적으로 단일체형인 하우징을 형성하게 된다. 하우징(10)의 비틀림 강성을 최대화하기 위해, 하우징(10)의 측면(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 수직에 대해 45도로 배치되는 크로스-플라이(cross-ply) 탄소 섬유 복합 재료로 형성된다. 이러한 구성은 전술한 본 발명의 어떤 실시 형태에도 사용될 수 있다.

제거 가능한 패널(113, 115)이 세 측면(11, 13, 15)에 형성되어 있는 개구를 폐쇄한다. 제거 가능한 제 1 패널(나타나 있지 않음)은 제 1 접근 개구(30)를 위한 덮개로서 작용한다. 이 제거 가능한 패널은 부품을 설치하고 유지 보수를 수행하기 위해 하우징의 내부에 접근할 수 있게 해준다.

제거 가능한 제 2 패널(113)은 제 2 개구를 덮고 인버터를 위한 제거 가능한 랙(rack)으로서 작용한다. 따라서, 인버터(나타나 있지 않음)가 상기 제거 가능한 제 2 패널(113)의 내면에 장착되어, 인버터를 레이더 장치에 설치하고 그로부터 제거하는 것이 용이하게 된다. 인버터는 단상(single phase) 파워 공급을 3상 공급으로 변환시켜 모터(65)를 구동시키는 작용을 한다.

제거 가능한 제 3 패널(115)은 제 3 개구를 덮고 AC/DC 컨버터를 위한 랙으로서 작용한다. AC/DC 컨버터는 상기 제거 가능한 제 3 패널(115)의 내면에 장착되어, 설치 및 레이더 장치로부터의 제거가 용이하게 된다. AC/DC 컨버터는 상기 고체 상태 트랜스시버에 파워를 공급하기 위한 파워 공급을 변환시키기 위해 사용된다.

제거 가능한 패널을 전기 부품용 랙으로서 사용함으로써, 부품의 용이한 설치 및 유지 보수가 가능하고 또한 유지 보수 기술자가 마스트 위에서 최소의 시간을 쓰면서 인버터 또는 AC 컨버터와 같은 부품을 신속하게 교체할 수 있다.

하우징(10)의 세 측면(12, 14, 16)은 제거 가능한 패널을 갖지 않는다. 이들 세 측면의 존재에 의해 하우징(10)의 강도와 강성이 증가된다. 하우징(10)은 6개의 측면을 갖는데, 그 중 세 측면은 제거 가능한 패널로 폐쇄되는 개구를 가지며, 나머지 세 측면은 개구를 갖지 않는다. 하우징의 강도를 최대화하기 위해, 하우징에 들어가는 개구를 갖는 패널은, 하우징에 들어가는 개구를 갖지 않는 패널과 번갈아 있다. 따라서, 하우징에 들어가는 개구를 갖는 각 측면(11, 13, 15)은 하우징에 들어가는 개구를 갖지 않는 패널(12, 14, 16) 중의 2개에 인접하여 배치된다.

상기 장치의 일 측면을 통해 형성되어 있는 연결 포트(120)가, 하우징(10) 내로의 파워 공급 및 광섬유 출력 연결을 가능하게 해준다.

상기 안테나는 에너지 펄스를 전파시키는 데에 적절한 어떤 레이더 장치라도 될 수 있다. 바람직하게는, 안테나는 선박용 레이더 안테나이다. 적절한 안테나는 EP1313167에 개시되어 있는데, 여기에는 저 프로파일 안테나가 설명되어 있다. EP1313167의 개시 내용 전체가 본원에 관련되어 있다.

상기 고체 상태 트랜스시버는 바람직하게는 서로 다른 범위에 있는 해상 목표물에 대한 검출을 최대화하기 위해 에너지 펄스 그룹을 전달한다.

특히 바람직한 고체 상태 송신기/트랜스시버는 US 7,764,223 B에 설명되어 있는 바와 같이 기능할 수 있으며, 이 미국 특허의 개시 내용 전체는 본원에 관련되어 있다. US 7,764,223 B에 개시되어 있는 레이더 장치에서, 송신기는 서로 다른 폭을 갖는 3개의 펄스를 포함하는 에너지 펄스 그룹을 전파시키는데(각 펄스 간에는 간격이 있음), 짧은 펄스는 근거리 목표물의 검출을 가능하게 해주고, 긴 펄스는 원거리 목표물의 검출을 가능하게 해주며, 서로 다른 길이의 펄스는 서로 다르게 인코딩된다. US 7,764,223의 레이더 장치는 도플러 정보를 발생시키기 위한 프로세서를 더 포함하는데, 송신기에 의해 전파되는 에너지 펄스 그룹과 함께 상기 도플러 정보를 사용하여, 서로 다른 속도의 일반적인 해상 목표물을 확인할 수 있다. 이러한 장치는 본원에 개시되어 있는 레이더 장치의 임의의 실시 형태의 일부를 포함할 수 있다. 적절한 장치는 켈빈 휴즈(Kelvin Hughes)에 의해 SHARPEYE^®라는 상품명으로 공급되고 있다.

상기 고체 상태 트랜스시버(20)에 의해 발생된 에너지 펄스는 회전 조인트(151)를 포함하는 웨이브 가이드를 따라 안테나(60)에 전달되고, 이 안테나에서 에너지가 전파될 수 있다. 고체 상태 트랜스시버(20)는 마스트 위에서 안테나(60) 가까이에 위치되므로 웨이브 가이드 런(run)은 최소로 되고, 그래서 고체 상태 트랜스시버(20)와 안테나(60) 사이의 파워 손실이 최소로 된다. 마찬가지로, 웨이브 가이드 런에서 수신 신호로부터 최소의 파워가 손실되므로, 레이더 장치(1)는 약한 수신 신호에 더 민감하게 된다.

고체 상태 트랜스시버(20)는 이 트랜스시버(20)에 의해 발생되는 열 에너지의 제거를 위한 열싱크(110)와 접촉하여 장착된다. 열싱크(110)는 알루미늄 합금으로 형성되고 하우징 밖의 외부 환경으로 연장되어 있다. 열싱크(110)의 하면에 형성되어 있는 방열 핀(fin)이 열을 환경에 소산시키는 작용을 한다. 도 6은 열싱크(110) 및 고체 상태 트랜스시버(20)를 하우징(10)의 바닥면(50)에 장착하기 위한 바람직한 구성을 도시한다. 열싱크(110)의 계단형 구성에 의해, 하우징의 내부가 환경으로부터 효율적으로 밀봉될 수 있다.

상기 모터(65)는 요크(70) 및 이 요크에 부착되어 있는 안테나(60)를 직접 구동시킨다. 기어박스와 관련되는 중량을 줄이기 위해 상기 모터는 직접적인 구동부에 결합되어 있다. 바람직하게는, 안테나의 속도는 파워 입력을 조절하여 변할 수 있다. 바람직하게는 안테나는 6 내지 60 rpm의 속도로 회전할 수 있다.

특히 바람직한 실시 형태에서 상기 요크(70)는 탄소 섬유 복합 재료로 단일 부품으로서 형성된다.

상기 레이더 장치는 3개의 발부(90)에 의해 선박의 마스트 또는 폴에 부착되거나 장착된다. 3개의 발부를 사용함으로써 레이더 장치는 셀프 레벨링(self levelling)이 가능하다. 3개의 발부 각각은, 하우징(10) 안으로 들어가는 개구(12, 14, 16)가 형성되어 있지 않은 측면 중 하나의 중심부에서 하우징(10)의 기부에 위치되어 있다. 공기 유동이 레이더 장치의 바닥에 들어갈 수 있도록 상기 발부(90)는 하우징(10)의 장착시 그 하우징을 상승시키는 작용을 할 수 있다. 모터(65)는 하우징(10)의 상부 내부에 위치되고 중합 발포체(100)에 의해 중심 위치에 유지된다. 그 발포체(100)는 모터(65)를 그의 작동 위치에 고정시키는 경량의 수단을 제공한다.

이 바람직한 실시 형태에서, 하우징에 들어가는 모든 개구, 예컨대 제거 가능한 측면 패널(113, 115), 열싱크(110), 파워 입력부 및 신호 출력부, 그리고 하우징(10)의 상면(40)을 통과하는 웨이브 가이드의 연장부는, 염수의 유입을 막는 웨더 시일 및 전자기 방사선의 누출을 막는 전자기 시일 모두로 밀봉된다.

본 발명의 임의의 실시 형태에 따른 전술한 바와 같은 레이더 장치의 이 특정한 실시 형태에 따른 레이더 장치는, 낮은 업-마스트 중량, 작은 레이더 단면적 및 낮은 전자기 방사선 누출의 유리한 특징들을 함께 갖는 경량의 고강도 업-마스트 선박 레이더 장치를 제공한다. 고체 상태 송신기와 안테나가 서로 가까이 있음으로 해서, 긴 웨이브 가이드 런이 필요 없게 되는데, 그로 인해 레이더 장치의 업-마스트 중량이 감소된다. 전술한 특정 실시 형태에 따른 레이더 장치의 중량은 약 55 kg이다. 하우징의 절단 피라미드 형상은 하우징의 강도를 증가시키고 또한 레이더 단면적을 감소시키는 작용을 한다. 하우징을 만드는 데에 탄소 섬유 복합 재료를 선택함으로써, 고 강도와 고 강성이 얻어지고 또한 레이더 장치 내부의 전기 부품에 대한 전자기 차폐가 가능하게 된다. 본원의 특징들의 상승 작용적 결합에 의해, 상당히 개선된 업-마스트 선박 레이더 장치가 얻어진다.

1 레이더 장치 10 하우징
11, 12, 13, 14, 15, 16 측면
20 트랜스시버 30 접근 개구
35 베이스 40 상면
50 바닥면 60 안테나

Claims

선박용 레이더 장치로서,
하우징 내부에 내장되는 고체 상태 송신기 및/또는 수신기, 및
상기 고체 상태 송신기 및/또는 수신기에 결합되어 있는 안테나를 포함하고,
상기 하우징의 외형은 실질적으로 절단 피라미드형(frusto-pyramidal)인 선박용 레이더 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징 내부에 내장되어 에너지 펄스를 발생시키기 위한 고체 상태 송신기, 및 상기 하우징에 의해 지지되는 안테나를 포함하고,
상기 안테나는 에너지 펄스를 방사시키기 위해 상기 고체 상태 송신기에 전기적으로 결합되어 있고, 상기 하우징의 외형은 실질적으로 절단 피라미드형인 선박용 레이더 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 하우징의 외형은 오각형 베이스, 육각형 베이스 또는 칠각형 베이스의 절단 피라미드인 선박용 레이더 장치.
청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 하우징은 절단 피라미드로 성형되어 있고, 이 절단 피라미드의 베이스는 제 1 면에 있고, 상기 하우징은 상기 제 1 면에 실질적으로 평행한 제 2 면에 있는 상면을 가지며, 복수의 측면이 상기 제 1 면에 수직인 방향에 대해 10 도 내지 35 도, 바람직하게는 상기 제 1 면에 수직인 방향에 대해 약 12 도 내지 30 도, 예컨대 제 1 면에 수직인 방향에 대해 약 15 도의 각도를 이루는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징은, 이 하우징의 절단 피라미드 형상을 규정하는 가장자리가, 바람직하게는 하우징의 적어도 3개의 측면이 복합 재료, 예컨대 탄소 섬유로 형성되어 있는 단일체형 부품인 모노코크(monocoque) 구조를 갖는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 5중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 고체 상태 송신기 및/또는 수신기를 외부 환경으로부터 전자기 차폐시키기 위한 수단을 포함하는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 6중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징의 바닥은 하우징의 구조적 강성을 개선하기 위해 적어도 부분적으로 내향(re-entrant) 표면으로 형성되어 있는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 7중 어느 하나의 항에 있어서,
상면과 측면으로 규정되는 상기 하우징의 외형은, 제 1 면에 있는 베이스 및 제 1 면에 수직인 방향에 대해 10 도 내지 35 도의 각도를 이루는 측면을 갖는 제 1 절단 피라미드로 형성되어 있고, 상기 하우징은 상기 제 1 절단 피라미드와 동일한 베이스 및 상기 제 1 면에 수직인 방향에 대해 45 도 내지 85 도의 각도를 이루는 측면을 갖는 제 2 절단 피라미드로 실질적으로 성형되어 있는 내향 바닥면을 가지는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 8중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 고체 상태 송신기 및/또는 수신기는 하우징으로부터 열을 제거하기 위한 수단과 접촉하여 장착되는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 9중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징 내부에 위치되는 모터를 더 포함하고, 상기 모터는 상기 안테나를 회전시키기 위해 안테나에 기계적으로 결합되어 있고, 바람직하게는 상기 안테나는 상기 모터에 의해 직접 구동되는 선박용 레이더 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 모터는 탄소 섬유 복합 재료 요크(yoke)에 의해 상기 안테나에 결합되어 있는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 11중 어느 하나의 항에 있어서,
인버터 및/또는 AC/DC 컨버터를 더 포함하는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 12중 어느 하나의 항에 있어서,
적어도 하나의 개구가 상기 하우징의 측면을 통과해 형성되어 있고, 상기 적어도 하나의 개구는 제거 가능한 패널에 의해 폐쇄되는 선박용 레이더 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제거 가능한 패널이 제거되면 하나 이상의 부품이 레이더 장치로부터 제거되도록, 상기 레이더 장치의 하나 이상의 부품이 상기 제거 가능한 패널의 내면에 장착되어 있는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 14중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 레이더 장치와의 통신은 광섬유에 의해 이루어지는 선박용 레이더 장치.
청구항 1 내지 청구항 15중 어느 하나의 항에 있어서,
100 kg 미만, 바람직하게는 60 kg 미만의 총 업-마스트(total up-mast) 중량을 갖는 선박용 레이더 장치.