43281

Расчет параметров плоской акустической антенны

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Конструктивные особенности акустических антенн различны. В первую очередь следует выделить антенны с общим для всех преобразователем контуром герметизации и антенны с раздельной герметизацией каждого преобразователя. Антенны с общим контуром герметизации делятся на антенны силовой и компенсированной конструкций. Антенны с раздельными контурами герметизации преобразователей делятся на антенны с плотной и разряженной постановкой преобразователей. Кроме того, по типу конструкции антенны можно подразделить на антенны, имеющие собственную несущую конструкцию, и антенны, устанавливаемые на носитель поэлементно или поблочно.

Русский

2013-11-04

872 KB

8 чел.

Национальный технический университет Украины

“Киевский политехнический институт”

Кафедра акустики и акустоэлектроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Акустические антенны

тема Расчет параметров плоской акустической антенны 

Руководитель Моргун И.О.                                    Выполнил Василишин А.

Допущен к защите                                                                     студент  5-го  курса

“_____”___________ 2008г                                                      группы   ДГ-42

Защищено с оценкой                                                                  зачётная книжка

_______________________                                                       № ДГ-4210

2008

СОДЕРЖАНИЕ

  1.   Введение...............................................................................................................3 стр.
  2.   Техническое задание  .........................................................................................5 стр.
  3.   Теоретические сведения …………………...………………………………….6 стр.
  4.  Расчет параметров ПЛАА....................................................................................7 стр.

5.   Описание конструкции ПЛАА…………..........................................................18 стр.

6.   Вывод...................................................................................................................19 стр.

7.   Список литературы……………………………………………….....................20 стр.

Приложение

Спецификация

Сборочный чертеж

Чертёж пьезоэлемента

Чертёж рабочей накладки

ВВЕДЕНИЕ

Акустической антенной называют устройство, обеспечивающее пространственно избирательное излучение или прием звука в рабочей среде. Излучение или прием звука осуществляется при совместной работе антенны с передающим (в режиме излучения) или приемным (в режиме приема) трактом. Акустическая антенна обычно состоит из электроакустических преобразователей (элементов антенны), акустических экранов, несущей конструкции, акустических развязок, амортизаторов и линий электрокоммуникаций [1].

Пространственная избирательность акустических антенн образуется вследствие интерференции (сложения гармонических сигналов, имеющих одинаковую частоту, но в общем случае различные амплитуды и фазы); во многих случаях существенное влияние на избирательность антенн оказывает и дифракция (искажение поля источника при наличии каких-либо неоднородностей, границ, тел и т.п.).

По способу  создания пространственной избирательности антенны можно подразделять на: интерференционные, фокусирующие, рупорные и параметрические.

Интерференционные антенны можно подразделять на непрерывные и дискретные. И непрерывные, и дискретные антенны подразделяют по конфигурации геометрического образования, объединяющего активные элементы, на линейные, поверхностные и объемные.

По способу обработки принятых сигналов антенны можно подразделять на: аддитивные (компенсированные, некомпенсированные, имеющие или не имеющие фазово-амплитудное распределение и т.д.), мультипликативные, самофокусирующиеся, адаптирующиеся, с синтезированной апертурой и др.

По режиму тракта, в котором работают гидроакустические антенны, их можно подразделить на антенны шумопеленгования, эхопеленгования, подводной связи, разведки, рыбопоисковых систем и многих различных средств и аппаратов специального назначения [2].

Конструктивные особенности акустических антенн различны. В первую очередь следует выделить антенны с общим для всех преобразователем контуром герметизации и антенны с раздельной герметизацией каждого преобразователя. Антенны с общим контуром герметизации делятся на антенны силовой и компенсированной конструкций. Антенны с раздельными контурами герметизации преобразователей делятся на антенны с плотной и разряженной постановкой преобразователей. Кроме того, по типу конструкции антенны можно подразделить на антенны, имеющие собственную несущую конструкцию, и антенны, устанавливаемые на носитель поэлементно или поблочно.

По месту установки и условиям эксплуатации антенны делят на корабельные, стационарные, буксируемые, береговые, донные, вертолетных станций, радиогидроакустических буев, мин, торпед и т.д.

Акустические антенны бывают излучающими, приемными и обратимыми [3].

Антенны могут обеспечивать обзор некоторого сектора в пространстве путем механического поворота, введения фазового или временного распределения по элементам антенны или переключения рабочего участка. Иногда эти способы могут применятся совместно.

В настоящее время наибольшее распространение в гидроакустике получили интерференционные дискретные и непрерывные антенны [1].

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать параметры акустической антенны:

  1.  Тип АА - плоская акустическая антенна;
  2.  Рабочая частота – 5000 Гц;
  3.  Скорость звука в рабочей среде – 330 м/с;
  4.  Сектор обзора - =;
  5.  Ширина ХН - ;;
  6.  Критерий  - по ;

теоретические сведения

Плоский излучатель представляет собой антенну, один из волновых размеров которой значительно меньше двух других. Непрерывные антенны состоят из одного или нескольких преобразователей, образующих общую колеблющуюся поверхность. Поверхность таких антенн возбуждается синфазно, а амплитуда колебаний поверхности может быть и неравномерной. ДН таких антенн имеет только малые боковые лепестки и главный лепесток. Плоская непрерывная акустическая антенна имеет 2 ХН.

Расчет параметров ПЛАА

1. Определение геометрических размеров антенны

Длина ПЛАА определяется из выражения:

,

а ширина:

Для заданных углов  и , а также длины волны  получим:

длина антенны L = 0,713 м;

ширина антенны D = 0,422 м.

2. Статический веер

Расчёт углов статического веера производится исходя из тех соображений, что в заданном секторе обзора цель должна быть обнаружена. Это достигается при условии, что лепестки ХН должны сшиваться по уровню 0,707. Тогда весь сектор обзора будет полностью охвачен антенной. Расчёт производится от максимального угла компенсации в сторону уменьшения.

Так как у ПЛАА существует две ХН в различных плоскостях, то необходимо строить два статических веера.

Рассмотрим плоскость XOZ. В данной плоскости статический веер будет образован набором главных лепестков .

Рисунок 1

Число ХН в веере – 20

Рассмотрим плоскость YOZ. В данной плоскости статический веер будет образован набором главных лепестков .

Рисунок 2

Число ХН в веере – 12

3. Анализ ХН для наиболее показательных направлений

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10


Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14


1.Направления боковых единичных максимумов

Полученные ХН не имеют боковых единичных максимумов.

2.Направления минимумов

Направления минимумов ХН находятся из соотношений:

Так как число нулей ХН и, соответственно, боковых лепестков велико, то ограничимся уровнем 0,05 и рассмотрим ограниченное число нулей и наибольших боковых лепестков. Полученные результаты сведём в таблицу:

Номер нуля ХН

Плоскость XOZ

Плоскость YOZ

+1

5,3

41,8

-65,1

9

49,3

-57,5

-1

-5,3

28,8

-114,9

-9

26,5

-122,5

+2

10,7

49,4

-53,7

18,2

66,2

-43,4

-2

-10,7

22,8

-126,3

-18,2

16,8

-136,6

+3

16,2

58,3

-46,2

28

-

-32

-3

-16,2

17,2

-133,8

-28

7,6

-148

+4

21,7

70,7

-39

38,7

-

-22

-4

-21,7

11,7

-141

-38,7

-1,4

-158

+5

27,6

-

-32,5

51,4

-

17,4

-5

-27,6

6,4

-147,5

-51,4

-10,6

-167,4

+6

33,8

-

-26,4

69,8

-

26,5

-6

-33,8

1

-153,6

-69,8

-19,7

-176,5

 

3.Направления и уровни боковых лепестков

Направления боковых лепестков определяются как середина между двумя соседними нулями ХН:

Номер бокового

максимума

+1

8

0,217

45,6

0,217

-59,4

0,217

13,6

0,217

57,75

0,217

-50,45

0,217

-1

-8

0,217

25,8

0,217

-120,6

0,217

-13,6

0,217

21,65

0,217

-129,55

0,217

+2

13,45

0,128

53,85

0,128

-49,95

0,128

23,1

0,128

-

-

-37,7

0,128

-2

-13,45

0,128

20

0,128

-130,05

0,128

-23,1

0,128

12,2

0,128

-142,3

0,128

+3

18,95

0,092

64,5

0,092

-42,6

0,092

33,35

0,092

-

-

-27

0,092

-3

-18,95

0,092

14,45

0,092

-137,4

0,092

-33,35

0,092

3,1

0,092

-153

0,092

+4

24,65

0,071

-

-

-35,75

0,071

45,05

0,071

-

-

2,3

0,071

-4

-24,65

0,071

9,05

0,071

-144,25

0,071

-45,05

0,071

-6

0,071

-162,7

0,071

+5

30,7

0,058

-

-

-29,45

0,058

60,6

0,058

-

-

21,95

0,058

-5

-30,7

0,058

3,7

0,058

-150,55

0,058

-60,6

0,058

-15,15

0,058

-171,95

0,058

4. Острота направленного действия

Определяется как угол между +1 и -1 нулями ХН. Сведём результаты в таблицу:

Параметр ХН

Плоскость XOZ

Плоскость YOZ

ОНД

10,6

13,05

49,7

18

22,85

64,96

5. Ширина ХН

Определяется как ширина главного максимума по уровню 0,707.

Параметр ХН

Плоскость XOZ

Плоскость YOZ

Ширина ХН

4,7

5,74

32,9

8

10

42,9

 

6. Угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга

Определяется как ширина главного максимума по уровню .

Параметр ХН

Плоскость XOZ

Плоскость YOZ

Угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга

1,44

1,75

18,2

2,45

3,05

23,65

Выводы: из полученных результатов следует:

  1.  С увеличением угла компенсации количество и уровни боковых лепестков ХН существенно уменьшаются.
  2.  С увеличением угла компенсации увеличивается ОНД, ширина главного лепестка ХН, угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга.

описание конструкции ПЛАА

Рисунок 11

На рисунке 11 изображена типичная конструкция плоской акустической антенны. Детально данный тип антенн состоит из:

1. Тыльная накладка, которая выполняет функцию демпфера, повышая при этом КПД излучения. Выполняется обычно из твердых металлических сплавов.

2. В качестве активных материалов ГАП современных антенн применяют главным образом пьезокерамику различных составов и в значительно меньшей степени магнитострикционные металлы и сплавы.

3. Излучающая накладка изготавливается из сплавов алюминия или титановых сплавов, для эффективного излучения пьезоэлементами и соблюдает непрерывность излучения всеми активными элементами по апертуре антенны.

Взаимодействие по полю между элементами приводит к изменению их импедансов и рассогласованию с узлами электрической цепи (усилителями, генераторами), к искажению ДН преобразователей. Для ослабления этого взаимодействия волновые размеры рабочих поверхностей преобразователей следует выбирать по возможности большими или промежуток между соседними элементами принимать не менее .  Вместе с тем делать промежуток более 0,7 не рекомендуется, так как получается большой фазовый шаг, искажается ДН или уменьшается угол компенсации, то есть уменьшается сектор обзора.

ВЫВОДЫ

В данном курсовом проекте была синтезирована плоская непрерывная антенна с равномерным амплитудным распределением по апертуре антенны согласно техническому заданию.

Были просчитаны и построены: статические веера; ХН в наиболее показательных направлениях; направления минимумов ХН; направления и уровни боковых максимумов; острота направленного действия; углы, в пределах которого изменение пеленга не определяется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коржик А.В. Акустические Антенны. Конспект лекций.- К.: НТУУ «КПИ», 2008 г.

2. Смарышев Д.М. Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник. – Л.: Судостроение, 1948г, 106 с.

3. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. – Л.: Судостроение, 1990 г.

4. Свердлин  Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны: Учебник.-2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1988.-200 с.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

    2

ДГ42.2008. ПЗ

Разраб.

Василишин А.

Провер.

Моргун И.О.     

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Моргун И.О.  Ю.В

Плоская акустическая антенна

Лит.

истов

НТУУ КПИ ФЭЛ гр.ДГ-42

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 3

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 4

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 5

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 6

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 7

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 8

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 9

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 10

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 11

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 12

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 13

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 16

ДГ42.2008. ПЗ

 

ДГ42.2008. ПЗ

 

 17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 18

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 19

ДГ42.2008. ПЗ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

ДГ42.2008. ПЗ

ДГ42.2008. ПЗ

 

 15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДГ42.2008. ПЗ

 

 14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2994. Федерализм в США 115.5 KB
  Одной отличительной, вполне очевидной особенностью американской правовой системы является тот факт, что она организована на федеральной основе. Федеральная система — это такая форма организации правительственной и правовой систем, при которой...
2995. Анализ деятельности коммерческого банка по данным бухгалтерского баланса 826 KB
  Введение денежного обращения, кредитования и банковских расчетов в экономике необходимо располагать оперативной и достоверной информацией о состоянии и движении денежных средств по счетам банковских организаций. Разносторон...
2996. Анализ федеральной программы реформирования государственной службы 142 KB
  Государственная служба появилась в системе социальных отношений как необходимое условие для нормальной жизнедеятельности общества и как средство обеспечения других видов социальной деятельности. Вопросы управления государственной службой вк...
2997. Анализ внешней среды организации на примере ОАО Теплоизоляция 312 KB
  Объект исследования: предприятие ОАО Теплоизоляция Цель работы: дать анализ микро- и макроокружения ОАО Теплоизоляция и влияния внешней среды на организацию работы предприятия. Методы исследования: сравнение, сопоставление, анализа оценки и обоб...
2998. Установление буржуазной республики в Англии 17 века 67.5 KB
  Ситуация в Англии после первой гражданской войны. Пленением короля и падением последних роялистских опорных пунктов в Уэльсе в марте 1647 года закончилась первая гражданская война. Победа над королём вызвала рост авторитета армии Оливера Кромвеля, к...
2999. Акционерные общества и их роль в экономике 93 KB
  Приватизация в России проводилась как стратегическое преобразование, посредством которого «ничейную» якобы и потому малоэффективную собственность следовало передать действенным и эффективным собственникам, а те, обретя «чувство хозяи...
3000. Американский монетаризм, М. Фридмен и его концепция 60.5 KB
  Монетаризм представляет собой одно из наиболее влиятельных течений в современной экономической науке, относящееся к неоклассическому направлению. Он рассматривает явления хозяйственной жизни преимущественно под углом зрения процессов, протекающих в ...
3001. Основные понятия астрономии 109 KB
  Ответы к зачёту по астрономии. 1) Астрономия изучает движение небесных тел, их природу, происхождение. 2) Вселенная – часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню разв...
3002. Разработка программы для решения неодномерных стационарных задач теплопроводности численным методом с использованием консервативно-разностной схемы 95 KB
  Базовый уровень подготовки инженера-энергетика в области информатики и вычислительной техники определяется необходимым набором знаний, умений и навыков в применении ЭВМ для решения различных технических задач. Специалисты этой категории, помимо умен...