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

9 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

30788. Назначение кровель. Кровельные материалы. Виды кровель и требования к ним 14.37 KB
  Кровельные материалы. Кровли: Мягкие рулонные материалы мембраны мастичные Жёсткие листовые материалы штучные. Скатные кровли более 15 уклон штучные листовые материалы черепица металлочерепица рулонные.
30789. Устройство рулонных кровель 15.32 KB
  К вертикальной поверхности пополнительный слой гидроизоляции. Ковер начинают наклеивать с пониженных мест воронок внутреннего водостока ендов карнизов послойно: сначала первый слой по всей площади захватки после его проверки и приемки второй слой до 5. Наклейка : послойная слой за слоем по всей площади крыши ступенчатая3 5 слоёв сразу. Наплавляемый рубероид нижний слой полимерное покрытие нагревают путём разогрева газовыми горелками.
30790. Устройство мастичной кровли 14.78 KB
  К вертикальной поверхности пополнительный слой гидроизоляции. Разливают слой битумнополимерной мастики. В неё втапливают арматурный слой стеклосетку 34слоя. Сверху защитный слой мелкого гравия.
30791. Мембранные кровли 16.44 KB
  Наносится с использованием клеевой технологии. ТПО смесь каучука и полимеров повышающих механическую прочность менее эластичны ПВХ мембраны Способы соединения полотнищ: сварка горячим воздухом клеевой способ 2хсторонние склеивающие ленты Способы закрепления мембранных кровель: Баластный способ свободное положение закрепляют по периметру в местах примыкания к вертикальным поверхностям. Наносят клеевой состав и раскатывают катком.
30792. Устройство металлических кровель 13.66 KB
  Основание для покрытия кровельной сталью выполняют в виде обрешетки из деревянных брусков 50 х 50 мм и досок от 50 х 120 до 50 х 110 мм. Конек устраивают из соединяемых под углом досок. Расстояние между осями досок принимают равным 1390 мм чтобы стыки листов попадали на них.
30793. Устройство кровель из асбесто-цементных волокнистых листов (шифер) 13.2 KB
  Устройство кровель из асбестоцементных волокнистых листов шифер Волнистые асбестоцементные листы обыкновенного профиля и средневолнистые размером 678 х 1200 мм укладывают на деревянной обрешетке из брусьев сечением 60 х 60 мм. Для плотного прилегания листов к обрешетке и друг к другу карнизный брусок поднимают с помощью прокладок на 6 мм а последующие четные бруски на 3 мм. Плотное прилегание листов в рядах вдоль и поперек ската обеспечивают уменьшением количества слоев в нахлестке. Для этого при укладке обрезают углы двух листов или...
30794. Виды и назначение отделочных покрытий 14.22 KB
  Их назначение придать зданию или сооружению законченный вид отвечающий заданным утилитарным и эстетическим требованиям. Назначение отделочных работ защита строительных конструкций от вредных воздействий окружающей среды увеличение срока их службы и придание поверхностям красивого внешнего вида.
30795. Классификация штукатурок 12.86 KB
  По сложности выполнения: простая улучшеннаявысококачественная.
30796. Материалы и компоненты штукатурных растворов. Свойства 15.56 KB
  Остальные пески для получения качественного штукатурного раствора необходимо предварительно промывать. Например для обычного раствора среднезернистый песок для отделочных слоев мелкозернистый для декоративной штукатурки крупнозернистые пески. Добавки это такие вещества которые повышают качество раствора усиливают вяжущие свойства и дают штукатурке определенные свойства. При длительном хранении такого раствора вода выступает на его поверхности.