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

16423. СОЗДАНИЕ МАКРОСОВ-ФУНКЦИЙ В EXCEL 162.5 KB
  СОЗДАНИЕ МАКРОСОВФУНКЦИЙ В EXCEL Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Информационные технологии для студентов технических специальностей Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по дисциплине Инфо
16424. Логические функции в EXCEL 81 KB
  Лабораторная работа Логические функции в EXCEL Задание 1. Создайте таблицу следующего вида: Средний балл рассчитывается по формуле СЗНАЧ. Результат 1: Если средний балл больше 60 то студент сдал сессию в противном случае не сдал. Расчет производится с помощь...
16425. Функции Excel. Логические функции 122.5 KB
  Лабораторная работа № 6Функции Excel. Логические функции Цель работы: изучение понятия и видов логических функций в Excel и приобретение навыков работы с логическими функциями Программа работы Ознакомление с понятием логических функций и их видами. Приобретение
16426. Использование функции ЕСЛИ в формулах Excel 106 KB
  Лабораторная работа №2 Использование функции ЕСЛИ в формулах Excel Представьте себе что вам необходимо заполнить колонку на рабочем листе разными данными которые зависят от значений другой колонки. Для того чтобы результат формулы выводился в зависимости от выполнени...
16427. Использование логических, статистических и математических функций 113 KB
  Лабораторная работа 2 Использование логических статистических и математических функций Цель работы: Изучить возможности использования встроенных функций табличного процессора Excel; получить навыки работы с Мастером функций. Структура отчета: Титульны
16428. ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТЕОСТАНЦИИ 133.5 KB
  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТЕОСТАНЦИИ Цели работы: закрепить навыки по использованию функций Excel; научиться решать типовые задачи по обработке массивов с использованием электронных таблиц; познакомиться с логическими функциями Excel. Постановка зад
16429. Основные функции Excel 45 KB
  Основные функции Excel Приводится синтаксис некоторых часто используемых функций Excel. Приняты следующие сокращения: ИН интервал; Ч число ЗН значение. В фигурных скобках указаны имена функций в нерусифицированных версиях Excel. Статистические функции КОРРЕЛ{CORR...
16430. Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики 72 KB
  Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики СОДЕРЖАНИЕ Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики. Ввод исходных данных. Вычисления размаха вариации оценки среднего среднеквадратичного отклонения и дисперсии...
16431. ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ EXCEL. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 60.5 KB
  ТЕМА №3: ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ EXCEL. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Цель работы: научиться работать с Мастером функций проводить анализ данных . Содержание работы: 1. Использование Мастера функций. 2. Анализ статистических данных. 3. Инструменты пакета анализа. Методические рек...