43285

Расчет параметров линейной дискретной акустической антенны без амплитудного распределения чувствительности

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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 Основными частями антенного устройства являются: электроакустические преобразователи состоящие из активных элементов предназначенные для преобразования энергий; акустические поглотители...

Русский

2013-11-04

501 KB

8 чел.

Национальный технический университет Украины

“Киевский политехнический институт”

Кафедра акустики и акустоэлектроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Акустические антенны

тема Расчет параметров линейной дискретной акустической антенны без амплитудного распределения чувствительности

Руководитель Богданов А.В.                                                  Выполнила Дронжевская Л.

Допущен к защите                                                                              студентка  5-го  курса

“_____”___________ 2009г                                                               группы   ДМм-54

Защищено с оценкой                                                                           зачётная книжка

_______________________                                                                № ДМ-5410

2009

СОДЕРЖАНИЕ

 Введение..................................................................................................3 стр.

Техническое задание  ............................................................................5 стр.

Теоретические сведения …………………...………………………….6 стр.

Расчет параметров...................................................................................8 стр.

5.   Описание конструкции ЛДАА…………............................................15 стр.

6.   Вывод......................................................................................................16 стр.

7.   Список литературы……………………………………………….......17 стр.

Приложение

Спецификация

Сборочный чертеж

Чертёж пьезоэлемента

Чертёж несущей конструкции

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

Основными частями антенного устройства являются:

- электроакустические преобразователи (состоящие из активных элементов), предназначенные для преобразования энергий;

- акустические поглотители, экраны и отражатели, предназначенные для уменьшения воздействия акустических помех, исключе-ния взаимодействия между преобразователями и придания необходимого направленного действия электроакустическим преобразователям;

- устройство управления (состоящее из линии задержек и усилителей), предназначенное для изменения по заданной программе амплитудно-фазовых характеристик напряжений,  подаваемых на электроакустические преобразователи в режиме излучения или снимаемых с них в режиме приема;

- обтекатель, предназначенный для уменьшения воздействия гидродинамического потока на неровную поверхность антенны при. движении корабля и тем самым уменьшения гидродинамических акустических помех;

- устройства акустической развязки, предназначенные для развязки преобразователей, обтекателя и антенны в целом от вибраций корпуса корабля и тем самым уменьшения воздействия структурных акустических помех [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:

Тип АА - Линейная дискретная акустическая антенна без амплитудного распределения чувствительности;

Рабочая частота – 8500 Гц;

Скорость звука в рабочей среде – 1500 м/с;

Сектор обзора - =;

Ширина ХН - ;

Критерий  - по ;

Уровень боковых лепестков -

теоретические сведения

Линейными называют антенны, два из размеров которых много больше длины волны [1].

Линейные антенны подразделяют на непрерывные и дискретные. На практике, наиболее часто применяют линейные антенны вида отрезка прямой и эквидистантные решетки.

Для решения ряда технических задач, например поиска или обзора пространства, нужны остронаправленные антенны больших размеров и тем больше, чем ниже рабочая частота. Изготовить приемоизлучающую поверхность антенны в виде сплошной поверхности больших линейных размеров трудно технологически, а в некоторых случаях невозможно. Поэтому такие антенны реализуют в виде набора отдельных (дискретных) преобразователей малых волновых размеров, и, следовательно, ненаправленных. С другой стороны, при таком построении антенны можно к отдельным её элементам подводить напряжения с различными амплитудами и фазами (в режиме излучения), т.е. можно получать ХН, не только с разной остротой, но и с различной ориентацией акустической оси, т.е. ориентировать главный максимум в желаемом направлении.

Наибольшее применение находят линейные (плоские) и цилиндрические (дуговые) дискретные антенны [4].

Антенна, состоящая из произвольного числа n элементов, которые одинаково и синфазно колеблются и находятся друг от друга на расстояние d, имеем характеристику направленности описываемую выражением:

                       

Поскольку, технически механический поворот антенны затруднён, то искусственно поворот осуществляют с таким распределением фазовых распределений. Антенны с таким распределением называют компенсированными.

Характеристика направленности линейной дискретной антенны примет вид:

                                          

где  - угол компенсации.

При введении амплитудного распределения все элементы антенны необходимо разбить на группы. Тогда выражение для ХН примет вид:

,

где  - количество элементов в группе.

Количество элементов и геометрические размеры антенны с амплитудным распределением определяются, так же как и для ЛДАА без амплитудного распределения.

Расчет параметров ЛДАА (Ар)

Определение количества элементов и расстояния между ними.

По условию задачи нужно рассчитать параметры статического веера, лепестки которого перекрывают друг друга до уровня ХН равного 0,707.

Выражение для ХН линейной дискретной антенны без амплитудного распределения имеет вид:

,

где  - количество элементов в группе.                       

Таким образом, для  получим:

где

Количество элементов соответствует такому целому числу, при котором разность левой и правой часть выражения первый раз меняет знак на противоположный.

                              ,                                                (*)

где .

Проведя необходимые исчисления определили, что.

Для исключения ложности пеленга необходимо, чтобы:

, где  , .

Из заданных выше выражений получается, что .

Длина антенны определяется выражением:

.

  1.  Расчет углов статического веера.

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.

Сведем полученные результаты в таблицу:

Номер

лепестка

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

69,95

49,15

35

23

12

-1,4

-12

-23

-35

-49,15

58

41,7

28,85

17,45

6,7

-6,7

-17,45

-28,85

-41,7

-58

49,15

35

23

12

1,4

-12

-23

-35

-49,15

-69,95

 

Веер имеет вид:

Рис. 1.Веер

3. Анализ ХН для наиболее показательных направлений

ХН ЛД с амплитудным распределением при  имеет вид:

Рис. 2. ХН ЛДАА  при   в полярных координатах

Рис. 3. ХН ЛДАА  при  в декартовых координатах

ХН ЛД с амплитудным распределением при  имеет вид:

Рис. 4. ХН ЛДАА  при  в полярных координатах

Рис. 5. ХН ЛДАА при   в декартовых координатах

Выводы:

  1.  При увеличении угла компенсации количество боковых лепестков остаётся неизменным, но  меняется их направление и форма.

Рассчитаем направление единичных максимумов, направления нулей ХН, направления и уровни боковых лепестков, ОНД, ширину ХН, угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга.

Рис. 6. Иллюстрация параметров ХН

1.Направления единичных максимумов ХН

Условием  существования единичных максимумов является:

Знак «+» в данной формуле означает, что единичный максимум расположен справа от главного, «-» - слева.

ХН, в данном случае, без единичных максимумов.

2. направления минимумов

Направление нулей  определяются из условия:

Номер минимума

+1

5,14

-

-1

-18,73

40

+2

17,15

-

-2

-31,77

25,94

+3

30,01

-

-3

-47,04

13,42

+4

44,87

-

-4

-69,58

1,53

+5

65,63

-

-5

-

-10,29

+6

-

-

-6

-

-22,58

+7

-

-

-7

-

-36,10

+8

-

-

-8

-

-52,62

3. Направления и уровни боковых лепестков

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

Уровни боковых лепестков для ЛДАА определяются при приближённой формуле:

Номер бокового лепестка ХН

+1

11,08

0,21

-

-

-1

-25,08

0,21

32,69

0,21

+2

23,42

0,12

-

-

-2

-39

0,12

19,55

0,12

+3

37,08

0,09

-

-

-3

-56,56

0,09

7,43

0,09

+4

53,92

0,07

-

-

-4

-

-

-4,36

0,07

+5

-

-

-

-

-5

-

-

-16,33

0,058

+6

-

-

-

-

-6

-

-

-29,12

0,049

+7

-

-

-

-

-7

-

-

-43,79

0,042

+8

-

-

-

-

-8

-

-

-63,81

0,037

Уровень бокового поля не превышает 0,21 или -13,56 дБ. Такой уровень удовлетворяет условию технического задания.

4.Острота направленного действия

Определяется как угол между +1 и -1 нулями ХН, то есть ширина главного максимума ХН по уровню 0. Для ЛДАА воспользуемся упрощёнными формулами нахождения

Параметр ХН

ОНД

23,86

45,6

5.Ширина ХН

Определяется как ширина главного максимума ХН по уровню 0,707. Для ЛДАА воспользуемся упрощёнными соотношениями:

Параметр ХН

Ширина главного максимума

10,44

19,63

6. Угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга

Определяется как угол , найденный из выражения:

Параметр ХН

Угол, в пределах которого не

проявляется ложность пеленга

1,3

2,4

Выводы:

Увеличение угла компенсации оказывает следующее влияние на параметры ХН:

увеличивается ОНД, ширина ХН.

описание конструкции ЛДАА

Рис. 7. Конструкция ЛДАА

На рисунке 7 изображена конструкция линейной дискретной акустической антенны. В конструкцию данного типа антенн входят:

1. Тыльная накладка, которая выполняют функцию демпфера. Служит для повышения КПД излучения. Выполняется обычно из твердых металлических сплавов.

2. В качестве активных материалов ГАП современных антенн применяют пьезокерамику различных составов и, в значительно меньшей степени, магнитострикционные металлы и сплавы. Свойства активных материалов определяют параметры и характеристики ГАП, их конструкцию, условия эксплуатации, стабильность работы.

3. Излучающая накладка изготавливается из титановых сплавов для эффективного излучения пьезоэлементами и защиты от механических повреждений.

Выбирая конструкцию антенны, стоит учитывать некоторые нюансы.

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 курсовом проекте была синтезирована ЛДАА В ходе выполнения задания было принято решение изменить входные данные ТЗ, в пользу экономии средств и характеристик акустической антенны: сектор обзора был выбран  и ширина ХН не должна превышать  от заданного в ТЗ.

В результате получилось, что диаграмма направленности синтезированной антенны состоит из 10 лепестков. Были рассчитаны углы статического веера. При увеличении угла компенсации наблюдается уменьшение количества боковых лепестков, находящихся справа от главного максимума характеристики направленности. Были получены диаграммы направленности, по которым были определенны параметры характеристики направленности, такие как: направление единичных максимумов, направления нулей характеристики направленности, направления и уровни боковых лепестков, ширина характеристики направленности, угол, в пределах которого не проявляется ложность пеленга. В результате, можно сделать вывод, что при увеличении угла компенсации появляется единичный максимум, уменьшается количество нулей и боковых лепестков, увеличивается острота направленного действия, ширина характеристики направленности и угол в пределах, которого не проявляется ложность пеленга.  

 Синтезированная антенна удовлетворяет исходным данным.

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.


ДМм54.2009. ПЗ

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

16

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

5

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

7

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

8

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

11

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

12

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

13

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ДМм54.2009. ПЗ

15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

НТУУ КПИ ФЭЛ гр.ДМм-54

Листов

Лит.

Линейная дискретная акустическая антенна без амплитудного распределения чувствительности

Богданов А.В.  Ю.В

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

Богданов А.В.     

Провер.

Дронжевская  Л

.

Разраб.

ДМм54.2009. ПЗ

    2

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

ДМм54.2009. ПЗ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20477. Візуальні мови проектування специфікацій 36 KB
  Складність сучасних обчислювальних систем а також висока вартість створення якісного та надійного програмного забезпечення ЕОМ стимулюють розвиток теоретично обгрунтованих методів та засобів розробки програмних систем. Особливо актуальним є застосування таких методів та засобів при об'єктноорієнтованому підході до створення програмних систем. Формалізовані візуальні мови набули широкого використання при проектуванні та розробці складних програмних систем. Об'єктноорієнтовані методи розробки програмного забезпечення широко застосовують...
20478. Властивості сполучень (Трикутник Паскаля) 25.5 KB
  Ряди трикутника Паскаля умовно пронумеровані згори починаючи з нульового й числа в нижньому ряді відносно чисел у попередньому ряді завжди розміщені ступінчасто й навскіс. Кожне число в кожному ряді одержуємо додавши два числа розміщені вгорі зліва і справа. Наприклад перше число в першому ряді 0 1 = 1 тоді як числа 1 і 3 в третьому ряді утворюють число 4 в четвертому ряді: 1 3 = 4. Правило Паскаля стверджує: якщо kй біноміальний коефіцієнт в біноміальному ряді для x yn тоді для будьякого додатного цілого n і будьякого...
20479. Графічний метод відокремлення коренів 39.5 KB
  Найчастіше в додатках використовуються трансцендентні рівняння. Для відокремлення коренів можна ефективно використати ЕОМ. Проте слід пам’ятати що дане твердження справедливе лише за умов монотонності на заданому відрізку і виборі достатньо малого кроку приросту аргументу з врахуванням характеристик. Слід аналізувати три можливості що можуть виникнути а саме: Якщо рис.
20481. Детальний розгляд критичних етапів життєвого циклу. Принципи структурного аналізу 34 KB
  Принципи структурного аналізу. Всі методології структурного аналізу базуються на ряді загальних принципів частина з яких регламентує організацію робіт на початкових етапах ЖЦ а частина використовується при виробленні рекомендацій щодо організації робіт. В якості двох базових принципів використовуються наступні: принцип розділяй і володарюй і принцип ієрархічного упорядкування. Перший є принципом вирішення важких проблем шляхом розбиття їх на безліч менших незалежних завдань легких для розуміння і вирішення.
20482. Совокупное предложение и кривая 94 KB
  Совокупное предложение базируется на производственных возможностях национальной экономики. Оно является функцией экономики от доступных на текущий момент факторов производства, технологии и уровня цен. В процессе анализа совокупного предложения важно различать совокупное предложение в краткосрочном и долгосрочном периодах.
20483. Діаграми “сутність-зв’язок”. Основні означення та терміни. Нотація Чена 55.5 KB
  Модель сутністьзв'язок ERмодель англ. Entityrelationship model або entityrelationship diagram модель даних яка дозволяє описувати концептуальні схеми за допомогою узагальнених конструкцій блоків. ERмодель це метамодель даних тобто засіб опису моделей даних. ERмодель зручна при проектуванні інформаційних систем баз даних архітектур комп'ютерних застосунків та інших систем моделей.
20484. Діаграми атрибутів. Категоризація сутностей 38 KB
  Діаграми випадків використання описують взаємозв’язки і залежності між групою випадків використання і акторами що беруть участь у процесі. Важливо зауважити що діаграми випадків використання не призначено для показу компонування вони не можуть описати внутрішню структуру системи. Діаграми випадків використання призначено для полегшення обміну інформацією між майбутніми користувачами системи і замовником вони особливо корисні для визначення переліку можливостей які повинна мати система. За діаграмами випадків використання можна...
20485. Діаграми потоків даних. Основні означення та символи 29 KB
  Діаграма потоків даних англ. Data Flow Diagram графічне представлення потоків даних в інформаційній системі. Діаграма потоків даних також може використовуватись для представлення обробки даних структурна розробка.