49466

Дисковая акустическая антенна

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основные соотношения для дисковой антенны. Конструкция антенны. По способу создания пространственной избирательности антенны можно подразделять на интерференционные фокусирующие рупорные и параметрические. Интерференционные антенны можно подразделять на непрерывные и дискретные.

Русский

2013-12-27

658.5 KB

12 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

  1.   Введение.............................................................................................................3
  2.   Техническое задание ........................................................................................5
  3.   Основные соотношения для дисковой антенны………...……………………...7
  4.   Расчет параметров............................................................................................9

5.   Конструкция антенны……………......................................................................25

6.   Выводы..............................................................................................................26

 

ВВЕДЕНИЕ

Акустическая антенна – это техническое устройство обладающее пространственной избирательностью, то есть способностью избирать и формировать акустические поля в среде.

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.

Акустические антенны бывают излучающими, приемными и обратимыми.

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.

Типовая акустическая антенна содержит:

- электроакустические преобразователи,

- средства крепления и несущую конструкцию,

- электрические коммуникации,

- средства герметизации,

- средства акустических развязок,

- средства аэро- и гидродинамической защиты.

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.

Направление компенсации - это направление, в котором давление от источ-ников складывается арифметически (синфазно).

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

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

  1.  Тип АА – дисковая АА (диск круговой);
  2.  Рабочая частота: ;
  3.  Скорость звука в рабочей среде: ;
  4.  Сектор обзора, [град]: , ;
  5.  Ширина ХН, [град]: ;
  6.  Критерий : по ;

По заданным значениям ширины ХН , направления компенсации в пределах сектора обзора , уровня боковых лепестков, критерия  и условиям возбуждения элементов АА – синтезировать АА, которая обеспечит формирование статического веера или сканирования одиночной ХН в пределах заданного сектора обзора.

f - рабочая частота

с – скорость звука в рабочей среде

- ширина главного лепестка ХН по уровню 0,707

- угол с уровнем 0,707 главного лепестка

- угол компенсации

- характеристика направленности

- длина волны

- волновое число

R – радиус антенны

  - уровень, в пределах которого не  определяется изменение пеленга

   - функция Бесселя от х n-го порядка

ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ДИСКОВОЙ АНТЕННЫ

                  

Рис. 1

Характеристика направленности:

, где

График функции   имеет вид:

Рис.2. График функции  

Особенности функции :

  1.  Она равна 0,707 при .

Экстремальные значения после первого нуля: -0,13; +0,06; -0,04; +0,03.

  1.  Нулевым значениям функции соответствуют следующие значения аргумента: ±3,83; ±7,0; ±10,172.
  2.  ХН, описываемая функцией , имеет малые боковые лепестки.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДАА

Радиус ДАА  найдем по формуле:

,

где  - угол компенсации, - угол, при котором основной лепесток принимает значение 0,707.

Найдем радиус ДАА  для крайнего угла компенсации.

Из исходных данных получим:

=20° - ширина ХН по уровню 0,707;

- сектор обзора;

 - 1/2 ширины ХН по уровню 0,707;

[м] - длина волны;

[м-1] - волновое число;

Найдем радиус антенны для угла компенсации°

 [м] - радиус ДАА

Найдем углы компенсации:

     Полученные углы сведем в таблицу:

0

1

2

3

4

, [град]

50

34.475

21.472

9.558

-1.948

[град]

18.237

13.985

12.349

11.642

11.487

Угол сшивания по 0.707[град]

41.763

27.778

15.429

3.787

Найдем значение ХН по уровню 0,707 для угла компенсации  = 9.558°:

Значение ХН отличается менее, чем на , что является допустимым. Поэтому выбранный радиус и рассчитанные углы компенсации удовлетворяют параметрам синтезируемой антенны.

Построим веер ХН антенны:

Найдем нули ХН для трех значений углов компенсации, а именно .

Рассмотрим угол компенсации :

Угол компенсации[град]

-1.948

Углы нулей ХН[град]

-15.664

11.645

-27.795

23.473

36.385

-41.39

Аргумент U

3.83

-3.83

7,01

-7.01

-10.17

10.17

Рассмотрим угол компенсации :

Угол компенсации[град]

34.475

Углы нулей ХН[град]

19.259

53.345

7.685

86.719

н

-3.506

Аргумент U

3.83

-3.83

7,01

-7.01

-10.17

10.17

Рассмотрим угол компенсации :

Угол компенсации[град]

50

Углы нулей ХН[град]

36.096

19.495

7.981

Аргумент U

3.83

7,01

10.17

Построим графики ХН в полярной и декартовой системах координат:

- для угла компенсации

Рис. 3 ХН в полярной системе координат при угле компенсации

Рис. 4 ХН в декартовой системе координат при угле компенсации

Как видно из графика уровень боковых лепестков очень мал. И их вклад в ХН очень мал. Рассмотрим поэтому лишь первые три.

Рис. 5 Уровни боковых лепестков

Максимальное значение первых боковых лепестков составляет  при угле . Уровень вторых лепестков составляет - , угол - .  Третий лепесток – 0.04, угол - .

- для угла компенсации

Рис. 6 ХН в полярной системе координат при угле компенсации  

Рис. 7 ХН в декартовой системе координат при угле компенсации

Рис. 8 Уровни боковых лепестков

Уровни: 0.13, 0.06, 0.04, углы им соответствующие: , , .

        - для угла компенсации

Рис. 9 ХН в полярной системе координат при угле компенсации

Рис. 10 ХН в декартовой системе координат при угле компенсации

Рис. 11 Уровни боковых лепестков

Максимальное значение первых боковых лепестков составляет  при углах , . Уровень вторых лепестков составляет - , угол - .

Критерий :

- для угла 

- для угла

- для угла

КОНСТРУКЦИя  ДАА

Дисковая акустическая антенна  состоит из:

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

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

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

4. Крепежи и бандажи для крепления активных элементов к излучающей поверхности.

5. Корпус который изготовляется из твердых материалов.

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 ХН преобразователей.

В качестве пьезоэлемента  в нашей антенне используется стержневой преобразователь (материал ЦТБС-3)

ВЫВОДЫ

В  курсовом проекте была синтезирована дисковая акустическая антенна согласно техническому заданию.  Был получен радиус антенны, он составляет

0,553 [м], что связано с частотой, на которой работает антенна, средой, а именно – вода, а также достаточно большим сектором обзора.  

Рассчитаны углы компенсации, которые обеспечивают точное покрытие заданного сектора обзора по уровню 0,707:

0

1

2

3

4

, [град]

50

34.475

21.472

9.558

-1.948

[град]

18.237

13.985

12.349

11.642

11.487

Угол сшивания по 0.707[град]

41.763

27.778

15.429

3.787

Рассмотрены дополнительные максимумы, их уровень достаточно мал, поэтому исследованы лишь первые три лепестка для ХН с учетом 3 основных углов компенсации: , найдено их направление и уровень, графическим методом, так как ХН выражается через функцию Бесселя 1 порядка и аналитический анализ очень сложен и громоздок.

Найдено остроту направленного действия для углов компенсации , для углов  ХН более остронаправленная.

Приведены графики веера ХН для синтезированной антенны в полярной и декартовой системах координат.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59434. Cценарій. Барвиста писанка 45.5 KB
  Матеріали: Таблиці та кольорові фотографії писанок Таблиці символіки Кольорові фотографії писанок регіонів України Натуральні писанки Мотивація навчальної діяльності. Діти повинні знати звичаї та обряди українського народу...
59435. Рекомендації щодо проведення свята до Дня Матері 30.5 KB
  З першої миті життя схиляються над нами обличчя матерів. Матері Все життя дивляться вони нам услід бажають добра і щастя. Тож друже мій схилімо голови перед величчю матері перед її світлим образом.
59436. Cценарій: В осінні шати-барви вдяглися ліси й поля 45 KB
  Мета. Поглибити знання учнів про рідну природу, вчити бачити і розкривати красу навколишнього світу; заохочувати дітей до творчості; розвивати мовлення, мислення дітей; формувати вміння визначати настрій твору...
59437. Сценарій. Тарас Шевченко - провісник долі України 78 KB
  Як досяг чим завоював цю славу найбезправніший солдат Російської імперії найбільшої і найжахливішої вязниці народів яку тільки знала історія СЛОВОМ II ведучий.
59438. Шкільний захід, присвячений О.С. Пушкіну і Н.М. Гончаровій: А душу Твою люблю я ще більше твого лиця... 75.5 KB
  В багатьох художніх творах і літературних працях Наталія Миколаївна зображалась безсердечною пустою легковажною красунею любителькою балів і інших світських розваг. Плакав вітер безсило кидаючись у вікна петербурзької квартири...
59439. Сценарій: Відкрите серце для добра 33.5 KB
  У нас можна допомагати один одному гратись сміятись казати правду фантазувати і творити казати тільки добрі слова дружити. Сьогодні я пропоную пограти в гру Чарівні слова€.
59440. Сценарій свята: Наша мова солов’їна 96 KB
  Поетична грань живе у слові, і слово немислиме без неї, як немислима річка без води. “Рідна мова дорога людині як саме життя” – говорить народна мудрість. Адже без мови не може існувати народ та його культура. Рідне слово порівнюють з хлібом, мову називають солов’їною, дивом калиновим.
59441. Сценарій свята: Україно! Це твої символи 30 KB
  Ознайомити учнів з історією України її символами виховувати в них національну свідомість розуміння своєї причетності до долі України. Карта України Акт проголошення незалежності на плакатах зображення герба України прапора на столі хліб на вишитому рушнику...
59442. Сценарій: Урок математики з інсценуванням та елементами гри 58.5 KB
  І знову дзвоник запрошує в клас, У царство логіки, краси і сили. Багато тут цікавого для нас У зоряні хвилин ми відкрили.