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

57732. Формули скороченого множення. Метали 709 KB
  Мета уроку: Використовуючи нестандартну форму проведення уроку, перевірити якість знань і вмінь учнів з вивчених тем; зацікавити математикою, хімією, встановлюючи зв’язки між предметами і українським фольклором...
57733. Додавання і віднімання у межах 20 53.5 KB
  МЕТА. Закріпити вміння додавати і віднімати числа у межах 20; розвивати логічне мислення, обчислювальні вміння, самостійність; створити ситуацію пошуку істини, співпереживання; виховувати цікавість та інтерес до математики, бережливе ставлення до природи.
57734. Площадь. Квадратный сантиметр. Палетка 57 KB
  Уметь: решать задачи на движение; распознавать геометрические фигуры; определять площадь с помощью палетки; Нормировать: виды задач; способы записи краткого условия задачи; единицы измерения длины и площади....
57735. Сочетательное и распределительное свойства умножения 94 KB
  Цель: Закрепить навыки умножения натуральных чисел переместительного закона умножения; изучить сочетательное свойство умножения и распределительное свойство умножения...
57736. Додатні та від’ємні числа. Модуль числа 201.5 KB
  Мета: привести в систему знання учнів про додатні та відємні числа модуль та порівняння чисел; розвивати обчислювальні навички розвивати логічне мислення пізнавальний інтерес...
57737. Дії над раціональними числами 99 KB
  Мета. Закріпити в учнів навички виконання дій над раціональними числами, обчислення значень виразів, що містять раціональні числа; розвивати позитивні риси особистості...
57738. Розв’язування систем рівнянь з параметрами 1.32 MB
  Розвивальна мета: розвивати логічне мислення творчі здібності формувати вміння міркувати висловлювати думку. Формувати соціальну компетентність: давати учням змогу вибору варіантів завдань та шляхів розвязку задач.
57739. Дж. Байрон. Поема «Мазепа». Історична основа та романтичний міф 112 KB
  Очікувані результати: учень переказує зміст поеми Мазепа визначає її історичну основу розгром шведів російськими військами втеча Мазепи з почтом Карла ХІІ та переповідає романтичний міф про привязаного до коня молодого Мазепу...
57740. Генетична термінологія і символіка. Методи генетичних досліджень. Закони Г. Менделя 66.5 KB
  МЕТА: сформувати поняття про генетику як науку що вивчає спадковість і мінливість організмів; почати формувати знання про основні генетичні закономірності успадкування ознак; розкрити основні генетичні поняття...