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

11 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

4482. Довгострокові прогнози меженного стоку влітку, восени і взимку 394 KB
  Довгострокові прогнози меженного стоку влітку, восени і взимку Закономірності і фактори меженного стоку Під меженним стоком рівнинних і гірських річок розуміють стік літньо-осіннього і зимового періодів, коли річки отримують живлення в основному в...
4483. Довгострокові прогнози шарів стоку весняного водопілля для рівнинних річок 2.4 MB
  Довгострокові прогнози шарів стоку весняного водопілля для рівнинних річок В період весняного водопілля, одної з найбільш багатоводних фаз гідрологічного режиму більшості рівнинних річок України, формування стоку обумовлене таненням накопичено...
4484. Довгострокові прогнози максимальних витрат води весняного водопілля 1.45 MB
  Довгострокові прогнози максимальних витрат води весняного водопілля Сучасний стан в області довгострокового прогнозування максимальних витрат води весняного водопілля Ще у 40-ві роки минулого сторіччя М.А. Великановим була запропонована для прогноз...
4485. Прогнози дат початку та проходження максимальних витрат води весняних водопіль на рівнинних річках 193.5 KB
  Прогнози дат початку та проходження максимальних витрат води весняних водопіль на рівнинних річках 1 Фізичні передумови та практичні прийоми прогнозів строків водопілля для окремих водозборів На відміну від прогнозів характеристик водного режиму вес...
4486. Довгострокові прогнози весняно-літнього водопілля гірських річок 370 KB
  Довгострокові прогнози весняно-літнього водопілля гірських річок Особливості формування водопілля гірських річок Довгострокові прогнози стоку річок базуються на знанні процесів накопичення й витрати вологи в річковому басейні, що зумовлюють характ...
4487. Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів 60 KB
  Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів 1 Фізичні основи та принципи прогнозів дат льодових явищ Строки льодових явищ на водних об’єктах залежать від масштабних атмосферних процесів, які розвиваються на...
4488. Набор учебных стендов для кабинета Правил Дорожного Движения 4.95 MB
  Введение Темой конструкторской разработки является создание учебных стендов для кабинета Правил Дорожного Движения. Эта работа содержит в себе 3 стенда: стенд макет автодрома, тренажер сигналы регулировщика и стенд сигналы светофора. Руководит...
4489. Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП) 248.5 KB
  Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП). Екологія – інтегральна міждисциплінарна наука. Основні положення загальної екології. Передумови виникнення екології як науки Протягом тривалого часу,...
4490. Ассемблер. Об ассемблере 24.38 KB
  Об ассемблере Интересно проследить, начиная со времени появления первых компьютеров и заканчивая сегодняшним днем, за трансформациями представлений о языке ассемблера у программистов. Когда-то ассемблер был языком, без знания которого нельзя было за...