Антенна излучающая

Что такое Антенна излучающая и что это означает?, подробный ответ и значение читайте далее, после краткого описания.

Ниже представлен реферат на тему Антенна излучающая, который так же можно использовать как сочинение.

Данную работу вы можете скачать бесплатно ниже по ссылке, но если вам нужен реферат, сочинение, изложение, доклад, лекция, проект, презентация, эссе, краткое описание, биография, контрольная, самостоятельная, курсовая, экзаменационная или дипломная работа, с вашими конкретными требованиями, вы можете заказать её выполнение у нас в короткие сроки и недорого.

Мы команда учителей и репетиторов со стажем работы более 20 лет. За это время нами проверено и написано более 100 000 разнообразных работ и тестов. Поверьте нам, мы знаем как удивить вашего учителя или приёмную комиссию, с нами вы обречены на получение отличной оценки. Удачи вам в учёбе!

Пояснительная записка к курсовому проекту 08.092.54ИС1

Выполнил: студент группы 54ИС1 Новицкий Андрей

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

Кафедра 50

Санкт-Петербург

2003

Введение

К одной из важнейшей научно-технической проблеме современности можно отнести освоение водного пространства.

Освоение океана повлекло множество технических проблем. Одной из них являлась невозможность заглянуть в глубины океана, узнать особенности дна, наличие и особенности подводных обитателей. С появлением судов и устройств, способных пребывать под водой более или менее долго, возникла проблема передачи информации: связь с другими объектами, сканирование окружающего пространства и прочее.

Акустические (звуковые) волны, благодаря своей природы, свойствам водной среды, способны возбуждаться при сравнительно малых затратах энергии, и распространяться на большие расстояния, при некоторых условиях на тысячи и десятки тысячи километров.

С помощью гидроакустических средств (ГАС) производят картографирование дна морей и океанов и обнаруживают предметы (эхолоты и гидролокаторы бокового обзора), осуществляют водную связь (средства гидроакустической связи), обеспечивают безопасность плавания судов, измерение скорости хода и глубины под килем (средство судовождения), производят поиск скопления рыб, управление автономными подводными приборами, доставляющими информацию о состоянии подводной обстановки (средств телеметрии и телеуправления), обнаруживают и определяют координаты подводных объектов.

Процесс преобразования электрической энергии в акустическую выполняют подводные электроакустические излучатели и приёмники, входящие в состав антенны, и называемые гидроакустическими преобразователями (ГАП).

Конструкцию антенны определяют, в основном, её назначение и местоположение. Так, антенны судовых гидроакустических систем можно размещать на корпусе судна, буксировать или опускать за борт; антенны стационарных гидроакустических станций устанавливают на фундаментальных опорах в прибрежных районах, у входов в порты, в районах рейдовых стоянок и т.п.

Техническими параметрами гидролокационных станций (ГАС) являются: рабочая частота (от единицы до десятков килогерц), излучаемая акустическая мощность (от сотен ватт до сотен киловатт), ширина диаграммы направленности антенны в режимах излучения и приема в главных плоскостях, форма и длительность излучаемых импульсов, уровень усиления приемного тракта, ширина полосы частот приемного тракта. ГАС, которые не излучают акустическую энергию и предназначены для обнаружения и определения пеленга (курсового угла) подводного объекта по производимому им шуму, в частности движущегося судна, относят к пассивным средствам ШПС – полоса рабочих частот, ширина диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления приемного тракта.

В данной работе для обеспечения ХН с малыми боковыми максимумами предлагается ромбический поршень, у которого величина бокового максимума меньше 5%.

Основная часть:

1. Выбор формы, определения размеров антенны и направленности

Для обеспечения малой величины бокового максимума (10%) выбираем излучающую пластину в форме плоского ромба, характеристика направленности которого выражается формулой

R()=, (1)

где - длина диагонали, - длина волны в воде.

м

По заданию, в осевой диагональной плоскости угловая ширина главного лепестка на уровне 0,7 в плоскости х0z равна, а в плоскости у0z.

Обозначим аргумент функции (1) через a, то есть . Получаем уравнение

, откуда

, (2)

Построим графики и 0,84; корень уравнения находится в точке пересечения обоих графиков, которой соответствует значение . Следовательно , длина диагонали .

Для м.

Для м.

Проверка решения уравнения (2). Подставляем с очень малой погрешностью.

Таким образом, волновые размеры диагоналей равны и . Соответствующие выражения для характеристик направленности имеют вид , .

В формуле угол отчитывается от оси z, проходящей через точку пересечения диагоналей ромба, в плоскости x0z; в формуле угол также отсчитывается от оси z, но в плоскости y0z.

Излучающая пластина совмещена с плоскостью х0у, которой ось z перпендикулярна.

Нули в направлениях, определяемых из уравнений

, m=1,2,3...... (3)

, , , и т.д.

Направления боковых максимумов (приближенно):

Þ; ; и т.д.

Аналогично все повторяется для , формулы те же.

Коэффициент осевой концентрации, учитывая немалые размеры излучающей поверхности, рассчитывается по формуле

или , (4)

где S – активная площадь антенны

Подставляя значения и , получаем

Для плоскости х0z ( ДН содержит только один главный лепесток: и , а , то есть последующих нулевых направлений нет. В плоскости y0z значения углов и величины боковых максимумов даны в следующей таблице 1:

Таблица 1

7,8 11,8 15,8 19,9 24,1 28,5 33,0
0 0,045 0 0,016 0 0,008 0

Таблица 2

, град. 1 2 2,5 3 4 5
0,94 0,89 0,70 0,60 0,38 0,20

В плоскости х0z () значения углов и величины боковых максимумов дана в следующей таблице 2:

Таблица 3

32 54 90
0 0,0055 0

Таблица 4

,град. 5 10 15 20
0,91 0,71 0,44 0,20

Как видно из таблиц, наибольший боковой максимум равен 0,045, то есть составляет 4,5%. Следовательно, требования задания выполнено, что обеспечено выбором формы антенны, при которой амплитуда колебаний уменьшается от середины к краю.

2. Колебательная система преобразователя

По заданию, колебательная система преобразователя – полуволновая, то есть пьезо-

керамическая поршневая пластина не нагружена накладками (рис.5). Боковые размеры пластины велики по сравнению с ее толщиной. Электроды наложены на большие грани, перпендикулярные оси z.

Необходимые расчетные формулы даны в §9.6 [1] и в пособии [2].

Резонансная частота при продольном пьезоэффекте определяется из уравнения

,

где - скорость распространения волны в пластине, измеренная при разомкнутых электродах.

Для дальнейших расчетов требуется знать конкретный пьезоэлектрический материал, марку пьезокерамики.

3. Чувствительность излучателя

Эффективность излучателя можно оценить давлением P, которое он создает в точке, в направлении главного максимума при определенном электрическом напряжении U на входе. Такая оценка называется чувствительностью излучателя и определяется по формуле

, (6)

где r– расстояние до точки измерения давления. Если принять r=1м и U=1В, то величина .

Для определения акустического давления воспользуемся известным соотношением между излучаемой мощностью и давлением на оси

Допустимая удельная мощность излучения ограничивается порогом кавитации , величина которого тем выше, чем меньше длительность импульса и больше гидростатическое давление (заглубление антенны). При и [2]. Зависимость от определяется формулой

По заданию, =100м, получаем . С учетом длительности можем принять . Тогда , - излучаемая площадь антенны.

Из выражения (4) находим звуковое давление

Таким образом, чувствительность излучателя

Выбор активного материала и расчет электрических параметров

Основным назначением рассматриваемой антенны является излучение акустической энергии. Известно, что при одинаковой напряженности электрического поля наибольшая мощность излучения будет у преобразователей из пьезокерамики составов ЦТБС-3, ЦТС-19 и ЦТСНВ-1 [1]. Следовательно, для получения наибольшей удельной акустической мощности при наименьшей величины напряжения целесообразно использовать указанные активные материалы. Остановимся на ЦТБС-3, приведем значения ее постоянных:

Толщину пьезокерамической пластины определим, принимая заданную частоту 250 кГц за частоту резонанса, так как антенна излучающая, тогда

Статическая электрическая емкость пластины

,

где - площадь электрода.

Эквивалентное сопротивление электрических потерь

,

Емкостное сопротивление

Коэффициент электромеханической трансформации

Сопротивление электрических потерь на резонансе

Емкостное сопротивление на резонансной частоте

Акустическая мощность излучения при резонансе

Здесь - КПД, учитывающий механические потери; принимаем . Величина - активное сопротивление излучения, соответствует немалым волновым размерам пластины:

Частотная зависимость акустической мощности вблизи резонанса

,

где - механическая добротность

При такой высокой добротности резонансная кривая мощности представляется весьма узкополосной: относительная ширина полосы и

Электрический импеданс преобразователя образован из сопротивлений электрической части и приведенных к ней механических:

.

На частоте механического резонанса , сумма , так как

>>; .

Импеданс , Ом

Конструкция антенны

Кабель 3 марки ПГЭШ-1.0 вклеивается в хвостовик корпуса 2, выполненного из латуни Л-63. Хвостовик корпуса вместе с кабелем вулканизируется резиной. Сырьем для вулканизации служит сырая резина марки С-576. Текстолитовая шайба 5 и пенопластовая обойма 4 склеиваются клеем К-153. В обойму из полиуретана вклеивается пьезокерамический преобразователь 1 с припаянными проводниками. Провод укладывается в канал блока, он припаян к кабелю 3 и к преобразователю. Рабочую поверхность преобразователя и части образующей корпус 2 смазывают клеем. Затем осуществляется заливка компаундом

6. Измерение характеристики направленности (ХН)

Измерения характеристики направленности (ХН) излучателей и приемников звука является простой операцией, но требует выполнения ряда условий для получения правильных результатов.

Испытуемый преобразователь (излучатель, приемник) поворачивается вокруг оси, перпендикулярной плоскости в которой определяется ХН. Расстояние между излучателем и приемником следует выбирать так, чтобы ХН полностью сформировалась, то есть не зависят от дальнейшего увеличения . Обычно пользуются приближенной оценкой этой величины

0,161м

где L – максимальный габаритный размер преобразователя (антенны).

Если за критерий взять среднюю фазовую ошибку, то относительная погрешность измерения направленности антенны размером L будет равна

=

Расстояние rпо этому критерию оценивается неравенством

Если же излучение и прием осуществляются излучателями заключительных размеров, то расстояние rотвечает неравенству

Условия измерений должны соответствовать свободному полю, чтобы при каждом новом повороте регистрировался (измерялся) только прямой сигнал, распространяющийся от излучателя к приемнику.

Поворот системы производится электромеханических приводом – двигателем и набором шестерней, обеспечивающих приемлемую частоту вращения, определяемую скоростью фиксации сигналов, характером среды и требуемой точностью структуры ХН.

Для регистрации ХН в полярных координатах используют круглые бланки, поворачивающиеся синхронно с поворотом испытуемого преобразователя.

Синхронизация движения бумаги и вращения испытуемого преобразователя лучше всего обеспечивается сельсильной связью: ось сельсина – датчика механически соединяется с валом, непосредственно вращающим преобразователем, а ось сельсина – приемника – с осью вращения бланка. Сельсины обеспечивают точность передачи угла порядка 0,5°, что вполне достаточно для большинства акустических измерений.

Заключение

Спроектирован излучающий преобразователь в виде пьезокерамического поршня в форме ромба. Такая форма обеспечивает малый уровень боковых максимумов (4,5%). Эффективность преобразователя достаточна, благодаря применению пьезокерамического материала состава ЦТБС-3.

Требования задания по направленности антенны выполнено с соответствующим выбором размеров (диагоналей) излучающей поверхности.

Список литературы

Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. Л: Судостроение, 1990

Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны Л.: Судостроение, 1988.

Свердлин Г.М., Огурцов Ю.П. Расчет преобразователей. Учебное пособие. Л: ЛКИ, 1976.

Кобяков Ю.С. и др. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. Л: Судостроение, 1986.

Колесников А.Е. Акустические измерения. Учебник для вузов. Л: Судостроение, 1983.

Похожие материалы

Теории механизмов взаимодействия и гипотеза об их синтезе
Исследователи, отказавшиеся от релятивистской теории, а их с каждым днем все больше, вдруг
Мировоззрение Д. И. Менделеева
Дмитрий Иванович Менделеев, Заветные мысли (полное издание). Современный научно-философский
Джордано Бруно - героический энтузиаст
Общий принцип методологии - методы поиска нового возникают там, где нестандартность работы
Становление и развитие химии в России (XVIII – XIX вв.)
Истоки отечественной химической науки восходят к XVIII в., когда была основана Петербургская
Физика в средние века и эпоху Возрождения
Физика арабского средневековья. Физика в эпоху Возрождения. Становление экспериментальной физики.