книги из ГПНТБ / Орлов Л.В. Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций

Возможно также облучение пространства как веером, так и вращающейся характеристикой направленности.

На рис. 47 изображена блок-схема варианта по­ строения станции, в состав которой вх'одит цилиндриче­ ская антенна из шести секций.

Рис. 47. Блок-схема станции с дискретной цилиндриче­ ской антенной со всенаправ­

вающие устройства (балласт­

ступающий в приемный тракт вследствие воздействия плоской звуковой волны, например с направления а, максимально задерживается в цепи задержки а на вре­

92

основному усилителю различные задерживающие цепи a—f, обеспечивая тем самым компенсацию характери­ стики направленности в соответствующих направле­ ниях а—f.

Цилиндрические антенны с компенсированными ха­ рактеристиками направленности. Как и в случае проек­ тирования сканирующей плоской антенны, одним из ос­ новных вопросов, возникающих в процессе разработки

к минимальному числу каналов. Минимум числа кана­ лов у цилиндрической антенны с компенсированной ха­ рактеристикой направленности ограничивается необхо­ димостью расположения фазовых центров секций на расстоянии, близком к 0,5 к. При больших расстояниях растет уровень ореола боковых лепестков на углах бо­ лее 90° и падает коэффициент концентрации. Эти изме­

где D — диаметр антенны;

X — длина волны в воде.

Размер самой секции следует по возможности выби­ рать максимальным в пределах расстояния /. Целесо­ образно даже несколько увеличивать горизонтальный размер секций d при сохранении расстояния между их фазовыми центрами, равным 0,5 Я. При увеличении раз­ мера секций снижается взаимодействие между ними по полю (см. рис. 63) и идентифицируется форма их харак­ теристик направленности. Увеличить горизонтальный размер секции можно аналогичным, применяющимся к плоским антеннам . способом — дробления секции . по вертикали на части и сдвига этих частей по периметру. Однако чрезмерное увеличение размера dc нежелатель­ но. У цилиндрических антенн секции развернуты (так как расположены по периметру), в связи с чем с увели­ чением угла, соответствующего ориентации главной оси

93

секции, уменьшается ее вклад по осевому направлению антенны при компенсации. Вклад также тем меньше, чем выше направленность секции. Оптимальные разме­ ры секции находятся в пределах 0,5?.—0,8 Л,.

Как расположение секций на окружности, так и их направленность обусловливают введение по компенси­ руемому раскрыву (сектору) спадающего к краям ам­

более 120°. Последнее происходит из-за большого дис­

линдрической антенны с компенсацией в любом направ­ лении получена в предположении, что секции антенны имеют прямоугольную форму и располагаются в жест­ ком цилиндрическом экране. В случае необходимости выражение (III—33) может быть пронормировано к любому направлению, для чего это выражение следует разделить на выражение, содержащее конкретные зна­ чения углов 0 и SI ориентации максимума основного лепестка. При расчете характеристики направленности

Л

2

94

hс, h — размер секций и расстояние между ними в угло­ местной плоскости (плоскости образующей);

'Л тп — амплитуды возбуждения секций;

первое слагаемое в показателе экспоненты обусловливает компен­

сацию в азимутальной плоскости, а второе — в угломестной;

2п

95

Первый сомножитель определяет некомпенсированную характеристи­ ку направленности линейной антенны с раскрывом Mh+hc (высота цилиндра) в плоскости образующей (рис. 48), последний сомножи­ тель, включающий суммы, представляет собой поле прямоугольного вибратора, расположенного на жестком цилиндрическом экране.

Наиболее интересен при проектировании ры­ бопоисковых антенн слу­ чай расчета характери- ! стики направленности в

- . Рис. 48. К пояснению выраже­ ния для расчета характеристик направленности цилиндриче­

ской антенны.

Рис. 49. Компенсированные в азимутальной плоскости характеристики направленности цилиндрической антенны при равенстве угловых раз­ меров секций промежуткам между их центрами:

96

зт

азимутальной плоскости при Q = — • Тогда выражение

(III—33) принимает вид:

N

2

X е (III—34)

На рис. 49 для примера приведены компенсирован­ ные в секторах 120° и 160° в азимутальной плоскости характеристики направленности многоэлементной ци­ линдрической антенны с равномерным и косинусным амплитудными распределениями по секциям.

Некомпенсированные дуговые антенны. Некомпенси­ рованные дуговые антенны применяют в основном при необходимости излучения большой мощности в широкий сектор, когда использование плоских антенн оказы­ вается невозможным. Так, например, круглый плоский поршень с шириной основного лепестка характеристи­ ки направленности 60° должен иметь на частоте 30 кГц диаметр примерно 5 см, и, следовательно, его площадь

широкого основного лепестка.

Дуговые антенны обычно составляют из отдельных преобразователей, и характеристика направленности дискретной дуговой антенны тем ближе к характери­ стике направленности сплошной дуги, чем меньше про­ тяженность преобразователя вдоль дуги. Достаточно

хорошее приближение получается, если шаг располо­ жения преобразователей составляет 0,5 Л,.

В литературе можно встретить две приближенные формулы для расчета характеристик направленности эквидистантных дискретных дуг:

Вторая формула более точная, так как учитывает затеняющее действие дуги1, однако различия в характе­ ристиках направленности получаются практически не­ существенными.

Видоизменение формы характеристики направленно­ сти дуги зависит от трех геометрических параметров: стрелы прогиба h, радиуса кривизны г и рабочего секто­ ра а (центрального угла, длины дуги L или хорды а).

Эти параметры связаны между собой следующими соотношениями:

98

са кривизны (стрелы прогиба). Наиболее чувствитель­ на форма характеристики направленности к волновой величине стрелы прогиба. Энергия, излучаемая дугой, приходит в плоскость раскрыва (параллельную хорде и касающуюся дуги в вершине) с различной фазой, в результате чего при h больше 0,5 % может произойти вычитание волн и гашение энергии. Этим объясняются осцилляции уровня основного лепестка характеристики

направленности.

h

Ширица основного лепестка с увеличением ^ при­

мерно до 0,4 сначала уменьшается (дуга еще не силь­ но отличается от плоского поршня), затем, когда появ­

Неравномерность основного ц уровень боковых лепе­ стков можно уменьшить, если ввести по дуге спадаю­ щее к краям амплитудное распределение. При этом од­ нако ширина основного лепестка уменьшается. Ампли­ тудное распределение может быть введено путем уменьшения числа преобразователей вдоль образующей цилиндра в направлении от центра к краям дуги. Ком­ бинированием. между величинами стрелы прогиба, цен­ трального угла и видом амплитудного распределения можно успешно регулировать форму характеристики направленности по уровням (Осцилляции, ширине основ­ ного и величинам боковых лепестков.

Глава IV

ВЛИЯНИЕ НЕТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОШИБОК ВОЗБУЖДЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН

Любую антенную систему изготовляют с определен­ ными допусками и в результате она оказывается от­ личной от идеальной. Преобразователи, из которых со-

100

бирают многоэлёментные антенны, могут быть установ­ лены не точно в расчетное положение, а поверхность зеркала рефлекторной антенны может иметь отклоне­ ние от теоретической кривой. Возможны также ампли­ тудные и фазовые ошибки возбуждения преобразовате­ лей, составляющих антенну. Они складываются из оши­ бок, возникающих в электрических цепях (в линиях за­ держки, фазовращателях, усилителях), и ошибок, вно­ симых непосредственно преобразователями. Последние возникают вследствие разброса их параметров: ампли­ тудные— из-за неодинаковой эффективности пьезоэле­ ментов, фазовые — за счет отклонения резонансных частот преобразователей от номинальной.

.Ошибки и неточности могут быть регулярными и случайными. Регулярные ошибки обусловливаются на­ рушением процессов технологии изготовления, настрой­ ки и изменения параметров антенн. Так, если харак­ теристика направленности измеряется в поле не пло­ ских волн, а имеющих некоторую сферичность, в раскрыве антенны возникает квадратичное фазовое рас­ пределение, приводящее к определенного рода искаже­

или частичный выход из строя ряда преобразователей, составляющих антенну. Видоизменение характеристики направленности при этом существенно зависит от места положения в антенне отказавших преобразователей.

Направленные свойства антенн зависят и от состоя­ ния среды, в которой распространяются звуковые вол­ ны. Вода — среда в акустическом смысле неоднородная. Ей присущи температурные перепады, течения, измене­ ние солености, в ней могут содержаться различные взвеси. Все эти факторы влияют на скорость распро­ странения звука и в конечном счете вызывают флюктуа­ ции амплитуды 'и фазы звуковых волн, приводящие к искажению характеристик направленности.

101