Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

9.33 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 284 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

: 2:1, а характеристика направленности определяется формулой

Л(0) =	(1-13)
Второй сомножитель в формуле	(I— 13) — выраже

ние для дискретной базы из трех точечных элементов. Если поставить условие, чтобы второй сомножитель да вал нуль там, где первый определяет максимальный

боковой	лепесток,	необходимо положить d = 0,23 Dn.
Еще	меньший	уровень боковых лепестков можно

получить путем комбинирования формы и смещения тра пеций или треугольников, что в пределе приводит к параболическому амплитудному распределению. Если

принять для трапеции D 2 =				Q D i и— — ^ - = 0,71, то вы-
ражение	для			Dt +	Dx	примет
ражение	для	характеристики направленности				примет
вид
.	/ л	Bj-fD i .	\	п ■71 зх	D%-ф Dx	sin 0
s i n l —---------------- sm 0			I	sin /0,71		sin 0
Я(в) =	Dt + Dx			0,71	~E .	a
	Dt + Dx
		sin 0
					2 sm 9
						(1-14)

Отношение оснований здесь выбрано таким образом, что второй сомножитель равен нулю, когда первый опреде ляет максимальный боковой лепесток. В результате уровни боковых лепестков составляют по порядку при мерно 2,5; 1,8; 1,0%! Условие D2 = 3D1 не является строго критичным. При D2 = 5Di или П2 = 7 Dx уровни боковых лепестков примерно такие же.

Для снижения уровня боковых лепестков до 1 % не обходимо выбрать две трапеции с соотношением ос нований

	D%^ S,3Di;	Р 2— Pi
		+	Dx	9

	сдвинутых вдоль оснований на расстояние d = 0,308 X
X	2~~ } ' Характеристика		направленности такой

фигуры в плоскости, параллельной основаниям, будет

		тс	D* Ч-		\	Sin	{	- тся	D% Di
	sm	—	2	- -	х- sin 0\	Sin	0,785 ----------- L Sin 0
Я (6)	sm							т /		- x
Я (6)		тс D3 + D1			. Л			it D2H- Di		- x
		тс D3 + D1			. Л			it D2H- Di		Л
				— sm 0			0,785 —-----------— — sm 0
								A	2
			X cos f 0,308 -y -			•	^	1 sin 0^ .		(1— 15)

Если составлять антенну из треугольников (или ромбов), постепенно уменьшая смещение, получим в раскрыве антенны параболическое амплитудное распре деление, показанное на рис. 13, д (в данном случае число треугольников семь). Характеристика направлен ности антенны с таким амплитудным распределением

sin3	(1-16)
Я (0 ) =	(1-16)
я Р 2	3

sin 0

Суммарная амплитуда, излучаемая сплошной плоской антенной в направлении максимального значения основ ного лепестка, определяется площадью раскрыва.

Аналогичная проделанной операция с фигурой, изо браженной на рис. 13, д, приводит к амплитудному рас пределению параболического типа более высокого по рядка и характеристике направленности вида

sin*

	Я (0 ) =		(1-17)
	А sin 0\ 4
	Я
Максимальные	боковые лепестки	антенн с	такими
амплитудными	распределениями	соответственно	равны

примерно 1,06 и 0,23%.

Иногда встречаются антенны с несимметричным ам

плитудным распределением (или несимметричной		фор
мой	раскрыва), например вида, показанного	на
рис.	15, а. Характеристика направленности в плоскости,

перпендикулярной основаниям трапеции, определяется выражением

		D		2
	I H — h 2	п -— sin 9 cos		(
	I H — h 2	К		(
	I Я + А
	H+h			(1- 18)
где	H+h		амплитуды, принимаемый равным едини
где	D — множитель		амплитуды, принимаемый равным едини
	2

це при нормировании.


Рис. 15. К пояснению
влияния		асимметрич
ности		амплитудного
распределения				на
форму		характеристи
ки	направленности:
1 — х а р а к т е р и с т и к а				н а -
п р а в л е н н о с т и			п р я м о
у г о л ь н о г о		п о р ш н я ;		2 —
т о ж е , т р а п е ц и и ; 3 — т о
ж е ,	п р я м о у г о л ь н о г о т р е
у г о л ь н и к а ( ч а с т н ы й с л у
ч а й т р а п е ц и и п р и

__I Vi		I у I
О г	ц	6 8 Ю	К П	г
		б
Из рис.	15,6 видно, что чем			больше	крутизна асим
метричного	амплитудного		распределения,		тем шире ос

новной лепесток и выше межлепестковые уровни. Харак теристики направленности сохраняют симметрию, макси мальные уровни боковых лепестков (нормированных к основным) не изменяются.

Примерно таким же образом видоизменяются ха-

рактеристики направленности антенн с другими видами асимметричных амплитудных распределений.

В заключение приведем сравнительную таблицу (табл. 2 ), характеризующую изменение параметров ан тенн с разными амплитудными распределениями. См.

также [1] и [27].

Значения функций Бесселя высших порядков могут быть вычислены при помощи рекуррентного выражения:

2п	О 1^)
Сг (г) = /я—1 (г) + /«+1 (г)-

ПУЛЬСИРУЮЩИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

Радиально пульсирующие цилиндрические антенны чаще всего используют в качестве измерительных излу чателей и гидрофонов, когда необходимо иметь в азиму тальной плоскости ненаправленное излучение (прием), а в угломестной требуется направленность, чтобы от строиться от сигналов, отраженных от дна или поверх ности воды. Характеристика направленности такой антенны в плоскости, перпендикулярной оси симметрии,

Я(0) - 1 ,

(1- 20)

а в плоскостях, проходящих через ось симметрии, являет ся произведением характеристик направленности обра зующей цилиндра высоты Н (эта характеристика сов падает с характеристикой направленности прямоуголь ного поршня) и дуги направляющей окружности диаметром D :

sin ^я -у -sin 0^

Я(0) = '	Н		X
я	Н
я	sin 0
	%
X ^ //~ / * ( * - £ cos в )	+ /j	^я	cos б\| cos2 0 ,	(1—21)
где / о и 11— функции Бесселя нулевого		и первого порядков.		может
Характеристика направленности		направляющей		может

в некоторых случаях сильно влиять на характеристику направленности цилиндрической антенны, формируемую

2 Л. В. Орлов, А, А. Шабров

со

4*.

ьЯ

к	Закон изменения ам	Графическое изображение
к	плитудного распре	закона амплитудного распреде
к	деления	ления

к£

£2.

А =

Ш и р и н а о с н о в н о г о л е п е с т к а п о н у л е в о м у у р о в н ю 2 0 о , г р а д	Ш и р и н а о с н о в н о г о л е п е с т к а н а у р о в н е 0 , 7 , п о п о л ю			К
		2 % г р а д	У р о в е н ь п е р в о г о б о к о в о г о л е п е с т к а в п р о ц е н т н о м о т - н о ш е н и и к о с н о в н о м у	К о э ф ф и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и (А,— д л и н а в о л н ы , 5 — п л о - хцадь р а с к р ы в а )
			,
А		А	22	S
115 —	50,5 —		22	4г —
D		D		А 2

Т а б л и ц а 2

Ф о р м у л а х а р а к т е р и с т и к и н а п р а в л е н н о с т и R ( 0 )

s i n 2

Л*

А = 1—4 (1—Д)Х

	*2 1	-и/г , о х +1/г
	X —	Л
	D2
II<	00 О
Д =	0,5

ЛX

122 — 53,8 -

D D

Я к

131 — 5 5 ,7 -

D D

		Г s i n г		(1 + Д )		д *
		г	+	(1 + Д )		Х
	S	г				Х
16	S		^ /	Ы Н z	\
	0 ,9 9 4 -4 1 ------		^ /	Ы Н z	\
	0 ,9 9 4 -4 1 ------
	А2		Л	г	)\
			Л	г	)\
14	S
14	0,97.4г.—
	А2

-V	*•••• •1—»«■»»»««

				А	к	9,3	S
Д = 0				164>5 Ъ	6 6 -	9,3	0,833-4х---
Д = 0				164>5 Ъ			А2
	пх			А	А	7	S	cos Z
А =	пх			173’ 7 d	68’ 8 d	7	0,81.4л—	г2 — (л/2)2
А =	А0cos		4е	173’ 7 d	68’ 8 d		А2	г2 — (л/2)2
4			4е
4				А	А		S	sin г
				А	А		S	sin г
Л = Л0 cos2		-v/г	о х +v/?	230 —	S 3 , 2 -	2,5 0,667-4;:----		г (г2 — л2)
Л = Л0 cos2		-v/г	о х +v/?	D			А2	г (г2 — л2)
				А	А		S	COS 2
	пх			А	А	1	S
	пх			2 8 7 ,5 - 9 5 , 2 -		1	0,575-4;:---	[z2—(л/2)]2 Гг2 ^_2 _ л \|2
А = А0 cos2 —							А2	[z2—(л/2)]2 Гг2 ^_2 _ л \|2
				к	А	13	S	h (г)
-4 =	А0			140 —	5 3 , 5 -	13	4л ——	Z
-4 =	А0			D			А2	Z
О?
ей
СЗ
А = А 0 —				А	А	5,9	S	h (г)
				188 —	72,3 —	5,9	0,75 ■4г.—•
				D	D		А2	Z2

со

сг>

Конфигурация поверхности раскрыва

Круглая

Закон изменения	Графическое изображение
амплитудного рас	закона амплитудного распре
пределения	деления

А = А0 1 —

Ч- f - ) 7

Л= Л0 1 —

- (

л = Л > 1 —

2р у 4

- ( о У

основногоШириналепестка уровнюнулевомупо 2©0, град	основногоШириналепестка 0,7,уровненапо полю ГраД,7’О20	первогоУровеньбокового процентномвлепестка от основномукношении	концентрацииКоэффициент К к(волныдлина—, 5—пло раскрыващадь)	Продолжение табл. 2
основногоШириналепестка уровнюнулевомупо 2©0, град	основногоШириналепестка 0,7,уровненапо полю ГраД,7’О20			Формула характеристики
				направленности R (0 )
234 —	Я	3	5	h (z)
234 —	8 4 , 3 -	3	0,56-4я—	Z2
D			А2	Z2
280 —	94,6 —		S	/()
280 —	94,6 —		0,44.4я—	г4
D	D		А2	г4
324 —	А		0 ,3 6 .4 л -	h (г)
324 —	104 —		0 ,3 6 .4 л -	h (г)
D	D		А2	Z5

О*

Продолжение табл. 2

				« ф		9			я
я				« ф		9		a S	га5
я				с <м		с ч		о о >,
X				а>		(Уо		v ч- г?	Ё*Т
(X				ч 2		ч с			Ё*Т
(X				ч 2					53со
Закон изменения			Графическое изображение						Я- ж	формула характеристики
Закон изменения			Графическое изображение					и о	о	формула характеристики
амплитудного распре			закона амплитудного распреде	У				и о	* Е\|К	направленности Я (в)
деления			ления					О.С о	fcOJ
деления			ления					о;	г' « а,
				о S				Кв У	GJ •*
				о о				Кв У	52 *
				а		2 Й			52 *
				га а;				•оS g	я —га
				га а;				•оS g	я я Q.
				я ч		я о		я е s	.0.4
						Я О,		и и s	.0.4
f g				ая 5		£*>»	о	« а; 9
f g				ая 5		£*>»	о	Э в Э	О J> «
о, га						а” гаФ		^ а>о	О J> «
» о.						я C-i		>> ч я
А = А0	1 —									1п+1 (г)
Круг-										1п+1 (г)
лая	_2р_\2] п									zn+i
К	D )	_
Треу-				249-			м	4,9	S	sin2 z
голь*				249-	D	7 6 , 7 -		4,9	0,54.4л—	22
голь*					D				А2	22
ная
Ч	‘ - 1	г )		249-		76,7		4,9	0,54.4я	sin3 г
Ромби				249-	D	76,7	D	4,9	0,54.4я	г2
ческая					D		D		A2	г2

со

-vl

в плоскости образующей. На рис. 16 пунктиром (кри вые 1) показаны угломестные характеристики направ ленности цилиндрических антенн при различных соотно-

ас'

t=2A

П=4Л

Рис. 16. Видоизменение характеристики направ ленности (пунктир) радиально пульсирующей ци линдрической антенны в плоскости образующей цилиндра в зависимости от соотношения волновых размеров его высоты и диаметра.

шениях волновых размеров высоты и диаметра [кри вые:

Чем больше высота и меньше диаметр цилиндра, тем слабее влияние направляющей. В случаях а и б оно сказывается только на увеличении боковых лепестков.

Если диаметр цилиндра больше его высоты (срав нимой с длиной волны), характеристику направленности, видимо, правильнее рассчитывать по формуле

где	направленности кольца
диаметром D, развернутого на 90° к рабочей по
верхности цилиндра.
Характеристики направленности,	рассчитанные по
формуле (I—2 2 ), показаны на рис.	16, в.

Глава II

РЕФЛЕКТОРНЫЕ АНТЕННЫ

Любая рефлекторная антенна состоит из отражаю щего звуковую энергию зеркала и электроакустических преобразователей (облучателей). Для удовлетворитель ной работы антенны необходимо, чтобы волновой размер раскрыва зеркала составлял, по крайней мере, пять длин волн, а облучатели зеркала при относительно ма лых размерах обладали определенной направленностью.

В зависимости от назначения антенн и требуемой формы их характеристик направленности зеркала могут быть параболическими, тороидальными, сферическими, коническими симметричными и несимметричными с раскрывами различной формы. Известны также многозер кальные антенны, состоящие, из двух и более зеркал.

Рассмотрим свойства антенн только двух типов: ко нических и параболических, как наиболее вероятных в отношении применения в качестве рыбопоисковых.

Сведения о свойствах рефлекторных антенн других


типов		можно найти		в литературных источниках
[14],	[18].
Все рефлекторные антенны являются преобразовате
лями		форм	волновых	фронтов. Так, параболическая
антенна преобразует плоские волны в сферические					(и
обратно), а			коническая — в цилиндрические (и		об

ратно).

Для выполнения такой задачи коническая антенна должна быть составлена из конусного отражателя с

углом расхождения (при вершине конуса),	равным 90°,
и цилиндрического облучателя небольшого	диаметра,

располагающегося вдоль оси симметрии (высоты) ко

нуса (рис. 17, а).	В таком варианте выполнения длины
1 —2 —3 всех лучей одинаковы.
Формировать	веер характеристик направленности

конической рефлекторной антенной сложно и нецелесо образно; она может быть рационально применена в тех случаях, когда необходимо иметь одну достаточно ост рую характеристику направленности при относительно небольшой излучаемой мощности — достигается эконо мия пьезоактивного материала, упрощается конст рукция.

С помощью параболического зеркала (поверхности, образованной вращением параболы вокруг оси симмет рии) возможно управление ориентацией характеристики направленности в пространстве простым образом. Для этого облучатель (например, плоский поршень порядка длины волны) смещают из фокуса в направлении, пер пендикулярном оптической оси. При этом, в.силу зако на равенства углов падения и отражения, происходит поворот исходящих от антенны лучей в направлении,

противоположном направлению					смещения	облучателя
(рис. 17, б).			в	- области фокуса			набор
Если		расположить
(мозаику)		облучателей	и произвести их быстрое пооче
редное	переключение (например, с помощью электрон
ного	коммутатора),		получим		антенное		устрой
ство с	веером статических			характеристик		направлен
ности.

При отклонении от аксиальных (ближайших к осп антенны) направлений характеристики направленности искажаются: становятся асимметричными, расширяются

основные лепестки, возрастают уровни боковых лепест ков. Эти искажения проявляются в результате возник новения нелинейных фазовых распределений в раскрыве параболоида из-за нарушения линейности закона изме

нения разности хода лучей 1—2—3 (см. рис. 17, б) на пути облучатель — различные точки зеркала — рас крыв.

На изменение формы характеристики направленно сти наибольшее влияние оказывают фазовые искажения третьего порядка — так называемая аберрация «кома»

[ 12].

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 284 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ