Влияние бокового акустического экрана на диаграмму направленности антенны гидролокатора бокового обзора

Abstract

Рассматривается эксперимент по установке боковых акустических экранов из стали на различной высоте от излучающей поверхности, записываются диаграммы направленности и анализируется ширина основного лепестка в вертикальной плоскости на уровне 0.707 в зависимости от высоты установки боковых акустических экранов.

Full Text

1. ВВЕДЕНИЕ

Гидролокатор бокового обзора (ГБО) является одним из самых простых и в то же время достаточно информативным обзорно-поисковым гидроакустическим прибором [1]. Немалую роль в ГБО играют характеристики приемоизлучающей антенны, такие как чувствительность в режимах излучения и приема, активная составляющая полного сопротивления и направленность.

Гидроакустическая антенна, состоящая из отдельных пьезоэлектрических преобразователей, обладает определенными направленными свойствами. Направленность антенны зависит от ее формы и волновых размеров. Для обеспечения излучения или приема акустических сигналов в определенном направлении гидроакустические антенны экранируют.

Изучение вопросов экранирования [2] гидроакустических антенн включает в себя изучение акустических свойств экранов и влияния акустических экранов на характеристики антенн.

2. ОПИСАНИЕ МАКЕТОВ

В настоящей работе приведены результаты макетирования антенн ГБО, связанные с поиском оптимального расположения акустических экранов для обеспечения необходимой ширины диаграммы направленности.

Конструкция макета антенны ГБО приведена на рис. 1.

 

Рис. 1. Конструкция макета антенны ГБО: а — эскиз макета, б — макет до герметизации, в — макет после герметизации.

 

При проведении эксперимента были изготовлены три макета:

  • макет № 1 — боковой акустический экран антенны ГБО устанавливался вровень с излучающей поверхностью пьезоэлементов (рис. 2);
  • макет № 2 — боковой акустический экран антенны ГБО устанавливался на 0.7 мм ниже излучающей поверхности пьезоэлементов, что составило 0.14l (длины волны) на частоте 290 кГц (рис. 3);
  • макет № 3 — боковой акустический экран антенны ГБО устанавливался на 0.7 мм выше излучающей поверхности пьезоэлементов (рис. 4).

 

Рис. 2. Эскиз макета № 1 антенны ГБО (боковые акустические экраны вровень с поверхностью пьезоблока).

 

Рис. 3. Эскиз макета № 2 антенны ГБО (боковые акустические экраны на 0.7 мм ниже поверхности пьезоблока).

 

Рис. 4. Эскиз макета № 3 антенны ГБО (боковые акустические экраны на 0.7 мм выше поверхности пьезоблока).

 

Макеты антенны ГБО собирались из пьезоэлементов с резонансной частотой 290 кГц, в качестве акустических боковых экранов применялись металлические планки из стали Ст-3.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

В данном эксперименте нас интересовала ширина основного лепестка диаграммы направленности (ДН) в вертикальной плоскости [3, 4].

Исследования проводились на базе уникальной научной установки “Имитационно-натурный гидроакустический комплекс” (УНУ “ИНГАК”) кафедры электрогидроакустической и медицинской техники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета.

Расчетное значение ширины основного лепестка ДН в вертикальной плоскости на уровне 0.707 составило 57° (рис. 5, кривая 1).

 

Рис. 5. Диаграммы направленности макетов антенны ГБО: 1 — расчетная ДН макета антенны ГБ, 2 — измеренная ДН макета №1, 3 — измеренная ДН макета №2, 4 — измеренная ДН макета №3.

 

Измеренная ДН макета №1 антенны ГБО (боковой акустический экран установлен вровень с излучающей поверхностью пьезоблока) представлена на рис. 5 (кривая 2). Ширина основного лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости на уровне 0.707 (–3 дБ) составила 30.2°.

Измеренная ДН макета №2 антенны ГБО (боковой акустический экран установлен ниже излучающей поверхности пьезоблока на 0.7 мм) представлена на рис. 5 (кривая 3). Ширина основного лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости на уровне 0.707 (–3 дБ) составила 47.5°.

Измеренная ДН макета №3 антенны ГБО (боковой акустический экран установлен выше излучающей поверхности пьезоблока на 0.7 мм) представлена на рис. 5 (кривая 4). Ширина основного лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости на уровне 0.707 (–3 дБ) составила 31.5°.

Расчетная ДН макета антенны ГБО представлена для излучающей поверхности антенны без учета экранов и поля от боковой поверхности пьезоэлементов. На форму ДН и ширину основного лепестка ДН влияет не только установка боковых экранов, но и много других технологических операций, которые уменьшают ширину диаграммы направленности. Так, например, заливка (герметизация) антенн ГБО двухкомпонентным полиуретановым компаундом СПБ-ХП-80 уменьшает ширину ДН антенны ориентировочно на 15–18% по сравнению с расчетной. В данной работе рассматривается лишь влияние установки боковых экранов на ДН антенны ГБО в вертикальной плоскости.

4. ВЫВОДЫ

Результаты эксперимента показали влияние установки бокового экрана на ширину основного лепестка ДН [5, 6] на уроне 0.707 (–3 дБ). При сборке антенн ГБО необходимо уделять большое внимание не только материалу и форме экрана, но и правильности установки экранов (уменьшается ширина ДН и появляется ее несимметричность, как на рис. 5, кривые 2 и 4). По результатам макетирования можно сделать вывод, что в представленной в работе конструкции акустические экраны целесообразно устанавливать ниже излучающей поверхности пьезоблоков на величину порядка 0.1–0.15λ для получения наибольшей ширины основного лепестка ДН на уровне 0.707.

×

About the authors

П. П. Пивнев

Южный федеральный университет

Email: d.davydov505@gmail.com
Russian Federation, 347928, Таганрог, пер. Некрасовский, 44

Д. А. Давыдов

Южный федеральный университет

Author for correspondence.
Email: d.davydov505@gmail.com
Russian Federation, 347928, Таганрог, пер. Некрасовский, 44

В. Ю. Нерук

Южный федеральный университет

Email: d.davydov505@gmail.com
Russian Federation, 347928, Таганрог, пер. Некрасовский, 44

References

  1. Богородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. Расчет и проектирование. Справочник. Ленинград: Судостроение, 1983.
  2. Глазанов В.Е. Экранирование гидроакустических антенн. Ленинград: Судостроение, 1986.
  3. Боббер Р. Гидроакустические измерения. Москва: Мир, 1974.
  4. Колесников А.Е. Акустические измерения. Ленинград: Судостроение, 1983.
  5. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. Ленинград: Судостроение, 1984.
  6. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопромысловой аппаратуры. Ленинград: Судостроение, 1986.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Design of the LPG antenna model: a — sketch of the model, b — model before sealing, c — model after sealing.

Download (235KB)
3. Fig. 2. Sketch of model No. 1 of the LPG antenna (side acoustic screens flush with the surface of the piezoelectric block).

Download (166KB)
4. Fig. 3. Sketch of layout No. 2 of the LPG antenna (side acoustic screens 0.7 mm below the surface of the piezoelectric block).

Download (167KB)
5. Fig. 4. Sketch of layout No. 3 of the LPG antenna (side acoustic screens 0.7 mm above the surface of the piezoelectric block).

Download (167KB)
6. Fig. 5. Directional patterns of the GBO antenna models: 1 — calculated radiation pattern of the GBO antenna model, 2 — measured radiation pattern of model No. 1, 3 — measured radiation pattern of model No. 2, 4 — measured radiation pattern of model No. 3.

Download (102KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».