Курсовая Расчёт характеристик направленности линейной антенны. Курсовой Титов. Инженерная школа

• Название: Инженерная школа
• Анкор: Курсовая Расчёт характеристик направленности линейной антенны
• Дата: 28.07.2022
• Размер: 233.89 Kb.
• Имя файла: Курсовой Титов.docx
• Тип: Курсовая; #637265

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«Дальневосточный федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра Приборостроения

Параскев Аркадий Иванович

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННЫ

вариант № 2.7.5

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория направленного излучения»
Студент группы ___________

				(подпись)
			Руководитель
			_______________	_ Е.М. Титов
			(подпись)	(И.О. Фамилия)
			«_____» ________________ 2019 г.
	Регистрационный № ________		Оценка _________________________
	___________ ___________________
			________________________________
	(подпись)	(И.О. Фамилия)
	«_____» ________________ 201__ г.		_______________	____________________
			(подпись)	(И.О. Фамилия)

г. Владивосток 2019

Оглавление

Введение 4

Исходные данные 5

Вывод формулы характеристики направленности 6

Определение расстояния между элементами 6

Направленные свойства АР на разных частотах 8

Сравнение направленных свойств заданной дискретной базы и сплошной полосы 11

Заключение 13

Список литературы 14

Введение

Для получения большей мощности излучения, обеспечения направленности и возможности управления направленностью без изменения конструкции или механического поворота используют антенны, имеющие много преобразователей и большие волновые размеры. Такие многоэлементные антенны, состоящие и ненаправленных преобразователей, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, получили название антенных решёток.

Исходные данные

Линейная эквидистантная антенная решётка (АР) из 5 ненаправленных элементов имеет, с углом компенсации, амплитудное распределение представленное на рис. 1.


Рисунок 1 – Чертеж антенны
Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Число элементов	f0, кГц	Угол компенсации α0. °	Уровень бокового поля σ
5	3	60	0,15

Вывод формулы характеристики направленности

Поскольку антенная решётка имеет не равномерную амплитудное распределение, необходимо применить теорему сложения.

Согласно теореме сложения характеристика направленности групповой АР может быть представлена в виде суммы характеристики направленности отдельных N групп ее элементов с коэффициентами M_j, равными отношению нормирующего множителя соответствующей группы к нормирующему множителю характеристики направленности всей АР:

,(1)

где – ДН j-й группы; ; – амплитуда i-го элемента, n – числа элементов AA.

Разобьем заданную АР на 3 группы. Первая группа состоит из одного ненаправленного элемента, из этого следует что характеристика направленности во всех направлениях будет равна единице. Вторая и третья группа состоит из двух элементов.

,(2)

где – расстояние между элементами; – длина волны; – наблюдения; – угол компенсации.

Формула (2) применяется для расчёта АР состоящей из двух ненаправленных элементов. Используем формулу (1) для расчёта характеристики направленности второй и третьей группы, а также применив теорему сложения для расчёта АР, получим формулу для характеристики направленности заданной антенны:

,(3)

Определение расстояния между элементами

По условию задания, боковые максимумы диаграммы направленности не должны превышать значения σ. Для этого необходимо подобрать максимальное соотношение , поскольку исходя из условий, менять значения невозможно, необходимо подобрать такое максимальное , при котором выполнялось бы условие задания.

Максимальное значения , при котором выполняется условие задания, был найдено методом подбора, и равно м. На рисунке 2 изображена диаграмма направленности при заданном значении расстояния между элементами.


Рисунок 2 - Диаграмма направленности при заданном значении расстояния между элементами.

Направленные свойства АР на разных частотах

На рисунках 3-6 представлены диаграммы направленности АР при разных значениях рабочей частоты, при постоянном расстоянии между элементами м.


Рисунок 3 - Диаграмма направленности АР на частоте 0,25f₀



Рисунок 4 - Диаграмма направленности АР на частоте 0,5f₀



Рисунок 5 - Диаграмма направленности АР на частоте f₀



Рисунок 6 - Диаграмма направленности АР на частоте 1,25f₀
При изменении рабочей частоты, изменяется отношение , что приводит к уменьшению боковых максимумов и увеличению площади главного максимума при уменьшении рабочей частоты, и противоположным изменениям при увеличении частоты. Так же видно, что эти изменения не линейны, так как при небольшом уменьшении площади главного лепестка, на частотах и , наблюдается «небольшое» увеличение бокового максимума, но на частотах и наблюдается резкий «скачёк» боковых максимумов.

Одной из важных характеристик АР является ей коэффициент концентрации (КК).

Коэффициент концентрации линейной эквидистантной антенной решетки с разными амплитудами колебания элементов:

,(4)

где n – число элементов, A_q, A_g – амплитуды колебаний элементов с номером q и g, k – волновое число, d – расстояние между элементами

Формула (4) используется для расчёта коэффициента концентрации АР. На рисунке 7 представлен график зависимости коэффициента концентрации от частоты в приделах от до .


Рисунок 7 - График зависимости коэффициента концентрации от частоты

Сравнение направленных свойств заданной дискретной базы и сплошной полосы

,(5)
где L – длинна сплошной полосы.
Сравнение диаграмм направленности АР и сплошной полосы длиной равной АР, на частоте и , представлено на рисунках 8 9.

Рисунок 8 – Диаграмма направленности дискретной антенной решётки и сплошной полосы на частоте f0



Рисунок 9 – Диаграмма направленности дискретной антенной решётки и сплошной полосы на частоте 2*f0
На рисунках 9 видно, что сплошная полоса и дискретная решётка обладают одинаковой ширеной главного лепестка равной .

Коэффициент концентрации сплошной полосы:

,(6)

В таблице 2 представлены значения коэффициента концентрации АР и сплошной полосы на частотах и .
Таблица 2 – Значения коэффициента концентрации

Коэффициент концентрации
Антенная решётка	4.79	3.7
Сплошная полоса	4.73	7.69

На частоте f0 сплошная полоса и дискретная АР обладают одинаковым КК, при увеличении частоты в два раза, КК дискретной антенной решётки в два раза меньше КК сплошной полосы.

Заключение

В курсовой работе были произведены расчеты характеристик направленности эквидистантной акустической антенной решетки из пяти элементов, с неравномерным амплитудным распределением. Данная работа показала влияние соотношения на направленность антенной решётки.

Также проведено сравнение направленных свойств заданной антенной решетки и сплошной полосы, длина которой равна длине антенной решетки.

Список литературы

1. Г.М. Свердлин Прикладная гидроакустика: Учебное пособие. – 2 изд., перераб. и доп. –Л.: Судостроение, 1990. – 320с., ил.

2. Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчёты в гидроакустике – 2 изд., перераб. и доп. –Л.: Судостроение, 1988. – 288с., ил.