Многоэлементная гидроакустическая антенна

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в гидролокационных станциях. Техническим результатом является обеспечение эффективного сканирования диаграммы направленности. Устройство содержит набор стержневых пьезоэлектрических преобразователей, закрепленных на общей пластине. Промежуток между преобразователями и удвоенная толщина пластины, на которой крепятся преобразователи, выполнены меньшими четверти длины продольной волны в пластине. 3 ил.

Предлагаемая антенна может быть использована в гидролокационных станциях, осуществляющих круговой или секторный обзор остронаправленной сканируемой диаграммой направленности.

В гидроакустике и ультразвуковой технике находят применение устройства, состоящие из системы стержневых пьезоэлектрических преобразователей, закрепленных на общей поршнеобразно колеблющейся металлической накладке, толщина которой близка к четверти длины волны продольных колебаний (см., например, Б.Кэрлин "Ультразвук". Издательство иностранной литературы, Москва, 1950 год, стр.221; Тюрин А.М. "Основы гидроакустики". Издательство Судостроение, 1966 г.).

Достоинством таких антенных устройств, в сравнении с антеннами, состоящими из обособленных преобразователей, являются: максимально возможный коэффициент использования приемно-излучающей поверхности, простота конструкции, защищенность преобразователей от внешних механических воздействий. Их недостаток заключается в невозможности, при нерегламентированных толщине накладки и взаимном расположении преобразователей, электрического управления диаграммой направленности в пространстве путем введения по преобразователям амплитудно-фазовых распределений, без существенного ухудшения эффективности и искажения диаграммы направленности. Эти нежелательные свойства антенны с общей накладкой проявляются из-за значительной паразитной акустико-механической связи между преобразователями через накладку и возникновения в ней изгибных колебаний.

Целью настоящего изобретения являлось устранение указанных недостатков многоэлементной конструкции с общей накладкой. Эта цель достигается путем регламентации отношения двух конструктивных размеров: толщины накладки (оболочки) h и промежутка между преобразователями l к длине волны продольных колебаний в материале накладки .

Это соотношение должно быть выбрано в допустимом интервале значений: таком, при котором оказывается возможным, с одной стороны, свести к минимуму волноводное распространение звуковой энергии вдоль общей накладки, обеспечив за счет допустимого (с точки зрения механической прочности конструкции) уменьшения отношения h/ достаточную степень механической развязки между преобразователями, с другой стороны, избежать возникновения изгибных колебаний накладки путем соответствующего выбора ширины промежутка между преобразователями, в котором ограничивается толщина накладки.

Перечисленные условия выполняются, если соотношение между конструктивными размерами и длиной волны продольных колебаний подчиняется следующему неравенству:

На фиг.1 показан фрагмент рабочей части одного из вариантов антенны предлагаемого типа.

Здесь: 1 - часть общей цилиндрической накладки (оболочки),

2 - стержневой пьезоэлектрический, армированный к оболочке преобразователь,

3 - согласующий механический трансформатор,

4 - h и l - регламентируемые конструктивные размеры.

Для осуществления электрического управления диаграммой направленности, например, формирования компенсированной диаграммы направленности с уменьшенными боковыми лепестками, у антенны с цилиндрической оболочкой преобразователи возбуждают напряжением, амплитуду и фазу которого изменяют от преобразователя к преобразователю по законам, известным из теории дискретных цилиндрических антенн. При этом возбуждаемая часть антенны будет совершать поршнеобразные колебательные движения с плавно меняющейся фазой и амплитудой вдоль оболочки.

Реальность создания многоэлементных антенн с управляемыми диаграммами направленности, имеющих сплошную приемно-излучающую поверхность в виде металлической оболочки, была подтверждена положительными результатами испытаний действующего макета, общий вид которого показан на фиг.2. Внешний диаметр цилиндра 1 метр. На фиг.3 представлены экспериментальные диаграммы направленности (масштаб записи 25 дБ),

где 1 - круговая некомпенсированная диаграмма направленности на частоте резонанса продольных колебаний,

2 - компенсированные для секторов 150° и 130° диаграммы направленности на резонансной частоте,

3 - компенсированная для сектора 150° диаграмма направленности ниже резонансной частоты.

Фазовая компенсация секторов производилась с помощью линий задержек, используемых для дискретных антенн.

Из чертежей видно, что неравномерность диаграммы направленности некомпенсированной круговой базы не превышает 2 дБ, компенсированные диаграммы направленности имеют малый уровень боковых лепестков (~15%) и ширину, близкую к расчетной, для соответствующей дискретной антенны. КПД антенны ~60%.

Формула изобретения

Многоэлементная гидроакустическая антенна, содержащая набор стержневых пьезоэлектрических преобразователей, закрепленных на общей пластине, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения эффективного сканирования диаграммы направленности антенны, в ней промежуток между преобразователями и удвоенная толщина пластины, на которой крепятся преобразователи, выполнены меньшими четверти длины продольной волны в пластине.

РИСУНКИ