Антенна излучающая (стр. 2 из 3)

, град.	1	2	2,5	3	4	5
	0,94	0,89	0,70	0,60	0,38	0,20

В плоскости х0z (

) значения углов и величины боковых максимумов дана в следующей таблице 2:

Таблица 3

32	54	90
0	0,0055	0

Таблица 4

,град.	5	10	15	20
	0,91	0,71	0,44	0,20

Как видно из таблиц, наибольший боковой максимум равен 0,045, то есть составляет 4,5%. Следовательно, требования задания выполнено, что обеспечено выбором формы антенны, при которой амплитуда колебаний уменьшается от середины к краю.

2. Колебательная система преобразователя

По заданию, колебательная система преобразователя – полуволновая, то есть пьезо-

керамическая поршневая пластина не нагружена накладками (рис.5). Боковые размеры пластины велики по сравнению с ее толщиной. Электроды наложены на большие грани, перпендикулярные оси z.

Необходимые расчетные формулы даны в §9.6 [1] и в пособии [2].

Резонансная частота при продольном пьезоэффекте определяется из уравнения

,

где

- скорость распространения волны в пластине, измеренная при разомкнутых электродах.

Для дальнейших расчетов требуется знать конкретный пьезоэлектрический материал, марку пьезокерамики.

3. Чувствительность излучателя

Эффективность излучателя можно оценить давлением P, которое он создает в точке, в направлении главного максимума при определенном электрическом напряжении U на входе. Такая оценка называется чувствительностью излучателя и определяется по формуле

, (6)

где r– расстояние до точки измерения давления. Если принять r=1м и U=1В, то величина

.

Для определения акустического давления воспользуемся известным соотношением между излучаемой мощностью

и давлением на оси

Допустимая удельная мощность излучения ограничивается порогом кавитации

, величина которого тем выше, чем меньше длительность импульса и больше гидростатическое давление (заглубление антенны). При и [2]. Зависимость от определяется формулой

По заданию,

=100м, получаем . С учетом длительности можем принять . Тогда , - излучаемая площадь антенны.

Из выражения (4) находим звуковое давление

Таким образом, чувствительность излучателя

Выбор активного материала и расчет электрических параметров

Основным назначением рассматриваемой антенны является излучение акустической энергии. Известно, что при одинаковой напряженности электрического поля наибольшая мощность излучения будет у преобразователей из пьезокерамики составов ЦТБС-3, ЦТС-19 и ЦТСНВ-1 [1]. Следовательно, для получения наибольшей удельной акустической мощности при наименьшей величины напряжения целесообразно использовать указанные активные материалы. Остановимся на ЦТБС-3, приведем значения ее постоянных:

Толщину пьезокерамической пластины определим, принимая заданную частоту 250 кГц за частоту резонанса, так как антенна излучающая, тогда

Статическая электрическая емкость пластины

,

где

- площадь электрода.

Эквивалентное сопротивление электрических потерь

,

Емкостное сопротивление

Коэффициент электромеханической трансформации

Сопротивление электрических потерь на резонансе

Емкостное сопротивление на резонансной частоте

Акустическая мощность излучения при резонансе

Здесь

- КПД, учитывающий механические потери; принимаем . Величина - активное сопротивление излучения, соответствует немалым волновым размерам пластины:

Частотная зависимость акустической мощности вблизи резонанса

,

где

- механическая добротность