Параметрична антена

Параметрична антена, що містить первинний перетворювач накачки, виконаний як суцільний п'єзокерамічний порожнистий циліндр скінченої довжини, на внутрішній і зовнішній бокових повер хнях якого нанесені електроди, яка відрізняється тим, що кожен з бокових електродів розділений по колу на ліву і праву рівні частини, які на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях протистоять одна одній і мають протилежні знаки поляризації, при цьому антена споряджена комутатором, що здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне вмикання лівої і правої частин через перший канал, потім їх зустрічне вмикання через другий канал і, нарешті, зустрічне вмикання першого і другого каналів. Корисна модель відноситься до акустики і може бути використана в приладах різного призначення, які створюють в газовому або рідинному середовищах вузькі акустичні лучі випромінювання. Відомі [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] параметричні антени, акустичні перетворювачі накачки яких виконані у вигляді плоских конструкцій суцільного або мозаїчного типу. У першому випадку це може бути електромеханічний перетворювач у вигляді суцільного п'єзокерамічного елемента необхідної конфігурації. У другому випадку перетворювач накачки збирається із окремих електромеханічних перетворювачів, наприклад, звичайних стержньових перетворювачів або стержньових перетворювачів типу "гантель". Однак ефективна робота таких перетворювачів накачки можлива лише в області частоти механічного резонансу його електромеханічної коливальної системи. Для перетворювачів стержньового типу ширина смуги їх частот на рівні - ЗдБ звичайно становить 10-15%. Звідси витікають наступні недоліки параметричної антени: - малий діапазон робочих частот при значних потужностях випромінювання. Це досягається завдяки тому, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається низькою. Тому він має велику випромінюючу площу і при допустимій величині питомої акустичної потужності може випромінювати значну акустичну потужність; - широкий діапазон частот при низькій потужності випромінювання. Це обумовлено тим, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається високою, завдяки чому він має малу площу випромінювання і відповідну малу акустичну потужність. Найбільш близькою до наданої корисної моделі є параметрична антена, перетворювач накачки якої має циліндричну форму або її частину. Ця антена описана [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] і представляє собою окремий циліндричний перетворювач або багатоелементну систему циліндричної форми, набрану з окремих циліндричних перетворювачів, кожний з яких являє собою циліндр, складений з багатьох призм, включених паралельно, на бокові поверхні яких нанесені електроди. Такі перетворювачі можуть бути виконані також у вигляді суцільних циліндрів, в яких електроди наносяться на бокові поверхні циліндра. Циліндричні перетворювачі мають ширину смуги частот на рівні - ЗдБ в області нижчої резонансної частоти близьку до 25-30%, і при цьому випромінювати великі потужності. Недоліком відомого пристрою є обмежений частотний діапазон його роботи, обумовлений використанням лише його одної резонансної області. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення параметричної антени шляхом (О ІП О) 4596 з'єднання електричних входів п'єзокерамічного порожнистого циліндра, на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях якого нанесені електроди, відповідним чином, що забезпечить розширення частотного діапазону роботи параметричної антени. Поставлена задача вирішується тим, що параметрична антена, що містить первинний перетворювач накачки, виконаний як суцільний п'єзокерамічний порожнистий циліндр скінченої довжини, на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях якого нанесені електроди, яка відрізняється тим, що кожен з бокових електродів розділено по колу на ліву і праву рівні частини, які на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях протистоять одна одній і мають протилежні знаки поляризації, при цьому антена споряджена комутатором, що здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне вмикання лівої і правої частин через перший канал, потім їх зустрічне вмикання через другий канал і, нарешті, зустрічне вмикання першого і другого каналів. Комутатор здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне включення лівої і правої половин (перший канал), потім їх зустрічне включення (другий канал) і, нарешті, зустрічне включення першого і другого каналів. Така побудова параметричної антени дозволяє забезпечити розширення частотного діапазону роботи за рахунок використання областей резонансних частот нульової і першої мод коливань циліндра і проміжку між ними. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показана структурна схема побудови параметричної антени, на Фіг.2 наведена частотна характеристика параметричної антени. Параметрична антена (Фіг.1) складається із суцільного порожнистого п'єзокерамічного циліндра 1 і комутатора 2. На внутрішню і зовнішню поверхні циліндра нанесено електроди. Кожен з них по окружності поділено на ліву і праву рівні частини. Електроди кожної з частин протистоять один одному на внутрішній і зовнішній поверхнях циліндра. Ліва і права частини мають протилежні знаки поляризації. Електричні виводи 3 від кожного з електродів зв'язані з виходом комутатора. Комутатор має у своєму складі вихідний пристрій 4, перший 6 і другий 7 канали та вхідний пристрій 5. Вихідний пристрій 4 розв'язує електричні виводи п'єзокерамічного циліндра між собою і забезпечує незалежну подачу на циліндр електричних сигналів від каналів 6 і 7. Канал 6 виконує узгоджене, а канал 7 зустрічне електричне з'єднання сигналів, які ідуть на ліву і праву половини циліндра. Вхідний пристрій 5 реалізує зустрічне включення сигналів, які ідуть на 6 і 7 канали. Його вхід є електричним входом параметричної антени. Принцип дії розглянутої параметричної антени, який забезпечує досягнення бажаного ефекту розширення робочої смуги частот, полягає у наступному. Перетворювач у вигляді циліндра має багато мод коливань. Кожній з них відповідає своя резонансна частота. Для збудження в циліндрі коливань якоїсь моди необхідно відповідне розташування і збудження електродів на бокових - внутрішній і зовнішній - поверхнях циліндра. Для збудження нульової моди електроди на бокових поверхнях повинні бути суцільними. Для збудження першої моди коливань циліндра електроди на бокових поверхнях потрібно поділити пополам по окружності циліндра, протиставити на кожній половині циліндра один одному, надати їм на лівій і правій половинах протилежні (між половинами) знаки поляризації і включити електричні сигнали, які подаються на кожну із половин, зустрічне. І нульова, і перша моди коливань мають свої резонансні частоти, які відрізняються в 1,41 рази, і свої резонансні області. Якщо електричні входи циліндра, відповідаючи цим модам, відповідним чином з'єднати між собою, це призведе до зміни частотних характеристик циліндричного перетворювача. Зокрема, при зустрічному (So-Si) включенні сигналів So нульової і Si першої мод частотна характеристика циліндричного перетворювача значно розширюється і включає в себе резонансні частоти нульової і першої мод і частотний інтервал між ними (Фіг.2). Виходячи з наведеного, параметрична антена працює наступним чином. Сигнал від зовнішнього генератора накачки, який не входить до складу параметричної антени подається на вхід комутатора 5, де розподіляється на два сигнали, маючи зустрічне включення. Один з цих сигналів поступає на перший канал комутатора б, а другий - на другий канал 7. В першому каналі 6 здійснюється узгоджене включення електродів лівої і правої половин циліндра. Це відповідає варіанту нанесення суцільних електродів на бокові поверхні циліндра і забезпечує збудження в циліндрі нульової So моди коливань. У другому каналі 7 здійснюється зустрічне включення сигналів, які підуть на електроди лівої і правої половин циліндра. Розподіл електродів на бокових поверхнях циліндра по окружності на дві рівні частини, які протистоять одна одній, різна поляризація половин і включення їх зустрічне забезпечує збудження в циліндрі першої Si моди коливань. Взаємодія в циліндрі нульової і першої мод коливань з включенням їх зустрічне завдяки зустрічному включенню першого і другого каналів комутатора забезпечує збудження в циліндрі коливань різниці So-Si нульової So і першої Si мод і випромінювання в навколишнє середовище відповідно сигналу у розширеному частотному діапазоні. 4596 Від генератора накачки Фіг. 1 / > /* ! \ Іn \ \ І! V 1 І Si i\ / ~ ^' "' fc Фіг. 2 Комп'ютерна верстка В Мацело Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601 УКРАЇНА (19) UA (11)4596 (із) U (51)7 H04R17/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) ПАРАМЕТРИЧНА АНТЕНА 1 (21)20040604695 (22) 15.06.2004 (24)17.01.2005 (46) 17.01.2005, Бюл. № 1, 2005 р. (72) Дідковський Віталій Семенович, Лейко Олександр Григорович, Наказненко Тетяна Вікторівна (73) Дідковський Віталій Семенович, Лейко Олександр Григорович, Наказненко Тетяна Вікторівна (57) Параметрична антена, що містить первинний перетворювач накачки, виконаний як суцільний п'єзокерамічний порожнистий циліндр скінченої довжини, на внутрішній і зовнішній бокових повер Корисна модель відноситься до акустики і може бути використана в приладах різного призначення, які створюють в газовому або рідинному середовищах вузькі акустичні лучі випромінювання. Відомі [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] параметричні антени, акустичні перетворювачі накачки яких виконані у вигляді плоских конструкцій суцільного або мозаїчного типу. У першому випадку це може бути електромеханічний перетворювач у вигляді суцільного п'єзокерамічного елемента необхідної конфігурації. У другому випадку перетворювач накачки збирається із окремих електромеханічних перетворювачів, наприклад, звичайних стержньових перетворювачів або стержньових перетворювачів типу "гантель". Однак ефективна робота таких перетворювачів накачки можлива лише в області частоти механічного резонансу його електромеханічної коливальної системи. Для перетворювачів стержньового типу ширина смуги їх частот на рівні - ЗдБ звичайно становить 10-15%. Звідси витікають наступні недоліки параметричної антени: - малий діапазон робочих частот при значних потужностях випромінювання. Це досягається завдяки тому, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається низькою. Тому він має велику випромінюючу площу і при допустимій хнях якого нанесені електроди, яка відрізняється тим, що кожен з бокових електродів розділений по колу на ліву і праву рівні частини, які на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях протистоять одна одній і мають протилежні знаки поляризації, при цьому антена споряджена комутатором, що здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне вмикання лівої і правої частин через перший канал, потім їх зустрічне вмикання через другий канал і, нарешті, зустрічне вмикання першого і другого каналів. величині питомої акустичної потужності може випромінювати значну акустичну потужність; - широкий діапазон частот при низькій потужності випромінювання. Це обумовлено тим, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається високою, завдяки чому він має малу площу випромінювання і відповідну малу акустичну потужність. Найбільш близькою до наданої корисної моделі є параметрична антена, перетворювач накачки якої має циліндричну форму або її частину. Ця антена описана [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] і представляє собою окремий циліндричний перетворювач або багатоелементну систему циліндричної форми, набрану з окремих циліндричних перетворювачів, кожний з яких являє собою циліндр, складений з багатьох призм, включених паралельно, на бокові поверхні яких нанесені електроди. Такі перетворювачі можуть бути виконані також у вигляді суцільних циліндрів, в яких електроди наносяться на бокові поверхні циліндра. Циліндричні перетворювачі мають ширину смуги частот на рівні - ЗдБ в області нижчої резонансної частоти близьку до 25-30%, і при цьому випромінювати великі потужності. Недоліком відомого пристрою є обмежений частотний діапазон його роботи, обумовлений використанням лише його одної резонансної області. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення параметричної антени шляхом CD О) Ю УКРАЇНА (19) UA (11)4596 (із) U (51)7 H04R17/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) ПАРАМЕТРИЧНА АНТЕНА 1 (21)20040604695 (22) 15.06.2004 (24)17.01.2005 (46) 17.01.2005, Бюл. № 1, 2005 р. (72) Дідковський Віталій Семенович, Лейко Олександр Григорович, Наказненко Тетяна Вікторівна (73) Дідковський Віталій Семенович, Лейко Олександр Григорович, Наказненко Тетяна Вікторівна (57) Параметрична антена, що містить первинний перетворювач накачки, виконаний як суцільний п'єзокерамічний порожнистий циліндр скінченої довжини, на внутрішній і зовнішній бокових повер хнях якого нанесені електроди, яка відрізняється тим, що кожен з бокових електродів розділений по колу на ліву і праву рівні частини, які на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях протистоять одна одній і мають протилежні знаки поляризації, при цьому антена споряджена комутатором, що здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне вмикання лівої і правої частин через перший канал, потім їх зустрічне вмикання через другий канал і, нарешті, зустрічне вмикання першого і другого каналів. Корисна модель відноситься до акустики і може бути використана в приладах різного призначення, які створюють в газовому або рідинному середовищах вузькі акустичні лучі випромінювання. Відомі [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] параметричні антени, акустичні перетворювачі накачки яких виконані у вигляді плоских конструкцій суцільного або мозаїчного типу. У першому випадку це може бути електромеханічний перетворювач у вигляді суцільного п'єзокерамічного елемента необхідної конфігурації. У другому випадку перетворювач накачки збирається із окремих електромеханічних перетворювачів, наприклад, звичайних стержньових перетворювачів або стержньових перетворювачів типу "гантель". Однак ефективна робота таких перетворювачів накачки можлива лише в області частоти механічного резонансу його електромеханічної коливальної системи. Для перетворювачів стержньового типу ширина смуги їх частот на рівні - ЗдБ звичайно становить 10-15%. Звідси витікають наступні недоліки параметричної антени: - малий діапазон робочих частот при значних потужностях випромінювання. Це досягається завдяки тому, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається низькою. Тому він має велику випромінюючу площу і при допустимій величині питомої акустичної потужності може випромінювати значну акустичну потужність; - широкий діапазон частот при низькій потужності випромінювання. Це обумовлено тим, що частота механічного резонансу перетворювача вибирається високою, завдяки чому він має малу площу випромінювання і відповідну малу акустичну потужність. Найбільш близькою до наданої корисної моделі є параметрична антена, перетворювач накачки якої має циліндричну форму або її частину. Ця антена описана [Новиков Б.К., Тимошенко В.Ц. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256с] і представляє собою окремий циліндричний перетворювач або багатоелементну систему циліндричної форми, набрану з окремих циліндричних перетворювачів, кожний з яких являє собою циліндр, складений з багатьох призм, включених паралельно, на бокові поверхні яких нанесені електроди. Такі перетворювачі можуть бути виконані також у вигляді суцільних циліндрів, в яких електроди наносяться на бокові поверхні циліндра. Циліндричні перетворювачі мають ширину смуги частот на рівні - ЗдБ в області нижчої резонансної частоти близьку до 25-30%, і при цьому випромінювати великі потужності. Недоліком відомого пристрою є обмежений частотний діапазон його роботи, обумовлений використанням лише його одної резонансної області. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення параметричної антени шляхом CD О т 4596 з'єднання електричних входів п'єзокерамічного порожнистого циліндра, на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях якого нанесені електроди, відповідним чином, що забезпечить розширення частотного діапазону роботи параметричної антени. Поставлена задача вирішується тим, що параметрична антена, що містить первинний перетворювач накачки, виконаний як суцільний гїєзокерамічний порожнистий циліндр скінченої довжини, на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях якого нанесені електроди, яка відрізняється тим, що кожен з бокових електродів розділено по колу на ліву і праву рівні частини, які на внутрішній і зовнішній бокових поверхнях протистоять одна одній і мають протилежні знаки поляризації, при цьому антена споряджена комутатором, що здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне вмикання лівої і правої частин через перший канал, потім їх зустрічне вмикання через другий канал і, нарешті, зустрічне вмикання першого і другого каналів. Комутатор здійснює послідовно спочатку узгоджене електричне включення лівої і правої половин (перший канал), потім їх зустрічне включення (другий канал) і, нарешті, зустрічне включення першого і другого каналів. Така побудова параметричної антени дозволяє забезпечити розширення частотного діапазону роботи за рахунок використання областей резонансних частот нульової і першої мод коливань циліндра і проміжку між ними. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показана структурна схема побудови параметричної антени, на Фіг.2 наведена частотна характеристика параметричної антени. Параметрична антена (Фіг.1) складається із суцільного порожнистого п'єзокерамічного циліндра 1 і комутатора 2. На внутрішню і зовнішню поверхні циліндра нанесено електроди. Кожен з них по окружності поділено на ліву і праву рівні частини. Електроди кожної з частин протистоять один одному на внутрішній і зовнішній поверхнях циліндра. Ліва і права частини мають протилежні знаки поляризації. Електричні виводи 3 від кожного з електродів зв'язані з виходом комутатора. Комутатор має у своєму складі вихідний пристрій 4, перший 6 і другий 7 канали та вхідний пристрій 5. Вихідний пристрій 4 розв'язує електричні виводи п'єзокерамічного циліндра між собою і забезпечує незалежну подачу на циліндр електричних сигналів від каналів 6 і 7. Канал 6 виконує узгоджене, а канал 7 зустрічне електричне з'єднання сигналів, які ідуть на ліву і праву половини циліндра. Вхідний пристрій 5 реалізує зустрічне включення сигналів, які ідуть на 6 і 7 канали. Його вхід є електричним входом параметричної антени. Принцип дії розглянутої параметричної антени, який забезпечує досягнення бажаного ефекту розширення робочої смуги частот, полягає у наступному. Перетворювач у вигляді циліндра має багато мод коливань. Кожній з них відповідає своя резонансна частота. Для збудження в циліндрі коливань якоїсь моди необхідно відповідне розташування і збудження електродів на бокових - внутрішній і зовнішній - поверхнях циліндра. Для збудження нульової моди електроди на бокових поверхнях повинні бути суцільними. Для збудження першої моди коливань циліндра електроди на бокових поверхнях потрібно поділити пополам по окружності циліндра, протиставити на кожній половині циліндра один одному, надати їм на лівій і правій половинах протилежні (між половинами) знаки поляризації і включити електричні сигнали, які подаються на кожну із половин, зустрічне. І нульова, і перша моди коливань мають свої резонансні частоти, які відрізняються в 1,41 рази, і свої резонансні області. Якщо електричні входи циліндра, відповідаючи цим модам, відповідним чином з'єднати між собою, це призведе до зміни частотних характеристик циліндричного перетворювача. Зокрема, при зустрічному (So-Si) включенні сигналів So нульової і Si першої мод частотна характеристика циліндричного перетворювача значно розширюється і включає в себе резонансні частоти нульової і першої мод і частотний інтервал між ними (Фіг.2). Виходячи з наведеного, параметрична антена працює наступним чином. Сигнал від зовнішнього генератора накачки, який не входить до складу параметричної антени подається на вхід комутатора 5, де розподіляється на два сигнали, маючи зустрічне включення. Один з цих сигналів поступає на перший канал комутатора б, а другий - на другий канал 7. В першому каналі 6 здійснюється узгоджене включення електродів лівої і правої половин циліндра. Це відповідає варіанту нанесення суцільних електродів на бокові поверхні циліндра і забезпечує збудження в циліндрі нульової So моди коливань. У другому каналі 7 здійснюється зустрічне включення сигналів, які підуть на електроди лівої і правої половин циліндра. Розподіл електродів на бокових поверхнях циліндра по окружності на дві рівні частини, які протистоять одна одній, різна поляризація половин і включення їх зустрічне забезпечує збудження в циліндрі першої Si моди коливань. Взаємодія в циліндрі нульової і першої мод коливань з включенням їх зустрічне завдяки зустрічному включенню першого і другого каналів комутатора забезпечує збудження в циліндрі коливань різниці So-Si нульової So і першої Si мод і випромінювання в навколишнє середовище відповідно сигналу у розширеному частотному діапазоні. 4596 Від генератора накачки Фіг. 1 Комп ютерна верстка В Мацело Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП 'Український інститут промислової власності', вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601