Синтез електричного імітатора фазованої антенної решітки з врахуванням взаємодії випромінювачів Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 621.396.677

НАУМЕНКОI. Я., ЛИСЕНКО О. П., КИВДМА В. I.

СИНТЕЗ ЕЛЕКТРИЧНОГО 1М1ТАТОРА ФАЗОВАНО!

АНТЕНН01РЕШ1ТКИ 3 ВРАХУВАННЯМ ВЗА€МОДЙ ВИПРОМШЮВАЧШ

Синтезовано структуру електричного ¡мггатора фазовано! а!пенно! ретштки з враху-ванням взаемоди через середовище. Наведено приклада функцюнальних схем.

При створенш автоматизованих систем формування дааграми спрямова-носп 1 керування гщроакустичними фазованими антенними репптками (ФАР) постае завдання перев1рки працездатносп апаратурного комплексу 1 оцшки ефекгивносп його алгоритмов фазування безпосередньо в лаборатор-них умовах. Осшлыси використати реальну антену як об'ект керування в лаборатори, як правило, неможливо (через низку техшчних причин, голов-ними серед яких е велию масогабаритш показники пдроакустичних антен i необхщшсть занурення шд час робота в водне середовище) в цш стат для вищевказаних потреб пропонуеться електричний 1м1татор (аналог) ФАР з адекватними характеристиками. Вгдзначимо, що автори вщомих роб1т з цьо-го питания обмежуються двома [1] або трьома [2} електроакустичними пере-творювачами, що не дозволяе побудувати електричний аналог для багато-елементно1 ФАР з взаемодаючими випром1нювачами.

Для синтезу електричного ¡м1татора скористаемось ведомою [3] аналогичною моделлю ФАР з резонансними перетворювачами малих хвильо-вих розм1р1в:

?п = кип = К(2Мп + гт) + , (1)

т=1

де \¥„ — коливальш швидкосп на акгивнш поверхш випром1нювач1в; и„ — електричш напруги, що подаються на випром1нювачц Р„ — електроме-хашчш сили, що збуджують перетворювач^ к„ — кoeфiцieнти електроме-хашчно! трансформаций Zn„ \ 2т„ — власш та взаемш опори випромтювання перетворювач1в; 2Мп — комплексш мехашчш опори випром1нювач1в, яи взагал1 складаються з послщовно з'еднаних опору мехашчних втрат гм„ , етвалентно1 маси Меквп 1 екв1валентно! гнучкосп Сега„ [4]; N — юлыасть перетворювач1в в антеннш репитщ, т,п= 1, М

Анал1з системи р1внянь (1) свщчить, що за своею структурою вона ¡дентична опису багатозв'язкових електричних юл за методом контурних

44

© Науменко I Я., Лисенко О. П., Кизима В. I.

струм!в [5], при цьому ва мехашчш величини, що входять до не!', можна замшити 1хшми електричними аналогами. Проте сингезувати електричну схему безпосередньо виходячи з системи (1) для N > 3 не уявляегься можли-

и, = W,

А

и2 = Щ

А

Рис. 1

вим. Завдання суттево спрощусться, якщо скористатися дуальшстю електри-чних к!л [2] 1 перетвориги багатозв'язкову систему (1) на структуру, яка опи-сусться за методом вузлових потенщал1в. Розглянемо це на приклада електричного аналога пари взаемодоючих через середовище перетворювач1в (рис. 1а) [1], припускаючи, що 1"хш вхадш реактивносп зкомпенсовано, 2\г~ кп = 1. Зазначимо, що аналогами коливальних швидкостей в щй

схем! е струми 1\ , 12, а аналогами сил /м , 1<\ — напруги Ь\, и2 . Користую-чись дуальшстю електричних юл, цю схему можна перетворити на паралель-не з'еднання плок (рис. 16), для яких е справедливими вщповщносп:

Z]] —>í?n; Z22—де — акгивш провщносп перетворювачв 1, 2; g,12 —

qi3

в

Рис. 2

взаемна провщнсть випром1нювання; { Цп — власш провщносп ви-пром1нювання першого \ другого перетворювач1в; со — робоча частота. Як видно з рис. 16, взаемний зв'язок пepeтвopювaчiв тепер можна ¡миувати провщшстю ¿/12, вв1мкненою м1ж паралельними коливальними контурами, що ¿мпують коливальш системи перетворювач1в. У випадку багатоелеменг-но! ФАР електричний аналог, очевидно, буде представляти собою систему паралельних конщйв, що описуються за методом вузлових потенща.'пв \ зв'язаних один з одним провадностями дт„:

де и„ 1 /„ — напруги у вузлах I струми в колах джерел струм ¡в вщповщно (рис. 16).

Система р1внянь (2) за структурою аналопчна (1), проте в нш тепер аналогами коливальних швидкостей на поверхш перетворювач1в е напруги II„, а аналогами сил — струми /„. Як видно, живлення системи зв'язаних контур1в здшснюсться джерелами струм1в 1„.

На рис. 2 наведено структури електричних ¡мггатор1в для 6-елементно! ФАР (рис. 2а) 1 для 16-елементж» антени (рис. 2в), в якш враховуються тшь-ки найближч! зв'язки М1Ж випромшювачами. Коливальш системи кожного з них умовно показано у вигляда заштрихованих ил (рис. 26). У першш схем1 (рис. 2а) взаемний зв'язок \пж випромнповачами (гнучюсть) ¿м^еться емнос-тями зв'язку, у другш — взаемш зв'язки показано для загального випадку. Для перев1рки 1 випробувань системи фазування 20-елементно'1 ФАР було розроблено електричний ¿мггатор за схемою, показаною на рис. 2в. Парамет-ри дт 1 дт„ розраховувались згщно [3] для взаемодцочих через середовище перетворювач1в, решта величин вщпов1дали характеристикам коливально! системи трубних резонатор1в (ю = 2512 рад/с), що мають мат хвилыш роз-м!ри.

1м1татор було реал1зовано в стандартному корпус! 440x120x460 за роз-м1рами 1 усшшно використано як аналог ФАР пщ час налагодження багато-канально! системи фазування.

Таким чином, проведен! доатдження дозволили створити досить прос-тий 1 компактний прилад, що дозволяе ¡мггувати практично будь-яы характеристики 1 структури пдроакустичних ФАР.

N

(2)

т=1

Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. КорочещевВ. И., Пятое А. П., Субботин А. Г. Анализ взаимодействия преобразователей в антенной решетке // Акустический журнал.— 1985.— Вып. 5 —Т 31,—С. 606—609.

2. Хьюттер Т. Двадцать лет развития гидроакустики // Зарубежная радиоэлектроника,— 1973,—№ 3,— С. 3—23.

3. СмарышевМ. Д. Направленность гидроакустических антенн.— Л. : Судостроение,—1976,—278 с.

4. Свердлин Г. М. Прикладная гидроакустика.— Л. : Судостроение.— 1973.— 274 с.

5. Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушш А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей.— М.: Энергия.— 1965.—444 с.

Надшшла до редколегп 25.03.95

УДК621.375(024)

ТАРАБАРОВ С. Б.

МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОННИХ СХЕМ МЕТОДОМ ФОРМУВАННЯ КОМПАКТНО! МАТРИЦ1 ПРОВ1ДНОСТЕЙ

Розглянуго алгоритм поступового формування матрищ гцхшдностей схеми у в1дпо-тдноеп до «вирощування» схеми елекгричного кола, що моделюеться, з облямлен-ням попередньо! системи р1внянь, а також видаленням з не! р1внянь, що не гклрбт для и подальшого формування. Показано, що алгоритм забезпечуе в1дчутпу економпо пам'я*п та практично лшШну залежшсть витрат часу моделювання в1д розм1ру схеми.

Електронш кола часто моделюють системою алгебраУчних р1внянь (САР). Витрати на розв'язування останньо! методом Гауса - найбшын еко-но\пчного з методов розв'язування САР - кубично залежать вщ числа п р1в-нянь I при велиий 1х ¡алькосп можуть виявитися чималими. Для зменшення витрат часу можуть бути використаш метода розв'язування розрщжених САР, а також метода д1акоптики [1, 2]. Проте це пов'язане з проблемою оптимально! обробки ненульових елементтв матриц! системи чи оптимального розбиття схеми, що моделюеться, на складов! частини. Одержуване розв'я-зання часто мае багато зайво! шформаци, оскшьки при моделюванш елект-

48

© Тарабаров С. Б.