Направленное действие преобразователей

Направленностью называется свойство преобразователя распределять в пространстве излучаемую акустическую энергию. Направленное излучение плоского излучателя создается следующим образом:

Если рассмотреть две точки А и В, расположенные симметрично относительно центра излучающей поверхности, то они, как и все остальные точки, расположенные на излучающей поверхности, колеблются синхронно и синфазно.

В удаленную точку приема С, расположенную на оси, перпендикулярной излучающей поверхности, акустические лучи, исходящие из точек А и В, приходят в одинаковой фазе, т. к. они проходят одинаковое расстояние АС = ВС (разность хода лучей равна нулю). Поэтому амплитуды колебаний, приходящих в точку С от точек А и В, складываются (результирующая амплитуда акустического давления максимальна).

При отклонении точки приема на угол “α” в любую сторону от нормали к излучающей поверхности (например, в точку D), расстояние AD не равно расстоянию BD. В этом случае лучи от точек А и В приходят в точку D с некоторой разностью хода. Фазы принимаемых колебаний неодинаковы и зависят от разности хода лучей. Поэтому результирующая амплитуда колебаний в точке D будет меньше, чем в точке С.

С увеличением угла отклонения от нормали разность хода колебаний, исходящих от точек А и В, будет увеличиваться, и при некотором угле α₀ достигнет половины длины волны λ/2. Тогда колебания будут приходить в точку приема в противофазе, и интенсивность суммарных колебаний будет равна нулю.

Таким образом, основная энергия акустических колебаний излучается в направлении нормали к излучающей поверхности в пределах конуса с раствором 2α₀. Если длина и ширина излучающей поверхности неодинаковы, то сечение конуса направленности будет представлять не окружность, а эллипс.

При отклонении от нормали на угол, больший, чем α₀, сдвиг колебаний по фазе продолжает увеличиваться, и когда разность хода лучей достигнет величины λ, колебания вновь совпадут по фазе и возникнет второй (боковой) максимум.

Направленное излучение возможно только в том случае, если ширина излучающей поверхности будет больше, чем длина волны λ. Поэтому для получения требуемого угла направленности при приемлемых размерах излучающей поверхности необходимо использовать колебания с длиной волны 5 – 7,5 см, т. е. с рабочей частотой 20 – 30 кГц.

Выбор угла направленности производится с таким расчетом, чтобы при бортовой и килевой качке отражающие объекты не выходили из зоны облучения.

Диаграмма направленности приемной антенны имеет почти такую же форму, как и диаграмма направленности излучающей антенны.