Systemy Elektroniki Morskiej 2006/07

sem. 7

Przetworniki Ultradźwiękowe - Anteny Hydroakustyczne

przykładowe pytania zaliczeniowe

Wprowadzenie. Wiadomości ogólne

Apertury i reflektory anten elektromagnetycznych i hydroakustycznych

1. Skomentować kształty anten radarów trójwspółrzędnych: płaski, paraboliczny, paraboloidalny.
   Dlaczego anteny z punktowym zasilaniem i reflektorem paraboloidalnym traktujemy w analizie jako apertury płaskie (płaskie źródła powierzchniowe?)
   Gdzie musi znajdować się element promieniujący/konwerter?

Promieniowanie źródeł powierzchniowych

Dyfrakcja

2. Czym jest refrakcja, a czym dyfrakcja? Czym się różnią? Czego dotyczą?
   Napisać i skomentować wzór całkowy Helmholtza; co wyraża w nim funkcja Greena?
   Napisać wzór Rayleigha w postaci ogólnej i skomentować jego elementy (gdzie się podział jeden z członów wzoru Helmholtza, dlaczego 2 a nie 4π; skąd jω?).
   Podać przybliżenie wzoru dla pola dalekiego wykazując, że istotnie spełnia ono warunki opisu pola dalekiego (przypomnieć definicję pola dalekiego).

Charakterystyki kierunkowe

3. Napisać wzór Rayleigha w postaci ogólnej oraz jego przybliżenie dla pola dalekiego, skomentować jego założenia i występujące w nim elementy (dlaczego w polu dalekim można niektóre elementy uznać za stałe i wyłączyć spod całkowania - które i jak?).
   Doprowadzić ten wzór do postaci odpowiadającej dwuwymiarowemu przekształceniu Fouriera.
   Zinterpretować pojęcie częstotliwości przestrzennych. Jaka jest przydatność tego pojęcia?

4. Zapisać wzory na promieniowanie apertur prostokątnej i kołowej pobudzanych tłokowo.
   Narysować funkcję kierunkowości F(α), widmo przestrzenne F(u) (jeden wykres, dwie skale) dla apertury liniowej o średnicy a = 5 λ.
   Jakie są granice dziedzin funkcji F(α), F(u) i z czego to wynika?
   Naszkicować charakterystykę kierunkową D(ϑ) tej apertury we współrzędnych prostokątnych i biegunowych, obliczając kierunki ekstremów (przybliżone) i zer.
   Porównać typowe parametry wiązek kierunkowych apertur prostokątnych (liniowych) i kołowych (szerokość wiązek - kryteria, poziomy listków bocznych).

Promieniowanie szyków źródeł

N punktów promieniujących synfazowo

5. Podać wzór na funkcję kierunkowości F_N(β), widmo przestrzenne promieniowania F(u) szyku N źródeł punktowych rozmieszczonych równomiernie wzdłuż jednej osi.
   Jaki ogólnie znany wzór jest stosowany przy jego wyprowadzaniu?
   Narysować funkcję F_N(β) dla N=8, omawiając jej własności.
   Jaki odstęp między elementami zapewnia poziomy listków bocznych nie przewyższające poziomu pierwszego listka bocznego?
   Naszkicować we współrzędnych biegunowych charakterystyki D(ϑ) anten 5-elementowych z rozstawami d = λ/2, d=0.8 λ oraz d=1.5 λ.

Dyskretyzacja apertur ciągłych, szyki fazowane

6. Podać wzór na funkcję kierunkową N źródeł punktowych fazowanych.
   Jakie powinno być przesunięcie fazowe między sąsiednimi elementami, by maksimum promieniowania odchylić o 30, 60, 90 stopni od kierunku prostopadłego (naszkicować trójwymiarowo charakterystykę „broadside” i „end-fire”)?

7. Omówić twierdzenie o próbkowaniu sygnałów przestrzennych. Jakie jest kryterium maksymalnego odstępu między elementami pobierającymi próbki pola w sektorze +/- 30 stopni, +/- 90 stopni?

Przekształcenie Fouriera w promieniowaniu i odbiorze

8. Wymienić twierdzenia dotyczące własności przekształcenia Fouriera stosowane przy analizie/syntezie/obliczeniach charakterystyk kierunkowych.
   Podać wzory i zilustrować je przykładami (kombinacje charakterystyk elementarnych).
   Z czego wynika niemożność wytworzenia charakterystyki kierunkowej bez listków bocznych - odpowiedź zilustrować stosując twierdzenie o mnożeniu i splocie.

9. Twierdzenie o wymnażaniu charakterystyk - czego dotyczy i z jakiej własności przekształcenia Fouriera wynika?
   Wymienić najbardziej charakterystyczne pary transformat Fouriera, podać wzory i zinterpretować ich znaczenie dla typowych źródeł promieniowania i ich zespołów.

10. Jakim sposobem można zmniejszyć poziom listków bocznych promieniowania? Jak jest niepożądany efekt uboczny (poszerzenie wiązki głównej!)?. Jaki jest związek tego problemu z zagadnieniem dyfrakcji światła na otworach (interpretacja Younga - Rubinowicza!)?.

Systemy działające w polu bliskim

11. Z jakiej zasady korzysta radarowa technika syntetycznej apertury („przeniesienie” rozdzielczości kątowej do pola bliskiego!)? Dlaczego nie znajduje ona zastosowania w sonarach (fluktuacje, zerwanie spójności między kolejnymi echami!)? Jaka jest rozdzielczość poprzeczna systemu z syntetyczną aperturą (dlaczego małe wymiary anteny paradoksalnie poprawiają rozdzielczość poprzeczną)?

Bryły drgające jako anteny

12. Jakie efekty powodują, że charakterystyki kierunkowe promieniowania brył drgających posiadają pasożytnicze listki boczne (fale Lamba propagujące wzdłuż apertury + tw. o przesunięciu!)? Jak można temu zaradzić (dlaczego anteny buduje się jako zespoły akustycznie izolowanych przetworników o wymiarach rzędu ułamka długości fali, także wówczas, gdy pobudzane są synfazowo)?

H.Lasota PU - A - pytania SEM sem.7 Wydział ETiI, PG

PU_Ant_pytania_zal_2007_01_17_HL.doc 2 / 2 2007-01-17 11:38:00

---