Антенна Антенна должна быть хорошо видна на воде. Видимость ее определяется диаметром и цветом. Цвет может быть выбран белым, черным, ярко-красным или ядовито-желтым - в зависимости от времени суток ловли и от погодных условий. Диаметр же нужен, по возможности, маленький,

• Tutorial

Привет, глубокоуважаемые!

Значит кто-то из вас недорабатывает! (С) Полковник одного ведомства

Если в обычной жизни для излучения звука мы используем динамики (такие, как например у вас в ноутбуке или автомобиле) а для записи звука - микрофон, то спешу вас обрадовать: под водой и воспроизведение (мы говорим “излучение”) и запись звука (преобразование) выполняются зачастую одним и тем же устройством, которое и называется гидроакустической антенной.

В подавляющем большинстве случаев гидроакустическая антенна представляет собой один или несколько пьезоэлементов: пластин, дисков, колец, сфер, полусфер и т.п.
Пьезоэлементы обладают т.н. пьезоэффектом: если подавать на элемент переменный электрический сигнал, то элемент начинает колебаться, а если элемент колебать, ну например, акустической волной, то на нем начинает вырабатываться переменный электрический сигнал.

То есть, пьезоэлемент преобразует электрический сигнал в акустические волны (механические колебания) и наоборот - акустические волны в электрический сигнал.

Как говорится: теория без практики мертва! Давайте не будем терять времени и сделаем пару гидроакустических антенн.

Материалы, которые нам понадобятся:

• пара пьезопищалок Ф35мм (мы купили 10 штук за 100 рублей на Алиэксперссе)
• 10-ти метровый отрезок кабеля RG-174
• два коннектора Jack 3.5 мм стерео
• медная/латунная/нержавеющая пластина шириной 50х100 мм толщиной 1-2 мм
• эпоксидный клей
• силиконовый герметик (безуксусный)
• припой и флюс
• спирт для обезжиривания и протирки IP-пакетов
• два любых резистора с номиналами ~100 Ом и другой 470 - 1000 кОм (мы взяли MF25 0.25 Вт)
• два диода 1N4934

• дрель и сверла Ф3 и 2.5 мм (чтобы сверлить медную пластику)
• ножовка по металлу или дремель (чтобы пилить медную пластину)
• наждачная бумага 200-600 грит (чтобы зачистить медную пластину)
• нож, кусачки (для зачистки проводов)
• паяльник или паяльная станция
• стоматологическая лопатка для разравнивания герметика

Для того, чтобы неподключенная антенна не накапливала заряд ей в параллель ставится резистор номиналом 0.5 - 1 МОм (R1).

В приемной антенне, для ограничения максимального напряжения можно собрать простейший пороговый ограничитель из диодов D1, D2 и резистора 100 Ом (R2). В качестве диодов можно взять 1N4934, а резисторы R1, R2 мы взяли MF25 номиналом 470 кОм. Обратите внимание, если планируется подключать приемную антенну в микрофонный вход (а не в линейный), то дополнительно потребуется конденсатор C1 номиналом 0.1… 1 uF, иначе питание, подаваемое звуковой картой на электретный микрофон окажется коротко замкнуто через диод D1.

Нехитрая схема подключения пьезы

Сами пьезоэлементы нужно приклеить на металлические пластины при помощи эпоксидки. Это, во-первых, понизит резонансную частоту пьезоэлемента (добавили неподрессоренную массу), а во-вторых, будучи приклеенной одной стороной к жесткой металлической пластине пьезоэлемент не сможет сжиматься и растягиваться и ему придется изгибаться.

Размечаем металлическую пластину по размеру пьезоэлемента

Мы выпилили две квадратные пластины 50 х 50 мм и просверлили отверстия под кабель (диаметром 3 мм) и два отверстия для крепления кабеля при помощи тонкой нейлоновой нити, получилось вот так:

Почти собранная антенна =)

Мы от купленного 10-ти метрового куска кабеля отрезали два куска по 3 метра, остальное оставили про запас.

Кабель заводим в отверстие, центральную его жилу припаиваем к металлизации пьезоэлемента, а экран - к его металлической подложке. В параллель, как договаривались, припаиваем резистор номиналом 470 кОм.

Другой конец кабеля зачищаем и собираем разъем:

Центральную жилу запаиваем в центральный контакт (самый кончик разъема), средний оставляем нетронутым, а корпус разъема припаиваем к оплетке кабеля. Я всегда забываю надеть корпус разъема на кабель и мне приходится все перепаивать по два раза - не повторяйте моей ошибки)

После пайки очень важно отмыть флюс - особенно на пьезоэлементе. Если этого не сделать, то со временем он разъест пайку.

Итак, мы подготовили две антенны (на одной из них стоит пороговый ограничитель). Теперь самое время замешивать эпоксидку и одевать латексные перчатки.

Перед приклейкой пьезоэлементов к медным пластинам и то и другое стоит тщательно обезжирить спиртом (этиловым или изопропиловым) или ацетоном. Ни к коем случае не используйте для этих целей что-либо другое - бензин или керосин - эти вещества оставляют жирные следы, ухудшающие адгезию.

Стоит напомнить, что все работы со спиртами, ацетоном и эпоксидкой нужно проводить в хорошо провертриваемом пощещении, защищать руки и глаза. Не пренебрегайте правилами техники безопасности!

Наносим эпоксидку

Пропитываем нейлоновую нить, крепящую кабель к пластине.

Продолжаем наносить эпоксидку

Для приклейки пьезоэлемента к пластине достаточно совсем немного эпоксидного клея. Не перебарщиваем - эпоксидка не должна попасть на верхнюю часть, иначе при полимеризации она может разрушить тонкий слой пьезокерамики, плюс ко всему эпоксидка портится в воде.

В итоге должно получиться примерно так:

Пьезоэлементы приклеены, оставляем все до полной полимеризации

Обычно эпоксидные клеи полностью полимеризуются за 24 часа. Мы например, так и сделали - оставили наши антенны до следующего дня.

….ждем 24 часа

Придя в лабораторию утром мы первым делом подключили первую антенну (без порогового ограничителя) в разъем наушников ноутбука. Если включить музыку и поднести нашу антенну к уху то можно убедится, что как минимум слышимый диапазон частот она воспроизводит совсем неплохо - есть даже намек на басы - так повлияла медная подложка.

Понятно дело, что в таком виде это уже акустическая передающая антенна, но еще все же не гидроакустическая. Чтобы исправить это недоразумение антенну нужно повторно обезжирить и покрыть тонким слоем герметика.

Важное замечание: не применяйте ацетатсодержащий санитарный герметик, содержащаяся в нем уксусная кислота разъест пайку, кабель и металлизацию пьезоэлемента.

Мы рекомендуем жидкую резину от KimTek, предназначенную для лодок и катеров. Если у кого уже есть в наличии вместо герметика можно воспользоваться отличными полиуретановыми компаундами от фирмы Smooth-On или 3M - так гораздо более технологично и модно.

Cиликоновый герметик на основе MS-полимера отлично подходит для наших целей

Для удобства мы сначала заполняем герметиком медицинский одноразовый шприц, и уже из него наносим герметик на пьезоэлемент и паяные соединения:

Начинаем наносить герметик, стараемся чтобы не было воздушных пузырей

После нанесения герметика разравниваем его стоматологической лопаткой или кому чем удобно (можно даже пальцем). В итоге у нас получилось так:

Эстетическое совершенство =)

Не стоит делать слой герметика слишком толстым - антенна потеряет чувствительность. Достаточно слоя толщиной 1 мм. Тщательно защищаем герметиком места пайки, резисторы и диоды.

Можно покрыть герметиком и обратную сторону пластины - на одной антенне мы так и сделали, а на другой не стали.

Если перенести резисторы и диоды ближе к кабелю, то пьезоэлемент намазывать герметиком будет гораздо удобнее и слой получится ровнее.

После завершения скульпторской работы опять оставляем антенны на 24 часа.

Давайте посчитаем чего нам стоили эти две антенны:

Правда, если брать в расчет стоимость эпоксидного клея, обезжиривателя и особенно силиконового герметика, 500 мл которого стоят 900 руб итоговые затраты оказываются немного больше.

P.S.

P.P.S.

Антенна гидроакустическая - устройство, обеспечивающее пространственно-избирательное излучение и (или) прием гидроакустических сигналов в водной среде , причем излучение или прием акустических колебаний в воде осуществляется при совместной работе антенны с передающим (в режиме излучения) или приемным (в режиме приема) трактом.
Различие природы электромагнитных и акустических волн определяют существенное отличие конструкций антенн гидроакустических от радиотехнических.
Антенна гидроакустическая состоит из гидроакустических преобразователей, осуществляющих взаимное преобразование акустической и электрической энергии для приема и (или) передачи гидроакустических сигналов в водной среде, звукоотражающих или звукопоглощающих экранов, линий электрических коммуникаций, соединяющих преобразователи с цепями формирования и управления характеристиками направленности, несущей конструкции и амортизаторов для виброизоляции от вибрации носителя антенны.
Пространственная избирательность антенн гидроакустических образуется вследствии интерференции и дифракции. По способу создания пространственной избирательности они подразделяются на интерференционные, фокусирующие, рупорные и параметрические .
Интерференционные гидроакустические антенны обеспечивают пространственную избирательность за счет интерференции акустических колебаний, происходящих на разных гидроакустических преобразователях на поверхности антенны с учетом дифракции при размерах гидроакустических преобразователей соизмеримых или больше длины акустической волны в воде. Фокусирующие гидроакустические антенны имеют преобразователи, расположенные в фокальной области отражателя или линзы. В рупорных гидроакустических антеннах направленность обеспечивает с помощью отражательных поверхностей. В параметрических гидроакустических антеннах используется нелинейное взаимодействие волн в среде распространения, которая выполняет роль антенны.
По конфигурации интерференционные антенны подразделяется на линейные , у которых одни из размеров больше длины волны в среде, а два других меньше длины волны (обрезок прямой, дуги, окружности или эллипса); поверхностные , у которых два или три размера активных поверхностей больше длины волны (плоские, цилиндрические, сферические, конформные); объемные , у которых преобразователи расположены в несколько слоев внутри некоторого объема.
По способу обработки принятых сигналов гидроакустические антенны разделяются на аддитивные , сигналы с приемников которых подвергаются линейным операциям; мультипликативные , сигналы с приемников которых подвергаются линейным и нелинейным операциям; самофокусирующие , приемный тракт которых автоматически вводит распределения, обеспечивающее синфазное сложение сигналов в произвольной точке пространства; адаптивные , в которых приемный или излучающий тракт в условиях изменяющейся помехосигнальной ситуации обеспечивает максимизацию некоторого заданного параметра.
Управление характеристикой направленности гидроакустических антенн интерференционного типа осуществляется введением амплитудно-фазовых распределений с помощью компенсаторов. В режиме приема одновременный обзор пространства ведется путем создания "веера" характеристик направленности. Управление положением главного максимума характеристики направленности можно осуществлять не только путем изменения фазового распределения, но и за счет поворота гидроакустической антенны или путем изменения положения компенсированного рабочего участка криволинейной поверхности антенны, например, цилиндрической, сферической и др.
По режиму тракта, в котором работают гидроакустические антенны, они подразделяются на шумопеленгаторные, гибкие протяженные буксируемые, гидролокационные, подводной связи, разведки, рыболокации, эхолокации и др . Эти режимы работы накладывают существенный отпечаток на построение антенн и их параметры и, особенно, на рабочие диапазоны частот, которые простираются от долей герца до мегагерц.
Излучающие гидроакустические антенны характеризуются формой характеристики направленности, коэффициентом концентрации, развиваемым звуковым давлением, излучаемой мощностью, сопротивлением излучения, коэффициентом полезного действия, удельной акустической мощностью. Приемные гидроакустические антенны характеризуются характеристикой направленности, чувствительностью, коэффициентом усиления, помехоустойчивостью.
По месту установки и условиям эксплуатации гидроакустические антенны делятся на корабельные, стационарные, буксируемые, береговые, донные, вертолетных станций, радиогидроакустических буев, мин, торпед и др.

Литература
1. М.Д.Смарышев, Ю.Ю.Добровольский. Гидроакустические антенны. Справочник.- Л.: Судостроение 1984.
2. Л.В.Орлов, А.А.Шаров Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций. -М.: Пищевая промышленность, 1984.
3. Р.Х.Бальян и др. Терминологический словарь-справочник. - Л.: Судостроение 1989.
4. М.Д.Смарышев. Гидроакустические антенны. В кн.: Ультразвук. Малая энциклопедия. -М.: Сов. энциклопедия. 1979.

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности резонансных излучающих гидроакустических антенн, работающих в диапазоне верхних звуковых и ультразвуковых частот. Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении направленных свойств антенны, улучшении ее частотных характеристик и обеспечении возможности расширения полосы частот. Для этого в гидроакустической антенне, содержащей стержневые пьезоэлектрические преобразователи, герметично размещенные в общем корпусе, жесткую оболочку на фронтальной поверхности антенны, с которой соединены стержневые преобразователи, электроизоляционный заполнитель и единый тыльный металлический экран, жесткая оболочка выполнена в виде передней части корпуса, имеет цилиндрические отверстия, в которых размещены стержневые преобразователи, каждый из которых содержит переднюю и тыльную накладки цилиндрической формы, при этом каждая накладка по кольцевому контуру через механическую развязку герметично соединена с внутренней поверхностью соответствующего цилиндрического отверстия, а электроизоляционный заполнитель размещен между жесткой оболочкой с тыльными накладками и металлическим экраном. Для расширения рабочей полости антенны у передних накладок преобразователей цилиндрические отверстия образуют цилиндрические полости, которые могут быть заполнены жидкостью или согласующими элементами в виде одного или нескольких согласующих слоев. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности резонансных излучающих гидроакустических антенн, работающих в диапазоне верхних звуковых и ультразвуковых частот. Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении направленных свойств антенны, улучшении ее частотных характеристик и обеспечении возможности расширения полосы частот. Для этого в гидроакустической антенне, содержащей стержневые пьезоэлектрические преобразователи, герметично размещенные в общем корпусе, жесткую оболочку на фронтальной поверхности антенны, с которой соединены стержневые преобразователи, электроизоляционный заполнитель и единый тыльный металлический экран, жесткая оболочка выполнена в виде передней части корпуса, имеет цилиндрические отверстия, в которых размещены стержневые преобразователи, каждый из которых содержит переднюю и тыльную накладки цилиндрической формы, при этом каждая накладка по кольцевому контуру через механическую развязку герметично соединена с внутренней поверхностью соответствующего цилиндрического отверстия, а электроизоляционный заполнитель размещен между жесткой оболочкой с тыльными накладками и металлическим экраном. Для расширения рабочей полости антенны у передних накладок преобразователей цилиндрические отверстия образуют цилиндрические полости, которые могут быть заполнены жидкостью или согласующими элементами в виде одного или нескольких согласующих слоев. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ