縱向式換能器及其平面陣的研究.pdf

1、隨著聲納設(shè)備向低頻、大功率、信號處理、高搜索等方向發(fā)展，對換能器的要求也在逐年提高，單個換能器已經(jīng)無法滿足上述的綜合要求，因此必須將換能器組成基陣，才能達(dá)到近代聲納的指標(biāo)要求。由于縱向式換能器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、易于成陣等優(yōu)點(diǎn)，常常組陣使用。本文采用縱向式換能器作為基元，制作了一個八元平面陣。
　　首先，用等效電路法對縱向式換能器進(jìn)行分析，得到了換能器的等效電路圖，分析了換能器縱振動附近頻段的電聲性能。然后，用有限元軟件ANSYS對

2、換能器進(jìn)行分析，建立了換能器的有限元模型，分析了換能器的導(dǎo)納曲線和發(fā)送電壓響應(yīng)曲線，掌握了換能器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對換能器性能的影響規(guī)律，優(yōu)化了換能器的尺寸，仿真設(shè)計了一個在20kHz-40kHz的頻率范圍內(nèi)，發(fā)送電壓響應(yīng)最大值為146.5dB，起伏小于3dB的虛擬樣機(jī)。并以此虛擬樣機(jī)為陣元，設(shè)計制作一個八元平面陣。
　　其次，通過互輻射基本理論，研究了陣元和陣的阻抗特性隨陣元間距和工作頻率的變化規(guī)律，通過指向性理論，研究了陣的指向性隨

3、陣元間距和工作頻率的變化規(guī)律，并基于互輻射理論對平面陣的指向性進(jìn)行修正，從輻射效率與波束寬度，確定了陣元間距。針對理論確定的陣元間距，用ANSYS軟件仿真進(jìn)行驗(yàn)證，得到了一個平面陣虛擬樣機(jī)。虛擬樣機(jī)在20kHz-40kHz的頻率范圍內(nèi)，最大發(fā)送電壓響應(yīng)為164.2dB，起伏4.5dB，四陣元方向上的最大-3dB波束寬度為15°，二陣元方向上的最大-3dB波束寬度為28°。
　　最后利用仿真結(jié)果制作了12個縱向式換能器，在20kHz