宽频带换能器电匹配网络设计方法

宽带大功率换能器是现代水声发展的一个重要方向,换能器与功放间的匹配也是其关键技术之一。文中从换能器负载阻抗复角与功放管耗散功率及电源供电效率的关系入手,结合窄带阵元串联或并联调谐方法的特点,确定了适合宽带阵元电匹配网络的电路形式。并针对研制的宽带换能器进行了大功率发射试验,取得了较为满意的结果。     

TR-43型水声换能器

TR-43型水声换能器概述 TR-43型水声换能器采用纵向振动形式,是一种宽带大功率、高灵敏度、接发共用的水声换能器。此换能器结构坚固,性能稳定可靠,电声效率高。内部安装有调谐网络,在3.8kHz～5.5kHz频率范围内,其阻抗相角≤±20°。附带接插头,安装拆卸方便。在浅海中,既可单独使用。也可以排列成阵使用。     

带声匹配板的Tonpilz压电水声换能器

1.引 言 宽带大功率水声换能器由于具有优良的脉冲响应特性,且能够接收和发射各种信号,它已不仅是高分辨力声纳的关键部件,而且已成为水下通信系统必不可少的关键部件。 本文所述的换能器是附加有声匹配板的Tonpilz换能器(Tonpilz换能器即串并联电路机械模拟换能器—译注),它是根据多模式滤波器合成理论设计的。我们用这种方法     

一种利用前盖板弯曲扩展带宽的纵向换能器仿真计算

在水声设备中常用水声换能器获取海洋信息,从而完成对水下目标的探测和识别工作.水声换能器已向低频、宽带、大功率、高效率、高灵敏度和小尺寸方向发展.本文对前盖板弯曲拓宽频率的纵向换能器进行了仿真计算,并对实物进行了测量,测量的结果表明,有限元仿真能有效计算压电换能器的性能.     

压电水声换能器宽带匹配特性研究

采用等效电路变换和多物理场有限元仿真计算进行压电水声换能器宽带匹配特性研究,得出不同匹配电路下的换能器电声性能的变化规律,合理选择电感电容值和串并联方式进行调谐匹配实现双峰谐振,一方面提高换能器的工作带宽,另一方面提高工作频率范围内的发送电压响应值并减小工作频带内响应值的起伏,依照仿真数据设计制作了一款球形换能器,采用串联电感进行调谐匹配,并测试调谐匹配前后的水中电声性能,对比匹配前后换能器性能的差异。结果表明,测试结果和仿真计算吻合,运用多物理场仿真计算手段对于预测分析水声换能器电声性能具有较好的指导意义。     

宽带换能器基阵的计算机辅助设计

宽带换能器基阵的计算机辅助设计杨瑞科，陈启敏，魏忠仁（陕西师范大学物理系、声学所西安·７１００６２）１前言换能器（或基阵）是超声及水声设备中必不可少的关键部件，且是声学检测设备区别于其它设备的主要标志。由于换能器向着大功率、高指向性、宽带等方向发展，...     

匹配层厚度振动换能器研究

随着水声信号处理技术的发展,对宽带信号的需求日益增长。换能器的带宽是宽带信号处理的基础,而匹配层技术是拓宽厚度振动换能器频带最有效的方法。研究了多匹配层厚度振动换能器的设计方法,建立了复数形式的多匹配层厚度振动换能器等效网络模型,仿真研究了匹配层参数对换能器响应带宽的影响,指出了单、双匹配层在拓宽换能器带宽方面的限制,还指出匹配层的最佳厚度并非一定就是四分之一波长。在此基础上,制作了单、双匹配层换能器样品,对仿真结果进行了试验验证。测试结果和仿真结果符合得很好。     

收发合置水声管中使用宽带脉冲的吸声测量方案

水声管是水声材料吸声测量的重要实验平台。对于收发合置换能器水声管系统,目前常用的吸声测量信号是调制正弦信号。为了实现宽带测试,提出了水声管中宽带声脉冲的产生方法,并设计了电子开关延时控制电路。给出了基于收发合置型换能器水声管中宽带吸声测量结果。     

大功率水声换能器的测量方法

本文是对大功率水声换能器测量方法研究的总结。详细介绍了两种新的测量技术,并给出了测量例子,分析了测量精度。对于换能器在大功率下表现出来的非线性特性的量度方法也进行了描述与分析。     

水声换能器基阵互辐射阻抗研究

在水声应用领域中,通常是若干个换能器组成一个基阵进行工作。当换能器基阵工作时,基阵中单个换能器的总辐射阻抗是它自身辐射场的作用以及基阵中其它换能器辐射场作用的总和,这就引入了互辐射阻抗的问题。在水声对抗中,当换能器基阵在大功率状态下工作时,基阵的互辐射阻抗影响尤其需要进行研究分析。结合理论推导得出的规律,介绍了一种研究互辐射阻抗的测量分析方法,分析了一种换能器基阵的互辐射阻抗影响,并最终得到一般性结论。     

基于改进型匹配网络的宽带高效率E类功放的设计

为了解决E类功放工作带宽过窄的问题,对E类功放的输入、输出匹配网络提出了一种改进方案.该方案中输出匹配网络采用微带线结构与切比雪夫低通匹配网络相结合的方法,在较宽的工作带宽内有效地抑制了谐波;并采用阻抗变换方法设计了含闭式解的宽带带通输入匹配网络,明显增强了输入匹配网络设计的灵活性.利用该方案,同时采用多谐波双向牵引技术得到功率管的最佳源阻抗和负载阻抗,基于CGH40010F功率管设计了一款应用于L波段的宽带高效率E类功放.测试结果表明,在输入功率为28dBm,漏极偏置电压VDS=28V,栅极电压VGS=-3.3V时,在整个L波段频率范围内漏极工作效率大于65%,最高达到83%,输出功率为39~41.1dBm,增益为11~13.1dB,增益平坦度为±1dB.这一结果验证了该改进方案的有效性,使得E类功放具有宽带宽、高效率的性能.     

应答器发射与控制电路的设计与实现

应答器通常在水下测量、定位与导航等领域发挥着不可或缺的作用,针对某项目对水下测量用应答器在长效性、实时控制等方面的需求,设计了应答器的发射与控制电路。发射电路采用集成音频功率放大器TAS5412作为主体电路,并结合换能器的阻抗特性以及调谐匹配方法,实现宽带高效匹配;通过单片机以及I2C总线对发射机的工作状态进行控制。该应答器既可根据遥控指令与参数,选择预存信号波形进行应答,也可以实时计算应答的信号波形,使用灵活方便,应答声源级可控。湖上和海上试验的结果表明,该应答器发射与控制电路工作稳定可靠,满足长效使用的工程应用需求。     

声波测井压电换能器多频点阻抗匹配技术研究

针对声波测井压电换能器的多频点阻抗匹配技术展开研究,首先采用多模态等效电路精确描述了换能器的导纳特性;然后通过分析多模态阻抗匹配理论,设计电感-电容复合阻抗匹配网络,并结合换能器等效电路进行参数优化和电路仿真。实验表明,相比于换能器没有阻抗匹配的测试结果,该阻抗匹配技术可大幅提高换能器在谐振频率附近多个频率处的有功功率,频带内的有功功率平均提高了30倍,从而改善换能器的激励带宽和激励效率,提高测井仪器的适应性、探测深度和分辨率。     

一款宽带圆柱阵研究

圆柱阵换能器具有水平全向的优势,已广泛应用在水声探测领域。文章研究了一款宽带圆柱阵,利用匹配层技术拓宽圆柱阵阵元的带宽,通过有限元仿真优化单个换能器阵元带宽、发送电压响应和阻抗等参数。同时通过仿真以阵元错位密集方式形成圆柱阵,对阵元的个数及排列方式进行仿真优化,制作了一款宽带圆柱阵并进行了测量,圆柱阵直径为400 mm,高度为435 mm,圆柱阵的工作频段为20~30 kHz,频带内起伏3 dB,最大发送电压响应为160.5 dB,圆柱阵-3 dB水平波束宽度为360°。     

Microwave power amplifiers based on AlGaN/GaN transistors with a two-dimensional electron gas

A technique for synthesis of microwave power amplifiers based on transistors with a AlGaN/GaN heterojunction is discussed. Special focus is on the development of a technique for synthesis of transformation circuits of the power amplifier to increase efficiency with a retained high output power. The use of independent matching at the harmonic frequencies and fundamental frequency makes it possible to control the attainable efficiency in a wide frequency band along with the total suppression of harmonics beyond the operational band. Microwave power amplifiers for operation at 4 and 9 GHz have been developed and experimentally investigated.     

一款水声通信换能器研究

随着声呐技术的迅速发展,水声通信在海洋科学研究及海洋开发中发挥着非常重要的作用,水声通信换能器是水声通信设备中负责电声转换的重要部件。研究了一款带底座的溢流圆管换能器,通过有限元仿真计算了换能器发送电压响应和方向性等参数,优化了换能器中的陶瓷元件和底座的结构尺寸,制作并测量得到一款半空间指向性的水声通信换能器,换能器的工作频段为11~23 k Hz,带内起伏为3 d B,最大发送电压响应为133 d B,-3 d B垂直开角大于180°。     

一种降低D类功率放大器开关噪声的设计

传统D类功率放大器因特有的开关噪声对水下电子设备的信号接收、通信控制和信号传输等电信号产生很大的干扰,限制了D类功率放大器在水下电子设备中的广泛应用针对这一现象,首先阐明了Σ-Δ调制的D类功率放大器降低开关噪声的原理,然后对传统调制方式和Σ-Δ调制方式的D类功率放大器进行原理分析,并在Simulink软件中进行仿真对比。仿真结果表明,传统D类功率放大器在开关频率处的开关噪声能量高,Σ-Δ调制的D类功率放大器的开关噪声能量分散在一定的带宽内,并且开关噪声能量峰值低于传统D类功率放大器。     

数字均衡技术在水声宽带系统中的应用

为了提高声纳探测目标的能力,往往采用复杂的发射信号体制,并且所覆盖的频带越来越宽。但是湿端的宽带换能器在所需工作频段内的收发电压响应并不是平滑均等的,这对信号处理产生较大的影响,需要对其进行补偿。研究了数字均衡器的特点,并将其引入到宽带接收系统中用于补偿匹配换能器。最后在NI-CompactRIO平台中实现了该功能,通过仿真试验验证了该方法是有效可行的。这对该技术在水声宽带系统中的应用提供了参考。     

高频长缆水声换能器的匹配技术研究

高频换能器接长电缆后谐振频率会发生偏移,导致与工作频率相差甚远,工作点的导纳值与不接长电缆时偏差较大。这使得换能器与发射机和接收机之间的阻抗严重失配。文章对高频长缆水声换能器匹配技术进行研究,通过建立换能器等效电路模型,利用传输线理论,进行四端口匹配网络的设计和仿真,并制作一块匹配电路板。实验结果表明,系统匹配性测试与仿真计算相吻合,提高了系统机电转换效率,证明了该匹配方法的可行性和工程实用性。