水声宽带换能器匹配技术研究

低频宽带大功率换能器是现代水声发展的一项关键技术。换能器与功放匹配是宽带大功率水声发射的关键技术之一,本文对一种宽带大功率匹配匹配网络进行了设计分析,通过该匹配网络可改善宽带匹配效果,同时拓宽工作频带。文中还给出了一台功放驱动两只宽带换能器的匹配网络。     

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°。     

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     

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。     

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。     

一种高频宽带大尺寸的圆柱换能器的设计方法

介绍了一种新的圆柱换能器的设计方法。该高频宽带大尺寸的圆柱换能器采用压电陶瓷颗粒拼接而成,在外层添加一层匹配层,通过对匹配层材料及厚度的选择来提高与水的匹配性能,实现宽带能量传输。     

多阵元平面阵阵元不同组合的指向性拟合计算

在基于多模振动的超宽带声基阵的研究中,需要了解该阵同单模振动相比的电声效率的变化。为此,必须要对宽带声阵的空间增益有一个正确的可信的估算。本文就是按实测的声阵指向性图通过拟合指向性函数,然后经数学处理得到空间增益,再经简单换算得到电声效率,以便正确评估匹配层宽带换能器基阵的性能。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

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，...     

Equivalent circuit for broadband underwater transducers

A method is presented to determine the equivalent circuits of broadband transducers with 2 resonances in the frequency band of interest. The circuit parameters are refined by least-squares fitting the measured electrical conductance data with this model. The method is illustrated by computing the conductance and susceptance of the equivalent circuits of 3 types of broadband transducers and comparing them with the measured values. The equivalent circuit of a transducer is necessary for designing filters that match the impedances of the transducer and the power amplifier that drives the transducer.     

高频水声换能器匹配层技术研究

在复杂的海洋环境中,为提高对目标的探测效果以获得更多的信息,高频声呐常需要更宽的工作频带.首先,通过声透射原理对不同匹配层材料进行选取与设计;其次,通过有限元仿真对不同匹配层换能器的透射系数、电导谱和发送电压响应展开了分析计算;最后,在理论分析、解析计算和有限元仿真计算的基础上成功研制了单层、双层和三层匹配层高频宽带水...     

高频宽带换能器研究

主要研究高频换能器的匹配层技术,通过匹配层技术拓宽换能器的频带,首先利用等效电路法分析高频匹配层换能器,其次通过Matlab仿真分析匹配层材料的密度、声速、厚度变化对换能器电声参数性能的影响,进而对其电声性能进行优化设计,最终制作出一高频宽带换能器。通过实验测得结果与仿真结果基本一致,实验测得换能器的最大发送电压响应为178dB,工作频带为260～370kHz,带内发送电压响应起伏为-3dB,300kHz时换能器指向性-3dB开角为6．5°。     

Dual layer matching (20 MHz) piezoelectric transducers with glassand parylene

This study describes a method of applying very thin broadband matching layers to 2 mm diameter 20 MHz transducers. Dual layer acoustic matching between the ceramic and the medium at the front face of the transducer was accomplished by selecting 1/4 wavelength glass layers from a commercial source, epoxying them to the ceramic, and vapor depositing parylene to 1/4 wavelength thickness on the glass. A 8 dB fractional bandwidth of 0.75 and insertion loss of -10 dB was found on the average for these transducers. This method allowed fabricating probes that performed well, were reproducible, provided both a matching and protection coating, and could be fabricated in a practical manner     

高频宽带换能器多匹配层研究

在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150～430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。     

Broadband tonpilz underwater acoustic transducers based onmultimode optimization

Head flapping has often been considered to be deleterious for obtaining a tonpilz transducer with broadband, high power performance. In the present work, broadband, high power tonpilz transducers have been designed using the finite element (FE) method. Optimized vibrational modes including the flapping mode of the head are effectively used to achieve the broadband performance. The behavior of the transducer in its longitudinal piston mode and in its flapping mode is analysed for in-air and in-water situations. For the 37.8% bandwidth of the center frequency from 28.5 to 41.8 kHz, the amplitude variation of the transmitting voltage response (TVR) does not exceed ±2 dB and a maximum TVR of 146.8 dB (ref. 1 μPa/volt at 1 meter) is obtained. Reasonable agreement between the experimental results and the numerical results is achieved. A maximum sound pressure level of 214.8 dB can be expected. Further numerical calculation indicates that there is potential for increasing the bandwidth by varying other parameters in the design     

30MHz-512MHz宽带功率放大器的研制

功率放大器是射频前端中的关键部件，宽带是目前功率放大器的主要发展趋势。根据宽带功率放大器的设计原理，采用推挽结构晶体管，前馈线性化技术，传输线变压器和微带混和匹配电路，利用ADS进行仿真设计，成功的设计出一款宽带功率放大器。实现了多倍频程带宽、确保带内增益平坦、驻波小、线性范围和动态范围大。通过仿真和测试，得到较为理想的结果。     

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.