对置式宽带宽波束换能器

针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺寸为?100 mm×7 mm,换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时,新结构水平径向波束宽度为360°,水平径向TVR＞138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。     

宽带高灵敏水声换能器的研究

为了提升声纳系统的探测性能，该文从扩展水声换能器带宽和提高灵敏度两方面出发，研制了一种“金字塔”结构的宽带高灵敏水声换能器，并选择单金属板空气柱型压电材料作为宽带高灵敏换能器的有源材料。对敏感元件进行机电等效分析和有限元仿真，获得压电材料尺寸的优选范围。根据多模耦合理论设计了“金字塔”型的换能器敏感元件结构。通过建立换能器的制作工艺流程，研制出宽带高灵敏换能器样机。测试结果表明，发送电压响应最高为182.9 dB,发射带宽为170 kHz,接收灵敏度最高达到-173.7 dB,接收带宽为110 kHz,-6 dB波束开角为8.1°。     

超声应力换能器指向性校准方法研究

超声应力换能器指向性对超声应力检测精度具有重要影响。该文提出了半圆柱试块法,被校换能器向半圆柱试块内部辐射声波,接收换能器在试块圆柱面各角度接收到信号,分析得到被校换能器的指向性。利用半圆柱试块法校准得到纵波换能器指向性,其-3 dB波束宽度为5.01°,这与水听器法测量值、理论值相对偏差分别为3.09%、2.66%。利用半圆柱试块法校准得到临界折射纵波换能器指向性,其-3 dB波束宽度为10.55°,这与仿真值相对偏差为2.23%。半圆柱试块法更符合超声应力的实际使用工况,不受换能器水密性、换能器工作原理等限制,适用于任意型号超声应力换能器,且校准更高效、快捷。     

薄球壳压电换能器设计与制作

介绍一种采用径向极化空气背衬压电薄球壳作为声敏感元件的球形换能器。首先,对其低频接收灵敏度和谐振频率等声学特性进行理论分析和有限元仿真;其次,根据分析和仿真结果,采用硫化工艺制作一只球形换能器;最后,对换能器的声学性能进行测试。结果表明,制作的球形换能器低频接收灵敏度为-203.7 dB,80 kHz以内起伏小于±2.5 dB;最大发送电压响应可达147.6 dB。该球形换能器可作为宽带接收水听器和全向发射声源使用。     

锥形结构超声阵列换能器研究

传统外形构造的换能器难以适应水下高速运动。因此,在头部为圆形或椭圆形的普通阵列式换能器基础上,该文设计了一种锥形结构的超声阵列式换能器,其可适用于水下高速航行器。通过有限元仿真确定了阵元尺寸与阵列构造,分析了换能器整体的声场分布,研制换能器样机并测试其电声性能。样机测试结果与仿真结果呈现出较好的一致性,换能器指向性与发射电压响应满足使用需求。结果表明,此种换能器结构具有实际的可行性。     

一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。     

应用于海底沉积声学原位测量的球形换能器研制

该文对标ITC-1007与ITC-1032球形换能器,为海底沉积声学测量系统研制了两款中低频球形换能器(SP32K和SP12K)。通过理论及有限元方法对换能器进行仿真设计,制作换能器样机并对其进行了性能测试。低频球形换能器(SP12K)的谐振频率约为12 kHz,工作频带为2~20 kHz,最大发射电压响应为149 dB。中频球形换能器(SP32K)的谐振频率约为32 kHz,工作频带为15~50 kHz,最大发射电压响应为149 dB。实验结果表明,研制的中低频球形换能器与国外同类产品相比,性能基本一致,满足相关声学测量需求,这为研制中低频海底沉积声学原位测量系统等声学装备提供了有力支撑。     

陶瓷体积分数对压电换能器性能影响

研究了压电陶瓷体积分数(v_c)对1-3型压电复合材料换能器收发性能的影响。换能器的收发性能主要由发射电压响应和接收灵敏度来衡量。通过有限元仿真和实验,分析了换能器的接收灵敏度和发射响应随压电陶瓷体积分数变化的规律,并将实验与有限元计算结果进行对比,二者基本吻合。实验和仿真结果表明,当陶瓷体积分数v_c<0.4时,换能器的发射电压响应呈增长趋势;当v_c=0.4～0.7时,发射电压响应趋于稳定值(173 dB)。当v_c=0.2～0.4时,接收灵敏度呈增长趋势,在v_c在0.4附近达到-180.4 dB;当v_c=0.4～0.6时,接收灵敏度逐渐减小。     

聚焦超声换能器的仿真与性能分析

高频声透镜聚焦超声换能器在电子器件评估与检测、材料微观机械性能表征、生物医学成像、细胞操控等方面具有重要的应用。结构参数是影响其性能的主要因素之一。该文通过有限元法对基于声透镜结构的高频聚焦超声换能器进行仿真模拟,分析了声透镜的开孔角度对该类换能器聚焦区域声压模式、横向分辨率、-6 dB景深等关键性能参数的影响。仿真结果表明,换能器的焦距和横向分辨率与理论计算结果接近。随着声透镜开孔角度的增大,换能器的横向分辨力随之提高,焦点处声压级逐渐增大,-6 dB景深逐渐下降。这为声透镜聚焦超声换能器的优化设计提供了一定的技术基础。     

串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备

提出了一种新型高频宽带压电复合材料圆环阵换能器,综合采用了压电复合材料和多模耦合振动来拓展换能器带宽。通过ANSYS软件对其进行有限元建模仿真,得到了该换能器谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件最优设计方案。由最优参数加工得到用于叠堆的两个压电复合材料圆环,并将两压电复合材料圆环轴向叠堆,最终制作了双圆环叠堆压电复合材料水声换能器。经测试,该新型换能器形成了明显的双模耦合振动,其-3dB工作带宽为320~410kHz,最大发送电压响应达147.8dB。研究结果表明,利用复合材料和多模耦合振动可以大幅度拓展高频换能器的带宽。     

基于带状线形式的宽带Rotman透镜设计

针对宽带多波束网络的需求,设计了一个32天线端口,24波束端口,扫描±45°基于带状线形式的Rotman透镜.通过全场仿真计算,分析了透镜波束端口到阵列之间S参数的幅度、时延特性,并据此计算了 Rotman透镜的各个波束在不同频率的方向图.通过波束计算分析,发现基于微带形式的Rotman透镜相对于基于带状线形式的Rot...     

Peano分形加载单极子辐射性能的研究

对有限地板尺寸和介质填充情况下Peano分形加载单极子天线的辐射特性进行了研究.利用HFSS分析了地板尺寸和填充介质材料对天线反射系数、辐射方向图和增益的影响.仿真表明:随着地板尺寸的减小,天线的阻抗带宽和增益明显减小,H面方向图变化不大,而E面方向图的半功率波束宽度增大,波束仰角减小;填充材料的介电常数过大会导致天线性能的恶化.在分析研究的基础上,设计并研制了地板尺寸为220mm×220mm的一阶和二阶Peano分形加载单极子天线.天线分别实现了45°和36°的波束仰角,50°和45°的半功率波束宽度.仿真与实测结果均表明凋节地板尺寸是控制Peano分形加载单极子天线E面半功率波束宽度和波束仰角的一种简单而有效的方法.     

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。 天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。 对天线进行了加工、测试。 实测结果表明,S11 小于-10 dB 的阻抗带宽( 4. 54 GHz ~ 11. 50 GHz)为 87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz ~ 10 GHz;轴比小于3 dB 的带宽达到了33. 1%(6. 71 GHz~ 9. 36 GHz);HPBW 在6 GHz~ 8 GHz 范围内接近100°,在整个带宽内均超过 75°;除了 9. 5 GHz 以上频段,工作频带内的 6 dB 轴比波束宽度覆盖范围都接近 200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。     

一种宽频带高稳定相位中心导航天线的设计

设计了一款基于阿基米德螺旋天线的宽频带高稳定相位中心导航天线.采用阿基米德螺旋天线结构实现了宽带驻波带宽和轴比带宽,结合三维扼流环结构改善了天线相位稳定度和多径抑制能力.通过有限元电磁仿真软件建立了仿真模型和完成了参数优化设计,所设计的宽带高稳定相位中心导航天线的指标达到:在GPS、北斗、GLONASS和Galileo卫星导航系统的所有工作频点上,输入端口驻波比均小于1.45;在俯仰角-60°~60°主波束范围内轴比小于3 dB,相位稳定度在-2.5°~2.5°,方向图增益均在5 dB以上.相比于未加载扼流环,所设计天线的增益前后比改善2~6 dB（仰角60°和仰角120°对应增益差值）.该研究表明,结合了三维扼流环结构的阿基米德螺旋天线综合性能优异,适于设计宽频带高稳定相位中心天线.     

V频段圆柱龙伯透镜天线设计

设计并实现了一种V频段圆柱龙伯透镜天线.在平行平板波导间,根据龙伯透镜原理与介电常数等效原理,推导出了圆柱龙伯透镜天线的理论设计公式,并结合商业仿真软件高频结构仿真器(HFSS)仿真分析和优化,完成天线设计.仿真结果表明,该V频段圆柱龙伯透镜天线增益为21.4 dBi,波束宽度为1.56o,副瓣电平为-14.7 dB.根据设计结果,加工和测试验证V频段圆柱龙伯透镜天线的可实现性,实测结果表明,该天线增益为20.1 dBi,波束宽度为1.60o,副瓣电平为-11.1 dB,天线效率为45.7％,说明该天线具有一定的工程应用价值.     

一种小型宽带双极化5G基站天线

设计了一种适用于2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带±45°双极化基站天线。该天线由2对偶极子辐射片、2条微带馈线和1块反射板组成,辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在0.8 mm厚的FR4板,并固定放置于开有圆形槽的反射板上。对天线实物进行加工测试,测试结果表明,端口1工作频段为1.82～3.60 GHz,端口2工作频段为1.64～3.41 GHz;工作频段内,反射系数小于-10 dB,端口隔离度优于18 dB;交叉极化比在视轴方向大于17 dB,±60°方向大于15 dB;半功率波束65°左右,前后比优于18 dB,测试和仿真结果较吻合。所设计天线带宽宽,尺寸小,且制作工艺简单,成本低廉,适合批量生产,应用于5G移动通信基站中。