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宽带Cymbal平面圆阵的研究

张丽萍  
【摘要】: 为了获得更远的探测距离、更高的搜索率和更精的定向准确度,需要有更多的换能器构成大型的基阵。平面圆阵,不仅可以加大辐射功率,提高发射电压响应,并能获得高指向性低旁瓣的波束,根据不同要求还可以通过电端来改善和控制基阵的指向性。 本文采用Cymbal作为基元,制作了一个宽带的平面圆阵。Cymbal是一种小型弯张换能器,具有振幅放大效应,所以在同等频率下相对于其他换能器,具有大功率、体积小、重量轻的优点,方便成阵的需要。 首先,弯张换能器的结构比较复杂,用等效电路法进行理论分析比较困难,所以本文选择有限元进行理论分析。通过大型有限元软件ANSYS对Cymbal换能器设计分析,得到了在空气中和水中的电声性能。 然后,利用指向性、互辐射的相关理论,结合基元的发射性能和国外计算响应的理论,用MATLAB仿真计算了平面阵的性能。根据分析权衡最终确定了阵元间距。对确定的样机进行了同样的性能仿真,水中的发射电压响应值为:164dB:频带宽度为:20kHz-50kHz:50kHz时对应的波束宽度不到9°。 最后,根据虚拟样机的尺寸加工模具,制作了200个Cymbal换能器。测量了Cymbal换能器在空气中的性能,选取性能一致性好的61个组成圆阵。对基阵在空气中和水中的性能进行了测量,与理论计算结果进行了对比分析。


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