多频带声呐换能器匹配网络以及线性功率放大器

摘要

水下声呐发射机可以分为主动型声呐发射机和被动型声呐发射机:主动型声呐发射机是利用声呐系统在海洋中发出信号，当声波信号遇到目的物体就会被反射回来，然后在声呐系统端的接收器接收到信号，进行声波反射信号的一系列处理等。而被动型声呐不主动发出声波信号，而是监听海底动静，当目标物有动态发出声响等，将会被被动型声呐系统所接收到，从而计算出对方的距离等参数达到定位的目的。两种声呐系统有其优缺点，因为其优缺点而应用于不同的领域。一般而言主动型声呐系统应用范围要少于被动型的声呐系统，因为主动型声呐系统有其最大的缺点就是其主动发射信号，容易被监听到从而暴露自己的位置。无论主动型声呐系统还是被动型声呐系统，其系统的整个框架内容是基本一致的。需要有换能器，匹配网络，功率放大器。在主动型声呐系统中需要有信号源。本文中主要探讨的为主动型声呐系统结构，包括信号源，功率放大器，匹配网络以及换能器。其中声呐换能器匹配网络以及线性功率放大器为本论文的研究点。
　　随着现代技术的发展，对水下声呐系统的性能要求诸如效率、准确度等越来越高。为了提高接收信号的效率，也就是说在同一时间可以获取多个频带范围的信号，产生了本文的多频带设计思想，从某一个方面讲是顺应了目前对于海洋领域宽带宽的要求。同时为了提高功率效率，获取好的线性度，需要优化匹配网络，减小负载电流和电压的相角，从而可以减少由于不匹配反射回来的功率，以此获得较高的效率。在硬件测试部分中制作电感器等器件时，注意选取铁芯和铜线，例如铜线应该选取较低阻率的，而铁芯应当选取高导磁率的，以此提高其转换效率。最后在功率放大器部分，选用AB类功率放大器。
　　在以往的传统方式的研究中，通常是限于单频带的声呐换能器匹配网络研究，这在某些应用场合是耗时且降低效率的，因为在对未知信号的接收时，单频带限制了可以获取的信号的范围，一旦需要获取多个频带，则需要进行中间的转换和切换。而此文中提出的是建立在多频带基础上，可以同时检测双频带或者多频带的信号，这是有别于传统方法的。文章中详细讲解了传统方法中的单频带研究方法，阐述了双频带匹配网络的算法，利用matlab编程模拟构造实现多频带声呐换能器匹配网络，给出算法的基础上得到其仿真结果，同时在水下进行了实际的硬件电路系统测试。最后利用LTSpice进行了功率放大器的初步设计以及初步仿真。在电路结构分析以及仿真结果分析的基础上，比较仿真结果以及实际测试结果，争对其结果比较给出理论分析说明，提出下一步的改善方案以及展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 序言

2 引言

3 声呐匹配网络分析

4 系统设计

4．1 系统框图

4．2 滤波器分析

4．3 滤波器类型选择

5 系统实现方案

5．1 换能器等效电路

5．1．1 方法

5．1．2 仿真

5．1．3 换能器模型的电路总结

5．2 匹配网络

5．2．1 方法

5．2．2 仿真

5．3 线性功率放大器

6 测试

6．1 贝塞尔滤波器测试

6．1．1 测试系统

6．1．2 水下声呐换能器测试数据图

6．1．3 声呐换能器匹配网络水中测试

6．1．4 测试结果分析

7 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集