刘慧生

（1 中国科学院声学研究所，北京，100190）

（2 北京海洋声学装备工程技术研究中心，北京，100190）

在水下网络通讯中，声呐浮标常采用圆柱形声源，主要是利用其周向无指向性的声发射特性，实现周边各节点的通讯，工作频率一般以10 kHz为中心频率，带宽在4 kHz左右。文献[1]提到一种星型圆柱换能器，利用辐射头的弯曲模态实现低频宽带工作。John L Bulter[2]提到一种利用单极子、偶极子、四极子工作模式的星型圆柱换能器，实现提高换能器的指向性指数，相同源级情况下，可降低能源消耗，从而延长设备工作时间。

换能器常见的带宽展宽方式是多模态耦合，但有时由于相位反相、结构尺寸限制、模态间距过大等造成模态耦合困难。而采用多个不同频段的谐振换能器组合实现增加带宽则不存在相位反相问题，容易实现宽频带的覆盖，相应带来结构尺寸的增加。本文之所以提出采用堆叠星型圆柱结构方式来实现工作频带的展宽，是因为在工程实践中由于换能器工作频段、结构尺寸、指向性等问题相互制约，采用纵弯耦合模态实现扩展频带并兼顾指向性的要求有一定的困难。

1 数值仿真

星型柱面换能器结构由 6个各带辐射头的压电堆共享一个后质量块组合而成。图1（a）为星型柱面换能器示意图。为了实现不同谐振频率的星形圆柱换能器堆叠，并考虑二者外形尺寸基本一致，2个星型结构分别采用不同直径的陶瓷，通过调节陶瓷长度和后质量块大小，来实现两个结构谐振工作频率的间距匹配，达到扩展带宽的要求。……