卞加聪，赵 慧，沈明杰

(上海船舶电子设备研究所，上海201108)

0 引 言

随着声呐系统中水声信号处理技术的不断发展以及海洋开发的日益深入，高频声呐越来越受到人们的重视[1]。根据工作要求，高频声呐常需要宽频带工作来获取更多的目标信息和提高对目标的探测效果。高频宽带换能器是高频声呐信号产生和获取的基础，匹配层技术是拓展高频换能器带宽的有效手段[2-3]。2008年，陕西师范大学李珺等[4]通过理论和仿真计算了双匹配层参数对换能器带宽的影响；2013年，中国科学院声学所童晖等[1]研制一款单匹配层宽带换能器，带内发送电压响应起伏为-3 dB，并在2020年研制了一款宽带圆柱阵，其工作频带为20～30 kHz，带内发送电压响应起伏为-3 dB[5]；2020年，上海材料研究所张浩等[6]通过三层匹配层和背衬的设计方案研制了中心频率为 2.95 MHz，-6 dB相对带宽约为83.2%的医用相控阵换能器。虽然国内对单层和双层匹配层水声换能器的研究颇多，但对于三层匹配层水声换能器的研究还甚少。

因此，本文通过声波透射理论、Mason等效电路解析计算和有限元仿真对单层、双层和三层匹配层换能器进行了理论研究，在此基础上研制了三种高频宽带水声换能器，满足了水声换能器宽频带下的工作需求。

1 宽带换能器设计

宽带换能器主要是由背衬、压电陶瓷、匹配层和水密透声层组成。为了实现压电材料和水之间的阻抗过渡以满足宽频带的工作需求，一方面可以对压电陶瓷材料进行切割制作成复合材料，另一方面可以选择单层或者多层匹配层对压电材料进行匹配。……