杨斌颖 王艳 付昌

(上海船舶电子设备研究所，上海，201108）

低频声波具有较低的传播损失，因此在远距离水声通信和目标探测等领域具有明显的优势。为了获得较高的信噪比和探测分辨率，通常要求声源具有一定的指向性，然而低频换能器实现指向性发射是当前换能器设计面临的一大难题[1-2]。常用的低频声源包括弯张换能器、弯曲圆盘换能器、动圈换能器、Helmholtz 换能器、圆环换能器等，低频发射时由于波长很长，衍射效应明显，当换能器的尺寸满足ka＜1 时，通常在空间上不呈现指向性[3-4]。

在低频换能器的指向性发射方面，国内外学者进行了大量研究。Stephen C Butler 等将 IV 型弯张换能器内部的振子分为两组，通过改变两组振子施加电压的比例和相位，就能实现多种单向指向性[5-6]；之后将这一原理用于VII 型弯张换能器，同样实现了指向性发射[7]。国内杭州应用声学研究所的夏铁坚等参照上述理论，研制出一款450 Hz 的指向性弯张换能器[8]。此外，双端开口的Helmholtz 换能器、溢流圆环换能器在其两个辐射口满足一定间距/波长的情况下，利用其辐射声波在远场叠加能形成“8”指向性。Rossby T 等利用压电圆环驱动双端开口的Helmholtz 共振腔，在谐振频率处实现了“8”形指向性[9]；哈尔滨工程大学的桑永杰等利用弯曲圆盘驱动双Helmholtz 共振腔同样得到了“8”形指向性，并研究了不同腔体长度对指向性的影响[10]。上述低频换能器的指向性发射技术与辐射面间距/波长有关，由于辐射面的位置关系是固定的，因此只能在特定的频率形成理想指向性，这将给换能器的应用带来极大不便。……