潘 晶，刘 佳，戴思思，王 艳

（上海船舶电子设备研究所，上海 201108）

0 引言

随着水声信号处理技术的快速发展，为了获取更多的水下信息，提升声呐的探测和识别效果，须使得脉冲激励下的声呐的余震信号尽量小，即机械品质因数 Qm值较低，这就要求设计制作高频宽带声呐。高频宽带换能器是高频宽带声呐信号产生和获取的基础。一方面，可以提升整个声呐系统的性能，携带更多的信息进行水下探测与识别[1-2]；另一方面在信号传输上也具有显著优势，如减少波形畸变、提高可靠性和保密性、提高系统分辨率等[3-6]。

提高换能器带宽的方法有很多种，其中匹配层技术应用较为广泛，同时也是一种行之有效的方法。采用匹配层技术，通过在换能器压电元件的辐射面添加具有一定声阻抗值的无源材料，产生双谐振或多谐振方式可以实现拓宽带宽的效果。

本文从理论数值计算和有限元仿真入手，对匹配层技术应用于拓宽换能器带宽方面进行了研究。分析制作了双匹配层水声宽带换能器，实现了换能器的宽带发射。

1 匹配层换能器的设计

1.1 匹配层的理论研究

匹配层理论实际上是利用了声波的反射和透射原理。高效率宽带换能器实现的主要困难在于压电材料（特性阻抗约35 MRayls）与水（特性阻抗约1.5 MRayls）之间的声阻抗失配，从而降低了换能器在水中的透射效率[7]。声波由压电材料垂直传递到水介质中时，由于两者的声阻抗相差较大，大部分声波在界面处被反射，只有小部分声波能够透射。……