功率放大器在水下聲學(xué)器件定向發(fā)射性能實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

圖一水下實(shí)驗(yàn)布置示意圖

圖二實(shí)際水下實(shí)驗(yàn)布置圖

實(shí)驗(yàn)裝置本次器件定向發(fā)射實(shí)驗(yàn)是在位于華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的水池進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境噪聲較低。該實(shí)驗(yàn)需要滿足近似平面波條件和穩(wěn)態(tài)散射條件。本次實(shí)驗(yàn)的脈沖正弦波頻率為40kHz，波長為37.5mm，約為水池深度的百分之五，基本滿足近似平面波條件。穩(wěn)態(tài)散射條件方面，本次實(shí)驗(yàn)采用脈沖正弦波對模型進(jìn)行發(fā)射，并在采集到的回波中分析濾波后的波形部分。水下聲學(xué)器件模型最長處為100mm，最寬處為114mm，底邊寬度為62mm，高度為10mm，上下放置有兩片厚度為1mm的薄片。該器件所用的材料為光敏樹脂，其密度為1140kgm-3，楊氏模量為2.2GPa，泊松比為0.4。超材料幾何參數(shù)方面，晶胞最大長度a=2mm，空腔的寬度d=0.201mm，相鄰空腔的角寬度ɑ=60°。

圖三水下聲學(xué)器件示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：針對水下環(huán)境異形龍伯透鏡器件的聲波接收實(shí)驗(yàn)，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到20kHz至40kHz頻率范圍內(nèi)的頻域信號。分別對23kHz、27kHz、31kHz以及34kHz四個(gè)頻率下，器件定向接收的聲壓增幅曲線進(jìn)行了繪圖，并同相應(yīng)的有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了對比，如圖四至圖七所示。分析曲線可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果的曲線趨勢較為接近，中部測點(diǎn)（器件底邊中部）處具有峰值，部分測點(diǎn)處實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果在數(shù)值上有一定差異。波峰半能量寬度方面，實(shí)驗(yàn)值略大于仿真值，23kHz附近實(shí)驗(yàn)值較大，34kHz附近實(shí)驗(yàn)值同仿真值對應(yīng)較好。總體上分析，實(shí)際器件在23kHz至34kHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對平面波的匯聚，根據(jù)聲學(xué)發(fā)射和接收的互異性，器件聲學(xué)定向發(fā)射的特性通過該實(shí)驗(yàn)得到了間接證明，在實(shí)驗(yàn)上證明了該水下定向發(fā)射器件設(shè)計(jì)的有效性。

放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：精準(zhǔn)可控功率放大器