多频带声呐换能器匹配网络以及线性功率放大器

发布时间：2017-05-01 15:02

  本文关键词：多频带声呐换能器匹配网络以及线性功率放大器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水下声呐发射机可以分为主动型声呐发射机和被动型声呐发射机：主动型声呐发射机是利用声呐系统在海洋中发出信号,当声波信号遇到目的物体就会被反射回来,然后在声呐系统端的接收器接收到信号,进行声波反射信号的一系列处理等。而被动型声呐不主动发出声波信号,而是监听海底动静,当目标物有动态发出声响等,将会被被动型声呐系统所接收到,从而计算出对方的距离等参数达到定位的目的。两种声呐系统有其优缺点,因为其优缺点而应用于不同的领域。一般而言主动型声呐系统应用范围要少于被动型的声呐系统,因为主动型声呐系统有其最大的缺点就是其主动发射信号,容易被监听到从而暴露自己的位置。无论主动型声呐系统还是被动型声呐系统,其系统的整个框架内容是基本一致的。需要有换能器,匹配网络,功率放大器。在主动型声呐系统中需要有信号源。本文中主要探讨的为主动型声呐系统结构,包括信号源,功率放大器,匹配网络以及换能器。其中声呐换能器匹配网络以及线性功率放大器为本论文的研究点。 随着现代技术的发展,对水下声呐系统的性能要求诸如效率、准确度等越来越高。为了提高接收信号的效率,也就是说在同一时间可以获取多个频带范围的信号,产生了本文的多频带设计思想,从某一个方面讲是顺应了目前对于海洋领域宽带宽的要求。同时为了提高功率效率,获取好的线性度,需要优化匹配网络,减小负载电流和电压的相角,从而可以减少由于不匹配反射回来的功率,以此获得较高的效率。在硬件测试部分中制作电感器等器件时,注意选取铁芯和铜线,例如铜线应该选取较低阻率的,而铁芯应当选取高导磁率的,以此提高其转换效率。最后在功率放大器部分,选用AB类功率放大器。 在以往的传统方式的研究中,通常是限于单频带的声呐换能器匹配网络研究,这在某些应用场合是耗时且降低效率的,因为在对未知信号的接收时,单频带限制了可以获取的信号的范围,一旦需要获取多个频带,则需要进行中间的转换和切换。而此文中提出的是建立在多频带基础上,可以同时检测双频带或者多频带的信号,这是有别于传统方法的。文章中详细讲解了传统方法中的单频带研究方法,阐述了双频带匹配网络的算法,利用matlab编程模拟构造实现多频带声呐换能器匹配网络,给出算法的基础上得到其仿真结果,同时在水下进行了实际的硬件电路系统测试。最后利用LTSpice进行了功率放大器的初步设计以及初步仿真。在电路结构分析以及仿真结果分析的基础上,比较仿真结果以及实际测试结果,争对其结果比较给出理论分析说明,提出下一步的改善方案以及展望。
【关键词】：声呐换能器 匹配网络 双频带 线性功率放大器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565.1;TN722.75
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 1 序言9-12
• 2 引言12-18
• 3 声呐匹配网络分析18-20
• 4 系统设计20-26
• 4.1 系统框图20-22
• 4.2 滤波器分析22-24
• 4.3 滤拨器类型选择24-26
• 5 系统实现方案26-56
• 5.1 换能器等效电路27-34
• 5.1.1 方法27-30
• 5.1.2 仿真30-33
• 5.1.2.1 低频带30-31
• 5.1.2.2 高频带31-33
• 5.1.3 换能器模型的电路总结33-34
• 5.2 匹配网络34-53
• 5.2.1 方法34-48
• 5.2.1.1 单频带带通贝塞尔滤波器34-45
• 5.2.1.2 双频带带通贝塞尔滤波器45-48
• 传统方法45-47
• 定义45-46
• 电路46
• 计算46-47
• 双频带同时工作的贝塞尔带通滤波器方法47-48
• 5.2.2 仿真48-53
• 5.2.2.1 单低频带带通贝塞尔滤波器仿真结果48-49
• 5.2.2.2 单高频带带通贝塞尔滤波器仿真结果49-50
• 5.2.2.3 传统双频带带通贝塞尔滤波器仿真结果50-52
• 5.2.2.4 同时工作双频带带通贝塞尔滤波器仿真结果52-53
• 5.3 线性功率放大器53-56
• 6 测试56-64
• 6.1 贝塞尔滤波器测试56-64
• 6.1.1 测试系统56
• 6.1.2 水下声呐换能器测试数据图56-57
• 6.1.3 声呐换能器匹配网络水中测试57-63
• 6.1.4 测试结果分析63-64
• 7 结论64-65
• 参考文献65-68
• 作者简历及攻读硕士 /博士学位期间取得的研究成果68-70
• 学位论文数据集70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 董一伯;刘久文;邹世源;;基于MATLAB的功率放大器行为级建模方法研究[J];电子测量技术;2013年01期

2 解宝兴;郝拥军;程玲;;水下远程探测的研究和发展方向[J];舰船科学技术;2008年03期

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本文编号：339107