发射换能器带障板特性分析

　　在声呐系统的水下分机中，反声障板的应用极为广泛，可以起到增强有用信号(如提高阵元灵敏度)、屏蔽有害信号(如隔离船体的辐射噪声)和改善阵上基元指向性等作用。通常，接收水听器配合反声障板的应用较为常见，关于带障板水听器声场性能的计算，其思路是，首先利用分层介质中波的传播理论来计算反声障板的声场特性，得知障板的反射系数幅值和相位后[1]，就可以根据射线声学和虚源法，计算处在无限大平面障板面前点源的声场，文献[2]对该方法进行了介绍，理论计算和实测数据吻合较好。

　　发射换能器带障板的情况较为复杂，声波在障板上的入射和反射实际发生在换能器的近场区，换能器自身的特性影响较大，即使是同样的工作频率和安装距离，不同的发射换能器带障板性能也有较大的区别。

　　1 发射与接收区别

　　在计算点元水听器带障板特性时(如图1所示)，入射波可看作是无限远处传来的平面波，当远场平面波从某一角度入射(如θ方向)，水听器接收到的总声压为该方向入射波和其在障板上的反射波之和，当反声障板和工作频率不变时，其值仅仅取决于由于安装距离(指水听器声中心到障板表面的距离)所带来的相位差。而对于发射换能器，声波在障板上的入射和反射实际发生在换能器的近场区，不能将换能器看作一个点元，还须考虑换能器本身特性。如换能器在θ方向远场所产生的声压，可看作由换能器在θ方向的直接辐射波，以及换能器在(90º−θ)方向的辐射波经障板反射后两者叠加而成。所以，发射换能器带障板的声场特性受换能器本身的近场特性影响较大，同时还受到工作频率、安装距离、障板反射系数的幅值和相位等因素影响，而障板的反射系数又受到障板的厚度、声速和密度等影响，必须综合考虑。

　　2 理论分析

　　由前所述，考察发射换能器带障板性能时，声波在障板上的入射和反射实际发生在换能器的近场区，不适宜使用射线声学和虚源法计算。为此，本文采用有限元软件ANSYS建模，考察不同类型换能器在反声障板作用下的声场特性，以弯曲盖板换能器和匹配层换能器两种常见的宽带换能器为例进行分析。

　　文献[3]分析反声障板对点元水听器的影响时，引入了相对灵敏度的概念，使用该参数，可以反映障板的真实使用效果，衡量反声障板增益。类似地，定义障板增益Rs：换能器带障板后的发送电压响应P与其自由场的电压响应0P之比，可以反映障板对换能器的性能影响。以分贝表示：