[發(fā)明專利]一種二維相控陣

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210550250.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103033644A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘琴琴;唐義政;董銘鋒;仲林建;唐軍;張秋玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號(hào): G01P5/24
• 分類號(hào): G01P5/24
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相控陣，更具體說(shuō)，它涉及一種二維相控陣。

背景技術(shù)

相控陣主要應(yīng)用于測(cè)流儀。測(cè)流儀是測(cè)量船速、流速流向和計(jì)程的優(yōu)良水聲設(shè)備，是關(guān)于艦船、潛艇和水下航行器的底跟蹤、航速測(cè)量、海流測(cè)量和自身水下定位的水聲設(shè)備。二維相控陣分為兩類：分體式和相控式。分體式是由2只獨(dú)立的收發(fā)兩用換能器構(gòu)成，它們分別在左、右2個(gè)方向形成2個(gè)波束，這種分體式測(cè)流儀的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是基陣的發(fā)射和接收的旁瓣較大，而且基陣的體積大、重量重；二維相控陣是由多條收發(fā)共用的陶瓷顆粒條構(gòu)成的一體式基陣，，通過(guò)相位控制的方法得到2個(gè)波束，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕，而且發(fā)射和接收的旁瓣較小，缺點(diǎn)就是制作工藝較復(fù)雜。目前，國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的海港使用了國(guó)外的海流測(cè)量設(shè)備，而國(guó)內(nèi)用于航道海流測(cè)量的海流剖面儀還處于起步階段。因此，國(guó)內(nèi)軍港使用國(guó)產(chǎn)測(cè)流設(shè)備來(lái)測(cè)量航道內(nèi)海流，還是一片空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，可靠性高，指標(biāo)好，體積小，重量輕的二維相控陣。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：這種二維相控陣，所述相控陣從下自上依次包括外殼、后匹配層、正極、去藕泡沫基陣架、基元、負(fù)極和聚氨酯膠。所述相控陣為相控時(shí)可以有效地減小波束旁瓣的橢圓形基陣。所述基元的正極采用印制板電路連接，形成4路輸出來(lái)進(jìn)行相控，所有基元負(fù)極共地設(shè)計(jì)。

作為優(yōu)選：所述基元為陶瓷顆粒。

作為優(yōu)選：所述基元的正極面為相控面，負(fù)極作為輻射面，將相同相位的基元排放在一條直線上，并聯(lián)聯(lián)接，負(fù)極面共負(fù)，正極面粘接印制板電路最終形成4路信號(hào)輸出。

作為優(yōu)選：所述基陣的上下兩面分別設(shè)有前匹配層和后匹配層，前匹配層為印制板電路將基元的負(fù)極并聯(lián)連接，后匹配層則為降低換能器瞬態(tài)響應(yīng)的高阻抗設(shè)計(jì)。

作為優(yōu)選：所述相控陣由1048個(gè)基元組成，形成56行24列。

作為優(yōu)選：所述基元的諧振頻率為150kHz。

作為優(yōu)選：所述相控方向的基元之間的中心距離為7.07mm。

本發(fā)明的有益效果是：（1）獨(dú)特的布陣技術(shù)：橢圓形的平面陣，利用每列的基元個(gè)數(shù)不同來(lái)改善基陣相控時(shí)的波束旁瓣級(jí)。成陣工藝設(shè)計(jì)上，24列基元按照一定間距布陣，基元的正極為一個(gè)面，負(fù)極為一個(gè)面，通過(guò)印制板電路連接的方式，將基元的正極簡(jiǎn)單有效地將1048個(gè)基元的正極面最終形成4路信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)相控，電路連接方式見(jiàn)圖2，所有基元負(fù)極共地設(shè)計(jì)。采用印制板來(lái)進(jìn)行電連接，不僅簡(jiǎn)單，更加能保證基陣表面的平整性，相控陣的平整性決定著相控波束的旁瓣級(jí)大小以及兩個(gè)波束的對(duì)稱性，所以基陣表面的平整性越高越好。選用陶瓷顆粒拼接為一列而不是陶瓷條，是為了拓展基陣的帶寬和去除基元之間的耦合效應(yīng)。

（2）基陣的阻抗匹配設(shè)計(jì)：為了展寬換能器的帶寬和減小換能器的瞬態(tài)響應(yīng)，進(jìn)行前后匹配層設(shè)計(jì)，前匹配層是由印制板將基元的負(fù)極并聯(lián)連接，既簡(jiǎn)化了電連接工藝，保證了平整性，還可以拓展工作帶寬，而工作帶寬的寬度以及諧振頻率大小的控制可以調(diào)整印制板的厚度和材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。后匹配層則通過(guò)高阻抗設(shè)計(jì)來(lái)降低換能器的瞬態(tài)響應(yīng)。

（3）尺寸小、重量輕：相控式的換能器基陣，相控時(shí)，在相同工作頻率和相同的聲源級(jí)下，基陣的尺寸和重量要比分體式的小很多。這對(duì)于測(cè)流儀安裝和維護(hù)方便很多。

（4）相控聲源級(jí)高：相控陣工作諧振頻率為150kHz，帶寬為：150kHz±5kHz。相控角度為±20°。相控方向在200W電功率情況下聲源級(jí)可以達(dá)到214dB。全陣相控指向性半功率開(kāi)角為3.3°，最大旁瓣為21.1%。

附圖說(shuō)明

圖1相控陣外形尺寸圖；

圖2電路連接示意圖；

圖3去耦泡沫基陣架；

圖4相控陣的剖視圖；

圖5相控陣的波束圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：外殼1、去藕泡沫基陣架2、基元3、負(fù)極4、后匹配層5、正極6、聚氨酯膠7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實(shí)施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。