【摘要】：多波束發(fā)射機(jī)是多波束測(cè)深系統(tǒng)的重要組成部分，同樣也是耗電量最大的系統(tǒng)單元。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，發(fā)射機(jī)應(yīng)形成多個(gè)指向性發(fā)射波束，來實(shí)現(xiàn)寬扇面覆蓋，而且對(duì)于高分辨率的聲納發(fā)射系統(tǒng)，其工作頻率一般較高，還要輸出較大的功率，這些都是需要解決的關(guān)鍵問題。本文的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)多通道多波束發(fā)射機(jī)，包括相控信號(hào)產(chǎn)生與控制電路和功率放大電路的設(shè)計(jì)。 本文根據(jù)多波束形成原理，設(shè)計(jì)了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的相控信號(hào)產(chǎn)生與控制電路，系統(tǒng)采用數(shù)字相控延時(shí)發(fā)射技術(shù)，獲得較高的分辨率，并利用硬件描述語言編寫相應(yīng)的程序，使FPGA受控輸出含正弦信號(hào)包絡(luò)的CW脈沖，為發(fā)射12路發(fā)射電路提供了±33°范圍內(nèi)掃描的發(fā)射波束。 為了實(shí)現(xiàn)在高頻率范圍內(nèi)的較大功率發(fā)射，論文重點(diǎn)研究了如何提高放大電路的截止頻率，設(shè)計(jì)了采用晶體三極管的基于乙類推挽式放大的功率放大器，并且精心選擇了電路中的元件，合理地設(shè)置了電路中的參數(shù)。為了功率放大器能夠穩(wěn)定正常地工作，同樣為放大電路設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路，并較好地解決了最重要的散熱問題。 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，所設(shè)計(jì)的相控信號(hào)產(chǎn)生電路和功率放大電路，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P715.5;TB566
【圖文】：

波束發(fā)射相控技術(shù)形成技術(shù)是陣列信號(hào)處理最典型的技術(shù)之一[9][10]，它一般與聲信號(hào)發(fā)射[11]，或者電磁信號(hào)發(fā)射/接收天線陣列[12]共同協(xié)作，在聲納或雷達(dá)等到定向定位、測(cè)深成像或者數(shù)據(jù)傳輸?shù)饶康�。發(fā)射相控信號(hào)波束形成發(fā)射信號(hào)波束形成是讓換能器陣列發(fā)射一個(gè)或多個(gè)指定方向的波束。波束的方向來設(shè)計(jì)各個(gè)陣元的發(fā)射信號(hào)，使各個(gè)陣元信號(hào)之間具有一過程如圖 1.1 所示。

圖 2.1 基陣各陣元的波束發(fā)射為 f 時(shí)，均勻線陣的靜態(tài)指向性 ( )LD 為[16]12sin(sin/)sin(12sin/)() ddDL c/f，c 為水中聲波傳播的速度，一般取 c=1500m/s，)120.442arcsin(3ddB 指主瓣兩側(cè)聲壓的振幅下降到主瓣極大值的 0.707 倍之間的夾角。其實(shí)就是指向角 . 0d 時(shí)的陣列方向圖，當(dāng)工作頻率到方向角為d 的指向?yàn)?2sin[(sinsin/]sin[12(sinsin)/](,) ddLdddD

7換能器基陣的指向性中不但有主瓣，兩側(cè)還有一系列旁瓣，如圖2.2的波束指向性圖所示。旁瓣產(chǎn)生于特定的聲源相長干涉點(diǎn)，是多波束工作中的不利因素，它指向于不希望的方向使主瓣的能量減少，過大的旁瓣不僅會(huì)引起空間增益下降還會(huì)影響到對(duì)海底地形的錯(cuò)誤檢測(cè)，設(shè)計(jì)的目的是讓主瓣最大化而旁瓣最小化，因此需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┮种婆园辍Ｖ饕姆椒ㄓ姓穹睾拖辔皇�，能使旁瓣獲得不同程度的抑制。振幅束控是指旁瓣的能級(jí)可以通過給聲源陣中不同基元加以不同的電壓值而減少，這樣同時(shí)會(huì)增加主波瓣的寬度；對(duì)不同基元接收到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔换驎r(shí)間延遲叫相位束控。用此技術(shù)可將主波瓣導(dǎo)向特定的方向。這時(shí)，每個(gè)基元的信號(hào)是分別輸出的。為了抑制旁瓣，發(fā)射可以采用“余弦平方”等加權(quán)束控原理，并且按照加權(quán)分配給各級(jí)發(fā)射功率，可以使旁瓣抑制高達(dá)25dB。圖 2.2 均勻線陣的波束指向圖2.1.3 發(fā)射波束形成原理論文設(shè)計(jì)的多波束發(fā)射機(jī)發(fā)射波束是采用旋轉(zhuǎn)定向的發(fā)射方式

【參考文獻(xiàn)】

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1 王偉;吳一全;;超聲相控陣用于無損檢測(cè)的一種新方法[J];傳感器與微系統(tǒng);2009年05期

2 趙會(huì)濱,徐新盛,吳英姿;多波束條帶測(cè)深技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)展望[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2001年02期

3 廖娜;;DSP應(yīng)用技術(shù)綜述[J];科技信息;2008年32期

4 劉立軍;;功率放大器的分類及區(qū)別[J];科技信息;2009年28期

5 王曉東;王君琳;李平;;相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲的研究進(jìn)展[J];物理;2007年10期

6 李偉英;;D類音頻功率放大器的研究與實(shí)現(xiàn)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2008年05期

7 江磊;蔡平;楊娟;王逸林;;一種新型水聲信號(hào)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[J];壓電與聲光;2007年06期

本文編號(hào)：2796077