微型声频定向扬声器相控阵聚焦研究

作     者：徐宁 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐利梅

授予年度：2013年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：声频定向 MEMS换能器 相控阵聚焦 指向性 道尔夫—切比雪夫综合 

摘      要：微型声频定向扬声器的控阵聚焦研究，通过阵列天线理论的道尔夫—切比雪夫综合法和相控阵聚焦的方法，提高了微型MEMS换能器阵列的指向性。本文主要分析了现有的参量阵声源理论及换能器阵列指向性理论，经过微型声频定向扬声器的研制测试，发现了现有换能器模型的缺陷，提出一种考虑了阵元阻抗差异的完备活塞阵模型，通过仿真验证该模型的有效性，并最终通过该模型实现了对微型声频定向扬声器阵列的相控阵聚焦研究。 本文对微型声频定向扬声器的研制中，通过对现有声频定向扬声器的研究，选择了功耗和实现方式都比较理想的硬件DSB调制方式，根据微型MEMS换能器的阻抗测试数据对其进行了二阶匹配，同时通过硬件电路的制作以及软件的设计完成了样机的研制，接着利用实验装置测量了换能器声压级以及阵列列阵元差异的参数，然后根据实验数据提出了阵元差异性对指向性有影响的问题。 针对阵元差异性对指向性影响的情况，本文通过了对现有换能器阵列模型进行了阐释，在点声源线阵列模型以及活塞阵列模型无法满足研究换能器特性的情况下，改进了活塞阵模型，提出了一种考虑换能器阵元特性的阵列模型，并通过仿真实验，说明了该模型的优越性。 此外，在阵列天线理论应用于完备活塞阵模型过程中，本文详细阐释了超声相控阵以及阵列天线理论中的道尔夫—切比雪夫综合法的工程实践应用方法，通过仿真对比试验说明了道尔夫—切比雪夫综合法，在阵列波束宽度控制以及波束偏转控制中具有减少栅瓣数量抑制栅瓣幅值的作用。接着通过相控阵聚焦的仿真实验说明了该综合法能起到同样的优化指向性的作用。 最后，本文通过微型MEMS换能器的实际参数建模仿真的方法，验证了阵元差异性对指向性的影响，并通过在仿真模型中补偿相位幅值的方法，对比说明了阵元参数的一致性对保证换能器指向性的重要性。最终本文又通过换能器阵列的相控阵聚焦对比实验，验证了相控阵聚焦方式对换能器指向性提高有一定的效果。