水声通信中基于均匀圆阵列的涡旋声波性能分析

摘要：

声波作为信息和能量的载体,一直以来在水下通信中被广泛采用,但尚未解决带宽窄、速率低的问题.在光学领域和电磁波领域,轨道角动量都表征了螺旋相位结构的自然属性;通过引入轨道角动量到声学领域中,水声通信系统的传输能力以及频谱效率都得到扩展.基于换能器圆阵列产生涡旋声波进行分析和检测,研究涡旋声波波束的阵列产生方法,给出涡旋声波波束在水下传播的特性.在主轴方向,采用均匀圆阵列产生不同拓扑模式的涡旋声波波束,确定轨道角动量拓扑模式与换能器阵列之间的对应关系;为生成不同拓扑模式下的涡旋声波,研究阵列单元数目、阵列半径、传输频率等对涡旋声波的影响.通过研究发现模式数越高,涡旋声波主瓣波束角越大,主瓣峰值越小.阵列半径越大,主瓣波束角越大,而主瓣峰值则随着阵列半径的增大而减小;频率越高,主瓣波束角越小,主瓣峰值变化不大;阵列单元数对主瓣波束角无影响,但与主瓣峰值成正比关系,阵列单元数越多,主瓣峰值越大.

关键词：水声工程、声波涡旋、换能器阵列、轨道角动量、波束角

所属期刊栏目：41

分类号：O427.9(声学)

资助基金：国家自然科学基金;海南省自然科学基金高层次人才项目;海南省自然科学基金面上项目;海南省自然科学基金面上项目;海南省高等学校科学研究项目

在线出版日期：2022-06-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：471-480