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看出增大阵元数目和阵元间距可以减小 −3 dB 主 阵元间距、阵元宽度，阵元数目对于 −3 dB 主瓣宽
瓣宽度，增大侧向分辨率。此外，阵元数目小于 度的影响更剧烈，因此，在对分辨率要求较高的实验
32 时，−3 dB 主瓣宽度随着阵元数目的增加迅速 中，可以侧重考虑阵元数目的优化设计。
降低；大于 32 时，−3 dB 主瓣宽度随着阵元数目 3.3 阵元参数对第一级旁瓣的影响及理论分析
的增加缓慢减小。当阵元数目不变，焦点位置为
由图 2 所示，旁瓣是指横向声场分布中主瓣附
F(0,0,1.5 mm) 的情况下，图 5(c) 中，阵元宽度为
近的小波瓣，尤以主瓣左右两边第一个旁瓣的幅
0.04 mm、阵元宽度为 0.13 mm 时，大约可以达到
值最大，称为第一级旁瓣。它使得相控阵声束在扫
0.036 mm 的横向分辨率，当阵元宽度为 0.08 mm、
查方向以外产生能量 “泄露”，导致相控阵超声换能
阵元间距为 0.09 mm 时，大概可以达到 0.046 mm 器声场分布不理想 [8] 。阵元间距、阵元宽度及阵元
的横向分辨率，因此，可以通过减小阵元宽度，增大 数目都是影响旁瓣的重要参数，讨论阵元参数与一
阵元间距来减小−3 dB主瓣宽度，提高分辨率。 级旁瓣的变化规律可以为换能器的优化设计提供
由图 5可以看出，增大阵元数目和阵元间距，减 理论基础。严格采用数学公式推导十分复杂，本文

小阵元宽度可以减小 −3 dB 主瓣宽度。但是，增大 借助 MATLAB仿真讨论阵元参数对第一级旁瓣的
阵元数目导致微纳换能器尺寸增大不利于微纳结 影响。
构特征检测成像，增大阵元间距不但会增大换能器 当 线 性 阵 列 阵 元 数 目 为 72、 焦 点 位 置 为
尺寸，还会导致声压强度降低，而且，减小阵元宽度 F(0,0,1.5 mm)、 阵元宽度 50 µm、 中心频率为
会受到压电陶瓷晶片制作工艺的限制，并且对声场 15 MHz、声速 1.5 mm/µs 时，图 6(a) 为一级旁瓣
强度也会造成不利影响。因此，在针对 −3 dB 主瓣 与主瓣比值与阵元间距之间的关系曲线，可以看出
宽度的分析中，仍然需要均衡各个阵元参数，不能一 一级旁瓣与主瓣比值随着阵元间距的增大而增大，
味地增大或者减小某个参数。此外，图5 表明，较于 因此，减小阵元间距，可以抑制旁瓣；当线性阵列阵

0.26
0.44
0.42 0.25
ʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙ 0.38 ʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙ 0.24
0.40

0.36
0.23
0.34
0.32 0.22
0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
᫼Ћᫎᡰ/mm ᫼Ћࠕए/mm
B ᫼Ћᫎᡰࠫʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙᄊॖ־ C ᫼Ћࠕएࠫʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙᄊॖ־
0.36
0.34
ʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙ 0.32

0.30
0.28
0.26
0.24

20 30 40 50 60 70 80
᫼Ћ஝ᄬ/˔
D ᫼Ћ஝ᄬࠫʷጟஸၥˁ˟ၥඋϙᄊॖ־

图 6 阵元参数对一级旁瓣的影响
Fig. 6 The influence of array parameters on the primary side lobe