Page 155 - 《应用声学》2022年第3期

第 41 卷 第 3 期 徐洁等： 水声通信中基于均匀圆阵列的涡旋声波性能分析 477

设置阵列单元数 N = 12、f = 15 kHz、OAM 模式 见图6∼ 8。
数 l = 1，当径向节点数 p = 1 时，有一个旁瓣，如 首先，在频率 f = 30 kHz、换能器阵列单元数
图 5(a)中所示；当径向节点数p = 2时，有两个旁瓣， N = 10 的条件下，分别仿真出轨道角动量模式数
如图 5(b) 中所示。可以看出，当径向节点数增加时， l = 1, 2, 3, 4 的 OAM 涡旋声波；然后设置阵列半径
主瓣的能量集中，旁瓣数目增加，旁瓣能量发散。 a ∈ [0.5λ, 10λ]，记录下主瓣波束角以及主瓣峰值随
在进一步的研究中，给出不同参数条件下的 阵列半径的变化趋势。图6(a) 为主瓣波束角的影响
OAM 声波的主瓣峰值以及主瓣波束角，通过分 图，可以看出同样的参数条件下，模式数越高，主瓣
析比较阵列单元数、阵列半径、频率等对产生的 波束角越大；并且随着阵列半径的增大，主瓣波束角
轨道角动量的最大幅值以及主瓣波束角的影响， 增大；在模式数l = 4下，这种增加的趋势更加明显。

ᝈए/(O) ᝈए/(O)
0 0
-15 15 -15 15
-30 30 -30 30
-45 45 -45 45
-60 60 -60 60

-75 75 -75 75

-90 90 -90 90
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ॆʷӑܦԍࣨϙ ॆʷӑܦԍࣨϙ
(a) a=λ/2 (b) a=λ/2

ᝈए/(O) ᝈए/(O)
-15 0 15 -15 0 15
-30 30 -30 30
-45 45 -45 45
-60 60 -60 60

-75 75 -75 75
-90 90 -90 90
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ॆʷӑܦԍࣨϙ ॆʷӑܦԍࣨϙ
(c) a=3λ/2 (d) a=2λ

图 4 UCA 归一化方向性图随半径变化
Fig. 4 UCA normalized directivity map changes with radius
ᝈए/(O) ᝈए/(O)
0 0
-15 15 -15 15
-30 30 -30 30
-45 45 -45 45
-60 60 -60 60

-75 75 -75 75

-90 90 -90 90
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ॆʷӑܦԍࣨϙ ॆʷӑܦԍࣨϙ
(a) p=1 (b) p=2

图 5 两种不同径向节点数的归一化方向性图
Fig. 5 Two normalized directional graphs with different numbers of radial nodes