Page 93 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 孟新宝等： 小型化相控参量阵声呐发射系统设计与实现 1269

公式 (9)，点划线对应可选择的最大半径，虚线与
2 发射系统整体装配
实线交点处即为当前 N c 值对应的最佳电容半径及
为了提高声呐电子舱的空间利用率和整机功 装配夹角。最终设计选择发射机单块 PCB 板侧面
率密度，在高集成度 PCB 布局设计基础上，将部分 储能电容 10 个，半径为 9 mm，最佳装配夹角 θ c 为
◦
储能电容置于功放电路PCB板背面，以充分利用功 35.5 。
放电路变压器高度产生的富余空间。同时将其余大 图 7 为 40 通道相控参量阵发射机装舱实物照
部储能电容置于功放电路PCB板侧面，并推导了双 片，装配后的发射系统电路整体尺寸为 200 mm×
排布放条件下的电容占位公式： 140 mm×135 mm。
2R c [1 + (N c − 1) sin θ c ] = A, (8)

2R c (1 + cos θ c ) = B, (9)
其中，占位区域长度为A，宽度为B，电容半径为R c ，
总个数为 N c ，两电容轴心连线与宽度方向夹角为
θ c ，要求 2R c 6 B，0 6 θ c 6 90 ，具体几何关系见
◦
◦
图5。
在 设 计 指 标 所 限 定 的 占 位 区 域 内 (A =
120 mm、B = 35 mm)，根据电容占位公式得出 图 7 40 通道相控参量阵发射机装舱实物照片
电容个数 N c 、电容半径 R c 与夹角 θ c 间的关系曲 Fig. 7 Physical photos of 40-channel phased para-
线。如图 6 所示，图中虚线对应公式 (8)，实线对应 metric array transmitter assembly

R c 3 试验结果与讨论
R c
B
3.1 相控发射功能测试
θ c
在 −60 ∼ 60 、步长 5 的各相控角度下，对 40
◦
R c
◦
◦
通道相控数字信号源相邻通道间输出信号的时延
A
值进行计算和测试分析，测试结果如图 8 所示。设
图 5 PCB 板侧面储能电容布局图
计指标要求相控角度偏差不超 0.5 ，对应时延误差
◦
Fig. 5 Layout diagram of energy storage capacitor
应不超 0.047 µs。实测最大时延偏差为0.015 µs，对
on the side of PCB
应最大角度偏差为 0.3 ，实测相控精度满足设计指
◦
20
标要求。
18
16 3.00
ᄱ᥶ᤰ᥋௑णေ᝷ϙ
14 ᄱ᥶ᤰ᥋௑णࠄ฾ϙ
2.50
12
R c /mm 10 2.00
8
R c (8), N c =6 1.50
6 Dt/ms
R c (8), N c =8
R c (8), N c =10
4
R c (8), N c =12 1.00
2 R c(9)
R c (max)=17.5 mm
0 0.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
θ c /(O)
0.00
图 6 不同 N c 条件下储能电容最佳半径与装配夹 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
θ/(O)
角关系曲线
Fig. 6 Relationship between optimal radius and 图 8 相邻通道时延理论值与实测值曲线
assembly angle of energy storage capacitor under Fig. 8 Theoretical value and measured value curve
different N c conditions of adjacent channel delay