AOTF-NIR宽带功率超声换能器阻抗匹配网络的设计与优化

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AOTF-NIR宽带功率超声换能器阻抗匹配网络的设计与优化

4 i9 ?0 c0 N. v9 S4 e* h1 @摘要:随着近红外声光可调滤波器( Near Infrared Acousto-Optic "Tunable Filter , AOTF-NIR)光谱成像技术在深空探测的广泛应用,超声换能器作为AOTF-NIR核心部件,对其工作带宽、光谱衍射效率及功率效率提出了更高的要求.超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与换能器输入阻抗失配时将会产生能量损
耗,导致无法把功率最大限度的传递给换能器,从而使AOTE-NIR光谱衍牙双举降低,影啊九w灭破及式以火地灶机从电路先进设计系统( Advanced Design System ,ADS)仿真及实验测试,运用滤彼奋网络理比,木用L00元.PH阳尤IT配风了一种带通型宽带匹配网络.最终在60-120MHz带宽范围内阻抗匹配网络的回波损耗S)，>-29.8dB,阻抗匹配网
8 ?. L# l8 t4 O+ {) p1 m络功率效率达到90%以上.通过不断地微调优化匹配阻抗值及LC参数值,以此来提高光谱衍射效率,使光谱衍射效率最高达90%以上,提高了在620 – 1150nm波段内的光谱灵敏度及光谱成像清晰度.
关键词:功率超声换能器;阻抗频率特性;宽带阻抗匹配网络;全局优化
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1引言
% _) Z$ I* l5 Y3 F, V4 V% r3 s; ?近红外声光可调滤波器AOTF-NIR作为一种新型分光系统,它具有可调滤波范围宽、分辨率高﹑衍射效率高等优点,广泛应用于机载或星载的成像光谱仪[1.2].本AOTF-NIR系统采用直接数字式频率合成器( Direct Digital Synthesizer , DDS)产生高频信号作为驱动系统信号源,通过功率放大电路将信号功率放大后经过宽带阻抗匹配网络加载在AOTF-NIR功率超声换能器上.由于功率超声换能器在不同频率下具有不回的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与功率超声换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致换能器两端的电能无法最大限度的转变为对外做功的机械能,从而影响换能器的光谱衍射效率.换能器是一种非线性容性负载,存在一定的电抗,造成工作频率上输出电压和电流存在一定的相位差,使输出功率达不到期望最大值,当前大部分2KHz-20MHz换能番的阻沉L配方法都是在输出端并联或串联一个反向电抗使负载变为纯电阻,再采用电阻变压器将换能器的阻值变换成与信号源内阻相等的阻值,这种匹配方法只适应于较低频水下超声换能器的阻抗匹配34，而作为声光晶体器件构成的超声换能器,其阻抗频率特性的变化较大,传输线变压器虽然具有通频带宽的优点,但由于结构的限制,阻抗变换不能任意实现实阻抗变换，

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