电容式超声换能器小信号等效电路建模与仿真

来源：电子测量技术杂志2021年第5期北京时间：

作者：王红亮，蔚丽俊，刘涛，吕云飞

单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原 030051

摘要：为了进一步分析优化电容式超声换能器（CMUT）的性能，建立了CMUT微元和CMUT阵元的等效电路模型，并进行了等效电路仿真。首先推导了CMUT微元小信号等效电路模型，然后在射频电路仿真软件Advanced Design System（ADS）中建立CMUT微元的等效电路进行仿真，分析了施加不同幅值、周期的交流电压对CMUT微元发射特性的影响。分析发现，交流电压幅值越大、持续周期越长，CMUT微元的振动位移和输出声压越大，发射性能越好。此外，结合互辐射阻抗，推导了CMUT阵元等效电路模型，通过ADS仿真分析了不同微元大小、间距、数目CMUT阵元的频率特性。结果表明，微元大小、间距、数目均会对CMUT阵元的频率产生影响，以上分析结果为CMUT的设计和测试提供了理论参考。

关键词：电容式超声换能器;小信号等效电路;阵元等效电路;辐射阻抗;发射特性分析;频率响应分析

基金资助：山西省1331工程重点学科建设计划经费（1331KSC）；国家重点研发项目(2018YFF01010500)；国家重大科研仪器研制项目（61927807）