● 摘要
Gallego等人提出了与流体介质阻抗匹配较好的辐射体—阶梯圆盘，利用纵振夹心换能器作为激振源，两者的组合可辐射大功率声波。根据频率方程设计阶梯圆盘，包含的变量有频率、阶梯数目、基底厚度、圆盘半径。工作频率一定时，阶梯圆盘有多种设计方案。在频率相同的众多设计方案中，何者更利于实际应用呢？指向性尖锐且辐射阻大的阶梯圆盘应该是最好的选择。辐射阻抗的大小决定了圆盘的辐射效率，声场指向性的尖锐程度决定了声场能量能否集中。
阶梯圆盘的辐射面在不同几何面上，如何计算它的辐射阻抗呢？需将阶梯圆盘按节圆半径分为中心平圆盘和圆环几个部分，分别计算各部分辐射阻抗，再依据叠加原理即可求出阶梯圆盘的辐射阻抗。本文理论推导了阶梯圆盘辐射声压沿轴线方向的分布情况，实验测量了作为算例的二阶梯圆盘的轴向声压，结果与理论计算吻合较好。具体如下：
1、利用m+p公司的Vibpilot振动控制与动态信号采集仪，对一高振动模态、多节线大面积的阶梯圆盘行了模态测试，与有限元计算结果比较，二者吻合较好。
2、根据平圆盘辐射阻抗计算公式，利用叠加法，以二阶梯圆盘为例，推导了多阶梯圆盘辐射阻抗的计算公式，研究了工作频率为20kHz时，辐射阻抗分别与阶梯圆盘基底厚度、阶梯数目的关系。结果表明：工作频率一定时，辐射阻随阶梯数目、基底厚度的增加而增加，此时辐射抗变化规律并不明显。
3、对阶梯圆盘的轴向辐射声压，从理论计算和试验测试两方面进行了详细的研究。利用叠加法，以二阶梯圆盘为例推导了多阶梯圆盘轴向声压的分布，结合高斯数值积分方法，计算了其轴向声压随距离的变化关系，试验验证了理论计算。文中还试验研究了阶梯圆盘轴向辐射声压分布与输入电功率及阶梯数目的关系，结果表明：在阶梯圆盘轴向声压的近场区域，声压分布不均匀，进入远场后，声压不断减小，且随距离的增加减小的越来越慢；输入电功率不同时，电功率越大，轴向声压也越大，轴向声压随距离变化的趋势不变；加载相同电功率时，基底厚度、工作频率均相同的阶梯圆盘，阶梯数目越多（面积越大），临界距离及轴向声压越大。