随着水下探测技术的深入发展,对水声换能器的性能提出了更高新要求,小尺寸、高功率和中高频成为水声换能器新的发展方向。而对于广泛应用的纵向换能器,如何获得更宽带宽和更高的发射响应,成为了水声换能器领域研究重点之一。本文主要以纵振宽带水声换能器为研究对象,结合等效电路理论和有限元模型仿真分析两种方法,通过调整器件的结构尺寸、激励方式和外部电路,利用其纵振模态、前盖板的弯曲模态以及压电晶堆的径向振动模态耦合,实现频带拓宽的研究目标。首先,通过推导纵振换能器的等效电路,分析双激励源宽带换能器的导纳曲线,确定换能器的谐振频率,并初步确定换能器的结构尺寸。在此基础上建立换能器的有限元模型,运用ANSYS仿真软件对换能器进行模态分析和谐响应分析,获得换能器的多阶谐振频率及发射电压响应等性能参数。结果表明,在±2.7dB带宽起伏条件下,频率带宽范围为22~49kHz,最大发射响应达到143.3dB。但在大于55kHz的高频段,发射电压响应产生了较深的凹谷,起伏过大不能满足实际应用。在此基础上,利用有限元的方法对换能器的结构模型进行了优化分析,研究了结构尺寸、串联电阻以及激励方式对换能器电声特性的影响规律。结构尺寸的改变对双激励源纵振动换能器的发送电压响应有一定影响,改进后的结构具有的最大发射电压响应为143.9dB,工作范围从24.0kHz到55.5kHz,发射电压响应的最大起伏为±3.4dB。而激励方式的优化对高频段的发射响应的影响非常明显,改善了同相激励在高频段发射响应呈现凹谷的现象,进一步拓展了换能器的工作带宽,反相激励换能器的带宽为28kHz-99kHz,发送电压响应高达148.2dB,起伏为±7.5dB。最后,制作了单端激励换能器实物,并测试了空气中的导纳曲线、水中的导纳曲线、发射电压响应级以及方向性。水池实验表明:实物样机频段范围为25-61kHz,发送电压响应高达148dB,带内起伏在±6dB内。综上,本文采用纵振换能器的前晶堆反相激励的方法可以解决高频谐振频率之间的存在深凹谷的问题,有效拓展带宽,对结构尺寸的优化也能有效地降低起伏和增加带宽。